【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.31】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AE0007
利用課題名 / Title
放射光EXAFSによる新規フッ素溶媒中の抽出金属イオン錯体の構造解析と、分離元素の酸化物・リン酸塩固化体中の電子状態の解明-2
利用した実施機関 / Support Institute
日本原子力研究開発機構 / JAEA
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
放射光XAFS,アクチノイド,ランタノイド,白金族元素,フッ素系溶媒,リン酸塩固化体,放射光/Synchrotron radiation
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
中瀬 正彦
所属名 / Affiliation
東京工業大学 科学技術創成研究院 福島復興・再生研究ユニット
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
針貝美樹,渡邊真太,山村朝雄,牧涼介,菅野直樹
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
小林徹,田端千紘
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
使用済み核燃料再処理で発生する高レベル廃液には少量でも高発熱性、高放射毒性のマイナーアクチニド(MA,アメリシウム(Am)、キュリウム(Cm)等)核分裂生成物(FP)のランタノイド(Ln)、白金族元素(PGM)等が含まれる。高放射毒性、高発熱性のMAを分離により処分場への負荷低減が可能となる。化学的性質の類似した3価のAm, CmをLnから分離するには錯体構造の理解が重要であり、特定f元素への選択性を有する抽出剤と各元素との錯体のXAFS測定を行っている。溶媒抽出に用いる有機溶媒の工夫により第三相形成を抑え、イオン認識性や分配挙動を改善させる検討を、マテリアルズインフォマティクス(MI)を援用して実施している。また、核燃料サイクルにおいて分離したMAの暫定保管体開発、またMA、Cs、Srといった福島原子力発電所(1F)汚染水処理で発生する放射性同位元素のリン酸塩固化の検討を進めている。固化体内の元素の状態の理解と、水への浸出挙動、長期安定性との相関の理解を進めるため、放射光XAFS実験を行っている。
実験 / Experimental
タンデムに配置したイオンチャンバー間にプラ製キュベット、ないしはポリ袋に試料を封入して設置し、各元素のKやL3吸収端を用いて透過法で計測した。同時に90°の位置から蛍光法によりデータを取得した。
結果と考察 / Results and Discussion
多様な溶媒での希土類元素の抽出錯体のXAFS測定を行ったところ、吸収端エネルギーは変化しなかったことから価数は溶媒により変化しないことが確認された。一方で、同様に電子状態を反映するホワイトラインの高さは溶媒によって微妙に変化したため電子状態は若干変化することが示唆される。溶媒により各元素の抽出率が変化する“溶媒効果”の検証を進めているが、抽出率とホワイトライン高さの間に相関があることが見出された。ただし、単回帰ではなく幾つかの因子を組み合わせた重回帰が必要であり、引き続き別途測定した溶媒の化工物性や溶媒の分子構造の特徴量などを組みあわせることが重要である。固化体側の検討については、1F汚染水処理で発生する各種の汚染水処理沈殿系廃棄物リン酸塩固化体中の希土類元素を中心に分析を行った。前回課題に引き続きドープしたEu、Ce、Cs、Sr、Uなどの元素の電子状態と、安定化処理条件との相関を取得した。難固定核種として知られるヨウ素の固化体については、例えば前回のAgIに引き続き、ヨウ素アパタイトをZrやSUSと混ぜて熱間等方圧加熱(HIP)処理した試料のXAFS測定を行ったところ、I、Zrともに吸収端構造が変化し、複雑な構造変化が起こることが確かめられた。試料断面は不均一にAgIが分布しており、分布具合とXAFSスペクトル変化の間に相関がみられた。従って、顕微XAFSが効果的であると考えられた。そこで、ステージ位置を変化しながら短い時間でのスキャンを実施したところ、AgI粒子近傍での元素分布変化に加えて、XANESスペクトルが変化することが確認された。そこで、次期のマシンタイムでは、据え付けられているKBミラーを用いた顕微XAFSを実施することとした。マクロスコピックな観点からの固化体の観察結果と、放射光による局所的な元素の電子状態、構造の変化との相関を、核種浸出試験結果を合わせて解釈し、最適な1F廃棄物に関する提案を引き続き行っていく計画である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- (1) M Nakase et al., Research project of hybrid waste solidification of various wastes generated by Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant Accident; an overview, FDR2022, Fukushima, 2022年10月15日
- (2) M Nakase et al., Research project of hybrid waste solidification of various wastes generated by Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant Accident; an overview, Proc of FDR2022, 2022年10月15日
- (3) M.Nakase, Cheminformatics approaches to explore diluent for Minor Actinide partitioning, The 9th ZC Colloquium in FY2022, 2022年11月11日
- (4) [招待講演]中瀬正彦, Study on solvent effect on actinide extraction, 東北大学金属材料研究所 大洗・アルファ合同研究会, 2022年9月28日
- (5) 中瀬正彦ら, 次世代核燃料再処理に向けたマイナーアクチノイド抽出のための新規溶媒探査, 日本放射化学会第66回討論会, 2022年9月17日
- (6) 中瀬正彦ら, 福島原子力発電所事故由来の難固定核種の新規ハイブリッド固化への挑戦と合理的な処分概念の構築・安全評価(1)全体概要, 日本原子力学会2022年秋の大会, 2022年9月9日
- (7) 牧涼介ら, 福島原子力発電所事故由来の難固定核種の新規ハイブリッド固化への挑戦と合理的な処分概念の構築・安全評価(2)放電プラズマ焼結（SPS）を用いたハイブリッド固化体の合成および微構造評価, 日本原子力学会2022年秋の大会, 2022年9月9日
- (8) 渡邊真太ら, 福島原子力発電所事故由来の難固定核種の新規ハイブリッド固化への挑戦と合理的な処分概念の構築・安全評価(4)理論計算によるハイブリッド固化体の電子状態および構造特性の解析, 日本原子力学会2022年秋の大会, 2022年9月9日
- (9) 中瀬正彦ら, 福島第一原子力発電所由来の難固定化核種のハイブリッド固化と安全性評価に関する研究(1)プロジェクト概要とスコープ, 環境放射能除染学会第11回研究発表会, 2022年8月24日
- (10) 中瀬正彦ら, 使用済核燃料再処理へのマイナーアクチノイド抽出プロセスの実装を目指した新規溶媒の開発(1)多様な溶媒によるf電子系イオンの抽出挙動と新規溶媒探査に向けたアプローチ, 日本溶媒抽出学会第41回溶媒抽出討論会, 2022年11月24日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件