マイクロリアクターによる多段同位体分離・濃縮

• 研究課題/領域番号: 16H04636
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 大阪産業大学
• 研究代表者: 硲 隆太 大阪産業大学, デザイン工学部, 教授 (00379299)
• 研究分担者: 岸本 忠史 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (90134808)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: 実験核物理 / 素粒子実験 / 化学工学 / 同位体分離 / マイクロ・ナノデバイス / 同位体・放射線化学 / 超分子化学 / 質量分析

研究成果の概要

多段濃縮に向けた化学同位体分離開発：①液液抽出での従来の水溶媒と比べ、Ca30%高濃度(3.5M)に12M塩酸添加で分配係数は約1桁、分離係数は約2倍の1.007の激的な改善を得た。②攪拌子バッチ処理による液液抽出攪拌反応(30分)と同程度の15%分配係数を、攪拌無しマイクロリアクター層流のみでわずか0.3秒（6千倍高速）で達成。③前処理無し＆簡易迅速なICP-MSによる同位体比測定の開発：ホット・リアクションセル法から、クールプラズマ法でAr起因干渉イオンを低減し、高精度な同位体比測定に成功。大量生産に向け、樹脂法/電気泳動法の百/4百倍の高濃度かつ再利用可クラウンエーテルで廉価な濃縮達成。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ニュートリノ質量の絶対値及びマヨラナ性を検証できる二重ベータ崩壊実験において、ニュートリノの質量が標準階層領域も示唆される中、最大のQ値をもつ48Caによるバックグラウンドフリー実験であるCANDLES実験を濃縮48Caを含むCaF2結晶で行うことが、次世代実験として期待されている。Ca濃縮法は未だ電磁法に限られ、価格は高騰（数千万円/グラム）し、世界での市場供給量も既存の数十グラムに限られ、安価な濃縮Ca法開発は、Caトレーサーの医療診断へも画期的なin vivo診断を可能とし、新たな新産業創出に繋がる。核融合炉燃料トリチウム製造の濃縮6Liへの有効性も示され、独自の国産濃縮技術開発が重要。

研究成果

• [雑誌論文] 化学交換法における同位体分別研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、義本孝明、Kumsut Pantiwa, Rittirong Anawat、佐久間洋一、藤井俊行、福谷哲、芝原雄司
  • 雑誌名: 京都大学複合原子力科学研究所「第57回学術講演会報文集」 巻: KURNS-EKR-17 ページ: 34-34
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Isotope separation by DC18C6 crown-ether for neutrinoless double beta decay of 48Ca (2022)
  • 著者名/発表者名: Rittirong A、Yoshimoto T、Hazama R、Kishimoto T、Fujii T、Sakuma Y、Fukutani S、Shibahara Y、Sunaga A
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2147 号: 1 ページ: 012015-012015
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2147/1/012015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of Isotope Separation via Chemical Exchange Reaction (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Hazama, T. Yoshimoto, A. Rittirong, Y. Sakuma, T. Fujii, S. Fukutani, Y. Shibahara, A. Sunaga
  • 雑誌名: KURNS Progress Report 2021 巻: 2021 ページ: 250-250
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 化学交換法における同位体分別研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、義本孝明、Rittirong Anawat、佐久間洋一、藤井俊行、福谷哲、芝原雄司、砂賀彩光
  • 雑誌名: 京都大学複合原子力科学研究所「第56回学術講演会報文集」 巻: KURNS-EKR-15 ページ: 47-47
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Low background measurement in CANDLES-III for studying the neutrinoless double beta decay of 48Ca (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Ajimura, W. M. Chan, K. Ichimura, T. Ishikawa, K. Kanagawa, B. T. Khai, T. Kishimoto, H. Kino, T. Maeda, K. Matsuoka, N. Nakatani, M. Nomachi, M. Saka, K. Seki, Y. Takemoto, Y. Takihira, D. Tanaka, M. Tanaka,K.Fushimi(64番目)他50名
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 号: 9 ページ: 092008-092008
  • DOI: 10.1103/physrevd.103.092008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of Isotope Separation via Chemical Exchange Reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Hazama, T. Yoshimoto, A. Rittirong, Y. Sakuma, T. Fujii, S. Fukutani, Y. Shibahara, A. Sunaga
  • 雑誌名: KURNS Progress Report 2020 巻: 2020 ページ: 227-227
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 化学交換法における同位体分別研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、義本孝明、Rittirong Anawat、佐久間洋一、藤井俊行、福谷哲、芝原雄司
  • 雑誌名: 京都大学複合原子力科学研究所「第55回学術講演会報文集」 巻: KURNS-EKR-10 ページ: 31-31
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Upgrading of shielding for rare decay search in CANDLES (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima et al.
