Isotope fractionation due to sedimentation of atoms in centrifuged indium-lead alloy

超重力場処理したインジウム-鉛合金中の原子の沈降による同位体分別

小野 正雄  ; 井口 裕介*; 岡安 悟  ; 江坂 文孝  ; 小林 桂*; Hao, T.; Bagum, R.*; 大澤 崇人  ; 藤井 貴美夫; 中村 栄三*; 真下 茂

Ono, Masao; Iguchi, Yusuke*; Okayasu, Satoru; Esaka, Fumitaka; Kobayashi, Katsura*; Hao, T.; Bagum, R.*; Osawa, Takahito; Fujii, Kimio; Nakamura, Eizo*; Mashimo, Tsutomu

原子スケールで連続的に組成が傾斜した傾斜構造を持つ超重力場実験後のIn-Pb合金(出発状態:In:Pb=80:20at%,実験条件:81万G,100時間,150C(固体状態))について同位体存在比の変動を調べた。分析には二次イオン質量分析器(SIMS)を用いた。構成元素であるPbの場合、質量数の差が2となるPbとPbに着目すると、同位体存在比Pb/Pbが重力方向に連続的に1.5%減少し、質量数の差が1となるPbとPbに着目すると、同位体存在比Pb/Pbが同じく重力方向に連続的に0.8%減少していることがわかった。また、Pb/PbとPb/Pbの3同位体プロットから、質量差のみに依存した同位体比の変動が起こり、重いPbが重力方向に増加し、軽いPbが重力と反対方向に増加したことがわかった。この結果から、超重力場は合金中の相互拡散に影響を及ぼすだけでなく、自己拡散にも影響を及ぼすことを、質量差に依存した同位体分別効果という形で確認することができた。

The atomic-scale graded structure of In-Pb alloy was formed by an ultracentrifuge experiment under conditions that a gravitational field of 0.8110 G for 100 hours at 150 C in solid state in our previous study. The isotope ratio measurements were performed on the centrifuged sample with secondary ion mass spectrometer (SIMS). Pb/Pb and Pb/Pb isotope ratio changed with negative gradient in the direction of centrifugal force approximately 1.5% and 0.8%, respectively. And three-isotope diagram of Pb/Pb versus Pb/Pb proved that the isotope fluctuation depends on isotopic mass difference. These results showed that the strong gravitational field not only affected on the inter-diffusion but also on self-diffusion in this alloy as causing isotope fractionation effect, and the isotope fractionation was dependent on mass-difference.