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論文

Development of spin-contrast-variation neutron reflectometry for the structural analysis of multilayer films

熊田 高之; 阿久津 和宏*; 大石 一城*; 森川 利明*; 河村 幸彦*; 佐原 雅恵*; 鈴木 淳市*; 鳥飼 直也*

Journal of Applied Crystallography, 52(5), p.1054 - 1060, 2019/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

スピンコントラスト変調中性子反射率法を用いて高分子膜の測定を行った。ポリスチレン薄膜の測定においては核偏極に従って変化する反射率曲線は全て同一の構造因子を用いて綺麗に再現することができた。本結果は、スピン拡散機構によって表面や界面を含めて試料が均一に偏極していることを示したものであり、本手法から構造因子を高い信頼性をもって得られることを担保する結果となった。また、ミクロ相分離したブロック共重合体の測定では、核偏極によって特定の界面構造が選択的に得ることができることを示した。

論文

Controlled deuterium labelling of imidazolium ionic liquids to probe the fine structure of the electrical double layer using neutron reflectometry

阿久津 和宏*; Cagnes, M.*; 田村 和久; 金谷 利治*; Darwish, T. A.*

Physical Chemistry Chemical Physics, 21(32), p.17512 - 17516, 2019/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.23(Chemistry, Physical)

本研究で、イオン液体中で形成される電気二重層の構造を決定するための、重水素化技術と中性子反射測定を組み合わせた手法を確立した。そのために、本研究において、選択的に簡素かつ大量に重水素化する方法を開発した。

論文

Complexation properties and structural character of lanthanides complexes of $$O,N$$-hetero donor ligand BIZA

小林 徹; 阿久津 和宏*; 中瀬 正彦*; 鈴木 伸一; 塩飽 秀啓; 矢板 毅

Separation Science and Technology, 54(13), p.2077 - 2083, 2019/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

ランタノイドを効率よく分離できる分離剤の開発は、レアアースの精錬やリサイクル技術の確立に関連する重要なテーマである。アクチノイド化学研究グループでは、酸素と複素環窒素をドナー元素とするヘテロドナー型配位子をいくつか開発し、これらの配位子が特定のランタノイドと選択的に錯形成することを見出している。本論文では、窒素ドナーとしてベンズイミダゾール基を有する配位子($$N$$-methyl-$$N$$-phenyl-2-(1$$H$$-benzimidazol-2-yl)-pyridine-6-carboxamide)のランタノイドとの錯形成特性について、結晶構造解析による構造化学的な検討に基づいて議論する。

論文

Development of high-polarization Fe/Ge neutron polarizing supermirror; Possibility of fine-tuning of scattering length density in ion beam sputtering

丸山 龍治; 山崎 大; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 宮田 登*; 青木 裕之; 武田 全康; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 888, p.70 - 78, 2018/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:55.45(Instruments & Instrumentation)

イオンビームスパッタ法で成膜されたFe/Si及びFe/Ge多層膜に対して、X線及び偏極中性子反射率、走査型透過電子顕微鏡と組み合わされたエネルギー分散型X線分光分析等のプローブによって層構造や局所元素分析を行った。その結果、Fe/Ge多層膜のGe層に含まれたスパッタリングガスであるArが含まれることにより、Ge層の散乱長密度が減少し、(-)スピンの中性子に対するFeとGeの散乱長密度のコントラストがほぼ消失し偏極中性子反射において高偏極率となることがわかった。Ge層に含まれるArは、成膜時においてAeがGeターゲットで後方散乱することに起因することが知られており、偏極スーパーミラーの高偏極率化に必要な(-)スピン中性子に対する散乱長密度コントラストを微調整する新たな手法となる可能性を示すものである。この結果を基に、Niの5倍の全反射臨界角をもつFe/Ge偏極スーパーミラーを成膜し偏極反射率測定を行った結果、(+)スピン中性子の反射率が0.70以上、偏極率はビームラインの偏極性能が正しく補正されている領域においては0.985以上という高い偏極率を達成した。

