2021 Fiscal Year Research-status Report
112～116番元素のイオン化エネルギー測定による新たな周期律の構築
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20K20561
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
浅井 雅人 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (20343931)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 超重元素 / イオン化エネルギー / 吸着エンタルピー / 荷電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
周期表第7周期の末端に位置する112～118番元素では、強い相対論効果とスピン軌道相互作用の影響で、化学結合に関与する価電子軌道のエネルギーが大きく変化し、軽い元素では決して見られない超重元素特有の化学結合の発現が期待される。本研究は、これらの特異な電子配置と化学特性を112～116番元素のイオン化エネルギー測定と吸着エンタルピー測定から実験的に明らかにすることを目的とする。そのため、生成量が少なく半減期が極めて短い112～116番元素に適用可能な新しい実験手法の開発を行う。
令和3年度は、イオンビーム荷電変換法を用いたイオン化エネルギー測定法の開発の予備実験を進め、核反応で生成した短寿命Bi, Fr, Ra等原子核を既存の表面電離イオン源を用いてイオンビームとして引き出し、Heガス中に打ち込んで停止したイオンをRFイオンガイド法により引き出し、イオンの価数分布を測定する実験に成功した。本実験により、超重元素を模擬した短寿命同位体ビームを用いた荷電交換反応の測定、RFイオンガイド法による短寿命核イオンの引き出しなどを実証し、今後の超重元素用荷電変換装置の製作やRFイオンガイド式超重元素引き出し装置の製作に重要な指針を与える成果を得た。
また、半減期276日の希少な同位体Es-254を他の科研費予算との合算使用により入手し、Es-254標的を用いた核反応でしか合成できない重アクチノイド元素の低速イオンビーム生成実験を行った。Fm, Md同位体のイオンビーム生成を確認するとともに、EsやBkのイオンビーム量の評価も行った。本実験により、重アクチノイド元素も含めた超重元素に対する系統的な荷電変換測定の可能性が拓け、イオンビーム荷電変換法の実験精度の向上につながる成果を得た。更に、超重元素合成条件の検討に重要な超重核の核分裂特性に関する新しい知見を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定では令和2年度にRFイオンガイド式オフラインイオン源を製作し、令和3年度にイオンビーム荷電変換装置を製作して、令和4年度にかけて荷電変換法によるイオン化エネルギー測定法の開発試験を実施する計画であった。RFイオンガイド式オフラインイオン源については、グループ内で同様のRFイオンガイド装置の開発が進んでおり、また別方式の電子衝撃型イオン源の開発も進めていることから、それらで代替しつつ改めて最適なイオン源を設計製作することにした。イオンビーム荷電変換装置に関しては、既存の実験装置を利用して先行して荷電変換試験を実施しており、短寿命核ビームを用いた価数分布測定にも成功した。また、Es-254標的を使用することで重アクチノイド元素の低速イオンビーム生成にも成功した。一方で、超重元素のイオン化エネルギー測定に適用できるイオンビーム荷電変換装置の製作は必須であり、今後製作する必要がある。吸着エンタルピー測定については、関連論文として105番元素Dbのガスクロマトグラフィー実験の論文を出版し、106, 107, 108番元素を模擬したカルボニル錯体合成実験の論文も出版した。一部進捗が遅れている部分もあるが、全体として研究は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は、これまでの既存のイオン源及び荷電変換装置を利用した低速短寿命核ビーム生成及び荷電変換試験の結果を踏まえたうえで、改めて新型オフラインイオン源及びイオンビーム荷電変換装置の設計製作を進め、超重元素と同族のHg, Tl, Pb, Bi, Po, Rn等のイオンビーム荷電変換実験を実施する。また同時に、吸着エンタルピー測定のためのクロマトグラフィー・測定装置の開発にも着手する。令和5年度は、開発したイオンビーム荷電変換装置並びにクロマトグラフィー・測定装置を超重元素生成装置に結合するための、超重元素ビーム引き出し電極の製作をおこなうとともに、イオンビーム荷電変換装置並びにクロマトグラフィー・測定装置の開発を継続する。令和6年度は、開発したイオンビーム荷電変換装置を用いて、超重元素に対する最初の実証実験として、104番元素Rfのイオン化エネルギー測定をおこない、Rfのイオン化エネルギーを初めて決定する。
更にこれらの開発実験に必要な、短寿命同位体ビーム生成法の開発、超重元素測定用検出器の開発、超重元素の生成や測定に必要な核反応機構や崩壊様式等に関する研究、イオン化エネルギー及び吸着エンタルピー測定に関する関連研究を随時実施する。
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| Causes of Carryover |
令和3年度に製作予定だったRFイオンガイド式オフラインイオン源については、グループ内で同様のRFイオンガイド装置の開発が進んでおり、また別方式の電子衝撃型イオン源の開発も進めていることから、それらで代替しつつ実験を進め、改めて最適なイオン源の設計製作をすることとした。また、イオンビーム荷電変換装置に関しては、既存の実験装置を利用して先行して荷電変換試験を実施しており、それらの結果を受けて改めて最適な構造の荷電変換装置の設計を進めることとした。よって、これらの製作予算を次年度へ繰り越し、次年度に執行することとした。また今年度もコロナの影響で学会や国際会議が中止あるいはオンライン開催となったため旅費の支出がなく、その分についても次年度使用額が生じた。次年度以降、対面開催が復活すれば、次年度研究費と合わせて、それらの参加費や旅費にも次年度使用額を使用していく計画である。
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[Journal Article] Chemical Characterization of a Volatile Dubnium Compound, DbOCl32021
Author(s)
Chiera Nadine M.、Sato Tetsuya K.、Eichler Robert、Tomitsuka Tomohiro、Asai Masato、Adachi Sadia、Dressler Rugard、Hirose Kentaro、Inoue Hiroki、Ito Yuta、Kashihara Ayuna、Makii Hiroyuki、Nishio Katsuhisa、Sakama Minoru、Shirai Kaori、Suzuki Hayato、Tokoi Katsuyuki、Tsukada Kazuaki、Watanabe Eisuke、Nagame Yuichiro
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 60
Pages: 17871～17874
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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