化学者たちは、1952年にアイビー・マイクが実施したアメリカ初の本格的な熱核実験の残骸から発見された謎の放射性元素、アインスタイニウムの基本的な化学的性質を測定した。
アインスタイニウム（Es）は原子番号99で、周期表の最下部に位置し、他のアクチノイド元素と並んでいます。物理学者アルベルト・アインシュタインにちなんで名付けられたこの元素は、科学者の間ではあまり注目されておらず、ここ70年ほどはむしろ好奇心の対象となっていました。
この元素は研究が難しい。地球上では自然に生成されず、実験室で合成することも難しいからだ。今回、米国のローレンス・バークレー国立研究所、ロスアラモス国立研究所、ジョージタウン大学の研究チームが、アインスタイニウムのサンプル中の結合原子核間の平均距離を算出した。これは、アインスタイニウムの特性を理解するための重要な知見となる。
「結合長は2.38オングストロームです」と、ネイチャー誌に掲載された研究論文の筆頭著者で、現在アイオワ大学化学助教授を務めるコーリー・カーター氏は、The Register紙に語った。「結合距離は元素に関する基本的な事実です。ある元素が他の原子とどのように結合しているかを示し、その化学的性質についても教えてくれます。」
これは、ロスアラモス研究所で84時間にわたり微小なサンプルを照射することで測定されました。このX線吸収分光法によって、科学者たちは元素の原子構造を研究することができました。
「結合長は統計的に我々の予想よりも大幅に短く、予想外の発光の青方偏移と合わせると、Esはアクチノイド系列の先行元素とは異なる挙動を示すことが示唆される」と、研究の共著者でローレンス・バークレー大学の博士課程学生、キャサリン・シールド氏は語った。
それは何の役に立つのか？まだ誰も知らない
研究チームは結合長を解明しましたが、次は何をするのでしょうか？まだそれほど多くのことはできていないようです。
科学者たちが扱える量はわずか250ナノグラム未満だった。ローレンス・バークレー国立研究所の研究者たちは、キュリウムのサンプルに中性子を照射してアインスタイニウムを生成しなければならなかった。このプロセスは扱いが難しい。なぜなら、通常はアインスタイニウムではなく、原子番号98のカリホルニウムが生成されるからだ。「この変換プロセスを制御することはできない」とカーター氏は述べた。
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アインスタイニウムの原子は、元素を分離して純粋なサンプルを得る際に失われます。最終的に、作業に使えるのはごくわずかな量です。そして、研究チームがその物質を偽造した途端、すぐに締め切りに追われました。彼らが生成した同位体、アインスタイニウム254の半減期は275日で、この状況下ではほぼバークリウム250に崩壊します。バークリウム250の半減期は3時間で、カリホルニウム250に崩壊します。
アインスタイニウムの用途は今のところ明らかではありません。研究チームは、この物質をもっと作製して詳細を研究する必要があります。カーター氏は、アインスタイニウムが磁性を持つ可能性があり、それが新しいタイプの物質開発につながると考えています。この元素にはもう一つ興味深い点があります。それは、化学者や物理学者が未発見の元素を創り出すのに役立つ可能性があるということです。
「アインシュタイニウムは、原子番号119以上の超重元素を作るのに理想的なターゲットです」と彼は述べた。現在、周期表で最も重い元素は原子番号118のオガネソンである。科学者たちは、原子核を成長させるのに十分な量のアインシュタイニウムに中性子を照射する必要がある。
「最初の水素爆弾の残骸から偶然発見されました」とカーター氏は、10.4トンのアイビー・マイク実験について説明した。「米軍は残骸を回収し、1952年に全米各地の研究所にサンプルを送りました。そして後にローレンス・バークレー国立研究所で発見されました。放射分析化学の先駆者である化学者グレン・シーボーグとアルバート・ギオルソは、そこに何か新しいものがあると気づき、（アインスタイニウム）の存在を確認するための実験を計画しました。」
当初は機密情報であり、研究結果は1955年まで公表されませんでした。「1960年代と1970年代にはアルゴンヌ国立研究所とオークリッジ国立研究所でアインシュタイニウムに関する研究が行われましたが、1970年代以降は本格的に研究されていません」とカーター氏は述べました。「当時、科学者が研究対象としていたのはアインシュタイニウム253だけでした。」
アインスタイニウム253は、アインスタイニウム254に比べて原子内の中性子が1個少なく、放射能はさらに強い。半減期はわずか20日である。
「半減期がわずか20日の物質を用いてマクロ的な研究を行うのは非常に困難です」とカーター氏は述べた。「幸いなことに、私たちは半減期が10倍も長いアインシュタイニウム254を用いて研究を行ってきました。これにより、研究の可能性は大きく変わり、特定の施設で研究できるようになるのです。」®
