高周波によるメタンハイドレートの水素結合切断への挑戦

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05115
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 星川 晃範 茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 産学官連携准教授 (60391257)
• 研究分担者: 松川 健 茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 産学官連携助教 (60580876)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 高周波発生装置の開発 / 中性子回折用の冷凍機の改造 / 電極を入れた試料ホルダーの開発

研究実績の概要

本研究では氷およびメタンハイドレート等の水素結合状態が、高周波を印加することで水素結合を切りやすくできるのではないかと考え、中性子を用いて水およびメタンハイドレートの水素原子を高周波外場下において観測し、その水素結合状態を明らかにしようと考えている。
最終的な中性子回折実験をするに当たり、平成２９年度は専用の冷凍機に外場としての高周波を導入できるような装置開発を実施した。具体的には冷凍機の改造と高周波発生装置および高周波電極を組み込んだ試料ホルダーの開発を行った。今年度は業者との連携により、冷凍庫中で、２重円筒形の電極の間に氷を詰め、その温度を蛍光式光ファイバー温度計を用いて計測しながら、高周波を印加する試験を行った。この試験で、試料の温度が上がることが確認でき、専用の高周波電源および整合器を開発することができた。
一方で、中性子回折実験で用いる冷凍機の改造も並行して行っており、さまざまな同軸ケーブルに対して真空への電流導入端子を製作し試してみた。一番の問題となったのはケーブルを介した外部からの熱流入と、真空を保持する機能であった。結果として、ソリッドタイプの同軸ケーブルとMMCXと呼ばれる小型の同軸コネクタを用いることで、試料位置で約10Kの低温まで温度を冷やすことができることが確認できた。さらに、中性子回折実験をするに当たり、平板電極を用いた試料ホルダーの方がビーム方向と甲種は電場をそろえることができることから、氷等の水素原子の配向の変化がわかりやすいと考え、二重円筒の電極の後、平板電極の開発も実施した。中性子のビームサイズに合わせ電極を２ｃｍｘ２ｃｍの銅箔を用い、電極間は２ｍｍ程度にすることで、氷の温度が上がることが確認できた。結果として、部位ごとの大まかな装置開発を終えることができた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

高周波発生装置に関して、当初予定していた業者といきなり連絡が取れなくなり、代わりの業者を見つけるところから実施する状況になってしまった。そのため、高周波発生装置の電源および整合器の開発がやや遅れてしまった。

今後の研究の推進方策

高周波発生装置を組み込んだ冷凍機の開発としては、おおむね部位ごとの開発は完了することができており、平成３０年度ではこれらを組込動作確認ができる状況なので、おおむねスケジュール通りに実施できると思われる。

次年度使用額が生じた理由

高周波発生装置を開発する際に、予定した業者が急に対応してくれなくなり、新たに代わりの業者を見つけるところから実施することになった。高周波電源はすぐにできたが、高周波の整合器に関しては、電極等のサイズによっても調整をする必要があったため、業者の御好意で企業内部での開発という事で整合器の開発を実施していただく事ができ、本研究自体はおおむね実施できたが、年度末近くまでかかってしまい、実際の製品を購入するに至らなかったため使用額が見かけ上残ってしまった。整合器自体の開発は終わったので、次年度に早急に購入する。