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報告書

N. N. KROT教授のネプツニウム化合物合成・回収・再利用法等に関する資料

佐伯 正克

JAERI-Review 2002-040, 23 Pages, 2003/01

JAERI-Review-2002-040.pdf:1.38MB

Krot教授は、当時の先端基礎研究センター・アクチノイドメスバウア分光研究グループの招聘に応じ、1997年1月16日(木曜日)から1997年2月28日(金曜日)までの45日間、日本原子力研究所・東海研究所に滞在した。この間に、多くのメモを作成し、当時のアクチノイドメスバウア分光研究グループに残して下さった。これは、それらのメモをまとめたものである。内容は多岐にわたり、実験室におけるネプツニウムの回収再利用法,滞在期間中に合成した化合物の合成法の記録,それらの化合物からのネプツニウムの回収再利用法,合成しやすいネプツニウム3,6,7価の化合物に関する合成法等である。また、Krot教授が滞在期中に、主に著者と交わした討論内容要約をまとめたものも加えた。

論文

Phase relations between a fluorite and a pyrochlore structure in the system of actinides and zirconium oxides

山下 利之; 蔵本 賢一; 中田 正美; 山崎 哲*; 佐藤 剛*; 松井 恒雄*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.585 - 591, 2002/11

蛍石型やパイロクロア型構造の立方晶ZrO$$_{2}$$化合物は、化学的物理的安定性が高いうえにアクチノイドを自格子中に閉じ込めることができるため、不活性マトリクス燃料や放射性廃棄物体への応用面で注目されている。これらの構造を持つ化合物では、酸素空孔の配列が重要な役割を果たす。アクチノイド酸化物-ZrO$$_{2}$$固溶体で蛍石型構造を持つ相は安定化ジルコニアと呼ばれ、すべての陽イオン,酸素イオン,酸素空孔はランダムに分布する。一方、パイロクロア構造相においては、酸素空孔の規則配列化が生ずる。本報では、アクチノイド酸化物-ZrO$$_{2}$$系に関する格子定数や相関係をレビューし、アクチノイドの原子価やイオン半径,酸素空孔配列をもとに格子定数変化やパイロクロア構造層の出現を考察する。また、最近得られた蛍石型($$^{237}$$Np, Zr)O$$_{2-x}$$固溶体のメスバウア分光結果も考慮する。

論文

$$^{151}$$Eu M$"o$ssbauer spectroscopic study on the Eu$$_{y}$$M$$_{1-y}$$O$$_{2-y}$$(0$$leq$$y$$leq$$1.0)(M=Th, U)

正木 信行; 音部 治幹; 中村 彰夫; 原田 大実*; 伊藤 健太郎*; 佐々木 吉慶*; 日夏 幸雄*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.217 - 220, 2002/11

Eu$$_{y}$$M$$_{1-y}$$O$$_{2-y}$$(0$$leq$$y$$leq$$1.0)(M=Th, U)系について、$$^{151}$$Euメスバウア分光法を用いて局所構造を調べた。粉末X線回折によると、M=Th系では、y$$<$$0.5で酸素空格子点(V$$_{o}$$)が無秩序配置をとる欠陥蛍石型相を、0.5$$<$$y$$<$$0.8でV$$_{o}$$が秩序化したC型相と欠陥蛍石型相を、y$$>$$0.85の領域でC型相と単斜晶のFu$$_{2}$$O$$_{3}$$相となることが示された。この系で、Eu$$^{3+}$$の異性体シフトは、Eu固溶率yに従って増加した。Eu$$^{3+}$$に対するO$$^{2-}$$の配位数(CN)はCN=8-2yに従って減少するので、O$$^{2-}$$イオン間の反発力の減少によって、平均Eu-O間距離も減少する。この相関は、酸化物系におけるEu$$^{3+}$$の異性体シフトとEu-O結合距離の経験的相関に従っている。U系において相図はTh系と同様であったが、異性体シフトは変化せずTh系に比べて小さな値をとった。

