X線および中性子回折による高温高圧水の構造研究

X-ray and neutron structural study on water under high pressure and high temperature

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

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

常温常圧の水は、分子間の水素結合によって氷に似た特異な構造を持つ。我々は、水の構造が温度や圧力によってどう変化するか調べるため、SPring-8の放射光を用いた高温高圧その場観察実験と分子動力学シミュレーションを行ってきた。その結果、高温高圧下では、特異な構造が消失し、単純な分子性液体の構造へと近づいていくことが明らかになった。水素結合の変化を調べるためには、水素の観測ができる中性子実験は大きな意義を持つ。J-PARC/MLFに建設された超高圧中性子回折装置PLANETを用いて、重水の測定を圧力0.8GPaで、温度を室温, 100度, 200度と変化させて行った。圧媒体などからの回折線の混入がないきれいな回折パターンの測定に成功した。回折パターンは顕著な温度変化を示した。

Liquid water at ambient conditions has an ice-like, characteristic structure due to the hydrogen bonds between molecules. To study pressure and temperature dependence of the structure of water, we have carried out in-situ high-temperature high-pressure measurements on liquid water using synchrotron radiation at the SPring-8 and molecular dynamics simulations. The results revealed transformation from the ice-like structure to a simple-liquid-like structure. To investigate change in hydrogen bonds, neutron is an important probe. We carried out neutron diffraction measurements on heavy water at room temperature, 100C and 200C at 0.8 GPa using newly-built high-pressure diffractometer, PLANET, at J-PARC/MLF. Significant temperature dependence of diffraction pattern was observed.