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青柳 登; Palladino, G.*; 長崎 晋也*; 木村 貴海
Bulletin of the Chemical Society of Japan, 91(6), p.882 - 890, 2018/06
被引用回数：1 パーセンタイル：4.18(Chemistry, Multidisciplinary)高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に係る研究において、III価のマイナーアクチノイドは、土壌中に存在する有機物と化学的に相互作用しながら移行することが懸念される。この相互作用がどのような錯生成反応を引き起こすのかを理解するために、本研究では、土壌中に存在する典型的な錯生成剤であるクエン酸に注目し、電位差滴定、核磁気共鳴及び時間分解型レーザー誘起蛍光分光を用いた分析を行った。その結果、マイナーアクチノイド及びその化学アナログであるランタノイドは、単核錯体の他に、二核及び三核錯体を生成することが明らかになった。この結果は、これまでコロイド粒子が核種移行に影響を及ぼすことが指摘されてきたが、それだけでは十分でなく、小さいサイズの錯体も移行評価に影響することを意味している。
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
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。
長崎 晋也*; 斉藤 拓巳; Yang, T.*
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 308(1), p.143 - 153, 2016/04
被引用回数：13 パーセンタイル：77.16(Chemistry, Analytical)高塩濃度(6.0Mのイオン強度を有する模擬塩水、および、異なるNa/Ca比、イオン強度を有するNa-Ca-Cl溶液)、酸化的な雰囲気におけるイライト, 頁岩, ベントナイトへのNp(V)の吸着をバッチ法にて評価した。全ての固相に対して、吸着の分配比(Kd)はpHc、Na/Ca比の増加とともに上昇した。イライトと頁岩へのKdはイオン強度0.1
4.6Mの範囲でイオン強度に依存せず、また、ベントナイトへのKdは1.0M以上でイオン強度に依存しなかった。
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
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)
(H
O)]
, 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.
bound to humic substances by time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS) and parallel factor analysis (PARAFAC)Lukman, S.*; 斉藤 拓巳*; 青柳 登; 木村 貴海; 長崎 晋也*
Geochimica et Cosmochimica Acta, 88, p.199 - 215, 2012/07
被引用回数：24 パーセンタイル：55.25(Geochemistry & Geophysics)The bioavailability and the toxicological properties of metal ions, including radionuclides, in the biosphere are greatly influenced by the speciation. This is especially critical in evaluating the feasibility of nuclear waste disposal where the understanding of radionuclide migration through geosphere from engineering barriers is one of the keys for performance assessment. Organic matters are important constituents of groundwater and have significant impact on the speciation and thus mobility of radionuclides, among which are humic substances (HSs) because of their high affinity to metal ions. In this study, europium (Eu) is used as the chemical homologue of trivalent actinides (An), to understand the speciation of An when it interacts with HSs collected from various origins. TRLFS is used for the speciation study owing to its high sensitivity and selectivity to differentiate multiple species co-existing simultaneously. The interpretation of the Eu species, denoted as Factor A, B and C, was tackled by Principal Component Analysis (PCA) and Partial Linear Square (PLS) Regression to deduce the nature of Eu species formed by taking into account the physicochemical properties of HSs that influence each species luminescence characteristics.
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
被引用回数：29 パーセンタイル：56.9(Chemistry, Physical)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.
平野 史生; 佐藤 正知*; 小崎 完*; 稲垣 八穂広*; 岩崎 智彦*; 大江 俊昭*; 加藤 和之*; 北山 一美*; 長崎 晋也*; 新堀 雄一*
Journal of Nuclear Science and Technology, 49(3), p.310 - 319, 2012/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)軽水炉から取り出したMOX使用済燃料を再処理した後に発生するハルエンドピース廃棄体について、地層処分に対する廃棄体の発熱の影響を検討した。MOX使用済燃料の発熱率と、その再処理後に生じるハルエンドピース廃棄体の発熱率は、MOX燃料を軽水炉に装荷する前の履歴に依存して変化する。ここでの履歴とは、再処理してプルトニウムを取り出す前のウラン燃料の燃焼度,冷却期間、及び再処理後に製造されたMOX燃料の貯蔵期間を指す。これらMOX使用済燃料の再処理に伴い発生するハルエンドピース廃棄体の発熱率は、使用済ウラン燃料を長期に渡り冷却した後に(例えば50年間)再処理し、MOX燃料を製造する場合等においても、燃焼度45GWd/tのウラン燃料の再処理で発生するハルエンドピース廃棄体と比較すると極めて高い。こうした廃棄体をセメント固化して地層処分する場合、セメントの温度上限値を80
Cとし、MOX燃料の燃焼度を45GWd/tとすると、1体の廃棄体パッケージに収納できるハルエンドピース廃棄体の量は、キャニスターの本数に換算すると0.7-1.6本となり、ウラン燃料の場合の4本と比較すると極めて少ないとの結果が得られた。
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。
中山 真一; 大越 実; 島田 太郎; 立花 光夫; 門馬 利行; 新堀 雄一*; 長崎 晋也*; Ahn, J.*
原子力教科書; 放射性廃棄物の工学, 235 Pages, 2011/01
放射性廃棄物の課題にこれから取り組もうとする学生,技術職,行政職にある人々を対象に、原子力施設の廃止措置を含む放射性廃棄物の発生,処理,処分,クリアランス、それらの安全評価など廃棄物管理活動の全体を、それらに関する科学的基礎にさかのぼって解説した。東京大学原子力専攻専門職大学院での講義を基に執筆した教科書シリーズの英語版の1冊である。
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
被引用回数：33 パーセンタイル：60.58(Engineering, Environmental)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.
