カリホルニウムの同位体

カリホルニウムの同位体（₉₈ Cf）
SF0.01%未満	–
SF≪0.01%	–
SF0.08%	–
SF3.1%	–
α0.31%	249 cm
α0.31%	250センチメートル
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カリホルニウム（₉₈ Cf）は人工元素であるため、標準的な原子量を与えることはできません。すべての人工元素と同様に、安定同位体はありません。最初に合成された同位体は1950年の²⁴⁵ Cfです。237 Cfから²⁵⁶ Cfまでの20種類の放射性同位体と、いくつかの短寿命の核異性体が知られています。最も長寿命の同位体は半減期が⁸⁹⁸年の251 Cfで、次に^半減期が351年の^{249 Cf（}バークリウムの崩壊から得られる同位体として純粋に利用可能）が続きます

同位体一覧

核種 ^{[n 1]}	Z	北	同位体質量（Da）^[2]^{[n 2]}^{[n 3]}	半減期^[1]	崩壊モード^[1] ^{[n 4]}	娘同位体	スピンとパリティ^[1] ^{[n 5]}^{[n 6]}
核種 ^{[n 1]}	励起エネルギー			半減期^[1]	崩壊モード^[1] ^{[n 4]}	娘同位体	スピンとパリティ^[1] ^{[n 5]}^{[n 6]}
²³⁷ Cf	98	139	237.06220(10)	0.8(2) 秒	α (70%)	²³³ cm	5/2+#
²³⁷ Cf	98	139	237.06220(10)	0.8(2) 秒	SF (30%)	(各種)	5/2+#
²³⁸立方フィート	98	140	238.06149(32)#	21.1(13)ミリ秒	SF (97.5%) ^{[n 7]}	(各種)	0+
²³⁸立方フィート	98	140	238.06149(32)#	21.1(13)ミリ秒	α (2.5%)	²³⁴ cm	0+
²³⁹ Cf	98	141	239.06248(13)#	28(2)秒	α (65%)	²³⁵ cm	5/2+#
²³⁹ Cf	98	141	239.06248(13)#	28(2)秒	β ⁺ ? (35%)	²³⁹ Bk	5/2+#
²⁴⁰ Cf	98	142	240.062253(19)	40.3(9)秒	α (98.5%)	²³⁶ cm	0+
²⁴⁰ Cf	98	142	240.062253(19)	40.3(9)秒	SF (1.5%)	(各種)	0+
²⁴¹ Cf	98	143	241.06369(18)#	2.35(18)分	β ⁺ ? (85%)	²⁴¹ Bk	7/2−#
²⁴¹ Cf	98	143	241.06369(18)#	2.35(18)分	α (15%)	²³⁷ cm	7/2−#
²⁴² Cf	98	144	242.063755(14)	3.49(15) 分	α (61%)	²³⁸ cm	0+
					β ⁺ (39%)	²⁴² Bk
					SF (<0.014%)	(各種)
²⁴³ Cf	98	145	243.06548(19)#	10.8(3)分	β ⁺ (86%)	²⁴³ Bk	（1/2以上）
²⁴³ Cf	98	145	243.06548(19)#	10.8(3)分	α（14％）	²³⁹ Cm	（1/2以上）
²⁴⁴ Cf	98	146	244.0659994(28)	19.5(5)分	α (75%)	²⁴⁰ cm	0+
²⁴⁴ Cf	98	146	244.0659994(28)	19.5(5)分	EC (25%)	²⁴⁴ページ	0+
²⁴⁵ページ	98	147	245.0680468(26)	45.0(15)分	β ⁺ (64.7%)	²⁴⁵ Bk	1/2+
²⁴⁵ページ	98	147	245.0680468(26)	45.0(15)分	α (35.3%)	²⁴¹ Cm	1/2+
^245m Cf	57(4) keV			>100ナノ秒	IT	²⁴⁵ページ	(7/2+)
²⁴⁶ Cf	98	148	246.0688037(16)	35.7(5) h	α	²⁴² cm	0+
²⁴⁶ Cf	98	148	246.0688037(16)	35.7(5) h	SF (2.4×10 ⁻⁴ %)	(各種)	0+
²⁴⁷ Cf	98	149	247.070971(15)	3.11(3) h	EC (99.965%)	²⁴⁷ Bk	(7/2+)
²⁴⁷ Cf	98	149	247.070971(15)	3.11(3) h	α (0.035%)	²⁴³ Cm	(7/2+)
²⁴⁸ Cf	98	150	248.072183(5)	333.5(28) d	α	^244cm	0+
²⁴⁸ Cf	98	150	248.072183(5)	333.5(28) d	SF (0.0029%)	(各種)	0+
²⁴⁹ Cf	98	151	249.0748504(13)	351(2) 年	α	²⁴⁵ cm	9/2−
²⁴⁹ Cf	98	151	249.0748504(13)	351(2) 年	SF (5×10 ⁻⁷ %)	(各種)	9/2−
^249m Cf	144.98(5) keV			45(5) μs	IT	²⁴⁹ Cf	5/2+
²⁵⁰立方フィート	98	152	250.0764045(17)	13.08(9) 年	α (99.923%)	^246cm	0+
²⁵⁰立方フィート	98	152	250.0764045(17)	13.08(9) 年		(各種)	0+
^251Cf^{[n 8]}	98	153	251.079587(4)	898(44) 年	α	²⁴⁷ cm	1/2+
^251m Cf	370.47(3) keV			1.3(1) μs	IT	²⁵¹立方フィート	11/2−
²⁵² Cf ^{[n 9]}	98	154	252.0816265(25)	2.645(8) y	α (96.8972%)	²⁴⁸ cm	0+
²⁵² Cf ^{[n 9]}	98	154	252.0816265(25)	2.645(8) y	SF (3.1028%) ^{[n 10]}	(各種)	0+
²⁵³ Cf	98	155	253.085134(5)	17.81(8) d	β ⁻（99.69％）	²⁵³ Es	(7/2+)
²⁵³ Cf	98	155	253.085134(5)	17.81(8) d	α (0.31%)	²⁴⁹ Cm	(7/2+)
²⁵⁴参照^{[n 11]}	98	156	254.087324(12)	60.5(2) d	SF (99.69%)	(各種)	0+
²⁵⁴参照^{[n 11]}	98	156	254.087324(12)	60.5(2) d	α (0.31%)	²⁵⁰センチメートル	0+
²⁵⁵立方フィート	98	157	255.09105(22)#	85(18)分	β ⁻	²⁵⁵ Es	(7/2+)
²⁵⁶ Cf ^{[n 12]}	98	158	256.09344(34)#	12.3(12) 分	SF	(各種)	0+
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^ ^m Cf – 励起核異性体
^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
^ 崩壊のモード:
EC：電子捕獲

