キュリウム

合成放射性元素であるキュリウムは、銀白色の硬くて密度の高い金属で、物理的および化学的性質はガドリニウムに似ています。その融点は1344  ℃で、ネプツニウム（637  ℃）、プルトニウム（639  ℃）、アメリシウム（1176  ℃）よりもかなり高いです。比較すると、ガドリニウムの融点は1312  ℃です。キュリウムの沸点は3556  ℃です。密度は13.52  g/cm³^で、ネプツニウム（20.45  g/cm³ ^）やプルトニウム（19.8  g/cm³ ^）よりは軽いですが、他のほとんどの金属よりは重いです。キュリウムには2つの結晶形がありますが、常温常圧下ではα-Cmの方が安定しています。キュリウムは六方対称性、空間群P6 ₃ /mmc、格子定数a  =  365 pm、c = 1182 pm、単位格子あたり4 つの組成式単位を持つ。^{[ 20 ]}結晶は ABAC 層配列の二重六方最密充填構造であり、α-ランタンと同型である。23 GPaを超える圧力で、室温では、α-Cm は β-Cm に変化し、面心立方対称性、空間群 Fm 3 m、格子定数a = 493 pm を持つ。^{[ 20 ]}さらに 43 GPa まで圧縮すると、キュリウムはα-ウランに似た斜方晶γ-Cm 構造になり、52 GPa までそれ以上の相転移は観察されない。これらの 3 つのキュリウム相は、Cm I、II、III とも呼ばれる。^{[ 21 ] [ 22 ]}          

キュリウムは特異な磁気特性を持つ。その隣接元素であるアメリシウムは、全温度範囲でキュリー・ワイス常磁性からの逸脱を示さないが、α-Cmは65～52 Kまで冷却すると反強磁性状態に変化し、 ^{[ 23 ] [ 24 ]} β-Cmは～205 Kでフェリ磁性転移を示す。キュリウムpnictideは冷却時に強磁性転移を示す。244 CmNと²⁴⁴ CmAsは109 K、²⁴⁸ CmPは73 ^K、²⁴⁸ CmSbは162 Kで転移する。キュリウムのランタニド類似体であるガドリニウムとそのpnictideも冷却時に磁気転移を示すが、転移の性質はやや異なる。GdとGdNは強磁性になり、GdP、GdAs、GdSbは反強磁性秩序を示す。^{[ 25 ]}     

磁気データによると、キュリウムの電気抵抗率は温度とともに増加し、4～60  K の間で約 2 倍になり、その後室温までほぼ一定になります。抵抗率は時間とともに著しく増加します (~ アルファ崩壊による結晶格子の自己損傷により、キュリウムの真の抵抗率（約 10 μΩ·cm/h ）は不確実である。125  μΩ·cm）。キュリウムの抵抗率はガドリニウム、アクチノイドのプルトニウムとネプツニウムに似ていますが、アメリシウム、ウラン、ポロニウム、トリウムよりもかなり高いです。^{[ 5 ]}

紫外線照射下では、キュリウム(III)イオンは、環境に応じて590～640 nmの範囲で最大強度を示す、強くて安定した黄橙色の蛍光を発する。 ^{[ 26 ]この蛍光は、第一励起状態6} D _7/2と基底状態⁸ S _7/2間の遷移に由来する。この蛍光の分析により、有機錯体および無機錯体中のCm(III)イオン間の相互作用をモニタリングすることができる。^{[ 27 ]} 

溶液中のキュリウムイオンは、ほとんどの場合、キュリウムの最も安定な酸化状態である+3の酸化状態をとります。 ^{[ 28 ]} _{+4の酸化状態は、主にCmO2}やCmF4_などのいくつかの固体相で見られます。^{[ 29 ] [ 30 ]}水溶液中のキュリウム(IV)は、過硫酸カリウムなどの強力な酸化剤が存在する場合にのみ知られており、放射線分解や水自体によっても容易にキュリウム(III)に還元されます。 ^{[ 31 ]}キュリウムの化学的挙動は、アクチニドのトリウムやウランとは異なり、アメリシウムや多くのランタニドに似ています。水溶液中では、Cm3 ⁺イオンは無色から淡緑色です。^{[ 32 ]} Cm4 ⁺イオンは淡黄色です。^{[ 33 ] Cm3 +}イオンの光吸収は375.4、381.2、396.5  nmに3つの鋭いピークを持ち、その強度はイオン濃度に直接変換できる。^{[ 34 ]} +6の酸化状態は1978年に溶液中でキュリルイオン（CmO2 ⁺ ₂）として一度だけ報告されている。これはアメリシウム242のベータ崩壊によってアメリシウム(V)イオン^{242から生成されたものである。}AmO ⁺ ₂。^{[ 4 ] Cm(III) および Cm(IV) の酸化から Cm(VI) が得られないのは、Cm 4+} /Cm ^{3+ の}イオン化ポテンシャルが高く、Cm(V) が不安定であるためと考えられる。^{[ 31 ]}

