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論文

Measurement of the Md$$^{3+}$$/Md$$^{2+}$$ reduction potential studied with flow electrolytic chromatography

豊嶋 厚史; Li, Z.*; 浅井 雅人; 佐藤 望; 佐藤 哲也; 菊池 貴宏; 金谷 佑亮; 北辻 章浩; 塚田 和明; 永目 諭一郎; et al.

Inorganic Chemistry, 52(21), p.12311 - 12313, 2013/11

https://doi.org/10.1021/ic401571h
 被引用回数：8 パーセンタイル：33.87(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

本研究では、フロー電解クロマトグラフィー装置を用いメンデレビウム(Md)の還元挙動を調べた。クロマトグラフィーカラムに適切な電位を印加することにより、安定なMd$$^{3+}$$をMd$$^{2+}$$へと還元できた。Md$$^{3+}$$+e$$^{-}$$$$rightarrow$$Md$$^{2+}$$反応の還元電位を標準水素電極に対して-0.16$$pm$$0.05Vと決定した。

論文

Sulfate complexation of element 104, Rf, in H$$_{2}$$SO$$_{4}$$/HNO$$_{3}$$ mixed solution

Li, Z.*; 豊嶋 厚史; 浅井 雅人; 塚田 和明; 佐藤 哲也; 佐藤 望; 菊池 貴宏; 永目 諭一郎; Sch$"a$del, M.; Pershina, V.*; et al.

Radiochimica Acta, 100(3), p.157 - 164, 2012/03

https://doi.org/10.1524/ract.2012.1898
 被引用回数：14 パーセンタイル：68.81(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

The cation-exchange behavior of $$^{261}$$Rf ($$T_{1/2}$$ = 78 s) produced in the $$^{248}$$Cm($$^{18}$$O, 5$$n$$) reaction was studied on a one-atom-at-a-time scale in 0.15-0.69 M H$$_{2}$$SO$$_{4}$$/HNO$$_{3}$$ mixed solutions ([H$$^{+}$$] = 1.0 M) using an automated ion-exchange separation apparatus coupled with the detection system for alpha-spectroscopy (AIDA). It was found that adsorption probabilities ($$%$$ads) of $$^{261}$$Rf on cation-exchange resin decrease with an increase of [HSO$$_{4}$$$$^{-}$$], showing a successive formation of Rf sulfate complexes. Rf exhibits a weaker complex formation tendency compared to the lighter homologues Zr and Hf. This is in good agreement with theoretical predictions including relativistic effects.

論文

Anionic fluoro complex of element 105, Db

笠松 良崇*; 豊嶋 厚史; 浅井 雅人; 塚田 和明; Li, Z.; 石井 康雄; 當銘 勇人*; 佐藤 哲也; 菊池 貴宏; 西中 一朗; et al.

Chemistry Letters, 38(11), p.1084 - 1085, 2009/10

https://doi.org/10.1246/cl.2009.1084
 被引用回数：17 パーセンタイル：50.80(Chemistry, Multidisciplinary)

105番元素ドブニウム(Db)のフッ化水素酸と硝酸混合水溶液中における陰イオン交換挙動を、新規に開発した迅速イオン交換分離装置を用いて調べた。Dbのフッ化物陰イオン錯体の挙動は、近接の第6周期同族元素タンタル(Ta)の挙動とは大きく異なり、第5周期のニオブ(Nb)の挙動と似ているという特徴的な性質を示すことがわかった。

口頭

Electrochemistry of the heaviest elements at JAEA

豊嶋 厚史; 塚田 和明; 浅井 雅人; 北辻 章浩; 石井 康雄; 佐藤 哲也; Li, Z.; 佐藤 望; 菊池 貴宏; 西中 一朗; et al.

