100 Fm フェルミウム 257*
アクチノイド f-block Period 7 Radioactive Synthetic

フェルミウム

Fm · Element 100

The heaviest element that can be made in weighable amounts by neutron bombardment.

20°Cでの状態 固体~
原子量 257 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f¹² 7s²

構造

フェルミウム原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてフェルミウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 9.7 g/cm³~ 62%
融点 1800 K~ 75%
沸点
比熱
熱伝導率

原子

原子半径 245 pm 80%
共有結合半径 167 pm~
ファンデルワールス半径 245 pm

電子

電気陰性度 1.3 30%
イオン化エネルギー 627.2 kJ/mol 38%
電子親和力

存在

地殻中の存在度 0 mg/kg 0%

同定

元素記号Fm
原子番号100
原子量257 u
分類アクチノイド
ブロックf
結晶構造面心立方
酸化数+2, +3
発見年1952
発見者Ghiorso et al.

出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a フェルミウム atom?

Radius 245 pm — that is 0.245 nm, so about 2041 million of them side by side would span a millimetre.

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

フェルミウムは1800 Kで融解します。沸点は測定されていません。

位置

表での位置

フェルミウム sits in the actinide series, printed below the main grid.

OTHER アクチノイド

All アクチノイド

物語

フェルミウムとは何か、そしてどのように発見されたか

The heaviest element that can be made in weighable amounts by neutron bombardment.

The discovery of フェルミウム

原子時代の節目

フェルミウムは1952年後半、初の水素爆弾実験による残骸の分析を通じて発見されました。これは、核兵器の破壊力が偶然にも人類の知識の最前線を広げるという、劇的な出来事でした。

Ivy Mikeによる発見

この発見は、「Ivy Mike」熱核実験の残骸を分析する過程で起こりました。

  • 実験場所:エニウェトク環礁、マーシャル諸島、太平洋
  • 実験日:1952年11月1日
  • 爆発力:10.4メガトン。広島の700倍の威力
  • 核環境:10²³ neutrons/cm²/secondを超える中性子束密度
  • 試料採取:分析のために放射性のサンゴと残骸を収集

国際的な発見チーム

この発見には、複数の著名な研究機関の科学者が関わりました。

  • Albert Ghiorso-カリフォルニア大学バークレー校-核検出の専門家
  • Stanley G. Thompson-カリフォルニア大学バークレー校-アクチノイド化学の第一人者
  • Harvey Diamond-Argonne National Laboratory-核化学の専門家
  • Glenn T. Seaborg-カリフォルニア大学バークレー校-ノーベル賞受賞者、超ウラン元素研究の先駆者
  • Bernard G. Harvey-カリフォルニア大学バークレー校-核物理学者
  • Gregory R. Choppin-カリフォルニア大学バークレー校-放射化学者
  • Eugene Hubel-Los Alamos National Laboratory-兵器物理学者

科学的な探偵作業

フェルミウムの同定には、非常に高度な分析能力が必要でした。

  • 質量分析:質量数255および256の同位体を検出
  • アルファ線分光:特徴的なアルファ粒子のエネルギーを測定
  • 化学分離:数百種類の放射性生成物から分離
  • 崩壊系列分析:同定を確認するため、核変換を追跡
  • 相互確認:結果を検証するため、複数の分析技術を使用

最高機密指定

核兵器の安全保障上の理由により、この発見は3年間機密扱いとされました。

  • 機密レベル:政府の最高水準の機密として指定
  • 科学的ジレンマ:研究者たちは機密保持と科学的共有の間で葛藤
  • 並行研究:管理されたラボ条件でフェルミウムを生成する取り組みを同時に実施
  • 機密解除:結果は最終的に1955年に発表

命名による栄誉

この元素は、歴史上最も偉大な物理学者の一人に敬意を表して命名されました。

  • 名前の由来:ノーベル賞を受賞した物理学者Enrico Fermiにちなんで命名
  • Fermiの功績:核物理学の先駆者であり、初の原子炉を建設
  • 記号の選定:「Fm」は標準的な化学命名法に従ったもの
  • 時期:1954年のFermiの死後まもなく命名
  • 科学的栄誉:核科学へのFermiの基礎的な貢献を顕彰

ラボでの確認

科学者たちは、管理された条件下でフェルミウムを合成する研究にすぐ取り組みました。

  • Berkeley Cyclotron:加速した粒子を重い標的に照射
  • 原子炉:アクチノイド標的に高束密度の中性子を照射
  • 化学研究:フェルミウムの化学的性質を調査
  • 同位体研究:さまざまなフェルミウム同位体とその性質を研究

