【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
22AE0026
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
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,下条晃司郎,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、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検討を進めている。ドーパント元素の電子状態と水への浸出挙動との相関の理解を目指している。
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(光路長10 mm)、またはポリ袋に試料を封入して設置し、透過法と蛍光法によりデータを取得した。また、BL22XUに据え付けられているKBミラーを用いた顕微XAFSも予備的に実施した。ミクロンオーダーまで集光した光を、用いてXRF並びに蛍光法によるXAFSスペクトルを取得した。
結果と考察 / Results and Discussion
抽出錯体試料については前回測定しきれなかった希土類元素でのXAFSスペクトルを取得し、マテリアルズインフォマティクスデータを更に取得した。
固化体試料については、AgIをZrマトリクスに熱間等方圧加圧法で処理した試料について、KBミラーを用いた顕微XAFSを行った。図1に測定例を示す。AgIを、Zrをマトリクスとして熱間等方圧加熱(HIP)処理を行ったものについて、I、Ag、Zrの元素マッピングをXRDにより取得し、Zrの各位置におけるXAFSスペクトルを示した。Iは化学状態の変化を伴わず拡散する傾向が見られた。一方でAgは一カ所に集まり、一部は還元され単体金属に似た化学状態をとなった。ZrはAgIの粒子との界面付近で一部が酸化され、標準物質の測定結果との比較により、酸化物と似た状態をとることが分かった。AgとZrはXRDや第一原理計算でもHIPのような高温高圧条件では幾つかの金属間化合物が形成されることが分かっており、今後更に詳細なメカニズム、物性評価検討を行う。更に、浸出試験や耐放射線試験も併せ、廃棄物処分シナリオ検討に展開する。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 AgIをZrでHIPした試料のXRF並びにZrの顕微XAFSスペクトル
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.
- 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(6)プロジェクト進捗とハイブリッド固化体への放射線照射影響と浸出挙動について, 日本原子力学会2023年春の年会, 2023年3月13日
- 小林 徹ら, 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(9)放射光XAFSによる固化体の化学状態と局所構造解析, 日本原子力学会2023年春の年会, 2023年3月13日
- 中瀬正彦, 溶媒抽出法を用いた分離化学研究の展望～理学、工学、アプリケーション、機械学習まで～, AGC学術講演会, 2023年3月2日
- 中瀬正彦, 次世代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抽出系探査の新しいアプローチについて, 専門研究会「アクチノイドの物性化学とその応用・原子炉照射医療用RI製造に関する専門研究会」, 2023年3月2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