| Project/Area Number |
20K20557
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
若狭 雅信 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40202410)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢後 友暁 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (30451735)
吉田 陽一 大阪大学, 産業科学研究所, 招へい教授 (50210729)
神戸 正雄 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60705094)
前田 公憲 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70229300)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,260,000 (Direct Cost: ¥10,200,000、Indirect Cost: ¥3,060,000)
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| Keywords | 同位体濃縮 / スピン化学 / パルスマイクロ波 / パルスラジオ波 / 磁場効果 / 選択的同位体濃縮 |
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| Outline of Research at the Start |
従来の質量数の差を用いた同位体濃縮とは原理が全く異なる，我々が開発した磁場を用いた同位体濃縮法をさらに発展させ，磁場とマイクロ波およびラジオ波を用いた新しい同位体濃縮法を開発する。具体的には，既存の電子スピン共鳴装置を改良し，任意波形信号発生器(Arbitrary Waveform Generator (AWG))からのラジオ波(RF)を試料に照射できようにする。磁場中でラジカル対に共鳴するパルスマイクロ波と選択的スピン緩和 (励起) させたい核スピンにAWG-RFを照射し，特定の同位体を含むラジカル対の三重項状態を一重項状態に変化させて生成物に導き，選択的同位体濃縮を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的であるパルスマイクロ波およびパルスラジオ波を用いた新しい選択的同位体濃縮法の確立を目指して，2023年度は主に以下の研究を行った。
（１）キサントン，ベンゾフェノンなどの芳香族カルボニル化合物の光誘起電子移動反応および水素引き抜き反応において，磁場下でのAWG-RF照射効果を過渡吸収で観測した。さらに，反応条件および照射パルス強度等の影響を詳細に検討し，AWG-RF照射効果の最適化をはかった。
（２）Brij35ミセルに加えて，SDSミセル，イオン液体，およびメソポーラスシリカMCM-41など，幅広い反応場における生成物の実用的な分離方法を検討し，前処理ならびにゲル濾過カラムを用いた高効率な分離手順を構築した。
（３）キサントンやベンゾフェノンなどの13C/12C同位体比標準サンプルの反応に加えて，例えば，有機ケイ素化合物の励起三重項経由の反応における生成物の29Si/28Si同位体比の精密測定方法を検討した。29Si/28Si同位体比測定においては，生成物の分離も同時に行える，ガスクロマトグラフィー質量分析計の使用も検討した。
（４）ベンゾフェノンとフェノールの２分子反応に対して，18O同位体濃縮を目指しての生成物分離を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ感染症のため研究代表者および分担者の移動が妨げられていたが，感染者数が減少してきたので感染対策を十分にとって同位体比測定に関する研究を実施するなど，ほぼ計画通りに研究は進行した。
具体的には，低磁場下でAWG-RFを照射することでラジカルの収率が変化することを過渡吸収を用いて明らかにした。また，AWG-RF照射効果のの最適化を図る事ができた。同位体比測定に関しても，13C濃縮のベンゾフェノンと標準のベンゾフェノンについて，高精度同位体比測定の条件を決めることができた。Brij35以外のミセルなど，種々の反応場にについても反応生成物分離の高効率化の指針ができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）特異なナノ反応場の利用した選択的同位体濃縮：Brij35ミセルに加えて，令和５年度に生成物の実用的な分離方法を検討したSDSミセル，イオン液体，およびメソポーラスシリカMCM-41のナノ細孔を用いて，磁場下でのラジカル対の反応に対するAWG-RF照射効果を生成物ベースで検討し，さらに選択的同位体濃縮の実現を目指す。
（２）種々の反応系を用いた選択的同位体濃縮：29Siおよび33Sについても，磁場効果が観測された反応系を用いて，選択的同位体濃縮を試みる。加えて，生成物分離を令和５年度に検討したベンゾフェノンとフェノールの反応を用いて，核スピンのない18O (0.200 %)を散逸生成物中に濃縮することにも挑戦する。
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