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論文

Hydration structures of barium ions; ${it Ab initio}$ molecular dynamics simulations using the SCAN meta-GGA density functional and EXAFS spectroscopy studies

山口 瑛子; 小林 恵太; 高橋 嘉夫*; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Chemical Physics Letters, 780, p.138945_1 - 138945_5, 2021/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Physical)

ラジウム(Ra)はウランやトリウムの放射壊変により生成する放射性元素であり、放射性廃棄物の処理や旧ウラン鉱山周辺の環境問題の解決において重要な元素であるが、安定同位体が存在しないといった取り扱いの難しさから、水和構造などの基本的な物理化学的性質さえも不明な点が多い。本研究では、周期律表上でRaより一周期小さいがRaと同族であり、イオンの価数や大きさが類似していることから、アナログ元素としてよく用いられるバリウムに着目し、その水和構造を第一原理分子動力学法のシミュレーションにより解明した。これまで研究が行われていない大きな系について、より水の計算に適している新しい汎関数を用いて第一原理計算を行うことでより高精度のシミュレーションを行い、X線吸収微細構造法の観測も行うことでシミュレーション結果の妥当性を確かめた。

論文

Highly-sensitive analysis of fluorescence XANES at Europium (Eu) L$$_{rm III}$$-edge for the determination of oxidation state for trace amount of Eu in natural samples by bragg-type crystal analyzer system

小長谷 莉未*; 河村 直己*; 山口 瑛子; 高橋 嘉夫*

Chemistry Letters, 50(8), p.1570 - 1572, 2021/08

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

アクチノイド元素のアナログ元素としても使用される希土類元素(REE)のうち、ユウロピウム(Eu)だけは+2価をとりえるため特異的な挙動を示すことが知られているが、天然試料中でのEuの化学状態評価は難しく、詳細なメカニズムの解明は行われていない。本研究では、天然試料中のEuの化学状態を高分解能X線吸収微細構造(XANES)法により解明したことを報告する。なお、問題解決に当たっては、ブラッグ式結晶アナライザを用いることで内殻電子寿命に起因するピークのブロード化を抑制し、他元素の干渉影響等を除いたことが糸口となった。得られた知見は、希土類元素やアクチノイド元素の環境動態解明に資する。

論文

Machine learning potentials for tobermorite minerals

小林 恵太; 中村 博樹; 山口 瑛子; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Computational Materials Science, 188, p.110173_1 - 110173_14, 2021/02

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

セメント水和物(セメントペースト)は建築材はもとより、放射性セシウムの閉じ込め材料として利用される。本論文はセメント水和物の代表的なモデル物質であるトバモライトの機械学習力場の構築を行ったものである。トバモライトに対し第一原理計算を実施し、様々な原子配置とそのポテンシャルデータを大量に生成し、ニューラルネットを用いた機械学習力場の学習を行った。構築した機械学習力場はトバモライトの弾性係数,振動状態密度をほぼ第一原理と同等の精度で計算可能であることを確かめた。また、機械学習分子動力学法を実行し、トバモライト細孔における水,イオンの輸送特性の解析を行った。

論文

Quantitative evaluation of effects of isomorphic substitutions on delamination energies of clay minerals

山口 瑛子; 浅野 育美*; 北川 結理*; Meng, C.*; 中尾 淳*; 奥村 雅彦

Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.127 - 130, 2020/10

粘土鉱物は身近な鉱物の一つであり、環境中の元素挙動に大きな影響を及ぼすにも関わらず、未解明な点が多い。粘土鉱物の重要な特性の一つに、同程度の大きさのイオンによる置換反応(同形置換)があり、粘土鉱物の強い吸着力の要因の一つと考えられているが、実際にどの程度影響を及ぼすか評価されたことはない。本発表では、系統的なモデル作成と第一原理計算を用いることで、同形置換が剥離強度に与える影響を数値的に評価した結果を報告する。

論文

Local structure of rare earth elements (REE) in marine ferromanganese oxides by extended X-ray absorption fine structure and its comparison with REE in ion-adsorption type deposits

長澤 真*; Qin, H.-B.*; 山口 瑛子; 高橋 嘉夫*

Chemistry Letters, 49(8), p.909 - 911, 2020/08

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

Speciation of rare earth elements (REE) in marine ferromanganese oxides (MFMO) was conducted by extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and sequential extraction to compare the enrichment mechanisms and extraction rates between MFMO and ion-adsorption type deposits, which can be reasonably explained by the formation of inner- and outer-sphere complexes in the two materials for yttrium and other REE.

