Updated on 2026/08/08

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TSUSHIMA SATORU
 
Organization
Institute of Integrated Research Laboratory for Zero-Carbon Energy Visiting Associate Professor
Title
Visiting Associate Professor
Profile

現在,東京工業大学及びドイツのヘルムホルツ研究センターに所属し,日独を行き来する生活です. アクチノイド化学のさらなる深化のために, 計算化学を展開させていくことをライフワークにしております. 最近は, CASSCF計算と時間依存密度汎関数法(TDDFT)を用いたアクチノイド光励起状態の計算, そして, フラグメント分子軌道法(FMO)を用いた巨大生体分子とアクチノイドの相互作用計算に興味を持っており,大型計算機「富岳」の利用なども始めた(2022年)ところです.

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Degree

  • 博士（工学） ( 東京大学 )

Research Interests

  • lanthanide

  • ペプチド

Research Areas

  • Energy Engineering / Nuclear engineering

  • Life Science / Biophysics

Research History

  • Institute of Science Tokyo

    2025.4

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  • Tokyo Institute of Technology   Institute of Innovative Research   Specially Appointed Associate Professor

    2017.6 - 2025.3

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  • Helmholtz-Zentru Dresden-Rossendorf   Senior Scientist

    2006.6

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  • Stockholm University   AlbaNova University Center   Visiting Professor

    2005.1 - 2006.5

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  • Nagoya University   Graduate School of Engineering

    2003.4 - 2005.9

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  • 東京大学大学院   工学系研究科システム量子工学専攻   助手

    1999.4 - 2003.3

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Papers

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MISC

Industrial property rights

  • ウラン化合物の抽出分離方法

    木下 繁, 山本誠一, 増田 薫, 長瀬佳之, 和田隆太郎, 大西慶太, 目黒義弘, 富岡 修, 津島 悟, 山本一良

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    Application no：特願2006-298666  Date applied：2006.11

    Announcement no：特開2008-116275  Date announced：2008.5

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  • Photochemische Entfernung von Uran(VI)-Verbindungen aus mit Uran(VI)-verschmutzen Flüssigkeiten

    Karim Fahmy, Enas Attia, Satoru Tsushima

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    Application no：特願DE201410225951 

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Research Projects

  • Exploration of Frontier in Redox Chemistry of Transuranium Elements for Strengthening Chemical Foundation of Nuclear Engineering

    Grant number：24KK0109  2024.9 - 2029.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)

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    Grant amount：\20670000 （ Direct Cost: \15900000 、 Indirect Cost：\4770000 ）

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  • Development of PUREX-NUMAP Hybrid Advanced Reprocessing Technology

    Grant number：24K21238  2024.6 - 2028.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

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    Grant amount：\25610000 （ Direct Cost: \19700000 、 Indirect Cost：\5910000 ）

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  • Development of Chelating Agents for Targeted Isotope Therapy

    Grant number：24K01398  2024.4 - 2028.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

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    Grant amount：\18460000 （ Direct Cost: \14200000 、 Indirect Cost：\4260000 ）

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  • Development of Novel Electrode Reactions of Single Uranium Compolexes with Redox-Active Ligands towards Surplus Energy Storage

    Grant number：24K01399  2024.4 - 2028.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

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    Grant amount：\18590000 （ Direct Cost: \14300000 、 Indirect Cost：\4290000 ）

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  • 核燃料物質選択的沈殿剤開発のための日独アクチノイド化学共同研究拠点

    Grant number：20KK0119  2020.10 - 2024.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    津島 悟, 鷹尾 康一朗, 金子 政志

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    Grant amount：\18720000 （ Direct Cost: \14400000 、 Indirect Cost：\4320000 ）

