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

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H01081
• 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, 室長 (60360624)
• 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, 上級技師 (00391912)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 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，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，特に低温ガスクロマトグラフ装置部の開発を進めた．まず，超重核の放射壊変に伴って放出されるアルファ粒子や自発核分裂片を検出するため，Si PIN フォトダイオード（Hamamatsu S15510）を特注で製作した．32対のSi検出器でガスクロマトグラフカラムを構成し，カラム先端部を温水で加熱，末端部を液体窒素で冷却し，カラムに対して30℃から-120℃まで温度勾配をかけた．ガスクロマトグラフ用のキャリア／反応ガスには，ヘリウム，アルゴン，酸素，一酸化炭素等，最大4種の気体を任意の混合比で用いることができる．超重核の希少壊変事象を確度良く検出するため，Si検出器の前置増幅器から出力された信号の生波形をそのまま記録できる16チャンネルデジタルパルスプロセッサ（TechnoAP APV8016A-L64S1-C70）を整備した．
本装置の性能試験は，Ac-227線源から娘核種として生成する貴ガス元素Rnの同位体Rn-219をカラムに導入して行った．Rn-219と娘核種Po-215，Bi-211のアルファ粒子に対して，30 keV以下のエネルギー分解能（FWHM）を達成した．Rn原子は，カラム内で固定相（Si検出器表面）と吸脱着相互作用を繰り返しながらキャリアガスとともにカラム内を進む．32台のSi検出器に対するRnの収率分布をモンテカルロシミュレーションすることにより，Rnの固定相に対する吸着エンタルピーを導出することに成功した．本装置を用いて，Nhの化学的性質を調べることが可能である．

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 近代物理研究所(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 近代物理研究所
• [Int'l Joint Research] オーストラリア国立大学(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: オーストラリア国立大学
• [Int'l Joint Research] オークリッジ国立研究所(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: オークリッジ国立研究所
• [Int'l Joint Research] 重イオン研究所/マインツ大学(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: 重イオン研究所/マインツ大学
• [Int'l Joint Research] オスロ大学(ノルウェー)
  • Country Name: NORWAY
  • Counterpart Institution: オスロ大学
• [Journal Article] First high-precision direct determination of the atomic mass of a superheavy nuclide (2021)
  • Author(s): P. Schury, T. Niwase, M. Wada, P. Brionnet, S. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. C Volume: 104 Pages: L021304-1～7
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.L021304
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] α-decay-correlated mass measurement of 206,207g,mRa using an α-TOF detector equipped multireflection (2021)
  • Author(s): T. Niwase, M. Wada, P. Schury, P. Brionnet, S. D. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. C Volume: 104 Pages: 044617-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.044617
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First study on nihonium (Nh, element 113) chemistry at TASCA (2021)
  • Author(s): A. Yakushev, L. Lens, C. E. Duellmann, M. Block, H. Brand, M. Dasgupta, T. Calverley, A. D. Nitto, M. Goetz, S. Goetz, H. Haba et al.
  • Journal Title: Frontiers in Chemistry Volume: 9 Pages: 753738-1～9
  • DOI: 10.3389/fchem.2021.753738
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anion- and cation-exchange studies of Zr, Hf, and Th using ion-exchange resin and fiber in H2SO4 media for chemical characterization of sulfate complex of Rf (2021)
  • Author(s): E. Watanabe, Y. Kasamatsu, T. Yokokita, S. Hayami, K. Tonai, H. Ninomiya, N. Kondo, Y. Shigekawa, H. Haba, Y. Kitagawa, M. Nakano, and A. Shinohara
  • Journal Title: Solvent Extr. Ion Exch. Volume: 未定 Pages: 1～16
  • DOI: 10.1080/07366299.2021.2020956
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anion- and cation-exchange studies of Zr, Hf, and Th using ion-exchange resin and fiber in H2SO4 media for chemical characterization of sulfate complex of Rf (2021)
  • Author(s): T. Yokokita, S. Yano, Y. Komori, and H. Haba
  • Journal Title: J. Radioanal. Nucl. Chem. Volume: 331 Pages: 1127～1134
  • DOI: 10.1007/s10967-021-08184-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alpha-decay correlated mass measurement of 206,207Ra using an MRTOF-MS system equipped with an α-TOF detector (2021)
  • Author(s): T. Niwase, M. Wada, P. Schury, P. Brionnet, S. D. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 31～31
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First high-precision direct determination of the atomic mass of a superheavy nuclide (2021)
  • Author(s): P. Schury, T. Niwase, M. Wada, P. Brionnet, S. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 32～32
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Production of 266Bh in the 248Cm(23Na,5n)266Bh reaction and its decay properties (2021)
  • Author(s): H. Haba et al.