科学的重要性

フェルミウムの発見は、複数の科学的な画期的成果を示しました。

  • 元素100:陽子が100個という象徴的な節目に初めて到達した元素
  • 核の限界:極めて重い原子核が存在できることを実証
  • 兵器科学:熱核爆発で起こる核物理学的現象を明らかにした
  • 研究方法:超重元素を同定するための技術を発展させた
  • 国際協力:重元素研究における共同研究の方法を確立

世界的な影響

この発見は、広範な意味を持っていました。

  • 核物理学と原子構造に関する理解を深めた
  • 核技術が持つ二面性を実証した
  • さらに重い元素の発見への道を開いた
  • 機密性の高い科学的発見を共有するための国際的な手順を確立した

用途

フェルミウムの用途

核科学の最前線

フェルミウムは核科学の最前線に位置し、物質の限界と原子核を結び付ける基本的な力を理解しようとする人類の探究において、重要な節目となっています。

超重元素研究

フェルミウムは、超重元素科学の発展において重要な役割を果たしています。

  • 標的物質:Fm-257は、100を超える元素を生成するための標的として使用されます
  • 核反応:軽イオンを照射して、新しい超重元素を合成します
  • 安定の島:比較的安定した超重原子核が存在すると予測される領域に向けた研究です
  • 殻模型の検証:原子核の殻構造に関する理論的予測を検証します

高度なアクチノイド化学

一度に扱えるのは原子数個にすぎませんが、フェルミウム研究は独自の知見をもたらします。

  • 単一原子化学:個々の原子を研究する先駆的な技術です
  • 酸化数:溶液中における+2および+3の酸化数を調べます
  • 電気化学的性質:還元電位と電気化学的挙動を研究します
  • 錯形成化学:さまざまな配位子との錯体形成を調べます

核物理教育

フェルミウムは、次の内容を理解するための優れた教材となります。

  • 核の限界:核の安定性の限界を示します
  • 崩壊様式:アルファ崩壊、自発核分裂、電子捕獲です
  • 核模型:殻模型と液滴模型の予測を検証します
  • 相対論的効果:超重原子における相対論的効果を理解します

計測機器の開発

フェルミウムを扱う研究は、最先端技術の革新を促します。

  • 単一原子検出:超高感度の検出システムを開発します
  • 自動化システム:迅速な実験のためのコンピューター制御化学を実現します
  • 分離技術:個々の原子を分離する高度な技術です
  • 放射線検出:微弱な放射性信号を測定する方法を改善します

理論物理学研究

フェルミウム研究は、次の基本的な問題に取り組みます。

  • 核力:極限条件における強い核力を理解します
  • 量子力学:超重原子における相対論的な量子効果を研究します
  • 周期表の限界:化学的性質を維持しながら、元素はどこまで重くなれるのでしょうか
  • 基本定数:極限条件で物理定数が変化するかどうかを検証します

天体物理学への応用

フェルミウム研究は、次の内容の理解に役立ちます。

  • 恒星内過程:中性子星合体におけるr過程元素合成です
  • 宇宙における存在度:宇宙における重元素の分布を予測します
  • 超新星物理学:恒星の爆発における元素生成を研究します
  • 核天体物理学:宇宙空間における極限的な核過程をモデル化します

科学の未来の最前線

フェルミウム研究は、次の分野への道を開きます。

  • 新元素の発見:101以上の元素を生成し、同定する技術です
  • 量子コンピューティング:重い原子における量子効果を理解します
  • 材料科学:超重元素化合物の理論的性質を研究します
  • エネルギー研究:超重元素が関与する核過程を研究します

純粋研究への応用

フェルミウムには、商業的、工業的、実用的な用途はまったくありません。その存在は最先端の核研究ラボに限られており、そこでは一度に数個の原子だけが研究されています。

原子核物理学の研究

  • アルファ崩壊の研究: アルファ粒子の放出パターンとエネルギーを研究します
  • 自発核分裂: 重い原子核がどのように自発的に分裂するかを調べます
  • 原子核構造: スピンや磁気モーメントなどの原子核の性質を測定します
  • 崩壊系列の分析: フェルミウムの同位体がどのように軽い元素へ崩壊するかを追跡します

単一原子化学

  • 化学分離: 単一原子を分離する技術を開発します
  • 電気化学: 一度に1個の原子について還元電位を測定します
  • 錯体形成: フェルミウムがどのように化学結合を形成するかを研究します
  • 分析手法: 化学分析の限界を単一原子レベルまで押し広げます

