First ionization potentials of Fm, Md, No, and Lr; Verification of filling-up of 5f electrons and confirmation of the actinide series

No, Md, FmおよびLrの第一イオン化エネルギー測定; 5f電子軌道充填の検証とアクチノイド系列の確認

佐藤 哲也   ; 浅井 雅人  ; Borschevsky, A.*; Beerwerth, R.*; 金谷 佑亮*; 牧井 宏之   ; 水飼 秋菜*; 永目 諭一郎 ; 長 明彦  ; 豊嶋 厚史; 塚田 和明  ; 阪間 稔*; 武田 晋作*; 大江 一弘*; 佐藤 大輔*; 重河 優大*; 市川 進一*; Dllmann, Ch. E.*; Grund, J.*; Renisch, D.*; Kratz, J. V.*; Schdel, M.*; Eliav, E.*; Kaldor, U.*; Fritzsche, S.*; Stora, T.*

Sato, Tetsuya; Asai, Masato; Borschevsky, A.*; Beerwerth, R.*; Kaneya, Yusuke*; Makii, Hiroyuki; Mitsukai, Akina*; Nagame, Yuichiro; Osa, Akihiko; Toyoshima, Atsushi; Tsukada, Kazuaki; Sakama, Minoru*; Takeda, Shinsaku*; Oe, Kazuhiro*; Sato, Daisuke*; Shigekawa, Yudai*; Ichikawa, Shinichi*; Dllmann, Ch. E.*; Grund, J.*; Renisch, D.*; Kratz, J. V.*; Schdel, M.*; Eliav, E.*; Kaldor, U.*; Fritzsche, S.*; Stora, T.*

第一イオン化エネルギー(IP)は、原子の価電子軌道に関する情報を与える。99番元素アインスタイニウムよりも重いアクチノイドのIPは、一度に一つの原子しか扱うことのできない実験の難しさから、これまでに実験的に測定された例はなかった。我々は表面電離法を応用した新しい測定手法により、103番元素ローレンシウム(Lr)のIP測定に成功し、Lrが弱く束縛された最外殻電子をもつことを強く示唆する結果を得た。一方、Lrとは対象的に、102番元素ノーベリウムは充填された5f軌道および7s軌道をもつために、アクチノイド中最高のIPをもつと考えられている。表面電離法によるIP決定法をNoおよび100番元素フェルミウム, 101番元素メンデレビウムに適用することにより求められた各IPから、5f軌道への電子の充填に伴ってIPが単調に増加し、Noで最も大きくなることを確かめることができた。このことから、f軌道に電子が充填され、アクチノイド系列がLrで終わることを実験的に確かめた。

The first ionization potential (IP) yields information on valence electronic structure of an atom. IP values of heavy actinides beyond einsteinium (Es, Z = 99), however, have not been determined experimentally so far due to the difficulty in obtaining these elements on scales of more than one atom at a time. Recently, we successfully measured IP of lawrencium (Lr, Z = 103) using a surface ionization method. The result suggests that Lr has a loosely-bound electron in the outermost orbital. In contrast to Lr, nobelium (No, Z = 102) is expected to have the highest IP among the actinide elements owing to its full-filled 5f and the 7s orbitals. In the present study, we have successfully determined IP values of No as well as fermium (Fm, Z = 100) and mendelevium (Md, Z = 101) using the surface ionization method. The obtained results indicate that the IP value of heavy actinoids would increase monotonically with filling electrons up in the 5f orbital like heavy lanthanoids.