| 研究課題/領域番号 |
22K14631
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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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| 審査区分 |
小区分31010:原子力工学関連
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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 |
樋川 智洋 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 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (90783316)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 誘電分光 / 複素誘電関数 / 放射線分解 / スパー / 燃料サイクル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
燃料サイクルにおける放射性核種の化学分離工程で重要となる、溶液中で放射線が引き起こす現象を解明するには、放射線で生成する活性種の初期空間分布が重要となる。そこで本研究は、溶液がもつ固有の物理量である複素誘電関数に着目して、放射線により発生する活性種の初期空間分布の理論予測を目指す。そのために放射性核種の化学分離に用いられる有機溶媒を対象として、誘電分光研究を実施する。溶液中の分子が、放射線により発生した活性種に対してどのように応答し、活性種が持つ運動エネルギーをどのように吸収するのかを明らかにすることで、活性種の初期空間分布を決定するスパーの形成メカニズムの解明に貢献する。
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| 研究実績の概要 |
本事業期間において、放射性核種の抽出分離に用いられる有機溶媒(抽出溶媒)を対象とした誘電分光研究を実施することで、放射線により生成する活性種と抽出溶媒中の分子との相互作用を明らかにし、スパー形成メカニズムの解明を目指す。
2022年度は、周波数特性の異なる2種類の誘電分光測定手法を組合わせることで、キロヘルツからギガヘルツの広範囲にわたる周波数領域をカバーする誘電分光測定系を構築し、抽出溶媒などの複素誘電関数を取得した。これらの周波数領域では溶媒中の分子の回転配向に起因する分極モードが観測された。また水(比誘電率:78)やエタノール(比誘電率:25)などの極性の強い溶媒中ではこの分極モードに起因する誘電損失がギガヘルツ領域で観測されたのに対し、放射性核種分離用抽出剤の一つであるTODGA(テトラオクチルジグリコールアミド、比誘電率:7.0)やHONTA(ヘキサオクチルニトリロトリアセトアミド、比誘電率:8.7)の誘電損失はメガヘルツ以下の領域にシフトしており、ギガヘルツ領域では誘電損失は観測されなかった。
この分極モードは活性種のスパー内でのクーロン束縛を弱める働きがあると考えられる。ギガヘルツ領域で観測された分極モードは、時間で考えるとおよそピコ秒領域の応答に対応する。つまり抽出溶媒中で発生した活性種は、周囲の分子がナノ秒以上をかけてゆっくり分極応答するために、ピコ秒以下の時間において非極性溶媒中のようにより強固にクーロン束縛される可能性が示唆された。
以上により、複素誘電関数の取得が可能となったことで、抽出溶媒中の分子と活性種との相互作用について予測・評価する方法を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度に予定していた誘電分光測定系の構築及び整備は当初の計画通りに進んでおり、既に評価対象としていた溶媒について複素誘電関数を取得できている。進捗状況はおおむね順調である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度に得られた抽出溶媒の複素誘電関数を基に、スパー形成メカニズムで重要となる熱化過程及びクーロン力による束縛過程を特徴づけるパラメーターとなるエネルギー損失関数及びクーロン力の時間変化を導出することで、放射線により発生した活性種に対して溶液中の分子がどのように応答し、活性種が持つ運動エネルギーをどのように吸収するかを明らかにする。
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