Curium

Iso	JAHR	Zeitraum	MD	Ed	PD
Iso	JAHR	Zeitraum	MD	MeV	PD
242 cm	{syn.}	160 Tage	α FS- Cluster	6.169 - ?	238 Pu PF 208 Pb
243 cm	{syn.}	29.1 a	α ε FS	6,169 0,009 -	239 Pu 243 Am PF
244 cm	{syn.}	18.1 a	α FS	5,902 -	240 Pu PF
245 cm	{syn.}	8.500 a	α FS	5,623 -	241 Pu PF
246 cm	{syn.}	4 730 a	α FS	5,475 -	242 Pu PF
247 cm	{syn.}	1,56 × 10 7 a	α	5.353	243 Pu
248 cm	{syn.}	348.000 a	α FS	5,162 -	244 Pu PF
250 cm	{syn.}	9.000 a	α β - FS	5,169 0,037 -	246 Pu 250 Bk PF

Einfache physikalische Eigenschaften des Körpers

Normalzustand

solide

Volumenmasse

13,51 g · cm & supmin ; ³ (berechnet)

Kristallsystem

Kompakt sechseckig

Farbe

Silbermetallic

Fusionspunkt

1345 ° C.

Siedepunkt

3,109,85 ° C.

Fusionsenergie

15 kJ · mol & supmin; ¹

Molvolumen

18,05 × 10 –6 m 3 · mol –1

Verschiedene

N o CAS

7440-51-9

Vorsichtsmaßnahmen

Radioelement mit bemerkenswerter Aktivität

Einheiten von SI & STP, sofern nicht anders angegeben.

Das Curium mit dem Symbol Cm ist das chemische Element der Ordnungszahl 96 . Es ist eine transuranische Synthese aus der Familie der Aktiniden . Es wurde nach den Physikern Pierre und Marie Curie benannt .

Curium erscheint als radioaktives Metall , silberweiß und sehr hart . Es entsteht in Kernreaktoren : Eine Tonne abgebrannter Brennelemente enthält durchschnittlich 20 g .

Curium wurde erstmals im Sommer 1944 aus einem leichteren Element, Plutonium, gebildet . Diese Entdeckung wurde zunächst nicht veröffentlicht. Erst während eines amerikanischen Kinderprogramms gab Gastgast Glenn T. Seaborg , Autor der Entdeckung, der Öffentlichkeit seine Existenz bekannt und antwortete einem jungen Zuhörer, der fragte, ob sie entdeckt worden sei. Neue Elemente.

Curium ist ein starker α-Emitter . Aufgrund der daraus resultierenden hohen Wärmeleistung wurde die Verwendung in thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren ins Auge gefasst . Darüber hinaus wurde es zur Herstellung von Plutonium 238 verwendet , mit dem Radioisotopengeneratoren mit geringer γ-Radioaktivität hergestellt werden sollen , um beispielsweise Herzschrittmacher zu aktivieren . Dieses Element kann als Rohstoff für die Herstellung anderer Transurane und Transactinide verwendet werden . Es dient auch als eine Quelle von α-Strahlen in den Röntgenspektrometern , mit denen die Roboter Erkundungs Mars Sojourner , Geist und Gelegenheit die analysierten Marsmensch Gesteinen und die philae Lander der Rosetta - Sonde analysiert , um die Oberfläche des Kometen 67P / Chourioumov- Guerassimenko .

Geschichte

Curium wurde 1944 an der University of California von Glenn T. Seaborg , Ralph A. James (en) und Albert Ghiorso entdeckt . In ihrer Serie von Experimenten benutzten sie den 60- Zoll (1,50 m ) Zyklotron von der University of California, Berkeley . Nach Neptunium und Plutonium war es das dritte seit 1940 entdeckte Transuran . Seine Herstellung war vor der von Americium mit einer Ordnungszahl von weniger als einer Einheit erfolgreich.

Für die Herstellung eines neuen Elements wurden am häufigsten die Oxide des zu bestrahlenden Elements verwendet . In diesem Fall reichten wir eine Lösung von Nitrat von Plutonium 239 auf einem Blatt Platte von 0,5 cm 2 . Die Lösung wurde dann eingedampft und das verbleibende Salz ausreichend erhitzt, um Plutoniumdioxid PuO 2 zu ergeben. Nach der Belichtung in dem Zyklotron wurde die Schicht in gelöste Salpetersäure , dann ausgefällt durch Vermischen mit einer Ammoniaklösung . Der Rest wurde mit Perchlorsäure gelöst . Eine endgültige Trennung erfolgte mit Ionenaustauschern . In diesen Experimenten wurden zwei verschiedene Isotope hergestellt: Curium 242 und Curium 240 .

Die ersten 242 cm wurden im Juli / August 1944 durch Bestrahlung von Plutonium 239 mit α-Partikeln erhalten 4
2Er , der das nach einer Reaktion gesuchte Isotop ergibt (α, n):

239
94Pu +4
2Er →242
96Cm +1
0n .

