發(fā)現(xiàn)簡史

锎（臺灣、香港、澳門稱鉲）是一種人工合成的放射性化學(xué)元素，它的化學(xué)符號是Cf，它的原子序數(shù)是98，屬于錒系元素之一。

1950年2月9日前后，物理學(xué)家Stanley G. Thompson、Kenneth Street, Jr.、阿伯特·吉奧索及格倫·西奧多·西博格在伯克利加州大學(xué)首次發(fā)現(xiàn)了锎元素。锎是第六個被發(fā)現(xiàn)的超鈾元素。研究小組在1950年3月17日發(fā)布了該項發(fā)現(xiàn)。锎的拼音名稱是以美國的加利福尼亞州命名。該地是加利福尼亞大學(xué)柏克萊分校的所在州份

美國加州伯克利的1.5米直徑回旋加速器將α粒子（42He）加速至35 MeV能量，射向一微克大小的鋦-242目標(biāo)，以此產(chǎn)生了锎-245（24598Cf）和一顆自由中子（n）。

此次實驗只產(chǎn)生了大約5千顆锎原子，半衰期為44分鐘。

該新元素以加州和加州大學(xué)命名。這和95至97號元素的命名方式有所不同。第95至97號元素是利用類似于對上的元素之命名方式而命名的。但是，98號元素以上的鏑（Dysprosium）的意思是“難取得”，所以研究人員決定打破此前的非正式命名常規(guī)。

愛達荷國家實驗室通過對钚目標(biāo)體進行輻射，首次產(chǎn)生了重量可觀的锎元素，并于1954年發(fā)布了研究結(jié)果。產(chǎn)生的樣本中能夠觀察到锎-252的高自發(fā)裂變率。1958年，科學(xué)家首次對濃縮锎進行了實驗。在對钚-239進行中子輻射連續(xù)5年之后，科學(xué)家在樣本中發(fā)現(xiàn)了從锎-249到锎-252的各個同位素。兩年后的1960年，勞倫斯伯克利國家實驗室的Burris Cunningham和James Wallman把锎置于蒸汽與鹽酸中，第一次制成了锎的化合物——三氯化锎、氯氧化锎及氧化锎。

1960年代，位于美國田納西州橡樹嶺的橡樹嶺國家實驗室利用其高通率同位素反應(yīng)爐（HFIR）產(chǎn)生了少量的锎。到1995年為止，HFIR的實際锎年產(chǎn)量為500毫克。在《英美共同防御協(xié)約》下英國向美國提供的钚元素曾用于制造锎。

美國原子能協(xié)會在1970年代初起向工業(yè)及學(xué)術(shù)機構(gòu)銷售锎-252同位素，每微克價格為10美元，從1970至1990年每年一共售出150微克锎-252。Haire和Baybarz于1974年用鑭金屬還原了氧化锎(III)，首次制成數(shù)微克重、厚度小于1微米的锎金屬薄片。

礦藏分布

地球上有著極少量的锎，主要出現(xiàn)在含鈾量很高的鈾礦中。鈾在捕獲中子之后進行β衰變，從而形成锎。在使用锎進行探礦或醫(yī)學(xué)治療的設(shè)施附近也可以發(fā)現(xiàn)锎。锎不易溶于水，但會黏附在泥土上，所以泥土中锎的濃度可以比泥土粒子周圍的水高出500倍。

1980年之前大氣層核試驗的輻射落塵散落在環(huán)境中，其中含有少量的锎。從空氣中采得的核爆輻射落塵中曾被發(fā)現(xiàn)含有質(zhì)量數(shù)為249、252、253和254的锎同位素。

科學(xué)家曾認(rèn)為超新星會產(chǎn)生锎，因為超新星物質(zhì)的衰變符合Cf的60天半衰期。不過，之后的研究未能探測到锎譜線，人們也一般認(rèn)為超新星的光變曲線是符合鎳-56的特征的。

物理性質(zhì)

同位素：同位素有245Cf到254Cf。最穩(wěn)定的同位素是251Cf，半衰期是898年。

發(fā)現(xiàn)：1950年3月17日，美國的湯普森（S.G.Thompson）、小斯特里特（K.Street Jr.）、喬索（A.Chiorso）和西博格（G.T.Seaporg）發(fā)現(xiàn)了锎。用回旋加速器加速的氦離子轟擊242Cm，幾乎和锫同時發(fā)現(xiàn)。

