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論文

Behavior of light elements in iron-silicate-water-sulfur system during early Earth's evolution

飯塚 理子*; 後藤 弘匡*; 市東 力*; 福山 鴻*; 森 悠一郎*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*; 鍵 裕之*

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.12632_1 - 12632_10, 2021/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Multidisciplinary Sciences)

FeNi合金からなる地球核は、H, C, O, Si, Sなどの軽元素を含んでいると考えられている。その中でHは、宇宙に最も存在する元素であり、最も有望な候補である。これまでの我々の中性子回折実験から、鉄-水系において、水素が他の元素より優先的に鉄に取り込まれることが分かっている。今回、初期地球の組成で水を含んだ鉄-ケイ酸塩系において、Sが及ぼす影響を調べた。その結果、一連の鉄の相転移、含水ケイ酸塩の脱水酸基およびカンラン石・輝石の形成を観察した。またFeの共存相としてFeSが現れた。Hがいる条件でもFeSの格子体積が一定であることから、FeSに水素は入らず、FeSはむしろFeの水素化を阻害することがわかった。高温高圧下から回収された試料を観察すると、FeにはHとSが入っており、HおよびSはFe(H$$_{x}$$)-FeS系の融点を下げる効果があることが分かった。一方回収試料には、C, O, Siなどの他の軽元素は含まれていないため、地球核形成時には、まずFeH$$_{x}$$およびFeSができ、その後さらに高温高圧下でFeHxやFeSが融解した後でないと、それらは核に取り込まれないことが分かった。

論文

Practical effects of pressure-transmitting media on neutron diffraction experiments using Paris-Edinburgh presses

服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 大内 啓一*; 吉良 弘*; 阿部 淳*; 舟越 賢一*

High Pressure Research, 40(3), p.325 - 338, 2020/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:32.18(Physics, Multidisciplinary)

パリエジンバラプレスを用いた中性子回折実験における圧力伝達媒体の実際的な影響を調べるために、種々の圧力媒体(Pb, AgCl,常温および高温の4:1メタノールエタノール混合液(ME), N$$_2$$, Ar)を用いてMgOの回折パターンを約20GPaまで測定した。MgO 220回折線の線幅から見積もった試料室内の静水圧性は、Pb, AgCl, Ar,室温ME混合液, N$$_2$$, 高温MEの順に良くなる。これは、これまでのダイヤモンドアンビルセルを用いた結果と異なり、高圧下で固化した後も常温MEはArより高い性能を示す(パリエジンバラプレスで用いられたアンビルの窪みの効果と思われる)。これらの結果とより高い性能が期待されるNeが強い寄生散乱をだしてしまうこととを考えると、約20GPaまでの中性子実験においては、ME混合液(できれば高温が良い)が最良の圧力媒体であり、アルコールと反応する試料には液体Arで代替するのが良いことが明らかとなった。

論文

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

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*

Physica B; Condensed Matter, 587, p.412153_1 - 412153_6, 2020/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:23.44(Physics, Condensed Matter)

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) ${AA $^{3}$/D}$原子と求められた。この値は、過去NiやNi$$_{0.8}$$ Fe$$_{0.2}$$合金で報告されている2.14-2.2 ${AA $^{3}$/D}$原子とよく一致している。

論文

Crystal and magnetic structures of double hexagonal close-packed iron deuteride

齋藤 寛之*; 町田 晃彦*; 飯塚 理子*; 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*

Scientific Reports (Internet), 10, p.9934_1 - 9934_8, 2020/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Multidisciplinary Sciences)

