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First ionization energy measurements of heaviest actinides, lawrencium and nobelium

重アクチノイド元素ローレンシウムおよびノーベリウムのイオン化エネルギー測定

佐藤 哲也   

Sato, Tetsuya

第一イオン化エネルギー(IE$$_1$$)を実験的に決定することにより、対象の原子の電子構造に関する知見を得られることが期待できる。我々は、表面電離過程におけるイオン化効率($$I_{rm eff}$$)のIE$$_1$$依存性を利用して、102番元素ノーベリウム(No)と103番元素ローレンシウム(Lr)のIE$$_1$$を決定することに成功した。実験には、$$^{248}$$Cm ($$^{13}$$C, 4n) $$^{249}$$Cf ($$^{11}$$B, 4n)反応によって合成される$$^{257}$$No ($$T_{1/2}$$ = 24.5 s)および$$^{256}$$Lr ($$T_{1/2}$$ = 27 s)を用いた。核反応生成物は、表面電離型イオン源を用いてイオン化し、質量分離後に捕集されたイオンを放射線測定して、$$I_{rm eff}$$を決定する。イオン源温度2800 Kにおいて、$$^{257}$$Noおよび$$^{256}$$Lrを、それぞれ0.5 $$pm$$ 0.1%および36 $$pm$$ 7%の効率でイオン化することに成功した。求めたイオン化効率から得られたNoとLrのIE$$_1$$は、理論的に予想される値と非常によく一致した。

We measured the first ionization energy (IE$$_1$$) of nobelium (No, Z = 102) and lawrencium (Lr, Z =103) by exploiting the dependence of the ionization efficiency ($$I_{rm eff}$$) on the IE$$_1$$ in a surface ionization process. The isotopes $$^{257}$$No ($$T_{1/2}$$ = 24.5s) and $$^{256}$$Lr ($$T_{1/2}$$ = 27 s), produced in the reaction $$^{248}$$Cm ($$^{13}$$C, 4n) and $$^{249}$$Cf ($$^{11}$$B, 4n), respectively, were used for studying their ionization. The reaction products recoiling from the targets were transported to a surface ion-source by a He/CdI$$_2$$ gas-jet transport system. The products ionized in the ion-source were mass-separated with JAEA-ISOL. The number of ions collected at the end of the ISOL was determined by $$alpha$$-particle measurements and was used to evaluate $$I_{rm eff}$$ values. With the present system, we successfully ionized and mass-separated $$^{257}$$No and $$^{256}$$Lr with efficiencies of (0.5 $$pm$$ 0.1)% and (36 $$pm$$ 7)% at 2800 K, respectively. From these $$I_{rm eff}$$ values, IE$$_1$$ values of No and Lr were determined based on the relationship between $$I_{rm eff}$$ and IE$$_1$$. Our values are in good agreement with the predicted ones by theoretical calculations.

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