2019 Fiscal Year Annual Research Report
GARIS直結型超高速ガスクロマトグラフ装置の開発と新元素ニホニウムの化学
Project/Area Number |
17H01081
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
羽場 宏光 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, チームリーダー (60360624)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加治 大哉 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 技師 (00391912)
小森 有希子 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 協力研究員 (50726370)
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Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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Keywords | 超重元素 / 重イオン線形加速器 / 気体充填型反跳核分離装置 / 気相化学分離装置 / 単一原子化学 / 相対論効果 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では,新元素の合成に用いられる理研気体充填型反跳核分離装置に,高周波カーペットガスセルとSi半導体検出器から構成される超高速低温ガスクロマトグラフ装置を開発することによって,超重元素(原子番号104以上)の気相系における化学的性質を単一原子レベルで解明するための新しい化学元素分析システムを開発している.今年度は,高周波カーペットガスセルと高周波四重極イオンガイドから構成される超重元素イオン収集装置を製作し,性能評価を進めた.ガスセルに入射した高エネルギーのイオンは,Heガスとの衝突により減速され,DC電圧勾配によりRFカーペットまで素早く運搬される.RFカーペットにはイオンバリア用の高周波電圧とイオン輸送用の低周波電圧が印可され,イオンをロスなくカーペット中心の穴(直径0.3 mm)まで運搬できる.穴から出たイオンは,高周波四重極イオンガイドにより低速・小径のイオンビームとして高真空中へ運搬される.装置の性能評価として,ガスセル内のイオン源からCsイオンを引き出す実験を行った.DC電圧勾配,高周波電圧,低周波電圧などの条件を最適化し,100%に近い効率でCsイオンを引き出すことに成功した.また,加速器実験を模擬して,Ra-224線源から高エネルギーで飛び出してくるRn-220イオンを引き出す実験を行い,10 ms程度の短い時間でRn-220イオンを引き出せることを確認した.本システムにより,化学装置までの壊変ロスを最小限に抑え,ニホニウム同位体Nh-284の収率を飛躍的に増大できる見込みである.また,今年度は,低温ガスクロマトグラフカラムを構成する大面積Si半導体検出器と前置増幅器の製作,性能試験を行った.さらに,前置増幅器から出力されたパルス信号の生波形をそのまま記録し,Nh-284を確度良く定量するために必要な16 chデジタルパルスプロセッサを調達した.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
理研重イオン線形加速器の増強工事が当初の予定よりも遅れているため.
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Strategy for Future Research Activity |
超重元素の気相化学分析を行うため,超高速低温ガスクロマトグラフ装置を開発し,昨年度開発した高周波カーペットガスセルに結合する.ガスクロマトグラフカラムは昨年度製作した32対の大効率Si半導体検出器で構成し,カラム末端を液体窒素で冷却し,室温から液体窒素温度付近まで温度勾配をかける.本研究で対象とするニホニウム(Nh),コペルニシウム(Cn)ならびにフレロビウム(Fl)は,強い相対論効果の影響で電子構造が閉殻構造となり,常温で希ガス元素ラドン(Rn)のように気体となり,化学的不活性を示すことが予測されている.カラム内に入った単体原子は,カラム固定相と吸脱着相互作用を繰り返しながらアルゴンガスとともにカラム内を進む.単体原子が吸着し,アルファ壊変または自発核分裂壊変した検出器位置から元素固有の収率分布を得ることができる.最終的に,収率分布をモンテカルロシミュレーションし,超重元素の固定相に対する吸着エントロピーを導出する.低温ガスクロマトグラフ装置の性能試験は,アルファ粒子放出核種であるRn-219をアルゴンとともに高周波カーペットガスセルに導入して進める.2021年度以降のNh,CnならびにFlの化学実験に向けて,これら元素の軽い同族元素の既知の化学的性質や相対論的量子化学計算の予測などを参考とし,超高速低温ガスクロマトグラフ装置のパラメーター(ガス圧,ガス流量,カラム温度など)を最適化する.本研究では,超重元素RIの合成から化学分離まで,所要時間1秒以内の超高速ガスクロマトグラフィーを目指す.さらに,2020年度は,GARISの焦点面に位置有感型の箱型Si半導体検出器を設置し,Am-243 + Ca-48 → Mc-288 + 3n反応によって115番元素Mc-288の合成を試みる.2021年度以降,Mc-288が半減期164 msで瞬時にα壊変して生成するNh-284を化学実験に用いることを計画している.