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 141～141
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurement of extraction time and efficiency of 220Rn ions using a cryogenic RF-carpet gas cell for the chemistry of superheavy elements (2021)
  • Author(s): Y. Shigekawa, A. Yamaguchi, N. Sato, A. Takamine, M. Wada, and H. Haba
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 145～146
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anion-exchange behavior of Db in HF/HNO3 solution (2021)
  • Author(s): M. Kato, S. Adachi, A. Toyoshima, K. Tsukada, M. Asai, T. Yokokita, Y. Komori, Y. Wang, Y. Shigekawa, D. Mori, H. Haba, A. Kashihara, A. Nakajima, K. Tokoi, Y. Suzuki, K. Nishizuka, and K. Sueki
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 147～147
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anion exchange of Rf in H2SO4 using the batch-type solid-liquid extraction apparatus AMBER (2021)
  • Author(s): T. Yokokita, Y. Kasamatsu, E. Watanabe, Y. Komori, Y. Shigekawa, Y. Wang, D. Mori, H. Ninomiya, S. Hayami, K. Tonai, K. Ghosh, A. Shinohara, and H. Haba
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 148～148
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Online anion-exchange experiment of Zr in H2SO4 for the chemical study of Rf in H2SO4 (2021)
  • Author(s): T. Yokokita, Y. Shigekawa, Y. Wang, Y. Komori, Y. Kasamatsu, E. Watanabe, and H. Haba
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 149～149
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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, rutherfordium (2021)
  • 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
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 150～150
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cation- and anion-exchange behavior and UV-vis spectroscopy of Zr in HBr for chemical characterization of bromide complexes of Rf (2021)
  • Author(s): T. Yokokita and H. Haba
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 151～151
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Solvent extraction of Fr and Cs with calix[4]arene-bis(benzocrown-6) (2021)
  • Author(s): Y. Komori and H. Haba
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 152～152
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement of production cross sections of 175Hf in the natLu(p,x) and natLu(d,x) reactions (2021)
  • Author(s): Y. Komori, H. Haba, M. Aikawa, M. Saito, S. Takacs, and F. Ditroi
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Volume: 54 Pages: 171～171
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 新元素でがん治療 ～RIBFがつくるラジオアイソトープ～ (2022)
  • Author(s): 羽場宏光
  • Organizer: 第9回理研イノベーションセミナー
• [Presentation] ニホニウム発見への道のり (2022)
  • Author(s): 羽場宏光
  • Organizer: 早稲田大学本庄高等学院課外講義
  • Invited
• [Presentation] Zr及びHfのスルファト錯体推定に向けたTOA/H2SO4系の溶媒抽出 (2022)
  • Author(s): 横北卓也, 羽場宏光
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会(2022)
• [Presentation] MRTOF-MSを用いた252Cf自発核分裂片の網羅的精密質量測定 (2022)
  • Author(s): 木村創大, 和田道治, 羽場宏光, 石澤倫, 森本幸司, 庭瀬暁隆, Marco Rosenbusch, and Peter Schury for the SHE-Mass Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会（2022年）
• [Presentation] MRTOF+α-TOFによる257,258Dbの精密質量測定 (2022)
  • Author(s): 庭瀬暁隆, P. Schury, 和田道治, P. Brionnet, S. Chen, 羽場宏光, 平山賀一, D. S. Hou, 飯村俊, 石山博恒, 伊藤由太, 加治大哉, 木村創大, 小浦寛之, 宮武宇也, 森本幸司, 森田浩介, 長江大輔, M. Rosenbusch, 高峰愛子, 渡辺裕, H. Wollnik, W. Xian, S. X. Yan
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会（2022年）
• [Presentation] 理研RIビームファクトリーにおけるRI製造供給 (2021)
  • Author(s): 羽場宏光
  • Organizer: 第58回アイソトープ・放射線研究発表会
  • Invited
• [Presentation] Production and applications of radioisotopes at RIKEN RI Beam Factory (2021)
  • Author(s): H. Haba
  • Organizer: International Discussion Meeting on Future of Accelerator Applications and Radiotracers Research (FAAARR2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 超重核257Dbの直接質量測定 (2021)
  • Author(s): 庭瀬暁隆, P. Schury, 和田道治, P. Brionnet, S. Chen, 橋本尚志, 羽場宏光, 平山賀一, D. S. Hou, 飯村俊, 石山博恒, 石澤倫, 伊藤由太, 加治大哉, 木村創大, 小浦寛之, 宮武宇也, J. Y. Moon, 森本幸司, 森田浩介, 長江大輔, M. Rosenbusch, 高峰愛子, 渡辺裕, H. Wollnik, W. Xian, S. X. Yan
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] MRTOFとα-TOF検出器による，α崩壊に相関した精密質量測定法の開拓 (2021)
  • Author(s): 庭瀬暁隆，和田道治，P. Schury，P. Brionnet，S. D. Chen，橋本尚志， 羽場宏光，平山賀一，D. S. Hou， 飯村俊，石山博恒，石澤倫，伊藤由太, 加治大哉，木村創大，J. Liu，宮武宇也，J. Y. Moon，森本幸司，森田浩介，長江大輔，M. Rosenbusch，高峰愛子，田中泰貴，渡辺裕，H. Wollnik，W. Xian，S. X. Yan
  • Organizer: 日本放射化学会第65 回討論会（2021）
• [Presentation] ニホニウム発見への道のり (2021)
  • Author(s): 羽場宏光
  • Organizer: 大宮北高校SSH特別講演会
  • Invited
• [Presentation] Production and Applications of Radioisotopes at RIKEN RI Beam Factory -Search for New Elements through Diagnosis and Therapy of Cancer- (2021)
  • Author(s): H. Haba
  • Organizer: RIKEN-KFU (Kazan Federal University) 3rd Joint Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Si検出器の波形解析による軽粒子識別 (2021)
  • Author(s): 武藤大河, Pierre Brionnet, 浅井雅人, 郷慎太郎, Robert Grzywacz, 羽場宏光, 加治大哉, 木村創太, Thomas King, 森本幸司, Krzysztof Rykaczewski, 坂口聡志, 酒井英行, 森田浩介, 庭瀬暁隆, 田中聖臣
  • Organizer: 第127回日本物理学会九州支部例会
• [Book] 新元素ニホニウムはいかにして創られたか (2021)
  • Author(s): 羽場宏光
  • Total Pages: 176
  • Publisher: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807909872