2023 Fiscal Year Annual Research Report
Nanoscopic structures for separating radioactive metal ions in liquid-liquid extraction
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22H02010
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
元川 竜平 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 (50414579)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青柳 登 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 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (80446400)
上田 祐生 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 (80806638)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 中性子小角散乱 / 分離 / 抽出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
６価のウランに対して３級アミンを用いて溶媒抽出する際に、アミンの分子構造に依存して有機相の相分離（第三相の生成）の起こりやすさを検討した。アミン分子の窒素には３本のアルキル鎖が結合している。このアルキル鎖の長さと分岐数を系統的に変化させてウラン抽出を行った場合の有機相の安定性について検討した。その結果、分岐度が大きく、かつ、分岐したアルキル鎖の長さが長いほど第三相をつくりにくく、安定な有機相をつくることが明らかになった。次年度以降、ウランの抽出効率との関係を詳細に調べることで理想的な抽出剤の分子構造を提案したい。昨年度からの継続で、抽出錯体の立体異性体がその凝集にどのような影響を与えるか計算機シミュレーションから明らかにする検討を継続している。今年度は、マンチェスター大学のAndrew Masters教授が原子力科学研究所を訪問することで、中性子散乱による実験データをシミュレーションに組み込むための議論が集中的に進められた。また、ウランの分離に関連する内容として、イオン性界面活性剤による泡沫種を用いた鉱物種の分離についても溶媒抽出との比較を行う観点から検討を行った。中性子小角散乱測定により、界面活性剤による泡の膜厚、膜内で界面活性剤がつくるミセルの構造、泡沫の凝集状態等を明らかにしている。溶液のpHに依存して、どのようなメカニズムで鉱物種が分離されるのか、あるいは、どのようにプロセスを組むことによって効率的な分離が可能になるかを提案することに成功した。この成果はアメリカ化学会の学術誌Langmuirで公開され、Journal Supplemental Cover Artにも選出された。
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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
第三相の生成に対して、抽出種の異性体の効果についての知見を得ることや、抽出剤の化学構造の最適化に関する研究が順調に進捗している。中性子小角散乱法や放射光分析技術を用いた実験が有効に働いており、次年度以降も計画的に研究を進めていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
ウランをはじめとする様々な抽出錯体溶液について得られた中性子小角散乱データを定量的に分析して、そのナノ構造を決定するとともに、計算機シミュレーションを組み合わせることでそれぞれのナノ構造の自由エネルギーを評価する。これにより、抽出の起こりやすさとの関係性について議論を進める。
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