| 研究課題/領域番号 |
22K18276
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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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)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| キーワード | 超重元素 / イオントラップ / 質量分析 / イオン分子反応 |
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| 研究実績の概要 |
原子番号が100を超える元素は、加速器を用いた重イオン核反応でしか合成できず、生成量は非常に少ない上、半減期も1分程度しかないために、実験操作には多くの困難が伴い、その化学的性質は未だ多くが明らかになっていない。他方、このような周期表の重い極限領域では、大きな中心電荷に起因する相対論効果によって、最外殻電子軌道電子までが影響を受けるために、その化学的性質が周期表の予想とは異なる可能性が指摘されている。最近の理論計算により、アクチノイド系列と超アクチノイド元素の橋架けとなる103番元素ローレンシウム(Lr)および104番元素ラザホージウム(Rf)では、その原子の電子構造が軽い同族元素からの予想と異なることが示された。そこで、超重元素原子・分子イオンビームとイオントラップ内化学を結合させた新手法によって、LrおよびRfの原子および分子の化学的性質を明らかにする。
本研究では、核反応で合成した超重元素をイオンビームとして、イオントラップ内にとらえ、さらに化学反応させて、超重元素イオン化学反応を観察する。イオントラップ内化学反応によって生成された化学種を同定するために、リフレクトロン型質量分析器を使用する。2022(R4)年度は、主に質量分析器の構築を進め、真空度等の基本的な性能の確認を進めた。また電極構成などのシミュレーションを再度おこない、機械設計を完了した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022(R4)年度は、イオントラップと結合するための真空槽を含めた質量分析器の構築を進め、質量分析に必要な真空度に到達することを確認した。また電極構成についてイオン輸送シミュレーションプログラムであるSIMIONを用いて検討を進めた。その他、R5年度からの本格的な装置構築及びテスト実験に向けた装置設計の最終検討および構成部品の購入を進め、基本構成について実際に構築して、必要な性能を満たすことを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023(R5)年度は、オフラインでの作動実証実験が可能な質量分析器の構築を優先し、表面電離法によって発生させたアルカリ金属イオンを用いて、質量測定用回路および制御系の最適化を進める。また、これと並行して、イオンビーム発生のためのオンライン同位体分離器用イオン源を用いて、減速用ガスセルを含めた、イオントラップへイオンビーム供給を行うための一連のシステムの構築を行う。
2024(R6)年度以降は、カリホルニウム-252自発核分裂線源を用いたオフライン実験の後、原子力機構タンデム加速器を用いて合成した短寿命核種によって、短寿命核種のイオントラップ並びに質量測定を行う。最適化した条件下で、同族元素を用いたモデル実験を行った後、表面電離法によって生成したローレンシウムイオンおよび電子衝撃法によって生成したラザホージウムイオンを用いた超重元素イオン分子反応実験を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
イオン輸送シミュレーションプログラムであるSIMIONを用いて検討を進めた結果、製作するリフレクトロン型質量分析器の電極配置の最適化が図られ、電極配置の再設計を行うこととなり、当初計画から構成部品に変更が生じたため、次年度使用額が生じた。
次年度使用額は、R5年度分研究費と合わせて、超重元素イオン分子反応実験に係る費用等として使用する。
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