研究課題
地球型惑星、氷惑星、氷衛星の形成と進化の過程の理解において、それらの天体をつくる鉱物、氷、ガスハイドレートに含まれる水素の物理化学的性質は特に重要である。水素は最も拡散が速い元素であり、また水素結合をつくることから、その挙動には他の元素にない特異性がある。たとえば鉱物や氷結晶中の水素は、水素結合を経由した拡散によって媒質の塑性変形を助け、天体をつくるマントル物質の流動を促進させる。このような水素の化学結合状態とダイナミクスを高圧力下その場で調べることを目的として本研究を進めてきた。本年度は、サファイアアンビルを用いた対向アンビルセルによる数十mm3の大試料体積の静的圧縮技術を完成させ、この手法によって非常に高品質の中性子粉末回折パターンを得る手法を国際誌に論文発表した。さらに同手法を発展させることでブルーサイトの高圧その場精密構造解析を実現させ、水素原子の配置の圧力変化を詳しく調べた研究の成果も論文発表した。このような水素配置の情報を、我々が過去に得たブルーサイトの高圧その場NMR緩和時間測定および水素拡散速度測定の結果と関連させることで、水素結合の新たな形成によるダイナミクスの変化について新たな視点から議論を展開することができた。また、本年度までの実験技術開発の積み重ねによって、ダイヤモンドアンビルセルと比較して100～1000倍の体積の試料を、良好な粉末性を維持した状態でGPa以上の圧力まで圧縮した上で、長時間にわたってその状態を保持しながら各種の測定を行うことができるようになった。試料の中性子施設への長距離輸送にも対応できるので、今後は高圧力下の含水鉱物、氷、ガスハイドレート試料についてNMRと中性子回折を完全に同一の試料に対して行うことで、水素の化学結合状態とダイナミクスの相関についての研究をさらに先へと進める。
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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