キュリウムイオンは硬いルイス酸であり、そのため硬い塩基と最も安定な錯体を形成する。^{[ 35 ]}結合は主にイオン結合であり、共有結合成分はわずかである。^{[ 36 ]}錯体中のキュリウムは、一般的に9配位環境を示し、三方キャップ付き三角柱分子構造をとる。^{[ 37 ]}

²³³ Cm から 251 Cm までの放射^性同位体と核異性体7種が知られていますが、安定なものはありません。半減期が最も長いのは 1560 万年 ( ²⁴⁷ Cm) と 348,000 年 ( ²⁴⁸ Cm) です。その他の長寿命のものは²⁵⁰ Cm (約 8300 年)、²⁴⁵ Cm (8250 年)、^{246 Cm (4706 年) です。キュリウム 250 は特殊で、主に}自発核分裂(観測されている唯一のモード)で崩壊します。^{[ 6 ]}最も一般的な同位体は²⁴² Cm と²⁴⁴ Cm で、半減期はそれぞれ 162.8 日と 18.11 年です。

²⁴² Cmから²⁴⁸ Cm までのすべての同位体と²⁵⁰ Cm は自己持続的な核連鎖反応を起こし、原理的には原子炉の核燃料になり得る。ほとんどの超ウラン元素と同様に、奇数質量のキュリウム同位体²⁴³ Cm、²⁴⁵ Cm、^{247 Cm の}核分裂断面積は特に高い。これらは熱中性子炉で使用できるが、偶数質量の同位体は熱中性子炉では核分裂せず、燃焼度が増加するにつれて蓄積されるため、キュリウム同位体の混合物は高速増殖炉にのみ適している。 ^{[ 41 ]}発電炉で使用される混合酸化物 (MOX) 燃料は、²⁴⁸ Cmの中性子活性化によりカリホルニウムが生成されるため、キュリウムをほとんどまたは全く含まない必要がある。カリホルニウムは強力な中性子放出体であり、燃料サイクルの後端を汚染し、原子炉作業員の被ばく線量を増加させる。したがって、熱中性子炉でマイナーアクチニドを燃料として使用する場合は、キュリウムを燃料から除外するか、キュリウムのみが存在する特殊な燃料棒に配置する必要がある。^{[ 42 ]}

隣の表には、減速材や反射材のない球体におけるキュリウム同位体の臨界質量 が示されています。金属反射材（鋼鉄 30 cm）を使用した場合、奇数同位体の臨界質量は約 3～4  kg です。反射材として水（厚さ約 20～30 cm）を使用した場合、臨界質量は²⁴⁵ Cmで 59 グラム、²⁴³ Cmで 155 グラム、 ²⁴⁷ Cmで 1550 グラム と小さくなります。これらの臨界質量の値には大きな不確実性があります。通常は 20% 程度ですが、²⁴² Cm と²⁴⁶ Cm の値は、一部の研究グループによってそれぞれ 371 kg と 70.1 kgと大きく記載されています。^{[ 41 ] [ 44 ]}     

キュリウムは、入手困難で高価であるため、現在核燃料としては使用されていません。^{[ 45 ] 245} Cm と^{247 Cm は臨界質量が非常に小さいため、}戦術核兵器に使用できる可能性がありますが、製造された例は知られていません。キュリウム 243 は、半減期が短く、強い α 放出により過度の熱が発生するため、そのような用途には適していません。^{[ 46 ]}キュリウム 247 は、半減期が長く、プルトニウム 239 (既存の多くの核兵器で使用されている) の 647 倍であるため、非常に適しています。