Die Identifizierung erfolgt ohne Mehrdeutigkeit anhand der charakteristischen Energie des beim Zerfall emittierten α-Teilchens.

242
96Cm →238
94Pu +4
2Er .

Die Halbwertszeit dieses Zerfalls wurde zuerst bei 150 d gemessen (beste Strommessung 162,8 d ).

Das zweite Isotop mit einer kürzeren Lebensdauer von 240 cm , das auf die gleiche Weise durch Bestrahlung von 239 Pu mit α-Partikeln hergestellt wird, wurde erst vom selben Team entdecktMärz 1945 ::

239
94Pu +4
2Er →240
96Cm + 31
0n .

Die Halbwertszeit des nachfolgenden α-Zerfalls wurde zuerst mit 27,6 d gemessen (Stromwert 27 d ).

Aufgrund der Fortsetzung des Zweiten Weltkriegs wurde die Entdeckung des neuen Elements zunächst nicht veröffentlicht. Die Öffentlichkeit erfuhr davon nur auf sehr merkwürdige Weise: in der amerikanischen Radiosendung Quiz Kids of the11. November 1945Einer der jungen Zuhörer fragte Glenn Seaborg, den Gast der Show, ob während der Atomwaffenforschung neues Material entdeckt worden sei . Seaborg antwortete positiv und enthüllte somit die Existenz dieses Elements sowie desjenigen, dessen Ordnungszahl Americium unmittelbar niedriger ist. Dies geschah erneut vor der offiziellen Präsentation auf einem Symposium der American Chemical Society .

Die Entdeckung der Curiumisotope 242 und 240, ihre Herstellung und Verbindungen wurden später unter dem Namen " ELEMENT 96 AND COMPOSITIONS THEREOF " unter dem alleinigen Erfindernamen Glenn T. Seaborg patentiert .

Der Name Curium wurde in Analogie zu " Gadolinium " gewählt, dem Seltenerdmetall , das im Periodensystem direkt über Curium gefunden wurde. Die Wahl dieses Namens wurde zu Ehren von Pierre und Marie Curie getroffen , deren wissenschaftliche Arbeit den Weg für die Erforschung der Radioaktivität geebnet hatte. Dies geschah parallel zum Namen Gadolinium, benannt nach dem berühmten Seltenerdforscher Johan Gadolin :

„Als Name für das Element mit der Ordnungszahl 96 möchten wir 'Curium' mit dem Symbol Cm vorschlagen. Es gibt Hinweise darauf, dass das Element 96 7 5f-Elektronen enthält und dem Element Gadolinium mit seinen sieben 4f-Elektronen in der Familie der Seltenen Erden analog ist . Auf dieser Grundlage würde das Element 96 analog zur Bezeichnung Gadolinium zu Ehren des Chemikers Gadolin nach den Curies benannt. ""

Marie Curie , 1911.
Pierre Curie .

Die erste erwägbare Menge an Curium wurde 1947 von Louis B. Werner (de) und Isadore Perlman (en) in Form von Cm ( III ) -Hydroxid hergestellt . Es wurde dann 40 & mgr; g von 242 cm (OH) 3 - Hydroxid Erhalten durch Neutronenbestrahlung von Americium 241 Am. Erst 1951 wurde es durch Reduktion von Fluorid von Cm ( III ) CmF 3 in elementarer Form eingeführtvon Barium .

Verteilung

Es wurde im Jahr 2016 festgestellt, dass das Sonnensystem beim ersten Start Curium enthielt. Dieses Ergebnis konnte erhalten werden, indem in einem Meteoriten ein Überschuss an Uran 235 lokalisiert wurde , der sehr wahrscheinlich durch Zerfall von 247 cm erhalten wurde.

247 cm ist das langlebigste Isotop von Curium, seine Halbwertszeit beträgt jedoch nur 15,6 × 10 6 a . Aus diesem Grund hat sich das gesamte anfängliche Curium, das die Erde während ihrer Bildung enthält, aufgelöst. Kleine Mengen Curium werden künstlich für die Forschung hergestellt. Darüber hinaus sind in abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren geringe Mengen enthalten.

Der größte Teil des Curiums in der Umwelt stammt aus atmosphärischen Atombombentests bis 1980. Aufgrund von Atommüll und anderen Atomwaffentests können höhere lokale Konzentrationen auftreten. In jedem Fall trägt Curium nur unwesentlich zur natürlichen Radioaktivität bei .

In der Verschwendung der ersten amerikanischen H-Bombe Ivy Mike the1 st November 1952Auf dem Atoll von Eniwetok wurden neben der ersten Entdeckung von Einsteinium und Fermium neben Plutonium und Americium Isotope von Curium, Berkelium und California gefunden: in Bezug auf Curium insbesondere die Isotope 245 cm und 246 cm in kleineren Mengen 247 Cm und 248 Cm sowie Spuren von 249 Cm. Diese Ergebnisse, die unter das Militärgeheimnis fallen, wurden erst 1956 veröffentlicht.