    架橋NRPおよびそのTh(IV), U(IV)錯体を合成し、得られた各錯体について単結晶X線回折実験を行った。その結果、2020年度に実施したCe(IV)錯体とは異なり、Th(IV), U(IV)いずれの場合も広い硝酸濃度範囲で硝酸イオンを6個配位したヘキサニトラト錯アニオンが架橋NRPとの水素結合によってトラップされたプロトンを対カチオンとする塩として得られた。硝酸濃度が1 Mの場合にのみ架橋NRPがTh(IV)もしくはU(IV)に直接配位した錯体の形成が確認されたが、いずれにしろCe(IV)で見られたような加水分解挙動は確認されなかった。このことはランタノイドとアクチノイドの錯体化学的な違いが如実に表れたものと考えられる。これら各M(IV)錯体についての量子化学計算による構造最適化および電子状態解析も現在進行中であり、得られた計算結果に基づいて実験結果との突合せを行っている。一方、当初予定していたドイツHZDRでのNp(IV), Pu(IV)実験や現地スタッフを交えた国際共同研究については新型コロナ禍の影響で海外出張を行うことが事実上不可能であったため、次年度以降に先延ばしにせざるを得なかった。ドイツでのNp(IV), Pu(IV)実験の計画を含むアクチノイド錯体化学に関するディスカッションについてはオンラインで継続しており、本国際共同研究を推進するよう最大限努力した。令和3年度末時点で新型コロナ禍の状況が改善されつつあることに基づき、令和4年度中には予定していた実験を行えるよう関係者間で調整を進めている。

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  • Electronic Structural Approach to Novel Redox Behavior of Uranium to Explore Chemical Aspects of Nuclear Energy Systems

    Grant number：20H02663  2020.4 - 2024.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

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    Grant amount：\18070000 （ Direct Cost: \13900000 、 Indirect Cost：\4170000 ）

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  • Uranyl binding peptide for nanopore sequencing

    Grant number：19K05325  2019.4 - 2022.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)  Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    Tsushima Satoru

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    Grant amount：\4420000 （ Direct Cost: \3400000 、 Indirect Cost：\1020000 ）

    Cyclic peptides as well as a modified EF-hand motif of calmodulin have been newly designed to achieve high affinity towards uranyl(VI). Cyclic peptides may be engineered to bind uranyl(VI) to its backbone under acidic conditions, which may enhance its selectivity. For the modified EF-hand motif of calmodulin, strong electrostatic interactions between uranyl(VI) and negatively charged side chains play an important role in achieving high affinity; however, it is also essential to have a secondary structure element and formation of hydrophobic cores in the metal-bound state of the peptide.

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  • アクチニド分子種と生体分子の相互作用に関する計算化学的研究

    2016.4 - 2019.3

    日本学術振興会  科研費 基盤B 

    望月 祐志

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    Grant type：Competitive

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  • 分子動力学シミュレーションによるアクチノイドイオンと微生物との相互作用解明

    Grant number：16560733  2004.4 - 2006.3

    文部科学省  科研費 基盤C  基盤研究(C)

    津島 悟

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    Authorship：Principal investigator  Grant type：Competitive

    本年度は、4価アクチノイドイオンと高分子との相互作用を記述するために、4価アクチノイドイオンのポテンシャルの開発を中心に研究を行った。相対論密度汎関数法に基づく量子化学計算により、U(IV)とNp(IV)の水和物について、その構造と結合の性質を定性的に調べた。具体的には、まず、U^<4+>イオンおよびNp^<4+>イオンがどのような配位構造を取るかを、配位子の数を8から10へと変化させて、エネルギー的な安定性から論じた。配位子の位置を変え、分子の対称性とエネルギーの相関を調べ、f電子の役割を論じた。またU^<4+>イオンとNp^<4+>イオンとで配位子との結合はどのような違いが見られるかを調べ、5f電子や6f電子の役割を論じた。さらに、Mullikenの実効電荷の解析より、アクチノイド-配位子間の電荷の分布も調べた。これにより、分子力場(MM)計算や分子動力学(MD)計算の際に必要となる元素ごとの電荷分布が与えられた。
    上記の成果が得られた後、QM/MM法について理解を深め、市販の計算化学プログラムのADFやGaussian03におけるQM/MM法にアクチノイドのポテンシャルを組み込むことが可能であることの確認を行った。U(VI)イオン、U(V)イオン、Fe(III)イオン、Fe(II))イオンと400個の水分子を用いたQM/MM計算を行い、水溶液中におけるFe(II)によるU(VI)の還元反応における自由エネルギー変化を再現するに至っている。MD計算を行うまでには至っていないが、QM/MM計算におけるポテンシャルパラメータを用いることで、今後、容易にMD計算へと展開していくことが可能である。

