超ウラン元素

周期表
における超ウラン元素

Z  > 92 (U)

超ウラン元素（または超ウラン元素）は、原子番号92（ウランの原子番号）よりも大きい化学元素です。これらはすべて放射能に対して不安定で、他の元素に崩壊します。これらは合成され、ネプツニウムとプルトニウムを除いて地球上に自然に存在するものはありません。ただし、ネプツニウムとプルトニウムは自然界に微量に存在することが知られています。

概要

最も安定した同位体の半減期に応じて色分けされた元素の周期表。

原子番号1から92までの元素のほとんどは自然界に存在し、安定同位体（鉛など）や非常に長寿命の放射性同位体（ウランなど）として存在するか、ウランやトリウムの崩壊時によく見られる崩壊生成物（ラジウムなど）として存在します。例外として、テクネチウム、プロメチウム、アスタチン、フランシウムが挙げられます。これら4つはすべて自然界に存在しますが、ウランとトリウムの崩壊系列のごく一部にしか存在せず、フランシウムを除くすべての元素は自然界ではなく、実験室での合成によって初めて発見されました。

原子番号が大きい元素はすべて、最初に研究室で発見され、ネプツニウムとプルトニウム（最初の2つ）は後に自然界で発見されました。これらはすべて放射性で、半減期は地球の年齢よりもはるかに短いため、これらの元素の原始的（つまり地球形成時に存在した）原子は、はるか昔に崩壊しています。微量のネプツニウムとプルトニウムは、ウランを豊富に含む岩石中に生成され、少量は核兵器の大気圏内実験中に生成されます。これら2つの元素は、ウラン鉱石における中性子捕獲とそれに続くベータ崩壊によって生成されます（例：²³⁸ U + n → ²³⁹ U → ²³⁹ Np → ²³⁹ Pu）。

プルトニウムを超える元素はすべて、少なくとも地球上では完全に合成されており、 ^{[1] [2] 、}原子炉または粒子加速器で生成される。これらの元素の半減期は、原子番号が増加するにつれて一般的に短くなる傾向を示す。しかし、キュリウムやドブニウムのいくつかの同位体など、例外もある。この系列の中で、原子番号110～114付近のより重い元素は、この傾向を覆し、核安定性が向上すると考えられており、理論上の安定島を形成している。^[3]

超ウラン元素は生産が困難で高価であり、原子番号が大きくなるにつれて価格が急激に上昇します。2008年時点で、兵器級プルトニウムの価格は1グラムあたり約4,000ドル^[4]、カリホルニウムは1グラムあたり6000万ドルを超えました^{[5] 。} アインスタイニウムは、マクロレベルで生産された最も重い元素です^[6]。

未発見、あるいは発見されているものの正式な命名がまだされていない超ウラン元素には、IUPACの系統元素名が用いられます。超ウラン元素の命名は、論争の的となることがあります。

発見

これまでに、基本的にすべての超ウラン元素は、米国のローレンス・バークレー国立研究所(LBNL) (元素番号 93 ～ 101、106、および元素番号 103 ～ 105 の共同功績)、ドイツのGSI ヘルムホルツ重イオン研究センター(元素番号 107 ～ 112)、日本の理化学研究所(元素番号 113)、およびロシアの合同原子核研究所(JINR) (元素番号 102、114 ～ 118、および元素番号 103 ～ 105 の共同功績) の 4 つの研究所で発見されています。

