TPEN配位子へのカルボニルドナー導入によるマイナーアクチノイド分離性能の理論的予測

Theoretical prediction of separation performance of minor-actinides by introducing carbonyl donors to TPEN ligand

金子 政志   ; 渡邉 雅之   ; 松村 達郎  

Kaneko, Masashi; Watanabe, Masayuki; Matsumura, Tatsuro

日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃液の分離変換技術の主要分離プロセス開発に向けて、マイナーアクチノイド(MA)とランタノイド(Ln)の一括分離および相互分離試薬の開発を行ってきた。我々は、様々な抽出試薬によるMA/Ln分離メカニズムを分子レベルで明らかにすることにより、新規抽出試薬の分子設計を目指している。本研究では、MAに対する選択性を持つTPEN配位子のピリジンにアミドなどのカルボニル基を導入した新規抽出剤を設計し、計算化学的手法である密度汎関数法を用いてその抽出剤のMA分離性能の予測を試みた。単結晶構造を参照して分子モデルを作成し、水溶液中における錯体の安定性をEuとAmで比較した。その結果、Euに対するAmの安定性は、無置換TPENにおける予測値に比べ増加し、分離係数に換算すると約5から20倍に向上した。

In Japan Atomic Energy Agency, the extraction reagents for the inter- and intragroup separation of mainor-actinides from lanthanides have been developed in order to construct the partitioning and transmutation process. We aim to reveal the separation mechanism using various extraction materials at a molecular level and to design the novel extraction reagents. In this study, we design a novel TPEN-type extraction reagent in which carbonyl donors are introduced and predict its separation performance of Am(III) from Eu(III) using density functional calculations. We modeled molecular complexes by referring single crystal structures and compared the stability between Eu(III) and Am(III) complexes. As a result, the relative stability of Am complex to Eu complex increased and its separation factor was improved by an order from five to twenty compared to the prediction value by non-substituent TPEN ligand.