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2022 年度 実績報告書

113番元素ニホニウムの第一イオン化エネルギー測定で拓く超重元素原子科学

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0086
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

佐藤 哲也  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 (40370382)

研究分担者 伊藤 由太  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)
後藤 真一  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (70334646)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2023-03-31
キーワード超重元素 / イオン化エネルギー / イオンビーム
研究実績の概要

超重元素では、強い相対論効果によって最外殻電子軌道が強く影響を受ける場合があり、周期律からの予想とは化学的性質が異なる可能性が指摘されている。第一イオン化エネルギーは、最外殻電子の束縛エネルギーを直接反映する物理量であり、これを実験的に決定することで、化学的性質を特徴づける電子配置に関する情報を得ることができる。
本研究では、2022年までに超重元素の第一イオン化エネルギー測定法開発のため、新規電子衝撃型イオン源の開発を進めた。本イオン源では、電子衝撃イオン化法として、Electron Beam Generated Plasma (EBGP)法を採用し、迅速な核反応生成物搬送が可能なエアロゾルガスジェット搬送法とを組み合わせた。これに加え、高真空が要求されるイオン化室内へのキャリアガス流入の低減をはかるため、新規に開発したエアロダイナミックレンズを導入することで、これを実現した。
超重元素イオンビーム生成に向けた最適イオン化条件探索のため、イオン化のための衝撃電子エネルギーや衝撃電子量等の種々の条件下で、安定元素を対象にイオンビーム生成を行った。He、Ne、Ar、およびKrの等量混合ガスを用いて、イオンビーム引き出しをおこなったところ、衝撃電子エネルギーを大きくするにつれてビーム生成量は増大し、100 eVないし150 eVを超えたところでビーム電流は飽和することがわかった。さらに、原子番号が大きくなるにつれて相対的なイオン化効率は増大することから、原子番号が大きい超重元素のイオンビーム生成において、今回開発したガスジェット結合型EBGPイオン源が有利であることを確認した。当初計画では、ロシア SHE-Factoryにて超重元素を対象とした試験を行う予定だったが、国際情勢の変化により国内でのテスト実験を余儀なくされた。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      Paul Scherrer Institut
  • [国際共同研究] Flerov Laboratory of Nuclear Reactions(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Flerov Laboratory of Nuclear Reactions
  • [雑誌論文] Chemistry of the elements at the end of the actinide series using their low-energy ion-beams2022

    • 著者名/発表者名
      Sato Tetsuya K.、Nagame Yuichiro
    • 雑誌名

      Radiochimica Acta

      巻: 110 ページ: 441~451

    • DOI

      10.1515/ract-2022-0001

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Chemistry of the elements at the end of the actinide series using their low-energy ion-beams2023

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya K. Sato
    • 学会等名
      ARCEBS-2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超重元素化学研究に向けたガスジェット結合型EBGP イオン源の開発2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 哲也, 青木 涼太, 宮地 優太, 浅井 雅人, 伊藤 由太, 内馬場 優太, Gong Gyoengmin, 名取 日菜, 塚田 和明, 永目 諭一郎
    • 学会等名
      日本化学会 第103回春季年会2023
  • [学会発表] Single atom chemistry of superheavy element at JAEA2022

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya K. Sato
    • 学会等名
      37th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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