上級 · 25分
118番元素を1原子ずつ合成する
超重イオンが施設全体——イオン源・加速器・標的・分離器・検出器——を通る様子を追い、新元素の発見に数週間の照射でわずか数個の原子しか得られない理由を見る。
目的
超重元素の融合–蒸発による製造経路を一通り再構成し、収量がグラムではなく原子数で数えられる理由を理解する。
器具と試薬
ビーム、 標的、反跳核分離器、位置検出型シリコン検出器——ドゥブナで を生成したのと同じ組み合わせ。
手順
- イオン源と加速器の段から始める。融合させつつ生成核を壊さないよう、ビームエネルギーは狭い窓の中になければならない。
- 回転標的では複合核 * が3つの中性子を蒸発させて になる姿を想像する。
- 反跳核を追って分離器へ：磁場が強いビームをそらし、融合反跳核だけを通す。
- 検出器では同定の論理を読む：既知の半減期をもつ α 崩壊の連鎖が自発核分裂で終わり、それが新元素の指紋となる。
観察すること
- 生成される生存核は入射粒子のごく一部——Z = 118 の融合断面積はピコバーンを下回る。
- 分離器は圧倒的多数のビーム（~10¹⁸ イオン）を除き、検出器には融合した少数の反跳核しか届かない。
- 同定は統計的である：正しいエネルギーと時刻をもつ相関 α 崩壊連鎖こそが新元素の証明書。
解説
超重元素は完全融合で作られる：。入射核はクーロン障壁を越えつつ、壊れやすい複合核が核分裂せず中性子蒸発で冷える程度に「冷たく」なければならない——これが有名な「生存確率」のボトルネック。捕獲・融合・生存の確率が掛け合わさるため、最重元素の生成率は週あたり数原子。こうして作られたアクチノイド領域の生成物の化学は、同位体が崩壊する前に1原子ずつ調べられる。
ゆかりの化学者
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バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。