Kűrium

Gőznyomás
96	amerícium ← kűrium → berkélium
Általános
Név, vegyjel, rendszám	kűrium, Cm, 96
Latin megnevezés	curium
Elemi sorozat	aktinoidák
Csoport, periódus, mező	?, 7, f
Megjelenés	ezüstös
Atomtömeg	(247) g/mol
Elektronszerkezet	[Rn] 5f7 6d1 7s²
Elektronok héjanként	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	13,51 g/cm³
Olvadáspont	1613 K; (1340 °C, 2444 °F)
Forráspont	3383 K; (3110 °C, 5630 °F)
Olvadáshő	? 15 kJ/mol
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	hexagonális
Oxidációs szám	3; (amfoter oxid)
Elektronegativitás	1,3 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 581 kJ/mol
Egyebek
Mágnesség	nincs adat
CAS-szám	7440-51-9
Fontosabb izotópok
Hivatkozások

A kűrium a periódusos rendszer egyik eleme. Vegyjele Cm, rendszáma 96. A kűriumot Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, és Albert Ghiorso fedezte fel a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemen.

Tulajdonságai

A kűrium a természetben nem található meg. kűrium-248 izotópot csak milligrammnyi mennyiségben állították elő, de kűrium-242-t és kűrium-244-et grammnyi mennyiségben készítenek, ami lehetővé teszi az elem egyes tulajdonságainak megállapítását. Kűrium-244-et nagyobb mennyiségben plutónium neutronokkal való bombázásával állítanak elő. A kűriumnak csak néhány ipari alkalmazása ismert, a jövőben azonban felhasználhatják radioizotópos termoelektromos generátorokban. A kűrium a csontszövetben felhalmozódik, sugárzása elroncsolja a csontvelőt és így leállítja a vörösvérsejt-képződést.

A kűrium kémiailag valamelyest hasonlít a ritkaföldfém homológjára, a gadolíniumra, de kristályszerkezete bonyolultabb. A kűrium ezüstfehér színű, reakcióképes, az alumíniumnál elektropozitívabb fém (a legtöbb háromértékű kűrium vegyület enyhén sárgás színű).

Sokat tanulmányozták radioizotópos termoelektromos generátorokban történő lehetséges felhasználását. A kűrium-242 akár 120 watt hőenergiát is szolgáltathat grammonként (W/g), nagyon rövid felezési ideje azonban nem teszi lehetővé hosszú élettartamú energiaforrás készítését. A kűrium-242 alfa-bomlással plutónium-238-cá alakulhat át, amely a radioizotópos termoelektromos generátorokban (RTG) leggyakrabban használt izotóp. A kűrium-244 RTG-kben történő felhasználását is vizsgálták, ennek maximális energiasűrűsége ~3 W/g,^[1] de spontán hasadás révén ez az izotóp erős neutronsugárzást bocsát ki. A kűrum-243 30 év körüli felezési idejével és jó – ~1,6 W/g – energiasűrűségével ideális anyagnak tűnhet, de bomlástermékei jelentős mértékű gamma- és béta-sugárzást bocsátanak ki.

Vegyületei

Néhány vegyülete:

kűrium-dioxid (CmO₂)
kűrium-trioxid (Cm₂O₃)
kűrium-bromid (CmBr₃)
kűrium-klorid (CmCl₃)
kűrium-tetrafluorid (CmF₄)
kűrium-jodid (CmI₃)

Története

A kűriumot elsőként 1944-ben állította elő Glenn T. Seaborg, Ralph A. James és Albert Ghiorso a Berkeley városban levő Kaliforniai Egyetemen.^[2] A tudósok az elemet Marie Curie és férje, Pierre után nevezték el, akik a rádium felfedezésével és a radioaktivitás jelenségének tanulmányozásával váltak híressé. Ez volt az első alkalom, hogy egy kémiai elemet történelmi személyről neveztek el. A kűriumot kémiailag a Chicagói Egyetem Metallurgical Laboratory-ban (ma Argonne National Laboratory) azonosították. Ez volt a harmadikként felfedezett transzurán elem, noha a transzuránok sorában csak a negyedik. Berkeley-ben az 1,5 méteres ciklotronban plutónium-239 céltárgyat bombáztak alfa-részecskékkel, melynek során kűrium-242 (felezési ideje 163 nap) és egy szabad neutron keletkezett.^[3]

23994Pu + 42He → 24296Cm + 10n

Mivel az új elemek – az amerícium és kűrium – felfedezése szorosan kapcsolódott a Manhattan tervhez, az eredmények titkosak voltak és nem lehetett publikálni őket. Seaborg az új elemek felfedezését egy gyerekeknek szóló rádióműsorban, a Quiz Kidsben jelentette be, öt nappal az American Chemical Society 1945. november 11-ei gyűlésén tartandó hivatalos előadást megelőzően.^[4] Seaborg szabadalmaztatta is az új elemek szintézisét.^[5]

