錇是放射性金屬元素,壽命很短,到目前為止所得到的錇的同位素的半衰期不超過幾小時,因此應用就困難了。
1950年,美國科學家湯普森、小斯特裏特、吉奧索和西博格用阿爾法粒子轟擊鋦242,製得第98號元素,他們命名它為“鐦”(Cf)。鐦(Califdrium)是從Californa得名的,它是在加利福尼亞州製得的。
鐦有11種同位素:鐦249、鐦251、鐦252、鐦254四種同位素比較重要。最引人注目的是鐦252,它在原子核裂變過程中,會自動地放出中子,因此它被用作最強的中子源。每1微克(1微克=0.000001克)鐦252,每秒鍾能自動地釋放出1.7億個中子,同時放出大量的熱。
鐦252也是很好的核燃料。鐦252發生爆炸所需要的最小質量隻有1.5克。也就是說,隻有綠豆那樣小的一點兒鐦,就可以製造微型原子彈。
鐦246的半衰期隻有35小時,而鐦252的半衰期是2.65年,它能自動地放出大量的高能中子。鐦252是一種得天獨厚的中子源,是任何反應堆所望塵莫及的。中子照相是一種新發展起來的無損檢驗方法,既可以檢查機械部件的內部有無缺損,還可以用作醫院臨床診斷,比X光照相辨別更為明晰。
鐦252做中子源,可以用於中子活化分析。這是一種靈敏而快速的物理分析法,在幾分鍾內可以分析出一百萬分之一到一億分之一克的痕量元素(極其微量、隻有痕跡的元素)。在考古工作中,用中子活化分析法,可以判斷古代文物的年代和其他特征,對被照射過的古物沒有損害。
利用鐦252中子源可以測定石油油井出油層和水層的界麵,也可以測量土壤濕度、地下水的分布等情況。英國、日本等國已開始中子治療癌症,療效比X射線和Y射線更好。
人工製造鐦,工藝複雜,產量極少,成本昂貴,應用上就受到了限製。目前世界上每年隻製得鐦幾克。價格用微克來計算:每0.l微克鐦價100美元,每克鐦價格就是10億美元。可以說,鐦是世界上最昂貴的金屬。
人們繼續尋找“超鈈元素”。第99號、第100號元素還沒有製得以前,卻在一次爆炸試驗中無意發現了。那是在1952年11月,美國在太平洋馬紹爾群島的一個珊瑚島上空爆炸了第一顆氫彈。這次是利用氘聚變成氦時所釋放的巨大能量進行爆炸的。爆炸的威力相當於1000萬噸TNT炸藥,是在廣島爆炸的那顆原子彈爆炸力的500倍。這次爆炸是那樣厲害,竟把那個小島炸個精光。
科學家收集了附近愛尼維托克環形島上約1噸珊瑚,對它進行了大量化學處理以後,分離出了微量的鎄253同位素(第99號元素)和镄255同位素(第100號元素)。
1952年,美國的吉奧索等用人工製得了“鎄”(Es)元素,“鎄”(Einsteinium)的原意即“愛因斯坦”,是為了紀念美國著名科學家愛因斯坦。
1953年,美國的吉奧索等人用人工製得了“镄”(Fm)元素,镄(urn)的原意是“費米”,是為了紀念意大利科學家費米。
核時代的燃料
1828年,瑞典學家柏齊利阿斯在獨居石礦裏發現了釷(Th)。釷(Thorium)的原文名稱來自斯堪的納維亞戰神土爾(Tor)的名字。
1898年,法國女科學家瑪麗·居裏發現了釷也有放射性。釷和空氣接觸以後,即使把釷拿走,空氣裏還有放射性,好像被釷傳染了似的。英國物理學家盧瑟福發現釷像鐳一樣,也會發出一種放射性氣體。後來又發現錒也會發出一種放射性氣體。這兩種氣體分別被叫做“釷射氣”和“錒射氣”。這兩種氣體就是氡,也在不斷地變成氦。錫蘭島出產的萬釷礦,l公斤礦石加熱後,能放出10升氦氣。
釷受到中子轟擊後,會轉變成鈾233。這種鈾的同位素並不存在於大自然之中。鈾233是原子能反應堆的一種核燃料,而鈦本身雖然不能作為核燃料,但卻是製造核燃料的原料。釷和鈾一樣,分裂的時候放出大量的原子能。
釷的半衰期是130億年。它在蛻變過程中生成一係列放射性元素,都屬釷係,最後變成原子量208的鉛。
釷在地殼中的含量約為百萬分之六,幾乎比鈾多三倍。含釷的主要礦物是獨居石(磷鈰鑭礦)和釷石。獨居石是從含獨居石的沙裏提取出來的。中國蘊藏著豐富的釷礦。釷比較集中,又容易提煉,這樣它就引起人們注意,成為一種未來的核燃料。
製取金屬釷,通常是將熔融的釷監(氟化釷)進行電解,這樣,可得到純度達99.9%的金屬釷。
釷是銀白色的金屬,外觀像鉑。它比較軟,可以進行各種機械加工。它較難熔,熔點達1842℃。它的比重為11.7,同鉛差不多。
釷的化學性質比較穩定。在常溫下,塊狀的金屬針不容易被空氣氧化,在稀酸或強堿溶液中也不會被腐蝕,隻是在王水或濃鹽酸中,它才會被溶解。在高溫中,釷會同氧、硫和鹵素等劇烈地化合。粉末般的壯,在空氣中可以燃燒。
釷氧化後,生成二氧化鈦,這是種白色的粉末。
二氧化釷是釷的最重要的化合物,用它可以製造煤油氣燈燈罩。這種燈常用於沒有電的農村廣場、廳屋照明。它用煤油作燃料,打進壓縮空氣,燃點那柔軟潔白的苧麻紗罩,就散發出耀眼的光芒。這種燈罩可用上幾十次,不會燒壞,卻經不起碰撞或觸動,否則就會被碰得粉碎。
原來,這種苧麻燈罩,曾在飽和的硝酸釷溶液裏浸泡過。壓縮空氣將煤油噴出不斷燃燒,產生高溫,射出白色的光。這時候,燈罩的苧麻纖維立即燒掉,硝酸針被分解,放出二氧化氮,剩下的便是二氧化釷,形成了一個硬的白色網殼。由於二氧化釷十分耐高溫,熔點高達2800℃,因此不會燒壞,還發出強烈的白光。
在白熾燈泡的鎢絲裏,常常摻有少量的二氧化釷,用來提高鎢絲的強度,既可防止鎢的再結晶,還可使燈泡變得更亮。
二氧化釷有耐高溫的特性,人們常用它來製造耐火鉗堝。