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テネシー元素特性と用途
解説
テネシン(Ts)は、原子番号117の合成超重元素であり、高放射能元素である。周期表に追加された最も新しい元素のひとつであり、現代の核研究において基礎的な位置を占めている。テネシンは軽元素に崩壊する前に一瞬だけ存在するが、その誕生は超重核の探索における現代のブレークスルーを意味する。
歴史と命名
テネシンは2010年、ロシアのドゥブナにある合同原子核研究所（JINR）と米国テネシー州のオークリッジ国立研究所（ORNL）のロシアとアメリカの科学者の共同作業によって初めて合成された。この実験では、ベルケリウム-249（²⁴⁹Bk）をカルシウム-48（⁴⁸Ca）のイオンで標的にし、テネシン-294原子を生成した。
新しい原子はほとんど瞬時に分解したが、その特徴的なアルファ粒子放出は117番元素の存在を示す証拠となった。
2016年、国際純正・応用化学連合（IUPAC）はこの発見を公式に認め、ORNL、ヴァンダービルト大学、テネシー大学の超重元素の研究と発見への貢献を称え、米国テネシー州にちなんで「テネシン」という名称を承認した。
原子と物理的性質
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物性値 |
値（予測値または観測値） |
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原子番号 |
117 |
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記号 |
ツ |
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グループ / 周期 |
17 / 7 |
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元素カテゴリー |
ハロゲン（予測） |
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密度（予測） |
~7.2 g/cm³ |
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融点（予想） |
~350-500°C |
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沸点（予想） |
~610-780°C |
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最も安定な同位体 |
Ts-294 |
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半減期 |
~20ミリ秒 |
テネシンは、塩素やヨウ素のような軽い同位体とは異なり、金属または半金属のハロゲンとして振る舞うと予想されている。理論モデルでは、相対論的効果（内部電子の速度が速いため）により、非金属的な性質が弱くなり、おそらく金属的な結合傾向が与えられると考えられている。
化学的性質
半減期が極めて短く、生産量も少ないため、テネシンの実際の化学実験は行われていない。しかし、計算化学と周期の傾向から、その可能性の高い挙動を知ることができる：
-グループの類似性：グループ類似性：テネシンは第17族（ハロゲン）に属し、天然に存在する最大のハロゲンであるアスタチン（At）と反応性が似ていると予想される。
- 酸化状態：計算上の酸化状態は-1、+1、+3であるが、相対論的安定化効果により+1と+3がより安定である。
- 化学反応性：塩化テネシン(TsCl)やフッ化テネシン(TsF)のような単純な化合物を与えるだろうが、いずれも実験的には確立されていない。
製造と合成
テネシンの合成は、粒子加速器、放射性ターゲット、洗練されたイオンビーム技術を駆使した驚異的な科学的成果である。
合成には次のような重要なステップがある：
1.ターゲットの準備：ORNLのHigh Flux Isotope Reactorで調製されたベルケリウム249の薄層をチタンの箔に蒸着する。
2.イオン照射：カルシウム48ビームを高エネルギーまで加速し、バーケリウムターゲットに照射する。
3.核融合：原子核同士の衝突により、超重たい化合物原子核（テネシン）が形成されることがあり、この化合物原子核は中性子を放出し、ほとんど即座に崩壊する。
4.検出：慎重に設計された検出器がアルファ崩壊連鎖を測定し、新元素の存在を確認する。
1回の実験で数原子しか得られず、崩壊も速いため、各観測には高い精度と世界的な協力が要求される。
応用と科学的意義
テネシンは半減期が短く、生成量も微量であるため、工業的、商業的な用途はないが、その科学的な影響は甚大である：
- 原子核構造研究：テネシンの研究により、物理学者は周期表の超重核領域における陽子と中性子の振る舞いを観察することができる。
- 理論的確認：テネシンの発見は、核殻模型の予測や、超重元素の半減期が長くなる可能性のある理論領域である「安定性の島」の探求を裏付けるものである。
- 技術開発：高度な標的調製、粒子ビーム操作、検出器技術など、テネシンを生成するために開発された装置や方法は、核医学、材料科学、加速器物理学の発展に影響を与えている。詳しくは、スタンフォード先進材料（SAM）をご覧ください。.
よくある質問
テネシンとは何ですか？
テネシン（Ts）は、原子番号117の合成放射性元素で、ベルケリウムとカルシウムの同位体の高エネルギー核融合反応によって生成されます。
なぜテネシンと名付けられたのですか？
この元素の発見において、テネシー州の研究機関が重要な役割を果たしたことにちなんで、テネシー州と命名されました。
テネシンはどのようにして作られるのですか？
粒子加速器の中で、バーケリウム249の標的にカルシウム48イオンを衝突させ、一度に数個の原子を生成することによって作られます。
化学的性質は？
酸化状態が-1、+1、+3の重いハロゲンのような、おそらく金属的な性質を持つと予想される。
テネシンは工業的に有用ですか？
不安定であるため、現在のところ有用な用途はないが、その合成は原子力科学や高精度の計測機器の技術を牽引している。
テネシンを研究する利点は何ですか？
超重元素の安定性、核力、化学的挙動に対する相対論的効果の理解を深めることができる。
Chin Trento
