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, 100
C and 200
C at 0.8 GPa using newly-built high-pressure diffractometer, PLANET, at J-PARC/MLF. Significant temperature dependence of diffraction pattern was observed.