ウランよりも原子番号が大きい元素は自然界にはほとんど存在せず、人工的に合成する必要があります。マクミランはサイクロトロンでウランに中性子を当て、初の超ウラン元素「ネプツニウム」を1940年に報告しました。シーボーグはその手法を発展させ、「プルトニウム」をはじめとする複数の新元素を次々に同定しました。これらの元素は核燃料や宇宙探査機の電源として利用され、社会や科学技術に大きな影響を与えています。彼らの研究は、元素周期表の拡張と原子核化学の発展を決定づけました。さらに、放射性同位体を分離・分析する技術は、医学や環境分析にも応用されています。

マクミランはベークレーの37インチサイクロトロンで生成した中性子捕獲核からβ崩壊を観測し、Z=93 のネプツニウムを同定しました。シーボーグはケミカルシフトとイオン交換クロマトグラフィーを駆使し、Z=94 のプルトニウムやその後のアメリシウム・キュリウムなどを化学的に分離しました。彼はランタノイドに相当する『アクチノイド系列』という新しい系列概念を提案し、周期表の配置を再編成しました。第二次大戦中にはプルトニウムの大規模製造がマンハッタン計画で進み、同位体 ^239Pu は原子炉や核兵器に利用されました。戦後、超ウラン元素は核医学のトレーサー、地球化学の年代測定、深宇宙探査機の熱電発電源など多岐に応用されています。彼らの成果は、原子核構造モデルや重元素合成反応の理論検証にも不可欠でした。今日の重イオン加速器による超重元素合成研究は、1950年代の彼らの手法を基礎に発展しています。

McMillan は ^238U(n,γ) 反応で得られた ^239U (t1/2 ≈ 23 m) の β^- 崩壊系列を分光し、化学分離時に“ eka-rhenium”と誤認されていた画分が Z=93 であることを証明した。Seaborg は水酸化物沈殿・過酸化物抽出・リン酸塩分画を組み合わせ、微量レベルでもアクチノイドを定量できる分離フローを確立し、^239Pu のαスペクトルと核定数を決定した。彼は4f 系と5f 系の電子構造を比較し、アクチノイド系列の f 軌道化学を提示して周期表を再配置させた。以降、(n,2n)・(α,2n) 反応による ^241Am・^242Cm 合成、重イオン ^12C ビームを用いた ^243Bk・^246Cf 合成などへ展開した。これら化学データは Fermi Sea Model や Shell Model のマジックナンバー延伸を裏付け、現行の Island of Stability 探索にも寄与している。放射化分析、遅延中性子法、熱イオン化質量分析を伴う同位体比測定は、燃料サイクル管理および非拡散検証の標準手法になった。マクミランとシーボーグの共同研究は元素合成、分離科学、核データ体系化の始点として現在も引用され続けている。