湊 和生; 小無 健司*; 藤井 俊行*; 上原 章寛*; 長崎 晋也*; 大鳥 範和*; 徳永 陽; 神戸 振作
IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 9, p.012018_1 - 012018_7, 2010/05
被引用回数：0 パーセンタイル：1.02(Chemistry, Inorganic & Nuclear)原子力技術の研究・技術開発活動のためには、原子力分野における基礎・基盤的な研究開発活動やそのためのインフラの整備が着実に推進されている必要がある。また、革新的原子力技術の持続的な発展を維持するため、放射性廃棄物処分を含む革新的核燃料サイクル技術の探索などに継続的に取り組むことが重要である。超ウラン元素を含むアクチノイドを広範に取り扱うことができる基礎・基盤研究のための複数のホットラボ施設の広域連携のもとに、放射性廃棄物処分を含む革新的核燃料サイクル技術に関して、核燃料,再処理,地層処分にかかわる基礎・基盤的な研究として、アクチノイドの(1)固体物性に関する研究,(2)溶液化学に関する研究、及び(3)固液界面に関する研究を実施している。最先端のナノ解析手法の一つである核磁気共鳴(NMR)測定や先端的な分光学的実験手法である放射光XAFS(X線吸収微細構造)測定を適用するなどして、アクチノイド化合物の物性・電子構造,電解質溶液中のアクチノイドイオンや錯体の化学挙動、及び処分リスク定量化のための地下環境超ウラン元素化学の基礎的知見の蓄積を図っている。
; Influence of pH, ionic strength and metal concentrations竹中 陽子*; 斉藤 拓巳*; 長崎 晋也*; 田中 知*; 香西 直文; 大貫 敏彦
Geomicrobiology Journal, 24(3-4), p.205 - 210, 2007/09
被引用回数：8 パーセンタイル：25.55(Environmental Sciences)低濃度の3価Eu及びAmの蛍光菌への吸着では、低pHにおける吸着増加が見られた。これは、Ca及びCuとは異なる蛍光であり、Eu濃度の増加でも反対のpH依存性が得られた。
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
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10
10
m/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。
中山 真一; 長崎 晋也*; 稲垣 八穂広*; 大江 俊昭*; 佐々木 隆之*; 佐藤 正知*; 佐藤 努*; 田中 知*; 杤山 修*; 長尾 誠也*; et al.
