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

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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。