SF：自発核分裂
^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数を持つスピンを示します。
^ # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種 (TNN) の傾向から導き出されたものです。
^ 主な崩壊モードとして自発核分裂を起こすことが知られている最も軽い核種
^ 中性子断面積が大きいため、中性子を吸収する傾向がある
^ 最も一般的な同位体
^ 中性子放出量が多い、核分裂あたり平均3.7個の中性子
^理論的には ²⁵⁴ Fmへのβ ⁻ β ⁻崩壊が可能
^ 理論的にはβ ⁻ β ⁻崩壊により²⁵⁶ Fm へ、あるいは β ^{−崩壊により}²⁵⁶ Esへ崩壊する可能性がある

アクチニド対核分裂生成物

半減期によるアクチニドと核分裂生成物 v t e
アクチニド^[3]崩壊系列による				半減期範囲（a）	²³⁵ Uの核分裂生成物（収量別^）[4]
4 n （トリウム）	4 n + 1 （ネプツニウム）	4 n + 2 （ラジウム）	4 n + 3 （アクチニウム）	半減期範囲（a）	4.5～7%	0.04～1.25%	0.001%未満
²²⁸ Ra^№				4～6 a		¹⁵⁵ Eu^þ
²⁴⁸ Bk^[5]				> 9 a
²⁴⁴ cm	²⁴¹^Pu	²⁵⁰立方フィート	²²⁷ Ac^№	10～29 a	⁹⁰ Sr	⁸⁵ Kr	^113m Cd^þ
²³² U^ƒ		²³⁸ Pu^ƒ	²⁴³センチ^メートル	29～97 a	¹³⁷ Cs	¹⁵¹ Sm^þ	^121m Sn
	²⁴⁹ Cf	^242m^Am		141～351年	100年～21万年の範囲に半減期を持つ核分裂生成物はありません…
	²⁴¹午前		²⁵¹ Cf^ƒ^[6]	430～900
		²²⁶ Ra^№	²⁴⁷ Bk	1.3～1.6 ka
²⁴⁰ Pu	²²⁹ Th	²⁴⁶センチ^メートル	²⁴³午前	4.7～7.4 ka
	²⁴⁵ cm	²⁵⁰センチメートル		8.3～8.5千年
			²³⁹ Pu^ƒ	24.1 ka
		²³⁰ Th^№	²³¹パ^№	32
²³⁶ Np	²³³^U	²³⁴ U^№		150～250万	⁹⁹ Tc^₡	¹²⁶ Sn
²⁴⁸ cm		²⁴²プルトニウム		327～375万年前		⁷⁹セ^₡
				1.33 Ma	¹³⁵ Cs^₡
	²³⁷ Np			161～650万年前	ジルコニア⁹³	パラジウム¹⁰⁷
²³⁶ U			²⁴⁷ Cm	15～24 Ma		¹²⁹ I^₡
²⁴⁴ Pu				80 Ma	…1570万年以降も^[7]
²³²番		²³⁸ U^№	²³⁵ U^ƒ№	0.7～14.1 Ga	…1570万年以降も^[7]
₡、熱中性子捕獲断面積は8～50バーンの範囲です ƒ、核分裂性 №、主に天然放射性物質（NORM） þ、中性子毒（熱中性子捕獲断面積が3kバーン以上）

