ニホニウム

ニホニウムは、原子番号113の元素。元素記号は Nh。超ウラン元素では比較的長寿命とされ、278Nhの平均寿命は2ミリ秒であることがわかっているriken20120927}}。これは日本人のグループ、森田グループが発見した元素である。新元素を発見、また命名したのは日本であり、アジア初となる。2022年現在、周期表に正式追加された最新の元素の1つである。正式名称が決まるまではウンウントリウムと呼ばれていた。

1. 名称
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発見国である日本国にちなんだ名称である。

2016年11月に正式名称が決定するまでは、暫定的に IUPAC の系統的命名法に則りウンウントリウムと呼ばれていた。発表前はジャパニウム  と予想されていた。

周期表で第13族元素に属し、タリウムの下に位置するため「エカタリウム」と呼ばれることもある。

2. 歴史
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2003年8月、ロシアのドゥブナ合同原子核研究所とアメリカのローレンス・リバモア国立研究所による合同研究チームがアメリシウムとカルシウムから115番元素の元素合成に成功し、翌2004年2月、そのα崩壊の過程で0.48秒間、113番元素を観測したと発表したがOganessian2003}}、当時は113番元素についての命名権は得られなかった。

2004年9月28日に日本の理化学研究所は、森田浩介博士らの率いるグループがRIビームファクトリーの線形加速器RILACを用いて光速の10%にまで加速した70Znを209Biに衝突させることで「113番元素」の合成に成功したと発表したMorita2004。 この実験は80日間にわたって、2.8の亜鉛原子核をビスマス原子核に約 1.7照射した。生成した113番元素の原子核は344マイクロ秒  でα崩壊し、レントゲニウムの同位体となったのを、同年7月23日に検出しているrikennews。また2005年4月2日に同じ方法で行った合成で2個目の例を検出した。

2006年6月には、ドゥブナ合同原子核研究所とローレンス・リバモア国立研究所による合同研究チームが、ネプツニウムとカルシウムから113番元素の合成に成功したと発表しているOganessian2007}}。

2009年にはドゥブナ合同原子核研究所やアメリカのオークリッジ国立研究所などによるバークリウムとカルシウムから117番元素を元素合成する共同研究において、その崩壊過程で113番元素を検出しているOganessian2010}}。

2012年9月27日、理化学研究所は3個目の合成を発表したriken20120927。278Uutが6回のα崩壊を経て254Mdとなる崩壊系列の確認に初めて成功した。前回までの2例では4回目のα崩壊で生じる262Dbが自発核分裂してしまったが、今回はα崩壊し、次の258Lrもα崩壊で254Mdとなるのを観測できたため、合成した原子核が113番元素だと証明できたriken20120927。

複数の発見者候補があったが、2015年12月30日、IUPAC評議会IUPAC20150812}}は延期していた、発見報告のある118番までの未発見元素4つについて認定することを発表しIUPAC20151231}}、理化学研究所が3個の113番元素の合成および証明に成功したことから、2015年12月30日、IUPAC評議会により理化学研究所の研究グループに113番元素の命名権が与えられたIUPAC20151231。研究グループは名称案を2016年3月18日にIUPACに提出しsannkei160319}}、2016年6月8日に「nihonium」と言う名称案が発表され、約5か月間にわたり一般からの意見を公募してパブリックレビューを受けた上でNHK160608、2016年11月30日にニホニウムに正式に決定となったIUPAC20161130。

2.1. 命名権獲得までの経緯
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理化学研究所のチームが、ロシアのドゥブナ合同原子核研究所およびアメリカのローレンス・リバモア国立研究所、オークリッジ国立研究所による合同研究チームと命名権を争うこととなり、その行方が注目されていた。