  • 雑誌名: Progress in Nuclear Science and Technology 巻: 6 号: 0 ページ: 144-147
  • DOI: 10.15669/pnst.6.144
  • NAID: 120006778749
  • ISSN: 2185-4823
  • 年月日: 2019-01-31
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of Isotope Separation via Chemical Exchange Reaction (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Hazama, T. Yoshimoto, Y. Sakuma, T. Fujii, T. Fukutani, Y. Shibahara
  • 雑誌名: KURNS Progress Report 2018, April 2018-March 2019 巻: 2018 ページ: 252-252
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Determination of tritium levels in tap waters collected from various regions in Thailand using liquid scintillation counting (2019)
  • 著者名/発表者名: A Rittirong, P Noithong, R Hazama, Y Sakuma, K Saenboonruang and W Sudprasert
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 1285 号: 1 ページ: 012021-012021
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1285/1/012021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Regional Distribution of Tritium Content in Tap Water Collected in Thailand and Eastern China (2019)
  • 著者名/発表者名: A Rittirong, P Noithong, R Hazama, Y Sakuma, K Saenboonruang and W Sudprasert
  • 雑誌名: Proc. 20th Workshop on Environmental Radioactivity, KEK Proc. 巻: 2019-2 ページ: 72-77
  • 査読あり
• [雑誌論文] 化学交換法における同位体分別研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太, 義本孝明, 佐久間洋一, 藤井俊行, 福谷哲, 芝原雄司
  • 雑誌名: 京都大学複合原子力科学研究所「第53回学術講演会報文集」 巻: KURRI-KR-213 ページ: 39-39
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Background studies of high energy γ rays from ( n,γ ) reactions in the CANDLES experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: K.Nakajima, T.Iida, （途中省略）, S. Yoshida, N. Yotsunaga （著者41名）
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 100 ページ: 54-60
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2018.02.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance of updated shielding system in CANDLES (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Nakajima, （途中省略）, S.Umehara, W.Wang, S.Yoshida and N.Yotsunaga （著者41名）
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1921 ページ: 060003-060003
  • DOI: 10.1063/1.5018999
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of Isotope Separation of Strontium and Calcium via Chemical Exchange Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Hazama, Y. Sakuma, T. Yoshimoto, T. Tatsubo, T. Fujii, T. Fukutani, Y. Shibahara
  • 雑誌名: KURRI Progress Report 2017(April 2017 - March 2018) 巻: 2189-7093 ページ: 104-104
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] マイクロチップによる同位体分離 (2018)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、濱崎竜英、佐久間洋一
  • 雑誌名: 大阪産業大学産業研究所所報 巻: 41 ページ: 47-51
  • NAID: 130007036638
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Search For Neutrino-less Double Beta Decay Of 48Ca- Candles - (2017)
  • 著者名/発表者名: Saori Umehara, T. Kishimoto, M. Nomachi, S. Ajimura, T. Iida, Y. Takemoto, K. Matsuoka, V.T.T. Trang, S. Yoshida 他40名
  • 雑誌名: The Proceedings of The 26th International Nuclear Physics Conference(INPC2016) 巻: PoS INPC2016 ページ: 246-246
  • DOI: 10.22323/1.281.0246
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for neutron-antineutron oscillations at the Sudbury Neutrino Observatory (2017)
  • 著者名/発表者名: B. Aharmin, M. Bergevin, R. Hazama et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 96 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.092005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of Isotope Separation of Strontium and Calcium via Chemical Exchange Reaction (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Hazama, Y. Sakuma, T. Yoshimoto, T. Fujii, T. Fukutani, Y. Shibahara
  • 雑誌名: KURRI Progress Report 2016(April 2016 - March 2017) 巻: 2016 ページ: 17-17
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ストロンチウム及びカルシウムの化学交換法における同位体分別研究III (2017)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、義本孝明、佐久間洋一、藤井俊行、福谷哲、芝原雄司
  • 雑誌名: 京都大学原子炉実験所「第５１回学術講演会報文集」 巻: KURRI-EKR-16 ページ: 46-46
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] マイクロチップによる同位体分離 (2017)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、濱崎竜英、佐久間洋一
  • 雑誌名: 大阪産業大学産業研究所所報 巻: 40 ページ: 41-45
  • NAID: 130007036638
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] The CANDLES experiment for the study of Ca-48 double beta decay (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Iida et al.
