112～116番元素のイオン化エネルギー測定による新たな周期律の構築

通过测量 112 至 116 号元素的电离能构建新的周期律

基本信息

批准号：
20K20561
负责人：
浅井雅人
金额：
$ 16.39万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

周期表第7周期の末端に位置する112～118番元素では、強い相対論効果とスピン軌道相互作用の影響で、化学結合に関与する価電子軌道のエネルギーが大きく変化し、軽い元素では決して見られない超重元素特有の化学結合の発現が期待される。本研究は、これらの特異な電子配置と化学特性を112～116番元素のイオン化エネルギー測定と吸着エンタルピー測定から実験的に明らかにすることを目的とする。そのため、生成量が少なく半減期が極めて短い112～116番元素に適用可能な新しい実験手法の開発を行う。令和3～4年度に、イオンビーム荷電変換法を用いたイオン化エネルギー測定法の開発の予備実験を進め、核反応で生成した短寿命Bi, Fr, Ra, Ac等原子核を既存の表面電離イオン源を用いてイオンビームとして引き出し、Heガス中に打ち込んで停止したイオンをRFイオンガイド法により引き出し、イオンの価数分布を測定する実験に成功した。更にHeガスに少量の不純物ガスを導入し、価数分布のイオン化エネルギー依存性を調べた。また、重アクチノイド元素Es, Fm, Mdの低速イオンビーム生成実験を行い、イオンビーム量の評価を行った。これらの実験により、超重元素を模擬した短寿命同位体ビームを用いた荷電交換反応の測定、RFイオンガイド法による短寿命核イオンの引き出し、価数分布の変化のイオン化エネルギー依存性などを実証し、今後の超重元素用荷電変換装置の製作やRFイオンガイド式超重元素引き出し装置の製作に重要な指針を与える成果を得た。超重元素の吸着エンタルピー測定では、ドイツ重イオン研究所（GSI）との共同研究で114番元素Flのガスクロマトグラフィー実験の論文を出版し、Flが極めて揮発性の高い金属元素であることを明らかにした。

位于元素周期表第7周期末尾的112至118号元素中，由于强相对论效应和自旋轨道相互作用，参与化学键的价轨道能量发生显着变化，这是轻元素中从未见过的预计将发展出超重元素特有的、无法以同样方式产生的化学键。这项研究的目的是通过测量112至116号元素的电离能和吸附焓，通过实验阐明这些独特的电子构型和化学性质。因此，我们将开发一种新的实验方法，可以应用于112至116号元素，这些元素产量很少，半衰期极短。在2021年度和2020年度，我们进行了利用离子束电荷转换法开发电离能量测量方法的初步实验，成功地进行了使用He气源将离子提取为离子束来测量离子的价态分布的实验。然后利用射频离子引导法提取停止的离子。此外，我们在He气中引入了少量的杂质气体，并研究了价态分布对电离能的依赖性。我们还对重锕系元素Es、Fm和Md进行了慢速离子束产生实验，并评估了离子束量。通过这些实验，我们演示了使用模拟超重元素的短寿命同位素束测量电荷交换反应，使用射频离子引导方法提取短寿命核离子，以及电离能对价态分布变化的依赖性。所获得的结果将为未来超重元素电荷转换装置和射频离子引导超重元素提取装置的制造提供重要指导。在超重元素吸附焓的测量方面，我们与德国重离子研究所（GSI）合作发表了一篇关于114号元素Fl的气相色谱实验的论文，揭示了Fl是一种极易挥发的金属元素。