Louis Werner és Isadore Perlman 1947-ben szemmel látható mennyiségű kűrium-242-hidroxid mintát állított elő a Kaliforniai Egyetemen, ők amerícium-241-et bombáztak neutronokkal.^[6] A kűriumot elemi állapotban elsőként 1951-ben állították elő.^[7]^[8]

Izotópjai

A kűrium 19 radioizotópját írták le, ezek közül a legstabilabb a Cm-247, 1,56·10⁷ év felezési idővel, ezt követi a Cm-248 3,40·10⁵ évvel, a Cm-250 9000 évvel és a Cm-245 8500 évvel. A többi radioaktív izotóp felezési ideje rövidebb mint 30 év, a többségé pedig 33 napnál is kevesebb. A kűriumnak 4 metastabil állapota is ismert, ezek közül a legstabilabb a Cm-244m (t_½ 34 ms). A kűrium izotópjainak atomtömege 233,051 u (Cm-233) és 252,085 u (Cm-252) közé esik.

Tüzelőanyag-ciklus

A ²³⁸Pu és ²⁴⁴Cm közötti elemátalakulás folyamata LWR-ben (könnyűvizes reaktorban).^[9]
A hasadás százalékos aránya 100 mínusz a feltüntetett százalékok.
Az elemátalakulás teljes sebessége nuklidtól függően nagymértékben változik.
A ²⁴⁵Cm–²⁴⁸Cm felezési ideje hosszú, bomlásuk elhanyagolható.

Termikus neutronra vonatkozó hatáskeresztmetszetek (barnban)
	²⁴²Cm	²⁴³Cm	²⁴⁴Cm	²⁴⁵Cm	²⁴⁶Cm	²⁴⁷Cm
Hasadás	5	617	1,04	2145	0,14	81,90
Befogás	16	130	15,20	369	1,22	57
Befogás/hasadás arány	3,20	0,21	14,62	0,17	8,71	0,70
53 MWnap/kg kiégési szinten 20 év után kimerült alacsony dúsítású urán^[10]
3 gyakori izotóp		51	3700	390
Gyorsneutronos reaktor kevert fém-oxidos hasadóanyag (5 minta átlaga, 66-120GWnap/t kiégési szint)^[11]
Kűrium összesen 3,09·10⁻³%		27,64%	70,16%	2,166%	0,0376%	0,000928%

A páratlan tömegszámú izotópok maghasadásra képesek, a páros tömegszámúak csak befogják a neutronokat, de azt is csak kisebb sebességgel. A termikus reaktorokban ezért a páros tömegszámú izotópok a kiégés során felhalmozódnak.

Az energiatermelő reaktorokban használandó kevert-oxid fűtőanyag (MOX) nem, vagy csak kis mennyiségben tartalmazhat kűriumot, mivel a ²⁴⁸Cm neutronaktivációja során kalifornium keletkezik, amely erős neutron sugárzó. A kalifornium elszennyezné a tüzelőanyag-ciklus végét, és növelné a munkások sugárdózisát. Ezért ha termikus neutronos reaktorban másodlagos aktinoidákat akarnak fűtőanyagként használni, akkor abból el kell távolítani a kűriumot, vagy különleges fűtőelemrúdba kell helyezni, amelyben nincs más aktinoida.

Felhasználása

A ²⁴⁴Cm és ²⁴²Cm izotópok több éves vagy hónapos felezési idővel rendelkező erős alfa-sugárzók, mely folyamat során jelentős mennyiségű hőt termelnek. Ez a tulajdonságuk alkalmassá teszi őket alfa-sugárforrásként és radioizotópos termoelektromos generátorok hőforrásaként való felhasználásra.

Kűrium-244 sugárforrást használnak több amerikai és európai űrmisszió fedélzetén az alfa-részecske röntgenspektrométerben, például a Mars Exploration Roverben^[12] és a Rosetta/Philae-ben is. Több jövőbeli küldetésen is javasolják RTG-ben való használatukat.^[13]^[14]

