様々な分光法や量子化学計算を駆使した環境中での放射性核種の移行素過程に関する研究

利用各种光谱方法和量子化学计算研究放射性核素在环境中迁移的基本过程

• 批准号: 17F17383
• 负责人: 高橋 嘉夫
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-11-10 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17383/
• 关键词: 量子化学計算; 放射性核種; 金属イオン; 環境挙動; ウラン; スメクタイト; 収着実験; XAFS; 放射性セシウム; ヨウ素; 地球表層; 放射線核種

本研究では、放射性核種の環境挙動に及ぼす様々な素過程について研究を行った。特にここでは、放射性廃棄物に含まれる元素として重要なモリブデンやウランの挙動に関する研究を行った。モリブデンについては、鉄マンガン酸化物への吸着に関する研究を行い、特に天然での海底鉄マンガン酸化物への吸着に関する研究を行い、陰イオンでも結合が安定であればマンガン酸化物に濃集することを示した。また海底鉄マンガン酸化物中の水酸化鉄とマンガン酸化物はそれぞれ微量元素のホスト相として独立に機能していることが示唆された。またウランについては、スメクタイト中のFe3+をFe2+に還元させて生成したFe(II)を含むスメクタイトにより、U(VI)がU(IV)に還元され、ウランは固相中にUO2として分配されると推定された。層構造中のFe(II)/Fe(III)比が大きいほどU(IV)/U(VI)比が大きくなる傾向がみられ、ネルンストの式で標準電位と[酸化種]/[還元種]比の対数値の和で規定される酸化還元ポテンシャルにより、この還元反応が駆動されると示唆された。またpHが高いほどU(IV)の生成割合が高いことも認められ、これはpHの増加と共にUO2の安定性が高まるためと考えられる。この反応の前後での粘土鉱物中のFe(III)とFe(II)の局所構造をEXAFSから調べた結果、いずれも6配位サイトに存在すると考えられるものの、近接酸素との距離はFe(III)からFe(II)に変化する際に、通常の化合物にみられるほど長くはならなかった。これは、構造的にFe(II)が不安定なサイトに保持されることを示し、これが粘土鉱物中のFe(II)の還元力の要因になっている可能性がある。これまでこうした粘土鉱物の層構造中のFe(II)による還元反応について、XAFS法を用いた検討は十分になされておらず、本研究はその機構解明に寄与する。

在这项研究中，我们研究了影响放射性核素环境行为的各种基本过程。特别是，我们对钼和铀的行为进行了研究，这是放射性废物中包含的重要元素。关于钼，已经对锰氧化铁的吸附进行了研究，并且已经对海床锰氧化铁的天然吸附进行了研究，表明，如果键稳定，即使是阴离子也集中在锰氧化物中。还提出，水下锰氧化铁中的氢氧化铁和氧化铁每独立起作用作为痕量元素的宿主阶段。关于铀，据估计，u（vi）通过含有通过将Fe3+在晶状体中减少为Fe2+产生的Fe（ii）的肌酸（IV）降低到U（iv），并且在固相中以UO2为uO2。层结构中的Fe（II）/Fe（III）比越大，U（IV）/U（VI）比越高，并且建议这种还原反应由氧化还原电位驱动，由标准电位的对数和[氧化物种]/[降低的物种]/[还原性物种]/[降低的物种]等式的比率所定义。还可以看出，pH值越高，U（IV）的生产速率越高，这被认为是因为UO2的稳定性随pH的增加而增加。在检查了EXAF的反应之前和之后，在检查了Fe（III）和Fe（II）的局部结构之后，尽管认为这两者都存在于六协调位点，但在Fe（III）从Fe（III）转换为FE（III）时，氧气和接近氧之间的近距离氧与接近氧之间的距离不像正常化合物中所见。这表明Fe（II）在结构上保留在不稳定的位置，这可能是粘土矿物中Fe（II）降低功率的一个因素。到目前为止，还没有对使用XAFS方法在粘土矿物的分层结构中的减少反应进行充分研究，这项研究将有助于阐明该机理。

