シンポジウム「核燃料サイクル・バックエンドの科学; その研究教育の在り方」と故安俊弘教授の足跡

中山 真一; 奥村 雅彦*; 長崎 晋也*; 榎田 洋一*; 梅木 博之*; 高瀬 博康*; 川崎 大介*; 長谷川 秀一*; 古田 一雄*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 23(2), p.131 - 148, 2016/12

http://nuce.aesj.or.jp/jnuce/vol23/Jnuce-Vol23-2-p131-148.pdf

平成28年6月25日に東京大学にて、核燃料サイクル・バックエンドに関する研究を支えるためのシンポジウム「核燃料サイクル・バックエンドの科学 -その研究教育の在り方-」が開催された。限られた参加者による限られた時間内のシンポジウムであったが、この分野に身を置いてきた参加者による闊達な意見交換がなされ、今後の議論につながる意見を共有できた。このシンポジウムの内容を報告するとともに、本シンポジウムの企画者のひとりであり、シンポジウム直前に亡くなられたカリフォルニア大学バークレー校の安俊弘(Joonhong Ahn)教授に対する追悼の意を表し、本紙面を借りてその功績を紹介する。

Luminescence and potentiometric studies on the complexation of europium(III) by picolinate in an aqueous solution

青柳 登; 虎石 貴*; 長崎 晋也*; 田中 知*

Journal of Applied Solution Chemistry and Modeling, 1(2), p.148 - 155, 2012/12

https://doi.org/10.6000/1929-5030.2012.01.02.11

The complexation behavior of Eu aquo ions by picolinic acid in aqueous solutions is investigated so as to describe the formation of poly nuclear complexes which are uncommon for trivalent lanthanides. Potentiometric titration exhibited that no poly-nuclear complexes form via hydroxide bridges even at high pH, providing a monomeric form, [Eu(Pic)(HO)], with picolinate ligand in a large excess. In addition, the lifetime analysis of Eu luminescence in time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy was performed under the condition where Eu(pic) appears as the secondary dominant species. The result showed the strong quenching of luminescence, suggesting the polymeric complexes, [Eu(Pic)], form even at low pH due to the vicinal Eu-Eu interaction.

Surface speciation of Eu adsorbed on kaolinite by time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS) and parallel factor analysis (PARAFAC)

石田 圭輔*; 斉藤 拓巳*; 青柳 登; 木村 貴海; 永石 隆二; 長崎 晋也*; 田中 知*

Journal of Colloid and Interface Science, 374(1), p.258 - 266, 2012/05

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.01.060

Time-resolved laser fluorescence spectroscopy is an effective speciation technique for fluorescent metal ions, which can be further extended by the parallel factor analysis. The adsorption of Eu on kaolinite as well as gibbsite as a reference mineral was investigated by TRLFS together with batch adsorption measurements. The PAFAFAC modeling provided the fluorescence spectra, decay lifetimes and relative intensity profiles of three Eu surface complexes with kaolinite; an outer-sphere complex and two inner-sphere complexes. Their intensity profiles qualitatively explained the measured adsorption of Eu. Based on the TRLFS results in varied HO/DO media, it was shown that the outer-sphere complex exhibited more rapid fluorescence decay than Eu aquo ion, because of the energy transfer to the surface. Factor B was an inner-sphere complex, which became dominant at relatively high pH, high salt concentration and low Eu concentration. Its spectrum and lifetime were similar to those of Eu adsorbed on gibbsite, suggesting its occurrence on the edge face of the gibbsite layer of kaolinite. From the comparison with the spectra and lifetimes of crystalline or aqueous Eu(OH), factor C was considered as a poly-nuclear surface complex of Eu formed at relatively high Eu concentration.

J-ACTINET activities of training and education for actinide science research

湊 和生; 小無 健司*; 山名 元*; 山中 伸介*; 長崎 晋也*; 池田 泰久*; 佐藤 正知*; 有田 裕二*; 出光 一哉*; 小山 正史*

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

アクチノイド科学の研究は、革新的原子力技術の持続的な発展を維持するためには欠くことのできないものである。アクチノイド元素は放射性であるので、それらを取り扱うアクチノイド科学の研究を行うには、閉じ込めや遮へい機能のある特殊な設備が必要である。これらの特殊な施設・設備を維持するには通常よりも費用が掛かるため、大学などにおいてはその数が減少してきている。研究施設の密接な協力のもとに、アクチノイド科学の研究を活性化させるとともに、この分野で活躍する人材を育成するために、J-ACTINETを2008年に設立した。若手研究者に研究のノウハウを継承し、視野を広げてもらうために、研究プログラムを実施した。また、サマースクール及び計算科学スクールを開催し、大学生,大学院生,若手研究者にアクチノイド科学に触れてもらう機会を提供した。これらのスクールでは、講義ばかりではなく、実習を必須のものとして実施した。さらに、大学院生,若手研究者を海外のサマースクールや国際会議に派遣した。

