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Radiation-induced effects on the extraction properties of hexa-$$n$$-octylnitrilo-triacetamide (HONTA) complexes of americium and europium

ヘキサニトリロトリアセトアミド(HONTA)抽出剤のアメリシウム及びユーロピウム抽出特性に対する放射線効果

樋川 智洋  ; Peterman, D. R.*; Meeker, D. S.*; Grimes, T. S.*; Zalupski, P. R.*; Mezyk, S. P.*; Cook, A. R.*; 山下 真一*; 熊谷 友多; 松村 達郎 ; Horne, G. P.*

Toigawa, Tomohiro; Peterman, D. R.*; Meeker, D. S.*; Grimes, T. S.*; Zalupski, P. R.*; Mezyk, S. P.*; Cook, A. R.*; Yamashita, Shinichi*; Kumagai, Yuta; Matsumura, Tatsuro; Horne, G. P.*

An(III)/Ln(III)分離用抽出剤であるヘキサニトリロトリアセトアミド(HONTA)の、SELECT (Solvent Extraction from Liquid waste using Extractants of CHON-type for Transmutation)プロセス条件下における放射線影響を、米国INLが有する溶媒テストループを用いて調べた。HPLC-ESI-MS/MS分析の結果、放射線照射により、HONTAが線量に対して指数関数的に減衰し、ジオクチルアミンをはじめとする多様な分解物が生じることがわかった。またHONTAの減衰及び分解物の生成により、アメリシウム及びユーロピウムの抽出及び逆抽出挙動が低下する結果が得られた。パルスラジオリシス実験からは、このHONTAの減衰は、溶媒であるドデカンのラジカルカチオンとの反応(${it k}$(HONTA + R$$^{.+}$$) = (7.61 $$pm$$ 0.82) $$times$$ 10$$^{9}$$ M$$^{-1}$$ s$$^{-1}$$)によることがわかった。一方、アメリシウムやユーロピウムとの錯形成により、反応速度定数は増加した。この反応速度の増加は、錯形成によって異なる経路の分解反応が生じた可能性を示唆している。最後にナノ秒の時間分解測定からHONTAの直接効果,間接効果共に100ns以下の短い寿命を持つHONTAラジカルカチオンとマイクロ秒以上の長い寿命を持つHONTA励起三重項状態が生じることを明らかにした。これらの活性種はHONTAの分解における重要な前駆体となると考えられる。

The candidate An(III)/Ln(III) separation ligand hexa-$$n$$-octylnitrilo-triacetamide (HONTA) was irradiated under envisioned SELECT (Solvent Extraction from Liquid waste using Extractants of CHON-type for Transmutation) process conditions using a solvent test loop in conjunction with cobalt-60 gamma irradiation. We demonstrate that HONTA undergoes exponential decay with increasing gamma dose to produce a range of degradation products which have been identified and quantified by HPLC-ESI-MS/MS techniques. The combination of HONTA destruction and degradation product ingrowth, particularly dioctylamine, negatively impacts the extraction and back-extraction of both americium and europium ions. The loss of HONTA was attributed to its reaction with the solvent (${it n}$-dodecane) radical cation of ${it k}$(HONTA + R$$^{.+}$$) = (7.61 $$pm$$ 0.82) $$times$$ 10$$^{9}$$ M$$^{-1}$$ s$$^{-1}$$ obtained by pulse radiolysis techniques. However, when this ligand is bound to either americium or europium ions, the observed ${it n}$-dodecane radical cation kinetics increase by over an order of magnitude. This large reactivity increase to additional reaction pathways occurring upon metal-ion binding. Lastly nanosecond time-resolved measurements showed that both direct and indirect HONTA radiolysis yielded the short-lived ($$<$$100 ns) HONTA radical cation as well as a longer-lived ($$mu$$s) HONTA triplet excited state. These HONTA species are important precursors to the suite of HONTA degradation products observed.

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