論文

The Surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 荒井 武彦*; 仲内 悠祐*; 中村 智樹*; 松岡 萌*; et al.

Science, 364(6437), p.272 - 275, 2019/04

 被引用回数:140 パーセンタイル:99.81(Multidisciplinary Sciences)

小惑星探査機はやぶさ2のターゲット天体であるリュウグウは、始原的な炭素質物質で構成されていると考えられている。はやぶさ2に搭載された近赤外分光計(NIRS3)によって、天体の表面組成を得た。天体全体の観測で、弱く細い吸収が2.72ミクロンに確認され、OHを含む鉱物の存在を示している。弱いOH吸収と低いアルベドは熱やショックによって変質を受けた炭素質コンドライトに似ている。OHバンドの位置はほとんど一定であり、衝撃片の集合によって形成されたリュウグウは組成的に均質であることを示している。

論文

Discovery of ion-adsorption type deposits of rare earth elements (REE) in Southwest Japan with speciation of REE by extended X-ray absorption fine structure spectroscopy

山口 瑛子*; 本多 翼*; 田中 雅人*; 田中 万也; 高橋 嘉夫*

Geochemical Journal, 52(5), p.415 - 425, 2018/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.9(Geochemistry & Geophysics)

風化花崗岩中にみられるイオン吸着型鉱床は重要な希土類元素資源として知られている。しかし、日本においてはこうしたイオン吸着型鉱床の存在の有無はほとんど調査されてこなかった。そこで本研究では広島県と島根県において風化花崗岩試料を採取し、希土類元素の分析を行った。その結果、中国でみられるイオン吸着型鉱床と同程度の希土類元素を含むことが分かった。EXAFSスペクトルを測定した結果、塩化アンモニウム水溶液により抽出される交換性の希土類元素は外圏型錯体として吸着していることが明らかとなった。一方、抽出されなかった画分は内圏型錯体を形成していた。

論文

Molecular gyrotops with a five-membered heteroaromatic ring; Synthesis, temperature-dependent orientation of dipolar rotors inside the crystal, and its birefringence change

増田 敏幸*; Arase, Junko*; 稲垣 佑亮*; 川幡 正俊*; 山口 健太郎*; 大原 高志; 中尾 朗子*; 門馬 洋行*; Kwon, E.*; 瀬高 渉*

Crystal Growth & Design, 16(8), p.4392 - 4401, 2016/08

 被引用回数:24 パーセンタイル:90.91(Chemistry, Multidisciplinary)

Three-dimensional arrays of dipolar rotors were constructed as single crystals of molecular gyrotops, which are macrocage molecules with a bridged dipolar rotor. In this study, we synthesized novel molecular gyrotops with a five-membered heteroring, i.e., furan-diyl, thiophenediyl, and selenophene-diyl, and investigated the temperature-dependent orientation and rotation of the dipolar rotors inside the crystal.

論文

The H-Invitational Database (H-InvDB); A Comprehensive annotation resource for human genes and transcripts

山崎 千里*; 村上 勝彦*; 藤井 康之*; 佐藤 慶治*; 原田 えりみ*; 武田 淳一*; 谷家 貴之*; 坂手 龍一*; 喜久川 真吾*; 嶋田 誠*; et al.

Nucleic Acids Research, 36(Database), p.D793 - D799, 2008/01

 被引用回数:51 パーセンタイル:74.53(Biochemistry & Molecular Biology)

ヒトゲノム解析のために、転写産物データベースを構築した。34057個のタンパク質コード領域と、642個のタンパク質をコードしていないRNAを見いだすことができた。

論文

Measurement of the spin and magnetic moment of $$^{23}$$Al

小澤 顕*; 松多 健策*; 長友 傑*; 三原 基嗣*; 山田 一成*; 山口 貴之*; 大坪 隆*; 百田 佐多夫*; 泉川 卓司*; 炭竃 聡之*; et al.

Physical Review C, 74(2), p.021301_1 - 021301_4, 2006/08

 被引用回数:40 パーセンタイル:88.98(Physics, Nuclear)

理化学研究所のリングサイクロトロンで、陽子過剰核$$^{23}$$Alの${it g}$因子を初めて測定した。実験的に測定された${it g}$因子の絶対値は、1.557$$pm$$0.088と決められた。この原子核は、鏡像核$$^{23}$$Neのエネルギー準位から見ると、基底状態は1/2$$^{+}$$もしくは5/2$$^{+}$$と考えられる。決められた${it g}$因子と殻模型計算による${it g}$因子との比較から1/2$$^{+}$$は明らかに否定されるため、基底状態のスピンは5/2$$^{+}$$と与えられた。これまで、$$^{23}$$Alは陽子ハロー構造のため、1/2$$^{+}$$状態が基底状態になる可能性が議論されてきたが、この実験により少なくとも基底状態にハロー構造が存在しないことがはっきりした。また、$$^{23}$$Neの磁気モーメントの実験値から、$$^{23}$$Alの基底状態におけるアイソスカラー固有スピンの期待値が求められるが、その値は$$^9$$Cのように異常な値を示さず、正常であることがわかった。

