2021 Fiscal Year Research-status Report
非弾性中性子散乱の精密理論計算と実験の多次元スペクトル照合による水素局所環境分析
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21K04634
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
巽 一厳 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 (00372532)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 非弾性中性子散乱 / ヒストグラムビン巾最適化 / 水素近傍局所構造 / 水素吸蔵合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、非弾性中性子散乱(INS)の非経験的理論計算／実験スペクトルのエネルギーと運動量の多次元空間での照合に基づく水素局所環境分析法を開発し、水素吸蔵合金LaNi5Hxに応用することである。水素原子の量子核効果が調和近似で言及困難な系で、運動量空間上のINS強度分布に顕れる水素原子核の終状態波動関数の対称性を活用し、エネルギー軸のみでは同定が困難な水素吸蔵合金中の水素原子の局所環境を解明する。
本年度は、実験でのINS強度分布のヒストグラム表示において、ポアソン点過程に基づく最適なヒストグラムビン巾の推定および予測方法を検討整備した。特にパルス中性子源を用いたINS実験では、個々の散乱イベントをリスト形式で保存しており、実験後に情報損失なくヒストグラムビン巾を変えることができる。この点に注目し、統計的に最適なビン巾を算出および獲得済実験データからより長時間測定した場合にどのように最適ビン巾が変化するか推定できる手法を実装し検証した。最適ビン巾の不確かさを踏まえ、最適なヒストグラム表現ができるようになった。この方法は、INS強度分布の実験ヒストグラムから水素の局所構造を推定する上でも、ノイズによる擾乱を低減できると期待される。INSの非経験的理論計算に関しては、経路積分分子動力学計算法のプログラムが利用可能であることが調査により分かったが、まずは過去に水素含有金属で過去に検討された計算方法を構築することが基礎となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
INS4次元ヒストグラムビン巾最適化手法を構築し、成果を取りまとめた。本研究において水素の非弾性散乱計算方法の実装は必要不可欠であり、ビン巾最適化手法の結果の不確定性を調べるにあたって干渉性非弾性中性子散乱断面積計算の実装は既に行っており、非干渉性の場合も取り込むことは容易である。また断面積計算のエンジンとなる水素の量子状態計算については今後実際に手を動かすための道筋は大まかについた状態である。
以上のことから、3年間の1年目としては区分(2)が妥当と捉えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
水素の量子状態計算を実装する。第一原理での水素原子のポテンシャル表面に基づいた水素原子核の量子状態の計算法を実装し、非弾性散乱断面積を求める。
計算方法を水素の量子効果がINSのスペクトル形状に影響を及ぼしていると考えられる系に適用し、その効果を検証する。
多くの水素含有物質系で4次元INS強度分布を計算し、水素原子の局所構造とINS強度分布の対応付けを機械学習手法を活用して行う。
より精緻な水素局所構造についての知見が得られそうな系でのINS実験を実施し、解析を行う。
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| Causes of Carryover |
当初計画において、2021年度に大規模計算のための計算機を購入する予定だったが、実際に計算を行うのが2022年度以降であり、できるだけ計算速度の速い計算機を購入する方が良いことから、購入計画を2022年度に変更したため、次年度使用額が生じることとなった。次年度使用額は、2022年度分研究費と合わせて、計算機購入に係る費用等として使用する。
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