メンデレビウム同位体を始め６個の超ウラン元素同位体の直接質量測定に初めて成功

2018-03-292024-09-23

質量測定による新超重元素の質量数、原子番号の決定に道筋
1. 概要
  1. 参考
  2. 国際共同研究グループ

質量測定による新超重元素の質量数、原子番号の決定に道筋

2018-03-29　大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構,国立研究開発法人理化学研究所,国立大学法人九州大学

原子番号Z=101のメンデレビウムの同位体4個およびアインスタイニウム、フェルミウムの計6個の超ウラン元素同位体の直接質量測定に初めて成功し、さらにこのデータから、超重元素のマイトネリウム（Z=109）までの7つの超重元素同位体の質量を間接的に決定しました。
これは、魔法の絨毯のように短寿命な原子核を効率よく集める高周波カーペット式ガスセル装置と、数ミリ秒間飛行させることで極少数個の原子核でも質量を測定できる革新的質量分光器を用いることで初めて可能になった研究です。
これまで、超重元素の存在確認は崩壊に伴うα線観測という手法だけでした。本研究の成果は、新たな精密質量測定という測定手法が、α崩壊の連鎖が既知の原子核に繋がっていない超重元素、例えばモスコビウム同位体などを正確に確認できる可能性を示しました。また長寿命でα線を発しないと予想される「安定の島」の未知超重原子核の探索実験に有効な手法となるでしょう。

概要

KEK素粒子原子核研究所・和光原子核科学センター（宮武宇也センター長）の和田道治教授、ピーター・シュリー助教、理化学研究所・仁科加速器研究センター（延與秀人センター長）の伊藤由太基礎特別研究員（研究実施当時）、加治大哉仁科センター研究員、九州大学大学院理学研究院・物理学部門を中心とする国際共同研究グループは、理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー（RIBF）」に於いて、気体充填型反跳分離器（GARIS-II）および多重反射型飛行時間測定式質量分光器（MRTOF-MS）を用いて、原子番号Z=99〜101のアインスタイニウム、フェルミウム、メンデレビウムの同位体の6核種の質量直接測定に成功しました。

さらにこれらの質量測定値から、ローレンシウム（Z=103）、ドブニウム（Z=105）、ボーリウム（Z=107）、マイトネリウム（Z=109）の同位体まで7核種の質量を間接的に決定しました。

この実験は、本研究グループが発明した技法である高周波カーペット式冷凍ガスセル装置を用いる事によって、冷たい融合反応あるいは熱い融合反応によって生成・分離された稀少な超ウラン元素同位体ビームをイオントラップに捕集することが出来たこと、それを数ミリ秒の短時間で高精度・高確度で質量測定可能な多重反射型飛行時間測定式質量分光器MRTOF-MSを用いることによって初めて可能になりました。この実験で得られた質量データは、メンデレビウムとローレンシウム同位体において、中性子数152が準魔法数であるという仮説を支持しています。また、幾つかの超重元素領域の理論的質量予測モデルと比較し、この領域の原子核における理論予測モデルの適否を確認できました。

本研究の成果により、熱い融合反応による超重元素同位体、具体的にはモスコビウム-288 及びニホニウム-284 の精密質量測定から質量数と原子番号を物理的に決定する実験の可能性及び重要性を示したことになります。本研究の成果は、物理学の国際的な専門誌である「Physical Review Letters」に掲載されました。

https://www.kek.jp/ja/newsroom/attic/20180329_press_ipns.pdf