アクチノイド （英 :Actinoid ）とは、原子番号 89から103まで、すなわちアクチニウム からローレンシウム までの15の元素 の総称である[ 1] [ 2] [ 3] [ 4]
アクチニド （英 :actinide 、アクチナイドとも）と呼ぶこともあり、またランタノイド と同様に、最初と最後に当たるアクチニウムとローレンシウムの一方または両方をアクチノイドの範囲から除いて呼ぶこともある。IUPAC命名法 ではアクチニウムとローレンシウムも含めて「アクチノイド」としている。
アクチノイドのうち、ウラン は存在量が突出しており、プルトニウム は核燃料 などとしての用途が確立されていることから、特に区別してメジャーアクチノイド (Major actinide) またはメジャーアクチニドと呼ぶ。
アクチノイドに属する超ウラン元素 のうちプルトニウム を除いたものをマイナーアクチノイド (Minor actinide) もしくはマイナーアクチニドと呼ぶ。一般にはマイナーアクチノイドに分類されるのはネプツニウム 、アメリシウム 、キュリウム 、バークリウム 、カリホルニウム 、アインスタイニウム 、フェルミウム であるとされている[ 5] 使用済み核燃料 に含まれる重要な同位体はネプツニウム237 ,アメリシウム241 ,アメリシウム243 ,キュリウム242から248 とカリホルニウム249から252 である。これらは強い放射能を持つ長寿命核種であり、300年から2万年に渡って使用済み核燃料から発生する強い放射線と熱の原因となる[ 6] 核実験 による放射性降下物 にも含まれる。
軽水炉における238 Puから244 Cmの核種変換のフロー[ 7] 245 Cm–248 Cm は長寿命核種のため崩壊は無視している。 アメリシウムはアルファ線源 およびガンマ線源 として工業的に利用されており、例えばさまざまな煙検知器に利用されている。アメリシウムはプルトニウム239やプルトニウム240の中性子捕獲により生成したプルトニウム241がベータ崩壊して生成する[ 8] MOX燃料 を沸騰水型軽水炉 や加圧水型軽水炉 のような熱中性子炉 で燃焼させると高速炉 よりも大量のアメリシウムが生成する[ 9] 原子炉級プルトニウム （英語版 ） 核兵器 の生産には適さない。プルトニウム中のアメリシウム含有量の測定は、未知のプルトニウム試料の由来やアメリシウムを化学的に分離してからの経過時間を知る手段としても利用される。
軽水炉 の使用済み核燃料 （燃焼度 55 GWdth /T)中の超ウラン元素 と平均中性子吸収率[ 10] 核種 存在比 DLWR Dfast Dsuperthermal Np-237 0.0539 1.12 -0.59 -0.46 Pu-238 0.0364 0.17 -1.36 -0.13 Pu-239 0.451 -0.67 -1.46 -1.07 Pu-240 0.206 0.44 -0.96 0.14 Pu-241 0.121 -0.56 -1.24 -0.86 Pu-242 0.0813 1.76 -0.44 1.12 Am-241 0.0242 1.12 -0.62 -0.54 Am-242m 0.000088 0.15 -1.36 -1.53 Am-243 0.0179 0.82 -0.60 0.21 Cm-243 0.00011 -1.90 -2.13 -1.63 Cm-244 0.00765 -0.15 -1.39 -0.48 Cm-245 0.000638 -1.48 -2.51 -1.37 合計 -0.03 -1.16 -0.51 負の吸収率は中性子源であることを示す。
全て放射性元素 。トリウム 、ウラン 、プルトニウム 以外のアクチノイド元素は、仮に可視できる量に人間が素手で触れた場合、早期に命に危険が及ぶほど放射能 が強い[ 11] アクチニウム 、アインスタイニウム などは強力な放射線によって、ごく僅かな量であっても明確に目視できる強さの光を自然に放つ。
トリウムとウランには半減期が数億年以上の長命な同位体 が存在するためにまとまった量が天然に存在するが、他の元素は天然には全くないか、ごく僅かしか存在せず、ほとんどが人工的に作られたものである。特にウランより重いネプツニウム 以降の元素のことを超ウラン元素
アクチノイドは、5f軌道の電子 が詰まり（占有され）始める元素のシリーズで、4f軌道が詰まり始めるランタノイド と化学的性質が類似する。ただし電子の詰まり方はランタノイドとはやや異なり、アメリシウム より軽い方の元素では6d軌道にも電子が入り込む。そのため、ランタノイド及びアメリシウムより重いアクチノイドでは典型的な原子価 が3価であるのに対して、アメリシウムより軽い方では3-6価の原子価を取る。またローレンシウムで5f軌道を充填した次の電子は、ルテチウム と異なり6d軌道ではなく7p軌道に入る。この理由はよくわかっていない。
ランタノイド収縮と同様に、アクチノイドも内側の5f軌道が先に詰まっていくため、原子番号が大きくなるほど原子半径 、イオン半径 が短くなる（アクチノイド収縮 ）。
アクチノイドの化合物の中には、フェルミエネルギー上の電子の有効質量が自由電子 のものより2、3桁も大きい、重い電子系 (Heavy fermion)と呼ばれる性質を持つものがある。
5f、6d、7sなどの外側の軌道は、相対論効果 の影響も受ける（例：スピン軌道相互作用 ←d軌道やf軌道に対して）。
^ Theodore Gray (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe . New York: Black Dog & Leventhal Publishers. p. 240. ISBN 978-1-57912-814-2 ^ Actinide element , Encyclopædia Britannica on-line^ Although "actinoid" (rather than "actinide") means "actinium-like" and therefore should exclude actinium, that element is usually included in the series. ^ Neil G. Connelly (2005). “Elements” . Nomenclature of Inorganic Chemistry . London: Royal Society of Chemistry . p. 52. ISBN 0-85404-438-8 . https://books.google.com/books?id=w1Kf1CakyZIC&pg=PA52 ^ Moyer, Bruce A. (2009). Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances, Volume 19 ISBN 9781420059700 . https://books.google.co.jp/books?id=NTgjUaLZiDsC&pg=PA120&redir_esc=y&hl=ja#v=onepage&q&f=false ^ Stacey, Weston M. (2007). Nuclear Reactor Physics ISBN 9783527406791 . https://books.google.co.jp/books?id=y1UgcgVSXSkC&pg=PA240&redir_esc=y&hl=ja#v=onepage&q&f=false ^ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (April 2004). “Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels” . Journal of Nuclear Science and Technology 41 (4): 448–456. doi :10.1080/18811248.2004.9715507 . https://doi.org/10.1080/18811248.2004.9715507 . ^ Raj, Gurdeep (2008). Advanced Inorganic Chemistry Vol-1, 31st ed. ISBN 9788187224037 . https://books.google.co.jp/books?id=0uwDTrxyaB8C&pg=PA356&redir_esc=y&hl=ja ^ Berthou, V. (2003). “Transmutation characteristics in thermal and fast neutron spectra: application to americium” . Journal of Nuclear Materials 320 : 156–162. doi :10.1016/S0022-3115(03)00183-1 . http://nucleonica.com/TC/TC0406/relevant_papers/Transmutation_characteristics.pdf . ^ Etienne Parent (2003). Nuclear fuel cycles for mid-century development . https://hdl.handle.net/1721.1/17027 ^ 「世界で一番美しい元素図鑑」205頁、セオドア・グレイ著 単位 測定 放射線の種類 物質との相互作用 放射線と健康
法律・資格 関連
