Measurements of the first ionization potentials of heavy actinide elements

重アクチノイド元素の第一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(IP)は、中性原子から価電子軌道の電子をひとつ取り除くために必要なエネルギーであり、最外殻電子軌道に関する情報を与える。最近、我々は表面電離法を用いることにより、103番元素ローレンシウムの単一原子レベルでのIP測定に初めて成功した。得られた実験値は、Lrがアクチノイド元素の中でもとりわけIPが小さく、閉殻構造に電子が一つ弱く結びついていることを示すものだった。次のステップとして、102番元素ノーベリウム(No)における閉殻構造を実験的に確認するため、100番元素フェルミウム(Fm)、101番元素メンデレビウム(Md)およびNoの測定に、同手法を適用した。その結果、実験的または半経験的に推定されている値とよく一致した。得られたIP値は、Noまで原子番号とともに増大し、Lrで劇的に小さくなった。同様の傾向がランタノイド終端でも見られることから、本実験結果から、Noにおいて軌道が満たされることを示すと結論できる。

The first ionization potential (IP), a measure of the energy required to remove one valence electron from a neutral atom, yields information on the valence electronic structure. Recently, we successfully determined the IP value of the heaviest actinide element, lawrencium (Lr, ) for the first time in an atom-at-a-time scale using a surface ionization method. The experimental result has shown that the IP of Lr is distinctly low among actinide elements owing to the configuration of closed and shells with an additional weakly-bound electron in the valence orbital. As a next step, we have applied this method to IP measurements of other heavy actinide elements, No, mendelevium (Md, ) and fermium (Fm, ). The experimental results of the three elements are in good agreement with the predicted ones obtained by theoretical and/or semi-empirical calculations. The IP value increased with an atomic number up to No and fell dramatically at Lr, indicating the similar trend with that of heavy lanthanide elements. This behavior clearly indicates that the orbital is filled up at No.