Кюрий

После завершения работ, связанных с плутонием, внимание исследователей Металлургической лаборатории (ныне — Аргоннская национальная лаборатория) было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов[3]. 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.

${\displaystyle \mathrm {{}_{94}^{239}Pu} +\mathrm {{}_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {{}_{96}^{242}Cm} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} }$

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.

Назван в честь Пьера и Марии Кюри — по примеру расположенного в периодической таблице прямо над ним гадолиния, названного в честь химика Юхана Гадолина[4]. В символе элемента (Cm) его латинского названия первая буква обозначает фамилию Кюри, вторая — имя Марии, а также последнюю в его полном названии — Curium[5].

Полная электронная конфигурация атома кюрия: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶5f⁷6d¹7s².

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

Наиболее стабильная степень окисления кюрия в водном растворе — +3[6]. Степень окисления +4 наблюдалась в твёрдой фазе в виде таких соединений, как оксид кюрия(IV) и фторид кюрия(IV)[7]. В водном растворе ион Cm³⁺ имеет цвета от белого до бледно-зелёного[8].

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

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[9]:

• 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[10].

Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 и период полураспада 162 дня) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см³), а 1 грамм металлического кюрия выделяет около 120 Вт. Особенностью и удобством, а также причиной безопасности источников тепла на основе кюрия является тот факт, что кюрий — практически чистый альфа-излучатель. Несмотря на относительно небольшой период полураспада, продуктом его 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 за год составляет приблизительно 480 кВт·ч.

Другой важной областью применения кюрия является производство нейтронных источников высокой мощности для «поджигания» (запуска) специальных атомных реакторов. В последние годы очень важное место не только в умах инженеров, но и в производстве занимает другой, более тяжёлый изотоп кюрия — Кюрий-244 (период полураспада 18,1 года) и он также альфа-излучатель (энерговыделение около 2,83 Вт/грамм). Однако Кюрий-244 также обладает достаточно большой вероятностью испускания спонтанных нейтронов (1,4*10⁻⁶ нейтронов/Бк), внося существенный вклад в нейтронный радиационный фон от отработавшего ядерного топлива некоторых реакторов. Кюрий-245 (период полураспада 8500 лет) очень перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением, и изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа.

Самым долгоживущим изотопом кюрия является Кюрий-247 период полураспада — которого составляет около 16 млн лет, а по другим данным 19,4 млн лет[11].

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[12]. При вдыхании кюрия он всасывается в организм гораздо лучше[13]. Внутривенное введение растворов солей кюрия крысам приводило к опухоли кости, а вдыхание кюрия — к раку лёгких и раку печени[12].

Некоторые продукты распада кюрия испускают сильное бета- и гамма-излучение[12].

• Гольданский В. И. Элемент № 96 — Кюрий // Новые элементы в Периодической системе Д. И. Менделеева / Отв. ред. К. В. Астахов. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1953. — С. 144—145. — 168 с. — (Научно-популярная серия).
• Кузнецов В. И. 96-й элемент-кюрий. Практическое использование кюрия // Трансурановые элементы. — М.: Знание, 1969. — С. 17—19. — 48 с. — (Физика, астрономия).
• Леенсон, Илья. Язык химии. Этимология химических названий. — М.: Corpus, 2017. — 464 с. — ISBN 978-5-17-095739-2.
• Рич В. И. Кони и всадники (кюрий, америций) // В поисках элементов. — М.: Химия, 1985. — С. 115—117. — 168 с.
• Curium Data Sheets, ORNL 1966
• Curium Data Sheets, ORNL 1973

• Кюрий на Webelements (англ.)
• Кюрий в Популярной библиотеке химических элементов, Издательство «Наука», 1977.