第一原理分子動力学計算に基づくホール生成されたTODGAの波動関数と分解生成物の対応関係

Correspondence between wave functions of hole-doped TODGA and decomposition products based on the first-principles molecular dynamics

伊海田 陸*; 関川 卓也; 樋川 智洋   ; 大野 義章*; 甲斐 健師   

Ikaida, Riku*; Sekikawa, Takuya; Toigawa, Tomohiro; Ono, Yoshiaki*; Kai, Takeshi

高レベル放射性廃液の中からマイナーアクチノイド(MA)や希土類元素(RE)を抽出する際に、Tetra-Octyl-DiGlycol-Amide (TODGA)と呼ばれる有機分子が利用される。実際の抽出プロセスではTODGAを溶かした油性の有機溶媒と高レベル廃液を撹拌することで、有機層にTODGAと結合したMA、REを抽出する。しかし、TODGAを長時間使用すると線による放射線分解のために抽出性能が低下することが報告されている。また、TODGA抽出剤の放射線分解に関する物理・物理化学過程は十分に解明されていない。そこで本研究では第一原理計算ソフトウェアOpenMXを用いて、電離が引き起こされたTODGAの物理・物理化学過程における分子構造変化を計算した。その結果、実験で得られている分解生成物に対応した分子構造変化や、分子内プロトン移動が見られた。この過程の解明はTODGAの劣化挙動や線による水素発生のメカニズムを明らかにすることに繋がる。

The organic molecule called Tetra-Octyl-DiGlycol-Amide (TODGA) is used to extract minor actinides (MA) and rare earth elements (RE) from high-level radioactive liquid waste. In the actual extraction process, MAs and REs bound to TODGA are extracted from the organic layer by stirring an oily organic solvent in which TODGA is dissolved and a high-level liquid waste. However, it has been reported that the extraction performance of TODGA decreases after prolonged use due to -radiolysis. In addition, the physical and physicochemical processes related to radiolysis of TODGA have not been fully elucidated. In this study, we used the first-principles calculation software OpenMX to calculate the molecular structural changes in the physical and physicochemical processes of TODGA induced by ionization. As a result, we found molecular conformational changes and intramolecular proton transfer corresponding to the degradation products obtained experimentally. The elucidation of this process will lead to the clarification of the degradation behavior of TODGA and the mechanism of -ray induced hydrogen evolution.