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Fm, Md, NoおよびLrの第一イオン化エネルギー; 5f電子充填の実証とアクチノイド系列の確立

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

佐藤 哲也

Sato, Tetsuya

価電子の束縛エネルギーを直接反映する第一イオン化エネルギー(IP$$_1$$)を実験的に求めることで、Z$$leq$$100の重アクチノイド元素の電子配置に関する情報を得ることを試みた。実験には、表面電離イオン化と質量分離を組み合わせたオンライン同位体分離器(ISOL)を用いた。重イオン核反応によって合成した$$^{249}$$Fm(半減期2.6分)、$$^{251}$$Md(4.27分)、$$^{257}$$No(24.5秒)および$$^{256}$$Lr(27秒)をイオン化・分離して、各同位体のイオン化効率を測定し、対象元素のIP$$_1$$を決定した。この結果、原子番号の増加と共に、NoまでIP$$_1$$は単調に増加し、Lrで急激に小さくなる傾向を観測した。これは、5f軌道に順に電子が充填され、Noで準閉殻構造[Rn]7s$$^2$$5f$$^{14}$$をとり、Lrでゆるく束縛された1個の電子を最外殻軌道にもつことに対応する。この構造はランタノイド系列と類似することから、Lrでアクチノイド系列が終わることを初めて実験的に示すことができた。

We conducted measurements of the first ionization potential (IP$$_1$$) of the heavy actinide elements, lawrencium (Lr, $$Z = 103$$), nobelium (No, $$Z = 102$$), mendelevium (Md, $$Z = 101$$) and fermium (Fm, $$Z = 100$$) by using a novel method based on a surface ionization process. The IP$$_1$$ measurements have been performed using the ISOL (Isotope Separator On-Line) system equipped with a surface ion-source with short-lived heavy actinide isotopes, $$^{256}$$Lr ($$T_{1/2}$$ = 27s), $$^{257}$$No ($$T_{1/2}$$ = 24.5s), $$^{251}$$Md ($$T_{1/2}$$ = 4.27 min), and $$^{249}$$Fm ($$T_{1/2}$$ = 2.6 min). Our experimental results clearly showed that the IP$$_1$$ of Lr is distinctly low among actinide elements. Moreover, No has the highest IP$$_1$$ among them due to its full-filled 5f and 7s orbitals; the IP$$_1$$ value increased with an atomic number up to No and decreased dramatically at Lr, indicating the similar trend with that of heavy lanthanide elements. Therefore, we concluded Lr would be the last member of the actinide series.

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