J-PARC/MLFの超高圧中性子回折計を用いた石英ガラス及び水の測定

Measurements of silica glass and water using a high-prssure diffractometer in J-PARC/MLF

片山 芳則; 服部 高典   ; Yagafarov, O.*; 齋藤 寛之; 佐野 亜沙美   ; 鈴谷 賢太郎; 千葉 文野*

Katayama, Yoshinori; Hattori, Takanori; Yagafarov, O.*; Saito, Hiroyuki; Sano, Asami; Suzuya, Kentaro; Chiba, Ayano*

J-PARC/MLFに建設された超高圧回折計PLANETのターゲットの一つに非晶質や液体の高圧での構造変化の研究がある。PLANETを用いた初めての測定として、典型的なガラスである石英ガラスの測定を行った。強度補正用にセルに入れたバナジウム及び空セルの測定も行った。加圧には6軸プレスを用い、アンビルは10mm及び7mm角、圧媒体はジルコニアを用いた。石英試料は直径4.6mm、高さ6.7mmの円柱状のものを用い、入射ビームは横2.5mm、高さ4.5mmと試料サイズよりも小さく絞った。測定圧力は約2.3, 5.5, 7.5, 9.9GPaである。ラジアルコリメーターの利用により、ジルコニアの回折線の混入がないきれいなガラスのパターンが測定された。次に重水の測定を試みた。重水は内径4.8mm、試料高さ2.5mmのTiZr製のカプセルに封入した。約0.8GPaで室温、100C及び200Cの測定を行ったところ、顕著な温度変化が観測された。今後の解析によって、常温での水素結合による氷に似た秩序が温度上昇によって変化する様子が明らかになると期待される。

As the first high-pressure experiments on structurally disordered materials using a new high-pressure neutron diffractometer, PLANET, installed in J-PARC/MLF, measurements of silica glass were caried out. We compressed a sample in a ZrO cube using a six-axis press and measured diffraction at pressures of 0.1 MPa, 2.3, 5.5, 7.5 and 9.9 GPa at room temperature. The size of the sample was 4.6 mm in diameter and 6.7 mm in height. The size of the incident beam was 2.5 mm in width and 4.5 mm in height. The pressure was estimated from the applied load. Vanadium sample and empty cell were also measured for the correction of the diffraction intensity. Clean diffraction patterns without diffraction lines from surrounding materials were obtained thanks to the radial collimator system. Measurements on heavy water at room temperature, 100C and 200C at 0.8 GPa were also carried out. Significant temperature dependence of diffraction pattern was observed.