no journal, , 

電気化学的手法を用いた重アクチノイド元素ノーベリウム(No)の酸化について発表する。原子力機構タンデム加速器において、$$^{248}$$Cm($$^{12}$$C, 5n)反応により$$^{255}$$Noを合成し、ガスジェット法によって化学室に搬送した。捕集生成物を$$alpha$$-ヒドロキシイソ酪酸($$alpha$$-HIB)水溶液に溶解した後、フロー電解カラム装置に導入し、カラム電極からの溶出液を6つのTa皿に180$$mu$$Lずつ収集した。その後、カラムに吸着したイオンを流し出すために3.0M HCl水溶液を流し、溶出液を別の2つのTa皿に収集した。これらの溶出液を蒸発乾固した後、PIPS検出器を用いて$$alpha$$線測定を行った。また$$^{81}$$Srと$$^{162}$$Ybを用いて2価イオンと3価イオンの溶出挙動を確認した。印加電圧0.2Vでは、$$^{255}$$NoはSr$$^{2+}$$と同様に3.0M HCl溶出液に観測された。この挙動はNoが2価イオンとして存在することを示している。一方、1.2Vでは、NoはYb$$^{3+}$$と同様に0.1M $$alpha$$-HIB水溶液によって溶出した。この溶出挙動はNo$$^{2+}$$がNo$$^{3+}$$に電気化学的に酸化されたことを示している。101番元素メンデレビウム(Md)の還元についても報告する。

口頭

Rfを模擬した同族元素Zr並びにHfの$$alpha$$-HiB錯形成

菊池 貴宏; 豊嶋 厚史; Li, Z.; 塚田 和明; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; 佐藤 望; 永目 諭一郎; 笠松 良崇*; Fan, F.*

no journal, , 

原子番号104以上の超アクチノイド元素の化学的性質は、その短い半減期と核反応生成率の低さから化学実験が困難で、未だ不明な部分が多い。これまでに本研究グループでは、周期表第4族に位置する104番元素ラザホージウム(Rf)のフッ化物形成が同族元素Zr並びにHfの性質とは大きく異なることを実験で確認してきた。本研究では、このRfをさらに系統的に理解するために、金属イオンの電荷やイオン半径に依存して錯体を形成する$$alpha$$-ヒドロキシイソ酪酸($$alpha$$-HiB)を用いた陽イオン交換法による研究を目指して、同族元素のZr並びにHfを対象に$$alpha$$-HiB錯体の形成機構を調べた。また、この実験結果から、今後のRfのオンライン実験への適応に関する問題点等の評価を行った。

口頭

HF/HNO$$_{3}$$水溶液系における105番元素、Dbの陰イオン交換挙動

笠松 良崇*; 豊嶋 厚史; 浅井 雅人; 塚田 和明; Li, Z.; 石井 康雄; 佐藤 哲也; 西中 一朗; 菊池 貴宏; 羽場 宏光*; et al.

no journal, , 

105番元素ドブニウム(Db)のフッ化物錯形成を明らかにするために、Db及びその同族元素Nb, Ta, 擬同族元素Paの陰イオン交換挙動をHF/HNO$$_{3}$$混合水溶液において調べた。原子力機構タンデム加速器施設において$$^{248}$$Cm($$^{19}$$F, 5n)反応により$$^{262}$$Dbを合成した。反応生成物を迅速に化学室へガスジェット搬送し、新たに開発したオンライン迅速イオン交換・$$alpha$$線測定装置を用いてDbの陰イオン交換挙動を調べた。また、第5族同族元素であるNb, Taの陰イオン交換挙動も同条件下において調べ、Dbの実験値との比較を行った。その結果、Dbの分配係数($$it K$$$$_{d}$$値)は、周期表上で最も近い同族元素Taの$$it K$$$$_{d}$$値よりも1桁以上小さく、より軽い同族元素Nbの$$it K$$$$_{d}$$値に近いことを明らかとした。また、Dbの$$it K$$$$_{d}$$値は、別の実験で得た擬同族元素Paの$$it K$$$$_{d}$$値にも近いことがわかった。

口頭

電気化学的手法を用いたメンデレビウム(Md)の還元

豊嶋 厚史; 塚田 和明; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; Li, Z.; 佐藤 望; 菊池 貴宏; 北辻 章浩; 永目 諭一郎; 大江 一弘*; et al.

