Photooxidation of trivalent americium in nitric acid

硝酸水溶液中での三価アメリシウムの光酸化

松田 晶平  ; 横山 啓一  ; 矢板 毅; 小林 徹 ; 中島 信昭*

Matsuda, Shohei; Yokoyama, Keiichi; Yaita, Tsuyoshi; Kobayashi, Toru; Nakashima, Nobuaki*

ランタノイドとアクチノイドの分光学的な特徴の一つは、f電子準位間の光学遷移であるf-f遷移を可視域にもつことである。f-f遷移は溶液中でも線幅が狭く、元素固有の波長に現れる。この波長で多光子励起すると、条件によっては酸化還元反応が誘起されることが3種のランタノイド(Sm, Eu, Yb)で報告されている。この光化学過程は元素分離に応用できる可能性があるため、本研究ではAmの酸化状態の制御を試みた。結果として、AmのL F遷移に相当する503nmのナノ秒OPOレーザーをAm硝酸溶液に集光照射することで、AmOへの酸化を引き起こすことに初めて成功した。反応物と生成物の同定と定量は吸収分光法により行った。励起光の波長依存性とフルエンス依存性の結果から、この酸化が共鳴多光子過程によって誘起されたことを確認した。

One of the spectroscopic properties for lanthanides and actinides is that they have f-f transitions in the visible region of their spectra. Those absorption appears at specific wavelength and has narrow line width even in the liquid phase owing to shielded f electrons. It has been reported that reduction reactions of Sm, Eu, and Yb are induced by multiphoton excitation through each f-f transition depending on conditions. This photochemical process may be applicable to mutual separation of f elements. In this study, we tried to optically control the oxidation state of americium. As a result, we found that trivalent americium (Am) in nitric acid solution is oxidized to pentavalent one (AmO) during nanosecond pulsed-laser irradiation at 503 nm corresponding to the L F transition of Am. Identification and quantification of the reactants and products were performed by absorption spectroscopy. Excitation wavelength dependence and fluence dependence of the oxidation suggest that it is initiated by a resonance-enhanced multiphoton process.