4-6GPaの圧力で1023-300Kに降温中の鉄重水素化物の中性子回折パターンを測定した。二重六方晶構造を持つ$$varepsilon$$'重水素化物は温度圧力に応じて他の安定または準安定相と共存し、673K, 6.1GPaではFeD$$_{0.68(1)}$$、603K, 4.8GPaではFeD$$_{0.74(1)}$$の組成を持つ固溶体を形成した。300Kに段階的に降温する際、D組成は1.0まで上昇し、一重水素化物FeD$$_{1.0}$$を生成した。4.2GPa, 300Kにおけるdhcp FeD$$_{1.0}$$において溶け込んだD原子は、中心位置から外れた状態で二重六方格子の八面体空隙のすべてを占めていた。また、二重六方晶構造は12%の積層欠陥を含んでいた。また磁気モーメントは2.11$$pm$$0.06B/Feであり、Feの積層面内で強磁性的に並んでいた。

論文

X-ray and neutron study on the structure of hydrous SiO$$_{2}$$ glass up to 10 GPa

浦川 啓*; 井上 徹*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 小原 真司*; 若林 大佑*; 佐藤 友子*; 船守 展正*; 舟越 賢一*

Minerals (Internet), 10(1), p.84_1 - 84_13, 2020/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.56(Geochemistry & Geophysics)

含水SiO$$_{2}$$ガラスの構造は、酸化物ガラスやマグマの物理化学的性質に対する水の影響を調べるために基礎的な情報である。D$$_{2}$$Oを13重量%濃度含む含水SiO$$_{2}$$ガラスを、高温高圧下で合成し、その構造を小角X線散乱、X線回折、中性子回折により、室温10GPaまでの範囲で調べた。この含水ガラスはSiO$$_{2}$$が卓越した主成分とD$$_{2}$$Oが卓越した少量の成分に相分離していることが分かった。またその中距離構造は、含水化でSi-OH水酸基ができたことによりSiO$$_{4}$$連結が壊れ、無水のガラスより縮んでいた。その一方で、高圧下での挙動に違いは見られなかった。また、多くのD$$_{2}$$O分子は、小さな領域にかたまっており、その主成分であるSiO$$_{2}$$ガラス相へは侵入していないと思われる。

論文

Hexagonal close-packed iron hydride behind the conventional phase diagram

町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 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*

Scientific Reports (Internet), 9(1), p.12290_1 - 12290_9, 2019/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:63.65(Multidisciplinary Sciences)

hcp金属Feは、地球の内核に相当する温度圧力条件を含む広い範囲の温度(T)および圧力(P)条件で安定に存在するが、hcp鉄水素化物FeHxは、従来のFe-H系の相図には存在しない。温度298-1073K、水素圧4-7GPaにおけるその場X線および中性子回折実験を行った結果、x$$<$$0.6の範囲でhcp鉄水素化物が生成されることを明らかにした。水素原子は、ホスト金属格子の八面体サイトを部分的にランダムにも占めていた。またHの侵入による体積膨張は、1水素当り2.48(5) $AA $^{3}$$であり、面心立方(fcc)鉄水素化物のものより大きかった。hcp水素化物は、fcc水素化物と異なり、その水素組成xは温度とともに増大した。本研究は、広範囲のx-T-P領域にわたるFe-H系のさらなる調査のための手引きを提供する。

論文

Development of a technique for high pressure neutron diffraction at 40 GPa with a Paris-Edinburgh press

服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 舟越 賢一*; 有馬 寛*; 岡崎 伸生*

High Pressure Research, 39(3), p.417 - 425, 2019/06

AA2019-0119.pdf:1.79MB

 被引用回数:9 パーセンタイル:77.94(Physics, Multidisciplinary)

パリエジンバラプレスを用いた40GPaでの高圧中性子回折実験の手法の開発をJ-PARCのPLANETビームラインにおいて行った。実験可能圧力限界を拡大するために、焼結ダイヤモンドアンビルの上部にある試料装填のためのくぼみの直径を4.0mmから1.0mmに順に小さくしていった。その結果、最大発生圧力は上昇し、最終的に40GPaに到達した。この技術を、回折に寄与する試料領域を制限できる光学系と組み合わせることによって、そのような高い圧力で、広いdレンジを用いた構造解析を行うのに十分な回折パターンを取得できるようになった。

論文

超高圧中性子回折装置PLANETで何ができるか?

