物理学者は、オガネソンの電子シェルと核シェルの構造を計算します

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物理学者は、これまでに合成された中で最も重い元素であるオガネソンの核殻と電子殻の構造を最初に定量的に説明しました。半減期が非常に短いため、これまでのところ、これは数値シミュレーションの助けを借りてのみ可能でした。それの助けを借りて、例えば、電子殻の顕著な構造からフェルミガスの状態への部分的な遷移を確認することが可能であり、特に原子価レベルで顕著であると、PhysicalReviewLettersの記事の著者は報告しています。

オガネソンはこれまでに合成された中で最も重い元素であり、2016年末に周期表に正式に含まれました。シリアル番号は118で、周期表の第7周期を閉じます。つまり、不活性ガスの構造を持っています。オガネソン核種の現時点で少なくともいくつかの安定したものの唯一のものは294の質量数を持ち、それはカルシウム-48とカリホルニウム-249の核融合によって得られます。同時に、半減期が非常に短い(わずか約1ミリ秒)ため、化学反応を使用してその電子構造の特性を調べることはできません(化学的に特性が調べられた元素の中で最も重いのはフレロビウムであり、半減期はその寿命は3桁長く、約2秒です)。したがって、間接的な方法またはコンピュータモデリングと数値計算によって、オガネソンの電子殻の化学的性質または少なくとも構造を研究する必要があります。

ミシガン州立大学のWitoldNazarewiczが率いるニュージーランド、ノルウェー、米国の物理学者のグループは、フェルミ粒子(電子-電子殻の場合と核-核の場合)の局在関数を計算する方法を使用して、オガネソンの電子殻と核殻。 1に近い関数の値は、互いに近い2つの同一の粒子を見つける確率が非常に小さい領域、つまり、実際には電子殻の分離領域に対応します。局在関数がトーマス-フェルミ運動エネルギーに正規化されている場合、1/2の値は均一に分布したフェルミガスに対応します。つまり、フェルミオン局在関数の分布がより対照的であるほど、その構造は電子殻の特徴であることがより顕著になります。

オガネソンの場合、シェル構造が徐々に崩壊し始め、フェルミガス状態に変化することが予想されました。このような遷移が実際に観察されることを確認するために、研究の著者は、非相対論的ケースの場合はハートリーフォック法で計算され、相対論的補正を考慮したハートリーフォックディラック法で計算された電子殻の構造を比較しました。科学者たちは、得られたデータを、第6周期と第5周期の不活性ガス(ラドンとキセノン)の同様の計算結果と比較しました。

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キセノン、ラドン、オガネソン原子における電子局在関数の分布。左側は相対論的補正を考慮しない計算データ、右側は補正を考慮した計算データです。

相対論的効果は実際にオガネソンの電子構造にかなり重要な影響を及ぼし、それを非常に強くぼかし、部分的にフェルミガスに変換することが判明しました(これは特に原子価レベルで顕著です)。それらはまた、オガネソンのいくつかの物理的特性に影響を及ぼし、特に、イオン化エネルギーを一度に227keV増加させます。しかし、ラドンとキセノンの場合、そのような効果は観察されず、相対論的モデルと非相対論的モデルは、整形式の電子殻と実質的に同じ結果をもたらします。

得られたデータは、以前の研究で計算された、ほぼ10電子ボルトに達する上部充填電子殻(7p)の非常に大きなスピン軌道相互作用を確認しました。この分裂はまた、オガネソンが不活性ガスの電子構造にもかかわらず、その化学的性質が不活性ガスとは非常に異なり、18グループの最初のグループが電子に対して正の親和性エネルギーを持っているという事実を説明しています(つまり、電子自体を捕獲する傾向があります)。

オガネソンの電子殻に加えて、物理学者は原子の核殻もモデル化し、密度汎関数理論を使用して核内の陽子と中性子の局在関数を計算しました。フェルミガス状態への遷移は、超重いオガネソン核と核殻で観察されることがわかりました。この状態は、外層に加えて、いくつかの内殻でも典型的です。この場合、原子核全体の中性子は、陽子よりもはるかに局所化されておらず、気体状態を形成する傾向があることが判明しました。

研究の著者は、彼らの結果に基づいて、不安定な超重元素の化学的および物理的特性を評価し、相対論的によるシェル電子構造から電子ガスの状態への遷移を定量化することが可能であると主張しています。効果。

最近、この論文の著者の2人は、2つの重い核の融合を数値的にシミュレートするために同様のアプローチを使用しました。その結果、クラスターシステムの安定性が核反応の最終生成物を決定する中間振動状態を検出することができました。

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