分子動力学計算による密度ゆらぎの分子論とその実験的検証

• 研究課題/領域番号: 05222207
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岡田 勲 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (60011582)
• 研究分担者: 岡崎 進 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (70194339)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1993年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: 超臨界流体 / 密度ゆらぎ / 中性子散乱 / 分子動力学シミュレーション / 二酸化炭素

研究概要

PVT曲線や溶質の溶解度等の諸物性と密接な関係を有していると考えられ、超臨界流体を特徴づける最も重要な物理的性質のひとつである臨界点近傍における大きな密度ゆらぎの現象の解明に焦点を絞り、分子動力学計算と中性子小角散乱実験の双方から系統的な研究を進め、これまで全く未知であったその密度ゆらぎに対するミクロスコピックな分子論的描像に関するいくつかの新たな知見を得た。
用いた試料は、日常的にも身近な物質である二酸化炭素である。本年度より開始した中性子小角散乱の実験は、高エネ研の中性子源を用い、WINK分光器を用いて行った。これは、実際の検出器の位置は広角側に及ぶものであるが、波長の長い冷中性子を利用して、小さなQに対するいわゆる小角散乱測定を行うものである。
まずは、二酸化炭素超臨界流体と液体二酸化炭素に対するシミュレーション結果の比較から、小さな系ではあるが、流体中における密度ゆらぎをとらえることに成功し、今後の大規模計算に向けての見通しを得た。また、小角散乱実験からは、臨界点近傍では、構造因子はLorentzianになるということが二酸化炭素の場合にも成り立つということが明らかにされ、実空間においては、g(r)が1からexp(-r/r_0)/r的に偏るであろうことが示された。
現在はさらに小さなQでの構造因子の精密測定を行うことを目的として、小角散乱がTi-Zr合金と比較して格段に小さな材質である拡散型アルミ合金を用いたセルを新たに試作し、すでに測定を開始している。これにより、小さなQにおけるS(Q)の関数形の正確な決定を行うとともに、大規模MD計算からの結果も合わせ、流体中の密度ゆらぎに対するモデルの提案も含めた分子論を展開する予定である。