理化学研究所のチームは2004年7月23日と2005年4月2日の2回の合成Morita2004をもって2006年と2007年に合同作業部会に申請したがrikennews、認定は見送られているrikennews。同チームはその後2008年から2009年にかけての実験で、崩壊過程で生じる266Bhの存在をより確実にすることで証拠を補強したrikennews。しかし2011年1月に発表された、国際純正・応用化学連合  と国際純粋・応用物理学連合  の113から116および118番元素についての合同作業部会の報告書IUPAC2011}}でも、113番元素の認定は見送られている。その一方で米露のグループは114番元素と116番元素の発見を認定されている。これは理化学研究所のような確実な証拠が無くとも充分な状況証拠があれば命名権が得られる前例となり、理化学研究所にとっては逆風となったsankei20160121}}。

理化学研究所のチームは2012年の合同作業部会にも申請しており、その審議中の8月12日に3個目の生成に成功しているgroup="注"rikennews。レントゲニウムは重イオン研究所が3個目の生成後に命名権を得ているため、命名権を獲得できる可能性が高まった。この年の申請は5月に締め切られており、追加の証拠という形で受理はされたものの、直ちに認定とはならなかったsankei20160121}}。さらに何回か生成と崩壊系列を確認すれば命名権がより確実になるものの、必要な設備は動かすのに数百万円から数十億円かかり、容易ではなかった。一方で翌年の2013年には米露のグループも状況証拠のみで命名権を満たす程度の充分なデータを揃えており、もし前年に理化学研究所が3例目の証拠を提出していなければこの時点で米露のグループが命名権を得ていた可能性が高かったと関係者は見ているsankei20160121}}。

2015年8月のIUPAC評議会IUPAC20150812}}では認定および命名権の付与が検討されたものの決定が延期となっており、同年12月30日にようやく認定に至った。

2.2. 承認の背景
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114から118番元素まではいずれもアクチノイドをターゲットにした励起エネルギーの高い「熱い核融合」により、合成に成功したグループに命名権が与えられている。この手法は、重い原子核を材料とするため成功率は高いが、必然的に中性子を多く含むため自発核分裂を生じやすく、『崩壊系列が、既知の核種に到達すること』という発見の大原則を達成できず、状況証拠どまりとなりがちだった。

一方、113番元素において理化学研究所は、中程度の重さの原子核同士を材料とする「冷たい核融合」により、自発核分裂を起こさず既知の核種に崩壊系列が繋がる、確実な証拠を得ることに成功したgroup="注"。

2.3. 元素名の候補
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理化学研究所の新元素合成実験は1990年代後半に「ジャポニウム計画」と名付けられ、以来実施されてきた経緯がありrikennews200411、113番元素の名称についても「ジャポニウム」もしくは「ジャパニウム」という名称が最有力とみられていたが、結果的に除外されたmainichi160608。2016年6月8日には前述のとおり同研究所のチームがIUPACに提出した名称案は「ニホニウム」であることが公表されたiupac20160608。

なお、この他には同研究所所在地の和光市から「ワコニウム」、和光市の旧地名でもある大和町から「ヤマトニウム」、物理学者の仁科芳雄にちなむ「ニシナニウム」などの候補も挙がっていたnikkei20120927}}。また「ニッポニウム」は、43番元素として一度命名されたものの取り消された、レニウムを巡る過去の経緯から混乱を避けるため採用できないルールとなっており、除外されていたIUPAC2002。

2.3.1. ネイチャー誌上での予想
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イギリスの科学雑誌『ネイチャー』はブログ版「en」で専門家による元素名の予想をオッズ付きで行なっており、このページでは上記の候補の他に、天照大神にちなんだ「Amaterasium」や、煙々羅にちなんだ「Enenraium」、ゴジラにちなんだ「Godzillium」なども候補に挙がっていたSatou20160212。

2.3.2. 理化学研究所の発表
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2016年6月8日、理化学研究所は113番元素の新名称として「nihonium」と命名する案を発表したNHK160608。

2.4. 正式決定
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国際純正・応用化学連合  は2016年11月30日、113番元素の名称について日本側の提案通りに「nihonium」と決定したことを発表したIUPAC20161130。

2017年3月14日、日本学士院会館にて皇太子徳仁親王臨席の下でニホニウム命名記念式典が挙行され、IUPACのナタリア・タラソバ会長が命名を宣言したsankei170314}}。

