Evaluation on the crystal structure of ningyoite using XRD analysis and DFT calculation

XRD解析とDFT計算による人形石の結晶構造評価

鈴木 知史 ; 逢坂 正彦  ; 中桐 俊男  

Suzuki, Chikashi; Osaka, Masahiko; Nakagiri, Toshio

人形峠におけるウラン移行挙動評価に資するため、ウラン鉱物の安定性評価をDFT計算により進めている。その第一段階として、主要なウラン鉱物で構造の詳細が明らかでない人形石の結晶構造と単位胞の構成を検討した。人形石の結晶構造の評価のため、XRD解析コードを用いて既報の人形石のXRDパターンを解析した。その結果、U原子間の距離は軸に沿ってとなった。そこで、3個のUまたはCa原子が軸に沿って並んだ[CaU(PO)]の構造を構成し、この構造を初期構造としてDFT計算により構造最適化を実施した。その結果、得られた構造の理論XRDパターンは、人形石のXRDパターンと同様に、30 付近に最大のピークがあった。これにより、人形石の構造は[CaU(PO)]を基礎とする構造であると考えられる。

In order to evaluate uranium migration behavior in Ningyo-toge area, we are examining the stability of uranium minerals using DFT calculation. As the first step, we investigated the crystal structure and unit cell composition of ningyoite with its structural details unclear, which is a major uranium mineral there. We analyzed the reported XRD pattern of ningyoite to evaluate a crystal structure of ningyoite using XRD analysis code. This XRD analysis indicates that the distance between U atoms is along axis. We constructed the structure of [CaU(PO)] with three U or Ca atoms aligned along axis on the basis of this examination, and conducted structural optimization with this structure as initial one using DFT calculation. The theoretical XRD pattern has the maximum peak near 30, which the reported XRD pattern of ningyoite has. This result suggests that the structure of ningyoite is based on that of [CaU(PO)].