【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】24840019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高圧物質科学 / 中性子回折 / J-PARC / 水素結合 / 高圧装置開発 / 含水鉱物

【研究成果の概要】

本研究は、大強度陽子加速器施設J-PARC（茨城県東海村）にある高圧中性子回折実験用ビームラインにおいて、含水鉱物の高圧下における水素結合の挙動と水素原子の位置を明らかにすることが目的である。そこで、まず短時間で高S/N比を持つ良質な中性子回折パターンを得ることができる高圧発生装置を改良し、含水鉱物のアナログ物質として知られる水酸化カルシウムCa(OD)2の新高圧相について、高圧下での中性子その場観察を世界で初めて試みた。
平成24年度は主に装置の開発を進めてきた。中性子実験のスケジュール調整と装置開発面での計画延長の必要が生じたことから、平成24年度経費の一部を25年度に繰越した。これにより、2013年内に申請者自身が実験責任者として採択された実験課題に沿って、J-PARCにある高温高圧ビームラインPLANET(BL11)にて中性子実験が実現した。また2013年夏には、フランスの中性子実験施設に遠征し、開発された本装置の一部をさらなる改良・実用化した実験にも参加し、非常に有益な機会も得た。J-PARCの実験では、申請者がこれまでに開発してきた高圧発生装置を持ち込み、この装置の有用性を示すことができたと同時に、Ca(OD)2の室温高圧相の回折パターンを測定することに初めて成功し、結晶構造と水素原子位置の詳細が明らかになった。また、別に６軸プレスを用いた中性子実験から得られたCa(OD)2の高温高圧相の結果も併せて、高圧相の相関係と水素結合の変化について考察し、同等の構造をもつ水酸化物の高圧下での振る舞いに関して、体系的な理解につながる知見を得た。この成果報告として、国内外の学会で発表を行った。さらに、学術雑誌Journal of Solid State Chemistryに論文を投稿し、非常によいコメントをいただき、現在そのリバイス段階にある。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2012-08-31 - 2014-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】15340190 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水素結合 / 地球内部 / ラマン分光 / ダイヤモンドアンビルセル / 赤外分光 / その場観察 / 中性子回折 / 含水鉱物 / ダイヤモンドアンビル

【研究成果の概要】

本研究では地球深部条件に匹敵する圧力下での室内での実験と、地球深部からもたらされた天然試料の丹念な観察を並行することによって、地球深部で起こる現象を化学的な目で理解することを目指した。新たに本研究経費により、高温高圧条件を発生することができるダイヤモンドアンビルセルを導入した。加熱は外熱方式であるため、十分な高温を達成することはできないが、私たちのグループにおいては大きな技術的な進歩である。また、市販の顕微赤外分光計を改造し、同軸でレーザーを導入し、赤外スペクトルと蛍光/ラマンスペクトルの同時測定を可能とした。さらに高空間分解能の赤外マッピング分析も行えるように装置の整備を行った。これらの測定技術の向上にともなうサイエンティフィックなアウトプットは少しのライムラグを経て世に出ることになるであろう。
本研究費の補助を得て、我々のグループから多くの研究成果を世に送り出すことができたことを喜ばしく思う。含水鉱物の高圧下での結晶構造変化とそれにともなう水素結合の強度変化、天然ダイヤモンドやマントル捕獲岩に含まれる包有物の残留測定、鉱物中の微量元素の存在状態など、いずれも我々が得意とする分光法をキーワードとした研究成果である。また、光の回折限界を超えた超高空間分解能分光法の開発も行い、実用レベルに達し、いくつかの研究成果も得られるようになった。
さらに次世代につながる事業として、東海村に建設中の大型パルス中性子線源への高圧装置の提案も本研究グループのメンバーを含む多くの研究仲間と共に進めることができた。これも本研究の副産物といえる。今後は論文としての研究成果だけでなく、我々が進めてきた研究を自立して行うことのできる後継者の養成にも積極的に取り組んでいきたいと考えている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】16,600千円 (直接経費: 16,600千円)