Production of a low-energy atomic beam with ion-electron recombination toward atomic-beam spectroscopy of lawrencium

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20924
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Ito Yuta 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, 研究職 (30711501)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 原子線分光 / 原子ビーム / 超重元素 / RFイオンガイド / RFイオントラップ

Outline of Final Research Achievements

In superheavy elements, those with atomic numbers exceeding 100, the intense Coulomb force of the atomic nucleus causes a strong relativistic effect on orbital electrons. In lawrencium (Lr), atomic number 103, this relativistic effect is predicted to first cause anomalies in the periodic law of valence electron orbits. This research focuses on using atomic spectroscopy, specifically the Stern-Gerlach experiment, to directly identify the valence electron orbit of Lr. To achieve this, we developed a production method of a low-energy atomic beam by ion-electron recombination, incorporating ion guide techniques. To maximize recombination efficiency, we developed ion optics for manipulating ion beams precisely and detectors and conducted direct measurements of atomic beams.

Free Research Field

原子核物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

元素及び元素の秩序である周期表は，人類の物質観や自然科学の重要な基盤である．超重元素は，一般的にありふれた元素ではないが，その特異性を研究し理解することで，原子構造や内在する相互作用の本質をより深く理解することができる．ここの知見は，基礎科学の発展に加えて，新物質の創生など応用面にも密接に関連するものと考えられる．また，この研究の過程で得られたイオン・原子ビーム技術は，基礎・応用問わず同じくイオンや原子を取り扱うさまざまな分野への波及も期待される．