no journal, , 

電気化学的手法を用い、メンデレビウム(Md)の還元を調べた。原子力機構タンデム加速器においてMd-255を合成し、ガスジェット法により化学室に搬送した。Mdを0.1M塩酸水溶液に溶解した後、作用電極をイオン交換体によって修飾したフロー電解カラム装置に導入し、溶離展開した。電極への印加電圧の変化に対する溶離挙動の変化を調べ、-0.4Vよりも低い印加電圧で3価から2価へ還元されることを明らかにした。

口頭

フッ化水素酸・硝酸混合水溶液系における6族元素の陰イオン交換挙動; $$^{106}$$Sgのイオン交換挙動研究に向けて

Liang, X.; Li, Z.; 塚田 和明; 豊嶋 厚史; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; 佐藤 望; 菊池 貴宏; 金谷 佑亮; 永目 諭一郎

no journal, , 

106番元素シーボーギウム(Sg)に対してフッ化水素酸と硝酸の混合水溶液系での陰イオン交換挙動実験に関する研究を進めるため、同族元素であるWとMoを対象に同分離系における分配係数とその平衡到達時間を得た。Wに対するバッチ実験の結果から、常温での平衡到達時間は数日を要するが、溶液温度70$$^{circ}$$Cでは平衡到達時間が大きく改善することが明らかになった。また、70$$^{circ}$$CにおけるHF濃度に対するWとMoの分配係数変化は、10$$^{-4}$$Mから1.0MのHF濃度範囲において、Moの分配係数は小さくほぼ一定であるのに対し、WはHF濃度に依存して変化することがわかった。このことは、両者の違いをもとにSgの分配係数を測定し比較することで、本水溶液系におけるSgのフッ化物イオン錯体形成に関する新たな情報を得る可能性を示している。

口頭

105番元素Db及び同族元素Nb, Taオキシ塩化物のオンライン等温ガスクロマトグラフィー

佐藤 哲也; 塚田 和明; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 佐藤 望; Li, Z.; 菊池 貴宏; 金谷 佑亮*; 永目 諭一郎; Sch$"a$del, M.

no journal, , 

超アクチノイド元素ドブニウム(Db, Z=105)の化学的性質を明らかにするため、Db及び同族元素である5族元素Nb, Taの揮発性塩化物を対象としたオンライン気相化学分離装置の開発を進めた。Dbを模擬する目的でNb及びTaの短寿命核種を用い、本装置における5族元素Nb, Taの等温ガスクロマトグラフ挙動を調べるとともに、同一の条件下においてDbの揮発性化合物の生成・分離に成功した。

口頭

Anion-exchange behavior of Db in HF/HNO$$_{3}$$ mixed solution using a new on-line chemical apparatus

塚田 和明; 笠松 良崇*; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 石井 康雄; Li, Z.; 菊池 貴宏; 佐藤 哲也; 西中 一朗; 永目 諭一郎; et al.

no journal, , 

原子力機構のタンデム加速器から得られる重イオンビームを用いて$$^{248}$$Cm($$^{19}$$F,5n)反応により105番元素ドブニウムの同位体$$^{262}$$Db(半減期:34秒)を合成し、新たに開発したオンライン化学分離装置を利用して、HF/HNO$$_{3}$$水溶液系での陰イオン交換挙動を調べた。開発した装置では、$$^{262}$$Dbの半減期(34秒)以内で化学分離を行い、$$alpha$$線測定を開始することが可能になり、統計精度を約2倍に上げることができた。この結果、Dbのデータを精度よく求めることができ、同族元素のイオン交換挙動との比較が可能になり、DbはTaと比較して陰イオン交換樹脂への吸着が著しく弱いこと、また、Nbの吸着とほぼ同等か若干弱い可能性があることが明らかになった。

