高温高圧下中性子実験による惑星内部の超イオン伝導状態の解明

• Project/Area Number: 20H01998
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 佐野 亜沙美 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (30547104)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河野 義生 関西学院大学, 関西学院大学, 教授 (20452683) ; 大平 格 学習院大学, 理学部, 助教 (90873159)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000); Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2020: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: 高圧 / 中性子 / 高圧力 / 中性子散乱実験 / 氷 / 超イオン伝導 / 中性子回折 / 高温高圧 / 中性子散乱

Outline of Research at the Start

本研究は、高温高圧下中性子その場観察実験により氷、含水鉱物の高温下におけるダイナミックな水素の動きを直接捉えようとするものである。そのために、J-PARC MLFの超高圧中性子回折装置PLANETにおいて新しく中性子実験用の2段式加圧セルを開発し、これまで未踏の領域であった50万気圧を越える圧力での高温実験を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

これまでの開発により微小試料から信号強度を得る道筋が得られたが、PEプレスを用いた2段式加圧においては高荷重下で超硬製のアンビルの隙間が狭くなり中性子が吸収されるため、高圧下での信号の取得に時間を要することが課題となった。今後、本研究で得られた知見をもとに、6軸型マルチアンビルプレスを用いた多段階加圧方式として引き続き開発を進めていくく予定である。また、質の高いデータを取得することを目的として、MA68セルを併用し氷の高温高圧相の中性子回折データを取得した。実験では試料を金属カプセルに封入し22万気圧まで加圧したのち加熱を行った。750Kまでの高温でのIce VII相の回折パターンの取得に成功し、現在成果を取りまとめ中である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Neutron diffraction: a primer (2024)
  • Author(s): Richard Dronskowski, Thomas Brucke, Holger Kohlmann, Maxim Avdeev, Andreas Houben, Martin Meven, Michael Hofmann , Takashi Kamiyama, Mirijam Zobel, Werner Schweika, Raphael P. Hermann, Asami Sano-Furukawa
  • Journal Title: Zeitschrift fur Kristallographie - Crystalline Materials Volume: 0 Issue: 5-6 Pages: 1-28
  • DOI: 10.1515/zkri-2024-0001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-pressure and high-temperature neutron-diffraction experiments using Kawai-type multi-anvil assemblies (2021)
  • Author(s): Sano-Furukawa Asami、Kakizawa Sho、Shito Chikara、Hattori Takanori、Machida Shinichi、Abe Jun、Funakoshi Ken-ichi、Kagi Hiroyuki
  • Journal Title: High Pressure Research Volume: 41 Issue: 1 Pages: 65-74
  • DOI: 10.1080/08957959.2020.1867723
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Evolution of SiO2 Glass with Si Coordination Number Greater than 6 (2020)
  • Author(s): Kono Yoshio、Shu Yu、Kenney-Benson Curtis、Wang Yanbin、Shen Guoyin
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Issue: 20 Pages: 205701-205701
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.205701
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] High pressure experiments in PLANET and its applications (2023)
  • Author(s): Asami Sano-Furukawa
  • Organizer: Workshop on Extreme Sciences for Space Matters and Materials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高温高圧中性子実験による地球深部物質科学の展開 (2023)
  • Author(s): 佐野亜沙美，服部高典, 阿部淳, 町田真一, 有馬寛, 舟越賢一
  • Organizer: 第60回高圧討論会
  • Invited
• [Presentation] Recent developments of neutron diffraction at mantle PT conditions at PLANET (2021)
  • Author(s): Asami Sano-Furukawa
  • Organizer: 10th Asian Conference on High Pressure Research,
  • Invited
• [Presentation] Investigation of hydrogen bonding in minerals under high pressure and high temperature using neutron diffraction (2021)
  • Author(s): Asami Sano-Furukawa
  • Organizer: Conference on Science at Extreme Conditions (CSEC-2021)
  • Invited