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 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01081
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 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

研究実績の概要

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．

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 近代物理研究所(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 近代物理研究所
• [国際共同研究] オーストラリア国立大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: オーストラリア国立大学
• [国際共同研究] オークリッジ国立研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: オークリッジ国立研究所
• [国際共同研究] 重イオン研究所/マインツ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: 重イオン研究所/マインツ大学
• [国際共同研究] オスロ大学(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: オスロ大学
• [雑誌論文] First high-precision direct determination of the atomic mass of a superheavy nuclide (2021)
  • 著者名/発表者名: P. Schury, T. Niwase, M. Wada, P. Brionnet, S. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 104 ページ: L021304-1～7
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.L021304
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] α-decay-correlated mass measurement of 206,207g,mRa using an α-TOF detector equipped multireflection (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Niwase, M. Wada, P. Schury, P. Brionnet, S. D. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 104 ページ: 044617-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.104.044617
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First study on nihonium (Nh, element 113) chemistry at TASCA (2021)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 9 ページ: 753738-1～9
  • DOI: 10.3389/fchem.2021.753738
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Solvent Extr. Ion Exch. 巻: 未定 ページ: 1～16
  • DOI: 10.1080/07366299.2021.2020956
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: T. Yokokita, S. Yano, Y. Komori, and H. Haba
  • 雑誌名: J. Radioanal. Nucl. Chem. 巻: 331 ページ: 1127～1134
  • DOI: 10.1007/s10967-021-08184-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alpha-decay correlated mass measurement of 206,207Ra using an MRTOF-MS system equipped with an α-TOF detector (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Niwase, M. Wada, P. Schury, P. Brionnet, S. D. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 31～31
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First high-precision direct determination of the atomic mass of a superheavy nuclide (2021)
  • 著者名/発表者名: P. Schury, T. Niwase, M. Wada, P. Brionnet, S. Chen, T. Hashimoto, H. Haba et al.
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 32～32
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Production of 266Bh in the 248Cm(23Na,5n)266Bh reaction and its decay properties (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Haba et al.
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 141～141
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of extraction time and efficiency of 220Rn ions using a cryogenic RF-carpet gas cell for the chemistry of superheavy elements (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigekawa, A. Yamaguchi, N. Sato, A. Takamine, M. Wada, and H. Haba
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 145～146
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anion-exchange behavior of Db in HF/HNO3 solution (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 147～147
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anion exchange of Rf in H2SO4 using the batch-type solid-liquid extraction apparatus AMBER (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 148～148
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Online anion-exchange experiment of Zr in H2SO4 for the chemical study of Rf in H2SO4 (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yokokita, Y. Shigekawa, Y. Wang, Y. Komori, Y. Kasamatsu, E. Watanabe, and H. Haba
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 149～149
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 150～150
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cation- and anion-exchange behavior and UV-vis spectroscopy of Zr in HBr for chemical characterization of bromide complexes of Rf (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yokokita and H. Haba
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 151～151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solvent extraction of Fr and Cs with calix[4]arene-bis(benzocrown-6) (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Komori and H. Haba
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 152～152
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of production cross sections of 175Hf in the natLu(p,x) and natLu(d,x) reactions (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Komori, H. Haba, M. Aikawa, M. Saito, S. Takacs, and F. Ditroi
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 54 ページ: 171～171
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 新元素でがん治療 ～RIBFがつくるラジオアイソトープ～ (2022)
  • 著者名/発表者名: 羽場宏光
  • 学会等名: 第9回理研イノベーションセミナー
• [学会発表] ニホニウム発見への道のり (2022)
  • 著者名/発表者名: 羽場宏光
  • 学会等名: 早稲田大学本庄高等学院課外講義
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 横北卓也, 羽場宏光
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会(2022)
• [学会発表] MRTOF-MSを用いた252Cf自発核分裂片の網羅的精密質量測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会（2022年）
• [学会発表] MRTOF+α-TOFによる257,258Dbの精密質量測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会（2022年）
• [学会発表] 理研RIビームファクトリーにおけるRI製造供給 (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽場宏光
  • 学会等名: 第58回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 招待講演
• [学会発表] Production and applications of radioisotopes at RIKEN RI Beam Factory (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Haba
  • 学会等名: International Discussion Meeting on Future of Accelerator Applications and Radiotracers Research (FAAARR2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超重核257Dbの直接質量測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本放射化学会第65 回討論会（2021）
• [学会発表] ニホニウム発見への道のり (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽場宏光
  • 学会等名: 大宮北高校SSH特別講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Production and Applications of Radioisotopes at RIKEN RI Beam Factory -Search for New Elements through Diagnosis and Therapy of Cancer- (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Haba
  • 学会等名: RIKEN-KFU (Kazan Federal University) 3rd Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Si検出器の波形解析による軽粒子識別 (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第127回日本物理学会九州支部例会
• [図書] 新元素ニホニウムはいかにして創られたか (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽場宏光
  • 総ページ数: 176
  • 出版者: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807909872