Current status and future perspectives of heavy element chemistry at JAEA

JAEAにおける重元素核化学研究

佐藤 哲也   

Sato, Tetsuya

原子番号が100を超えるような元素周期表の重い領域にある元素は、その大きな中心電荷によって電子軌道に対する相対論効果の影響が大きくなるため、化学的性質が周期表の予想とは異なる可能性が指摘されている一方、これらの重元素・超重元素の合成には重イオン核反応を必要とし、さらに得られる核種はすべて短寿命の放射性核種であるため、一度に一個ないし数個の原子しか取り扱うことができず、その化学的性質は現在も不明な点が多い。原子力機構では、重い元素の化学的性質の周期性に強い影響を及ぼす相対論効果のはたらきの理解に資するため、重元素・超重元素の化学的性質を明らかにすることを目的に、放射化学的手法とオンライン技術を組み合わせて研究を進めておこなっており、これまで、気相・液相における迅速化学分離手法の応用を進めてきた他、新たにオンライン同位体分離技術も組み合わせることで特筆すべき成果を得てきた。本報告では、現在までに原子力機構で得られたこれらの成果を概観するとともに、イオントラップ化学などを用いた今後の将来計画について議論する。

Elements in the heavy region of the periodic table, with atomic numbers exceeding 100, are subject to significant relativistic effects on their electron orbitals due to their large nuclear charge. This might cause their chemical properties to deviate from periodic trends. However, these heavy and superheavy elements (SHEs) can only be synthesized through heavy-ion nuclear reactions, and the resulting nuclides are all short-lived radioisotopes. Therefore, only one or a few atoms can be handled at a time, leaving many aspects of their chemical properties unveiled. At the Japan Atomic Energy Agency (JAEA), we have been studying to clarify the chemical properties of these heavy and superheavy elements to better understand the role of relativistic effects. Our research combines radiochemical techniques with online methods, such as rapid chemical separation techniques in both gas and liquid phases. By integrating an online isotope separation technique, we have achieved notable progress. The presentation will provide an overview of the results obtained at JAEA to date, along with a discussion of our future plans, including the use of new approaches such as ion trap chemistry.