口頭

Cation-exchange behavior of Zr, Hf, and Th in H$$_{2}$$SO$$_{4}$$/HNO$$_{3}$$ mixed solutions; Towards to study on sulfate complexation of $$^{104}$$Rf

Li, Z.; 豊嶋 厚史; 塚田 和明; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; 菊池 貴宏; 佐藤 望; 永目 諭一郎

no journal, , 

Cation-exchange behavior of Zr, Hf, and Th in H$$_{2}$$SO$$_{4}$$/HNO$$_{3}$$ mixed solutions at [H$$^{+}$$] = 1.0 M and [SO$$_{4}$$$$^{2-}$$] = 0.000408 M has been studied by a batch method as model experiments of $$_{104}$$Rf. On-line chromatographic behavior of short-lived Zr and Hf was also examined with a rapid chemical separation apparatus to find out appropriate experimental conditions for Rf.

口頭

Electrochemistry of the heaveist elements

豊嶋 厚史; 塚田 和明; 浅井 雅人; 北辻 章浩; 石井 康雄; 佐藤 哲也; Li, Z.; 佐藤 望; 菊池 貴宏; 西中 一朗; et al.

no journal, , 

電気化学クロマトグラフィーを用いたノーベリウム(No)とメンデレビウム(Md)の電気化学的研究について発表する。原子力機構タンデム加速器施設において、$$^{248}$$Cm($$^{12}$$C, 5n)反応並びに$$^{248}$$Cm($$^{11}$$B, 4n)反応によってそれぞれ$$^{255}$$No並びに$$^{255}$$Mdを合成した。Noの実験では、0.1M$$alpha$$-ヒドロキシイソ酪酸($$alpha$$-HIB)水溶液中において、$$^{81}$$Sr$$^{2+}$$並びに$$^{162}$$Yb$$^{3+}$$の溶離挙動と比較しながら、2価から3価への酸化実験を行った。印加電圧0.2Vでは、Noは$$alpha$$-HIBでは溶離せず、3.0M HClによって電極から溶出した。このNoの挙動はSr$$^{2+}$$に類似しており、Noが2+であることを示している。一方、1.2VではNoは$$alpha$$-HIB水溶液によって溶出した。この溶離挙動はYb$$^{3+}$$に類似しており、No$$^{2+}$$からNo$$^{3+}$$への酸化に成功したことを明確に示している。発表では、0.1M HCl水溶液中におけるMd$$^{3+}$$からMd$$^{2+}$$への還元についても報告する。

口頭

Anion-exchange behavior of Db in HF/HNO$$_{3}$$ mixed solution using an on-line chemical apparatus

塚田 和明; 笠松 良崇*; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 石井 康雄; Li, Z.; 菊池 貴宏; 佐藤 哲也; 永目 諭一郎; Sch$"a$del, M.; et al.

no journal, , 

105番元素ドブニウム(Db)と同族元素のニオブ及びタンタルのHF/HNO$$_{3}$$混合水溶液系における陰イオン交換挙動を、オンライン迅速化学分離装置(AIDA-II)を利用して観測した。実験では、$$^{262}$$Db, $$^{88}$$Nb及び$$^{169,170}$$Ta同位体を、それぞれ$$^{248}$$Cm($$^{19}$$F, ${it 5}$n), $$^{nat}$$Ge($$^{19}$$F, ${it x}$n)及び$$^{nat}$$Gd($$^{19}$$F, ${it x}$n)反応を用いてタンデム加速器で合成し、AIDA-IIを利用した繰り返し化学分離と$$alpha$$線測定を行った。得られた$$alpha$$線スペクトルから、Dbの壊変に伴う$$alpha$$線を同定し、その分配係数を求めた。その結果、本水溶液系における陰イオン交換樹脂への吸着の強さはPa $$<$$ Db $$<$$ Nb $$ll$$ Taであり、Dbとその直近の同族元素であるTaの挙動が大きく異なるという興味深い結果が得られた。講演では本結果とともに、原子力機構におけるDbの水溶液化学の現状と今後の計画についても報告する。

