バークレー研究所の科学者たちは、チタンのビームを使用して元素 116 の原子を作成しました。これは、超希少元素を作成する新しい方法を示すだけでなく、安定している可能性のある未発見の元素 120 を間もなく作成できる可能性があるという概念の実証でもあります。
周期表では、元素を原子番号 (各元素の原子核内の陽子の数) に従って配置しています。リストの最初の 94 個の元素はすべて自然界に存在しますが、それより重い元素は実験室で既存の元素を融合することによってのみ作成できます。
机上で考えると、これは比較的単純に思えます。特定の原子番号を持つ元素が必要な場合は、同じ陽子の総数を持つ他の 2 つの元素を融合するだけです。たとえば、118 個の陽子を持つ元素である黄金を作成するには、科学者は通常、カリフォルニウム (98 個の陽子を持つ) で作られたターゲットにカルシウム (20 個の陽子を持つ) のビームを発射します。
これが、超重元素 112 ～ 118 が最初に合成された方法です。周期表の端を超える元素がさらに存在すると予想されますが、残念なことに、ターゲットとして使用できる元素の中で最も重いのはカリフォルニウムであり、以下の元素はすべて非常に不安定です。
したがって、ターゲットを変更できない場合は、発射体を変更します。それが、バークレー研究所のチームが現在行っていることである。ビームをカルシウムから22個の陽子を持つチタンに増強し、さらに2個の陽子を得るというものだ。ただし、そうするのは思ったほど簡単ではありません。
まず、このプロセスには、地球上の天然チタン全体の約 5% しか占めない希少同位体であるチタン 50 が必要です。次に、チタン-50 を専用のオーブンで加熱し、温度を 3000°F (1649°C) 近くまで上げ、チタンを蒸発させます。イオン源は帯電チタン プラズマを生成し、その後これを操作してターゲットに向けて発射するビームを生成します。
同様の実験でチタンビームが使用されたのはこれが初めてで、それが機能するかどうかをテストするために、チームは94個の陽子を持つプルトニウムでできた標的にチタンビームを発射した。これにより、要素 116「魚」が生まれました。案の定、チームはこのとらえどころのない元素を、非常にまれではあるが検出しました。22 日間の実験中に生成された原子は 2 つだけでした。
この概念実証を手に入れ、チームは現在、チタンビームを使用して仮説元素 120 を探索する計画を立てています。これは、チタンをカリフォルニアターゲットに向けて発射することによって達成できますが、これはよりまれであると予想されます。
「120を作るのは116を作るのに約10倍の時間がかかると考えています」とバークレー研究所の核科学部門のディレクター、ライナー・クルッケンは言う。 「それは簡単ではないでしょうが、今では実現可能であるように見えます。」
元素 120 が発見されれば、それはアルカリ土類金属 (または「ウンビニリウム」) となり、周期表の現在空の 8 行目にある同じく未発見の元素 119 と結合すると予測されています。
しかし、最も興味深いのは、エレメント 120 が「安定の島」に位置する可能性が高いということです。超重元素は通常、半減期が短く、ミリ秒以内に崩壊するため、研究が難しく、実用的な目的で使用することは基本的に不可能です。しかし、これらの元素の特定の同位体は、プロセス全体のバランスをとるのに適切な数の中性子を有しており、数分から数日間安定している可能性があると予測されています。もしそうなら、要素 120 は、かなりの期間で作成された最も有用な新しい要素になる可能性があります。
研究者らは早ければ2025年にも実験を開始する可能性があるが、元素120の原子が生成されるまでにはまだ数年かかる可能性がある。
この研究はジャーナル「Physical Review Letters」に投稿されました。