Beschaffen und Vorbereiten

Curium wird in Kernreaktoren in geringen Mengen gebildet . Es ist derzeit weltweit nur für wenige Kilogramm erhältlich, daher der sehr hohe Preis von etwa 160 US $ pro Milligramm für 244 cm oder 248 cm. In Kernreaktoren wird eine ganze Reihe von Kernreaktionen aus Uran 238 U gebildet. Ein wichtiger Schritt bei diesen Prozessen ist das Einfangen oder die Reaktion von Neutronen ( n , γ), bei der das erzeugte Nuklid, das sich in einem angeregten Zustand befindet, seine überschüssige Energie durch γ-Strahlung verliert und somit in seinen Grundzustand zurückkehrt . Die notwendigen freien Neutronen werden durch Spaltungen aus anderen Reaktorkernen erzeugt. In diesem Kernprozess folgen auf die Reaktion ( n , γ) zwei β - Zerfälle , die zur Bildung von Plutonium 239 Pu führen. In Brutreaktoren führt diese Reaktion zur Bildung von neuem spaltbarem Material.
$\ scriptstyle _ {{\, 92}} ^ {{238}} {\ mathrm {U}} \, {\ xrightarrow {(n, \ gamma)}} \, _ {{\, 92}}} ^ { {239}} {\ mathrm {U}} \, {\ xrightarrow [{23.5 \, {\ mathrm {min}}}] {\ beta ^ {-}}} \, _ {{\, 93}} ^ {{239}} {\ mathrm {Np}} \, {\ xrightarrow [{2,3565 \, {\ mathrm {j}}}] {\ beta ^ {-}}} \, _ {{\, 94 }} ^ {{239}} {\ mathrm {Pu}}$ Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten .
Dann werden zwei Reaktionen ( n , γ) , gefolgt von einer β - Zerfall führen zu Americium 241 Am Dies führt nach einer neuen Erfassung (. N , γ) und einen neuen β - Zerfall - bis 242 cm :
$\ scriptstyle _ {{\, 94}} ^ {{239}} {\ mathrm {Pu}} \, {\ xrightarrow {2 (n, \ gamma)}} \, _ {{\, 94}} ^ { {241}} {\ mathrm {Pu}} \, {\ xrightarrow [{14.35 \, {\ mathrm {a}}}] {\ beta ^ {-}}} \, _ {{\, 95}} ^ {{241}} {\ mathrm {Am}} \, {\ xrightarrow {(n, \ gamma)}} \, _ {{\, 95}} ^ {{242}} Am \, {\ xrightarrow [{ 16.02 \, {\ mathrm {h}}}] {\ beta ^ {-}}} \, _ {{\, 96}} ^ {{242}} {\ mathrm {Cm}}$
Zu Forschungszwecken kann Curium effizient aus Plutonium gewonnen werden, das in großen Mengen aus gebrauchtem Kernbrennstoff gewonnen wird. Es wird von einer Quelle von Neutronen mit hohem Fluss bestrahlt . Die so erhaltenen Flüsse können viel höher sein als in einem Reaktor, so dass eine andere Reaktionskette gegenüber der zuvor beschriebenen überwiegt. 239 Pu wird durch 4 aufeinanderfolgende Neutroneneinfangvorgänge ( n , γ) in 243 Pu umgewandelt, was durch β - Zerfall von Americium 243 Am mit einer Halbwertszeit von 4,96 h ergibt . Letzterer unterliegt nach einem neuen Neutroneneinfang, der 244 Am bildet , einem β-Zerfall - mit einer Halbwertszeit von 10,1 h, um schließlich 244 cm zu ergeben :
$\ scriptstyle _ {{\, 94}} ^ {{239}} {\ mathrm {Pu}} \, {\ xrightarrow {4 (n, \ gamma)}} \, _ {{\, 94}} ^ { {243}} {\ mathrm {Pu}} \, {\ xrightarrow [{4,956 \, {\ mathrm {h}}}] {\ beta ^ {-}}} \, _ {{\, 95}} ^ {{243}} {\ mathrm {Am}} \, {\ xrightarrow {(n, \ gamma)}} \, _ {{\, 95}}} ^ {{244}} {\ mathrm {Am}} \, {\ xrightarrow [{10,1 \, {\ mathrm {h}}}] {\ beta ^ {-}}} \, _ {{\, 96}} ^ {{244}} {\ mathrm { Cm}} \, {\ xrightarrow [{18.11 \, {\ mathrm {a}}}] {\ alpha}} \, _ {{\, 94}} ^ {{240}} {\ mathrm {Pu}}$
Diese Reaktion findet auch in Kernreaktoren statt, so dass in den Wiederaufbereitungsprodukten von Kernbrennstoffen etwas 244 cm gefunden werden.