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[Journal Article] Solvent Extraction of Zr and Hf from HCl by Aliquat 336 using a Flow-type Extraction Apparatus Toward Online Chemical Studies of Element 104, Rutherfordium2020
Author(s)
Y. Kasamatsu, N. Kondo, K. Nakamura, Y. Kuboki, H. Ninomiya, Y. Shigekawa, E. Watanabe, Y. Yasuda, K. Toyomura, M. Nagase, T. Yokokita, Y. Komori, H. Haba, T. Yoshimura, H. Itabashi, and A. Shinohara
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Journal Title
Solv. Extr. Ion Exch.
Volume: 38
Pages: 318-327
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Fusion Dynamics for Hot Fusion Reactions to Synthesize Superheavy Nuclei revealed in Quasielastic Barrier Distributions2020
Author(s)
T. Tanaka, K. Morita, K. Morimoto, D. Kaji, H. Haba, R. A. Boll, N. T. Brewer, S. Van Cleve, D. J. Dean, S. Ishizawa, Y. Ito, Y. Komori, K. Nishio, T. Niwase, B. C. Rasco, J. B. Roberto, K. P. Rykaczewski, H. Sakai, D. W. Stracener, K. Hagino
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 124
Pages: 052502 1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Mass Spectrometric Speciation of Metal-Carbonyls in the Gas Phase2019
Author(s)
Y. Wang, Y. Wittwer, J. Zhang, J. Yang, H. Haba, Y. Komori, T. Yokokita, S. Cao, F. Fan, R. Eichler, A. Tuerler, Z. Qin
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Journal Title
PSI Annual Report, Laboratory of Radiochemistry
Volume: 2018
Pages: 13-14
Int'l Joint Research
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[Journal Article] Mass spectrometric speciation of mononuclear Re carbonyls in the gas phase2019
Author(s)
Y. Wang, Y. Wittwer, J. Zhang, J. Yang, H. Haba, Y. Komori, T. Yokokita, S. Cao, F. Fan, R. Eichler, A. Tuerler, Z. Qin
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Journal Title
RIKEN Accel. Prog. Rep.
Volume: 52
Pages: 21-21
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] First online experiment of α-ToF detector with MRTOF-MS2019
Author(s)
T. Niwase, M. Wada, P. Schury, Y. Ito, S. Kimura, D. Kaji, M. Rosenbusch, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, H. Miyatake, J. Y. Moon, H. Ishiyama, K. Morimoto, H. Haba, T. Tanaka, S. Ishizawa, A. Takamine, K. Morita, H. Wollnik
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Journal Title
RIKEN Accel. Prog. Rep.
Volume: 52
Pages: 53-53
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] SHE-Mass-II: an MRTOF-MS for Super Heavy Nuclei2019
Author(s)
M. Wada, P. Schury, S. Kimura, S. Ishizawa, T. Niwase, Y. Ito, M. Rosenbusch, D. Kaji, K. Morimoto, H. Haba, H. Miyatake, X. Y. Watanabe, H. Hirayama, J. Y. Moon, A. Takamine, T. Tanaka, K. Morita, H. Ishiyama, H. Wollnik
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Journal Title
RIKEN Accel. Prog. Rep.
Volume: 52
Pages: 136-136
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Status and future plans of the MRTOF MS constructed at the SLOWRI facility2019
Author(s)
M. Rosenbusch, M. Wada, H. Ishiyama, P. Schury, Y. Ito, H. Haba, S. Ishizawa, D. Kaji, S. Kimura, H. Miyatake, J. Y. Moon, K. Morimoto, K. Morita, T. Niwase, A. Takamine, T. Tanaka, H. Wollnik
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Journal Title
RIKEN Accel. Prog. Rep.
Volume: 52
Pages: 137-137
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Coprecipitation experiment of element 102, No, with Sm(OH)3 using NH3 and NaOH solution2019
Author(s)
H. Ninomiya, Y. Kasamatsu, S. Hayami, M. Nagase, Y. Shigekawa, N. Kondo, E. Watanabe, H. Haba, T. Yokokita, Y. Komori, D. Mori, Y. Wang, K. Ghosh, N. Sato, A. Shinohara
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Journal Title
RIKEN Accel. Prog. Rep.
Volume: 52
Pages: 184-184
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] MRTOF+α-TOFを用いた短寿命α崩壊核種の質量-崩壊特性測定2020
Author(s)
庭瀬暁隆, 和田道治, P. Schury, 伊藤由太, 木村創大, 加治大哉, M. Rosenbusch, 渡辺裕, 平山賀一, 宮武宇也, J. Y. Moon, 石山博恒, 森本幸司, 羽場宏光, 田中泰貴, 石澤倫, 飯村俊, 高峰愛子, 森田浩介, H. Wollnik
Organizer
日本物理学会第75回年次大会(2020年), 2020.3 (名古屋市)
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[Presentation] Chemical studies of superheavy elements at a recoil separator, with a focus on Fl2019
Author(s)
A. Yakushev, L. Lens, Ch.E. Duellmann, M. Asai, M. Block, H. Brand, H. M. David, J. Despotopulos, A. Di Nitto, K. Eberhardt, U. Forsberg, P. Golubev, M. Goetz, S. Goetz, H. Haba et al.