• カリフォルニア大学バークレー校の放射線研究所（現在のLBNL）は、1945年から1974年までエドウィン・マクミラン、グレン・シーボーグ、アルバート・ギオルソが主導した。
  • 93.ネプツニウム、Np は、惑星の順序で海王星にちなんで名付けられました。海王星はウランの次に位置し、海王星は天王星の次に位置しています(1940)。
  • 94.プルトニウム、Puは冥王星にちなんで命名されました。^[a]太陽系でプルトニウムがネプツニウムの次にあり、冥王星が海王星の次にあるのと同じ命名規則に従います(1940)。
  • 95.アメリシウム(Am) は、ユーロピウムの類似体であるため、最初に生成された大陸にちなんで命名されました (1944 年)。
  • 96.キュリウム(Cm) は、最初の放射性元素 (1944 年) を分離した科学者ピエール・キュリーとマリー・キュリーにちなんで名付けられました。その軽い類似体であるガドリニウムは、ヨハン・ガドリンにちなんで名付けられました。
  • 97.バークリウム、Bk、ローレンス・バークレー国立研究所にちなんで命名された。同研究所で初めて合成された（1949年）。
  • 98.カリフォルニウム、Cf、 LBNL があるカリフォルニア州にちなんで命名されました(1950)。
  • 99.アインスタイニウム、Es、アルバート・アインシュタインにちなんで命名（1952年）。
  • 100.フェルミウム、Fm。最初の制御連鎖反応（1952 年）を生み出した物理学者エンリコ・フェルミにちなんで名付けられました。
  • 101.メンデレビウム（Md）は、化学元素周期表（1955年）の主な作成者として知られているロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフにちなんで命名されました。
  • 102.ノーベリウム（No）は、アルフレッド・ノーベルにちなんで命名されました（1958年）。この元素は、もともとスウェーデンのノーベル研究所のチームが発見したと主張されました（1957年）。後にスウェーデンのチームが発見していなかったことが明らかになったものの、LBNLチームは自分たちの名前であるノーベリウムを採用しました。この発見はJINR（国際原子核研究機構）によっても主張されましたが、LBNLの主張に疑問を抱き、フレデリック・ジョリオ＝キュリーにちなんでジョリオチウム（Jl）と命名しました（1965年）。IUPACはJINRがこの元素を初めて確実に合成したと結論付けましたが（1965年）、文献に深く根付いているため、ノーベリウムという名称はそのまま残しました。
  • 103.ローレンシウム（Lr）は、サイクロトロンの開発で最もよく知られる物理学者アーネスト・ローレンスにちなんで命名されました。ローレンス・リバモア国立研究所とLBNL（これらの超ウラン元素の生成を司った研究所）は、ローレンス・リバモア国立研究所の名称の由来にもなっています（1961年）。この発見はJINR（1965年）も主張していましたが、JINRはLBNLの主張に疑問を抱き、アーネスト・ラザフォードにちなんでラザホージウム（Rf）という名称を提案しました。IUPACは、功績を共有すべきであると結論付け、文献に定着したローレンシウムの名称を維持しました。
  • 104.ラザホージウム（Rf）は、原子核の概念（1969年）を提唱したアーネスト・ラザフォードにちなんで名付けられました。この発見は、ゲオルギー・フリョロフ率いるJINR（国際原子核研究所）によっても主張され、彼らはイーゴリ・クルチャトフにちなんでクルチャトビウム（Ku）と命名しました。IUPAC（国際原子核物理学会）は功績を共有すべきであると結論付け、LBNLのラザホージウムという名称を採用しました。
  • 105.ドブニウム（Db）は、 JINRが所在するドゥブナにちなんで命名された元素です。当初は、バークレーのグループ（1970年）によってオットー・ハーンに敬意を表してハーニウム（Ha）と命名されました。この発見はJINRによっても主張され、ニールス・ボーアにちなんでニールスボーリウム（Ns）と命名されました。IUPACは功績を共有すべきであると判断し、 JINRチームに敬意を表してこの元素をドブニウムと改名しました。
