ランタニド・アクチニド化合物における電子状態の第一原理計算

First-Principle Calculation for Electronic State of Lanthanide and Actinide Compounds

足立 裕彦*; 田中 功*; 西谷 滋人*; 小笠原 一禎*; 石井 琢悟*; 青嶋 厚 ; 駒 義和  

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既存の再処理工程の高度化・最適化や将来の再処理技術の確立のためには、ミクロな現象の理解と量子化学的手法に基づく理論的な評価手法の開発が必要である。ランタニド・アクチニドのような重元素を含んだ物質の電子状態計算を行う際には、相対論DV-X法のように、相対論効果を正確に取り入れた手法が必要となるが、既存のプログラムではスピン分極が考慮されておらず、4f,5f電子をもつ化合物などへの適用は難しかった。そこで本研究では、スピン分極を考慮した相対論DV-X分子軌道計算プログラムを新たに開発し、更にその応用としてランタニド・アクチニド化合物における化学結合状態の非経験的な解析を行った。ランタニド3塩化物では、スピン分極を考慮することによりGdにおける電子状態の不連続性(Gdブレイク)を第一原理計算によって再現することに成功した。また、アクチニド化合物では、化学結合性の価数依存性が配位子により大きく変化することがわかった。更に、硝酸ウラニルおよびウランを他のアクチニド元素で置き換えた化合物における化学結合状態は原子種に依存して極めて複雑な変化をすることが明らかとなった。

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