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] In-situ synthesis of volatile transition metal carbonyl complexes with short-lived radioisotopes2019
Author(s)
M. Goetz, Ch. E. Duellmann, A. Yakushev, M. Asai, J. Ballof, A. Di Nitto, K. Eberhardt, S. Goetz, H. Haba, E. Jaeger, Y. Kaneya, Y. Komori, J. V. Kratz, J. Krier, B. Lommel, A. Mitsukai, Y. Nagame, T. K. Sato, A. Toyoshima, K. Tsukada, V. Wolter, V. Yakusheva
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] The study of rhenium pentacarbonyl complexes using single-atom chemistry in gas phase2019
Author(s)
Z. Qin, Y. Wang, S. Cao, J. Zhang, J. Yang, H. Haba, F. Fan, Y. Komori, T. Yokokita, K. Morimoto, D. Kaji, Y. Wittwer, R. Eichler, A. Tuerler
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] The species identification of Mo, W, and Re carbonyl complexes with laserablation time-of-flight mass-spectrometry2019
Author(s)
Y. Wang, Y. Wittwer, J. Zhang, J. Yang, H. Haba, Y. Komori, T. Yokokita, S. Cao, F. Fan, R. Eichler, A. Tuerler, Z. Qin
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Optimizations of the TASCA-COMPACT setup towards chemical studies of nihonium (element 113)2019
Author(s)
L. Lens, A. Yakushev, Ch. E. Duellmann, M. Asai, M. Block, H. Brand, M. Dasgupta, H. M. David, J. Despotopulos, A. Di Nitto, K. Eberhardt, M. Goetz, P. Golubev, S. Goetz, H. Haba et al.
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development and first results from a novel "α-ToF" detector used with a multi-reflection time-of-flight mass spectrograph2019
Author(s)
T. Niwase, M. Wada, P. Schury, Y. Ito, S. Kimura, D. Kaji, M. Rosenbusch, Y. Watanabe, Y. Hirayama, H. Miyatake, J. Y. Moon, H. Ishiyama, K. Morimoto, H. Haba, T. Tanaka, S. Ishizawa, A. Takamine, K. Morita, H. Wollnik
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Fusion Dynamics for Hot Fusion Reactions revealed in Quasielastic Barrier Distributions2019
Author(s)
T. Tanaka, K. Morita, K. Morimoto, D. Kaji, H. Haba, R. A. Boll, N. T. Brewer, S. V. Cleve, D. J. Dean, S. Ishizawa, Y. Ito, Y. Komori, K. Nishio, T. Niwase, B. C. Rasco, J. B. Roberto, K. Rykaczewski, H. Sakai, D. W. Stracener, K. Hagino
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] SHE-Mass-II setup for direct mass measurement of hot-fusion superheavy nuclides2019
Author(s)
M. Wada, P. Schury, H. Miyatake, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, H. Wollnik, S. Kimura, S. Ishizawa, T. Niwase, M. Rosenbusch, D. Kaji, K. Morimoto, H. Haba, I. Takamine, T. Tanaka, H. Ishiyama, Y. Ito, J. Y. Moon, K. Morita
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Direct mass measurements of mendelevium isotopes in the vicinity of the N=152 deformed shell-closure2019
Author(s)
Y. Ito, P. Schury, M. Wada, F. Arai, H. Haba, Y. Hirayama, S. Ishizawa, D. Kaji, S. Kimura, H. Koura, M. Maccormick, H. Miyatake, J.-Y. Moon, K. Morimoto, K. Morita, M. Mukai, I. Murray, T. Niwase, K. Okada, A. Ozawa, M. Rosenbusch, A. Takamine, T. Tanaka, Y. Watanabe, H. Wollnik, S. Yamaki
Organizer
6th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements (TAN19), 2019.8 (Wilhelmshaven, Germany)
Int'l Joint Research
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[Presentation] MRTOF-MSを用いた207Raの精密質量-崩壊特性測定2019
Author(s)
庭瀬暁隆, 和田道治, P. Schury, 伊藤由太, 木村創太, 加治大哉, M. Rosenbusch, 渡辺裕, 平山賀一, 宮武宇也, J. Y. Moon, 石山博恒, 森本幸司, 羽場宏光, 田中泰貴, 石澤倫, 高峰愛子, 森田浩介, H. Wollnik
Organizer
日本物理学会 2019年秋季大会, 2019.9 (山形市)
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[Presentation] 硫酸系におけるRf の陰イオン交換2019