論文

M$"o$ssbauer spectroscopic studies of $$^{237}$$Np in aqueous solutions

中田 正美; 正木 信行; 山下 利之

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.426 - 428, 2002/11

メスバウア分光法は、固体については有効な測定手段である。溶液については、$$^{57}$$Feメスバウア分光法では、溶液を凍結させることにより測定を行っている。本発表では、$$^{237}$$Npメスバウア分光法を$$^{237}$$Np(V)を含んだ0.6M硝酸溶液に対して測定を行ったので、その結果を報告する。$$^{237}$$Np(V)を含んだ0.6M硝酸溶液のメスバウアスペクトルを11Kで1ヶ月間測定した結果、四極子分裂及び磁気分裂を含んだ16本の吸収線が観測された。そのアイソマーシフトは、-17.4(1)mm/sを示した。$$^{237}$$Npメスバウア分光法のアイソマーシフトは、Npの価数や配位数をよく反映することがわかっている。アイソマーシフト値から、Np(V)は、0.6M硝酸溶液中で、配位数7を取ることがわかった。

論文

2相ステンレス鋳鉄の相分離による引張特性の変化

三浦 孝之*; 桑野 壽*; 菊地 賢司

鉄と鋼, 87(2), p.31 - 36, 2001/02

原子力発電プラントで使用されるオーステナイトとフェライトが共存する2相ステンレス鋼は、オーステナイト鋼でよく起こる応力腐食割れによるき裂の進展を抑止し、かつ強度と溶接性の向上をもたらすと考えられた。ただ、プラント寿命延長に伴う機械的強度の劣化が注目され、その指標としてメスバウアー分光法によるフィライトの2相分離率が有効であることがわかった。相分離したCrリッチ相の体積分率を内部磁場の変化としてメスバウア法で推定し、さらにその場観察による機械的試験を実施し、時効により脆化したこの材料の破壊の起点を見つけることを試みた。その結果、引張り荷重を加えると、フィライト内にすべり帯が発生し、その結晶粒界近傍にき裂が発生することがわかり、強度劣化の原因を直接特定することができた。

論文

Phase transition of NpO$$_{2}$$ at 25K

正木 信行; 中田 正美; 筒井 智嗣; 中村 彰夫; 山下 利之

Physica B; Condensed Matter, 281-282, p.256 - 257, 2000/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.09(Physics, Condensed Matter)

NpO$$_{2}$$は25K付近に転移を持つことが、比熱測定によって観測されている。帯磁率測定によっても転移が観測されるが、$$^{237}$$Npメスバウア分光法による測定では転移に伴う磁気秩序は観測されていない。生成後12年間保存して自己放射線照射を受けたNpO$$_{2}$$試料について、$$^{237}$$Npメスバウアスペクトルを測定し、25K付近の転移について調べた。80Kで測定したスペクトルでは、未照射の試料と比べて線幅の大きい左右対称な線型の吸収線が測定された。25K以下で測定したスペクトルでは、線幅がさらに大きくなり、右肩を持つ歪んだ吸収線が観測された。この試料を973Kにおいてアニールすると、25K以下のメスバウア分光測定によっても左右対称のスペクトルが観測された。自己照射による欠陥に起因して、25K付近の転移がメスバウア分光法により明瞭に観測された。

論文

$$^{151}$$Eu-M$"o$ssbauer spectroscopic study of the fluorite-type oxide solid solutions, Eu$$_{y}$$M$$_{1-y}$$O$$_{2-y/2}$$ (M=Zr,Ce)(0$$leq$$y$$leq$$1.0)

