日本核能研究開發機構物質科學研究中心錒系元素科學研究團隊的博士研究員松田晶平和研究主任橫山啓一與大阪市立大學的名譽教授中島信昭組成的研究團隊發現，利用鎇特徵性吸收波長的雷射照射硝酸水溶液，可以使得溶液中的鎇發生氧化反應，並由此成功地實施了鎇的分離驗證試驗。
鎇的光誘導反應概念圖（供圖：日本核能研究開發機構）
爲了減輕放射性廢棄物的地質處置負擔，必須從放射性廢棄物中分離出長期高危害的放射性元素（尤其是鎇）非常重要。乏燃料中被稱爲錒系元素和鑭系元素等元素在相同的氧化狀態下，原子最外層的電子排列相同，尺寸也基本相同，所以化學性質相似。因此很難透過化學方法分離。另一方面，與最外層電子不同，原子序每增加一位數，內層的電子數量也隨之增加一個。受此影響，可見光區域的光吸收波長因元素而異，所有元素的波長（顏色）都不同。有望透過這種顏色差異準確區分元素。
研究團隊爲觀測錒系元素的光誘導反應，建立了可以一體進行放射性物質的樣本調整和分析及精密的雷射照射實驗的系統，發現透過控制瞬間強度極高的雷射照射鎇，在某些條件下會發生光誘導反應（氧化反應）。實際進行元素分離驗證試驗應答，這一原理可用於元素分離。另外，研究人員還利用大型同步輻射設施SPring-8的同步輻射分析和核能機構的超級計算機分析了反應程序中電子的動作，獲得了促進研究取得進展的重要發現。
在溶液中狀態最穩定的氧化數爲3的鎇會吸收綠色光，在503nm附近呈現尖銳吸收峯。因此，研究團隊向溶解了鎇的硝酸水溶液照射波長爲503nm的雷射，將溶液中的鎇的狀態變化作爲吸收光譜的變化進行了觀察。從吸收光譜的變化可以看出，溶液中部分鎇的氧化數由3增至5。
此外，研究團隊結合基於光反應的元素篩選和溶劑萃取，實施了雷射輔助元素分離試驗。作爲核分裂產物的類比，向混合了鑭系元素之一鐠（Pr）的鎇溶液進行同樣的光照射，應答鐠沒有變化，只有鎇被氧化。
透過在照射後的樣本溶液中添加有機溶劑和萃取劑並攪拌，在照射時間内沒有發生光氧化的鎇和所有鐠都進入有機相，只有發生光氧化的鎇留在水相。這表明，如果所有鎇都發生光氧化，幾乎可以完全分離鎇與鑭系元素。
橫山研究主任表示：「今後，我們希望將該原理確立爲可用於高放廢液分離處理的通用的原理。爲此，需要找到各種元素在向實際廢液照射光時能引起元素選擇性光反應的條件。尤其希望確立一種高效的鎇與鋦的分離法，我們打算首先實施這兩種元素的分離目標。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Science Advances
論文：Marking actinides for separation: Resonance-enhanced multiphoton charge transfer in actinide complexes
DOI：10.1126/sciadv.abn1991