報告書

Deuterated Materials Enhancing Neutron Science for Structure Function Applications; 2017年10月19$$sim$$20日,いばらき量子ビーム研究センター

阿久津 和宏*; 安達 基泰*; 川北 至信

JAEA-Review 2018-002, 36 Pages, 2018/03

JAEA-Review-2018-002.pdf:4.67MB

J-PARC MLFでは安定した大強度パルス中性子の供給が実施されており、現在までに数多くの中性子線を用いた先導的な研究、特に化学・生命の中性子研究においては中性子線が水素に敏感である性質を活用した研究が展開されている。特定の位置の水素又は有機分子の水素をその同位体である重水素でラベル化する手法は、部分選択的構造解析、水素の非干渉性散乱に由来するバックグラウンドの低減、従来では見えない構造を可視化するなど多くの利点があり、中性子研究を更に高度なものへと昇華する手法として重要な役割を担っている。そこで、わが国の中性子科学の発展に寄与することを目指して、2017年10月19日-20日に 国際ワークショップ「Deuterated Materials Enhancing Neutron Science for Structure Function Applications」がJ-PARC Workshopとして開催された。このワークショップでは、重水素ラベル化技術及びそれらを中性子科学研究に利用している国内外の研究者が一堂に会し、重水素化実験手法、最新の中性子科学研究成果及びその動向について多方面より議論した。本レポートは、オーガナイザーによるワークショップの報告である。

論文

A Novel microemulsion phase transition; Toward the elucidation of third-phase formation in spent nuclear fuel reprocessing

Mu, J.*; 元川 竜平; 阿久津 和宏*; 西辻 祥太郎*; Masters, A. J.*

Journal of Physical Chemistry B, 122(4), p.1439 - 1452, 2018/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:43.52(Chemistry, Physical)

We present evidence that the transition between organic and third phases, which is an unusual transition between two isotropic, bi-continuous micro-emulsion phases. This system contains quaternary; water, n-dodecane, nitric acid, tributyl phosphate (TBP). This quaternary system has been shown to exhibit, under appropriate conditions, three coexisting phases: a light organic phase, an aqueous phase, and the so-called third phase. In this work, we focused on the coexistence of the light organic phase with the third phase using methods of molecular dynamics (MD) simulation and small-angle X-ray scattering (SAXS). Snapshots from the MD simulations as well as a cluster analysis of the organic and third phases revealed structures akin to bi-continuous micro-emulsion phases, with the polar species residing within a mesh, and with the surface of the mesh formed by amphiphilic TBP molecules. The non-polar n-dodecane molecules were observed in these snapshots to be outside this mesh. The only large-scale structural differences observed between the two phases were the dimensions of the mesh. Evidence for the correctness of these structures was provided by the results of SAXS studies, where the profiles obtained for both the organic and third phases agreed well with those calculated from simulation.

論文

Small-angle neutron scattering study of specific interaction and coordination structure formed by mono-acetyl-substituted dibenzo-20-crown-6-ether and cesium ions

元川 竜平; 小林 徹; 遠藤 仁*; 池田 隆司; 矢板 毅; 鈴木 伸一; 成田 弘一*; 阿久津 和宏*; Heller, W. T.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(8), p.1205 - 1211, 2016/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

This study uses small-angle neutron scattering (SANS) to elucidate the coordination structure of the complex of mono-acetyl substituted dibenzo-20-crown-6-ether (ace-DB20C6) with Cs. SANS profiles obtained for the complex of ace-DB20C6 and Cs (ace-DB20C6/Cs) in deuterated dimethyl sulfoxide indicated that Cs coordination resulted in a more compact structure than the free ace-DB20C6. The data were fit well with SANS profiles calculated using Debye function for scattering on an absolute scattering intensity scale. For this theoretical calculation of the scattering profiles, the coordination structure proposed based on a density functional theory calculation. Consequently, we conclude that the SANS analysis experimentally supports the proposed coordination structure of ace-DB20C6/Cs and suggests the following: (1) the complex of ace-DB20C6 and Cs is formed with an ace-DB20C6/Cs molar ratio of 1/1; (2) the two benzene rings of ace-DB20C6 fold around Cs above the center of the crown ether ring of ace-DB20C6.

