超臨界金属流体の短・中・長距離構造の解明

阐明超临界金属流体的短程、中程和长程结构

基本信息

批准号：
10304032
负责人：
田村剛三郎
金额：
$ 22.53万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

西播磨の大型放射光施設SPring-8のビームラインBL04B1において、偏向磁石によって得た最大工ネルギー170KeVの白色X線を利用して、流体水銀のエネルギー分散X線回折測定を行った。密度範囲は、液体の密度13.6g/cm^3から高密度気体の密度1.9g/cm^3までの広い範囲にわたる。得られた二体分布関数を解析することにより、水銀が体積膨張するときミクロにみてどのように膨張するかという基本的な問いに対する明確な答えが得られた。すなわち、水銀は結晶が熱膨張するのとは全く異なり、決して一様に膨張するのではない。ランダムな配列をしている原子集団の中から原子を一個また一個と抜き去るようにして、局所的に不均質な原子配列を生み出しつつ、あたかも密な構造から疎な構造へと構造転移を引き起こしながら膨張するという事実が明らかになった。流体水銀の臨界点近傍にみられる金属-非金属転移は、このように密な構造から疎な構造への構造転移によって引き起こされたものであると理解される。また、(1)金属領域、(2)金属-非金属転移領域領域、および(3)高密度気体領域の3つの領域では、ミクロ構造の変化の仕方が著しく違うことが明らかになった(K.Tamura et al,J.Phys:Condens.Matter 10(1998)11405-11417,K.Tamura et al,Jpn.J.Appl.Phys.(1999)in press.)。また、流体セレンについても超臨界領域にわたる広い温度圧力範囲でX線回折測定を行うことができた。さらに、X線小角散乱測定用高圧容器および圧縮機を新たに設計・製作し、これらをSPring-8の新設ビームラインBL04B2に設置した。このことにより、次年度以降、1700℃、2000気圧までの温度圧カ範囲で超臨界金属流体のX線小角散乱測定を行うことが可能となり、密度ゆらぎについての情報を得ることができる。

流体汞的能量色散X射线衍射测量是在西播磨市大型同步加速器辐射设施SPring-8的光束线BL04B1处进行的，使用由偏振磁体获得的最大能量为170 KeV的白色X射线。密度范围很广，从液体的 13.6g/cm^3 到稠密气体的 1.9g/cm^3。通过分析得到的二体分布函数，我们从微观角度对汞在体积膨胀时如何膨胀这一基本问题得到了明确的答案。换句话说，与晶体的热膨胀不同，汞永远不会均匀膨胀。通过从一组随机排列的原子中逐个去除原子，产生局部不均匀的原子排列，并导致结构转变，仿佛从致密结构向稀疏结构膨胀的事实已经变得清晰。在流体汞的临界点附近观察到的金属-非金属转变被认为是由这种从致密结构到稀疏结构的结构转变引起的。研究还表明，微观结构变化的方式在三个区域显着不同：（1）金属区域，（2）金属-非金属过渡区域和（3）高密度气体区域（K.Tamura等人，J. Phys：Condens.Matter 10 (1998) 11405-11417，K. Tamura 等人，J. Appl. (1999)。我们还能够在超临界区域的宽温度和压力范围内对流体硒进行 X 射线衍射测量。此外，我们还设计并制造了用于小角X射线散射测量的新型高压容器和压缩机，并将其安装在SPring-8新建的光束线BL04B2上。因此，从明年起，将可以在高达1700℃和2000 atm的温度和压力范围内对超临界金属流体进行小角X射线散射测量，从而获得密度波动的信息。