性質(zhì)：熔點900℃。金屬锎十分容易揮發(fā)，在1100~1200℃范圍中能蒸餾出來。化學(xué)性質(zhì)活潑，與其他 3價錒系元素相似。有水溶性的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物和過氯酸鹽；它的氟化物、草酸鹽、氫氧化物在水溶液中沉淀。利用耙子同位素和轟擊粒子的種種組合，已發(fā)現(xiàn)了幾種锎的同位素：246Cf、249Cf、251Cf、252Cf、254Cf等。251Cf半衰期為900年；249Cf半衰期為360年；252Cf半衰期為2.64年；254Cf半衰期為64天。

由氦同位素轟擊鋦可得到微量的锎。锎的同位素有從237Cf到256Cf。锎-251是最穩(wěn)定的同位素，它的半衰期有898年。

雖然锎-251是最穩(wěn)定的同位素，但是最有商業(yè)價值的卻是锎-252。锎-252大部分都是用來檢測飛機行李內(nèi)是否有爆裂物存在。

锎是一種銀白色的錒系金屬，熔點為900 ± 30 °C，估計的沸點為1745 °C。處于純金屬態(tài)時，锎是具延展性的，可以用刀片輕易切開。在真空狀態(tài)下的锎金屬到了300 °C以上時便會氣化。在51K（三20 °C）以下的锎金屬具鐵磁性或亞鐵磁性，在48至66 K時具反鐵磁性，而在160 K（ㄢ10 °C）以上時具順磁性。它與鑭系元素能夠形成合金，但人們對其所知甚少。

在一個大氣壓力下，锎有兩種晶體結(jié)構(gòu)：在900 °C以下為雙層六方密排結(jié)構(gòu)（稱α型），此時密度為15.10 g/cm；而另一種面心立方結(jié)構(gòu)（β型）則在900 °C以上出現(xiàn)，密度為8.74 g/cm。在48GPa的壓力下，锎的晶體結(jié)構(gòu)會由β型轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N正交晶系結(jié)構(gòu)。這是由于锎原子中的5f電子在此壓力下會變成離域電子，這些自由電子夠參與鍵結(jié)的形成。

物質(zhì)的體積模量指的是該物質(zhì)抗衡均勻壓力的強度。锎的體積模量為50 ± 5 GPa，這與三價的鑭系金屬相似，但比一些常見的金屬低（如鋁：70 GPa）。

參數(shù)

電子構(gòu)型:1s2 2s2p6 3s23p63d10 4s24p64d104f14 5s25p65d105f10 6s26p6 7s2

同位素及放射線： Cf-245[44m] Cf-246[1.5d] Cf-247[3.1h] Cf-248[334d] Cf-249[351y] Cf-250[13y] Cf-251(放 α[900y]) Cf-252[2.6y] Cf-253[17.8d] Cf-254[60.5d]

外圍電子層排布：5f10 7s2

晶體數(shù)據(jù)：

晶胞為六方晶胞。

晶胞參數(shù)：

a = 338 pm

b = 338 pm

c = 1102.5 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

地質(zhì)數(shù)據(jù)：

滯留時間/年：

豐 度

太陽(相對于 H=1×1012): 未知

海水中/p.p.m.：零

地殼/p.p.m.: 零

大氣/p.p.m.（體積）:

大西洋表面:

太平洋表面:

大西洋深處:

太平洋深處:

化學(xué)性質(zhì)

生物數(shù)據(jù)人體中含量

肝/p.p.m.:

器官中: 零

肌肉/p.p.m.:

血/mg dm-3 :

日攝入量/mg: 零

骨/p.p.m.:

人(70Kg)均體內(nèi)總量/mg: 零

锎的化合價

可以是4、3或2，也就是說一個锎原子能夠形成2至4個化學(xué)鍵。其化學(xué)屬性預(yù)計將會類似于別的三價錒系元素，以及在元素周期表中位于锎以上的鏑。锎在室溫下會在空氣中緩慢地失去光澤，速度隨著濕度的提高而加快。锎可以和氫、氮和任何氧族元素加熱進行反應(yīng)，其中與不含濕氣的氫或與水溶無機酸反應(yīng)的速度極快。

锎水溶時

處于锎(III)正離子狀態(tài)?？茖W(xué)家未能還原或氧化溶液中的 3離子。锎能夠形成能溶于水的氯化物、硝酸鹽、高氯酸鹽及硫酸鹽，沉淀后形成氟化物、草酸鹽或氫氧化物。

