| 研究課題/領域番号 |
22H01231
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
嶋 達志 大阪大学, 核物理研究センター, 准教授 (10222035)
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| 研究分担者 |
三島 賢二 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (20392136)
吉岡 瑞樹 九州大学, 先端素粒子物理研究センター, 准教授 (20401317)
北口 雅暁 名古屋大学, 素粒子宇宙起源研究所, 准教授 (90397571)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| キーワード | バナジウム / ナノ粒子 / 水素吸蔵 / 中性子小角散乱 / 重力 / 逆二乗則 / 未知相互作用 |
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| 研究実績の概要 |
バナジウムナノ粒子を試料として、水素ガスの吸蔵率測定を行った。その結果、1気圧の水素ガス中での吸蔵比 4.5%という結果が得られた。これは、本研究が目標としている吸蔵比20%に達していないが、一般に酸化被膜が酸素の透過を阻害することが知られており、使用した試料は6.2%程度の酸素を含有していることが判明したため、富山大学・水素同位体科学研究センターで以前おこなわれた研究結果に基づき、450℃および700℃の高温条件下での脱酸素処理を実施した。その結果、酸素の含有率を1.0%にまで抑制することに成功した。これによって、1.66%の比率で重水素を吸蔵させれば核散乱をほぼゼロに抑圧できることがわかった。また、これまでの試験測定の結果から、主要なバックグラウンドおよび系統誤差が、中性子検出膜（LiF含有ZnS膜）を通り抜けてその後ろのガラス層に入ってから散乱を起こすようなイベントによるものであることが判明しており、その種のイベントを低減するため、中性子検出膜の厚さを増やし、ガラス層に届く中性子の量を減らすことを検討中である。高温処理済みの試料およびバックグラウンド対策を採用し、令和6年7月にJ-PARC物質・生命科学実験施設において水素吸蔵ナノ粒子標的による中性子小角散乱測定を行うことを予定している。これによって、従来の未知相互作用に対する制限を塗り替えることができる見込みである。また、別の系統誤差の原因として、吸蔵された水素がナノ粒子内で均一に分布せず、局在した場合の影響が考えられるが、水素の分布は中性子回折法で調べられる可能性があるため、7月の測定では運動量移行の大きい領域の測定も行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
懸案であった、バナジウムナノ粒子中の不純物酸素が、高温処理によって劇的に除去できることがわかった。これによって、水素吸蔵ナノ粒子を標的として用いた中性子小角散乱測定実施に向けての目処がつけられた。実際の小角散乱測定を令和6年7月に予定しており、これはほぼ当初の研究計画のスケジュールどおりの進捗状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
高温処理により酸素を除去した試料を用いて、中性子小角散乱の本番測定を令和6年7月に実施する。吸蔵前の散乱長が -0.111fmと負の値であるため、水素ではなく重水素を吸蔵させる必要がある。必要な吸蔵量はモル比で1.66%である。この比の前後で様々な比率で重水素を吸蔵させた標的試料の中性子小角散乱の系統的測定を行い、核散乱が最小になる比率でのデータを取得する。そのデータを用いて、シミュレーションとの比較により未知相互作用の結合定数に対する制限を導き出す。また、これまでの試験測定の結果から、中性子検出器の前面に用いられているガラス中での中性子散乱が主要なバックグラウンドと系統誤差を発生していることが判明しているため、中性子検出膜の厚さを増やす等の改良によって、ガラス層に届く中性子量を減少させ、バックグラウンドを抑制することでさらなる感度向上を図る。また、最終年度に行う予定の磁気散乱の影響の調査に向けて、標的セルに磁場を発生させるためのコイルの設計・製作に着手する。
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