2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of inovating high-pressure and high-temperature apparatus for neutron diffraction and approaches to unsolved questions on ices and planetary sciences
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26246039
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鍵 裕之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70233666)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 高典 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 (10327687)
町田 真一 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (30554373)
小松 一生 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50541942)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 氷 / 高圧 / 低温 / 中性子回折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
氷は単純な構造をもつ水分子からなる結晶であるが、その多様な水素結合のネットワークから、現在まで少なくとも18種類もの多形をもつことが報告されており、特に高圧下で安定な氷の構造や物性にはいくつかの重要な未解決問題が残されている。これらの問題解決のためには、低温高圧条件下で自在に圧力を制御しながら中性子回折パターンを測定し、水素原子の位置を精密に決定する必要がある。
本研究では、低温条件で自在に圧力を調整可能な高圧発生装置を独自に開発し、J-PARC PLANETビームラインを利用して、低温高圧下での中性子回折測定を行うことができるように環境を整え、氷の未解決問題を解明することを目標とした。研究開始前に我々のグループで液体窒素温度(約80K)までの低温条件で高圧実験が可能であるMITOセルを開発していたが、本研究により温度下限を40 Kほどまでに下げることに成功した。この高圧発生装置を用いて、J-PARC MLFにおいて低温条件において概ね8 GPaまで、アンビル材料を焼結ダイヤモンドに変更することで20 GPa程度の高圧を発生しながら中性子回折測定が可能となった。
このような装置環境を整え、本研究では氷VI相の秩序相に相当する高圧氷の構造と存在状態について新たなモデルを提案することに成功した。また、パリ大学との共同研究によって高圧氷に塩を多量に取り込む機構も明らかにすることができた。
本研究は氷の高圧相の構造や水素原子の秩序構造の理解にとどまらず、高圧条件で安定な新たな塩水和物の発見やマントルに存在しうる高圧含水相の高圧下での構造についても新しい知見を得ることができた。今後さらなる研究の進展が期待できる。
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| Research Progress Status |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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