同位素

已知的锎同位素共有20個，有246Cf、249Cf、251Cf、252Cf、254Cf等，都是放射性同位素。其中最穩(wěn)定的有锎-251（半衰期為900年）、锎-249（360年）、锎-250（13.08年）及锎-252（2.645年）。其余的同位素半衰期都在一年以下，如锎-254半衰期為64天，大部分甚至少于20分鐘。锎同位素的質(zhì)量數(shù)從237到256不等。

锎-249是在锫-249進行β衰變后形成的。大部分其他的锎同位素是在核反應(yīng)爐中對锫進行強烈的中子輻射后產(chǎn)生的。雖然锎-251的半衰期最長，但是由于容易吸收中子（高中子捕獲率）以及會與其他粒子產(chǎn)生反應(yīng)（高中子截面），所以其產(chǎn)量只有10%。

锎-252是個強中子射源，因此其放射性極高，非常危險。锎-252有96.9%的概率進行α衰變（損失兩顆質(zhì)子和兩顆中子），并形成鋦-248，剩余的3.1%概率進行自發(fā)裂變。一微克（最）的锎-252每秒釋放230萬顆中子，平均每次自發(fā)裂變釋放3.7顆中子。其他大部分的锎同位素都以α衰變形成鋦的同位素（原子序為96）。

制備方法

用氦離子轟擊鋦而得。

锎可以在核反應(yīng)爐和粒子加速器中產(chǎn)生。锫-249（24997Bk）受中子撞擊（中子捕獲(n,γ)）后立即進行β衰變（β），便會形成锎-250（25098Cf）。反應(yīng)如下：

锎-250在受中子撞擊后會產(chǎn)生锎-251和锎-252。

對镅、鋦和钚元素進行中子輻射可以制成數(shù)毫克的锎-252和數(shù)微克的锎-249。直到2006年，科學(xué)家利用特殊的反應(yīng)爐對鋦-244至248進行中子輻射，主要產(chǎn)生出锎-252，另有較少的锎-249至255。

經(jīng)過美國核能管理委員會可以購得微克量的锎-252作商業(yè)用途。世界上僅有兩處生產(chǎn)锎的設(shè)施：位于美國的橡樹嶺國家實驗室以及位于俄羅斯的核反應(yīng)器研究所。到2003年為止，兩座設(shè)施分別每年生產(chǎn)0.25克和0.025克的锎-252。

設(shè)施還生產(chǎn)三個半衰期頗長的锎同位素，這需要鈾-238捕獲中子15次，期間不進行核裂變或α衰變。從鈾-238開始的核反應(yīng)鏈經(jīng)過幾個钚同位素、镅同位素、鋦同位素、锫同位素以及锎-249至253。

應(yīng)用領(lǐng)域

中子源

可用作高通量的中子源。 

能夠利用的锎的數(shù)量非常少，使其應(yīng)用受到了限制，可是，它作為裂解碎片源，被用于核研究。

該元素是世界上最昂貴的元素，1克價值2700萬美元， 是金子的65萬倍。

可用作高通量的中子源。 在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可用來治療惡性腫瘤。由于锎-252中子源可以做得很小很細，這是其它中子源所做不到的，所以把中子源經(jīng)過軟管送到人體腔內(nèi)器官腫瘤部位，或者植入到人體的腫瘤組織內(nèi)進行治療。特別是對子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，锎-252中子治療都有相當(dāng)好的療效。

應(yīng)用發(fā)展

中國生產(chǎn)和應(yīng)用锎-252中子源始于20世紀(jì)90年代。锎是一種人造元素，其同位素锎－252被用于近距離治療。這種同位素首次發(fā)現(xiàn)于氫彈爆炸后的塵埃，是能夠產(chǎn)生豐富中子的唯一核素。1968年醫(yī)用锎源被用來治療首例病人，中子近距離治療法由此誕生。中子治癌是最先進的癌癥治療方法之一，治療效果優(yōu)于當(dāng)前被廣泛使用的放療。它無須讓病人全身接受放射性射線，而是利用特制的施源器將中子源送入人體或腫瘤內(nèi)進行腔內(nèi)、管內(nèi)或組織間照射，放射反應(yīng)輕且能夠徹底殺死癌細胞。

中子刀是锎-252中子源自動遙控式后裝治療系統(tǒng)，是一種放射治療，融核物理學(xué)、放射生物學(xué)、自動控制、計算機等多門學(xué)科為一體的先進醫(yī)療設(shè)備、以治療人體腔道或管道內(nèi)腫瘤為主的大型現(xiàn)代化高科技放射治療設(shè)備。具有世界領(lǐng)先水平，中子刀填補了中國乃至世界治癌領(lǐng)域的一項空白。