口頭

Fixation of radium by weathered granite from the view point of dependence of ionic size on adsorption reaction

山口 瑛子*; 栗原 雄一*; 田中 万也; 小原 義之; 香西 直文; 高橋 嘉夫*

no journal, , 

Clay minerals can adsorb many ions and are abundant at earth surface, which controls dissolved concentrations of various trace ions in natural soil/sediment-water systems. Thus, clay minerals affect various phenomena observed at earth surfaces. In my previous study, it was revealed that ions adsorbed on clay minerals mainly form two types of surface complex, either outer-sphere (OS) or inner-sphere (IS) complex. Furthermore, it was shown that ions smaller than Ba form OS complexes, while ions lager form IS complexes, which suggested that Ba has specific interaction with clay mineral surface. In general, ions forming IS and OS complexes have low and high ion exchangeability, respectively. Therefore, behavior of ion can be predicted by the ionic size. In this study, we focused on the migration of Ra in Ningyo-toge Uranium Mine (Okayama, Japan), where the interaction of Ra with clay minerals can be examined.

口頭

風化花崗岩におけるラジウムの固定

栗原 雄一; 山口 瑛子*; 桧垣 正吾*; 小原 義之; 高橋 嘉夫*

no journal, , 

人形峠研究センター内のラジウムの挙動を調べるために、人形峠内のボーリングコア試料中のラジウムをゲルマニウム半導体検出器による分析を行った。その結果、ボーリングコア試料内下部の風化花崗岩においてラジウムの濃集が見られた。

口頭

Fixation of radium by adsorption on clay minerals based on analyses of core samples around Ningyo-toge uranium mine

山口 瑛子; 栗原 雄一; 奥村 雅彦; 高橋 嘉夫*

no journal, , 

ウランやトリウム等から放射壊変により生成するラジウムは、一定量あたりの放射能が高く、天然環境でも基準値を超えることがあるため危険な元素であるが、環境中での挙動は未解明である。特に地球表層に広く存在する粘土鉱物はイオン吸着容量が大きく多くの陽イオンの挙動に影響を与えるため、粘土鉱物存在下でのラジウムの挙動解明が望まれている。本発表では、上記課題に対し、粘土鉱物を多く含むウラン鉱床のコア試料の分析を行うことで、環境中のラジウムが粘土鉱物に固定されるという有用な知見を得たことを報告する。尚、課題解決に当たっては従来から用いられている逐次抽出法等を利用したが、それに加えてラジウムと挙動が似ているバリウムをアナログとした放射光実験を新たに行ったことが解決の糸口となった。得られた知見により、ラジウムの環境中挙動解明や除去方法の開発に関する研究が大きく進展することが考えられる。

口頭

Molecular geochemistry of interactions of various hard cations and phyllosilicates related to their environmental behaviors and isotope fractionation

高橋 嘉夫*; 坪井 寛行*; 山口 瑛子

no journal, , 

地層処分等で着目されている、粘土鉱物に対する陽イオンの吸着反応については、吸着構造が吸着イオンによって異なることが知られているが、その要因は未だ解決されていない。本発表は、上記課題に対し、X線吸収微細構造(XAFS)法を用いた系統的な計測を行うことで、吸着イオンのイオン半径が吸着構造を決定するという、有用な知見を得たことを報告する。尚、上記課題解決に当たっては、従来から用いられているX線回折法に加え、異なるイオン半径を持つ多くの陽イオンについて、同条件で系統的な放射光実験を行い、吸着イオンによる違いを分子レベルで比較したことが解決の糸口となった。これらの結果は、粘土鉱物への吸着機構の解明に資するだけでなく、環境中での元素の挙動予測や有害元素の除去法の開発等にも広く資する結果である。