口頭

Rfを模擬した周期表第4族元素の$$alpha$$-HiB錯形成とイオン交換挙動

菊池 貴宏; 豊嶋 厚史; Li, Z.; 塚田 和明; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; 佐藤 望; 永目 諭一郎; 笠松 良崇*; Fan, F.*

no journal, , 

本研究では、金属イオンの電荷やイオン半径に鋭敏な$$alpha$$-ヒドロキシイソ酪酸($$alpha$$-HiB)を錯形成剤として用い、陽イオン交換法により104番元素ラザホージウム(Rf)の同族元素Zr, Hf並びに擬同族元素Thの錯体形成反応を調べた。実験に用いた$$^{88}$$Zr並びに$$^{175}$$Hfは、原子力機構タンデム加速器において製造し、分離精製した。また$$^{234}$$Thは$$^{238}$$Uからイオン交換法によって分離し、0.1$$sim$$0.5M HNO$$_{3}$$水溶液中に保存した。これらのトレーサーを含む$$alpha$$-HiB/HNO$$_{3}$$混合水溶液と陽イオン交換樹脂を混合して60$$^{circ}$$Cで振とうした。試料を遠心分離して一定量分取し、試料の$$gamma$$線を測定して分配係数を得た。ZrとHfの平衡到達時間を振とう時間を変化させて検討した後、平衡時における分配係数の変化を$$alpha$$-HiB錯形成剤の濃度に対して調べた。その結果、ZrとHfはどちらも約180分で平衡に到達することが明らかになった。また、$$alpha$$-HiB濃度の増加に伴ってZr並びにHfの分配係数は減少し、陽イオン錯体の逐次形成反応を示した。一方、Thは陽イオン交換樹脂に強く吸着し、Zr並びにHfの挙動とは大きく異なることが明らかになった。

口頭

Lrの第一イオン化ポテンシャル測定のためのガスジェット搬送装置結合型表面電離イオン源の開発

佐藤 望; 浅井 雅人; 塚田 和明; 佐藤 哲也; 豊嶋 厚史; Li, Z.; 菊池 貴宏; 金谷 佑亮*; 市川 進一; 永目 諭一郎; et al.

no journal, , 

超重元素の第一イオン化ポテンシャル(IP)は、強い相対論効果を受けた価電子状態を議論するうえで重要な値であるが、超重元素は生成量が少なく短い寿命で壊変するため、原子番号100以上の元素に対してはいまだに測定されていない。103番元素ローレンシウム(Lr)は、5f$$^{14}$$7s$$^{2}$$7pで表される電子配置を持ち、最外殻電子の束縛エネルギーが小さいため、他のアクチノイド元素や同様の電子配置をとるランタノイド元素ルテチウムよりもIPが低くなることが理論から予想されている。本研究グループでは、LrのIPを表面電離効率比較法で測定するため、原子力機構においてオンライン質量分離装置(ISOL)に用いるガスジェット搬送装置結合型表面電離型イオン源の開発を行ってきた。本討論会では、装置開発の現状と、研究対象とする$$^{256}$$Lr(半減期27秒)の合成実験について報告する。

口頭

Dbを模擬した5族元素のオンライン等温ガスクロマトグラフ挙動

佐藤 哲也; 塚田 和明; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 笠松 良崇*; Li, Z.; 佐藤 望; 菊池 貴宏; Liang, X. H.*; 金谷 佑亮*; et al.

no journal, , 

超重元素ドブニウム(Db, Z=105)の化学的性質を明らかにするため、Db及び周期表上の同族元素である5族元素Nb, Taの揮発性塩化物を合成しオンラインで気相化学分離を行う実験装置の開発を行った。タンデム加速器で合成した短寿命同位体$$^{rm 88}$$Nb及び$$^{rm 170}$$Taを実験対象として、本実験装置における揮発性塩化物の合成条件を最適化し、その最適条件のもとで、オンライン等温ガスクロマトグラフ挙動を観測した。その結果、Taの塩化物に比べてNbの塩化物がより揮発性が高いことを確認し、また、得られた両元素の揮発性塩化物の吸着エンタルピーは、これまでに報告されている昇華エンタルピーの傾向と一致しており、本実験装置によって揮発性の違いによる分離が可能であることが確認できた。本実験装置をDbに適用することで、Dbと同族元素との比較研究が可能である。