橡樹嶺國家實驗室建造的50噸重運輸桶，可用于運載最多1克的Cf。運輸此類高放射性物質(zhì)必須用到重型容器，以避免可能的意外。

锎-252作為一種強中子射源，有著幾個應(yīng)用的范疇。每微克的锎每分鐘能夠產(chǎn)生1.39億顆中子。因此锎可以被用作核反應(yīng)爐的中子啟動源或在中子活化分析中作為（非來自反應(yīng)爐的）中子源。在放射治療無效時，子宮頸癌和腦癌的治療用到了锎所產(chǎn)生的中子。自從1969年薩瓦那河發(fā)電廠向佐治亞理工學(xué)院借出119 最萀锎-252之后，锎一直被用于教育范疇上。在煤炭、水泥產(chǎn)業(yè)中，锎也被應(yīng)用在煤元素分析和粒狀物質(zhì)分析機上。

由于中子能夠穿透物質(zhì)，所以锎也可以被用在探測器中，如燃料棒掃描儀，使用中子射線照相術(shù)來探測飛機和武器部件的腐蝕、問題焊接點、破裂及內(nèi)部濕氣，以及便攜式金屬探測器等。中子濕度計利用锎-252來尋找油井中的水和石油，為金銀礦的實地探測提供中子源，以及探測地下水的流動。1982年锎-252的主要用途按用量比例分別為：反應(yīng)爐啟動源（48.3%）、燃料棒掃描儀（25.3%）及活化分析（19.4%）。到了1994年，大部分的锎-252都用于中子射線照相（77.4%），而燃料棒掃描儀（12.1%）和反應(yīng)爐啟動源（6.9%）則成了次要的應(yīng)用范圍。

锎-251的臨界質(zhì)量很低（約為5 kg）。人們曾夸大其低臨界質(zhì)量的可能用途。

2006年10月，位于俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所的研究人員宣布成功合成3顆Uuo（118號元素）原子。他們利用鈣-48撞擊锎-249，產(chǎn)生了這個目前最重的元素。該次實驗的目標(biāo)體是一片面積為32 cm、含有10 mg锎-249的鈦薄片。 其他用到锎來合成的超鈾元素還包括1961年以硼原子核撞擊锎所形成的鐒元素。

锎在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可用來治療惡性腫瘤。由于锎-252中子源可以做得很小很細，這是其它中子源所做不到的，所以把中子源經(jīng)過軟管送到人體腔內(nèi)器官腫瘤部位，或者植入到人體的腫瘤組織內(nèi)進行治療。特別是對子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，锎-252中子治療都有相當(dāng)好的療效。

我國生產(chǎn)和應(yīng)用锎-252中子源始于20世紀(jì)90年代。1992年中國已建立了锎-252中子源生產(chǎn)線。由俄羅斯提供锎-252原料和工藝設(shè)備，在中國生產(chǎn)锎-252中子源。 

中國已有公司從事锎-252中子治療儀的開發(fā)，于1999年起，經(jīng)過幾年的臨床應(yīng)用，顯示出非常好的療效。 

锎是一種人造元素，其同位素锎－252被用于近距離治療。這種同位素首次發(fā)現(xiàn)于氫彈爆炸后的塵埃，是能夠產(chǎn)生豐富中子的唯一核素。1968年醫(yī)用锎源被用來治療首例病人，中子近距離治療法由此誕生。中子治癌是最先進的癌癥治療方法之一，治療效果優(yōu)于當(dāng)前被廣泛使用的放療。它無須讓病人全身接受放射性射線，而是利用特制的施源器將中子源送入人體或腫瘤內(nèi)進行腔內(nèi)、管內(nèi)或組織間照射，放射反應(yīng)輕且能夠徹底殺死癌細胞。

危害

锎累積在骨骼組織里的锎會釋放輻射，破壞身體制造紅血球的能力。由于放射性極強，在環(huán)境中的存量極低，所以锎在生物體中沒有任何自然的用途。

在進食受锎污染的食物或飲料，或吸入含有锎的懸浮顆粒之后，锎就會進入體內(nèi)。在身體里，只有0.05%的锎會進入血液里，其中的65%會積累在骨骼中，肝臟25%，其余的主要通過排尿排出身體。骨骼和肝臟中積累的锎分別會在50年和20年后消失。锎會首先附在骨骼的表面，之后會慢慢蔓延到骨骼的各個部分。

一旦進入體內(nèi)，锎會造成很大的損害。另外，锎-249和锎-251能釋放伽馬射線，對外表組織造成傷害。锎所釋放的電離輻射在骨骼和肝臟中可致癌。