Neutron Compton effect of hydrogen in materials

• Project/Area Number: 19K12650
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: IKEDA Kazutaka 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (80451615)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 中性子散乱 / 水素 / 同位体 / 干渉性散乱 / 中性子 / コンプトン

Outline of Research at the Start

中性子は原子核により直接散乱されるため物質中の水素位置を決定することに適していると言われているが、実は重水素だけに有効で、中性子と同等に軽量な軽水素に対しては反跳による非弾性散乱過程（コンプトン効果）のために不向きである。従来は一定であるとみなされてきた干渉性散乱断面積が散乱角依存性を示し、これが水素の有効質量によっても異なることを見出したので、水素の多様な化学結合状態（H0、H-、Hcov、H+）に着目して中性子散乱による水素の反跳効果を定量化して水素化物の構造解析を可能にする。

Outline of Final Research Achievements

Neutrons are known to be suitable for determining hydrogen positions in materials because they are directly scattered by nuclei, but they are actually effective only for deuterium, and are not suitable for light hydrogen, which is as light as neutrons, due to inelastic scattering processes caused by recoil phenomena. In this study, neutron diffraction measurements of alkali metal hydrides, alkaline earth metal hydrides, complex hydrides, transition metal hydrides, and deuterides were performed to analyze the effect of coherent scattering cross sections, which vary with neutron wavelength and scattering angle, on crystal structure factors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた中性子の波長と散乱角により変化する干渉性散乱断面積に関する知見は、重水素化が困難で構造解析が断念されてきた軽水素化物の構造解析を可能にすることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Generating Mechanism of Catalytic Effect for Hydrogen Absorption/Desorption Reactions in NaAlH4?TiCl3 (2021)
  • Author(s): Ikeda Kazutaka、Fujisaki Fumika、Otomo Toshiya、Ohshita Hidetoshi、Honda Takashi、Kawamata Toru、Arima Hiroshi、Sugiyama Kazumasa、Abe Hitoshi、Kim Hyunjeong、Sakaki Kouji、Nakamura Yumiko、Machida Akihiko、Sato Toyoto、Takagi Shigeyuki、Orimo Shin-ichi
  • Journal Title: Applied Sciences Volume: 11 Issue: 18 Pages: 8349-8349
  • DOI: 10.3390/app11188349
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] NaAlH4-TiCl3の水素放出再吸蔵過程における中性子・X線散乱による構造解析と触媒効果の発現 (2022)
  • Author(s): 池田一貴、藤﨑布美佳、大友季哉、大下英敏、本田孝志、川又透、有馬寛、杉山和正、阿部仁、Hyunjeong Kim、榊浩司、中村優美子、町田晃彦、佐藤豊人、高木成幸、折茂慎一
  • Organizer: 日本金属学会2022年春期（第170回）講演大会
• [Presentation] Neutron Scattering Experiment and Structural Analysis of Hydrides by High Intensity Total Diffractometer (NOVA) (2021)
  • Author(s): Kazutaka Ikeda
  • Organizer: Thermec’2020 International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高強度中性子全散乱法による機能性材料の規則－不規則構造解析 (2021)
  • Author(s): 池田一貴、本田孝志、大友季哉、大下英敏、鈴谷賢太郎、川北至信、社本真一、樹神克明、福永俊晴、小野寺陽平、森一広、亀田恭男、山口敏男、吉田亨次、中村優美子、榊浩司、Hyunjeong Kim、町田晃彦、伊藤恵司、安芳次、佐次田頌、角田茉優
  • Organizer: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] ナトリウム-アルミニウム系錯体水素化物の中性子・X線散乱による構造解析と水素吸蔵放出反応の触媒効果 (2021)
  • Author(s): 池田一貴、藤﨑布美佳、大友季哉、大下英敏、本田孝志、川又透、有馬寛、杉山和正、阿部仁、Hyunjeong Kim、榊浩司、中村優美子、町田晃彦、佐藤豊人、高木成幸、折茂慎一
  • Organizer: 日本中性子科学会第21回年会
• [Presentation] Structural Study of Hydrides by High Intensity Neutron Total Diffractometer (NOVA) (2019)
  • Author(s): Kazutaka IKEDA
  • Organizer: MATERIALS RESEARCH MEETING 2019
  • Int'l Joint Research / Invited