最も寿命の長い同位体である^247Cmの半減期は1560 万年であるため、地球が形成されたときに存在していた原始キュリウムは、現在までに検出不可能なレベルまで崩壊しているはずです。しかし、最近の近隣のRプロセス核合成プロセスでは247Cmが生成され^、深海底掘削コアの地質サンプルから^247Cmが検出されています^{[ 47 ]}。

過去に消滅した放射性核種として存在していたことは、その原始的で長寿命の娘核種である²³⁵ Uの過剰として検出できます。 ^{[ 48 ]中性子捕獲とベータ崩壊 ( 238} U → ²³⁹ Pu → ²⁴⁰ Pu → ²⁴¹ Am → ^{242 Cm) により、ウラン鉱物中に242} Cmの痕跡が自然に存在する可能性がありますが、その量はごくわずかで、これは確認されていません。中性子吸収の可能性を「非常に寛大な」推定値で見積もっても、1 × 10 ^{8 kg の 18% ウランピッチブレンド中に存在する242} Cm の量は、原子 1 個にも満たないでしょう。^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] 247} Cmの痕跡は宇宙線によって地球にもたらされる可能性もありますが、これも確認されていません。^{[ 49 ]}天然の^244Puの二重ベータ崩壊娘核種として^244Cmが生成される可能性もある。^{[ 49 ] [ 52 ]}   

キュリウムは研究目的で少量人工的に作られる。また、使用済み核燃料の廃棄物の 1 つとしても存在する。^{[ 53 ] [ 54 ]}キュリウムは核兵器実験に使用されたいくつかの地域で自然界に存在する。^{[ 55 ]}米国初の熱核兵器であるアイビー・マイク（1952 年 11 月 1 日、エニウェトク環礁）の実験場の残骸の分析では、アインスタイニウム、フェルミウム、プルトニウム、アメリシウムの他に、バークリウム、カリホルニウム、キュリウムの同位体、特に²⁴⁵ Cm、²⁴⁶ Cm、および少量の²⁴⁷ Cm、^{248 Cm、249} Cm^も明らかになった。^{[ 56 ]}

大気中のキュリウム化合物は一般的な溶媒には溶けにくく、主に土壌粒子に付着します。土壌分析の結果、砂質土壌粒子中のキュリウム濃度は、土壌孔隙中の水濃度よりも約4,000倍高いことが明らかになりました。ローム土壌ではさらに高い約18,000倍の濃度が測定されました。^{[ 57 ]}

オクロの天然核分裂炉には、キュリウムを含むフェルミウムまでの超ウラン元素が存在していたはずだが、当時生成された量はとっくに崩壊してなくなっているだろう。^{[ 58 ]}

キュリウムは原子炉で少量生産され、現在までに蓄積されているのは²⁴² Cm と²⁴⁴ Cm がキログラム、より重い同位体はグラムまたはミリグラム程度です。そのため、キュリウムの価格は高く、 1ミリグラムあたり160～185米ドルと見積もられており^{[ 15 ]} 、最近では^{242 Cm が 2,000 米ドル/グラム、 244} Cmが 170 米ドル/グラムと見積もられています^{[ 59 ]}。原子炉では、キュリウムは一連の核反応で²³⁸ Uから生成されます。最初の連鎖では、 ²³⁸ U が中性子を捕獲して^{239 U に変換され、} β ⁻崩壊によって²³⁹ Np と²³⁹ Puに変換されます。

さらに中性子捕獲とそれに続くβ崩壊により^{アメリシウム}（ 241Am ^）が生成され、さらに242Cmになり^ます。

研究目的では、キュリウムはウランではなくプルトニウムを照射することによって得られます。プルトニウムは使用済み核燃料から大量に入手可能です。照射にははるかに高い中性子束が使用され、異なる反応連鎖と244Cmの形成をもたらし^ます。^{[ 9 ]}

キュリウム244はアルファ崩壊して^240Puになるが、中性子も吸収するため、より重いキュリウム同位体も少量生成される。その中でも、^247Cmと^248Cmは半減期が長いため、科学研究でよく用いられる。しかし、^247Cmは熱中性子によって核分裂を起こしやすいため、熱中性子炉での生成率は低い。^{[ 60 ]中間体249Cm}の半減期が短い（64分）ため、中性子捕獲による250Cm^の合成は起こりにくい。249Cmはβ崩壊し^てバークリウム同位体^249Bkになる。^{[ 60 ]}