Author(s)
横北卓也, 笠松良崇, 渡邉瑛介, 小森有希子, 二宮秀美, 王洋, 森大輝, ゴーシュコースタブ, 篠原 厚, 羽場宏光
Organizer
日本放射化学会第63 回討論会(2019), 2019.9 (いわき市)
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[Presentation] 水酸化サマリウム共沈法を用いた102番元素ノーベリウムの沈殿実験2019
Author(s)
速水翔, 二宮秀美, 渡邉瑛介, 重河優大, 永瀬将浩, 笠松良崇, 近藤成美, 羽場宏光, 横北卓也, 小森有希子, 森大輝, 王洋, ゴーシュコースタブ, 佐藤望, 篠原厚
Organizer
日本放射化学会第63 回討論会(2019), 2019.9 (いわき市)
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[Presentation] MRTOF + α-TOFを用いた207Raの質量-崩壊特性測定2019
Author(s)
庭瀬暁隆, 和田道治, P. Schury, 伊藤由太, 木村創大, 加治大哉, M. Rosenbusch, 渡辺裕, 平山賀一, 宮武宇也, J. Y. Moon, 石山博恒, 森本幸司, 羽場宏光, 田中泰貴, 石澤倫, 高峰愛子, 森田浩介, H. Wollnik
Organizer
日本放射化学会第63 回討論会(2019), 2019.9 (いわき市)
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[Presentation] HF/HNO3水溶液中におけるNb, Ta, Paの陰イオン交換実験~Dbフッ化物錯体の推定に向けて~2019
Author(s)
安達サディア, 末木啓介, 豊嶋厚史, 塚田和明, 羽場宏光, 小森有希子, 横北卓也, 森大輝
Organizer
日本放射化学会第63 回討論会(2019), 2019.9 (いわき市)
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[Presentation] Coprecipitation of nobelium with samarium hydroxide2019
Author(s)
Y. Kasamatsu, H. Ninomiya, S. Hayami, M. Nagase, E. Watanabe, Y. Shigekawa, N. Kondo, H. Haba, T. Yokokita, Y. Komori, D. Mori, Y. Wang, K. Ghosh, M. Kaneko, A. Shinohara
Organizer
The 4th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019), 2019.12 (Hakone, Japan)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Towards the bohrium carbonyl complexes in gas phase2019
Author(s)
Z. Qin, Y. Wang, S. W. Cao, J. C. Zhang, F. L. Fang, J. Yang, H. Haba, Y. Komori, T. Yokokita, K. Morimoto, D. Kaji, Y. Wittwer, R. Eichler, A. Tuerler
Organizer
The 4th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019), 2019.12 (Hakone, Japan)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Species identification of Re carbonyls using laser-ablation time-of-flight mass-spectrometer2019
Author(s)
Y. Wang, Y. Wittwer, J. Zhang, S. Cao, Y. Komori, T. Yokokita, Y. Shigekawa, F. Fan, J. Yang, H. Haba, R. Eichler, A. Tuerler, Z. Qin
Organizer
The 4th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019), 2019.12 (Hakone, Japan)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Anion exchange of Rf, Zr, Hf, and Th in H2SO42019
Author(s)
T. Yokokita, Y. Kasamatsu, E. Watanabe, Y. Komori, H. Ninomiya, Y. Wang, D. Mori, K. Ghosh, A. Shinohara, H. Haba
Organizer
The 4th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019), 2019.12 (Hakone, Japan)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Correlation measurement of precision mass and decay properties of nuclei via MRTOF-MS with α-ToF detector2019
Author(s)
T. Niwase, M. Wada, P. Schury, Y. Ito, S. Kimura, D. Kaji, M. Rosenbusch, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, H. Miyatake, J. Y. Moon, H. Ishiyama, K. Morimoto, H. Haba, T. Tanaka, S. Ishizawa, A. Takamine, K. Morita, H. Wollnik
Organizer
The 4th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019), 2019.12 (Hakone, Japan)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Dynamic ejection-field correction for MR ToF mass spectrometry of SHE using arbitrary mass references2019
Author(s)
M. Rosenbusch, M. Wada, P. Schury, S. Iimura, H. Haba, Y. Hirayama, H. Ishiyama, S. Ishizawa, Y. Ito, D. Kaji, S. Kimura, H. Miyatake, J. Y. Moon, K. Morimoto, T. Tanaka, T. Niwase, A. Takamine, K. Morita, Y. X. Watanabe, H. Wollnik
Organizer
The 4th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019), 2019.12 (Hakone, Japan)
Int'l Joint Research
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