自然界に存在しない合成元素、元素番号117の発見には、いくつかの国際機関の数十人の科学者による長年の共同研究が必要であった。
117番元素の最初の証拠を生み出した実験は、ロシアのユニークな加速器群とエネルギー省オークリッジ国立研究所の核研究炉および処理施設を含む、複数の世界クラスの科学施設なしでは実現しなかった。
ORLは世界で唯一、放射性元素ベルケリウムを十分に生産できる場所で、117番元素の生成には欠かせない合成元素であった。 ベルケリウムはORNLの高フラックス同位体炉（HFIR）でのカリホルニウム製造の副産物である。
バンダービルト大学のジョー・ハミルトン教授は、2008年にORNLでカリフォルニウムの生産が再開されたときに注目し、ORNLのジム・ロベルトを、ロシアのドブナにある合同原子力研究所でサイクロトロンで加速した重イオンをアクチノイド標的にぶつけ、超重元素を合成する「高温核融合」法の先駆者として成功したユリ・オガネシアンに紹介しました。 この出会いが、現在も続く3機関間の協力関係の基礎となった。 オガネシアンは、2000年から2004年にかけて、ローレンス・リバモア国立研究所との共同研究で、114、116、118番元素の発見に成功した。 これらすべての発見のためのアクチノイド標的材料は、ORNLとロシアのディミトロブグラードからもたらされました。 しかし、117番元素の同定はベルケリウムなしでは不可能であった。
ORNLとJINRは2008年12月に、ORNLでのベルケリウムターゲット材料の製造とJINRでの加速器実験への参加を含む超重元素研究での協力に正式に合意した。 ORNLのHFIRで250日間照射し、隣接するREDC（Radiochemical Engineering and Development Center）で90日間処理して、ベルケリウム材料を分離・精製することにより、ベルケリウムを製造した。
2009年6月15日、ORNLは327日の半減期を刻む22ミリグラムのベルケリウム-249をJINRに送った。 この材料はディミトロブグラードのロシア原子炉研究所に転送され、チタンの薄膜にベルケリウム放射性同位体を塗布してターゲットを作製した。
ターゲットはRIARからドゥブナのJINRに送られ、2009年7月28日に実験が始まりました。
249Bkターゲットは世界最強クラスの重イオン加速器で1秒間に7兆個のカルシウム-48イオンが照射され、150日間にわたって強度の高いビームが浴びせられました。 非常に稀な条件下で、カルシウム原子核（陽子数20個）とベルケリウム原子核（陽子数97個）が相互作用し、原子番号117の化合物原子核が数個生成されました。 この化合物核は、ドブナガスフィルド反跳分離装置で強力な磁石によりカルシウムビームから分離された。 117番元素の原子核はシリコン検出器に注入され、そこで特徴的な放射性崩壊が測定された。
最終的に検出器は、短命ではあるが歴史に残る117番元素の原子を6個発見し、それらは115、113、111、109、107および105番元素に崩壊した。 この発見論文には6つの機関から33人の著者が参加している。 JINR (15), ORNL (7), LLNL (6), Vanderbilt (2), RIAR (1), and University of Nevada Las Vegas (2) の6機関から33人の著者が参加している。
オーストラリア、フィンランド、ドイツ、インド、日本、ノルウェー、ポーランド、スウェーデン、スイス、イギリス、アメリカの16研究機関から集まった72人の科学者グループが、117番元素の発見を独立に検証するための確認実験を行いました。 この研究は、ORNLでベルケリウムを製造し、ドイツのダルムシュタットにあるGSIヘルムホルツ重イオン研究センターの加速器で高出力カルシウムイオンビームを照射して行われた。 この元素117の独自観測は、2014年5月に発表されたPhysical Review Lettersの研究で紹介された。
追加の確認研究は、JINR、ORNL、LLNL、Vanderbilt、テネシー大学ノックスビル（UTK）が2012年にJINRでORNLのベルケリウムを用いて行った（Phys.Rev. Lett. 109, 162501 (2012)). ORNLのKrzysztof RykaczewskiとUTKのRobert Grzywaczは、JINRでの超重核のフォローアップ実験に使用された新しい検出器とデジタルデータ収集システムの開発をリードした
国際純粋・応用物理学連合と国際純粋・応用化学連合の合同委員会は証拠を評価して、2015年12月30日に元素117の発見のための基準が満たされていると発表した。 IUPACはこの発表で、117番元素の崩壊生成物である115番元素の発見も確認しました。 そして、JINR、LLNL、ORNL、Vanderbiltの発見チームに、元素117と115の永久名称と記号を提案するよう呼びかけました。
2015年6月8日、国際純正応用化学連合（IUPAC）無機化学部門は、オークリッジ国立研究所、ヴァンダービルト大学、テネシー大学ノックスビル校の、ORNL の HFIR-REDC 施設における超重元素合成用ユニークアクチノイド標的物質の製造と化学分離を含む超重元素研究への貢献に対して、第117元素の名称テネシーと記号ツの暫定勧告を発表した。 第117番元素の命名においてテネシー州を認識することは、ハミルトンによって最初に提案されて以来、議論の的であった。 テネシンという名前は、2016年3月23日のビデオ会議で発見チームによって正式に提案され、周期表17族の元素に求められる慣例と一致するように末尾に「イネ」が選ばれました。 115番元素には、JINRの本拠地であるロシアの地域にちなんで、モスコビウムという仮称が提案された。
117番元素の意義
現在の周期表では、ウラン（原子番号92）以上の元素はますます不安定になり、他の元素に急速に崩壊していきます。 そのような島があれば、周期表はさらに重い元素にまで広がり、寿命が延びることで、これらの元素の化学実験や潜在的な応用が可能になる。
元素 117 は周期表の 7 行目で唯一欠けている元素であった。 安定性の島へ向かう途中、研究者たちは当初、ベルケリウムの標的物質の入手が困難であったため、117番元素をスキップしていた。 しかし、117番元素とその放射性崩壊による新同位元素の発見により、研究者たちは「安定の島」に近づき、原子核内の中性子の数が増えるにつれて超重元素の安定性が増すという一般的な傾向を支持することになったのである。 117番元素の2つの同位体とその11の崩壊生成物の発見は、安定同位体の存在を強く立証するものである。
補足資料
- 2010年4月9日 – Physical Review Letters http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.104.142502
- 10月19日 – JINRでの2度目の実験で元素117を確認 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.109.162501
- 5月1日。 2014年 – 国土地理院の実験で117番元素を独立に確認 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.172501
- 2015年12月30日 – IUPAC、4つの新元素の検証を発表 – http://iupac.org/discovery-and-assignment-of-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/
- 2016年6月8日 – IUPAC、名称案に関する暫定勧告を発表 – http://iupac.org/recommendation/names-and-symbols-of-the-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/
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