Родом из Чикаго. В Металлургической лаборатории этого города в 1944-ом году впервые синтезировали кюрий.
Названный в честь Марии Кюри металл не встречается в природе. Нет его и в Солнечной системе, зато, присутствуют свидетельства былого наличия.
Изучая углеродистый метеорит, сотрудники Чикагского университета обнаружили в нем 235-ый нуклид урана.
Это продукт распада 247-го изотопа кюрия. Значит, он играл роль при формировании Солнечной системы. Отдадим металлу должное, подробно изучив его свойства и методы добычи.
Свойства кюрия
Элемент кюрий относится к сверхтяжелым радиоактивным металлам. По свойствам это типичный актиноид.
В группу входят 14 веществ с порядковыми номерами от 90 до 103. Номер кюрия – 96.
То есть, число электронов на 5f-уровне достигает 7-ми при наличии 14-ти мест. Комбинация устойчива, что и делает металл типичным актиноидом.
В элементарном состоянии все они являются серебристо-белыми металлами. Для 96-го вещества характерна форма кристаллов.
Их плотность превышает 13 граммов на кубический сантиметр, что во многом обеспечивает высокую массу металла.
Состав ядра кюрия, как и у других веществ, — это набор атомов. В их центре – протоны, на внешних орбитах – электроны.
Обычно, заполняется последний уровень атома. Но, 5f – не последняя орбита кюрия. Заполнение срединной прослойки вместо внешней – еще одна особенность актиноидов.
С 1944-го года открыты две формы валентности. Типична 3-валентная, полученная изначально. В 1961-ом году обнаружена еще и 4-валентная.
Ее получили путем растворения фторида кюрия в растворе фтористого цезия. Ионы фтора – активные комплексообразователи.
Однако, даже в их присутствии, 4-валентная форма 96-го элемента существует лишь около часа, восстанавливаясь до 3-валентной.
Известных нуклидов кюрия 14. Первым получили 242-ой. Номер указывает на массу. Будучи радиоактивными, нуклиды металла излучают тепловую энергию.
Не зря же существуют атомные станции, снабжающие энергией целые страны и города.
За секунду изотопы кюрия успевают выпустить 1,2 умноженные на 1013 альфа-частиц.
В переводе на тепловую энергию, это 120 ватт. То есть, за год энергия распада грамма кюрия составит 480 киловатт в час.
Для сравнения, аналогичный объем от реакции горения можно получить при сжигании почти 40-ка килограммов бутана. Кислорода потребуется 138 кило.
Чтобы расплавить кюрий, нужна температура в 1340 градусов. Это средний показатель.
Есть металлы, размягчающиеся лишь при 3000 по шкале Цельсия. К этому приближена температура кипения 96-го элемента. Она равна 3260-ти градусам.
Кюрий – химический элемент, меняющий кристаллическую решетку в зависимости от температур.
При комнатных, атомы выстраиваются по гексагональной схеме. Стоит шкале градусника чуть подняться, кристаллическая решетка становится кубической.
Поскольку при нагреве кюрий излучает радиацию, тепло, разогреваются и растворы, с которыми вещество вступает в химическую реакцию.
Это затрудняет изучение свойств металла. Растворы солей кюрия, к примеру, так нагреваются, что вода распадается на кислород и водород.
Излучение при этом столь сильное, что соль светиться в плотной темноте, словно радий.
Добыча кюрия
Изначально, элемент получили, бомбардируя ионами гелия плутоний. Но, все в том же 1944-ом году бомбардировка плутония явила миру и еще один металл – америций.
Теперь, кюрий получают уже с его помощью. То есть, один искусственно синтезированный металл служит для формирования другого металла, не встречающегося в природе.
Рассмотрим выгоды получения кюрия из америция. Если использовать плутоний, придется его 239-ый изотоп преобразовать в 241-ый.
Для этого первый нуклид должен захватить два нейтрона. За счет бета-излучения 241-ый плутоний становится уже 241-ым америцием.
Здесь-то и начинается стандартная для современности схема получения 96-го элемента.
241-ый америций килограммами извлекают из отработанного ядерного топлива. Остается направить на сырье нейтронный поток и получить кюрий. 247-ой изотоп не выйдет. Зато, получается самый востребованный 242-ой.
Чем больше поток нейтронов и меньше время облучения, тем больше продуктивность реакции, то есть, количество получаемого кюрия.
Однако, пока, за год вся мировая промышленность синтезирует лишь граммы сверхтяжелого металла. Таковы ли потребности рынка и в чем они заключаются, расскажем далее.
Применение кюрия
96-ой элемент – практически чистый альфа-излучатель. Блокировать альфа-лучи несложно. Это облегчает работу с веществом.
Его частицы полностью поглощаются даже листом бумаги, отдавая ей всю свою энергию.
Энергия, собственно, и является «товаром» кюрия, как и других радиоактивных элементов.
Распад металла происходит самостоятельно. Скорость разрушения строго постоянна.
То есть, нет нужды выстраивать громоздкие установки, дабы использовать энергию кюрия.
От громоздкости уберегает не только высокая энергоемкость, но и плотность вещества.
Даже будучи в оксиде, один грамм кюрия занимает лишь 10-ю часть кубического сантиметра.
Значит, в потребители записываются те, кому нужны маловесные и компактные источники энергии. Такие требуются, к примеру, в космической отрасли.
Кюрий подходит для снабжения энергией станций, как автоматического плана, так и с людьми на борту.
Проблема состоит в продолжительности стабильной работы корабля. Период полураспада оксида 96-го металла больше, чем у его 242-ой модификации, но, все равно, мал – всего 162 дня.
Получается, снабжение энергией будет длиться несколько месяцев. Этого достаточно не для всех исследований.
В основном, кюрий пригождается для изучения околоземного пространства и «высадок» на Луну.
В остальном, промышленники и ученые предпочитают более долгоиграющих «конкурентов» кюрия, к примеру, тот же америций.
У 96-го элемента есть и долгоиграющие изотопы. 244-ый, к примеру, распадается 37 лет.
Однако, энергия такого распада меньше, составляет менее 3-ех ватт на грамм. Зато, работа с 244-ым нуклидом безопаснее.
Если надеть перчатки и зайти в герметичный бокс, его даже можно подержать в руках.
К тому же, изотоп с 18-летним периодом полураспада научились получать килограммами, а не граммами.
Так что, ученые прогнозируют замену в промышленности 242-го нуклида 244-ым. В США уже ведутся соответствующие наработки.
Генераторы электрического тока на кюрии для питания бортовой аппаратуры, кстати, тоже разработка американцев.
Они же создали технику для глубоководных аппаратов. В Соединенных Штатах приборы, так же, впервые применили, в частности, на станции «Сервейор».
То есть, свой покупатель у элемента, точнее, его оксида, имеется. Сколько же приходиться выложить за нужный источник питания?
Цена кюрия
На кюрий цена составляет десятки тысяч долларов за грамм. Пока, спрос превышает предложение.
Если перейти на выработку 244-го изотопа, стоимость кюрия снизится. Процесс уже запущен все теми же американскими промышленниками.
В прессе уже появилось несколько публикаций о падении цен кюрия. Программа по его выработке утверждена и в России.
Поэтому, наша страна – еще один игрок, делающий сверхтяжелый металл не сверхдорогим.