上記の一連の (n,γ) 反応により、さまざまなキュリウム同位体の混合物が生成されます。合成後の分離は面倒なので、選択的な合成が望まれます。キュリウム 248 は半減期が長いため、研究目的で好まれています。この同位体を調製する最も効率的な方法は、半減期が長い (2.65 年) ため比較的大量に入手可能なカリホルニウム同位体²⁵²  Cf の α 崩壊を利用することです。このようにして、年間約 35 ～ 50 mg の²⁴⁸ Cm が生成されます。関連する反応により、同位体純度 97% の^{248 Cm が生成されます。 [ 60 ]}

別の同位体である^245Cmは、249Cfのα崩壊から研究用に得ることができ、後者の同位体は249Bk^のβ^崩壊から^少量生成される。

ほとんどの合成手順では、酸化物としてアクチニド同位体の混合物が生成され、そこから特定のキュリウム同位体を分離する必要があります。手順の例としては、使用済み原子炉燃料（例えばMOX燃料）を硝酸に溶解し、炭化水素中のトリブチルリン酸を用いたPUREX（P lutonium – UR anium EX traction）タイプの抽出を使用してウランとプルトニウムの大部分を除去することが考えられます。次に、ジアミドベースの抽出によってランタニドと残りのアクチニドを水性残渣（ラフィネート）から分離し、ストリッピング後に三価のアクチニドとランタニドの混合物を得ます。次に、適切な試薬を用いた多段階クロマトグラフィーと遠心分離技術を使用してキュリウム化合物を選択的に抽出します。 ^{[ 61 ]}ビス-トリアジニルビピリジン錯体は、キュリウムに対して非常に選択的な試薬として最近提案されています。^{[ 62 ]}化学的に非常に類似したアメリシウムからキュリウムを分離するには、炭酸水素ナトリウム水溶液中の水酸化物のスラリーを高温でオゾン処理することによっても行うことができます。アメリシウムとキュリウムはどちらも溶液中に主に+3価の状態で存在します。アメリシウムは酸化されて可溶性のAm(IV)錯体になりますが、キュリウムは変化しないため、繰り返し遠心分離によって分離できます。^{[ 63 ]}

金属キュリウムは、その化合物の還元によって得られる。当初、この目的のためにフッ化キュリウム(III)が使用された。反応は、タンタルとタングステンで作られた装置内で、水と酸素のない環境で、元素バリウムまたはリチウムを還元剤として使用して行われた。^{[ 9 ] [ 18 ] [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}

${\displaystyle \mathrm {CmF_{3}\ +\ 3\ Li\ \longrightarrow \ Cm\ +\ 3\ LiF} }$

別の可能性としては、塩化マグネシウムとフッ化マグネシウムの溶融物中でマグネシウム-亜鉛合金を用いて酸化キュリウム(IV)を還元する方法がある。^{[ 67 ]}

キュリウムは酸素と容易に反応し、主にCm₂O₃とCmO₂酸化物を生成する_が[ 55 ] _、二^価酸化物CmOも知られている^{[ 68 ]} 。黒色のCmO₂_{は、シュウ}酸キュリウム( Cm)を燃焼させることによって得られる。₂ (C₂ O₄ )₃ )硝酸塩(Cm(NO)₃ )₃ )、または純酸素中の水酸化物。 ^{[ 30 ] [ 69 ]} 真空 (約 0.01Pa600〜650 °C に加熱すると、白色の Cm₂O₃。 ^{[ 30 ] [ 70 ]} 

4CmO ₂ → 2Cm ₂ O ₃ + O ₂ .

または、_Cm2O3は_{CmO2を分子状}水素で還元することによって得られる：^{[ 71 ]}

2CmO ₂ + H ₂ → Cm ₂ O ₃ + H ₂ O

_{また、M(II)CmO 3}型の三元酸化物も数多く知られており、M はバリウムなどの二価金属を表す。^{[ 72 ]}

微量のキュリウム水素化物（CmH _2–3）の熱酸化により、揮発性のCmO ₂と揮発性の三酸化物CmO ₃が得られることが報告されている。CmO 3は、キュリウムの非常にまれな+6状態の既知の2つの例のうちの1つである。^{[ 4 ]}観察された別の種は、想定される四酸化プルトニウムと同様の挙動を示すことが報告されており、暫定的にCmO ₄として特徴付けられ、キュリウムは極めてまれな+8状態にある。^{[ 73 ]}_{しかし、新しい実験ではCmO 4}は存在しないことが示唆され、PuO ₄の存在にも疑問が投げかけられている。^{[ 74 ]}