Application of parallel factor analysis for time-resolved laser fluorescence spectroscopy; Implication for metal speciation study

斉藤 拓巳*; 佐尾 宏和*; 石田 圭輔*; 青柳 登; 木村 貴海; 長崎 晋也*; 田中 知*

Environmental Science & Technology, 44(13), p.5055 - 5060, 2010/07

https://doi.org/10.1021/es9036995

Time-resolved laser fluorescence spectroscopy is an analytical technique capable of discriminating different chemical species of a fluorescent metal ions. Although TRLFS has been widely used to investigate the speciation of the fluorescent metal ions, extracting quantitative and structural information from multiple TRLFS data measured as a function of chemical and physical parameters is not a simple task. The purpose of this study is to apply parallel factor analysis (PARAFAC) for the interpretation of a series of TRLFS data. The complexation of Eu by acetate was studied as a test case for the PARAFAC decomposition. It is shown that three factors are necessary and sufficient to explain the systematic variations in the original data set. The resulting spectra, decay, and relative concentrations of the factors were all in agreement with the fluorescent properties and the complexation behaviors of Eu-acetate complexes. Based on these results, it was concluded that PARAFAC is a promising data analysis tool for TRLFS used for the speciation studies of fluorescent metal ions.

Neutron powder diffraction and difference maximum entropy method analysis of protium- and deuterium-dissolved BaSnInO

長崎 正雅*; 塩谷 真也*; 井川 直樹; 吉野 正人*; 岩崎 航太*; 深澤 裕; 内海 渉

Journal of Solid State Chemistry, 182(10), p.2632 - 2639, 2009/10

https://doi.org/10.1016/j.jssc.2009.06.024

プロトン伝導体中の水素の結晶位置の詳細を明らかにするため、中性子回折データを用いた差最大エントロピー法(差MEM)を提案した。この方法は結晶中に取り込まれた水素と重水素の構造因子の差を利用した手法である。本法のシミュレーションでは水素原子の分布のみではなく、水素原子付近の空間分解能を改善させることを明らかにした。また、本法を水素と重水素を溶解させたBaSnInOの9Kで測定した回折データに適用することで、O-D結合が第2近接酸素方向へ傾いていること、そしてその水素と酸素原子の分布は格子間位置には存在しないことを明らかにした。

Control of current profile and instability by radiofrequency wave injection in JT-60U and its applicability in JT-60SA

諫山 明彦; 鈴木 隆博; 林 伸彦; 井手 俊介; 濱松 清隆; 藤田 隆明; 細山 博己; 鎌田 裕; 長崎 百伸*; 大山 直幸; et al.

AIP Conference Proceedings 933, p.229 - 236, 2007/10

https://doi.org/10.1063/1.2800482

電流分布及び不安定性を制御することは、高ベータプラズマを維持するうえで重要である。JT-60Uでは、2GHz帯の低域混成波(LH)入射装置を用いた実時間電流分布制御、及び110GHz電子サイクロトロン波(EC)入射装置を用いた新古典テアリング不安定性(NTM)の安定化を行った。実時間電流分布制御においては、モーショナル・シュタルク計測により実時間で安全係数を測定し、LH波を最適なパワーで入射するシステムを開発した。その結果、LH波入射により安全係数の極小値を指令値通りに制御することに成功した。NTM安定化に関しては、EC電流駆動によりのNTMの安定化を行った(, はそれぞれポロイダルモード数、及びトロイダルモード数)。特に、ECCD位置の違いによる安定化効果及び不安定化効果を実験的に明らかにした。また、TOPICSコードを用いてNTMの時間発展のシミュレーションを行った結果、実験において観測されたNTMの安定化及び不安定化が再現されることを明らかにした。また、TOPICSコードを用いてJT-60SAにおけるNTM安定化のシミュレーションを行った。シミュレーションにおいて必要となる未定乗数はJT-60UのNTM実験により得られたものを用いた。その結果、EC波入射角度を最適化すると、空間的に非常に局在化した電流駆動が得られ低いEC波パワーでNTMが安定化できることが明らかになった。

