2012 Fiscal Year Annual Research Report
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24241032
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
青木 勝敏 東北大学, 金属材料研究所, 上級研究員 (30356331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 高典 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (10327687)
町田 晃彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (70354983)
松尾 元彰 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (20509038)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 金属水素化物 / 中性子回折 / 放射光回折 / 高温高圧 / 結晶構造 / 磁気構造 / その場観察 |
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| Research Abstract |
反応容器の試作と試験 先端10 mmのキュービックアンビルの使用を想定して外径5.5 mm、高さ7 mmの円筒状のNaCl反応容器を試作した。反応容器の中心部には直径4 mm、厚さ3 mmの試料を置き、その上下に水素発生源AlH3を配置する。NaCl反応容器は高温発生用の円筒状のグラファイトヒーターで覆われており、これらは中性子の透過性が高いZrO2製の一辺17 mmの立方体の圧力媒体中に埋め込まれ、加圧される。室温下での圧力発生試験により約1500トンの油圧時に8 GPaが発生することを確認した。加熱実験により800 ℃の発生が確認できた。
水素化反応試験 鉄‐水素系で高温高圧下の水素化過程を放射光X線回折測定によって観測した。圧力6 GPa、約600 ℃ においてAlH3の熱分解により水素が発生し、fcc格子構造を持つ鉄水素化物FeHの形成が確認された。その後の冷却過程で約300 ℃でdhcp‐FeHへの変換が観測された。AlH3が水素源として良好に働くことが確認された。
AlD3の合成 中性子回折実験に使用される重水素源AlD3を溶液反応によって合成した。LiAlD4とAlCl3（混合比4:1）をエーテル溶媒中で反応させ、得られたAlD3•nEt2OからEt2Oを高温脱離することでAlD3が合成できた。AlH3の合成においては脱離温度373 Kで最も熱的安定性が高いα‐AlH3が高純度（＞95％）で合成されるが、AlD3の合成において373 Kでは高純度α相が得られず、脱離温度の最適化を図った。その結果388 Kにおいて純度90％以上のα‐AlD3が合成できた。1回のバッジ反応で約900 mgが合成されるが、上記の水素化反応セルを使用する実験では約50 mgを必要とされることから、18回分の実験に対応する重水素源の合成方法が確立されたことんになる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
水素化反応容器の試験に関しては、AlH3を水素源とした鉄の水素化過程の放射光X線回折によって概ね当初目標を達成できたものの、水素流体の長時間保持については安定的な保持が実現できておらず、その原因となっている高温発生用電極の材質、形状を主とする反応容器の改善が必要である。
重水素源に使用するAlD3の合成に関しては最適化条件の洗い出しが完了し、当初目標の1g/バッジの合成がほぼ達成できており、次年度から本格化する超高圧中性子回折装置PLANETを使用した高温高圧下の水素化反応実験に向けての重水素源供給の体制は整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラファイトヒーターに電力を供給するための電極の材質、形状の最適化を図ることにより、初期加圧時の反応容器の局所変形を最小限に止め、水素流体の12時間保持が可能な水素化反応容器の作製を早期に実施する。改良された水素化反応容器を用いて、J-PARCにおいて鉄の水素化反応実験ならびに合成された鉄水素化物の中性子回折実験を実施し、得られた中性子回折データの解析を通して水素化反応容器の改良、完成を目指す。
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