Theoretical study of physicochemical process for water photolysis and radiolysis
| Project/Area Number |
22K04993
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
甲斐 健師 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (70403037)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 水の光分解・放射線分解 / モンテカルロコード |
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| Outline of Research at the Start |
水の光分解・放射線分解に関する基礎研究は、生命科学や原子力科学における新たな知見となる。その過程は、物理・物理化学・化学過程に分類される。その中でも特に、化学活性種の初期生成に相当する物理化学過程は、実験・シミュレーション共に非常に困難であり、多くの未解明メカニズムが存在する。本研究では、物理化学過程に特化した計算コードを高度化することで、ラジカルの初期生成メカニズムを解明し、得られた結果を化学過程に接続することで、水分解の全貌解明を目指す。この基礎科学における新展開は、自然科学におけるブレークスルーとなり、水分解が関与する生命科学・原子力科学のみならず様々な分野のイノベーションに貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
水の光分解・放射線分解に関する最先端の基礎研究は、生命科学における放射線DNA損傷や原子力科学における水化学の新たな知見となるため社会的関心が非常に高い。その過程は、物理・物理化学・化学過程に分類される。その中でも特に、化学活性種の初期生成に相当する物理化学過程は、実験・シミュレーション共に非常に困難であり、多くの未解明メカニズムが存在する。本研究では、物理化学過程に特化した計算コードを高度化することで、ラジカルの初期生成メカニズムを解明し、得られた結果を化学過程に接続することで、水分解の全貌解明を目指す。この基礎科学における新展開は、自然科学におけるブレークスルーとなり、水分解が関与する生命科学・原子力科学のみならず様々な分野のイノベーションに貢献する。
令和5年度は、水の光分解により生じるスパーの初期空間分布を理論予測した。その結果は実験値を再現し、物理化学コードを検証した。本研究でさらに、水中における電子の減速、熱化、水和の時間スケールを決定することにも成功した。この成果を発展させ、スパーのエネルギー付与依存性を明らかにした。ここでは、スパー半径と電子の熱化の関係を明らかにすることにも成功した。また、水の光分解の結果生じる水の分解化学種の拡散反応をシミュレーションする化学コードを開発した。この化学コードを利用した、水の分解化学種が誘起するDNA損傷の収量を理論予測可能にした。これにより、放射線物理と放射線化学の理論的融合研究を推進した。これらの成果は、今後展開する水分解の全貌解明に向けた基礎基盤となる。
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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
令和5年度は当初計画どおりに以下、(1)～(3)に挙げるとおり、物理化学過程における研究成果を挙げ、化学コードの開発に成功したことから、おおむね順調に進展している、と判断する。
(1)水の光分解の結果生じるスパーの空間分布を理論予測し、化学実験から得られた実験値を再現することに成功し、米国物理学協会のThe Journal of chemical physics (IF=4.4)に掲載された。
(2)光分解におけるスパーのエネルギー付与依存性を明らかにした。これにより、スパー半径と電子の熱化時間の関係が明らかになり、英国化学会のRSC Advances (IF=3.9)に掲載された。
(3)放射線物理と放射線化学の理論的融合研究を展開するための、化学コードを開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度は、以下に挙げる(1)～(3)を実施する。
(1)開発した物理化学コードと化学コードを接続し、水の光分解における実験結果を解析することで、新たな光速化学反応経路の発見を目指す。
(2)物理化学コードと化学コードを発展させ、水の放射線分解に関する物理と化学の理論的融合研究を推進する。
(3)開発した化学コードを利用した応用研究を展開する。ここでは、放射線生物影響に関与する複雑なDNA損傷の定量的評価を実施する。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