教育研究

  • 大学院生の研修: 高度な核化学技術を教えます
  • 理論の検証: 量子力学による予測を検証します
  • 科学出版: 核科学の文献に貢献します
  • 国際協力: 世界の研究コミュニティと知識を共有します

技術開発

  • 検出システム: 放射線検出の感度を向上させます
  • 自動化: 放射性物質を取り扱うロボットシステムを開発します
  • データ分析: まれな事象を検出するための高度な統計手法を開発します
  • 安全性プロトコル: 極めて危険な物質を取り扱う方法を改善します

研究指標

  • 出版物の影響: 影響力の高い科学論文と総説
  • 学生の研修: 博士論文と博士研究員による研究
  • 国際的評価: 画期的な研究に対する賞と栄誉
  • 協力ネットワーク: 世界的な研究パートナーシップの構築

極端な制約: フェルミウムの研究は、次の制約を受けます。

  • 1日あたり数個の原子しか生成できない
  • 半減期は数時間から数日で測定される
  • 実験は数分で完了します
  • 1グラムあたり$1 billionを超える費用

由来

天然での存在

0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements

完全人工合成元素

フェルミウムは自然界のどこにも存在せず、人類が利用できる最先端の核技術によって作り出さなければなりません。これは人工元素合成の極致です。

核兵器実験に由来する発見

フェルミウムは、初めて熱核兵器実験の残骸から作り出されました。

  • Ivy Mike実験(1952年):初の水素爆弾実験で、多重中性子捕獲によってフェルミウムが生成されました
  • 極端な中性子束:どのラボでも達成不可能な中性子密度でした
  • 多重捕獲:ウランの原子核が短時間に17個以上の中性子を連続して捕獲しました
  • ベータ崩壊系列:重いウラン同位体がベータ放出によって崩壊し、フェルミウムになりました

現代の製造方法

高束中性子炉による製造:現在の合成には、世界で最も強力な中性子源が必要です。

  • 出発物質:数年にわたる計画によって調製されたアインスタイニウム-253標的
  • 中性子照射:Es-253 + 中性子 → Es-254 → Fm-254(電子捕獲)
  • 別の経路:キュリウム標的中で数年かけて多重中性子捕獲を行います
  • 同位体の選択:さまざまなフェルミウム同位体(Fm-252からFm-257)を製造できます

ラボでの合成における課題

フェルミウムの生成には、前例のない技術的障害があります。

  • 微量の生成量:1日に生成されるのは個々の原子だけです
  • 急速な崩壊:ほとんどの同位体は数時間以内に崩壊します
  • 標的の調製:アインスタイニウム標的の調製には数年かかります
  • 汚染:多数の他の放射性元素とともに生成されます

世界の製造能力

世界でフェルミウムを製造したことがある施設は、わずか3か所です。

  • Oak Ridge National Laboratory(米国):High Flux Isotope Reactorを使用する主要な供給源
  • Research Institute of Atomic Reactors(ロシア):限られた製造能力
  • Institut Laue-Langevin(フランス):研究用量を時折製造

分離と精製

フェルミウムを単離するには、並外れた対策が必要です。

  • 遠隔操作:すべての処理を、厳重に遮蔽されたホットセル内で行います
  • イオン交換:自動システムを用いて、複数回のクロマトグラフィー分離を行います
  • 単一原子技術:個々の原子を検出し、操作します
  • 迅速な処理:放射性崩壊が起こる前に分離を完了しなければなりません

製造統計

  • 総製造量:これまでに単離されたフェルミウムの原子数は10,000個未満です
  • 現在の在庫:いかなる時点でも、意味のある量は存在しません
  • 製造速度:世界最高水準の施設でも、1日に個々の原子が生成される程度です
  • 研究計画:数か月の準備に対して、研究時間は数時間です

時間的制約

フェルミウムの研究には、極めて厳しい時間的制約があります。

  • Fm-257:半減期100.5日の、最も長寿命な同位体です
  • Fm-255:半減期20.1時間のため、研究可能な時間が制限されます
  • 輸送:試料は製造直後に使用しなければなりません
  • 実験計画:すべての手順を迅速に行えるよう最適化しなければなりません

科学的成果:フェルミウムの生成は、人類の偉大な技術的成果の一つです。世界で最も進んだ核施設と専門知識を結集する必要があります。

取り扱い

安全性

フェルミウムは放射性です。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 取り扱いには適切な遮蔽と許可が必要です。

