多段式加圧による超高温高圧中性子回折実験技術の開発

Research Project

Project/Area Number	23K17712
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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)
Project Period (FY)	2023-06-30 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2025: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000) Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords	高圧 / 中性子回折 / 高圧力
Outline of Research at the Start	本研究は、これまで技術的な困難から20万気圧程度までに限定されていた高圧下での高温中性子回折実験の条件を、50万気圧以上に拡大するための技術開発を行うものである。J-PARCのパルス中性子実験施設MLF内の、超高圧中性子回折装置PLANETにおいて、6軸型マルチアンビルプレスに複数のアンビルを組み込んで加圧する多段式加圧を導入することで、超高温高圧力条件での中性子回折実験を可能にし、超高温高圧下で発現するとされる多彩な水素の振る舞いを直接観測することに挑む。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、これまで技術的な困難から20万気圧程度までに限定されていた高圧下での高温中性子回折実験の条件を、50万気圧以上に拡大するための技術開発に挑戦するものである。開発した技術を適用し、地球の下部マントル1200kmを超える深さにおける含水相中の水素の存在状態を明らかすることを目指す。具体的には下部マントル条件での中性子回折実験を達成するために、J-PARC MLFの超高圧中性子回折装置PLANET内の６軸型マルチアンビルプレスに複数のアンビルを組み込んで加圧する多段式加圧を導入する。これまでに、超硬製の2段目アンビルを用いるMA6-6セル内に、3段目として中性子の透過率の高いダイヤモンドアンビルを配する方式について常圧下で試験を行った。フォーカシングデバイスを利用することによる試料からの信号強度の確保、MA6-6セルのフレームへのコリメーターの設置によるバックグラウンド対策などを試験し、最適なセル構成を探ることができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 「研究実績の概要」で述べた様に、今年度は当初計画どおりに高圧実験に最適なセル構成、光学系セットアップについて最適化することができ、萌芽的な研究としての第一段階は踏み出すことができたものの、高圧実験は未実施であり、結果が出るまでにはもう少し時間を要すると考えられることから、現在までの進捗状況はやや遅れていると判断した。
Strategy for Future Research Activity	最適化したセットアップを用いて、高圧実験を行い圧力発生効率、高荷重下での信号強度を確認する。また、高温実験を実施し、高温下での発生圧力の変動についても確認する。補助事業の目的である技術開発を達成するためにビームタイムを確保できるよう、J-PARCの1年課題を申請する予定である。