Кюрий

Кю́рий (химический символ — Cm, от ) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 96.

Относится к семейству актиноидов.

Простое вещество кюрий — это синтезированный радиоактивный трансурановый металл серебристого цвета.

История 
После завершения работ, связанных с плутонием, внимание исследователей Металлургической лаборатории (ныне — Аргоннская национальная лаборатория) было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов. В этой работе участвовали Г. Сиборг, А. Гиорсо, Л. О. Морган и Р. А. Джеймс. На протяжении довольно длительного периода синтезировать и идентифицировать элементы № 95 и № 96 не удавалось потому, что предполагалось, что они будут иметь сходство с плутонием и довольно легко окисляться до шестивалентного состояния. Но в 1944 году, когда было установлено, что эти элементы являются аналогами лантаноидов и входят в особую группу, называемую актиноидами, открытие состоялось.
Первым, в 1944 году, был открыт кюрий. Его получили при бомбардировке 239Pu α-частицами.

 

Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так как химически они очень схожи. Трудность разделения отображена в первоначальных названиях элементов «пандемониум» и «делириум», что в переводе с латыни означает «ад» и «бред».
Они были разделены методом ионного обмена с использованием ионообменной смолы дауэкс-50 и α-оксиизобутирата аммония в качестве элюента.

Кюрий был выделен Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 году в виде гидроксида, полученного из гидроксида америция, подвергнутого облучению нейтронами.

Происхождение названия 
Назван в честь Пьера и Марии Кюри — по примеру расположенного в периодической таблице прямо над ним гадолиния, названного в честь химика Юхана Гадолина. В символе элемента (Cm) его латинского названия первая буква обозначает фамилию Кюри, вторая — имя Марии, а также последнюю в его полном названии — Curium.

Физические свойства 
Полная электронная конфигурация атома кюрия: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p65f76d17s2.

Кюрий — это радиоактивный металл серебристого цвета. Наиболее устойчивый изотоп 247Cm.

Химические свойства 
Наиболее стабильная степень окисления кюрия в водном растворе — +3. Степень окисления +4 наблюдалась в твёрдой фазе в виде таких соединений, как оксид кюрия(IV) и фторид кюрия(IV). В водном растворе ион Cm3+ имеет цвета от белого до бледно-зелёного.

Изучение химии кюрия осложнено его высокой радиоактивностью: растворы его солей подвержены интенсивному разогреву и радиолизу.

Получение 
Определённые изотопы кюрия производят в атомных реакторах. Путём последовательного захвата нейтронов ядрами элементов-мишени урана или плутония происходит накопление атомов кюрия. Одна тонна отработанного ядерного топлива содержит около 20 грамм кюрия. После накопления кюрия в достаточных количествах его выделяют методами химической переработки, концентрируют и вырабатывают оксид кюрия.

Кюрий — крайне дорогой металл. На 2014 год он используется только в самых важных областях ядерных технологий. Тем не менее, в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются:

 Максимальное увеличение количества кюрия в облучённом топливе.
 Максимальное сокращение сроков наработки кюрия.
 Разработка рациональных технологий облучения топлива и разработка топливных композиций.
 Снижение цен на кюрий.

Это связано с тем, что спрос на кюрий в основных его областях использования многократно превышает предложение. Получение достаточных количеств кюрия способно решить проблему производства компактных космических реакторов, самолётов с ядерными двигателями и др.

Согласно отчёту комиссии РАН под руководством академика В. А. Тартаковского от 23 апреля 2010 года, на исследовательских реакторах ГНЦ НИИАР (г. Димитровград) создана уникальная технология производства кюрия-244.

Изотопы и их применение 

Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 г/см3 и период полураспада 162,8 суток) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см3), а 1 грамм металлического кюрия-242 выделяет около 120 Вт. Особенностью и удобством, а также причиной безопасности источников тепла на основе кюрия является тот факт, что кюрий-242 — практически чистый альфа-излучатель (вероятность спонтанного деления 5,51·10−6). Несмотря на относительно небольшой период полураспада, продуктом его альфа-распада является заметно более долгоживущий плутоний-238, благодаря чему источник тепла на основе кюрия-242 прослужит заметно дольше, чем, например, полониевый, но при этом заметно потеряет в тепловыделении (поскольку у дочернего продукта распада заметно меньше удельная активность, и, следовательно, удельное тепловыделение). Интегрированная энергия альфа-распада одного грамма кюрия-242 за год составляет приблизительно 480 кВт·ч.

Другой важной областью применения кюрия-242 является производство нейтронных источников высокой мощности для «поджигания» (запуска) специальных атомных реакторов.

Сходными свойствами обладает более тяжёлый изотоп кюрия — кюрий-244 (период полураспада ). Он также является альфа-излучателем, но его энерговыделение ниже, около 2,83 Вт/грамм. С некоторой небольшой вероятностью (1,37·10−6) кюрий-244 испытывает спонтанное деление, внося существенный вклад в нейтронный радиационный фон от отработавшего ядерного топлива некоторых реакторов.

Кюрий-245 (период полураспада 8,25 тыс. лет) перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением. Изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа, который является почти чистым альфа-излучателем (вероятность спонтанного деления 6,1·10−9).

Самым долгоживущим изотопом кюрия является альфа-активный (без признаков других типов радиоактивного распада) кюрий-247, период полураспада которого составляет 15,6 млн лет.

Безопасность 
При употреблении кюрия только 0,05 % его всасывается в организм, из этого количества 45 % откладывается в печени (период полувыведения — около 20 лет), 45 % — в костях (период полувыведения — около 50 лет), остальные 10 % выводятся из организма. При вдыхании кюрия он всасывается в организм гораздо лучше. Внутривенное введение растворов солей кюрия крысам приводило к опухоли кости, а вдыхание кюрия — к раку лёгких и раку печени.

Некоторые продукты распада кюрия испускают сильное бета- и гамма-излучение.

Изотопы кюрий-242 и кюрий-244 обладают исключительно высокой радиотоксичностью, притом кюрий-242 с более коротким периодом полураспада является крайне сильным ядом, значительно опаснее кюрия-244. Токсичность кюрия, как и токсичность всех трансурановых элементов, зависит от изотопного состава, и возрастает с увеличением доли относительно короткоживущих альфа-излучающих нуклидов.

Примечания

Литература 
 
 
 
 
 Curium Data Sheets, ORNL 1966
 Curium Data Sheets, ORNL 1973

Ссылки 

 Кюрий на Webelements
 Кюрий в Популярной библиотеке химических элементов, Издательство «Наука», 1977.

Химические элементы
Актиноиды
Радиоактивные элементы
Синтезированные химические элементы
Металлы
Трансурановые элементы