革新的低温高圧装置と中性子を駆使した氷の未解決問題と惑星科学へのアプローチ
【研究分野】量子ビーム科学
【研究キーワード】
氷 / 高圧 / 中性子回折 / 低温 / 地球化学 / 水素結合 / 量子ビーム / 惑星起源・進化 / 惑星起源･進化
【研究成果の概要】
本研究では、低温条件で自在に圧力を制御可能な中性子回折観察用の高圧発生装置を開発し、これを用いて低温高圧下で安定な氷の構造と物性に関する知見を得ることを目的とした。
クライオスタットと液体窒素冷却とのハイブリッドシステムを高圧発生装置に適用することで、温度下限を40 K程度まで拡大し、これまで未踏であった条件での高圧下中性子回折測定が可能となった。本研究で開発された装置を用いることで、氷VII相に塩が多量に取り込まれるプロセスの解明や氷VI相に対応する秩序相の生成メカニズムに関して顕著な成果を得ることができた。
【研究の社会的意義】
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。
【研究代表者】
【研究分担者】 |
| 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 | (Kakenデータベース) |
| 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 | (Kakenデータベース) |
| 小松 一生 | 東京大学 | 大学院理学系研究科(理学部) | 准教授 | (Kakenデータベース) |
|
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31
【配分額】41,600千円 (直接経費: 32,000千円、間接経費: 9,600千円)