論文

Comparative molecular dynamics study on tri-$$n$$-butyl phosphate in organic and aqueous environments and its relevance to nuclear extraction processes

Mu, J.*; 元川 竜平; Williams, C. D.*; 阿久津 和宏*; 西辻 祥太郎*; Masters, A. J.*

Journal of Physical Chemistry B, 120(23), p.5183 - 5193, 2016/06

 被引用回数:16 パーセンタイル:40.55(Chemistry, Physical)

A refined model for tri-$$n$$-butyl phosphate (TBP), which uses a new set of partial charges generated from our ab initio density functional theory calculations, has been proposed in this study. Molecular dynamics simulations are conducted to determine the thermodynamic properties, transport properties, and the microscopic structures of liquid TBP, TBP/water mixtures, and TBP/$$n$$-alkane mixtures. These results are compared with those obtained from four other TBP models, previously described in the literature. We conclude that our refined TBP model appears to be the only TBP model from this set that, with reasonable accuracy, can simultaneously predict the properties of TBP in bulk TBP, in organic diluents, and in aqueous solution. This new TBP model is thus appropriate for the simulation of liquid-liquid extraction systems in the nuclear extraction process, where one needs to simultaneously model TBP in both aqueous and organic phases. It is also promising for the investigation of the microscopic structure of the organic phase in these processes and for the characterization of third-phase formation, where TBP again interacts simultaneously with both polar and nonpolar molecules. Because the proposed TBP model uses OPLS-2005 Lennard-Jones parameters, it may be used with confidence to model mixtures of TBP with other species whose parameters are given by the OPLS-2005 force field.

論文

J-PARCにおけるパルス中性子ビームの利用と展望,3; 高圧の科学と表面・界面の構造解析

服部 高典; 阿久津 和宏*; 鈴木 淳市*

ぶんせき, 2015(2), p.58 - 64, 2015/02

J-PARCのMLFでは、現在、18本の中性子ビームラインに実験装置が設置され、世界最高強度のパルス中性子ビームを用いた物質科学、生命科学、材料科学、素粒子科学、原子核科学等の学術研究や産業利用が行われている。本稿では、超高圧中性子回折装置「PLANET」および試料垂直型偏極中性子反射率計「写楽」の特徴に触れながら高圧の科学と表面・界面の構造解析について説明する。

論文

J-PARCにおけるパルス中性子ビームの利用と展望,1; 中性子ビームの特徴と結晶構造解析

阿久津 和宏*; 大原 高志

ぶんせき, 2014(11), p.617 - 621, 2014/11

J-PARCのMLFでは現在18本の中性子ビームラインに実験装置が設置され、世界最高強度のパルス中性子ビームを用いた学術研究や産業利用が行われている。本稿では、J-PARCおよびMLFの中性子実験施設の概要、中性子の特徴を紹介するとともに、中性子実験装置の一つである単結晶回折計「千手」の特徴に触れながら中性子結晶構造解析について説明する。

論文

Extraction and complexation studies of N-methyl-N-phenyl-2-(1H-benzimidazol-2-yl)pyridine-6-carboxamide with trivalent lanthanide

