【研究領域課題番号】18H03398 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

福島第一原子力発電所事故 / 汚染土壌 / 粘土鉱物 / 放射性セシウム / 分子動力学 / イオン交換 / 亜臨界水 / 除染 / バーミキュライト / 第一原理計算 / 原子力発電所事故

【研究成果の概要】

亜臨界水中でのイオン交換現象は、粘土鉱物、特にバーミキュライトに強固に吸着しているCsを高速脱離させるのに大変有効である。しかしながらそのCsイオン交換機構は学術的に十分解明されていない。そこで本研究では亜臨界水イオン交換によるCsの脱離機構を分子動力学計算及び第一原理計算を使って明らかにし、その結果に基づいてCs脱離過程を輸送現象論の適用により数学モデル化した。実土壌処理を想定したイオン交換Cs脱離プロセスの物質収支が計算され、Cs回収性能が評価された。

【研究の社会的意義】

東京電力福島第一原子力発電所事故後の除染作業により放射性セシウムによる汚染土壌が大量に発生した。そのうち高度に汚染した土壌（65万m3）は何らかの物理化学的処理により廃棄物量を減容し、コンパクトに処分することが求められている。Csは土壌中の粘土鉱物、特にバーミキュライトに選択的に吸着されているが、バーミキュライトからCsを効率的に回収できる方法として亜臨界水イオン交換法がある。本研究は分子動力学計算と第一原理計算を使って亜臨界水中のCsのイオン交換脱離機構を明らかにし、更にCs脱離過程を数学モデル化して効率的なCs脱離条件を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】23760178 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

熱電変換 / 熱伝導 / フォノン / 第一原理 / 格子動力学 / 分子動力学 / 第一原理計算

【研究成果の概要】

本研究では，密度汎関数法，格子動力学法，分子動力学法，モンテカルロ法をシームレスに練成させたマルチスケールフォノン輸送解析ツールを開発し，単結晶，置換型合金結晶，ナノ構造化結晶などのバルク熱電変換材料のフォノンモードごとの熱輸送を解析することに成功した．鉛カルコゲナイド，ハーフホイスラー化合物，マグネシウムシリサイドなどの材料を対象として，まず単結晶について実験と比較して計算の妥当性を検証した上で，合金結晶の熱伝導率低減効果の組成比への依存性を明らかにした．さらに，累積熱伝導率や熱伝導率スペクトルの計算を通じて各材料に適したナノ構造の種類を同定し，材料設計指針を得た．

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】数理物理・物性基礎

【研究領域課題番号】21340108 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハイブリッドQM/MM / 分子動力学 / RNA / タンパク質 / 第一原理計算 / 触媒反応 / 酵素反応 / 機能解析 / QM/MMハイブリッド / 生物機能 / QM / MMハイブリッド

【研究成果の概要】

本研究では,生物機能に不可欠な役割を果たしている重要な生体高分子に対して,ハイブリッドQM/MM分子動力学計算などを適用し,生体反応の機構を理論的に解析することによって,以下の成果を得た。すなわち,リボザイムにタンパク質が直接関与することによって酵素反応が生じる「ハイブリッド触媒」の発見,リパーゼの活性部位における新規のタンパク質・機能構造単位(Na電子の結合によるの発見,タンパク質内・物質輸送のための逆止弁(世界最小サイズのバルブ)の発見,シトクローム酸化酵素(Cuサイト)における電子移動機構の解析と従来の実験結果にみられた矛盾の解決など,重要な成果を得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】19340077 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

固液界面 / 電気化学反応 / 燃料電池 / 分子動力学 / シミュレーション / 電気二重層 / 第一原理計算 / 分子動力学シミュレーション / 有効遮蔽媒質法 / ブルームーンアンサンブル法 / 水素発生反応 / 有効遮蔽

【研究成果の概要】

第一原理分子動力学シミュレーション手法を用いて,電気化学反応のシミュレーションを行った.固液界面における電子移動反応・界面構造の変化・吸着状態の変化など,電圧を印加した界面に特有な物理が多数明らかになった.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)