3. 同位体
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ニホニウムには安定同位体がなく、天然には存在しない。2つの原子核の融合によって合成するか、より重い原子核の崩壊を観察することによって、いくつかの放射性同位体が実験的に得られている。質量数278および282から286の同位体が発見されており、これらはすべてα崩壊によって崩壊するが、284Nh は電子捕獲も起こす可能性があるForsberg}}。

3.1. 安定性と半減期
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命名までに発見されたニホニウムの同位体はすべて寿命が短いが、それでも重い同位体のほうが軽いものよりも安定な傾向にある。発見報告のあるうちで、もっとも長命な同位体はもっとも重い同位体でもある 286Nhである。285Nh も半減期1秒を超えると報告されている。284Nh と 283Nh はそれぞれ0.48秒と0.10秒の半減期を有する。282Nh の半減期は70ミリ秒、既知の最も軽い同位体の 278Nh は半減期も最も短く0.24ミリ秒である。未発見のさらに重い同位体はもっと安定していると予測されており、例えば 287Nh は約20分の半減期が予測されておりAudi}}、この長さは 286Nh のものよりも2桁大きいnuclidetable}}。

ニホニウム同位体のα崩壊半減期の理論的推定値は、実験データとよく一致しているhalf-lifes}}。未発見の同位体 293Nh が最も安定な同位体でβ崩壊すると予測されているNie}}が、既知のニホニウムの同位体にベータ崩壊するものはまだ知られていないnuclidetable}}。

原子核の安定性は最も重い原生核種を持つプルトニウム以降の原子番号では急激に低下し、原子番号102以上の核種は 268Db を除いてすべて半減期が1日未満となっている。にもかかわらず、原子番号110のダームスタチウムから114のフレロビウムまでの間では安定性がわずかに上がる現象が見られる。はっきりとした理由は未だに解明されていないものの、この概念は核物理学において魔法数と呼ばれる法則に基づく「安定の島」として知られており、カリフォルニア大学のグレン・シーボーグ教授によって、超重元素が予想よりも長い原子番号・質量数の範囲に渡って存在していることを説明するために提唱されたものであるencyclopedia}}。

4. その他
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4.1. 理研新元素発見記念事業
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理化学研究所のチームによる「ニホニウム」発見を受けて、同研究所がある埼玉県和光市では「理研新元素発見記念事業」に着手しsaitama-shin161203}}、和光市駅から同研究所までの道路約1.1キロメートル  をシンボルロード「ニホニウム通り」group="注"として整備すると2016年11月30日に発表したsaitama-shin161203。

その後、2018年度末までにこの道路の歩道〈35〉に原子番号1番から118番までの元素記号が描かれた路面プレート118枚と113番ニホニウムの元素記号「Nh」が描かれた大型プレート1枚group="注"の設置が完了しwakou-nihonium-dori-kansei2019}}group="注"group="注"、市民が理化学に触れることができる歩行者空間を形成。また、理化学研究所から寄贈された記念碑を和光市駅前に設置する他、いくつかのモニュメントや通り名標識等group="注"が通り沿いに設置されているsaitama-shin161203。

5. 脚注
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5.1. 注釈
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5.2. 出典
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6. 参考文献
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6.1. 原論文
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6.2. 書籍
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7. 関連項目
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日本
未発見元素の一覧
レニウム - 小川正孝が1908年に43番元素として発見し、「ニッポニウム」と命名したが、後に取り消された。
ネプツニウム - 仁科芳雄が1940年にその存在を示したが、命名権は得られなかった。なお、元素記号には Np が使用されている。
森田浩介 - 113番元素を発見した、理化学研究所の研究グループリーダー。
化学元素の名称に使われた場所の一覧
ニホニウムの同位体
マジンガーZ - かつて理研が113番元素の候補名の１つに挙げていた「ジャパニウム」が登場。

8. 外部リンク
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[1] - 理化学研究所 仁科加速器研究センター
[2] - ブリタニカ百科事典