  • 106.シーボーギウム（Sg）は、グレン・T・シーボーグにちなんで命名されました。シーボーグがまだ存命だったため、この命名は論争を巻き起こしましたが、最終的には国際的な化学者に受け入れられました（1974年）。この発見はJINR（国際原子核研究所）によっても主張されました。IUPACは、バークレー校のチームがこの元素を初めて確実に合成したと結論付けました。
• ドイツ、ヘッセン州ダルムシュタットの Gesellschaft für Schwerionenforschung (重イオン研究協会) は、1980 年から 2000 年にかけてゴットフリート ミュンツェンベルク、ピーター アームブラスター、シグルド ホフマンが主として率いていました。
  • 107.ボーリウム（Bh）は、原子構造の解明に重要な役割を果たしたデンマークの物理学者ニールス・ボーアにちなんで命名されました（1981年）。この発見はJINR（国際原子核研究所）も主張していました。IUPAC（国際原子核研究所）は、GSIがこの元素を初めて確実に合成したと結論付けました。GSIチームは当初、元素105の命名紛争を解決するためにニールスボーリウム（Ns）を提案していましたが、元素名に科学者のファーストネームを使用する前例がなかったため、IUPACによって変更されました。
  • 108.ハッシウム（Hs）は、この研究が行われたドイツ連邦州ヘッセン（Hessen）のラテン語名にちなんで命名されました（1984年）。この発見はJINR（ドイツ国立研究所）によっても主張されました。IUPACは、GSIがこの元素を初めて確実に合成したと結論付け、JINRの先駆的な研究を評価しました。
  • 109.マイトネリウム、Mt。核分裂を研究した最初期の科学者の一人であるオーストリアの物理学者、リーゼ・マイトナーにちなんで名付けられました(1982)。
  • 110.ダルムシュタチウム（Ds）は、この研究が行われたドイツの都市ダルムシュタットにちなんで命名されました（1994年）。この発見は、アンリ・ベクレルにちなんでベクレリウム（Becquerelium）という名称を提案したJINRと、元素番号105をめぐる論争を解決するために（異なる元素の既存の名称の再利用に反対していたにもかかわらず）ハニウム（ Hahnium ）という名称を提案したLBNLによっても主張されました。IUPACは、GSIがこの元素を初めて確実に合成したと結論付けました。
  • 111.レントゲン、Rg、X線の発見者ヴィルヘルム・レントゲンにちなんで命名された（1994年）。
  • 112.コペルニシウム、Cn、天文学者ニコラウス・コペルニクスにちなんで命名された（1996）。
• 埼玉県和光市にある理化学研究所（森田浩介氏が主任研究者）
  • 113.ニホニウム（Nh）は、 2004年に発見された日本（日本語で「日本」）にちなんで命名されました。この発見はJINRによっても主張されました。IUPACは、理化学研究所がこの元素を初めて確実に合成したと結論付けました。
• ロシアのドゥブナにある JINR は、主にユーリ・オガネシアンが率いており、ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL) を含む他のいくつかの研究所と 2000 年以来共同で活動しています。
  • 114.フレロビウム、Fl、JINRのフレロフ核反応研究所にちなんで命名されました（1999年）。
  • 115.モスコビウム、Mc、この元素が発見されたモスクワ州にちなんで命名された（2004年）。
  • 116.リバモリウム、Lv、この発見（2000年）でJINRと協力したローレンス・リバモア国立研究所にちなんで命名されました。
  • 117. tennessine、Ts、オークリッジ国立研究所の所在地であるテネシー州にちなんで(2010)。
  • 118. oganesson、Og、JINR チームを率いて元素番号 114 から 118 を発見した (2002 年) Yuri Oganessianにちなんで名付けられました。

