Kaliforniyum

Özellikleri

98 atom numaralı kaliforniyum, periyodik tabloda aktinitler serisinde yer alır. Öncesinde berkelyum ve ardında da aynştaynyum yer alır. Lantanitler serisindeki yapısal analogu disprozyumdur.

Fiziksel özellikleri

Kaliforniyum, erime noktası 900 ± 30 °C ve kaynama noktası tahmini 1745 °C olan radyoaktif, gümüşi beyaz renkli, aktinit bir metaldir. Saf metal haldeyken yumuşaktır ve jilet ile kolayca kesilebilir. Kaliforniyum metali 300 °C'nin üstünde vakuma maruz kaldığında buharlaşmaya başlar. 51 K'nin (−220 °C) altında kaliforniyum metali ferromanyetik veya ferrimanyetiktir (mıknatıs gibi davranır), 48 ve 66 K arasında antiferromanyetiktir (bir ara durum) ve 160 K'nin (−110 °C) üzerinde paramanyetiktir (dış bir manyetik alan ona mıknatıslık kazandırır). Kaliforniyum lantanit metalleri ile alaşım oluşturabilir, ancak bu konuda çok az şey bilinmektedir.
Element 1 standart atmosfer basıncı altında iki farklı kristal yapıya sahiptir: çift-hegzagonal sıkı paket (hsp veya dhcp) yapılı alfa (α) ve yüzey merkezli kübik (ymk veya fcc) yapılı beta (β). α formu 900 °C'nin altında ve 15,10 g/cm³ yoğunlukla görülür, β formu da 900 °C'nin üstünde ve 8.74 g/cm³ yoğunlukla görülür.  48 GPa basınçta, atomun 5f elektronlarının dekolizasyonu sonucunda β formu ortorombik kristal sisteme dönüşür.
Bir malzemenin bulk modülü, malzemenin eş dağılımlı bir basınca karşı direncininin ölçüsünü ifade eder. Kaliforniyumun bulk modülü 50 ± 5 GPa'dır. Bu sayı üç değerli lantanit metallerinkine yakınken alüminyum (70 GPa) gibi daha bilindik metallerinkinden küçüktür.

Varlığı

Bilindiği kadarıyla kaliforniyum yeryüzünde doğal olarak bulunmamaktadır. Ancak çeşitli nükleosentezlerin meydana gelmesi sebebiyle uranyum cevherlerinde birkaç dakikalığına da olsa varlığını sürdürebilmesi olasıdır. Mineral araştırmalarında ve tıbbi tedavilerde kaliforniyumu kullanan tesislerin yakınlarında eser miktarlarda kalifornuyum bulunabilir. Element oldukça çözünmez bir görünüm sergiler ancak, çözelti içindeki katı parçacıklara bağlanır; katı parçacıklardaki yoğunluğu katı parçacıkları çevreleyen sudaki yoğunluğundan 500 kat fazla olabilir.
1980 öncesinde havada yapılan nükleer silah denemelerinin sebep olduğu nükleer serpintiler çevredeki kaliforniyum miktarına küçük bir miktar katkı yaptı. Bir nükleer patlama sonrasında havadan alınan numunelerde kütle numaraları 249, 252, 253 ve 254 olan kaliforniyum izotopları gözlemlendi. Kaliforniyum büyük miktarlarda üretilmediğinden ABD Enerji Bakanlığı'nın miras bölgelerindeki başlıca radyoaktif çekirdekler arasında yer almaz.