カリホルニウム252

カリホルニウム252（Cf-252、252 ^Cf）は、分岐比3.09%で自発核分裂を起こし、小型中性子源に使用されます。核分裂中性子のエネルギー範囲は0～13MeV で、平均値は2.3MeV、最確値は1MeVです。^[8]

この同位体は高い中性子放出を生成し、原子力、医療、石油化学探査などの産業でさまざまな用途に使用されています。

原子炉

カリホルニウム252中性子源は、原子炉の起動に最もよく使用されます。原子炉に核燃料が充填されると、この中性子源から放出される安定した中性子が連鎖反応を開始します

軍事と防衛

アメリカ軍、州兵、国土安全保障省、税関・国境警備局が使用する携帯型同位体中性子分光法（PINS）は、 ²⁵² Cf線源を使用して、砲弾、迫撃砲弾、ロケット弾、爆弾、地雷、即席爆発装置（IED）内の危険物質を検出します。[ 9 ^]^[10]

石油と石油製品

石油産業では、^{252 Cfは}油井内の石油と水の層を見つけるために使用されます。機器を油井内に降ろし、高エネルギー中性子を地層に照射することで、掘削孔の長さ全体にわたる多孔度、透水性、および炭化水素の存在を測定します。^[11]

医療

カリホルニウム252は、重篤な癌の治療にも使用されています。特定の種類の脳癌や子宮頸癌の場合、カリホルニウム^252はラジウムのより費用対効果の高い代替品として使用できます。^[12]

参考文献

^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae
^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
^ ラジウム（元素番号88）も加わる。実際にはサブアクチノイドであるが、アクチニウム（元素番号89）の直前に位置し、ポロニウム（元素番号84）の後に3元素の不安定性ギャップがあり、このギャップには半減期が4年以上の核種は存在しない（このギャップで最も長寿命の核種は半減期が4日未満のラドン222である）。ラジウムの同位体の中で最も長寿命の同位体は1,600年であり、この元素をここに含める価値がある。
^ 具体的には、典型的な原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から生じます。
^ Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). 「ベルクリウム247のアルファ半減期；ベルクリウム248の新しい長寿命異性体」.核物理学. 71 (2): 299. Bibcode :1965NucPh..71..299M. doi :10.1016/0029-5582(65)90719-4.
同位体分析の結果、約10ヶ月間にわたり分析された3つのサンプルにおいて、質量数248の核種が一定量存在することが分かりました。これは、半減期が9年以上のBk ^{248の異性体に起因するものと推定されました。Cf}^{248の増殖は検出されず、β}^線半減期の下限は約10 ⁴年と推定されます。この新たな異性体に起因するα線放射は検出されていません。α線の半減期はおそらく300年以上です。
^ これは「不安定の海」に入るまでの半減期が少なくとも4年である最も重い核種です。
^ 半減期が²³² Th を大幅に超える「古典的に安定した」核種は除きます。たとえば、^113m Cd の半減期はわずか 14 年ですが、¹¹³ Cd の半減期は 8京年です。
^ Dicello, JF; Gross, W.; Kraljevic, U. (1972). 「カリフォルニウム252の放射線品質」. Physics in Medicine and Biology . 17 (3): 345– 355. Bibcode :1972PMB....17..345D. doi :10.1088/0031-9155/17/3/301. PMID 5070445. S2CID 250786668.
^ 「軍事用ポータブル同位体中性子分光法（PINS）」フロンティア・テクノロジー社。2018年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年2月24日閲覧。
^ Martin, RC; Knauer, JB; Balo, PA (2000-11-01). 「カリフォルニウム252中性子源の製造、流通、および応用」.応用放射線同位体. 53 ( 4–5 ): 785– 792. doi :10.1016/s0969-8043(00)00214-1. ISSN 0969-8043. PMID 11003521.
^ 「カリフォルニウム252とアンチモン・ベリリウム源」フロンティア・テクノロジー社2016年2月24日閲覧。
^ 丸山雄三; ヴァン・ナゲル・ジュニア; 米田俊一; ドナルドソン・エヴァンソン; ハンソン・メッツ; マーティン・アラン・ウィルソン; コフィー・シー・ワイ; フェオラ・ジェイ (1984年10月1日). 「カリホルニウム252中性子密封小線源療法による子宮頸がんの5年治癒」. American Journal of Clinical Oncology . 7 (5): 487– 493. doi :10.1097/00000421-198410000-00018. ISSN 0277-3732. PMID 6391143. S2CID 12553815.

