線照射による液体リン酸トリブチルの放射線分解のPHITS + DFT法による解析

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関川 卓也; 伊海田 陸*; 樋川 智洋   ; 小川 達彦   ; 津田 修一  ; 甲斐 健師   

Sekikawa, Takuya; Ikaida, Riku*; Toigawa, Tomohiro; Ogawa, Tatsuhiko; Tsuda, Shuichi; Kai, Takeshi

燃料溶解液からのウラン抽出に用いられるリン酸トリブチル(TBP)は高線量放射線場下で分解・劣化するが、その初期過程は十分に解明されていない。本研究では、放射線輸送計算コード(PHITS)によりアルファ線によるTBPの電離数を評価し、続けて第一原理電子状態計算(OpenMX)で電離に伴う電子状態・分子構造変化を解析した。その結果、比較的少数の電離事象によりTBP内でプロトン移動、ブチル基の解離・破壊が生じることを解明した。一方、多数の電離が生じる場合にはそれらに加えてブチル基の破壊が誘発されることがわかった。これら数100fsの物理化学的現象は、TBPの放射線影響の本質の一つであると考えられ、後続の化学反応過程の新たな知見となる。

Tributyl phosphate (TBP), which is used to extract uranium from fuel dissolution solutions, decomposes and degrades under high-dose radiation fields, but the initial process of this decomposition is not fully understood. In this study, we evaluated the ionization number of TBP by alpha rays using a radiation transport calculation code (PHITS), and then analyzed the changes in electronic states and molecular structures associated with ionization using first-principles calculations (OpenMX). The results revealed that a relatively small number of ionization events cause proton transfer and the dissociation and destruction of butyl groups within TBP. On the other hand, when a large number of ionizations occur, the destruction of butyl groups is also induced. These physicochemical phenomena, which occur within several hundred femtoseconds, are considered to be one of the essential aspects of the radiation effects on TBP and provide new insights into subsequent chemical reaction processes.