2020 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number	20H01998
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)	河野義生愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (20452683) 大平格愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 研究員 (90873159)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	高圧 / 中性子散乱 / 氷
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、中性子回折実験により高温高圧下にある氷中の酸素・水素位置を直接観測し、氷天体内部において超イオン伝導状態が存在する条件を詳細に決定することを目的としている。これまでの中性子回折実験は、技術的な制約から10万気圧、1400度程度までの条件に限られている。これをより高圧に広げるために、今回新たに、一対のダイアモンドアンビルをパリーエジンバラセルの中に配して加圧する2段式加圧セルを用いた高圧中性子実験技術を開発し、50万気圧をこえる超高圧下における高温実験を行う。令和2年度は、大容量2段式加圧セルを中性子実験に適用するためのデザインの最適化を行った。開発したセルを用いた圧力発生試験を実施予定であったが、ビームタイムのキャンセルにより延期となっている。また、オフラインで加熱試験を行うための高温発生システムを導入した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今回、中性子実験に新たに適用する大容量2段式加圧セルは、元々、放射光実験用に開発されたため、ガスケットやヒーターなどのセル部品にX線の透過率が高いボロンを含む素材を多く利用している。しかし、中性子実験においてボロンは吸収が強く、入射及び散乱中性子が透過する箇所には使用できない。そのため、必要に応じて新しい素材に変更するとともに、逆にボロンを含むパーツをセル内のコリメーターとして積極的に利用し、質のよいデータを得る工夫をするなどして、中性子実験用にセルを最適化することができた。ただし、開発したセルについては、放射光を用いた高圧発生試験を行い高圧発生を確認する予定であったが、加速器の不調によりビームタイムがキャンセルとなり実施できなかった。また、高温発生システムを愛媛大学に導入し、オフラインでの試験環境を整備することができた。これらのことから、おおむね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度にキャンセルとなった放射光実験については令和3年度に振替予定であり、種々のセル・ガスケット素材についての圧力発生試験を実施する予定である。また、令和2年度に開発したセルをJ-PARC MLFのビームラインに持ち込み、常温高圧中性子実験データを取得して、質の良いデータ取得のためのバックグラウンド対策の検討を行うとともに、高圧下での中性子回折パターンの取得を行う。同時に愛媛大学ではオフラインでの加熱試験を進め、1400度程度までの安定的な高温発生を目指す。