X線および中性子回折による高温高圧水の構造研究,2

X-ray and neutron structural study on water under high pressure and high temperature, 2

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*; 大友 季哉*

Katayama, Yoshinori; Hattori, Takanori; Yagafarov, O.*; Saito, Hiroyuki; Sano, Asami; Suzuya, Kentaro; 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の高温高圧その場観察放射光X線回折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の超高圧中性子回折装置PLANETを用いて、重水の測定を圧力約2GPa、温度100度, 200度で行った。回折パターンの第一ピークは前回の0.8GPaでの測定と同様に、温度上昇によって幅が広くなる顕著な変化を示した。

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 by in-situ synchrtorn X-ray diffraction experiments 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 neturon diffraction measurements on heavy water at 100C and 200C at 2 GPa using high-pressure diffractometer, PLANET, at J-PARC/MLF. Significant temperature dependence of width of first peak in diffraction pattern, which is similar to that observed in the previous neutron diffraction experiments at 0.8 GPa.