Ab 244 cm finden im Reaktor neue Neutroneneinfangvorgänge statt, und in immer geringeren Mengen ergeben sich schwerere Isotope. Für die Forschung werden die Isotope 247 cm und 248 cm wegen ihrer langen Lebensdauer besonders geschätzt.
$\ scriptstyle _ {{96}} ^ {{A}} {\ mathrm {Cm}} \, + \, _ {{0}} ^ {{1}} n \, \ longrightarrow \, _ {{\ 96 }} ^ {{A + 1}} {\ mathrm {Cm}} \, + \, \ gamma$ Neutroneneinfang ( n , γ) für Atomgewichte A = 244 bis 248, jedoch selten für A = 249 oder 250 .
Die Herstellung von 250 cm durch dieses Verfahren ist jedoch besonders durch die kurze Lebensdauer von 249 cm benachteiligt , was die Neutroneneinfangvorgänge während dieser kurzen Lebensdauer unwahrscheinlich macht. Wir können 250 cm durch α-Zerfall von Kalifornium erzeugen. 254 Vgl. Das Problem ist jedoch, dass letzteres hauptsächlich durch spontane Spaltung und wenig durch α-Zerfall zerfällt.

Aufgrund der Kaskaden von Neutroneneinfang und β - Zerfällen ist das erzeugte Curium immer eine Mischung aus verschiedenen Isotopen. Ihre Trennung ist besonders schwierig.

Für Forschungszwecke werden wegen seiner langen Lebensdauer vorzugsweise 248 cm verwendet . Die effizienteste Methode, um es zu erhalten, ist der α-Zerfall von Kalifornium 252 Cf, der aufgrund seiner langen Lebensdauer in großen Mengen erhalten werden kann. Auf diese Weise erhaltene 248 cm haben eine Isotopenreinheit von 97%. Derzeit werden auf diese Weise 35 bis 50 mg pro Jahr hergestellt.
$\ scriptstyle _ {{\, 98}} ^ {{252}} {\ mathrm {Cf}} \, {\ xrightarrow [{2,645 \, a}] {\ alpha}} \, _ {{\, 96} } ^ {{248}} {\ mathrm {Cm}}$
Der reine 245 Cm Isotop , nur für Forschungszwecke interessant, kann durch α Zerfall von Californium erhalten wird 249 Cf, die in sehr geringen Mengen aus dem β erhalten wird - Zerfall von berkelium 249 Bk.
$\ scriptstyle _ {{\, 97}} ^ {{249}} {\ mathrm {Bk}} \, {\ xrightarrow [{330 \, {\ mathrm {d}}}] {\ beta ^ {-}} } \, _ {{\, 98}} ^ {{249}} {\ mathrm {Cf}} \, {\ xrightarrow [{351 \, {\ mathrm {a}}}] {\ alpha}} \, _ {{\, 96}} ^ {{245}} {\ mathrm {Cm}}$

Herstellung von metallischem Curium

Metallisches Curium kann durch Reduktion seiner Verbindungen erhalten werden. Zunächst wurde Curium ( III ) fluorid zur Reduktion verwendet. Zu diesem Zweck wird dieses Fluorid in völliger Abwesenheit von Wasser oder Sauerstoff in einem Tantal- oder Wolframapparat mit Barium oder metallischem Lithium umgesetzt .

\ scriptstyle {\ mathrm {CmF}} _ {3} \, + \, 3 \, {\ mathrm {Li}} \, \ longrightarrow \, {\ mathrm {Cm}} \, + \, 3 \, { \ mathrm {LiF}}

Das Reduzieren des Curiumoxids ( IV ) durch eine Legierung aus Magnesium und Zink in einem Fluss von Magnesiumchlorid und Magnesiumfluorid ergibt auch metallisches Curium.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Curium ist ein künstliches radioaktives Metall. Es ist hart und hat ein silberweißes Aussehen, ähnlich wie Gadolinium, sein Analogon in den Lanthaniden. Es ähnelt ihm auch in seinen anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Sein Schmelzpunkt bei 1340 ° C ist signifikant höher als bei seinen Vorgängern in den Bereichen Transuran, Neptunium ( 637 ° C ), Plutonium ( 639 ° C ) und Americium ( 1173 ° C ). Zum Vergleich : der Boden Gadolinium zu 1312 ° C . Den Siedepunkt Curium ist 3110 ° C .

