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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10304032/
• 关键词: 超臨界金属流体; 流体水銀; 流体セレン; 金属-非金属転移; エネルギー分散X線回折; 放射光; X線小角散乱; 超臨界金属流体; 流体水銀; 流体セレン; 金属-非金属転移; エネルギー分散X線回折; 放射光; X線小角散乱

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。

使用白色X射线使用具有最大工程170 KEV的白色X射线，在Spring-8的Beamline BL04B1上进行了流体汞的X射线衍射测量。密度范围从13.6 g/cm^3到1.9 g/cm^3的高密度气体密度范围。通过分析获得的两体分布函数，我们为汞在扩展时如何扩展的基本问题提供了一个明确的答案。换句话说，汞与晶体的热膨胀完全不同，并且不均匀膨胀。已经揭示了每个原子都从随机布置的原子组中去除，创建了局部异质原子排列，并扩展，同时导致从密集结构到稀疏结构的结构过渡。在流体汞的临界点附近看到的金属非金属过渡被认为是由于从致密到稀疏结构的结构过渡引起的。还发现，三个区域的微观结构变化显着不同：（1）金属区域，（2）金属非金属过渡区域，以及（3）高密度气体区域（K. Tamura等，J。Phys。此外，在超临界区域的较宽温度和压力范围内，还可以实现流体硒的X射线衍射测量。此外，新设计和制造了用于测量小角度X射线散射的高压容器和压缩机，这些散射是新设计和制造的，并且安装在Spring-8的新安装的Beamine BL04B2上。这使得可以在1700°C的温度和压力范围内对超临界金属流体进行X射线小角度散射测量，从明年开始，并获得了2000年的大气，从而可以获得有关密度波动的信息。