口頭

人形峠環境技術センターにおけるラジウムの挙動

栗原 雄一; 山口 瑛子*; 桧垣 正吾*; 小原 義之; 高橋 嘉夫*

no journal, , 

人形峠環境技術センター内のラジウム(Ra)の挙動を調べるために、センター内の2地点のボーリングコア試料中の$$^{226}$$Ra/$$^{238}$$U放射能比についてゲルマニウム半導体検出器による分析を行った。$$^{226}$$Ra/$$^{238}$$U放射能比は、ウラン(U)濃集層及び粘土鉱物を含む層において、それぞれ1以下及び1以上であった。放射平衡の関係やマスバランスの計算結果により、U濃集層から地下水へと溶出したRa及びUは、粘土鉱物を含む層へと移行し、そこでRaが粘土鉱物層に選択的に固定されたことが示唆された。Raのアナログとして利用したバリウム(Ba)のEXAFSやマイクロ-XRF-XANES-XRDにより、二価のBaは内圏(IS)錯体で粘土鉱物に吸着していることが確認されたため、Raも同様の挙動を示すと考えられる。以上より、人形峠環境技術センターの環境において、U濃集層から移行したRaが粘土鉱物に吸着していることが示された。

口頭

粘土鉱物の機械学習力場の開発

奥村 雅彦; 小林 恵太*; 山口 瑛子

no journal, , 

粘土鉱物は最も身近な環境物質の一つであり、福島第一原子力発電所事故では、セシウムを強く吸着することで注目を集めたが、その物性はまだ未知の部分が多い。粘土鉱物の物性解明には数値シミュレーションが有効であるが、現在良く用いられている古典分子動力学法は微細な構造を再現できないなどの問題がある。本講演では、第一原理計算を基にした機械学習力場について、古典分子動力学では際限が難しかった微細構造について、計算の詳細及び計算結果の実験値との比較を示す。

口頭

Effect of ionic radius on the adsorption structure of various

山口 瑛子; 奥村 雅彦; 高橋 嘉夫*

no journal, , 

地球表層に広く存在し多くのイオンを吸着する粘土鉱物は、環境中の元素挙動について大きな影響を及ぼす。実際、陽イオンの天然環境中挙動は、粘土鉱物への吸着構造に応じて、大きく変わることが報告されているが、吸着構造を決定する要因は解明されていない。本講演では、広域X線吸収微細構造(EXAFS)法等の実験手法を用い、多くの陽イオンを比較することで、イオン半径が粘土鉱物への吸着構造を決定し、さらに環境中での挙動に影響を与えていることを報告する。

口頭

Machine learning molecular dynamics studies of clay minerals

奥村 雅彦; 小林 恵太*; 山口 瑛子; 中村 博樹; 板倉 充洋; 町田 昌彦

no journal, , 

粘土鉱物は一部の放射性核種を吸着するため、環境中の放射性元素の挙動に大きな影響を及ぼすが、まだ不明な点も多い。これまで、粘土鉱物の原子分子レベル研究には主に古典分子動力学法が使われてきた。しかし、現在よく使われている古典分子動力学力場は粘土鉱物のミクロな構造を再現できないなど、満足のいくものではなかった。本発表では、第一原理計算の結果を学習して、古典分子動力学並みの低計算コストで第一原理計算並みの高精度計算が可能な「機械学習分子動力学法」を粘土鉱物に適用した結果を報告する。

口頭

人形峠環境技術センターの露天採掘場跡地におけるラジウム同位体の移行

栗原 雄一; 山口 瑛子; 桧垣 正吾*; 小原 義之; 高橋 嘉夫*

no journal, , 

人形峠環境技術センターの露天採掘場跡地内におけるラジウム同位体の移行を調べるために、跡地内外のボーリングコア試料中のラジウム同位体をはじめとするウラン及びトリウム系列核種の分析を行った。また、固相中のRa-226の分配を明らかにするために、人形峠層及び風化花崗岩層に対して逐次抽出実験を行った。その結果、ラジウム同位体は、人形峠層からその下層の風化花崗岩層へと移行していることが推察された。

口頭

セメント水和物に対する機械学習分子動力学法による解析

小林 恵太; 中村 博樹; 山口 瑛子; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

no journal, , 

セメント水和物はセメントと水を混ぜることにより生成され、コンクリート中では骨材間を繋ぎ合わせる糊(セメントペースト)としての役割を果たしている。セメント水和物は、建築材としての利用はもとより、セシウム等を強く吸着することから、放射性核種の閉じ込め材料としての役割を果たしている。セメント水和物の結晶構造等には未知な部分が多いが、近年では分子動力学法等により原子レベルでの理解が進んできている。本発表では、第一原理計算と同等の精度で分子動力学の実行が可能となる、機械学習分子動力学法を用いセメント水和物の解析を行った。構築した機械学習力場はセメント水和物のモデル物質であるトバモライトの弾性係数,振動状態密度を再現できることを確認した。また、セメント水和物の表面状態などの解析を行った。

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