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2020 年度 実績報告書

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

研究課題/領域番号 16H04636
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)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
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
研究実績の概要

事業化を目指した多段濃縮に当り、既に基本的にクリアしないといけない三大障壁①Ca濃度:ほぼ飽和水溶液の3.5M(30% w/w) ②分離係数:1.002~1.004(4段目・反応時間1分・室温) ③分配係数:2~15%を達成し、残る課題は、多段濃縮プロセスでの各段数でのCaの損失をいかに減らし、2相(有機相・水相)から回収Caを共に補いつつ、10倍濃縮に必要な段数:1000段~4000段でグラムオーダーでの回収量を達成するかによる。Ca濃度を維持(分配係数)したまま、同時に高い分離係数も保持できる新しい液液抽出法を開発し、溶媒等へのCa溶解による欠損も無いことも確認済で、水だけでCaをクラウンエーテルから脱着可能な本手法により多段化も可能となる。特筆すべきは①で、最大濃度である飽和水溶液で通水可能で、Ca濃度が樹脂法、電気泳動法と比較し、各々200倍及び800倍であり、2~3桁の生産量の優位性を有している。
水相(3M塩化カルシウム水溶液)と有機相(0.07M DC18C6クロロホルム溶液)をシングルYタイプ-4cm合流長マイクロチップ上を層流送液し反応を室温で行った。流速30μl/分で送液(30分で1ml)し、層流送液後のCa濃度をICP-MSで測定した。従来のスターラーによる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(二層間Ca移行)を、攪拌無しの層流のみのわずか0.3秒(6000倍の高速)で得ることに成功し、10段に要する時間は約2時間で、10倍濃縮に必要な1000段も約1か月のプロセス時間で可能である。通常のバッチ法では実験室レベルでの結果が工業化の際にそのまま適用不可で、再度、原理実現性の検証が要求される。一方、マイクロリアクターは積層化により安価なチップ数を増やすだけで、実現性を確保したまま大量生産スケールアップが可能となる。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

2021年度 大阪産業大学人間環境学研究科, Anawat Rittirong, Study of isotope separation via chemical exchange and electrolytic enrichment(博士論文):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)

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (5件)

  • [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

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Isotope separation by DC18C6 crown-ether for neutrinoless double beta decay of 48Ca2022

    • 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
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2147 ページ: 012015-1, 10

    • 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 Reaction2022

    • 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

    • 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

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Low background measurement in CANDLES-III for studying the neutrino-less double beta decay of 48Ca2021

    • 著者名/発表者名
      S. Ajimura, R. Hazama, P. Noithong, A. Rittirong, et al.,
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 ページ: 092008-1~13

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.103.092008

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Study of Isotope Separation via Chemical Exchange Reaction2021

    • 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

    • 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

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Isotope separation by using crown ether2022

    • 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 ether2022

    • 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 48Ca2022

    • 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 48Ca2021

    • 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 48Ca2021

    • 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-ether2021

    • 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-Ether2021

    • 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 48Ca2021

    • 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-Ether2021

    • 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-Ether2020

    • 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 isotopes2020

    • 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
  • [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

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公開日: 2023-12-25  

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