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  • Redox reactions of uranium by iron oxidizing bacteria and their application to separation processes

    Grant number：16360472  2004.4 - 2006.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    YAMAMOTO Ichiro, ENOKIDA Yoichi, SAWADA Kayo

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    Grant type：Competitive

    In the first fiscal year, the interaction between uranium and iron oxidizing bacteria, Acidithiobacillus ferrooxidans, was studied experimentally in the oxidizing condition. In the presence of Acidithiobacillus ferrooxidans, uranium dioxide (UO_2) was found to be dissolved in the 9K medium, but a small fraction, less than 10%, of UO_2 was dissolved in the same medium in the absence of Acidithiobacillus ferrooxidans in 250 hours. In this experiment, all of UO_2 was dissolved and uranium solution of 2 x 10^<-3> moldm^<-3> was obtained. In the second fiscal year, the interaction between uranium and Thiobacillus ferrooxidans was studied in the reducing condition, i.e., with the gas mixture of 80% H_2 and 20% CO_2. In this condition, uranyl ions were not found to be reduced to tetravalent ions. Chemical analyses on uranium concentration and its valences were conducted spectrophotometrically by the arsenazo III method as well as ICP-AES.

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  • 同位体が拓く未来 -同位体科学の基盤から応用まで-

    2003.4 - 2008.3

    文部科学省  21世紀COEプログラム 

    山本一良

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    Grant type：Competitive

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  • 超臨界二酸化炭素中で安定化されたナノ構造を利用する局在化した放射性物質の抽出

    Grant number：15656239  2003 - 2005

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 萌芽研究  萌芽研究

    榎田 洋一, 山本 一良, 津島 悟

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    Grant amount：\3000000 （ Direct Cost: \3000000 ）

    平成17年度は,繊維のような再生使用が重要である除染対象物に対する適用性の拡張について検討した.例えば,作業衣に付着した放射性物質を除染する際には、除染後に作業衣が使用できることが重要である.また,放射性物質による繊維の汚染の場合には,焼却処理後に汚染の除去を行おうとすると消却残渣への物理的,化学的結合が強固となり除染が容易でなくなる場合がある.このような場合には,できるだけ繊維を傷めることなく,繊維の間に付着した酸化コバルト等を除去する技術が必要であり,逆ミセル中の化学組成および界面活性剤に関して,化学的な観点からの無害性を検討し,適合する系を検索する必要がある.このような系を実現するように,除染液の組成について最適化を行った.具体的には,鉄とコバルトを含むフェライトのスラリーを作製して,これを綿に吸着,乾燥させた後,25MPa,353Kの超臨界二酸化炭素中に形成したクエン酸,シュウ酸を含むマイクロエマルションで除染する実験を行い,シュウ酸の使用が除染により効果的であることを確認した.シュウ酸を使用できない条件下では,クエン酸に触媒としてII価の鉄イオンを共存させることで,除染効率の向上を図れることがわかった.研究結果の取り纏めの一環として,英国にて平成17年9月に開催された第10回環境修復および放射性廃棄物管理国際会議にて口頭発表を行うとともに,報告論文を投稿し,掲載予定となった.

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  • 第一原理分子動力学計算による3価および4価アクチノイドイオンの水和構造解明

    Grant number：14780403  2002.4 - 2004.3

    文部科学省  科研費 若手研究(B)  若手研究(B)

    津島 悟

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    Authorship：Principal investigator  Grant type：Competitive

