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アクチノイド物性化学分野

アクチノイドの化学的物性は、5f電子に関するより重い元素になるほど顕著になる相対論的な振る舞いにより、結合に関与する軌道の変化により希土類から遷移金属までのハード・ソフト性の中で大きな変化を見せます。

遷移金属元素や希土類元素の化学に見られないこの5f電子の性質に基づくアクチノイドの物性化学自体も興味深いものの、このような性質が、近年では伝播性ガンへの適応のため放射性医薬品としてが研究される短寿命アクチノイド、福島事故の廃止措置に代表される超長期の放射性廃棄物に分類されるアクチノイド元素をどのように安定化するかに欠かせないものです。

このようにアクチノイド物性化学について、実験(電気化学、錯体化学、固体化学)、量子計算の両面から研究を進展させることを目指しています。

微量のアクチノイド化合物に対して放射光(Spring-8)、ICP-MSや電気化学、α線の利用で、先端的な研究を行います。

教員

山村 朝雄 ( Tomoo YAMAMURA )

教授(複合原子力科学研究所)

研究テーマ

アクチノイド物性化学の研究と、これに基づく核医薬アクチノイド錯体の研究と放射性廃棄物の安定化に関する研究

連絡先

複合原子力科学研究所 研究棟 2階204号室
TEL: 072-451-2442
E-mail: yamamura@* (スパム対策のためメールアドレスを省略しております。@の後にはrri.kyoto-u.ac.jpを追加して下さい。)

田端 千紘(Chihiro TABATA)

助教(複合原子力科学研究所)

研究テーマ

アクチノイド化合物の磁性の微視的手法(量子ビーム散乱、核磁気共鳴等)を用いた研究

連絡先

複合原子力科学研究所 研究棟 3階307号室
TEL: 072-451-2469
E-mail: tabata.chihiro.3z@*(@の後はkyoto-u.ac.jp)

 

研究テーマ・開発紹介

アクチノイド・フタロシアニン錯体の研究

フタロシアニン錯体は、レドックス活性、光への高い安定性、近赤外吸収の特性があり、従来より実用に供されてきました。私たちはこのアクチノイド錯体を少量で調製・精製・結晶成長させる方法を工夫して構築しています。このように作られた錯体について、磁気異方性や核医薬への応用の検討を行なっています。

電解還元で得られた3価のウラン水溶液

図-1 電解還元で得られた3価のウラン水溶液 

核燃料や放射性廃棄物の先進的な化学処理法に関わる基礎及び工学研究

将来の核燃料サイクルに利用できるような、核分裂生成物やアクチニドの先進的な化学処理法を研究しています。一例として、濃厚水溶液を用いたウランの析出法に関する研究を紹介します。一般に、水溶液に溶存するウラニルイオンを二酸化ウランに還元することは、水の分解反応が起こるため難しいのですが、水和物溶融体という濃厚電解質溶液を用いると二酸化ウランを還元回収することが可能となります。

図-3は、塩化ウラニルの濃厚水溶液です。

図-4は、水和物溶融体を用いて還元回収した二酸化ウランです。

この他、湿式再処理法に関する核種分配挙動を研究しています。また、放射性核種の消滅を目指した「群分離核種変換技術」の基礎データとして必要な中性子核反応断面積を測定する実験を、放射化学的な手法により支援しています。

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図-3 塩化ウラニルの濃厚溶液

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図-4 還元回収した二酸化ウラン。

化学分配平衡に現れる特異な同位体効果のメカニズムの解明

同位体どうしの化学的な性質は、わずかながら異なります。この化学的な性質の違いを利用した同位体分離法に化学交換法というものがあります。化学交換法には交換蒸留法やイオン交換法などがあります。

クラウンエーテルと呼ばれる大環状化合物を用いた化学交換系では、大きな同位体効果が観測されることが知られています。私たちは大環状化合物などを用いた化学交換系での同位体効果を研究しており、その研究から、色々な元素での特異な同位体効果(質量にかかわらない同位体効果)を発見しています。 現在、特異な同位体効果の原因は、核の体積や、核スピンの影響であると言われています。

図5はカドミウムの天然同位体を実験的に同位体濃縮した際の同位体濃縮係数を示したもので、ある同位体ペアで規格化し、質量にかかわらない同位体効果を評価したものです。同様に核の平均自乗半径を規格化したものを示しました。両プロファイルが酷似していることからも、質量に関わらない同位体効果の発現メカニズムに原子核の大きさや形が関与していることが伺えます。

地球化学の分野では、隕石中に特異的な同位体比変動を示すものがありますが、この同位体比変動のプロファイルが私たちの研究している質量に関わらない同位体効果のプロファイルに似ていることは興味深く、そのような天然試料中での同位体分別と化学同位体効果との相関も研究しています。

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図-5 カドミウムの同位体濃縮挙動