高圧下における水をはじめとした液体の構造変化

2010 年度 自己評価報告書

• 研究領域: 高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学
• 研究課題/領域番号: 20103004
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 片山 芳則 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (20224462)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: 液体 / 非晶質 / 構造 / 高圧 / 高温 / 中性子 / 放射光 / 水

研究概要

高圧下でのアモルファス氷や流体リンでの1次相転移の発見は、従来の物理・化学の常識を覆すものとして注目を集め、新しい研究の潮流を生み出している。このような研究では、中性子はX線にない大きなメリットを持つが、日本では中性子源の強度が弱く不可能だった。本提案は、高温高圧下の液体研究で世界をリードする研究者(片山、服部、千葉)と中性子の専門家(鈴谷、大友)が協力して、世界最高水準のJ-PARCパルス中性子源を使った世界的にユニークな高温高圧実験を実現する。中性子のメリットが生きる水をはじめとする化学的に単純な系を対象に高密度液体の分野での更なる新発見を目指すとともに、測定法や解析法の開発を通じて同じ新学術領域のマグマ班の研究を支援する。
平成20年度は、総括班が行う高温高圧中性子散乱ビームラインおよび高圧装置の設計に協力し、液体の測定に対応できるようにする。また、中性子実験を行う試料について放射光を用いた実験を行う。平成21年度から平成22年度にかけては、高温高圧中性子散乱ビームラインの建設に協力するとともに、測定法や解析法や開発も行う。また小型プレスを用いて、中性子実験の経験を積む。平成23年度の完成後は、検出器や高圧装置の立ち上げに協力し、標準試料を用いて非晶質の構造因子が精度良く測定できることを確認する。また、実際に水素結合の変化が興味深い水の高温高圧実験を開始する。平成24年度には、水の研究を継続するとともに、時間が許せば、同位体を用いた部分構造解析や他の物質の測定も試みる。

研究成果

• [雑誌論文] Pressure-Induced Structural Changes in Liquid Ge33Te67 and Liquid Ge15Te85 (2010)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Nakamura, Ayano Chiba, Kazuhiko Tsuji
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 79 ページ: 064604-1-064604-4
• [雑誌論文] Designing PLANET : Neutron beamline for high-pressure material science at J-PARC (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Arima, T.Hattori, K.Komatsu, J.Abe, W.Utsumi, H.Kagi, A.Suzuki, K.Suzuya, T.Kamiyama, M.Arai, T.Yagi
  • 雑誌名: J.Phys. : Conf.Ser. 215 ページ: 012025-1-012025-6
• [雑誌論文] Communications : High-temperature water under pressure (2010)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ikeda, Yoshinori Katayama, Hiroyuki Saitoh, Katsutoshi Aoki
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 132 ページ: 121102-1-121102-4
• [雑誌論文] Structure of liquid water under high pressureup to 17 GPa (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Katayama, Takanori Hattori, Hiroyuki Saitoh, Takashi Ikeda, Katsutoshi Aoki, Hiroshi Fukui, Kenichi Funakoshi
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 81 ページ: 014109-1-014109-6
• [雑誌論文] Pressure-induced suppression of the Peierls distortion of liquid As and GeX (X=S, Se, Te) (2009)
  • 著者名/発表者名: Ayano Chiba, Masatoshi Tomomasa, Takazumi Hayakawa, Stephen M.Bennington, Alex C.Hannon, Kazuhiko Tsuji
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 80 ページ: 060201(R)-1-060201(R)-4
• [備考] プレス発表:水の新たな姿を明らかに-水の不思議な性質の解明にまた一歩前進-(20100329)
  • URL: http://www.jaea.go.jp/02/press2009/p10032902/index.html
• [備考] 領域HP
  • URL: http://yagi.issp.u-tokyo.ac.jp/shingakujutsu/
• [備考]
  • URL: http://yagi.issp.u-tokyo.ac.jp/shingakujutsu/liquid.html