出典

ライド、デイビッド・R.編 (2006).化学と物理ハンドブック（第87版）. CRC Press, Taylor & Francis Group. ISBN 978-0-8493-0487-3。

[2] Cf – 励起核異性体

[4] ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。

[TMS-5] # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。

[6] 崩壊のモード:
EC：電子捕獲

SF：自発核分裂

[7] ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数を持つスピンを示します。

[TNN-8] # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種 (TNN) の傾向から導き出されたものです。

[9] 主な崩壊モードとして自発核分裂を起こすことが知られている最も軽い核種

[10] 中性子断面積が大きいため、中性子を吸収する傾向がある

[11] 最も一般的な同位体

[12] 中性子放出量が多い、核分裂あたり平均3.7個の中性子

[13] ^理論的には ²⁵⁴ Fmへのβ ⁻ β ⁻崩壊が可能

[14] 理論的にはβ ⁻ β ⁻崩壊により²⁵⁶ Fm へ、あるいは β ^{−崩壊により}²⁵⁶ Esへ崩壊する可能性がある

[NUBASE2020-1] Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae

[AME2020_II-3] Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.

[15] ラジウム（元素番号88）も加わる。実際にはサブアクチノイドであるが、アクチニウム（元素番号89）の直前に位置し、ポロニウム（元素番号84）の後に3元素の不安定性ギャップがあり、このギャップには半減期が4年以上の核種は存在しない（このギャップで最も長寿命の核種は半減期が4日未満のラドン222である）。ラジウムの同位体の中で最も長寿命の同位体は1,600年であり、この元素をここに含める価値がある。

[16] 具体的には、典型的な原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から生じます。

[17] Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). 「ベルクリウム247のアルファ半減期；ベルクリウム248の新しい長寿命異性体」.核物理学. 71 (2): 299. Bibcode :1965NucPh..71..299M. doi :10.1016/0029-5582(65)90719-4.
同位体分析の結果、約10ヶ月間にわたり分析された3つのサンプルにおいて、質量数248の核種が一定量存在することが分かりました。これは、半減期が9年以上のBk ^{248の異性体に起因するものと推定されました。Cf}^{248の増殖は検出されず、β}^線半減期の下限は約10 ⁴年と推定されます。この新たな異性体に起因するα線放射は検出されていません。α線の半減期はおそらく300年以上です。

[18] これは「不安定の海」に入るまでの半減期が少なくとも4年である最も重い核種です。

[19] 半減期が²³² Th を大幅に超える「古典的に安定した」核種は除きます。たとえば、^113m Cd の半減期はわずか 14 年ですが、¹¹³ Cd の半減期は 8京年です。

[252Cf-Dicello-20] Dicello, JF; Gross, W.; Kraljevic, U. (1972). 「カリフォルニウム252の放射線品質」. Physics in Medicine and Biology . 17 (3): 345– 355. Bibcode :1972PMB....17..345D. doi :10.1088/0031-9155/17/3/301. PMID 5070445. S2CID 250786668.

[252Cf-frontier-cf252-21] 「軍事用ポータブル同位体中性子分光法（PINS）」フロンティア・テクノロジー社。2018年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年2月24日閲覧。

[252Cf-Martin-22] Martin, RC; Knauer, JB; Balo, PA (2000-11-01). 「カリフォルニウム252中性子源の製造、流通、および応用」.応用放射線同位体. 53 ( 4–5 ): 785– 792. doi :10.1016/s0969-8043(00)00214-1. ISSN 0969-8043. PMID 11003521.

[252Cf-frontier-cf252b-23] 「カリフォルニウム252とアンチモン・ベリリウム源」フロンティア・テクノロジー社2016年2月24日閲覧。

[252Cf-Maruyama-24] 丸山雄三; ヴァン・ナゲル・ジュニア; 米田俊一; ドナルドソン・エヴァンソン; ハンソン・メッツ; マーティン・アラン・ウィルソン; コフィー・シー・ワイ; フェオラ・ジェイ (1984年10月1日). 「カリホルニウム252中性子密封小線源療法による子宮頸がんの5年治癒」. American Journal of Clinical Oncology . 7 (5): 487– 493. doi :10.1097/00000421-198410000-00018. ISSN 0277-3732. PMID 6391143. S2CID 12553815.