  • 雑誌名: Nuclear and Particle Physics Proceedings 巻: 未定 ページ: 2633-2635
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2015.10.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Status and future prospect of 48Ca double beta decay search in CANDLES (2016)
  • 著者名/発表者名: T Iida, K Nakajima, S Ajimura, T Batpurev, W M Chan, K Fushimi, R Hazama, H Kakubata, B T Khai, T Kishimoto, X Li, T Maeda, A Masuda, K Matsuoka, K Morishita, N Nakatani, M Nomachi, S Noshiro, I Ogawa, T Ohata, H Osumi, K Suzuki, Y Tamagawa, K Tesuno, V T T Trang, T Uehara, S Umehara and S Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 718 ページ: 062026-062026
  • DOI: 10.1088/1742-6596/718/6/062026
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of Isotope Separation of Strontium and Calcium via Chemical Exchange Reaction (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Hazama, Y. Sakuma, T. Yoshimoto, T. Fujii, T. Fukutani, Y. Shibahara
  • 雑誌名: KURRI Progress Report 2015(April 2015 - March 2016) 巻: 2015 ページ: 31-31
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ストロンチウム及びカルシウムの化学交換法における同位体分別研究II (2016)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、佐久間洋一、伊藤彩、藤井俊行、福谷哲、芝原雄司
  • 雑誌名: 京都大学原子炉実験所「第５０回学術講演会報文集」 巻: KURRI-KR-207 ページ: 53-53
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] マイクロチップによる同位体分離 (2016)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太、濱崎竜英、佐久間洋一
  • 雑誌名: 大阪産業大学産業研究所所報 巻: 39 ページ: 37-41
  • NAID: 130007036638
  • オープンアクセス
• [学会発表] Isotope separation by using crown ether (2022)
  • 著者名/発表者名: Pantiwa Kumsut, Ryuta Hazama, Takaaki Yoshimoto, Chonlada Pitakchaianan, Kanyanan Kosinarkaranun, Anawat Rittirong
  • 学会等名: 日本原子力学会 2023年春の年会（東京大学）
• [学会発表] Chemical Exchange Isotope Separation by crown ether (2022)
  • 著者名/発表者名: Pantiwa Kumsut, Ryuta Hazama, Takaaki Yoshimoto, Kanyanan Kosinarkaranun, Chonlada Pitakchaianan, Anawat Rittirong, Tadafumi Kishimoto, Toshiyuki Fujii, Yoichi Sakuma, Satoshi Fukutani, Yuji Shibahara
  • 学会等名: 第20回 同位体科学研究会 東京工業大学（ハイブリッド開催）
• [学会発表] Study of calcium isotope separation using DC18C6 crown-ether for the neutrinoless double beta decay of 48Ca (2022)
  • 著者名/発表者名: リッティロン アナワッ ト, カムスット パンテイワ, 義本 孝明, 硲 隆太, 岸本 忠史, 藤井 俊行, 佐久間 洋一, 福谷 哲, 芝原 雄司, 砂賀 彩光
  • 学会等名: 第19回 ホストゲスト・超分子化学シンポジウム 岡山大学
• [学会発表] Calcium isotope separation by DC18C6 crown-ether for neutrinoless double beta decay of 48Ca (2021)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong, Pantiwa Kumsut, Takaaki Yoshimoto, Ryuta Hazama, Tadafumi Kishimoto, Toshiyuki Fujii, Yoichi Sakuma, Satoshi Fukutani, Yuji Shibahara, Ayaki Sunaga
  • 学会等名: 日本原子力学会 2022年春の年会（リモート）
• [学会発表] Calcium isotope separation using DC18C6 Crown-Ether for the study of neutrinoless double beta decay of 48Ca (2021)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong
