Hydrogen occupation and hydrogen-induced volume expansion in FeNiD at high conditions

高温高圧下におけるFeNiDの水素占有サイトと水素誘起体積膨張

市東 力*; 鍵 裕之*; 柿澤 翔*; 青木 勝敏*; 小松 一生*; 飯塚 理子*; 阿部 淳*; 齋藤 寛之*; 佐野 亜沙美   ; 服部 高典   

Shito, Chikara*; Kagi, Hiroyuki*; Kakizawa, Sho*; Aoki, Katsutoshi*; Komatsu, Kazuki*; Iizuka, Riko*; Abe, Jun*; Saito, Hiroyuki*; Sano, Asami; Hattori, Takanori

FeNiH(D)の12GPa, 1000Kまでの高温高圧下における相関係と結晶構造をその場X線及び中性子回折測定により明らかにした。今回実験した温度圧力下において、FeNiH(D)ではFeH(D)とは異なり、重水素原子は面心立方構造(fcc)中の四面体サイトを占有しないことが明らかになった。単位重水素あたりの水素誘起膨張体積は、fcc相で2.45(4) 、hcp相で3.31(6) であり、FeDにおけるそれぞれの値より著しく大きいことが明らかになった。また、は温度の上昇に伴いわずかに増加した。この結果は、鉄に10%ニッケルを添加するだけで、金属中の水素の挙動が劇的に変化することを示唆している。が圧力に関係なく一定であると仮定すると、地球内核の最大水素含有量は海洋の水素量の1-2倍であると推定される。

The phase relation and crystal structure of FeNiH (D) at high pressures and temperatures up to 12 GPa and 1000 K were clarified by in-situ X-ray and neutron diffraction measurements. Under conditions of the present study, no deuterium atoms occupied tetragonal () sites of face-centered cubic (fcc) FeNiD unlike fcc FeH(D). The deuterium-induced volume expansion per deuterium was determined as 2.45(4) and 3.31(6) for fcc and hcp phases, respectively, which were significantly larger than the corresponding values for FeD. The value slightly increased with increasing temperature. This study suggests that only 10% of nickel in iron drastically changes the behaviors of hydrogen in metal. Assuming that is constant regardless of pressure, the maximum hydrogen content in the Earth's inner core is estimated to be one to two times the amount of hydrogen in the oceans.