JAEA-Conf 2007-003, 120 Pages, 2007/03
JAEA-Conf-2007-003.pdf:53.18MB
「放射性廃棄物処分研究のためのネットワーク」は、放射性廃棄物処分のための基礎研究を促進し、また若手研究者を育成することを目的として、日本原子力研究開発機構の「連携重点研究」制度をその枠組みとして設立された研究者ネットワークである。その第1回情報交換会が、2006年8月4日、日本原子力研究開発機構の原子力科学研究所において開催された。本講演資料集は、本課題の第1回情報交換会における発表、及び討論をまとめたものである。
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。
田中 知*; 長崎 晋也*; 中田 弘太郎*; 小田 卓司*; 亀田 純*; 亀井 玄人; 舘 幸男
JNC TY8400 2003-008, 88 Pages, 2003/05
JNC-TY8400-2003-008.pdf:1.29MB
鉄(II)を含む鉱物の表面におけるクロム(Cr)およびネプツニウム(Np)の酸化還元反応について研究した。予備的な研究として,塩化第一鉄(FeCl)及びマグネタイト(Fe(II)
Fe(III)O)とCr(VI)を反応させたところ,酸化還元反応が起こることが確認された。このときの実験結果から,マグネタイト表面でFe(II)が消費されると電子移動が生じ,マグネタイト表面に存在するFe(II)の量以上に酸化還元反応が進むことが示唆された。この結果は,量子化学計算を用いても定性的に示された。また,FeClとNp(V)を反応させたところ明確な酸化還元反応は見られなかったが,マグネタイトとNp(V)を反応させたときにはNpの4価への還元が確認された。この反応は,マグネタイト/水溶液比が高いほど,また温度が高いほど早く進むことが確認され,その反応速度定数を導出した。その結果,Cr(VI)の場合と同様に,マグネタイト表面に存在するFe(II)の量以上に酸化還元反応が進むことが示唆された。さらに,不活性ガス雰囲気中で石英を粉砕した際に水素ガス及び水素イオンの発生が認められ,Fe(II)を含まない鉱物でも酸化還元反応の起こる可能性が示唆された。
長崎 晋也*
JNC TJ8400 2002-058, 186 Pages, 2003/03
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。
中田 弘太郎*; 長崎 晋也*; 田中 知*; 坂本 義昭; 田中 忠夫; 小川 弘道
Radiochimica Acta, 90(9-11), p.665 - 669, 2002/12
被引用回数：52 パーセンタイル：93.86(Chemistry, Inorganic & Nuclear)鉄酸化物はその表面で放射性核種を吸着することにより、地層中での放射性核種の移行を遅延させることが知られている。このような吸着反応において酸化還元反応に敏感な一部の元素に対して、単なる吸着だけでなく、鉄鉱物中のFe(II)による還元反応を伴う吸着反応の可能性が指摘されてきた。そこで、本研究ではFe(II)を含むマグネタイトとFe(III)のみのヘマタイトへのNp(V)の吸着反応について、大気条件下及び低酸素条件下で調べた。その結果、マグネタイトに対しては低酸素条件下でのNp(V)の吸着量が大気条件下よりも増加するとともに、その吸着形態は大気条件下で見られたイオン交換的な吸着よりも強い結合であることが示された。しかし、ヘマタイトではこのような現象が認めらないこと、低酸素条件下でマグネタイトに吸着したNpがNp(IV)を抽出するTTAで抽出された結果から、低酸素条件下ではマグネタイトへのNp(V)の吸着がNp(IV)への還元を伴う吸着現象である可能性を示唆した。
長崎 晋也*
JNC TJ8400 2001-051, 136 Pages, 2002/03
JNC-TJ8400-2001-051.pdf:2.18MB
天然に普遍的に存在する代表的な有機コロイドであるフミン酸(HA)と放射性廃棄物処分で問題となるUO22+の錯体形成について、クエンチング法、遠心限外ろ過法、そして赤外分光(IR)測定によって評価を行い、HAの有する官能基分布の不均質性及び高分子電解質性の点から錯体形成挙動に関する知見を得た。クエンチング実験の結果から、HA中にはUO22+との錯体形成によって、蛍光のクエンチングをうけるサイトが存在し、特に、そのようなサイトが低分子量のフラクションに多く含まれることが分かった。また、遠心限外ろ過実験の結果とその比較から、クエンチングサイトよりも安定な錯体を形成するHAの蛍光に関与しない錯体形成サイトが全てのフラクションに存在することが示された。さらに、異なる溶媒によって洗浄を施したHA-UO22+錯体のIR測定の結果から、UO22+がHAの官能基と直接結合する内圏型錯体とUO22+が水和水を保持したまま静電的にHAに吸着する外圏型錯体の存在の可能性が示唆された。微視的機構論に基づいた計算手法であ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、天然バリア母岩中の地下水の流れとその中における物質輸送現象を評価するための知見を得た。入口-出口間における圧力の距離依存性を調べ、線形性があることが分かった。この結果より、流体を圧力によって駆動した際の実数格子ガス法による解析がFracture Junctionsにおいても有効であることが確かめられた。また、流路出口における輸送物質の混合度と流体のPeclet数との間に逆S字状の負の相関関係があることからPeclet数が小さいとき混合度が高く、混合度は特定のPeclet数の範囲において大きく変化することが確認された。このことから流速の極端に遅い地下水系において2流体が衝突するとき、輸送物質が混合していることが示唆された。
久野 義夫; 油井 三和; 長崎 晋也*
原子力バックエンド研究, 8(2), p.195 - 203, 2002/03
地層処分システムにおける核種移行評価に関しては、コロイドの影響を考慮した評価が必要である。そこで、著者らは、(1)処分環境下で存在するコロイドの種類(2)コロイドの核種移行挙動への影響(3)コロイドの影響を考慮した核種移行評価モデル について調査を行い、今後どのような研究が必要であるか検討を行った。