  • 学会等名: 日本原子力学会関西支部「第17回若手研究者による研究発表会」関西支部賞（奨励賞）受賞
• [学会発表] Isotope separation of 48Ca via liquid-liquid extraction using DC18C6 crown-ether (2021)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong, Pantiwa Kumsut, Takaaki Yoshimoto, Ryuta Hazama, Tadafumi Kishimoto, Toshiyuki Fujii, Yoichi Sakuma, Satoshi Fukutani, Yuji Shibahara, Ayaki Sunaga
  • 学会等名: 第19回 同位体科学研究会 東京工業大学（オンライン）
• [学会発表] Chemical Exchange Isotope Separation of Calcium and Lithium via Organic Phase Macrocyclic Crown-Ether (2021)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong, Takaaki Yoshimoto, Ryuta Hazama, Tadafumi Kishimoto, Toshiyuki Fujii, Yoichi Sakuma, Satoshi Fukutani, Yuji Shibahara, Ayaki Sunaga
  • 学会等名: 2021年 日本原子力学会 秋の大会（オンライン）
• [学会発表] Isotope separation by DC18C6 crown-ether for neutrinoless double beta decay of 48Ca (2021)
  • 著者名/発表者名: A Rittirong, T Yoshimoto, R Hazama, T Kishimoto, T Fujii, Y Sakuma, S Fukutani, Y Shibahara and A Sunaga
  • 学会等名: 16th International Workshop on Separation Phenomena in Liquids and Gases(SPLG2021): Modern problems of separation in nuclear fuel cycle, Moscow(オンライン）
  • 国際学会
• [学会発表] Isotope Separation of Calcium and Lithium by Chemical Exchange Method using DC18C6 Crown-Ether (2021)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong, Pannipa Noithong, Takaaki Yoshimoto, Ryuta Hazama, Tadafumi Kishimoto, Toshiyuki Fujii, Yoichi Sakuma, Satoshi Fukutani, Yuji Shibahara, Ayaki Sunaga
  • 学会等名: 第18回 ホストゲスト・超分子化学シンポジウム 大阪大学（オンライン）
• [学会発表] Calcium and Lithium Isotope Separation by Liquid-Liquid Extraction (LLE) using DC18C6 Crown-Ether (2020)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong, Pannipa Noithong, Takaaki Yoshimoto, Ryuta Hazama, Tadafumi Kishimoto, Toshiyuki Fujii, Yoichi Sakuma, Satoshi Fukutani, Yuji Shibahara
  • 学会等名: 日本原子力学会 2021年春の年会（リモート）
• [学会発表] A Study of Liquid-Liquid Extraction using DC18C6 Crown-Ether on Calcium and Lithium isotopes (2020)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong, Pannipa Noithong, Takaaki Yoshimoto, Ryuta Hazama, Tadafumi Kishimoto, Toshiyuki Fujii, Yoichi Sakuma, Satoshi Fukutani, Yuji Shibahara
  • 学会等名: 第18回 同位体科学研究会（リモート）
• [学会発表] 超高純度NaI(Tl)による宇宙暗黒物質探索 & 48Caの新濃縮法開発(CANDLES実験) (2020)
  • 著者名/発表者名: 硲 隆太
  • 学会等名: 金沢大学素粒子・宇宙・理論物理研究室セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 化学交換法における同位体分別研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 硲 隆太, 義本孝明, 佐久間洋一, 藤井俊行, 福谷哲, 芝原雄司
  • 学会等名: 京都大学複合原子力科学研究所「第53回学術講演会」
• [学会発表] Tritium Concentrations in Precipitation and Tap Water Collected at Osaka, Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Anawat Rittirong
  • 学会等名: 第2回日本放射線安全管理学会・日本保健物理学会合同大会 (東北大学)