服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 舟越 賢一*; 岡崎 伸生*

日本結晶学会誌, 59(6), p.301 - 308, 2017/12

PLANETは、高圧実験専用の中性子ビームラインである。J-PARCの強力な中性子源と飛行時間型粉末中性子回折用に設計された高圧デバイスを組み合わせることにより、0-20GPaおよび77-2000Kの広い温度圧力範囲にわたって、結晶、液体および非晶質固体の精密な構造解析が可能になる。このビームラインは、地球物理学, 惑星科学, 物理学, 化学における様々な研究に有効である。本稿では、ビームラインを概説し、PLANETで得られた最新の結果を紹介する。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Hydrostatic compression behavior and high-pressure stabilized $$beta$$-phase in $$gamma$$-based titanium aluminide intermetallics

Liss, K.-D.*; 舟越 賢一*; Dippenaar, R. J.*; 肥後 祐司*; 城 鮎美*; Reid, M.*; 鈴木 裕士; 菖蒲 敬久; 秋田 貢一

Metals, 6(7), p.165_1 - 165_22, 2016/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:72.33(Materials Science, Multidisciplinary)

Ti-Al合金は、航空機エンジン材料として、軽量・耐熱タービンへの応用が期待されているが、塑性加工性の悪さを克服する必要がある。高圧鍛造プレスにおいては、10GPaの範囲で材料加工を可能にするが、それゆえに、極限環境における候補材料の状態図を評価する必要がある。本研究では、($$alpha$$$$_{2}$$+$$gamma$$)二相合金の一つであるTi-45Al-7.5Nb-0.25Cに対し、9.6GPaまでの圧力範囲、また1686Kまでの温度範囲で放射光X線回折によるその場実験を行った。室温では、圧力に対する体積変化は、両相に観察される明らかに高い体積弾性係数から、体積ひずみというよりはむしろ、$$gamma$$$$rightarrow$$$$alpha$$$$_{2}$$相変態の影響と考えられる。結晶学的には、特に格子ひずみと原子配列について詳しく検討した。原子体積の増加にもかかわらず、この相変態を生じるのは興味深い。これは、$$gamma$$の高い規則化エネルギーによるものである。高圧下において加熱すると、共析と$$gamma$$ソルバス遷移温度が上昇し、第三相の立方晶$$beta$$相が1350K以上で安定する。過去の研究において、$$beta$$相は塑性変形において高い延性があり、従来の鍛造過程において重要なものであることが明らかにされている。本研究では、作動環境下において有害とされる$$beta$$相の存在は確認されなかったが、従来の鍛造過程における理想的な加工条件幅を明らかにした。これらの結果より、新しい加工処理方法を提案することができた。

論文

高圧中性子ビームラインPLANETの概要と中性子回折実験の実際

服部 高典; 佐野 亜沙美; 有馬 寛*; 舟越 賢一*; 阿部 淳*; 町田 真一*; 岡崎 伸生*; 大内 啓一*; 稲村 泰弘

高圧力の科学と技術, 26(2), p.89 - 98, 2016/06

PLANETはJ-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)のパルス中性子源に建設された高圧ビームラインである。飛行時間型(TOF)中性子回折実験のために設計された6軸型マルチアンビルプレスを用いて、定常的には、約10GPa, 2000Kまでの高温高圧下でのデータ測定が可能である。ビームラインには、高圧セル等からの寄生散乱が混入しないように、シャープな入射スリットとラジアルコリメータが装備されており、きれいな回折パターンが取得できるようになっている。この特徴に加え、高い分解能($$Delta d/d$$$$sim$$0.6%)で広いd範囲(0.2-8.4${AA}$)のデータを取得できるため、高温高圧下における結晶及び液体の構造を高い精度で決定することが可能となっている。

論文

Ponded melt at the boundary between the lithosphere and asthenosphere

坂巻 竜也*; 鈴木 昭夫*; 大谷 栄治*; 寺崎 英紀*; 浦川 啓*; 片山 芳則; 舟越 賢一*; Wang, Y.*; Hernlund, J. W.*; Ballmer, M. D.*

