Neutron diffraction study on the deuterium composition of nickel deuteride at high temperatures and high pressures

高温高圧下におけるニッケル重水素化物中の重水素組成に関する中性子回折研究

齋藤 寛之*; 町田 晃彦*; 服部 高典   ; 佐野 亜沙美   ; 舟越 賢一*; 佐藤 豊人*; 折茂 慎一*; 青木 勝敏*

Saito, Hiroyuki*; Machida, Akihiko*; Hattori, Takanori; Sano, Asami; Funakoshi, Kenichi*; Sato, Toyoto*; Orimo, Shinichi*; Aoki, Katsutoshi*

重水素を含んだfcc Niを、3.36GPaで1073Kから300Kへ冷却した際の、構造中の重水素(D)の席占有率を中性子その場観察により調べた。多くの重水素はfccの金属格子の八面体サイトを占め、またわずかながら四面体サイトへの占有も見られた。八面体サイトの占有率は、1073Kから300Kへの冷却で0.4から0.85へ増大した。一方、四面体サイトの占有率は約0.02のままであった。この温度に依存しない四面体サイトの占有率は普通でなく、その理由はよくわからない。水素による膨張の体積と水素組成の直線関係から、重水素の侵入による体積膨張は、2.09(13) 原子と求められた。この値は、過去NiやNi Fe合金で報告されている2.14-2.2 原子とよく一致している。

The site occupancy of deuterium (D) atoms in face-centered-cubic nickel (fcc Ni) was measured along a cooling path from 1073 to 300 K at an initial pressure of 3.36 GPa via in situ neutron powder diffraction. Deuterium atoms predominantly occupy the octahedral (O) sites and slightly occupy the tetrahedral (T) sites of the fcc metal lattice. The O-site occupancy increases from 0.4 to 0.85 as the temperature is lowered from 1073 to 300 K. Meanwhile, the T-site occupancy remains c.a. 0.02. The temperature-independent behavior of the T-site occupancy is unusual, and its process is not yet understood. From the linear relation between the expanded lattice volume and D content, a D-induced volume expansion of 2.09(13) atom was obtained. This value is in agreement with the values of 2.14-2.2 atom previously reported for Ni and Ni Fe alloy.