A legdrágább fém a Földön

A címet elolvasva sokan azonnal az aranyra, a platinára vagy a palládiumra gondolnának.

A Föld legdrágább féme azonban nem az, amiből gyűrűk és fülbevalók készülnek, hanem egy radioaktív elem, amelynek egyetlen grammja mintegy 27 millió dollárba kerül. Ennek a fémnek a neve pedig: kalifornium.

Először 1950 februárjában szintetizálták a Kaliforniai Egyetem berkeley-i intézményében. Stanley Thompson és Albert Ghiorso amerikai tudósok kűriumatomokat (Cm) bombáztak alfa-részecskékkel, így hozva létre az új elemet, amelyet Kalifornia állam, vagyis a „szülőföldje” tiszteletére kaliforniumnak (Cf) neveztek el. A periódusos rendszerben a 98-as rendszámot kapta.

A kalifornium mesterséges elem, amelyet a természetben még soha nem találtak meg – bár elméletileg elenyésző mennyiségben keletkezhet uránércekben lezajló magreakciók során.

A jelenlegi ismeretek szerint* a Tennessee államban található Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban is szintetizálnak kaliforniumot, elsősorban a kalifornium-252 izotópot.

*Elképzelhető, hogy Kína nem hivatalosan is előállítja, hogy ne függjön másoktól ezen a téren.

Az előállítási folyamat rendkívül bonyolult és időigényes. A plutónium-239-et tartós neutronbesugárzásnak vetik alá atomreaktorban. Neutronbefogások és béta-bomlások sorozata révén keletkezik a kalifornium, a teljes ciklus pedig 8–18 hónapot vesz igénybe. Ezután a besugárzott elemek keverékéből kémiai eljárásokkal vonnak ki apró mennyiségű kaliforniumot.

Évente mindössze 30–60 milligramm kaliforniumot állítanak elő. Összehasonlításképpen: egyetlen átlagos száraz babszem tömege körülbelül egy gramm.

A kalifornium egy ezüstfehér színű aktinoida fém, amely annyira puha és alakítható, hogy akár késsel is könnyedén vágható. Olvadáspontja megközelítőleg 900 °C, forráspontja a számítások szerint 1470 °C körül alakul.

Legfontosabb sajátossága azonban a rendkívüli radioaktivitása. A legelterjedtebb izotóp, a kalifornium-252 kiemelkedően erős mesterséges neutron- és gamma-sugárforrás. Spontán hasadási képességének köszönhetően egyetlen grammja másodpercenként nagyjából 2,3 billió neutront bocsát ki. Összehasonlításképpen: egy gramm urán-235 mindössze körülbelül 0,0003 neutront bocsát ki másodpercenként.

Az elenyésző termelési mennyiség ellenére a kaliforniumot számos különféle területen hasznosítják:

A kaliforniumot a brachyterápiában (közelterápiában) alkalmazzák: ez a sugárterápiás módszer a sugárforrást közvetlenül a daganatba vagy annak közvetlen közelébe juttatja.

A kalifornium neutronsugárzása hatékonyan pusztítja el a rákos sejteket – különösen azokat, amelyek ellenállnak a hagyományos röntgenbesugárzásnak. A célzott, helyi kezelés révén jelentősen csökkenthető az egészséges szövetek terhelése, így a mellékhatások is enyhébbek maradnak.

A kaliforniumot a neutronkarotázs eljárásában használják, amely fúrólyukakban végzett kőzetfizikai kutatási módszer. A kalifornium által kibocsátott neutronok mélyen behatolnak a kőzetbe, és szóródásuk jellege alapján meghatározható a kőzet összetétele, nedvességtartalma, valamint az olaj vagy földgáz jelenléte. Ez a módszer jóval pontosabb a röntgenvizsgálatnál, ami a mezők kiterjedt kitermelése során több tízmillió dolláros megtakarítást eredményezhet.

A neutronaktivációs analízis során a kaliforniumot arany, ezüst, egyéb fémek és ritkaföldfémek kimutatására alkalmazzák. A kőzetminták neutronbesugárzásával a keresett elemek még a legkisebb nyomokban is megbízhatóan azonosíthatók.

Neutronradiográfiás eljárással vizsgálják át a repülőgépek alkatrészeit, a turbinákat és az atomreaktorokat. A módszerrel mikrerepedések, belső üregek és korróziós nyomok is kimutathatók – olyan szerkezeti hibák, amelyek a röntgenfelvételeken láthatatlanok maradnának. Ezzel a kalifornium segít minimalizálni a kockázatokat, és életek ezreit óvja meg.

A kaliforniumot az alapkutatásokban az atommagok felépítésének feltárására, új szupernehéz elemek szintézisére, valamint az anyag tulajdonságainak és szélsőséges körülmények közötti viselkedésének vizsgálatára használják.

A kalifornium tehát jóval több, mint egyszerűen a legdrágább fém: olyan páratlan eszköz, amely hozzájárul a rákgyógyításhoz, a kőolajkutatáshoz, a legösszetettebb ipari berendezések ellenőrzéséhez és az anyag atomi szintű megismeréséhez. Mindezt egy olyan anyag csekély mennyisége teszi lehetővé, amelyet az emberiség alig 76 évvel ezelőtt tanult meg szintetizálni.