    （ Direct Cost: \2000000 ）

    第一原理計算により求めた4価アクチノイドイオンのポテンシャルを用いて、分子動力学計算を行った。MD計算にはAMBER6.0プログラムを用いた。[Th(H_2O)_9]^<4+>と[Th(H_2O)_<10>]^<4+>の電荷の計算にはESP法を用いた。Thと第一水和圏の水分子のHのLJパラメータは0とし、第一水和圏の水分子のOのLJパラメータはR_<o_I>^*=2.0Åandε_<o_I>=0.08kcal/molとした。MD計算の際に、溶質(ここでは[Th(H_2O)_9]^<4+>か[Th(H_2O)_<10>]^<4+>)の位置を固定しておこなった。周期境界条件を用い、0.2フェムト秒きざみで1atmの条件で1500ピコ秒のMDシミュレーションを行った。
    [Th(H_2O)_9]^<4+>では、Cl^-濃度が0.39Mから4.57Mにあがると、配位するCl^-の数が0.0から5.6にと増加し、また配位するOの数も15.7へと減少する。[Th(H_2O)_<10>]^<4+>では、Cl^-濃度が0.32Mから5.00Mにあがると、配位するCl^-の数が0.0から3.9にと増加し、また配位するOの数も16.7へと減少する。このことから、Cl^-濃度が高くなると、Cl^-分子が水分子と置き換わり、しかし全体の配位数はほぼ変わらないものと考えられる。第二水和圏の配位数は19〜21の値を取るものと考えられる。温度の効果についても調べた。50℃および75℃について、シミュレーションを行った。その結果、温度が上昇すると、配位数が減少する傾向が明確に見られた。さらには、温度が高い条件では、Cl-濃度が低いうちでもCl-が第二水和圏に入り込むことが明らかにされた。

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  • Selective metal extraction from solid matrices with TBP complex with nitric acid in supercritical carbon oxide

    Grant number：13480145  2001 - 2003

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    ENOKIDA Youichi, TSUSHIMA Satoru, YAMAMOTO Ichiro

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    Grant amount：\12400000 （ Direct Cost: \12400000 ）

    Selective recovery of lanthanide elements from a mixture of metal oxides was demonstrated using tri-n-butylphosphate complex with nitric acid and water dissolved in supercritical carbon dioxide (SF-CO_2). Recovery yields were experimentally evaluated under various temperatures and pressures ; influences of temperature and pressure were studied and optimum conditions for metal extraction were determined. Higher temperature is preferable for rapid dissolution because of activation energy. Concerning with pressure, the optimum value exists because density becomes larger, but mole fraction of the complex decreases as pressure increases. The optimal pressure is very close to the critical point for the mixture of the complex, and SF-CO_2. To study mechanisms of selective dissolution and extraction of metals form their oxides, dissolution and extraction rates was correlated with the mole ratios of TBP/HNO_3/H_2O and a fact that, the higher ratios of HNO_3/TBP and, H_2O/TBP are preferable was found. ^3H-NMR measurements on TBP complex supports that TBP complex contains a solvent structure of reverse micelle like. It was also found that ultrasound application is so effective that it may enhance the extraction rates ten times larger than without its application. The solubility of TBP complex in SF-CO_2 was well predicted by a molecular simulation.

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  • Research and Development of analyses on radioactive waste by means of laser

    Grant number：13308025  2001 - 2003

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    HASEGAWA Shuichi, TSUSHIMA Satoru, TODORIKI Masaru, NAGASAKI Shinya

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    Grant amount：\37310000 （ Direct Cost: \28700000 、 Indirect Cost：\8610000 ）

    We have proposed the novel method of analyses on radioactive waste by means of laser and developed the apparatus to achieve the methodology. The following apparatus are developed. (1) The quadruple linear ion trap is developed. The ions that is generated by pulsed laser ablation are successfully trapped. (2) It is necessary to irradiate 397nm ultraviolet cw laser light to cool the ions. The bow-tie cavity with nonlinear crystal outside the laser was designed and developed. The stable ultraviolet light with enough power is obtained. (3) The wavelength, 866nm of the repumping laser (diode laser system) was stabilized with two methods, which used the modulation of the grating and the etalon, respectively. The better stabilization was performed with the modulation of the etalon. (4) Galvano spectroscopy was performed to obtain the absolute wavelengths of the resonance. The wavelengths of each laser system was controlled and obtained the resonance wavelengths. (5) The total system was built to perform laser cooling and the laser induced fluorescence was observed. With more efficient detection system, the laser cooling and single ion detection would be possible.

