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Absorbent property of fullerene for cesium isotope separation investigated using X-ray photoelectron spectroscopy

X線光電子分光法を用いたセシウム同位体分離のためのフラーレンの吸蔵性

関口 哲弘; 横山 啓一; 魚住 雄輝*; 矢野 雅大; 朝岡 秀人; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Sekiguchi, Tetsuhiro; Yokoyama, Keiichi; Uozumi, Yuki*; Yano, Masahiro; Asaoka, Hidehito; Suzuki, Shinichi; Yaita, Tsuyoshi

長寿命放射性核種であるセシウム-135($$^{135}$$Cs)の除去に向け、Cs元素の同位体分離技術の確立を目指す。同位体選択的レーザー光分解により$$^{135}$$Cs原子が選択的に生成される。Cs原子($$^{135}$$Cs)とヨウ化セシウム分子($$^{133}$$CsI)との衝突による同位体交換を防ぐ目的で、Cs原子だけを選択的に捕集し、CsI分子を吸蔵しないような炭素材料の開発を行う。今回、吸蔵剤候補としてフラーレンC$$_{60}$$分子を用い、Csの深さ方向の濃度分布を評価する実験を行った。角度分解X線光電子分光法およびArイオンスパッター法を行い、室温におけるC$$_{60}$$固体へCs原子およびCsI分子がどの程度材料深部へ吸蔵されるかを調べた。CsI分子がC$$_{60}$$固体表面の浅い領域に堆積するのに対し、Cs原子はC$$_{60}$$固体深くに浸透するという実験結果を得た。Cs同位体分離のための選択吸蔵材料としてフラーレン固体が有望であることを示す結果である。

For nuclear transmutation of cesium-135 ($$^{135}$$Cs), which is long-lived fission product, we are developing selective absorbent which takes only Cs atom in, but does not CsI. In this study, absorbing property of Cs atom onto the surface of fullerene (C$$_{60}$$) film has been investigated using synchrotron-based angle-dependent X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results were compared with those of CsI. It was found that Cs penetrates into C$$_{60}$$ deep bulk. In contrast, CsI deposits on shallow surface. Furthermore, XPS spectra were measured as a function of Ar$$^{+}$$-sputtering time in order to know Cs concentration profiles in deep region. Results showed that Cs penetrates into deep region of several hundreds ${AA}$.

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