Unter Standardbedingungen gibt es eine Kristallstruktur , das Cm-α, mit einem zur Gruppe hexagonalen Netzwerk mit den Parametern des Netzwerks a = 365 pm und c = 1182 pm und 4 Atomen pro Einheitszelle . Diese Kristallstruktur besteht aus einem kompakten hexagonalen Doppelstapel , mit einer Reihe von ABAC-Typ - Schichten, und es ist somit isotyp zu der der α - Struktur von Lanthan . $\ scriptstyle P6_ {3} / mmc \,$

Oberhalb eines Drucks von 23 GPa ändert sich Cm-α zu Cm-β. Die Cm-β-Struktur hat eine kubisch zu gruppierende Struktur mit dem Gitterparameter a = 493 pm , dh einem flächenzentrierten kubischen Gitter (fcc) kompakt mit einer Folge von ABC-Schichten. $\ scriptstyle Fm {\ bar 3} m$

Die Fluoreszenz der angeregten Cm ( III ) -Ionen ist lang genug, um sie in der zeitaufgelösten Laserfluoreszenzspektroskopie verwenden zu können . Die Länge der Fluoreszenz kann durch den großen Energiedifferenz zwischen dem fundamentalen 8 S 7/2 und dem ersten angeregten Zustand 6 D 7/2 erklärt werden . Dies ermöglicht den selektiven Nachweis von Curiumverbindungen unter einer viel größeren Charge kürzerer Fluoreszenzprozesse anderer Metallionen oder organischer Substanzen.

Chemische Eigenschaften

Der stabilste Oxidationsgrad von Curium beträgt +3 ( Cm 2 O 3), Cm (OH) 3). Gelegentlich wird es auch bei Oxidationsgrad +4 ( CmO 2) gefunden). Sein chemisches Verhalten ähnelt stark dem von Americium und vielen Lanthaniden . In wässriger Lösung ist das Cm 3+ -Ion farblos, während Cm 4+ blassgelb ist.

Die Curiumionen gehören zu den Lewis-Säuren und bilden so den Komplex stabiler mit starken Basen. In diesem Fall hat die Bildung von Komplexen nur eine sehr schwache kovalente Komponente und basiert eher auf ionischen Wechselwirkungen. Curium unterscheidet sich in seinem Komplexierungsverhalten von bisher bekannten Aktiniden wie Thorium und Uran und ähnelt dadurch auch stark Lanthaniden. In Komplexen bevorzugt es eine 9-Element- Koordination mit der Geometrie von drei überlappenden dreieckigen Prismen .

Biologische Aspekte

Curium hat abgesehen von seiner radioaktiven Natur keinen spezifischen biologischen Einfluss ( siehe unten ). Die Aufnahme von Cm 3+ durch Bakterien und Archaeen wurde untersucht.

Spaltbare Eigenschaften

Die ungeraden Isotope von Curium, insbesondere 243 cm, 245 cm und 247 cm , könnten aufgrund ihres hohen Querschnitts grundsätzlich als Brennstoff für einen thermischen Reaktor verwendet werden. Im Allgemeinen können alle Isotope zwischen 242 cm und 248 cm sowie 250 cm eine Kettenreaktion aufrechterhalten, selbst für einige nur mit schnellen Neutronen. Bei einem schnellen Züchter kann jede Kombination der oben aufgeführten Isotope als Brennstoff verwendet werden. Der Vorteil wäre, dass für die Wiederaufbereitung des abgebrannten Brennstoffs keine Isotopentrennung erforderlich wäre , sondern lediglich eine chemische Trennung von Curium von den anderen Elementen.

Die folgende Tabelle gibt die kritischen Massen für eine sphärische Geometrie ohne Moderator oder Reflektor, dann mit Reflektor und schließlich mit Reflektor und Moderator an:

Isotop	Kritische Masse	Strahl	+ Reflektor	+ Reflektor + Moderator
242 cm	371 kg	40,1 cm
243 cm	7,34 - 10 kg	10 - 11 cm	3 - 4 kg	155 g
244 cm	(13,5) - 30 kg	(12,4) - 16 cm
245 cm	9,41 - 12,3 kg	11 - 12 cm	3 - 4 kg	59 g
246 cm		18 - 21 cm
247 cm	6,94 - 7,06 kg	9,9 cm	3 - 4 kg	1,55 kg
248 cm	40,4 kg	19,2 cm
250 cm		16,0 cm

Mit einem Reflektor liegen die kritischen Massen ungerader Isotope bei 3 bis 4 kg . In wässriger Lösung mit Reflektor fällt die kritische Masse viel geringer ab; Diese Werte sind aufgrund der Unsicherheit der relevanten physikalischen Daten nur auf 15% genau, und korrelativ finden wir je nach Quelle sehr unterschiedliche Angaben. Aufgrund seiner Knappheit und seines hohen Preises wird Curium jedoch nicht als Kernbrennstoff verwendet und nach deutschem Atomrecht nicht als solcher eingestuft.