正木 信行; Guillermo, N. R. D.; 音部 治幹; 中村 彰夫; 泉山 ユキ*; 日夏 幸雄*

Advances in Science and Technology, 29, p.1233 - 1240, 2000/00

$$^{151}$$Eu-メスバウア分光法及び粉末X線回折法を用いて、螢石型酸化物固溶体系Eu$$_{y}$$M$$_{1-y}$$O$$_{2-y/2}$$ (M=Zr,Ce)(0$$leq$$y$$leq$$1.0)中のEu$$^{3+}$$の周囲の局所(欠陥)構造を明らかにする検討を行った。得られた$$^{151}$$Eu$$^{3+}$$のアイソマーシフト(IS)は、ジルコニア系(M=Zr)ではパイロクロア相の生成するy~0.5近傍で最小値を取ることを見いだした。他方、セリア系(M=Ce)では、それはyとともにスムーズに増加した。結晶学的データに基づき、両系でのこのようなIS挙動の顕著な相違を矛盾なく解釈することのできるモデルを提案した。これらの結果は、同一の所謂「欠陥型螢石型相」においても、両者、すなわち安定化ジルコニア系とドープトセリア系のそれは、構造的にはかなり異なった局所構造を持つことを示している。

論文

A Correlation between isomer shifts of $$^{237}$$Np Moessbauer spectra and coordination numbers of Np atoms in neptunyl(V) compounds

佐伯 正克; 中田 正美; 中本 忠宏*; 山下 利之; 正木 信行; Krot, N. N.*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 239(2), p.221 - 225, 1999/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:57.34(Chemistry, Analytical)

Np(V)のマロン酸、ギ酸、グリコール酸、フタル酸塩及びマロン酸とギ酸のアンモニアとの複塩を合成し、メスバウア分光法を用いてNpの配位数と異性体シフトの相関を調べた。複塩中のNp周りの酸素配位数は8であることがわかっている。フタル酸塩はわれわれが初めて合成したものであるが、Np周りに酸素が7つ配位していることを見出した。その他の化合物中のNp周りの酸素配位数は7であることが明らかになっている。これらの化合物のメスバウアスペクトルの異性体シフト値は、酸素配位数は7の場合には約-19mm/s付近に集中した。一方、酸素配位数が8の場合にはその値は約-16mm/sとなり、7配位の場合と明らかな違いを示した。これらの結果は、Npの核位置における電荷密度で説明可能であり、配位数と異性体シフト間には明らかな相関があることがわかった。

論文

Coordination chemistry of neptunyl(V) compounds by means of Moessbauer spectroscopy

佐伯 正克; 中田 正美; 中本 忠宏*; 正木 信行; 山下 利之

Journal of Alloys and Compounds, 271-273, p.176 - 179, 1998/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:59.62

Np(V)のマロン酸、ギ酸、グリコール酸、酢酸及び安息香酸塩を合成し、$$^{237}$$Npメスバウア分光法を用いて、Np周りの配位子の状態を化学的に探求した。マロン酸、ギ酸及びグリコール酸塩は構造が調べられており、いずれもNp周りに酸素が7つ配位している。これらの化合物のメスバウアスペクトルは1成分であり、その異性体シフトの値は、-18.6から-18.9mm/sであった。一方、酢酸及び安息香酸塩のスペクトルは2成分からなり、その異性体シフトの値はそれぞれ-19.4と-13.2及び-19.4と-10.8であった。何れの化合物においても2成分の強度比の温度変化は認められず、内部磁場の大きさも異なること等から、酢酸及び安息香酸塩中のNpには2つのサイトが存在し、その1つはNp周りの酸素が7配位であり、もう1つのサイトは8配位であると結論した。

論文

Preparation of source and sealed absorber holder for $$^{237}$$Np and $$^{238}$$U Moessbauer measurements

中田 正美; 佐伯 正克; 正木 信行; 筒井 智嗣*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 232(1-2), p.201 - 207, 1998/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:40.69(Chemistry, Analytical)

$$^{237}$$Np及び$$^{238}$$Uメスバウア分光法用線源及び試料容器を開発した。$$^{237}$$Npメスバウア分光用線源として$$^{241}$$Am金属を用いた。輸送上の制限から5個の小さな密封線源を設計した。それらを組み合わせて使用することにより、測定に充分な線量が得られた。$$^{237}$$Np試料容器は、取り扱い安全上及び液体ヘリウム温度まで測定可能なように、三重の容器を設計した。$$^{238}$$Uメスバウア分光用線源及び試料容器も同様に開発した。線源として、高純度$$^{242}$$PuO$$_{2}$$を用いた。