無色のフッ化キュリウム(III)（CmF ₃ ）は、フッ化物イオンをキュリウム(III)含有溶液に加えることで作ることができます。一方、褐色の四価のフッ化キュリウム(IV)（CmF _{4 ）は、フッ化キュリウム(III)と分子状}フッ素を反応させることによってのみ得られます。^{[ 9 ]}

2 CmF ₃ + F ₂ → 2 CmF ₄

_{A 7} Cm ₆ F ₃₁ (A =アルカリ金属)の形の三元フッ化物シリーズが知られている。^{[ 75 ]}

無色の塩化キュリウム(III) (CmCl ₃ ) は、水酸化キュリウム(Cm(OH) ₃ ) と無水塩化水素ガスを反応させることによって作られます。さらに、対応するハロゲン化物のアンモニウム塩と約 400～450 °Cの温度で反応させることにより、臭化キュリウム(III) (無色～淡緑色) やヨウ化キュリウム(III) (無色)などの他のハロゲン化物に変換できます。^{[ 76 ]} 

CmCl ₃ + 3 NH ₄ I → CmI ₃ + 3 NH ₄ Cl

または、酸化キュリウムを対応する酸（臭化キュリウムの場合は臭化水素酸など）で約600℃まで加熱することもできます。  [ 77 ^{] [ 78 ]塩化キュリウム}(III)の気相加水分解によりオキシ塩化キュリウムが得られます。^{[ 79 ]}

CmCl₃ ₊ H₂O → _CmOCl + 2HCl

キュリウムの硫化物、セレン化物、テルル化物は、キュリウムを高温で真空中で気体硫黄、セレン、またはテルルと処理することによって得られています。 ^{[ 80 ] [ 81 ]}窒素、リン、ヒ素、アンチモンについては、CmX型のキュリウムpnictideが知られています。^{[ 9 ]}_{これらは、キュリウム(III)ヒドリド( CmH3} )または金属キュリウムのいずれかをこれらの元素と高温で反応させることによって調製できます。 ^{[ 82 ]}

ウラノセンに類似した有機金属錯体は、トリウム、プロトアクチニウム、ネプツニウム、プルトニウム、アメリシウムなどの他のアクチニドでも知られています。分子軌道理論は安定な「クロセン」錯体（η ⁸ -C ₈ H ₈）₂ Cm を予測していますが、まだ実験的に報告されていません。^{[ 83 ] [ 84 ]}

Cm(nC)型の錯体の形成₃ H₇ -BTP)₃ (BTP = 2,6-ジ(1,2,4-トリアジン-3-イル)ピリジン) は、nC₃H₇-BTP と Cm³⁺EXAFSにより確認されている。これらの BTP 型錯体の一部はキュリウムと選択的に相互作用するため、ランタニドや他のアクチニドからキュリウムを分離するのに有用である。 ^{[ 26 ] [ 85 ]}溶解した Cm³⁺ヒドロキサム酸[ ^{86 ]}尿素[フルオレセイン^{[ 88 ]}およびアデノシン三リン^{酸[ 89 ]}などの多くの有機化合物と結合する。^{これらの化合物の多くは、}さまざまな微生物^{の生物学的}活性に関連している。得られた錯体は、UV光励起下で強い黄橙色の発光を示し、これは検出だけでなく、蛍光の半減期（約0.1 ms程度）とスペクトルの変化を介して^{3+イオンと配位子間の相互作用を研究するのにも都合が良い。 [ 27 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]}

細菌や古細菌によるCm ^3+のバイオ吸着に関する報告はいくつかあり、^{[ 90 ] [ 91 ]}また、実験室ではアメリシウムとキュリウムの両方がメチロトローフの増殖を支持することがわかった。^{[ 92 ]}