Die seltsamen Isotope von Curium, auch hier insbesondere 245 cm und 247 cm, könnten auch für den Bau von Reaktoren für den Bau von Atomwaffen verwendet werden. Bomben mit 243 cm sollten aufgrund der geringen Halbwertszeit dieses Isotops eine erhebliche Wartung erfordern. Außerdem würden 243 cm unter der Wirkung seines α-Zerfalls, bei dem die Energie in Wärme umgewandelt wird, übermäßig heiß werden, was den Bau einer Bombe erheblich erschweren würde. Aber die Tatsache, dass die kritischen Massen für einige sehr klein sind, könnte es ermöglichen, miniaturisierte Bomben zu bauen. Bisher wurde jedoch keine Forschungstätigkeit in dieser Richtung öffentlich erwähnt, was auch durch die geringe Verfügbarkeit von Curium erklärt wird.

Es sind nur Radionuklide und keine stabilen Isotope bekannt. Insgesamt kennen wir 20 Isotope und 7 Isomerenzustände von 233 cm bis 252 cm. Die größten Halbwertszeiten betragen 247 cm (15,6 × 10 6 Jahre) und 248 cm (348.000 Jahre). Dann kommen 245 cm (8.500 Jahre), 250 cm (8.300 Jahre) und 246 cm (4.760 Jahre). Das 250- cm- Isotop ist eine Kuriosität, da eine große Mehrheit (etwa 86%) seiner Zerfälle spontane Spaltungen sind .

Die technisch am häufigsten verwendeten Curiumisotope sind 242 cm mit einer Halbwertszeit von 162,8 Tagen und 244 cm mit 18,1 Jahren.

Die Querschnitte für die durch thermische Neutronen induzierte Spaltung sind ungefähr:

242 cm 243 cm 244 cm 245 cm 246 cm 247 cm 248 cm
5 b 620 b 1.1 b 2.100 b 0,16 b 82 b 0,36 b
Dies entspricht der Regel, nach der die meisten transuranischen Nuklide mit einer ungeraden Anzahl von Neutronen "leicht thermisch spaltbar" sind.

benutzen

Curium ist eine der radioaktivsten Substanzen. Da die beiden in den Reaktoren bevorzugt erzeugten Isotope 242 cm und 244 cm nur kurze Halbwertszeiten (162,8 d bzw. 18,1 Jahre) mit α-Energien von ungefähr 6 MeV aufweisen , weisen sie eine viel größere Aktivität auf als beispielsweise Radium 226 Ra, das in der natürlichen Uran-Radium- Zerfallskette erzeugt wird und eine Halbwertszeit von 1600 Jahren hat. Diese Radioaktivität erzeugt eine große Wärmemenge: 244 cm geben 3 W / g ab und 242 cm erreichen 120 W / g . Diese Isotope von Curium können aufgrund ihrer sehr hohen Wärmeabgabe in thermoelektrischen Radioisotopengeneratoren in Form von Curium ( III ) -oxid (Cm 2 O 3) verwendet werden) zur Versorgung mit elektrischer Energie , beispielsweise in Raumsonden . Zu diesem Zweck wurde vorzugsweise die Verwendung von 244 cm untersucht . Als α-Emitter benötigt es eine deutlich dünnere Abschirmung als für einen β-Emitter. Die spontane Spaltungsrate und die damit verbundenen Neutronen und γ sind jedoch höher als bei 238 Pu. Die Kombination aus stärkerer γ-Abschirmung, höherer Neutronenbestrahlungsrate und kürzerer Halbwertszeit verschafft 238 Pu mit seiner Halbwertszeit von 87,7 Jahren den Vorteil .

242 cm wurden auch getestet , um 238 Pu in thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren für Herzschrittmacher zu ersetzen . Tatsächlich sind in den Reaktoren erzeugte 238 Pu immer durch 236 Pu verunreinigt, die aus der Reaktion (n, 2n) von 237 Np stammen. Dieses enthält jedoch in seiner Zerfallskette Thallium 208 Tl, das ein starker Gamma-Emitter ist. Ein ähnlicher Defekt tritt bei 238 Pu auf, das durch Deuteronbestrahlung von Uran hergestellt wurde. Die anderen Isotope von Curium, die in Reaktoren einfach in erheblichen Mengen produziert werden, führen in ihrer Zerfallskette schnell zu langlebigen Isotopen, deren Strahlung für den Bau von Herzschrittmachern nicht mehr wichtig ist.

X-Spektrometer

Die 244 cm dienen als α-Strahlungsquelle in den vom Otto-Hahn-Institut für Chemie der Firma Max-Planck in Mainz entwickelten α-Teilchen-X-Spektrometern (APXS) , mit denen die Marsfahrzeuge Sojourner , Spirit und Opportunity eingesetzt wurden. chemisch analysiert das Gestein auf dem Boden des Planeten Mars. Der Philaé-Lander der Rosetta -Raumsonde ist mit einem APXS ausgestattet, um die Zusammensetzung des Kometen 67P / Tchourioumov-Guerassimenko zu analysieren .