Uygulamaları

Her bir mikrogramından dakikada 139 milyon nötron yayılan kaliforniyum, güçlü bir nötron yayıcı olarak birçok özel uygulamada kendine yer bulur.  Bu özelliği kaliforniyumu bazı reaktörler için kullanışlı bir başlangıç nötron kaynağı yapar. Element ayrıca bazı numunelerde eser miktarda bulunan elementlerin miktarının belirlenmesi için yapılan nötron aktivasyon analizinde taşınabilir (reaktör tabanlı olmayan) nötron kaynağı olarak kullanılır. Kaliforniyumun nötronları, diğer radyoterapi türlerinin etkisiz olduğu belli rahim ağzı ve beyin tümörlerinin tedavisinde de kullanılır. Element Georgia Teknoloji Enstitüsü'nün 1969'da Savannah River Santrali'nden 119 µg kaliforniyum-252 almasından bu yana eğitim uygulamalarında da kullanılmaktadır. Kömür ve çimento endüstrilerinde de kömür analizi ve bulk modülü analizlerinde kullanım alanına sahiptir.
Malzemelere nötron nüfuzu kaliforniyumu yakıt çubuğu tarayıcıları; uçak ve silah parçalarındaki korozyon, kötü kaynaklar ve rutubetin tespitinde kullanılan nötron radyografisi; ve taşınabilir metal dedektörler için oldukça kullanışlı yapar. Nötron nem ölçme cihazları petrol kuyularındaki su ve petrol tabakalarının tayininde kaliforniyum-252'yi kullanır. Taşınabilir nötron kaynağı olduğundan altın ve gümüş madenlerindeki yerinde analiz aşamasında ve yeraltı suyu hareketlerinin tespitinde kullanılmaktadır.
Kaliforniyum-252'nin 1982'deki kullanım şekli dağılımı şu şekildedir; reaktör başlatıcı (%48,3), yakıt çubuğu taraması (%25,3) ve aktivasyon analizi (%19,4).  1994'te de nötron radyografisi %77,4, yakıt çubuğu taraması %12,1 ve reaktör başlatıcı %6,9 şeklinde oldu.
Kaliforniyum-251 çok küçük bir krtik kütleye (yaklaşık 5 kg), yüksek öldürücülüğe ve göreli düşük peryotlu çevre için zehirli radyasyon yayma kapasitesine sahiptir. Kaliforniyumun düşük kritik kütleye sahip olması, elementin kullanımı ile ilgili abartılı iddiaları da beraberinde getirmektedir. Popüler Science dergisinin Temmuz 1961 tarihli sayısında yer alan "Facts and Fallacies of World War III" adlı makalede bu durum şu şekilde sunulmuştur; "kaliforniyum atom bombasının bir tabanca mermisinden daha büyük olması gerekmez. Temas anında 10 ton TNT gücüyle patlayacak mermiler ateşleyen bir altıpatlar yapabilirsiniz."
Ekim 2006'da Dubna, Rusya'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nde, araştırmacılar kaliforniyum-249'u kalsiyum-48 ile bombardıman ederek ununoktiyumu (118. element) keşfettiklerini duyurdular. Ununoktiyum şimdiye dek sentezlenen en ağır elementtir. Bu deneydeki hedef yaklaşık 10 mg kaliforniyum-249 içeriyordu.   Kaliforniyum başka uranyum ötesi elementlerin keşiflerinde de kullanılmıştı; örneğin 103. element (daha sonra lavrensiyum olarak isimlendirildi) 1961'de kaliforniyumun bor çekirdeği ile bombardımanı sonucunda sentezlenmişti.

Güvenlik

İskelet dokuda biriken kaliforniyum, radyasyon yayarak vücudun kırmızı kan hücresi üretme kabiliyetini bozar. Element yüksek radyoaktifliği ve doğada düşük yoğunlukta bulunması sebebiyle herhangi bir organizma üzerinde doğal biyolojik bir rol oynamaz.
Kaliforniyum vücuda kontamine yiyecek veya içeceklerin sindirilmesiyle veya elementin asılı kaldığı havanın solunmasıyla girebilir. Vücuda girmesinin ardından kaliforniyumun sadece %0,05'i kan dolaşımına karışır. Yaklaşık %65'i iskelette, %25'i karaciğerde birikir geri kalanı da ya diğer organlarda birikir ya da, büyük oranda idrarla olmak üzere, dışarı atılır. İskelet ve karaciğerde biriken kaliforniyumun yarısı sırasıyla elli ve yirmi yılda gider. İskeletteki kaliforniyum kemik boyunca yayılmadan önce kemik yüzeyine bağlanır.
Elementin vücuda alınması en tehlikeli durum olmakla birlikte, kaliforniyum-249 ve kaliforniyum-251 gama ışınımı yoluyla vücut dışından da doku yıkımına sebep olabilir. Kemikte ve karaciğerde kaliforniyumun saldığı iyonize radyasyon kansere sebebiyet verebilir.