| Project/Area Number |
22KJ2553
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| Project/Area Number (Other) |
22J12551 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 17050:Biogeosciences-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
佐藤 有汰留 (2023) 広島大学, 先進理工系科学研究科, 特別研究員(PD)
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| Research Fellow |
佐藤 有汰留 (2022) 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 相対論的量子化学 / 量子化学計算 / 電子相関 / ウラン / 同位体分別 |
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| Outline of Research at the Start |
天然のウランには半減期の長いU-235とU-238という同位体が存在し、その同位体比の変動は地球化学で広く議論される。ウラン同位体分別の機構解明のためには、平衡論的同位体分別係数εと速度論的同位体分別係数αの理論計算が有効である。しかし、αには遷移状態が関与し、ウランのような重元素ではαの計算手法は未確立である。本研究では、相対論的量子化学に基づいた重元素のαの計算手法開発を目指してきた。しかしながら遷移状態の探査を考える中で、平衡系での電子相関の影響を検証する重要性に気付いた。そのため、αの計算に着手する前に、平衡系のウラン同位体分別に焦点を当て、電子相関の重要性を議論することとした。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウラン同位体分別の更なる機構解明のためには理論計算が有効である。しかし、ウランは価電子軌道が擬縮退しており、複雑な電子状態をもつため、電子状態計算では電子相関が重要となる。ウラン同位体分別の理論計算に関する先行研究では、電子相関を取り込むことができないHartree-Fock(HF)法が用いられてきた。本研究では、HF法のみでなく密度汎関数理論(DFT)や単参照電子相関法であるMoller-Plesset摂動論(MP2)や結合クラスター法(CCSD, CCSD(T))、多参照電子相関法であるFock-space結合クラスター法(FSCCSD)、完全活性空間摂動論(CASPT2)、および制限活性空間摂動論(RASPT2)を用いて、同位体分別係数εにおける支配的な構成要素である核体積項lnKnvを求めた。電子相関法は計算コストが高く、計算対象が対称性の高い小さい分子に限定されるため、適したサイズの分子に対して計算を行った。いずれの系でも、単参照電子相関法はHFを過小評価しDFTを過大評価したが、多参照電子相関法はDFTと同程度かより小さいlnKnvを与えた。計算対象が小さい分子に限定される電子相関法に対して、HFやDFTは一般的な分子も取り扱える。そこで、εの実験値が報告されている系を模した分子モデルを構築し、HFとDFTを用いてεを求め、実験値と比較した。6価同士では、両手法とも実験値を過大評価し、DFTがより実験値に近い結果を与えた。一方、6価-4価間では、HFは実験値に近い値を与えたが過大評価傾向にあり、DFTは過小評価した。これらの成果に関する論文を執筆し、学術雑誌Phys. Chem. Chem. Phys.誌に投稿し、軽微な修正の後に掲載受理される予定である。
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