高温高圧下中性子実験による惑星内部の超イオン伝導状態の解明

通过高温高压下的中子实验阐明行星内部的超离子电导率

• 批准号: 20H01998
• 负责人: 佐野 亜沙美
• 金额: $ 9.82万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01998/
• 关键词: 高圧力; 中性子散乱実験; 氷; 超イオン伝導; 高圧; 中性子回折; 高温高圧; 中性子散乱; 高圧力; 中性子散乱実験; 氷; 超イオン伝導; 高圧; 中性子回折; 高温高圧; 中性子散乱

水素を直接”見る“中性子回折実験は、天体の重要な構成要素である水素の極限状態における振る舞いを直接明らかにするためのツールとして威力を発揮する。これまでは、技術的な制約からその実験圧力温度は10万気圧、1400度程度までに限られていた。しかし、氷天体内部には超イオン伝導状態など、水素が重要な役割を果たす現象があり、より高圧側に実験条件を広げる必要がある。本研究では、一対のダイアモンドアンビルをパリーエジンバラセルの中に配して荷重を印加する、高圧中性子実験用の2段式加圧セルを開発するものである。このセルは、もともと放射光実験用に開発されたものであるが、大容量の試料容積、そして安定加熱・均質な温度勾配という観点から中性子実験にも適している。令和3年度は、令和2年度に延期となっていた放射光実験を実施し、中性子実験用にデザインを変更した種々のセルについて圧力発生試験を行った。その結果、最高で34万気圧の圧力発生を確認できた。また、開発したセルをJ-PARC MLFのビームラインに持ち込み、中性子回折実験を行った。中性子ビームの入射方向やバックグラウンド対策の検討を行うことで、微小試料から質の良いデータを取得するための道筋が得られた。

直接“看到氢”的中子衍射实验是直接揭示氢的行为的有效工具，即在极端状态下氢（天体的重要组成部分）的行为。到目前为止，由于技术局限性，实验压力温度限于约100,000 atm约1,400度。但是，在某些现象中，氢具有重要作用，例如超级离子传导状态，有必要将实验条件扩展到更高的压力侧。在这项研究中，我们将开发一个两阶段的加压细胞，用于高压中子实验，其中一对钻石砧座放在爱丁堡细胞中以施加载荷。该细胞最初是针对同步辐射实验开发的，但也适用于大型样品体积和稳定的加热和均匀温度梯度的中子实验。在2021年，进行了同步辐射实验，已推迟到2020年，并对各种细胞进行了压力产生测试，其设计已更改以进行中子实验。结果，我们能够确认压力是最多340,000 atm产生的。此外，将开发的细胞带到J-PARC MLF的光束线，并进行了中子衍射实验。通过检查中子束入射和背景对策的方向，我们获得了从小样品中获得高质量数据的途径。