論文

Magnetic properties of layered perovskites NaLnTiO$$_{4}$$(Ln=Sm,Eu,and Gd)

手塚 慶太郎*; 日夏 幸雄*; 正木 信行; 佐伯 正克

Journal of Solid State Chemistry, 138(2), p.342 - 346, 1998/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:44.98(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

層状ペロブスカイト化合物NaLnTiO$$_{4}$$(Ln=Sm,Eu,Gd)の磁気的性質を調べた。4.5から320Kの温度範囲で、帯磁率測定を行った。室温において$$^{151}$$Euメスバウア分光及びGd$$^{3+}$$の電子スピン共鳴(ESR)スペクトルの測定も行った。NaEuTiO$$_{4}$$はVan Vleck常磁性を示し、これはスピン軌道相互作用定数$$lambda$$=323cm$$^{-1}$$を持つEu$$^{3+}$$イオンの1重項基底状態$$^{7}$$F$$_{0}$$によるものと解析された。NaSmTiO$$_{4}$$はVan Vleck常磁性を示しNaGdTiO$$_{4}$$の磁化率はCurie則に従った。NaEuTiO$$_{4}$$のメスバウアスペクトルは、Euが3価で存在することを示した。NaGdTiO$$_{4}$$のESRスペクトルから、この化合物中のGd$$^{3+}$$のg値は1.99であることがわかった。磁化率測定とESR測定より、NaGdTiO$$_{4}$$中のGdイオンは結晶場の影響をほとんど受けていないことが示された。

論文

Synthesis and properties of some neptunyl(V) phthalates

佐伯 正克; 中田 正美; 山下 利之; 中本 忠宏*; Krot, N. N.*

Radiochimica Acta, 80(2), p.89 - 94, 1998/00

幾つかのフタル酸ネプツニル(V)を初めて合成し、その性質を調べた。濃い5価ネブツニル溶液から室温で生じる化合物は7水塩であり、368Kのより低濃度の溶液からは6水塩が得られた。前者は無定型化合物であり、水に対する溶解度が大きい。後者は、化合物の重量変化及び示差熱変化の結果から、367、423、463Kで吸熱的に水分子を放出し、1水塩に変化する。この1水塩は空気中に放置すると4水塩へと変化する。6水塩の固相電子吸光分析及び赤外吸収スペクトルの結果から、構造中にNpO$$_{2+}$$-NpO$$_{2+}$$相互作用が存在し、NpO$$_{2+}$$は互いに2座配位子として作用していることが示唆された。メスバウアスペクトル測定結果からは、ネプツニウム周りの酸素配位数は7であること、NpO$$_{2+}$$は互いに2座配位子として作用し2次元ネットワークを構成している可能性が高いことが明らかになった。

論文

Moessbauer spectroscopic study of iron selenate irradiated by 14MeV neutrons

中田 正美; 正木 信行; 佐伯 正克; 荒殿 保幸; 池田 裕二郎; 遠藤 和豊*

SIF Conf. Proc., Vol. 50 (ICAME-95), 0, p.99 - 102, 1996/00

セレン酸鉄(II)に14MeV中性子照射をおこない、鉄(II)が鉄(III)に変化した量を、メスバウア分光法で測定した。その結果セレン酸鉄(II)の$$gamma$$線照射による結果及び$$^{57}$$Coでラベルしたセレン酸コバルト(II)の発光法による結果と比較検討した。14MeV中性子照射後の鉄(III)の生成量は、1水塩の方が5水塩より多いことが分かった。これは、$$gamma$$線照射と$$^{57}$$CoのEC壊変にともなう鉄(III)の生成量が5水塩の方が1水塩より多いという結果と大きな違いを示している。セレン酸鉄(II)5水塩の構造は、鉄原子が4個の水分子に囲まれている。14MeV中性子照射では、核反応で生成した荷電粒子などが、鉄へおよぼす酸化作用をその水分子が阻害しているためと考えられる。

