2023 年度研究成果報告書

量子・分子・統計論的解析に基づいた金属内部における水素輸送特性の解明

研究課題

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研究課題/領域番号	21K18682
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
研究機関	東北大学
研究代表者	徳増崇東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10312662)
研究期間 (年度)	2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード	水素 / 輸送現象 / 量子効果 / 分子動力学法
研究成果の概要	金属は鉄とし、水素の系を行う前段階として炭素とし、鉄内部の炭素の拡散現象を解析するシミュレータを構築した。鉄原子の原子間ポテンシャルとしてはEAMポテンシャルを用い、炭素はBecquart & Mayerポテンシャルで表現した。この系の炭素の輸送に関するエネルギー障壁を計算したところ、量子化学計算の結果とほぼ一致し、分子間ポテンシャルの妥当性が示された。この系を用いて温度をパラメータとして炭素の拡散係数を計算したところ、拡散係数から計算されたエネルギー障壁が量子化学計算で計算された値よりも低めに出ることが確認されたが、その原因の解明には至らなかった。
自由記述の分野	分子流体工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	水素は金属内部を移動して金属の脆化を引き起こすため、水素の金属内部の移動現象を把握することは水素危機の安全性を保証する上で極めて重要である。この意味でこの研究は極めて社会的意義の大きい研究である。しかしながら水素は通常の分子に比べて質量が軽いため、不確定性原理の影響を強く受け、通常の分子動力学法による解析が困難である。この問題を克服するため、本課題では量子効果を取り込んだ分子動力学計算手法を確立することを目的とした。これは学術的にも極めて挑戦的かつ価値の高い研究であると言える。