超ウラン元素

超ウラン元素とは、原子番号が92 （ウランの原子番号）より大きい化学元素のことです。これらの元素はすべて放射性に不安定で、他の元素に崩壊します。これらは人工的に作られた元素であり、天然のウラン鉱石中に微量ながら存在するネプツニウムとプルトニウムを除いて、地球上には自然界には存在しません。

原子番号1から92までの元素のうち、ほとんどは自然界に存在し、安定同位体（鉛など）や非常に長寿命の放射性同位体（ウランなど）を持つか、ウランやトリウムの崩壊生成物（ラジウムなど）として存在します。例外はテクネチウム、プロメチウム、アスタチン、フランシウムです。これら4つはすべて自然界に存在しますが、ウランとトリウムの崩壊系列のごくわずかな分岐にしか存在しないため、フランシウムを除くすべては、自然界ではなく実験室での合成によって初めて発見されました。

原子番号が大きい元素はすべて最初に実験室で発見され、ネプツニウムとプルトニウム（最初の2つ）は後に自然界で発見されました。これらはすべて放射性で、半減期は地球の年齢よりもはるかに短いため、これらの元素の原始的な（つまり地球の形成時に存在していた）原子はとっくに崩壊しています。微量のネプツニウムとプルトニウムはウランを多く含む岩石中に生成され、少量は核兵器の大気圏実験中に生成されます。これら2つの元素は、ウラン鉱石中の中性子捕獲とそれに続くベータ崩壊（例：²³⁸ U + n → ²³⁹ U → ²³⁹ Np → ²³⁹ Pu）によって生成されます。

プルトニウムより重い元素は、少なくとも地球上では完全に合成されたものであり、 ^{[ 1 ] [ 2 ]}原子炉や粒子加速器で生成されます。これらの元素の半減期は、原子番号が増加するにつれて一般的に減少する傾向を示します。ただし、キュリウムやドブニウムのいくつかの同位体など、例外もあります。この系列の原子番号110～114付近のより重い元素は、この傾向を破り、核の安定性が増すと考えられており、理論上の安定性の島を構成しています。^{[ 3 ]}

超ウラン元素は製造が難しく高価であり、原子番号とともに価格が急激に上昇する。2008年時点で、兵器級プルトニウムのコストは約4,000ドル/グラム^{[ 4 ]}、カリホルニウムは6,000万ドル/グラムを超えていた^{[ 5 ]} 。アインスタイニウムは、マクロ量で製造された最も重い元素である^{[ 6 ] 。}

未発見の超ウラン元素、あるいは発見されていてもまだ正式に命名されていない超ウラン元素には、IUPACの系統的な元素名が用いられる。超ウラン元素の命名は、論争の的となることがある。

これまでのところ、超ウラン元素はほぼすべて、以下の4つの研究所で発見されています。米国のローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）（元素93～101、106、および103～105は共同発見）、ドイツのGSIヘルムホルツ重イオン研究所（元素107～112）、日本の理化学研究所（ RIKEN ） （元素113）、ロシアの合同原子核研究所（JINR）（元素102、114～118、および103～105は共同発見）。