超重元素

周期表
の超重元素

Z  > 103 (Lr)

超重元素（スーパーヘビー、または超重原子とも呼ばれ、一般的にSHEと略される）は、通常、ラザホージウム（原子番号104）で始まる超アクチノイド元素を指します。（最初の6d元素であるローレンシウムも含まれる場合がありますが、常に含まれるわけではありません。）超重元素は人工的にのみ合成されており、半減期が短いため、数時間から数ミリ秒という非常に短い時間で崩壊し、研究が非常に困難であるため、現在では実用化されていません。^{[7] [8]}

超重元素はすべて20世紀後半から生成されており、21世紀においても技術の進歩に伴い継続的に生成されています。これらは粒子加速器で原子レベルの量の元素を衝突させることで生成されており、大量生成の方法は未だ見つかっていません。^[7]

アプリケーション

超ウラン元素は超重元素の合成に利用できる可能性がある。^[9]安定島の元素は、小型核兵器の開発など、潜在的に重要な軍事用途を持つ。^[10]日常生活への応用の可能性は広大で、アメリシウムは煙探知器や分光計などの機器に使用されている。^{[11] [12]}

参照

• ボーズ・アインシュタイン凝縮体（超原子とも呼ばれる）
• マイナーアクチニド
• 深地層処分場、超ウラン元素廃棄物を処分する場所

参考文献

1. 冥王星は命名当時は惑星であったが、その後準惑星に再分類された。

1. Cowan, John J.; et al. (2021年1月). 「最重元素の起源：急速な中性子捕獲過程」Reviews of Modern Physics . 93 (1) 015002. arXiv : 1901.01410 . Bibcode :2021RvMP...93a5002C. doi :10.1103/RevModPhys.93.015002.
2. Gopka, Vera F.; et al. (2004年12月). Zverko, J.; et al. (編).特異な主系列星の放射性殻について：Przybylskiの星の現象. A-Star Puzzle, スロバキア・ポプラト開催, 2004年7月8日～13日. IAUシンポジウム, No. 224. ケンブリッジ, 英国: Cambridge University Press. pp.  734– 742. Bibcode :2004IAUS..224..734G. doi :10.1017/S174392130500966X.
3. コンシディン、グレン編 (2002).ヴァン・ノストランドの科学百科事典（第9版）. ニューヨーク: ワイリー・インターサイエンス. p. 738. ISBN 978-0-471-33230-5。
4. Morel, Andrew (2008). Elert, Glenn (ed.). 「プルトニウムの価格」. The Physics Factbook. 2018年10月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。
5. Martin, Rodger C.; Kos, Steve E. (2001). 廃棄物特性評価におけるカリホルニウム252中性子源の応用と有用性（報告書）. CiteSeerX 10.1.1.499.1273 . 
6. シルバ, ロバート J. (2006). 「フェルミウム、メンデレビウム、ノーベリウム、ローレンシウム」. モース, レスター R.、エーデルシュタイン, ノーマン M.、フーガー, ジーン (編). 『アクチノイド元素と超アクチノイド元素の化学（第3版）』. ドルドレヒト, オランダ:シュプリンガー・サイエンス+ビジネス・メディア. ISBN 978-1-4020-3555-5。
7. Heenen, Paul-Henri; Nazarewicz, Witold (2002). 「超重原子核の探求」(PDF) . Europhysics News . 33 (1): 5– 9. Bibcode :2002ENews..33....5H. doi : 10.1051/epn:2002102 . 2018年7月20日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) .
8. Greenwood, Norman N. (1997). 「元素番号100–111の発見に関する最近の進展」(PDF) . Pure and Applied Chemistry . 69 (1): 179– 184. doi :10.1351/pac199769010179. S2CID 98322292. 2018年7月21日時点のオリジナルより アーカイブ(PDF) .
9. Lougheed, RW; et al. (1985). 「⁴⁸ Ca + ²⁵⁴ Es ^g反応を用いた超重元素の探索」. Physical Review C. 32 ( 5): 1760– 1763. Bibcode :1985PhRvC..32.1760L. doi :10.1103/PhysRevC.32.1760. PMID  9953034.
10. グスポナー、アンドレ、ユルニ、ジャン＝ピエール (1997). 熱核爆発の物理的原理、慣性閉じ込め核融合、そして第四世代核兵器の探求(PDF) . 核拡散防止のための国際技術者・科学者ネットワーク. pp.  110– 115. ISBN 978-3-933071-02-62018年6月6日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。
11. 「煙探知機とアメリシウム」、核問題ブリーフィングペーパー、第35巻、2002年5月、2002年9月11日時点のオリジナルよりアーカイブ、2015年8月26日閲覧。
12. 核データビューア 2.4、NNDC

さらに読む

• Eric Sc​​erri, A Very Short Introduction to the Periodic Table, Oxford University Press, Oxford, 2011.
• 超重元素
• 核問題に関するアルソスデジタルライブラリからの超ウラン元素の注釈付き書誌。
• 超ウラン元素
• 超重元素ネットワーク公式ウェブサイト（欧州統合インフライニシアチブEURONSのネットワーク）
• ダルムシュタットウムとその先
• Christian Schnier、Joachim Feuerborn、Bong-Jun Lee: 地球上の鉱物中に超ウラン元素の痕跡は存在するか? (オンライン、PDF ファイル、493 kB)
• Christian Schnier、Joachim Feuerborn、Bong-Jun Lee：高エネルギーシンクロトロン放射光を用いたXRFによる地球鉱物中の超重元素（SHE）の探索。（オンライン、PDFファイル、446 kB）