キュリウムは、最も放射性の高い単離可能な元素の 1 つです。最も一般的な 2 つの同位体²⁴² Cm と²⁴⁴ Cm は強力なアルファ線放出体 (エネルギー 6  MeV) であり、半減期はそれぞれ 162.8 日と 18.1 年とかなり短く、それぞれ最大 120  W/g と 3  W/g の熱を放出します。^{[ 15 ] [ 93 ] [ 94 ]}そのため、キュリウムは、宇宙船などに搭載されているような放射性同位体熱電発電機に、一般的な酸化物の形で使用できます。この用途は²⁴⁴ Cm 同位体について研究されていますが、 ²⁴²  Cm は 2000 USD/gという法外な価格のため断念されました。半減期が約 30 年で、エネルギー収量が約 1.6 W/g と良好な²⁴³  Cm は適切な燃料になる可能性がありますが、放射性崩壊生成物から有害なガンマ線とベータ線を相当量放出します。 α線放出体である^244Cmは、放射線遮蔽ははるかに少なくて済みますが、自発核分裂率が高く、そのため中性子とガンマ線が多く発生します。238Puなどの競合する熱電発電機同位体と比較すると、^244Cmは500倍多くの中性子を放出し、ガンマ線放出量が多いため、遮蔽材の厚さは20倍必要になります。1kWの線源の場合、 2インチ（51mm ）の鉛が必要で、^238Puの場合は0.1インチ（2.5mm ）です。そのため、キュリウムのこの用途は現在、実用的ではないと考えられています。^{[ 59 ]}   

²⁴² Cmのより有望な用途は、心臓ペースメーカーなどの熱電発電機に適した放射性同位体である^{238 Pu の製造です。238 Pu への代替経路は、237} Npの (n,γ) 反応、またはウランへの重水素照射を利用しますが、後者が強いガンマ線放出を伴って²³² Uに崩壊するため、どちらの反応も常に望ましくない副産物として²³⁶ Pu を生成します。^{[ 95 ]}キュリウムは、より高い超ウラン元素および超重元素の製造の一般的な出発物質です。したがって、²⁴⁸ Cm にネオン ( ²² Ne)、マグネシウム ( ²⁶ Mg)、またはカルシウム ( ⁴⁸ Ca ) を照射すると、シーボーギウム( ²⁶⁵ Sg)、ハッシウム( ²⁶⁹ Hs および²⁷⁰ Hs)、およびリバモリウム( ²⁹² Lv、²⁹³ Lv、およびおそらく²⁹⁴ Lv) の同位体が得られます。^{[ 96 ]}カリホルニウムは、バークレーの60インチ（150cm ）サイクロトロンを用いて、マイクログラムサイズのキュリウム242の標的に35MeVのアルファ粒子を照射した際に発見された。  

²⁴² ₉₆ Cm+ ⁴ ₂ He→ ²⁴⁵ ₉₈ Cf+ ¹ ₀ n

この実験では、カリホルニウム原子は約5,000個しか生成されなかった。^{[ 97 ]}

奇数質量のキュリウム同位体である^243Cm、^245Cm、および^{247Cmはすべて}核分裂性が高く、熱中性子炉で追加のエネルギーを放出する可能性があります。すべてのキュリウム同位体は高速中性子炉で核分裂します。これは、核燃料サイクルにおけるマイナーアクチニドの分離と核変換の動機の1つであり、使用済み核燃料の長期的な放射性毒性を低減するのに役立ちます。

²⁴⁴ Cmの最も実用的な用途は、総量はかなり限られているものの、アルファ粒子 X 線分光計(APXS) の α 粒子源としてです。これらの装置は^、火星探査機Sojourner、Mars、Mars 96、Mars Exploration Rovers、Philae 彗星着陸機[ ^{98 ]}および火星科学研究所に搭載され、火星表面の岩石の組成と構造を分析しました。^{[ 99 ]} APXS はSurveyor 5 ～ 7月探査機にも使用されましたが、 ²⁴² Cm 源が使用されました。^{[ 57 ] [ 100 ] [ 101 ]}

精巧なAPXS装置には、合計崩壊率が数十ミリキュリー（約1ギガベクレル）の6つのキュリウム線源を含むセンサーヘッドがあります。線源はサンプル上でコリメートされ、サンプルから散乱されたアルファ粒子と陽子のエネルギー スペクトルが分析されます（陽子分析は一部の分光計でのみ行われます）。これらのスペクトルには、水素、ヘリウム、リチウムを除くサンプル中のすべての主要元素に関する定量的情報が含まれています。^{[ 102 ]}