2021 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism and structural elucidation of an extractant for minor actinide partitioning
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20H02672
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
宮崎 康典 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 燃料サイクル設計室, 研究員 (10812852)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
穂坂 綱一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員 (00419855)
足立 純一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 講師 (10322629)
下條 竜夫 兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (20290900)
星野 正光 上智大学, 理工学部, 教授 (40392112)
村松 悟 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (40837796)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マイナーアクチノイド / NTAアミド / 放射線分解 / 分子分光 / GRRM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はHONTAの放射線分解に着目し、工学規模の移行時に求められる分解物混入等の安全性評価に寄与する。垂直イオン化エネルギー（VIE; Vertical Ionization Energy）や光分解物等を測定し、初期反応で生成するラジカルカチオンの電子構造を明らかにするとともに、量子化学計算によって、主要な分解機構を解明することを目的とする。
R3年度は、①金板塗布、②加熱気化、③レーザー脱離によるHONTAの真空導入手法をそれぞれ検討した。金板塗布では、光源を真空紫外（VUV: Vacuum UltraViolet）から軟X線に拡張した。放射線反応から、VUVは減速電子等による価電子励起、軟X線は高速電子による内殻電子励起のイオン化をそれぞれ模擬したものである。酸素K端と窒素K端の共鳴励起と非共鳴励起でそれぞれ検出したオージェ電子の運動エネルギーにはスペクトルパターンに違いがみられ、サイト選択的な結合解離の可能性を示唆した。加熱気化では、温度制御可能なサンプルホルダを製作し、アミド基側鎖をメチル基に置き換えたHMNTAでテストした。約110 ℃に加熱後、生成蒸気に対するVUV照射で放出した電子の運動エネルギーは金板塗布HONTAと類似したため、加熱による熱分解等がないことを確認した。レーザー脱離は、R1年度課題の不要イオンの除去方法として、スキマー通過直後にメッシュを取り付けた製品を設計・試作した。
また、サイト選択的な結合解離を光電子－光イオン同時測定（PEPICO : PhotoElectron PhotoIon COindidence）では装置周りの整備を進めるとともに、軟X線とパルスセレクターの組み合せをテストし、ガスの質量スペクトルを取得した。
さらに、上記実験スペクトルの解析に向けたHMNTAの構造最適化を行い、ローカルミニマムにある電子構造を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
所属機関等における新型コロナウイルス感染症の感染拡大防止措置により、レーザー脱離の改良機器を製作するにとどまり、HONTAの真空導入に係る実証実験ができなかった。そのため、研究計画が後ろ倒しになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
R4年度は、HONTAの真空導入手法の確立に向けた①金板塗布、②加熱気化、③レーザー脱離について、実験条件の見直しや妥当性評価を行う。金板塗布は、残留有機物や不純物の混入等が光電子スペクトルに及ぼす影響を明らかにするため、洗浄方法を検討する。加熱気化は新規抽出剤HONTAを用いたVUV照射実験により、スペクトルパターンや熱分解の有無を確認する。また、レーザー脱離では、改良機器による不要イオンの除去性能を調査し、今後の利用可否を判断する。
さらに、PEPICO測定はパルスセレクターとの組み合せを継続し、針先塗布HONTAに対する軟X線照射実験を行うとともに、光電子や生成イオンのスペクトル取得に向けた条件最適化を実施する。
これらに加えて、理論計算によるスペクトルの解析を進める。金板塗布は動力学シミュレーション（e.g. Gromacs）による凝集構造のモデリング、加熱気化＆レーザー脱離では気相孤立系を想定した量子化学計算、特に反応経路探索ソフトGRRM（Global Reaction Route Mapping）を用いたコンフォメーションの選定等を行う。それぞれの系でサンプリングしたHONTAの電子構造をもとにVIEや電子遷移に寄与する分子軌道等の考察に資する。
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