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In situ neutron diffraction measurement on deuterization process of iron at high pressure and high temperature

高温高圧力下における鉄の重水素化過程の中性子回折その場観察

町田 晃彦; 齋藤 寛之; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 遠藤 成輝*; 綿貫 徹; 片山 芳則; 飯塚 理子*; 佐藤 豊人*; 松尾 元彰*; 折茂 慎一*; 青木 勝敏

Machida, Akihiko; Saito, Hiroyuki; Hattori, Takanori; Sano, Asami; Endo, Naruki*; Watanuki, Tetsu; Katayama, Yoshinori; Iizuka, Riko*; Sato, Toyoto*; Matsuo, Motoaki*; Orimo, Shinichi*; Aoki, Katsutoshi

鉄水素化物は数GPaの高水素圧力下でのみ熱力学的に安定な物質であり、bcc-FeH$$_x$$($$x<0.05$$), dhcp-FeH$$_x$$($$xsim1$$), fcc-FeH$$_x$$($$x=0-1$$)の3つの状態が300-2000K, 0-20GPaで存在することが知られている。これまで、中性子その場観察による鉄重水素化物の研究は行われていないが、J-PARCの物質・生命科学実験施設に建設された超高圧中性子回折装置PLANETを利用して、高温高圧力下での鉄の重水素化反応過程における中性子回折その場観察が実現した。中性子回折用に開発した高圧セルを用いて、7GPa, 1000Kまでの高温高圧力下における中性子回折パターンの測定に成功し、約800Kにおける鉄のbcc-fcc相転移と続いて起こるfcc-Feの重水素化の観測に成功した。

Iron hydride FeH$$_x$$, is thermodynamically stable only at high hydrogen pressure of several GPa. Three hydride phases, bcc-FeH$$_x$$ ($$x < 0.05$$), dhcp-FeH$$_x$$ ($$x sim 1$$), and fcc-FeH$$_x$$ ($$x = 0 - 1$$) were confirmed at 300-2000 K and 0-20 GPa. In situ neutron diffraction measurement on their deutrides have not been reported yet. A high pressure neutron diffractometor, PLANET, constructed at Materials and Life Science Experimental Facility at J-PARC, enables us to perform in situ neutoron diffraction measurements on deuterization process of metals at high pressure and high temperature. With PLANET, the deuteration process of iron was investigated at a pressure of about 7 GPa and temperatures up to about 1000 K. This in situ measurement was successfully made using a deuterization reaction cell developed for neutron diffraction measurement. We observed the bcc-fcc transition of pure iron around 800 K and successive deuterization of fcc-Fe around 870 K.

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