究極の放射線 hazard

絶対的な最大危険:フェルミウムは、人類に知られている物質の中でも最も危険な物質の一つです。すべての同位体は非常に強い放射性を持ち、複数の崩壊モードによって極めて重大な健康リスクを引き起こします。

壊滅的な健康被害

  • 強烈なアルファ線:極めて高エネルギーのアルファ粒子が、細胞を直ちに破壊します
  • 自発核分裂:Fm-256は自発核分裂を起こし、中性子と核分裂片を放出します
  • ガンマ線:高エネルギーのガンマ線が組織の深部まで透過します
  • 体内汚染:微量でも、吸入、摂取、または吸収された場合は致命的です
  • 骨への蓄積:骨髄に蓄積し、放射線症候群やがんを引き起こします
  • 遺伝子損傷:重度のDNA損傷と染色体異常を引き起こします

最高レベルの安全管理手順

  • 絶対的な封じ込め:フェイルセーフ機構を備えた、複数の独立した封じ込めシステムを使用します
  • 遠隔操作のみ:すべての取り扱いは、保護区域から遠隔マニピュレーターを使って行います
  • 重厚な遮蔽:すべての放射線を止めるため、大量のコンクリートと鉛による遮蔽を施します
  • 管理された雰囲気:化学反応を防ぐため、不活性気体の雰囲気にします
  • 自動化システム:人への被ばくを最小限にするため、コンピューター制御で操作します

人員の保護要件

  • 直接アクセスゼロ:遮蔽されていないフェルミウムと同じ部屋に人員が入ることは禁止されています
  • 複数の線量測定:自動警報機能付きのリアルタイム放射線監視を行います
  • 医学的監視:血液検査や身体検査を含む、継続的な健康監視を行います
  • 呼吸用保護具:独立した空気供給装置を備えた陽圧スーツを使用します
  • 緊急時訓練:放射線緊急事態への対応手順について、広範な訓練を行います

緊急時対応手順

フェルミウムの事故では、最高レベルの緊急事態対応手順が発動します:

  • 即時避難:自動避難システムが直ちに作動します
  • 施設封鎖:汚染区域を完全に隔離します
  • 医療緊急事態:放射線医学の専門チームを派遣します
  • 除染:専門の放射線緊急対応が必要です
  • 政府への通報:原子力規制当局に直ちに通報します
  • 長期監視:被ばくした人員には生涯にわたる医学的監視を行います

国際的な監督

  • 核物質管理:最も厳格な国際的核物質管理の対象です
  • 輸送禁止:極めて重大な緊急時対応手順の下を除き、原則として輸送は禁止されています
  • 特別許可:取り扱いには、政府の最高レベルの許可が必要です
  • 廃棄物分類:最高レベルの放射性廃棄物に分類されます
  • 警備対策:核兵器施設に匹敵する物理的警備を行います

絶対的な禁止事項

  • 一般人の立ち入り禁止:専門の原子力施設外での取り扱いは厳禁です
  • 商業利用禁止:商業用途または工業用途には一切使用できません
  • 教育目的の実演禁止:教育目的での使用には危険すぎます
  • 試料の分配禁止:広範な承認なしに、機関間で共有することはできません

重大な現実:フェルミウムは非常に危険であるため、世界を代表する核科学者でさえ、一度に取り扱うのは個々の原子だけです。1マイクログラムでも、周囲にいる人に致命的な放射線 hazardをもたらします。

簡単な回答

フェルミウム:よくある質問

What is フェルミウム?

フェルミウム (symbol Fm) is element 100 on the periodic table, a アクチノイド in period 7. The heaviest element that can be made in weighable amounts by neutron bombardment. At room temperature it is expected to be a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of フェルミウム?

フェルミウム's ground-state electron configuration is [Rn] 5f¹² 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of フェルミウム?

No sample of フェルミウム has ever been condensed, so both figures are calculated rather than measured: it is predicted to melt at 1800 K (1526.9 °C) and boil at not measured.

What is the atomic mass of フェルミウム?

フェルミウム has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 257, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is フェルミウム?

フェルミウム is predicted to have a density of about 9.7 g/cm³, though no sample large enough to weigh has ever been made. Water is 1.0 g/cm³ for comparison.

What is the electronegativity of フェルミウム?

フェルミウム has a Pauling electronegativity of 1.3. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered フェルミウム, and when?

フェルミウム was discovered in 1952 by Ghiorso et al.. It is named after enrico Fermi.

How common is フェルミウム on Earth?

フェルミウム does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is フェルミウム radioactive?

Yes. フェルミウム has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.