2014 Fiscal Year Annual Research Report
重・超アクチノイド元素の化学結合に寄与する7p_1/2電子軌道の影響の探索
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26288028
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
浅井 雅人 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, 研究主幹 (20343931)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超重元素 / ローレンシウム / ノーベリウム / イオン化エネルギー / 吸着エンタルピー / 真空クロマトグラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、重・超アクチノイド元素の化学結合に寄与する相対論効果の影響を、価電子の束縛エネルギーや原子の吸着特性を測定することで実験的に明らかにすることを目的とする。平成26年度は、102～104番元素No, Lr, Rfの第一イオン化エネルギーや吸着エンタルピーを測定するための新しい実験手法の開発を行った。
イオン化エネルギー測定では、これまで開発してきた表面電離イオン化法の解析手法を本年度ついに確立し、生成量の極めて少ない重・超アクチノイド元素に適用できる新しい実験手法の確立に成功した。この手法を用いてNoおよびLrの第一イオン化エネルギーを測定し、これらの値を初めて決定することに成功した。第一イオン化エネルギーの傾向から、Noにおいて5f電子軌道がすべて充填され、Lrから新たな電子軌道に電子が入り始めることがはっきりと確認でき、またLrの最外殻電子が極めて緩く結合していることが明らかとなった。この成果は、重・超アクチノイド元素の電子配置や電子の束縛エネルギーを初めて実験的に明らかにしたものであり、その重要性からLrの論文は科学誌Natureに掲載された。
吸着エンタルピーの測定では、極短寿命の超アクチノイド元素にも適用できる新しい実験手法として、イオンビーム導入法を用いた真空クロマトグラフィー実験手法の開発に着手した。短寿命Tl同位体をイオンビームとして真空クロマトグラフィー装置に導入し、113番元素を模擬した真空クロマトグラフィー実験を行い、装置の基礎特性を測定し、今後の改良点を抽出した。
Lrのような高温領域での吸着エンタルピー測定が必要な元素については、真空クロマトグラフィーとは別に、表面電離イオン化法を応用した実験手法の適用可能性を検討し、来年度実験を実施することを検討している。
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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
平成26年度当初の研究実施計画では、①表面電離イオン化法によるイオン化エネルギー決定法の確立とそれを用いたNo, Lrの第一イオン化エネルギーの決定、②吸着エンタルピー測定のためのイオンビーム導入法を用いた真空クロマトグラフィー装置の開発、を本年度実施する計画であった。
①については、表面電離イオン化法の解析手法を確立することに成功し、その手法を用いてNo, Lrの第一イオン化エネルギーを決定することに成功したので、研究計画は100%達成されたと評価できる。
②については、真空クロマトグラフィー装置を開発し、実際に短寿命同位体のイオンビームを用いて実験を行い、装置の基礎特性の測定に成功したので、研究はおおむね順調に進展したと評価できる。ただし、真空クロマトグラフィー装置自体は、今回の実験結果を元に今後大幅に改良する必要があり、平成27年度以降の研究計画は適宜修正していく必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一イオン化エネルギー測定については、平成26年度に確立した表面電離イオン化法を用いて、FmおよびMdのイオン化エネルギーを測定し、103番元素までのすべての元素のイオン化エネルギーを実験的に決定する。104番元素以降については、表面電離イオン化法の適用可能性を探ると共に、まったく新しい実験手法であるイオンビーム荷電変換法の開発に着手する。
吸着エンタルピー測定では、平成26年度の結果を元に、真空クロマトグラフィー手法の大幅な改良を行う。特に、イオンビームを物質中にインプラントさせず表面に捕集するためのガスセル型イオン冷却装置を、真空クロマトグラフィー装置の前段部に導入することで、クロマトグラフィー装置の構造を単純化し、効率の向上を目指す。Lrのような高温領域での吸着エンタルピー測定が必要な元素については、表面電離イオン化法を応用した実験手法の適用可能性を検討し、実験を実施する。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では、真空クロマトグラフィー装置一式の製作に250万円、真空ポンプの購入に160万円、イオン源消耗部品の購入に90万円、国際会議・国内学会発表旅費に30万円を予定していた。このうち真空クロマトグラフィー装置一式の製作は、スイス・ポールシェラー研究所との共同研究を新たに開始し、スイスから試作装置一式を持ち込んで実験を行ったため、本年度は製作せず、本年度の結果を元に次年度に新たに改良装置一式を製作することにした。イオン源消耗部品の購入は、予定していたReアイオナイザーの購入を次年度以降の購入に変更した。これらの結果として、約308万円を次年度使用に回した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度は、平成26年度の結果を元に新たに設計した真空クロマトグラフィー装置一式を製作する。また、真空クロマトグラフィー装置の前段部に導入する、ガスセル型イオン冷却装置一式を新たに製作する。この2品及び関連する実験機器等の購入で約370万円の使用を予定している。更に、新たに開発する荷電変換装置の開発整備費として合計150万円の使用を予定している。その他、国際会議・国内学会発表旅費として80万円、イオン源消耗部品等の購入に90万円で、合計約690万円を使用する計画である。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Measurement of the First Ionization Potential of Lawrencium, Element 1032015
Author(s)
T.K. Sato, M. Asai, A. Borschevsky, T. Stora, N. Sato, Y. Kaneya, K. Tsukada, Ch.E. Duellmann, K. Eberhardt, E. Eliav, S. Ichikawa, U. Kaldor, J.V. Kratz, S. Miyashita, Y. Nagame, K. Ooe, A. Osa, D. Renisch, J. Runke, M. Schaedel, P. Thoerle-Pospiech, A. Toyoshima, N. Trautmann
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Journal Title
Nature
Volume: Vol. 520
Pages: 209-211
DOI
Peer Reviewed
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