論文

New system of time differential emission Moessbauer spectroscopy with event-by-event mode

中田 正美; 正木 信行; 佐伯 正克; 佐川 千明; 荒殿 保幸; 遠藤 和豊*

Hyperfine Interactions, 92, p.1183 - 1188, 1994/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.27(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

事象のもつ特性、すなわち発生からの時間、発生する$$gamma$$線のエネルギー、線源との相対速度、等、ごとに事象の数を分類記録するシステムを開発した。今回は2つのアナログ・ディジタル・コンバータを用い、発生からの時間と相対速度及び事象の数の三次元マップ系により、$$^{57}$$Coでラベルしたテルル酸コバルト結晶中で生成する、鉄のII価とIII価の時間変化の測定に応用した。システムの時間分解能は3.9nsと良い値を得た。用いたテルル酸コバルトについてはFeのメスバウア準位の寿命(約100ns)内では、Fe(II)とFe(III)の相対比に変化は認められなかった。これはテルル酸コバルトの結晶形によるものと結論した。しかし、開発したシステムはデータ処理を柔軟に行うことが出来、今後の研究に大いに役立つであろうことが実証された。

論文

Moessbauer spectroscopic study on glaze of pottery

遠藤 和豊*; 春田 博司*; 本田 智香子*; 片田 元己*; 中原 弘道*; 中田 正美; 佐伯 正克; 荒殿 保幸

Hyperfine Interactions, 91, p.645 - 649, 1994/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.55(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

陶磁器の彩色用として市販されている鉄釉及び化学試薬から調製した擬鉄釉中の鉄の化学状態を中心に、メスバウア分光法、X線回折及びEPMAにより研究した。メスバウアスペクトルでは、高スピンFe(II)とFe(III)が見られ、アルミノシリケート中の鉄と帰属できた。又、磁気分裂した成分は、ヘマタイトと帰属できた。これらの結果はX線回折による結果と一致した。Fe(II)、Fe(III)やヘマタイトの量は、鉄の濃度や焼成時の雰囲気によって変化し、これが釉の彩色に影響を与えている。EPMAでは、鉄とアルミニウムが逆の挙動をしていることがわかった。鉄は、アルミニウムと置換することにより、アルミノシリケート中で安定化されていると考えられる。

論文

Moessbauer spectroscopic study of frozen solutions of $$^{57}$$Co using a specially disigned cryostat for time differential coincidence emission Moessbauer spectroscopy of $$^{237}$$Np

佐伯 正克; 中田 正美; 正木 信行; 吉田 善行; 遠藤 和豊*; 薬袋 佳孝*; 山下 利之; 武藤 博; 間柄 正明

Hyperfine Interactions, 92, p.1177 - 1181, 1994/00

 被引用回数:7 パーセンタイル:50.3(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

Np-237の発光メスバウア分光法に時間分割法を応用することの出来るクライオスタットを設計開発した。その性能は設計通り、到達温度6K以下、液体He保持時間24時間以上を達成した。さらに、14.4keVの$$gamma$$線が合計4mm厚のBe窓を通して測定出来ることを確認した。このクライオスタットを用いて、Co-57凍結溶液による予備実験を行った。少なくとも、5.5Kにおいては、Fe(III)に由来する異常原子価状態が存在することを確認したが、Fe(II)とFe(III)の相対比は5.5Kから150Kの間でほぼ一定であった。

論文

Chemical reactions induced by 40keV He$$^{+}$$ ions in Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$ and $$alpha$$-Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$

荒殿 保幸; 佐川 千明; 中島 幹雄; 中田 正美; 北條 喜一; 佐伯 正克

Hyperfine Interactions, 70, p.905 - 908, 1992/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:62.88(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

マグネタイト及びヘマタイトに対する40keV He$$^{+}$$イオン照射の化学的効果を、転換電子メスバウア分光法により調べた。それらの結果と熱化学実験及び入射イオンのエネルギー損失過程に関する計算結果との比較から、照射生成物形成に対するトラック温度の効果(ホットゾーン効果)及び照射生成物のG値について論じた。

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