2018 Fiscal Year Research-status Report

電子強誘電体の特徴を活かした新規セシウム除染材料の開発

Research Project

Project/Area Number	17K19090
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	吉井賢資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物質科学研究センター, 研究主幹 (90354985)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	池田直岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00222894) 林直顕一般財団法人生産開発科学研究所, その他部局等, 研究員(移行) (70346047) 辻卓也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物質科学研究センター, 研究職 (80596007)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2020-03-31
Keywords	電子強誘電体 / セシウム / マルチフェロイック / 鉄酸化物 / 除染
Outline of Annual Research Achievements	対象となる物質である電子強誘電体RFe2O4について、R3+のイオン半径が最大のYFe2O4と最小のLuFe2O4に対してセシウム吸着実験を行った。上記2種類の試料を乳鉢で細かく粉砕し、CsCl水溶液（濃度0.01重量%程度）に24時間程度浸透させた。前年度行った実験からは、浸透させた試料のX線回折パターンが変化した。すなわち、試料にセシウムが吸着していることが示唆された。本年度は吸着の有無を観測するため、放射光を用いた吸収分光測定を行った。SPring-8のBL14B1において、CsのK吸収端の吸収分光測定（広域X線吸収微細構造；EXAFS）測定を行った。しかし、両方の試料とも、セシウムの光吸収は観測されなかった。すなわち、試料にセシウムは吸着していることは認められなかった。これと並行し、RFe2O4と関連構造を有する強誘電体R2Fe3O7についてもセシウム吸着実験を行うため試料合成を行った。対象物質は空孔と見做せる構造を有するが、セシウムを吸着させるため空孔を大きくする必要があることから、R3+イオンを変えて実験を行った。しかし、空孔が小さくなるR=Scの一部置換は成功したものの、空孔を広げてセシウムを吸着させる可能性を有する大きなR3+（Tm3+など）の置換では単相物質は得られなかった。また、前年度行ったRFe2O4の強誘電相の理論解析を行った。Rと誘電性の相関について検討を行う目的から、平均場近似計算を行った。最も物性が調べられているLuFe2O4については、誘電性を持つ電荷秩序構造は出現するものの、最安定な状態ではないことなどが分かっていることから、R=Yなど他の希土類でも計算を行った。R3＋のイオン半径により強誘電相が再安定になるか否かを検証しようとしたが、LuFe2O4の明瞭な違いは見られなかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 対象物質のセシウム吸着の有無を観測するための放射光吸収測定は行えた。また関連系R2Fe3O7について、単相となるR3+イオンに制限があることが分かったことは固体化学的な知見である。さらに、R=Lu以外の系について理論計算を行った。しかし、電気炉のマシンタイムが確保できなかったため合成が遅れたことと、また、セシウムの吸着が観測されていないため、この区分となった。
Strategy for Future Research Activity	5.研究実績の概要で述べたR2Fe3O7の合成を進め、セシウム吸着の有無を調べる。対象物質は常温において電気分極を持つため、水溶液中では、表面電荷が極性分子である水分子により中和されている可能性がある。これにより分極がない状態になっている可能性があるため、強誘電相転移温度以上の高温（数十℃以上）からのセシウム吸着も試みる。この実験についても、5.研究実績のX線回折測定および水溶液のセシウム濃度分析を行う。
Causes of Carryover	（理由） 7.現在までの進捗状況で述べた通り、電気炉マシンタイムの確保不足等で実験が遅れたことにより、H30年度に実施できなかった実験に係る経費が次年度使用額として生じることとなった。（使用計画） H31年度はR2Fe3O7試料などの作製に注力するため、希土類試薬の購入に使用する。また、試料の磁化測定を行うための冷媒としてヘリウムガスを購入する。