Die Surveyor 5-7- Mondsonden hatten auch Alpha-Spektrometer an Bord. Diese arbeiteten jedoch mit 242 cm und maßen die von den α-Partikeln ausgestoßenen Protonen sowie die zurückgestreuten α-Partikel (zurückgeschickt).

Herstellung anderer Elemente

Curium wird auch als Rohstoff für die Herstellung höherer Transurane und Transactinide verwendet . So führt beispielsweise die Bestrahlung von 248 cm mit 18 O Sauerstoff- oder 26 Mg Magnesiumkernen zu den Elementen Seaborgium ( 265 Sg) bzw. Hassium ( 269 Hs und 270 Hs).

Sicherheitsmaßnahmen

Die in der deutschen Liste der Gefahrstoffverordnung (de) angegebenen Gefahrengrade existieren für Curium und seine Verbindungen nicht, da sie sich nur auf die Gefährlichkeit auf chemischer Ebene beziehen, die im Vergleich zu denen in Bezug auf Radioaktivität eine völlig vernachlässigbare Rolle spielt . Letzteres ist auf jeden Fall nur wichtig, wenn es um nennenswerte Mengen an Materie geht.

Da es nur radioaktive Isotope von Curium gibt, sollte dieses Element wie seine Verbindungen nur in spezialisierten Labors gehandhabt werden, die ihre eigenen Sicherheitsregeln haben. Die meisten gängigen Isotope sind α-Emitter , deren Einbau unbedingt vermieden werden sollte. Ein großer Teil der Isotope zerfällt zumindest durch spontane Spaltung teilweise . Das breite Spektrum der resultierenden Spaltprodukte , die wiederum häufig selbst radioaktive, möglicherweise hochenergetische γ-Emitter sind , stellt ein zusätzliches Risiko dar, das bei der Entwicklung der Richtlinien berücksichtigt werden muss. Sicherheit.

Auswirkungen auf den Körper

Wenn Curium über die Nahrung aufgenommen wird, wird das meiste innerhalb weniger Tage ausgeschieden und nur 0,05% gelangen in den systemischen Kreislauf. 45% dieser Menge lagern sich in der Leber ab , 45% in den Knochen und die restlichen 10% werden eliminiert. In den Knochen lagert sich Curium insbesondere an der Grenze zwischen Knochenkörper und Knochenmark ab und hemmt so die Produktion von Blutzellen ( Hämatopoese ). Die anschließende Diffusion in den Kortex erfolgt dann nur langsam.

Durch Inhalation gelangt Curium deutlich stärker in den Körper, wodurch diese Form der Inkorporation das höchste Risiko für die Arbeit mit Curium darstellt. Die zulässige Gesamtbelastung des menschlichen Körpers pro 244 cm (in löslicher Form) beträgt 0,3 u Ci .

In Experimenten an Ratten wurde nach intravenöser Injektion von 242 cm und 244 cm ein Anstieg der Rate an Knochenkrebs beobachtet , dessen Auftreten als Hauptgefahr für den Einbau von Curium beim Menschen angesehen wird. Das Einatmen der Isotope hat zu Lungenkrebs und Leberkrebs geführt .

Probleme im Zusammenhang mit der Wiederaufbereitung von Atommüll

In Kernreaktoren, die unter vernünftig wirtschaftlichen Bedingungen betrieben werden (d. H. Mit einer langen Nutzungsdauer des Brennstoffs), werden Isotope von Curium unvermeidlich durch Reaktionen ( n , γ) gebildet, gefolgt von Zerfällen β - ( siehe oben ). Eine Tonne abgebrannter Brennelemente enthält durchschnittlich etwa 20 g verschiedener Curiumisotope. Darunter befinden sich α-Emitter mit Massenzahlen von 245 bis 248 , die aufgrund ihrer relativ langen Halbwertszeit bei der Endlagerung unerwünscht sind und daher als transuranischer Abfall gezählt werden sollten . Eine Verringerung ihrer langlebigen Radiotoxizität bei der endgültigen Lagerung wäre möglich, indem die langlebigen Isotope von den bestrahlten Brennstoffen getrennt werden.

Zur Eliminierung von Curium wird derzeit die Strategie der Trennung und Transmutation untersucht . Das geplante Verfahren umfasst drei Stufen: chemische Trennung der abgebrannten Brennelemente, Gruppierung von Elementen und spezifische Nachverfolgung für jede Gruppe, um einen Rückstand zu erhalten, der zur endgültigen Lagerung fähig ist. Als Teil dieses Prozesses würden Curiumisotope in speziellen Reaktoren einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt, bis sie in kurzlebige Nuklide umgewandelt würden. Die Entwicklung eines solchen Prozesses wird derzeit Studiert, das Ziel ist jetzt Nicht erreicht .

Verbindungen und Reaktionen

Oxide

Curium wird leicht von Sauerstoff angegriffen . Es gibt Curium Oxide mit Oxidationsgraden +3 (cm 2 O 3) und +4 (CmO 2). Das zweiwertige Oxid CmO ist ebenfalls bekannt.