阿久津 和宏*; 鈴木 伸一; 小林 徹; 塩飽 秀啓; 岡本 芳浩; 矢板 毅

Solvent Extraction Research and Development, Japan, 20, p.105 - 114, 2013/00

The extractability and complexation properties of trivalent lanthanides with N-methyl-N-phenyl-2-(1H-benzimidazol-2-yl)pyridine-6-carboxamide (MePhBIZA) were investigated. The MePhBIZA, containing two aza-aromatic donors and an oxygen donor in the molecule, was designed with regard to 2-(2-pyridyl)benzimidazole (Biz) and newly synthesized as an extractant for trivalent lanthanides, Ln$$^{3+}$$, and actinides, An$$^{3+}$$. The MePhBIZA exhibited satisfactory extractability of Eu$$^{3+}$$ even under acidic conditions. A speciation diagram, based on the formation constants determined by spectroscopic titration experiments, indicated that the MePhBIZA formed complexes with Eu$$^{3+}$$ in acidic solution. These results showed that the addition of the amide group promotes ligand coordination with Eu$$^{3+}$$ over the competing protonation reaction in relatively acidic solution in comparison with Biz.

論文

Effect of the introduction of amide oxygen into 1,10-phenanthroline on the extraction and complexation of trivalent lanthanide in acidic condition

小林 徹; 矢板 毅; 鈴木 伸一; 塩飽 秀啓; 岡本 芳浩; 阿久津 和宏*; 仲野 義晴*; 藤井 有起*

Separation Science and Technology, 45(16), p.2431 - 2436, 2010/11

 被引用回数:29 パーセンタイル:27.19(Chemistry, Multidisciplinary)

The extractability and complexation properties of lanthanides with $$N$$-alkyl-$$N$$-phenyl-1,10-phenanthroline-2-carboxamide were investigated. These ligands, which contain two aza-aromatic donors and an oxygen donor in a molecule, are newly developed extractants for actinides and lanthanides. $$N$$-Octyl-$$N$$-tolyl-1,10-phenanthroline-2-carboxamide exhibited high extractability of Eu$$^{3+}$$ even under acidic conditions. In addition, strong complexation in acidic media was confirmed by spectroscopic titration experiments. Investigation of the complexation equilibrium revealed that the presence of an oxygen donor promotes ligand coordination with lanthanides over the competing protonation reaction in acidic solution.

報告書

分子動力学法による3価希土類元素塩化物のアルカリ塩化物融体中の混合挙動

沼倉 正彦; 矢板 毅; 塩飽 秀啓; 鈴木 伸一; 小林 徹*; 阿久津 和宏; Madden, P. A.*; 岡本 芳浩

JAEA-Research 2009-003, 26 Pages, 2009/04

JAEA-Research-2009-003.pdf:4.29MB

分子動力学法(MD)計算を利用し、LiCl-KCl共晶塩と3価希土類元素塩化物であるTbCl$$_3$$を用い、その混合挙動について調べた。また、Tb$$^{3+}$$は希土類元素の中ではそのイオン半径が中間的な元素であることから、イオン半径の違いによる構造への影響を理解するため、Tb$$^{3+}$$よりもイオン半径の大きいLa$$^{3+}$$、小さいY$$^{3+}$$を比較対象として用いた。単独塩融体では陽イオンのイオン半径の違いにより配位数が異なるが、LiCl-KCl共晶塩を混合させると、イオン半径の大きさに関係なく安定な6配位八面体構造に近づく傾向があることがわかった。さらに、LiCl及びKClによる混合効果について検討した結果、それらに違いがあることが明らかとなった。

報告書

高温工学試験研究炉における1次上部遮へい体用材料中の水分量検討

角田 淳弥; 沢 和弘; 茂木 春義; 板橋 秀治; 北見 俊幸; 圷 陽一; 渕田 安浩*; 川口 徹*; 守屋 正裕*

JAERI-Research 99-054, p.41 - 0, 1999/09

JAERI-Research-99-054.pdf:1.19MB

高温工学試験研究炉の1次上部遮へい体は、鉄枠中に遮へい体であるコンクリート(グラウト)を封入したものである。1次上部遮へい体の主な機能は、燃料取扱フロア、スタンドパイプ室の線量当量率が遮へい区分の制限値を満足するように炉心からの中性子及び$$gamma$$線を減衰させることである。温度が上昇した場合に特に重要になるもののひとつに、中性子遮へいに大きな影響を与えるコンクリート中の水の含有量(含水量)がある。そこでコンクリート温度と含水量の関係を把握するために、炉外試験を行った。本試験結果に基づき、コンクリートからの水の散逸挙動のモデルを作成した。そのモデルを1次上部遮へい体に適用した結果、1次上部遮へい体の温度が110$$^{circ}C$$以下であれば、遮へい評価に用いている含水量が保持されるという結論を得た。

