113番元素の特異的な化学反応特性の解明にむけた自動連続電解抽出装置の開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25790085
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 豊嶋 厚史 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (40414578)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 超重元素 / フローインジェクション分析 / オンライン液体シンチレーション測定

Research Abstract

本研究の最終的な目的は、電気化学的手法を用いて113番元素（Element 113: E113）を酸化し、[113]5+の性質を明らかにする事である。E113は水溶液中で1価イオンや3価イオンとして存在すると考えられるが、興味深い事にさらに5価へも酸化され得ると予測されている。これは、本来はコア電子軌道である6d5/2軌道が重元素に特有の相対論効果によって不安定化されているため、7s27p電子に加えて6d電子までもが価電子として働くためである。このようなd軌道が反応に寄与する典型元素は他にはなく、超重元素のようなきわめて重い元素で初めて現れるユニークな現象と言える。
E113の性質の解明に向け、本年度においては①フローインジェクション分析法に基づいた連続抽出分離装置ならびに②オンライン液体シンチレーション測定装置の設計を行った。E113のような超重元素は原子核の寿命が短く、核反応による生成率がきわめて低いため、本研究で開発するような自動迅速実験装置が必須となる。本研究で制作中の連続抽出分離装置では、微小なテフロン砕片を充填した反応槽を相分離器の前に配置しており迅速な平衡到達を達成する。その後方には疎水性フィルターを用いた膜分離器を設置して二相分離を行い、また二相の微妙な圧力バランスを両相の出口に設置した自動バルブによって制御する。次にオンライン液体シンチレーション測定装置では、E113起源の微弱な放射線を効率よく測定するために、測定セル中の溶液流路は、E113のα線を測定するのに充分な時間（60秒間）が確保されている。またE113のα線が一旦観測されると自動的に流路が切り替わりサンプルが測定セル内に留まる。このため、E113-286とその娘核種Rg-282、孫核種Mt-278の連続的なα線崩壊を観測でき、信頼性の高いデータ取得が可能である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

制作する実験装置の中で、低バックグラウンドの光電子増倍管などは受注生産のため納期が年度内に間に合わず、発注を次年度に繰り越した。そのため、全体的に製作が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

光電子増倍管などはすでに発注済みであるが、早急に実験装置製作を完了する。また、13族元素インジウム(In)とタリウム(Tl)の放射性同位体(RI)トレーサーを用いて、E113の電解酸化、抽出分離の化学的条件を決定する。さらに、InとTlを用いたオンライン模擬実験により酸化率や抽出率のデータを取得して、迅速化学実験でデータが得られる事を実証する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成25年度に計画していた実験装置の設計は終了しているが、購入予定の低バックグラウンド光電子増倍管が受注生産であるため、その納期が平成25年度内に間に合わず、発注を平成26年度に繰り越した。それに伴い、他の製作装置の発注も平成26年度に変更した。これらの変更により次年度使用額が生じた。
上記の低バックグラウンド光電子増倍管や他の製作装置の設計は終わっており、すでに大部分は発注済みで、残りも早急に発注する予定である。そのため、平成26年度7-8月ごろから予定通りに研究を進める事ができる。