• [学会発表] 液体シンチレータを用いたトリチウムの微量計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 硲 隆太
  • 学会等名: Scintillator for Medical, Astroparticle and environmental Radiation Technologies(SMART2019)
• [学会発表] Determination of Tritium Levels in Tap Waters Collected from Various Regions in Thailand Using Liquid Scintillation Counting (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Rittirong
  • 学会等名: International Nuclear Science and Technology Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 化学交換法における同位体分別研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 硲隆太, 義本孝明, 佐久間洋一, 藤井俊行, 福谷哲, 芝原雄司
  • 学会等名: 京都大学原子炉実験所「第52回学術講演会」
• [学会発表] 化学交換法における同位体分別研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 硲 隆太、義本孝明、佐久間洋一、藤井俊行、福谷哲、芝原雄司
  • 学会等名: 京都大学原子炉実験所「第５２回学術講演会」
• [学会発表] ICP-MS for CANDLES (2018)
  • 著者名/発表者名: 硲 隆太
  • 学会等名: 新学術領域「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」 「極低放射能技術」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ストロンチウム及びカルシウムの化学交換法における同位体分別研究 III (2017)
  • 著者名/発表者名: 硲 隆太、義本孝明、佐久間洋一、藤井俊行、福谷哲、芝原雄司
  • 学会等名: 京都大学原子炉実験所「第５１回学術講演会」
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所, 大阪
  • 年月日: 2017-01-26
• [学会発表] Recent Tritium Levels in Tap Waters Collected at the Eastern Part of China (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Hazama
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Symposium on Radiochemistry (APSORC17)
  • 国際学会
• [学会発表] 中国東部で採取した水道水のトリチウム濃度変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 硲 隆太、王 躍強、黄 逸帆、佐久間 洋一
  • 学会等名: 日本保健物理学会第50回研究発表会・日本放射線安全管理学会第16回学術合同大会
• [図書] 環境サイエンス入門 人と自然の持続可能な関係を考える (2017)
  • 著者名/発表者名: 前迫 ゆり, 鶴田 哲也, 硲 隆太, 他13名
  • 総ページ数: 378
  • 出版者: 学術研究出版/BookWay
  • ISBN: 4865842128
• [備考] CANDLES 宇宙 物質の起源を探る二重ベータ崩壊
  • URL: https://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/candles/
• [備考] 大阪産業大学産業研究所所報第44号 マイクロリアクター・超分子化学による卓上同位体分離プラント
  • URL: https://www.osaka-sandai.ac.jp/research/pdf/result/44/K-4.pdf
• [備考] 大阪産業大学産業研究所所報第45号 マイクロリアクター・超分子化学による卓上同位体分離プラント
  • URL: http://www.osaka-sandai.ac.jp/research/wp-content/uploads/sites/8/2023/05/K-2.pdf
• [備考] 京都大学複合原子力科学研究所 学術講演会報文集
  • URL: https://www.rri.kyoto-u.ac.jp/archives/6364
• [備考] 京都大学複合原子力科学研究所 KURNS Progress Report
  • URL: https://www.rri.kyoto-u.ac.jp/PUB/report/11_kurns.pr.html
• [備考] CANDLES 宇宙 物質の起源を探る二重ベータ崩壊
  • URL: https://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/candles/
• [備考] CANDLES 宇宙・物質の起源を探る二重ベータ崩壊
  • URL: https://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/candles/index.html
• [備考] CANDLES 宇宙 物質の起源を探る二重ベータ崩壊
  • URL: http://www.rcnp.osaka-u.ac.jp/candles/
• [備考] 宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究
  • URL: http://www.lowbg.org/ugnd/