口頭

Electrochemical reduction of mendelevium in HCl solution

豊嶋 厚史; 大江 一弘; Li, Z.*; 浅井 雅人; 佐藤 望; 佐藤 哲也; 菊池 貴宏; 金谷 佑亮*; 北辻 章浩; 塚田 和明; et al.

no journal, , 

電気化学クロマトグラフィーを用いたメンデレビウム(Md)の電気化学的研究について発表する。原子力機構タンデム加速器施設において、$$^{248}$$Cm($$^{11}$$B,4$${it n}$$)反応によって$$^{255}$$Mdを合成した。電極に負電圧を印可すると、Mdは0.1M HCl水溶液によって溶出した。この溶離挙動はSr$$^{2+}$$やEu$$^{2+}$$に類似しており、最も安定なMd$$^{3+}$$からMd$$^{2+}$$への還元に成功したことを明確に示している。また、Mdの還元割合の変化から還元電位を標準水素電極に対して-0.18Vと決定した。

口頭

分析廃液の無機化処理試験; 陰極材の比較

紺野 貴裕; 菊池 貴宏; 関根 直紀; 田沢 勇人

no journal, , 

日本原子力研究開発機構 プルトニウム燃料技術開発センターでは水分分析方法をカールフィッシャー法に変更する予定である。この方法で発生する放射性廃液には、有機溶媒が含まれている。プルトニウム燃料技術開発センターでは、有機溶媒を含む放射性廃液の処理方法が確立していないため、候補として、電気化学酸化による有機溶媒を無機化する技術の開発を行っている。本発表では、電気分解に使用する陰極材に関する比較結果について報告する。

口頭

Electrolytic reduction of mendelevium using a flow electrolytic column

豊嶋 厚史; Li, Z.*; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; 菊池 貴宏*; 金谷 佑亮*; 北辻 章浩; 塚田 和明; 永目 諭一郎; Sch$"a$del, M.; et al.

no journal, , 

メンデレビウム(Md)の酸化還元挙動をフロー電解クロマトグラフィーにより調べた。原子力機構タンデム加速器において、$$^{248}$$Cm($$^{11}$$B,4n)$$^{255}$$Md反応により合成した$$^{255}$$Mdを用い、0.1M HCl水溶液中でフロー電解カラム装置を用いて電解還元実験を行った。クロマトグラフカラムへ適切な負電圧を印加することにより、最も安定なMd$$^{3+}$$がMd$$^{2+}$$に還元されることを観測した。Md$$^{2+}$$=Md$$^{3+}$$+e$$^{-}$$反応に対する酸化還元電位を標準水素電極系に対して-0.16$$pm$$0.05Vと決定できた。

口頭

MOXを原料としたPu標準物質調製

角 美香; 菊池 貴宏; 阿部 勝男; 佐藤 光弘; 影山 十三男; 山口 和哉*; 藤原 英城*; 菅谷 伸一*

no journal, , 

核燃料物質を取扱う施設において核燃料物質量を精確に測定することは核不拡散上重要であり、分析精度を十分に有していることが、国及びIAEAが行う査察検認の前提となっている。国内のPuを取り扱う分析所では、主に質量分析法(MS法)による同位体組成分析及び同位体希釈質量分析法(IDMS法)による含有率分析を計量分析に適用しているが、この同位体希釈に必要なPu標準物質は、現在海外からのみ入手可能となっている。日本原燃における操業が開始されれば、標準物質の需要が増す一方、近年Pu輸送の難しさが増し、将来はその入手が困難になる可能性も出てきており、計量管理のための分析を確実に継続するためにも、原子力機構では、自らPu標準物質を調製する技術の確立に取り組んでいる。

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