導入
スーパーアクチニドとは、原子番号 121 (ウンビウニウム) から 153 (ウンペントリウム) までの原子番号を持つ化学元素 (その存在は今日まで仮説のまま) です。これらの元素はトランスアクチニドに続き、原子番号が増加することによって 5 gおよび 6 fサブシェルを徐々に満たしていきます。
この系列の存在は、1951 年のノーベル化学賞受賞者であるグレン・シーボーグによって推測されましたが、 IUPAC ではその基準周期表が元素 112 で止まっているため、認められていません。
超重原子核の安定性
マジックナンバーと安定の島
原子核の構造を記述する層状モデルは、原子レベルで電子の場合と同様に、中性子と陽子が原子核内の量子エネルギーレベルに層状化することにより、核子の種類ごとに「魔法数」が存在することを暗示しています。このモデルでは、魔法数は核子の種類による核層の飽和に対応し、その結果核全体の安定性が向上します。これらの数字は次のとおりです。
- 2 、 8 、 20 、 28 、 50 、 82 、 126 、 184 。
この層状モデルにより、特に、原子核の液滴モデルに基づくヴァイツゼッカー式の結果と比較して、原子で観察される核結合エネルギーの違いを説明したり、テクネチウム43 Tc に安定同位体がない理由を説明したりすることが可能になります。 。魔法数の陽子と魔法数の中性子で構成される「二重魔法」原子核は特に安定です。この観点からすると、ウンビヘキシウム 310 の周囲には、126 個の陽子と 184 個の中性子を含む二重に魔法のような「安定の島」が存在する可能性があります。
このようにして、スーパーアクチニド系列の最初の項、特に g ブロックの元素の前半 (Z ≈ 130 まで) は、他の超重核種よりも大幅に安定した同位体を持ち、放射期間が数秒に達する可能性があります。秒。相対論的平均場理論によれば、これらの核種の特別な安定性は、9 つのいわゆる「無味」中間子の 1 つである ω 中間子の量子結合効果によるものです。
しかし、この安定の島の正確な輪郭は明確に確立されていません。超重原子核の魔法数は軽い原子核よりも特定するのが難しいため、モデルによれば、114 の間の Z に対して次の魔法数が求められることになります。そして126。
原子核サイズの物理的限界
しかし、そのような重い原子の存在が物理的に可能であるかどうかは定かではなく、同じ原子核内であまりにも多くの陽子の静電反発が自発的核分裂を誘発したり、過剰な陽子の逃走がより低い原子番号にフォールバックしたりする可能性がある。 。実際、Z 2 / A ≥ 45 の場合に自発的核分裂が発生する可能性があると考えられます。これはまさにウンビヘキシウム 310 の場合です (126 2 / 310 ≈ 51 であるため)。原子核の層理論によって予測される魔法数の効果がこの同位体についても検証される場合、いずれにせよ、その非常に楕円形の立体構造によって不安定になるでしょう。
さらに、いくつかの方程式には積αZが含まれます。ここで、α は微細構造定数を表し、この積が 1 未満の場合にのみ有効です。 α ≈ 1/137 の範囲では、アントリセプチウムから問題が発生します。
- $$ {v =\alpha\,Z\,c\approx\frac{Z}{137,036}\,c} $$
- $$ {E=m_e c^2\sqrt{1-\alpha^2 Z^2}} $$
- ここで、 m e は電子の静止質量です。
これらの方程式は近似値であり、たとえば、原子核の非ゼロ次元(原子が重いほど感度が高くなります) や相対性理論(ボーア模型の場合) さえも考慮していません。 137 個以上の陽子を持つ原子核が存在しないことを意味するものではありません。しかし、これは、私たちが通常概念化している原子番号の物理的限界を示唆しており、超重原子（Z = 150 以上のオーダーで、電子のエネルギーが静止質量の 2 ～ 3 倍に相当する）に特有の特性を備えています。 、実際に存在するとすると、これは 511 keV です。
このような原子の電子行列の構造における相対論的効果を考慮すると、その限界は電子数 137 ではなく電子数 Z ≈ 173 付近にあると考えられますが、原子核に適用される同じ推論により陽子数 Z ≈ 210 付近が限界となります。核エネルギーレベルの観点から見ると、限界は陽子 173 個になります。実際、 174 番目の陽子は511 keV を超えて 1s 1/2核層のエネルギーを運び、この陽子の崩壊 β + を誘発します。陽電子と電子ニュートリノの放出。
他のより実際的な考慮事項により、原子番号の物理的限界は、Z ≈ 130 を超えず、仮説上の安定性島を超えたはるかに低いレベルで考慮されるようになります。
