Challenge to scission of hydrogen bonds in methane hydrate by high-frequency induction

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K05115
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 高周波の電場印加測定 / 中性子回折実験

Outline of Annual Research Achievements

本研究では氷およびクラスレート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、中性子を用いて水分子およびクラスレート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することを目的としている。
高周波発生装置に関しては平成29年度と平成30年度にかけて発生器と整合器まで完成させることができた。しかしながら、通称CCRと呼ばれる4ヘリウムの循環型の冷凍機へ高周波の導入するにあたり、ソリッドタイプの同軸ケーブルを用いているが、このケーブルの発熱や、試料への高周波印加効率が低いことが分かり、開発を一時中断せざるを得ない状況が発生した。また、コロナウィルスによる影響もあり、業者と相談するにも、現物の確認が不可能な状態が続いたため、結果として装置開発に大幅な時間を要することとなった。令和３年度にようやく高周波に関して知見のある業者と技術的な相談をすることができ、検討した結果、極端にケーブルを短くすることで、試料部分を発熱できることを模擬的に確認することができた。そこで同軸ケーブルを再度、材質を見直したうえで製作を行い、以前よりはケーブルの発熱が抑えられることを確認することができた。令和４年度では長いケーブルを用いて冷凍機中で高周波を発生させて試験を行ったが、高周波の反射が起こり、結果として試料に十分な高周波をかけることができず、高周波による水素の振動を観測するには至らなかった。今回、冷凍機のコールドヘッドの設定温度から、試料の高周波印加部では温度が約５℃上昇し、安定した。この際、高周波電源の出力調整は手動のダイヤルゲージで一定出力で実施したにもかかわらず、温度を安定させることができた。