JAEA-Evaluation-2010-005-CD.pdf:6.17MB - 日本原子力研究開発機構

ム(No)の水溶液中での酸化反応を初めて実験的に確認した。
酸化還元電位は価電子の結合エネルギーを直接反映する量で、超重元素の価電子状態を
調べるのに最も適したアプローチの一つである。しかし、原子番号 100 を超える重元素領
域ではシングルアトムレベルでの化学操作を必要とするため、電気化学的な酸化還元反応
の測定は全く行われていない。本研究では、フロー電解法と迅速陽イオン交換分離法を組
み合わせた装置を独自に開発し、半減期 3.1 分で壊変する 255 No を対象に、迅速に酸化・分
離を行うことに成功した。図4に、開発した装置の概要を示す。
シングルアトム化学では、電流測
定に基づく電気化学的手法は適用で
きないが、6.1.で示したように
クロマトグラフ法がきわめて有効で
ある。そこで、作用電極となるカー
ボン繊維を陽イオン交換体で化学修
飾し、これを多孔性ガラス管に充填
してカラム型電極として用いる装置
を新規に開発した。作用電極表面で
は、電圧の印加による酸化還元反応
ならびに陽イオン交換分離を同時に
行うことができる。さらに、カラム
型電極の使用により、迅速にイオン
のクロマトグラフ分離を可能にし、またそのクロマトグラフ挙動から超重元素の酸化還元
電位を測定することができる。本装置を用いて、 248 Cm( 12 C, 5n)核反応で合成される 102 番
元素ノーベリウム( 255 No)を酸化する事に初めて成功した。No は水溶液中では 2 価イオン
(No 2+ )として安定に存在する。しかし No 3+ のイオン半径は、アクチノイド収縮の度合い
を調べる上で鍵となる化学量で、いく
つかの研究グループが No 3+ への酸化と
水溶液中での No 3+ 状態の保持を試みて
きた。しかし、いずれも成功するには
至らなかった。
本研究ではイオンの価数に対して鋭
敏な錯形成反応を示すα-ヒドロキシイ
ソ酪酸(α-HIB)水溶液中で実験を行っ
た。図5に示すように、0.2 V の印加電
圧では、No はα-HIB 水溶液で溶出せず、
カラム電極から全ての保持イオンを流
しだす 3.0 M 塩酸で溶出している(図
5上)。この挙動は、指標として同時に
合成した Yb 3+ とは異なり、Sr 2+ の挙動
と同じであった。そのため、No は 0.2 V
の印加電圧では酸化されず、最も安定
な 2 価イオンとして存在する事がわかる。一方、より高い電圧 1.2 V において、No はα-HIB
水溶液によって溶出している(図5下)。この挙動は Yb 3+ の挙動と全く同じであり、No 3+
図4.フロー電解カラムカラム装置。
0.1 M α-ヒドロキシイソ酪酸 3.0 M 塩酸
80
印加電圧 0.2 V
60
40
Yb
255
20
No2+ 0
溶出液量 / µL
3+
80
60
255No
40
20
0
0 500 1000 1500
3+
印加電圧 1.2 V
Yb3+ 図5.ノーベリウムの溶出挙動。
溶出割合 / %