• カリフォルニア大学バークレー校の放射線研究所（現在のLBNL）は、1945年から1974年にかけて、主にエドウィン・マクミラン、グレン・シーボーグ、アルバート・ギオルソによって率いられていた。
  • 93.ネプツニウム、Np。惑星ネプチューンにちなんで名付けられた。惑星の並び順ではウランの後に続き、ネプチューンは天王星の後に続く（1940年）。
  • 94.プルトニウム、Pu、冥王星にちなんで命名、^{[ a ]}太陽系で海王星に続くネプツニウムに続く冥王星と同じ命名規則に従う（1940）。
  • 95.アメリシウム（Am）は、ユーロピウムの類似元素であることから、最初に生産された大陸（1944年）にちなんで名付けられました。
  • 96.キュリウム、Cm。最初の放射性元素を分離した科学者ピエールとマリー・キュリーにちなんで名付けられました（1944年）。その軽い類似元素ガドリニウムはヨハン・ガドリンにちなんで名付けられました。
  • 97.バークリウム、Bk。ローレンス・バークレー国立研究所にちなんで名付けられ、そこで初めて合成された（1949年）。
  • 98. californium、Cf、 LBNLが所在するカリフォルニア州にちなんで命名（1950年）。
  • 99.アインスタイニウム、Es、アルバート・アインシュタインにちなんで命名（1952年）。
  • 100.フェルミウム、Fm。最初の制御連鎖反応を実現した物理学者エンリコ・フェルミにちなんで名付けられました（1952年）。
  • 101.メンデレビウム、Md。ロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフにちなんで名付けられ、化学元素の周期表の主要な作成者として知られています（1955年）。
  • 102.ノーベリウム、いいえ、アルフレッド・ノーベルにちなんで命名されました（1958年）。この元素は、当初スウェーデンのノーベル研究所のチームが主張しましたが（1957年）、後にスウェーデンのチームがこの元素を発見していなかったことが明らかになったため、LBNLのチームは自分たちの名前であるノーベリウムを採用することにしました。この発見はJINRによっても主張され、LBNLの主張に疑問を呈し、フレデリック・ジョリオ＝キュリーにちなんでこの元素をジョリオチウム（Jl）と命名しました（1965年）。IUPACは、JINRが最初にこの元素を確実に合成したと結論付けましたが（1965年）、文献に深く根付いていたノーベリウムという名前を維持しました。
  • 103.ローレンシウム（Lr）は、サイクロトロンの開発で最もよく知られ、ローレンス・リバモア国立研究所とLBNL（これらの超ウラン元素の生成が行われた場所）の名の由来となった物理学者アーネスト・ローレンスにちなんで命名された（1961年）。この発見はJINR（1965年）によっても主張されたが、LBNLの主張に疑問を呈し、アーネスト・ラザフォードにちなんでラザフォードウム（Rf）という名前を提案した。IUPACは功績を分かち合うべきであり、文献に定着しているローレンシウムという名前を維持するべきだと結論付けた。
  • 104.ラザフォードウム、Rf。原子核の概念を提唱したアーネスト・ラザフォードにちなんで命名された（1969年）。この発見は、ゲオルギー・フリョロフが率いるJINRによっても主張され、彼らはイゴール・クルチャトフにちなんでクルチャトビウム（Ku）と命名した。IUPACは功績を分かち合うべきだと結論付け、LBNLのラザフォードウムという名称を採用した。
  • 105.ダブニウム（Db）は、 JINRが所在するドゥブナにちなんで名付けられた元素です。元々はバークレーの研究グループがオットー・ハーンに敬意を表してハニウム（Ha）と名付けました（1970年）。この発見はJINRも主張し、ニールス・ボーアにちなんでニールスボーリウム（Ns）と名付けました。IUPACは功績を分かち合うべきだと結論付け、 JINRチームに敬意を表して元素名をダブニウムに変更しました。
  • 106.シーボーギウム（Sg）は、グレン・T・シーボーグにちなんで命名された。シーボーグが存命中であったため、この命名は物議を醸したが、最終的には国際的な化学者たちに受け入れられた（1974年）。この発見はJINRも主張していた。IUPACは、バークレーの研究チームがこの元素を初めて確実に合成したと結論付けた。
• ドイツ、ヘッセン州ダルムシュタットの Gesellschaft für Schwerionenforschung (重イオン研究協会) は、1980 年から 2000 年にかけて、主にゴットフリート ミュンツェンベルク、ピーター アームブラスター、シグルド ホフマンによって率いられました。
  • 107.ボーリウム、Bh。デンマークの物理学者ニールス・ボーアにちなんで命名され、原子の構造解明（1981年）において重要な役割を果たした。この発見はJINRも主張していた。IUPACは、GSIがこの元素を初めて確実に合成したと結論付けた。GSIチームは当初、元素105の命名論争を解決するためにニールスボーリウム（Ns）を提案したが、元素名に科学者のファーストネームを使用する前例がなかったため、IUPACによって変更された。
  • 108.ヘッシウム（Hs）は、この研究が行われたドイツの連邦州ヘッセンのラテン語名にちなんで名付けられました（1984年）。この発見はJINRによっても主張されました。IUPACは、JINRの先駆的な研究を認めつつも、GSIがこの元素を説得力をもって合成した最初の機関であると結論付けました。
  • 109.マイトネリウム、Mt。オーストリアの物理学者で、核分裂を研究した初期の科学者の一人であるリーゼ・マイトナーにちなんで名付けられました（1982年）。
  • 110.ダルムシュタチウム、Ds。この研究が行われたドイツのダルムシュタット市にちなんで命名された（1994年）。この発見は、JINRも主張し、アンリ・ベクレルにちなんでベクレリウムという名前を提案した。また、LBNLも、元素105に関する論争を解決するためにハニウムという名前を提案した（異なる元素に既存の名前を再利用することに抗議していたにもかかわらず）。IUPACは、GSIがこの元素を説得力をもって合成した最初の機関であると結論付けた。
  • 111.レントゲニウム、Rg、X線の発見者であるヴィルヘルム・レントゲンにちなんで命名（1994年）。
  • 112.コペルニシウム、Cn、天文学者ニコラウス・コペルニクスにちなんで命名（1996年）。
• 埼玉県和光市にある理化学研究所（RIKEN）は、主に森田耕介氏が率いている。
  • 113.ニホニウム（Nh）は、この元素が発見された日本（日本語ではNihon）にちなんで名付けられました（2004年）。この発見はJINRも主張していましたが、IUPACは理化学研究所が最初にこの元素を確実に合成したと結論付けました。
• ロシアのドゥブナにあるJINRは、主にユーリ・オガネシアンが率いており、ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL） を含む他のいくつかの研究所と協力し、2000年から活動している。
  • 114. flerovium、Fl、JINRのフレロフ核反応研究所にちなんで命名（1999年）。
  • 115.モスコビウム、Mc、この元素が発見されたモスクワ州にちなんで命名（2004年）。
  • 116. livermorium、Lv、発見においてJINRと協力したローレンス・リバモア国立研究所にちなんで命名（2000年）。
  • 117. tennessine、Ts、オークリッジ国立研究所の所在地であるテネシー州にちなんで名付けられました（2010年）。
  • 118.オガネソン、オグ。元素114～118の発見でJINRチームを率いたユーリ・オガネシアンにちなんで名付けられた（2002年）。