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  • Observation of Isotope Effect in Supercritical Fluid and Its Application to Isotope Separation Processes

    Grant number：13308026  2001 - 2003

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    YAMAMOTO Ichiro, TSUSHIMA Satoru, ENOKIDA Youichi

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    Grant amount：\29640000 （ Direct Cost: \22800000 、 Indirect Cost：\6840000 ）

    Applicability of supercritical carbon dioxide (SF-CO_2) was experimentally studied as an alternative for organic compound as mobile phases of chromatographic isotope separation. Lithium isotope separation was performed by a displacement chromatography with LiCl in methanol diluted by SFCO_2 in a breakthrough manner at 313 K and 10 MPa. As a stationary phase, commercially available cryptand (2s, 2, 1) polymer was employed to form a complex with LiCl and packed in a stainless steel column. Low solubility of LiCl in SF-CO_2 was dramatically improved by the addition of methanol ; the mixture of LiCl, methanol and SF-CO_2 formed a single phase and worked as a mobile phase under the given condition. LiCl was absorbed in a step wise at the front boundary, and, the equilibrium separation factor was evaluated to be 1.025. Use of SF-CO_2 enhanced effective capacity of the complexation of LiCl with cryptand polymer.

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  • 酸化物粒子表面におけるウランの存在化学状態解明 研究課題

    Grant number：12780379  2000.4

    文部科学省  科研費 奨励研究(A)  奨励研究(A)

    津島 悟

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    Authorship：Principal investigator  Grant type：Competitive

    採択決定時に休職中（フランス滞在中）であったために辞退

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  • Isotope Separation of Hydrogen Gas with "Cryogenic-Wall" Thermal Diffusion Column with a Heated Tube

    Grant number：12358006  2000 - 2003

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    YAMAMOTO Ichiro, KOBAYASHI Noburu, TSUSHIMA Satoru, ENOKIDA Youichi

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    Grant amount：\42910000 （ Direct Cost: \39400000 、 Indirect Cost：\3510000 ）

    Experiments on the separation of H-2-HD isotopic gas mixture were performed with a 1,020 mm-height "Cryogenic-Wall" thermal diffusion column with a heated tube of 9.63 mm-outer-radius and a cooled tube of 14.21 mm inner-radius which was cooled by liquid nitrogen. Abandance ratios of HD to H-2 in the feed, product and waste flow were measured by stable isotope mass spectrometer Finnigan MAT252.
    Our rigorous numerical code has predicted dependence of separation factors obtained experimentally upon the operating pressure fairly well.

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  • Formation and Migration of Actinide Colloids in Geosphere -Experiments and Quantum Chemistry Calculation-

    Grant number：12308024  2000 - 2002

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    NAGASAKI Shinya, HASEGAWA Shuichi, YONEOKA Toshiaki, TANAKA Satoru, TSUSHIMA Satoru, TDORIKI Masaru

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    Grant amount：\39480000 （ Direct Cost: \35400000 、 Indirect Cost：\4080000 ）

    The interaction between magnetite and hematite colloidal particles and neptunium(V) was studied as a function of pH, ionic strength, temperature and sorption Kinetics. The desorption behavior of Np from them was also investigated and the oxidation state of Np was experimentally determined. The surface characterization of particles were carried out As a result, it was found that Np(V) was sorbed on hematite colloidal particles as Np(V), but Np(V) was reduced to Np(IV) by Fe(II) contained in magnetite when Np(V) was sorbed on magnetite colloidal Particles.
    The interaction of uranium(VI) with salicylic acids was studied by quantum chemical calculation. The optimized complex structure was determined and compared with the experimental results.

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Media Coverage

  • DNA-Hülle: Wie Wasser das menschliche Erbgut schützt Newspaper, magazine

    Axel Springer SE  DIE WELT  https://www.welt.de/wissenschaft/article13368115/Wie-Wasser-das-menschliche-Erbgut-schuetzt.html  2011.5

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    Author：Other 

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