DLVO理論に基づく地下水中でのモンモリロナイトゲルからの粒子の分散性に関する評価

黒澤 進; 長崎 晋也*; 田中 知*

日本原子力学会和文論文誌, 6(2), p.205 - 213, 2007/06

https://doi.org/10.3327/taesj.J06.024

DLVO理論を適用して、モンモリロナイトゲルの粒子間の剪断応力に相当する相互作用ポテンシャルを評価した。そして、Stokes則に従い、その相互作用ポテンシャルに相応する地下水流速を算定した。その結果、モンモリロナイト粒子の分散が生じるには、約1010m/sの範囲の地下水流速が必要であることが示された。この流速範囲は、我が国の地下深部の地下水流速よりも速いものである。また、熱運動に起因したモンモリロナイトのゲル粒子の易動性をMaxwell-Boltzmannの分布式を適用して検討した。その結果、ゲル状態にあるモンモリロナイト粒子の熱運動による易動性は、地下水中の溶存イオンの一般的な濃度条件のもとでは起こらないことが示された。本研究から、高レベル放射性廃棄物地層処分の性能評価において、核種移行におけるモンモリロナイト粒子の影響はほとんどないものと推測された。

核種の有機系コロイドへの収着挙動および多孔質媒体中での有機系コロイドの移行挙動に関する研究(III)

長崎 晋也*

JNC TJ8400 2003-064, 106 Pages, 2004/03

JNC-TJ8400-2003-064.pdf:0.86MB

人類の諸活動によって放出されたアクチニドや重金属等の有害金属の挙動はそれらの金属イオンが環境中でとる化学形態に大きく依存する。特に、天然有機物質(NOM)や金属(水)酸化物(OXs)等の天然コロイドへの吸着は有害金属イオンの溶存濃度を決定することから、これらの汚染物質の移行挙動を考える上で重要となる。したがって、信頼性の高いリスク評価や汚染環境の修復を行うためには、天然コロイド存在下で適用可能な金属イオンの化学種計算のための化学熱力学的モデルの構築が必要とされる。金属イオンの天然コロイドへの吸着は、天然コロイドの不均質性および異種の天然コロイド間の相互作用によって複雑なものとなる。昨年度の報告書では、不均質な表面へのイオンの吸着のモデル化についての説明、そして、具体的な適用例として、NICA-Donnanモデルによる銅イオンのフミン酸への結合挙動のモデル化の結果を紹介した。そこで、本報告書では、次の2 つのトピックを主に扱うこととする:(i) CD-MUSICモデルによる銅イオンのゲータイトへの吸着挙動のモデル化、(ii)プロトンの結合挙動に与えるフミン酸のゲータイトへの吸着の効果。また、最後に、このような3 相系のモデル化における近年の進展を簡単に紹介する。

核種の有機系コロイドへの収着挙動および多孔質媒体中での有機系コロイドの移行挙動に関する研究(II)

長崎 晋也*

JNC TJ8400 2002-058, 186 Pages, 2003/03

JNC-TJ8400-2002-058.pdf:2.1MB

腐植酸と金属との相互作用に関するモデルとして、Model VならびにNICA-Donnanモデルについてレビューを行うとともに、金属と固相との相互作用モデルとしてのCD-MISICモデルのレビューを行った。Model Vは、環境中の水、堆積物、土壌間の化学物質の平衡計算プログラムである。NICA-Donnanモデルは、腐植酸周辺の活量がバルクと異なることで、静電相互作用の寄与を取り込む必要を取り込むとともに、腐植酸の結合サイトの不均質性も考慮したモデルとなっている。これらのモデルの問題点にも言及するとともに、今後の発展についても検討を行った。Aldrich社の腐植酸を用いて、そのプロトンの解離特性ならびにCu2+との相互作用特性を、滴定実験などから測定した。そして、NICA-Donnanモデルに基づき、プロトンとCu2+の相互作用パラメータの評価を試みた。コロイド粒子などメゾスコピックレベルの輸送モデルとして期待される実数格子ガス法を用いて、十字に交差した流路(Fracture Junctions)における流体の流れと輸送物質の混合度について解析を行い、流路出口における輸送物質の混合度と流体のPeclet数との間の関係を定性的、定量的に検討を行った。また、湾曲管内を流れる層流中をコロイド粒子が移動する場合の、コロイドの質量の影響がコロイド流線にどのような影響を及ぼすのかを定性的に観察することで、実数格子ガス法へのコロイド粒子移行モデルの取り込みが適切に行うことができたかどうかを検討した。さらに、モデル中に取り込んだコロイド粒子自体が、ランダムウォークならびに拡散現象を反映したものとなっていることの検証を行った。