超重元素（超重元素、超重原子とも呼ばれ、一般的にSHEと略される）は、通常、ラザフォードウム（原子番号104）から始まる超アクチノイド元素を指します。（最初の6d元素であるローレンシウムも含まれることがありますが、常に含まれるわけではありません。）これらは人工的に作られたものであり、半減期が短いため、数時間からわずか数ミリ秒という非常に短い時間で崩壊し、研究も非常に困難であるため、現在実用的な用途はありません。^{[ 7 ] [ 8 ]}

超重元素はすべて20世紀後半以降に生成され、技術の進歩に伴い21世紀中も継続的に生成されています。これらは粒子加速器で原子スケールの量を元素に照射することによって生成され、大量生成の方法はまだ見つかっていません。^{[ 7 ]}

超ウラン元素は超重元素の合成に使用できる。^{[ 9 ]}安定の島の元素は、小型核兵器の開発など、潜在的に重要な軍事用途がある。^{[ 10 ]}日常生活における潜在的な用途は多岐にわたり、アメリシウムは煙探知機や分光計などの装置に使用されている。^{[ 11 ] [ 12 ]}

• ボーズ・アインシュタイン凝縮体（超原子とも呼ばれる）
• マイナーアクチニド
• 深地層処分場、超ウラン元素廃棄物を処分する場所

• エリック・スチェリ著、『周期表入門』（オックスフォード大学出版局、オックスフォード、2011年）。
• 超重元素
• Alsos核問題デジタルライブラリーからの超ウラン元素に関する注釈付き参考文献。
• 超ウラン元素
• スーパーヘビーエレメンツネットワーク公式サイト（欧州統合インフラ構想EURONSのネットワーク）
• ダルムシュタティウムとその周辺
• Christian Schnier、Joachim Feuerborn、Bong-Jun Lee: 地球鉱物中の超ウラン元素の痕跡？（オンライン、PDFファイル、493  kB）
• Christian Schnier、Joachim Feuerborn、Bong-Jun Lee：高エネルギーシンクロトロン放射光を用いた蛍光X線分析による地球鉱物中の超重元素（SHE）の探索。（オンライン、PDFファイル、446  kB）