超重元素の初めての精密質量測定に成功〜新元素の新しい原子番号決定法の証明〜

2021-09-01

2021-08-31 高エネルギー加速器研究機構,理化学研究所,九州大学

概要

大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(KEK)・素粒子原子核研究所・和光原子核科学センター(WNSC)、国立研究開発法人理化学研究所（理研、埼玉県和光市）仁科加速器科学研究センター、九州大学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)」の気体充填型反跳核分離器(GARIS-II)と多重反射型飛行時間測定式質量分光器(MRTOF) を用いて、原子番号105番の超重元素ドブニウム同位体²⁵⁷Dbの質量を精密に測定することに成功しました。これは、超重元素の存在理由を解明する第一歩となる研究です。

原子番号（＝陽子数）が大きい超重元素は、正の電荷を持つ陽子間の反発力が大きく、どこまで原子番号の大きい元素が存在できるか分かっていないため、新元素の探索が続けられています。一方、なぜ存在できるかを解明するには、原子核の結合エネルギーの系統的研究が鍵となり、そのためには超重元素同位体の質量をくまなく精密測定することが必要です。

理化学研究所の加速器施設において核融合反応で生成されたドブニウム同位体(²⁵⁷Db)は、研究グループが開発したMRTOF質量分光器とα-TOF検出器を用いることで、一日に2個程度しか観測できない稀な事象にも関わらず、質量を1/100万の相対精度で決定できました。これは、超重元素同位体を直接質量測定した世界で初めての実験です。また、今回の測定結果から、超重元素領域の原子核の原子番号を決定するには最低2事象を観測できれば良いことも実証しました。

本研究の成果は、物理学の国際的な専門誌である「Physical Review C, Letter」に8月31日（米国東部時間）に掲載されました。