口頭

高温融体のクイックスキャンXAFS

岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 沼倉 正彦; 小林 徹; 阿久津 和宏; 矢板 毅; 鈴木 伸一

no journal, , 

ランタノイド塩化物を対象に高エネルギーXAFSの測定技術を駆使して、希薄系混合状態における特異な挙動を明らかにしてきた。これらの多くは、試料の状態が変化しない静的な測定環境であった。しかしながら、乾式再処理では、酸化物燃料の塩素化,電解反応,分離回収など、数多くの反応場が存在する。そこで、次のステップとしてクイックスキャンXAFS(QXAFS)技術を導入し、短時間でXAFSパターンを取得し、溶融塩系の反応追跡に使用可能かどうか、その実効性を試験した。QXAFSでは、高速スキャンさせて、5分間でLa-K吸収端のXAFSパターンを取得し、通常のXAFS測定で1回スキャンに必要な30分$$sim$$1時間を大幅に短縮した。詳細な解析から、QXAFSの1回スキャンXAFSの結果は、十分解析に耐えるものであり、溶融塩の反応追跡に利用可能であることを確認した。

口頭

塩化テルビウム系混合融体の高エネルギーXAFS

沼倉 正彦; 岡本 芳浩; 矢板 毅; 塩飽 秀啓; 鈴木 伸一; 小林 徹; 阿久津 和宏; 松浦 治明*

no journal, , 

希土類塩化物融対中の金属イオンの情報は乾式再処理の研究に重要であり、塩化物融体中に含まれる微量の希土類元素の情報を得るためにK吸収端を利用した高エネルギーXAFSは非常に有効である。今回の研究ではTbCl$$_3$$及びそれぞれ40%,15%,1.5%TbCl$$_3$$-(LiCl-KCl)融体のXAFSを測定し、その構造変化を調べた。解析の結果、TbCl$$_3$$の濃度が薄くなるとその配位数がやや減少し6に近づくが、第一配位圏のTb-Clの距離はほとんど変わらなかった。デバイワーラー因子が非常に小さくなることもわかった。また構造の変化を調べるためにMD計算も行った。その結果25%付近で構造の変化が起きることがわかった。このシミュレーション結果は今回のXAFS結果と一致する。

口頭

フェナントロリン-アミド型配位子の創製とその3, 4価アクチノイドイオン認識特性

小林 徹; 矢板 毅; 鈴木 伸一; 塩飽 秀啓; 岡本 芳浩; 阿久津 和宏; 仲野 義晴*; 藤井 有起*

no journal, , 

アミド酸素とピリジル窒素を配位元素として併せ持つフェナントロリン-アミド型配位子(PTA)を合成し、そのアクチノイドイオン認識特性を検討した。その結果、高い酸濃度条件で3,4,6価アクチノイドを選択的に認識し、3価アクチノイドとの化学挙動が類似しているといわれているランタノイドからの分離能が、20から50程度あることがわかった。酸濃度領域で分離能に差が生ずる理由は、おもにアクチノイドの5f軌道と効果的に相互作用する2つの芳香族窒素部位と、全アクチノイド及びランタノイドに親和性を示す一つのアミド酸素による作用によっていると詳細な電子状態の検証から推定されている。また、この分離能が現れるためには、分子の構造上必要な要件があることも併せて見いだした。本講演では、PTAの分子設計及び合成法の確立,アクチノイド,ランタノイドの配位特性及びこれら元素の分離特性について発表する。