Nature Geoscience, 6(12), p.1041 - 1044, 2013/12

 被引用回数:107 パーセンタイル:97.17(Geosciences, Multidisciplinary)

地球の硬いリソスフェアとその下の柔らかいアセノスフェアの境界は地震学的な不連続で特徴づけられている。地震波の速度の減少と吸収の増加は部分的な融解によるものと考えられている。我々は玄武岩マグマの密度、粘性と構造を高温高圧その場観察X線実験で、圧力5.5GPaまで測定した。マグマの密度は、加圧に伴い急激に増加するとともに、4GPaで粘性の極小を示すことが明らかになった。液体と固体の密度の差と、マグマの粘性で決まるマグマの易動度は、アセノスフェア中の深さ120-150kmに対応する圧力でピークを持つ。アセノスフェアを上昇するマグマの易動度が減少することは、80-100kmのリソスフェアとアセノスフェアの境界に融体が溜まることを示唆する。リソスフェアとアセノスフェアの協会での地震学的な不連続はこのマグマの滞留と関係があることが結論された。

論文

Structural transformations and anomalous viscosity in the B$$_{2}$$O$$_{3}$$ melt under high pressure

Brazhkin, V. V.*; Farnan, I.*; 舟越 賢一*; 神崎 正美*; 片山 芳則; Lyapin, A. G.*; 齋藤 寛之

Physical Review Letters, 105(11), p.115701_1 - 115701_4, 2010/09

 被引用回数:46 パーセンタイル:86.68(Physics, Multidisciplinary)

液体B$$_{2}$$O$$_{3}$$は典型的な酸化物融体の一つであるが、陽イオンの配位数が3で、珍しい平面的なボロクソル・リングを持つ。これは、融点で非常に高い粘性を持つことでも知られている。われわれはX線回折及び粘性のその場測定を圧力8GPaまで行った。また、異なった圧力でのB$$_{2}$$O$$_{3}$$融体を急冷して得られたガラスのNMR測定も行った。融体のボロクソル・リングの数は圧力とともに急激に減少した。融解曲線に沿って測定したB$$_{2}$$O$$_{3}$$融体の粘性は圧力の上昇とともに5.5GPaまでで4桁も減少したが、それ以上の圧力の上昇ではほとんど変化しなかった。

論文

Structure of liquid water under high pressure up to 17 GPa

片山 芳則; 服部 高典; 齋藤 寛之; 池田 隆司; 青木 勝敏; 福井 宏之*; 舟越 賢一*

Physical Review B, 81(1), p.014109_1 - 014109_6, 2010/01

 被引用回数:61 パーセンタイル:89.83(Materials Science, Multidisciplinary)

液体の水の構造を融解曲線に沿って、17.1GPa, 850Kまで、X線回折その場回折法によって調べた。低圧では、局所構造は、配位数が増加することによって、単純液体的な構造へと変化した。4GPa付近で分子が密に詰まった構造になると、それ以上の圧縮によって、分子間距離が縮むことによって、体積が収縮した。古典的な分子同力学シミュレーションは、実験結果をよく再現したが、一致の程度は圧力に依存した。対ポテンシャルモデルの限界について議論を行った。

論文

Polyamorphism in tin tetraiodide

渕崎 員弘*; 長谷 高貴*; 山田 明寛*; 浜谷 望*; 片山 芳則; 舟越 賢一*

Journal of Chemical Physics, 130(12), p.121101_1 - 121101_4, 2009/03

 被引用回数:20 パーセンタイル:60.78(Chemistry, Physical)