Schwarzes Curium ( IV ) -oxid kann direkt aus den Elementen erhalten werden. Es reicht aus, das metallische Curium in Gegenwart von Luft oder Sauerstoff zu erhitzen. Für kleine Mengen ist es bevorzugt, Curiumsalze wie Curium ( III ) oxalat (Cm 2 (C 2 O 4 ) 3 zu erhitzen) oder Curium ( III ) -nitrat (Cm (NO 3 ) 3) bleibt der Umgang mit metallischem Curium schwierig.

Aus Curium ( IV ) -oxid kann weißliches Curium ( III ) -oxid durch thermische Zersetzung im Vakuum (etwa 0,01 Pa ) bei 600 ° C erhalten werden :

\ scriptstyle 4 \, {\ mathrm {CmO}} _ {2} \, {\ xrightarrow {\ Delta T}} \, 2 \, {\ mathrm {Cm_ {2} O}} _ {3} \, + \, {\ mathrm {O}} _ {2}

Ein anderer Weg ist die Reduktion von Curium ( IV ) -oxid durch molekularen Wasserstoff .

Das meiste in der Natur vorhandene Curium ( siehe oben ) liegt in Form von Cm 2 O 3 vorund CmO 2.

Halogenide

Curiumhalogenide auf Basis der 4 stabilen Halogene sind bekannt.

Das Fluorid Curium ( III ) farblos (CmF 3) kann durch Ausfällen von Lösungen, die Cm ( III ) enthalten, mit Fluoridionen erhalten werden . Das vierwertige Curiumfluorid (CmF 4) dass durch Umwandlung von Cm ( III ) -fluorid durch molekulares Fluor :

\ scriptstyle 2 \, {\ mathrm {CmF}} _ {3} \, + \, {\ mathrm {F}} _ {2} \, \ longrightarrow \, 2 \, {\ mathrm {CmF_ {4}} }}

Eine Reihe komplexer Fluoride der Form M 7 Cm 6 F 31, wobei M ein Alkalimetall ist, sind bekannt.

Das Chloridcurium ( III ) farblos (MLC 3) kann durch Reaktion mit Curium ( III ) -hydroxid (Cm (OH) 3) erhalten werden) trockener Chlorwasserstoff (HCl). Curium ( III ) -chlorid kann zur Synthese von Curium ( III ) -bromid (hellgrün) und Curium ( III ) -iodid (farblos) verwendet werden. Dazu muss das Chlor durch das entsprechende Ammoniumhalogenid verdrängt werden:

\ scriptstyle {\ mathrm {CmCl}} _ {3} \, + \, 3 \, {\ mathrm {NH_ {4} I}} \, \ longrightarrow \, {\ mathrm {CmI}} _ {3} \ , + \, 3 \, {\ mathrm {NH_ {4} Cl}}

Chalkogen- und Pnictogensalze

Unter den Chalkogensalzen sind die Sulfide und Selenide bekannt . Sie können durch Einwirkung von Schwefel oder reinem gasförmigem Selen bei hoher Temperatur erhalten werden.

Salze pnictogen CMX-Typ sind bekannt für die Elemente X = Stickstoff , Phosphor , Arsen und Antimon . Ihre Herstellung kann durch die Wirkung dieser Hochtemperaturkomponenten des Hydrids von Curium (III) (MHC 3 ) oder dem Metall Curium.

Organometallische Verbindungen

Ähnlich wie bei Uranocen , einer metallorganischen Verbindung, bei der Uran durch zwei Liganden von Cyclooctatetraen komplexiert ist, wurden entsprechende Komplexe für Thorium , Protactinium , Neptunium und Americium gezeigt. Die Theorie der Molekülorbitale legt nahe, dass eine analoge Verbindung (η 8 -C 8 H 8 ) 2 Cm, ein "Curocen", synthetisiert werden könnte, dies wurde jedoch noch nicht erreicht.

Anmerkungen und Referenzen

(de) Dieser Artikel teilweise oder vollständig aus dem Wikipedia - Artikel in genommen deutschen Titeln „ Curium “ ( siehe Liste der Autoren ) .

Anmerkungen

249 cm hat eine Halbwertszeit von 1 h und ergibt 100% durch β - Zerfall von Berkelium 249 Bk.
Laserinduzierte orange Fluoreszenz in einer Lösung des Tris (hydrotris) pyrazolylborato-Cm ( III ) -Komplexes mit einer Anregungswellenlänge von 396,6 nm .
APXS steht für Alpha Particle X Spectrometer .

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Siehe auch

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Zum Thema passende Artikel

Isotope des Curiums:
- Curium 242
- Curium 244
Curium ( III ) oxid
Curium ( IV ) -oxid

Externe Links

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fünfzehn

Hallo

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NICHT

Geboren

N / A

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