2016 Fiscal Year Annual Research Report
原子価変化に誘起されるアクチノイドナノ粒子の凝集と溶解
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15H04247
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
北辻 章浩 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 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (30354898)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | アクチノイド / コロイド / 電解析出 / 水晶振動子マイクロバランス / 電解還元 / 放射性廃棄物処分 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①凝集相に触媒されるウランの原子価変化
ウランの還元により電極上へ析出した4価ウラン化合物の作用により5価ウランの還元が促進されること、この還元－析出反応が3段階の反応過程に分けられることを、これまでに明らかにしてきた。
本年度は、この電極上へ析出するウラン化合物を同定することを目的に、電解還元速度と析出反応速度の相関を詳細に調べた。電気化学水晶振動子マイクロバランス測定装置を用いて、6価ウラニルイオンを電解還元し、電極上へ析出する凝集体の生成量と電解電流を同時測定した。その結果、pHがおよそ4以上の溶液中では、電解による還元電流から求めた4価ウランの生成量と析出するウラン量が一致することが分かった。即ち、生成した4価ウランの全てが電極上に析出する。また、電極上へ析出するウラン化合物の重量変化速度の解析から、電解析出過程の第２段階では、ウラン水酸化物が成長し、第３段階では酸化物が生成していることを明らかにした。
②ネプツニウムイオンの電解凝集過程
pH 2以上の弱酸性溶液中では、酸性溶液で観察されるNp(III)／(IV)イオンがメディエータとして作用するNp(V)の還元は観測されなかった。より酸性度の低い溶液中でのNp(V)還元の電極反応を調べるためボルタンメトリー測定したところ、-0.75V対銀／塩化銀電極電位にNp(V)→Np(IV)の還元電流ピークを、+0.5 VにNp(IV)の酸化電流ピークを観測した。微小電極を用いた測定である点を考慮すると、この酸化電流は、還元生成物の電極上への吸着種の溶出反応によるものと考えられる。前電解として、-0.7Vを一定時間印加した後、溶出電流を測定すると、ある電解時間以上では酸化溶出電流が飽和することが分かった。これはウランの還元－析出では見られない現象であり、析出化学種が異なると考えられる。
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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
本年度購入した粒子径分布測定装置の契約及び納入が当初予定より遅れたため、電解条件による凝集粒子の粒径変化に関する実験が予定より遅れている。一方、電気化学水晶振動子マイクロバランスによる電解－析出実験と反応解析を先行して実施したため、凝集化学種を推定することができたなど、当初計画以上の成果が得られており、総合的にはおおむね順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
年度計画に基づく複合凝集反応の解明研究を着実に実施する。これに加えて、電極上での析出物の化学状態を調べるため、電気化学インピーダンス測定法を適用して種々の溶液条件で生成する凝集化学種の電気化学特性を明らかにしていく。また、粒子径分布に関する試験を効率的に実施するため、連携研究者の役割分担を明確にして研究を推進する。
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