2004 Fiscal Year Annual Research Report
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16540374
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
片山 芳則 特殊法人日本原子力研究所, 放射光科学研究センター・極限環境物性研究グループ, 主任研究員 (20224462)
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| Keywords | 水 / 水素結合 / 構造 / 高圧 / 高温 / X線回折 / 放射光 / 液体 |
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| Research Abstract |
本研究は、我々にとって最も重要な液体であり、その特異な性質のため、広い分野で関心を持たれている水について、超高圧下の構造を高温高圧X線回折実験によって調べるものである。本年度は、圧力5.2GPaまでの水の構造を、大型放射光施設SPring-8の原研ビームラインBL14B1とそこに設置されたキュービック型マルチアンビルプレスを用いて、エネルギー分散型X線回折法によって調べた。これまで水の超高圧下での回折実験が行われていなかった理由の一つは、適当な試料容器がなかったことである。これを解決するため、X線を透過し、水と高温高圧下で反応せず、液体を保持できる材料としてダイヤモンドに着目した。円筒型およびカップ型のダイヤモンド製容器を作成し、フタとしては金や白金などの貴金属を使用した。フタがダイヤモンドに密着していないと加圧までの間に水が蒸発してしまうこと、圧力を加えるとフタの変形のため水を保持することが難しいこと、などの困難があったが、最終的に、カップ型のダイヤモンド容器と金のフタで水を高圧まで保持することができるようになった。液体の水は回折強度が小さいため、精度の高い測定ができるかどうかも問題であった。このため、バックグラウンドX線を低減させるなどの対策を行い、内径1.5mmのダイヤモンド容器中の液体の水が測定可能であり、常温常圧での構造因子がこれまで報告されたものと一致することを確かめた。高圧実験では、室温0.5GPa、室温1.25GPa、275℃で5.2GPaの3点で測定を行うことに成功した。現在までの予備的な解析によって、水分子の配位数が圧力の増加に伴い顕著に増加していくことが示されており、水素結合によるネットワーク構造が高圧下で壊れていくことが裏付けられた。現在、超高圧下の水の構造と水素結合の変化に関し詳細な議論を行うため、より信頼性の高い解析法の開発を行っている。
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