口頭

芳香族窒素系配位子を用いたランタノイドイオンの分離とその分離錯体の発光特性

塩飽 秀啓; 阿久津 和宏; 矢板 毅; 岡本 芳浩; 小林 徹; 沼倉 正彦; 仲野 義晴*; 真原 沙織*; 藤井 有起*

no journal, , 

芳香族窒素系多座配位子は、アクチノイド(An)やランタノイド(Ln)イオンと高い親和性を示すほか、センシング剤としても優れており、多成分溶液から目的元素を検出し同時に分離することのできる物質として有望である。そこで本研究では、トリアゾールピリジンやトリアジンピリジンなど芳香族窒素系多座配位子とその誘導体を合成し発光特性を調べた。トリアゾールピリジン誘導体溶液にTb$$^{3+}$$を添加すると、配位子に由来する334nmの発光が減少し、Tb$$^{3+}$$に由来する489nmと545nmの発光が大幅に増加した。この発光は、Tb$$^{3+}$$に配位した配位子からTb$$^{3+}$$へのエネルギー移動が起きたためと考えられる。Eu$$^{3+}$$, Sm$$^{3+}$$, Dy$$^{3+}$$を添加した場合も同様の現象が起こることから、トリアゾールピリジン誘導体はこれらLnイオンのセンシング剤として利用できる可能性を見つけた。本講演では抽出実験や滴定実験,XAFS構造解析の結果などをもとにトリアゾール及びトリアジンピリジン誘導体とLn錯体の親和性及びその構造等について議論する。また、それら錯体の発光特性を利用したセンシング剤への応用性についても議論する。

口頭

Molecular design for hybrid donor type ligands with oxygen and nitrogen for simultaneous ion recognition of actinides (III, IV, VI) from lanthanides (III)

矢板 毅; 小林 徹; 塩飽 秀啓; 岡本 芳浩; 阿久津 和宏; 鈴木 伸一

no journal, , 

2つのアザ芳香族ドナーとアミド酸素を持つハイブリッド型ドナー配位子であるフェナントロリンアミド(PTA)を設計,合成した。この化合物は、酸水溶液からアクチノイド(III, IV, VI)をランタノイド(III)から分離することが可能であるような、これまでにない性能を有している。一般に酸素は、静電結合によりすべてのランタノイド及びアクチノイドを、一方窒素は、選択的に5f電子と共有結合的相互作用することによりアクチノイドをそれぞれ認識することが知られている。それゆえPTAは両者の相互作用が効果的に合算した結果によって特異な認識を示したといえる。また分光滴定から求めた錯生成度定数は、酸素の存在が酸溶液でのイオンへの配位に効果的であるという結果も示している。本発表では、放射光XAS, XES及びRIXSなどの実験結果などから化学結合の特徴からイオン認識のメカニズムなども紹介する予定である。

口頭

新規アクチノイド認識化合物PTAの分子設計研究

矢板 毅; 池田 隆司; 小林 徹*; 鈴木 伸一; 塩飽 秀啓; 岡本 芳浩; 池田 篤史; 阿久津 和宏; 沼倉 正彦

no journal, , 

三価アクチノイドイオンをランタノイドから選択的に認識する有機配位子の創製は、マイナーアクチノイドの分離・核変換に用いる抽出剤開発において大変重要である。これまで、世界的にさまざまな抽出剤が検討されているが、アクチノイド認識に関して十分な理解が為されていないとともに、未だ実機に適用可能な物質は見いだされていないといえる。本研究では、これまで提唱されている窒素型ソフトドナー配位子と三価アクチノイドとの化学結合特性解明を進める過程で、イオン認識能が発現するうえで必要条件と考えられる因子を考慮して分子設計を行った。その結果、三価アクチノイドに関して認識能を示す化合物の創製に成功した。本発表では、アクチノイド,ランタノイド錯体のキャラクタリゼーション及びその必要条件と考えられる因子について明らかにしつつ、分離実験の結果について紹介する。

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