Jegyzetek

↑ Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Band 7 a, Transurane, Teil A 2, p. 289.
↑ Hall, Nina. The New Chemistry: A Showcase for Modern Chemistry and Its Applications. Cambridge University Press, 8–9. o. (2000). ISBN 9780521452243
↑ G. T. Seaborg, R. A. James, A. Ghiorso: "The New Element Curium (Atomic Number 96)", NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14B, The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.2, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949; Abstract; Typoskript (January 1948).
↑ PEPLING, RACHEL SHEREMETA: Chemical & Engineering News: It's Elemental: The Periodic Table – Americium, 2003 (Hozzáférés: 2008. december 7.)
↑ Glen T. Seaborg "Element" U.S. Patent 3161462PDF-hivatkozás Issue date: December 1964
↑ L. B. Werner, I. Perlman: "Isolation of Curium", NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14 B, The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.5, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949.
↑ Wallmann, J. C., Crane, W. W. T.; Cunningham, B. B. (1951). „The Preparation and Some Properties of Curium Metal”. Journal of the American Chemical Society 73 (1), 493–494. o. DOI:10.1021/ja01145a537.
↑ Werner, L. B., Perlman, I. (1951). „First Isolation of Curium"”. Journal of the American Chemical Society 73 (1), 5215–5217. o. DOI:10.1021/ja01155a063.
↑ Sasahara, Akihiro (2004. november 27.). „Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels”. Journal of Nuclear Science and Technology 41 (4), 448–456. o. DOI:10.3327/jnst.41.448. (Hozzáférés: 2010. május 1.)
↑ Limited Proliferation-Resistance Benefits from Recycling Unseparated Transuranics and Lanthanides from Light-Water Reactor Spent Fuel (PDF). [2009. február 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. május 1.)
↑ Analysis of Curium Isotopes in Mixed Oxide Fuel Irradiated in Fast Reactor (PDF). [2007. július 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. június 8.)
↑ R. Rieder, R. Gellert, J. Brückner, G. Klingelhöfer, G. Dreibus, A. Yen, S. W. Squyres (2003). „The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers”. J. Geophysical Research 108, 8066. o. DOI:10.1029/2003JE002150.
↑ Miskolczy, G. (1990). „Radioisotope Thermionic Converters for Space Applications”. Energy Conversion Engineering Conference (IECEC-90) 1, 222–226. o. DOI:10.1109/IECEC.1990.716874.
↑ O’Brien,, R.C., Ambrosi, R. M.; Bannister, N.P.; Howe S.D.; Atkinso, H. V. (2008). „Safe radioisotope thermoelectric generators and heat sources for space applications”. Journal of Nuclear Materials 377 (3), 506–521. o. DOI:10.1016/j.jnucmat.2008.04.009.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Curium című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

a magyar Wikipédia kűriumot tartalmazó vegyületeinek listája

A Wikimédia Commons tartalmaz Kűrium témájú médiaállományokat.

Nézd meg curium kűrium címszót a Wikiszótárban!

Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[1] Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Band 7 a, Transurane, Teil A 2, p. 289.

[2] Hall, Nina. The New Chemistry: A Showcase for Modern Chemistry and Its Applications. Cambridge University Press, 8–9. o. (2000). ISBN 9780521452243

[3] G. T. Seaborg, R. A. James, A. Ghiorso: "The New Element Curium (Atomic Number 96)", NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14B, The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.2, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949; Abstract; Typoskript (January 1948).

[4] PEPLING, RACHEL SHEREMETA: Chemical & Engineering News: It's Elemental: The Periodic Table – Americium, 2003 (Hozzáférés: 2008. december 7.)

[5] Glen T. Seaborg "Element" U.S. Patent 3161462PDF-hivatkozás Issue date: December 1964

[6] L. B. Werner, I. Perlman: "Isolation of Curium", NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14 B, The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.5, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949.

[CM_METALL-7] Wallmann, J. C., Crane, W. W. T.; Cunningham, B. B. (1951). „The Preparation and Some Properties of Curium Metal”. Journal of the American Chemical Society 73 (1), 493–494. o. DOI:10.1021/ja01145a537.

[8] Werner, L. B., Perlman, I. (1951). „First Isolation of Curium"”. Journal of the American Chemical Society 73 (1), 5215–5217. o. DOI:10.1021/ja01155a063.

[9] Sasahara, Akihiro (2004. november 27.). „Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels”. Journal of Nuclear Science and Technology 41 (4), 448–456. o. DOI:10.3327/jnst.41.448. (Hozzáférés: 2010. május 1.)

[10] Limited Proliferation-Resistance Benefits from Recycling Unseparated Transuranics and Lanthanides from Light-Water Reactor Spent Fuel (PDF). [2009. február 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. május 1.)

[11] Analysis of Curium Isotopes in Mixed Oxide Fuel Irradiated in Fast Reactor (PDF). [2007. július 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. június 8.)

[12] R. Rieder, R. Gellert, J. Brückner, G. Klingelhöfer, G. Dreibus, A. Yen, S. W. Squyres (2003). „The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers”. J. Geophysical Research 108, 8066. o. DOI:10.1029/2003JE002150.

[13] Miskolczy, G. (1990). „Radioisotope Thermionic Converters for Space Applications”. Energy Conversion Engineering Conference (IECEC-90) 1, 222–226. o. DOI:10.1109/IECEC.1990.716874.

[14] O’Brien,, R.C., Ambrosi, R. M.; Bannister, N.P.; Howe S.D.; Atkinso, H. V. (2008). „Safe radioisotope thermoelectric generators and heat sources for space applications”. Journal of Nuclear Materials 377 (3), 506–521. o. DOI:10.1016/j.jnucmat.2008.04.009.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]