Structural determination of neptunium species in aqueous solutions by EXAFS and quantum chemical calculations

EXAFS分光法及び量子化学計算による水溶液中でのネプツニウム錯体の構造同定

池田 篤史  ; Hennig, C.*; 津島 悟*; Rossberg, A.*; Scheinost, A. C.*; Bernhard, G.*; 矢板 毅

Ikeda, Atsushi; Hennig, C.*; Tsushima, Satoru*; Rossberg, A.*; Scheinost, A. C.*; Bernhard, G.*; Yaita, Tsuyoshi

ネプツニウムは核燃料サイクルプロセス及び放射性廃棄物の処理処分において、その挙動が検討されるべき重要なアクチノイド元素の一つであり、したがって、ネプツニウムの基礎的な化学特性を理解することは、燃料サイクル及びバックエンドに関連した研究開発を実施するうえで重要である。本研究では、各種水溶液(過塩素酸,硝酸,炭酸溶液)中においてネプツニウムの酸化数を電気化学的に調整し、各溶液及び各酸化状態でのネプツニウムの溶存化学種の構造をX線吸収微細構造(EXAFS)分光法及び量子化学計算を用いて検討した。その結果、各溶液中においてNp(IV)はNp、Np(V)とNp(VI)はネプツニル構造であるNpO。そしてNp(VII)はNpOとして存在していることなどがわかった。

Neptunium (93Np) is one of the most problematic nuclides in the nuclear fuel reprocessing process and the following radioactive waste disposal because of its chemical similarity to the fissile nuclides of uranium (U) and plutonium (Pu). Proper understanding of the behavior of Np in the reprocessing process or in the migration process on the geological disposal of radioactive wastes requires vast fundamental information about the chemical properties of Np in solutions. In the present study, Np solution samples with different oxidation states are electrochemically prepared in aqueous perchlorate, nitrate, and carbonate solutions, and the complex structure of Np species in the sample solutions are determined by EXAFS spectroscopy and DFT calculations. The obtained results reveal the structural difference between different Np oxidation states, as well as the different coordination behavior in each solution system.