| 研究課題/領域番号 |
20K19999
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分64030:環境材料およびリサイクル技術関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
松田 晶平 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, 研究開発アシスタント (00824591)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 共鳴多光子電荷移動 / レーザーアシスト元素分離 / 選択励起 / 共鳴吸収 / 多光子過程 / ランタノイド / アクチノイド / f電子 / fブロック元素 / f軌道電子 / 元素分離 / f-f遷移 / 多光子励起 / 光酸化還元反応 / 価数制御 / 4f元素 / 5f元素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有用金属のリサイクルや放射性廃棄物の減容化には、4f及び5f元素の分離回収技術が必要である。化学的選択性に基づく従来の方法には、煩雑な多段操作や二次廃棄物の発生などの課題がある。そこで、光による分離を目指し、f電子の元素固有の吸収に着目する。f軌道電子を多光子励起することで酸化還元反応を引き起こし、特定元素の価数を制御する。この手法を利用した元素分離を実証し、光による4f及び5f元素の分離回収技術の基礎を確立する。
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| 研究成果の概要 |
ランタノイドとアクチノイドのf-f遷移を介する共鳴多光子電荷移動の研究を行った。メタノール溶媒中の3価ユウロピウムの共鳴2光子還元の量子収率を決定した。また、3価アメリシウム硝酸錯体における共鳴多光子電荷移動を発見した。これはアクチノイドで初めての観測であり、共鳴多光子電荷移動による酸化反応の最初の例である。そして、レーザー照射実験、放射光X線吸収微細構造解析、量子化学計算などからメカニズムを解明した。さらに、共鳴多光子電荷移動による酸化状態の制御と溶媒抽出を組み合わせた、新奇なfブロック元素分離法である「レーザーアシスト元素分離」を実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で実証したレーザーアシスト元素分離は、他のfブロック元素へ適用できる可能性がある。そして、原理的には周期表で隣り合う元素の相互分離も可能である。そのため、光による元素選別を用いる分離に初めて成功したことは、予想を上回る成果であり、1つの分岐点と言えるほど大きなインパクトがある。実用に向けての現実的な次のステップとして、励起状態の情報を実験的に明らかにし、効率的な励起プロセスの開拓が期待される。また、本研究はアクチノイドの光化学分野の発展に貢献する。アクチノイドは多数の酸化状態をもつため、配位子を選択することで酸化あるいは還元の自在な制御も期待される。
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