Development of inovating high-pressure and high-temperature apparatus for neutron diffraction and approaches to unsolved questions on ices and planetary sciences

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 26246039
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kagi Hiroyuki 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70233666)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 高典 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (10327687) ; 町田 真一 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (30554373) ; 小松 一生 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50541942)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 氷 / 高圧 / 中性子回折

Outline of Final Research Achievements

This project aims at developing a new high-pressure apparatus for measuring neutron diffraction measurements which can precisely control pressure even at low temperature conditions. The scientific target is to obtain crystal structure and physicochemical properties of high-pressure phase ices.
By combining liquid nitrogen and cryostat apparatuses, we achieved the low temperature limit down to 40 K. The apparatus enabled us to conduct neutron diffraction measurements at high pressure and low temperature regions where we could not achieve. We clarified the mechanism of salt incorporation process in ice VII which is a high pressure form of ice. Furthermore, a new model on hydrogen ordering process in iceVI was proposed.

Free Research Field

地球化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

氷は身近にありふれた物質であるにもかかわらず、未解決問題を多く有する奥が深い物質である。本研究では低温条件で自在に圧力を制御できる高圧発生装置を開発し、任意の条件で氷の中性子回折パターンを測定し、これまで未解決であった氷の問題②正面から取り組んだ。本研究で得られた成果は、氷の結晶構造に見られる水素原子の無秩序ー秩序相転移に関して、新しいモデルを提案することになった。また、本研究により氷VIIに多量の塩が入るメカニズムが明らかになった。これらの研究成果により、氷の未解決問題に解答を与えることができ、基礎化学に大きな発展をもたらした。また、本研究は氷惑星の内部物性の理解にも大きな貢献をもたらす。