项目成果

Testing Iron Stable Isotope Ratios as a Signature of Biomass Burning

• DOI: 10.3390/atmos10020076
• 发表时间: 2019-02
• 期刊: Atmosphere
• 影响因子: 2.9
• 作者: Minako Kurisu;Y. Takahashi

Ion concentrations in ice wedges: an innovative approach to reconstruct past climate variability

冰楔中的离子浓度：重建过去气候变化的创新方法

• DOI: 10.1016/j.epsl.2019.03.013
• 发表时间: 2019
• 期刊: Earth and Planetary Science Letters
• 影响因子: 5.3
• 作者: Yoshinori Iizuka;Chihiro Miyamoto;Sumito Matoba;Go Iwahana;Kazuho Horiuchi;Yoshio Takahashi;Naoya Kanna;Koji Suzuki;Hiroshi Ohno
• 通讯作者: Hiroshi Ohno

Fukushima Review II on Migration of radionuclides from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident

关于福岛第一核电站事故放射性核素迁移的第二次福岛审查

• DOI: 10.2343/geochemj.2.0525
• 发表时间: 2018
• 期刊: GEOCHEMICAL JOURNAL
• 影响因子: 0.8
• 作者: Takahashi Yoshio;Qin Haibo;Yeager Chris M.;Fan Qiaohui
• 通讯作者: Fan Qiaohui

Highly oxidizing aqueous environments on early Mars inferred from scavenging pattern of trace metals on manganese oxides

根据锰氧化物上微量金属的清除模式推断早期火星上的高度氧化水环境

• DOI: 10.1029/2018je005892
• 发表时间: 2019
• 期刊: Journal of Geophysical Research - Planets
• 作者: Noda Natsumi;Imamura Shoko;Sekine Yasuhito;Kurisu Minako;Fukushi Keisuke;Terada Naoki;Uesugi Soichiro;Numako Chiya;Takahashi Yoshio;Hartmann Jens
• 通讯作者: Hartmann Jens

魚類中微量水銀のSXRF/XAFS測定における超伝導転移端センサー検出器（TES）の応用

超导过渡边缘传感器探测器（TES）在SXRF/XAFS测量鱼体内痕量汞中的应用

• 发表时间: 2019
• 作者: A. Yamaguchi;Y. Kurihara;M. Okumura;Y. Takahashi;宮本千尋・松木 篤・板井啓明・高橋嘉夫;寺西毅洋・栗栖美菜子・宮本千尋・板井啓明・高橋嘉夫;坪井寛行・板井啓明・高橋嘉夫;栗栖美菜子・坂田昂平・植松光夫・高橋嘉夫;高橋嘉夫・山田真也・関澤央輝・板井啓明・田中雅人・栗原雄一・柏原輝彦・坂田昂平・菅 大暉・三浦輝・栗栖美菜子・長澤真・早川亮大・大井かなえ・須田博貴・竜野秀行・岡田信二・奥村拓馬・橋本 直・一戸悠人・林 佑・今井悠喜・野田博文・神代 暁・宇留賀朋哉;菅 大暉・長澤 真・関澤央輝・新田清文・山田真也・早川亮大・大井かなえ・須田博貴・竜野秀行・岡田信二・奥村拓馬・橋本 直・一戸悠人・林 佑・今井悠喜・野田博文・神代 暁・宇留賀朋哉・高橋嘉夫;長澤 真・田中雅人・宮地亜沙美・高橋嘉夫;板井啓明・高橋嘉夫・山田真也・関澤央輝・早川亮大・大井かなえ・須田博貴・竜野秀行・岡田信二・奥村拓馬・橋本直・一戸悠人・林 佑・今井悠喜・野田博文・神代 暁・宇留賀朋哉
• 通讯作者: 板井啓明・高橋嘉夫・山田真也・関澤央輝・早川亮大・大井かなえ・須田博貴・竜野秀行・岡田信二・奥村拓馬・橋本直・一戸悠人・林 佑・今井悠喜・野田博文・神代 暁・宇留賀朋哉