常圧ではSnI$$_{4}$$四面体分子からなるヨウ化錫の放射光X線回折その場観察測定を行い、融解曲線の傾きが急激に変化する1.5GPaを境として、液体に二つの異なった構造があることを明らかにした。この発見は、元素だけでなく、一般の化合物においても、熱力学的に安定な不規則構造の多形が存在する証拠を与えるものである。既に発見されている2つの非晶質構造を含む、擬2元正則液体モデルに基づいて考えられる相図を提案する。分子動力学シミュレーションによって、隣あう2つの分子間において、頂点と底面を向かい合わせた配置が、低圧液体相から高圧液体相への転移に重要な役割を果たしていることが示唆された。

論文

Viscosity behavior spanning four orders of magnitude in As-S melts under high pressure

Brazhkin, V. V.*; 神崎 正美*; 舟越 賢一*; 片山 芳則

Physical Review Letters, 102(11), p.115901_1 - 115901_4, 2009/03

 被引用回数:18 パーセンタイル:70.47(Physics, Multidisciplinary)

As-S液体は圧縮によって重合化及び金属化を含む変化を起こす。われわれはAs-S液体の粘性を高圧下で測定した。その結果、4から5桁にも及ぶ粘性の大きな変化が明らかになった。分子性液体の状態では、As-S液体の粘性の値は穏当なものであるが、共有結合によって原子がつながった状態では非常に高く、金属状態では低い。他の融体の高圧下の粘性もこの結果から予測することが可能である。融体の粘性が加圧によって何桁も変わるという可能性は、地球科学,物質科学などに重要な意味を持つ。

論文

Nonviscous metallic liquid Se

Brazhkin, V. V.*; 舟越 賢一*; 神崎 正美*; 片山 芳則

Physical Review Letters, 99(24), p.245901_1 - 245901_4, 2007/12

 被引用回数:18 パーセンタイル:68.68(Physics, Multidisciplinary)

粘性は液体の基本的な物理的性質の一つである。液体の種類によって非常に広い範囲の値を示す。セレンは加圧によって液体の状態で半導体から金属への変化が起きることが最初に見いだされた物質の一つである。実時間ラジオグラフィーを用いた直接測定によって、高圧下での液体セレンの粘性が500分の1まで低下し、8mPa sという非常に低い値になることが示された。これは、比較的粘性の高い半導体状態と低粘性の液体状態の両方に対して、粘性測定が行われた初めての例である。セレンの粘性は、融解曲線に沿った加圧によって、半導体領域で大きく低下し、金属化によってさらに低下する。このような現象はさまざまなカルコゲナイド,ハロゲナイド,酸化物液体で期待される。

論文

Viscosity and density measurements of melts and glasses at high pressure and temperature by using the multi-anvil apparatus and synchrotron X-ray radiation

大谷 栄治*; 鈴木 昭夫*; 安藤 良太*; 浦川 啓*; 舟越 賢一*; 片山 芳則

Advances in High-Pressure Technology for Geophysical Applications, p.195 - 209, 2005/09

本論文は第3世代放射光SPring-8でのX線ラジオグラフィーと吸収法による高温高圧での珪酸塩融体とガラスの粘性及び密度測定技術についてまとめたものである。X線ラジオグラフィーその場観察による落下球法は、珪酸塩融体の粘性を高温下で6GPaを超える圧力まで測定することを可能にした。われわれは粘性測定の実験技術の詳細と、アルバイトやジオプサイド-ジェダイド系などの幾つかの珪酸塩の測定結果を紹介する。X線吸収法が、バサルトガラスや鉄ナトリウム珪酸塩ガラスの高温下で圧力5GPaまでの密度測定に適用された。これらのガラスの密度測定の結果は、この方法が高温高圧での珪酸塩融体の密度測定に有用であることを示している。

論文

放射光その場X線観察用マルチアンビルシステム「SPEED-1500」の制御・計測プログラム

金子 洋*; 舟越 賢一*; 桂 智男*; 内海 渉

高圧力の科学と技術, 15(1), p.9 - 14, 2005/01

兵庫県播磨科学公園都市内にある第3世代放射光施設SPring-8では、マルチアンビルプレスとダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧下での物質科学研究が各ビームラインで行われている。マルチアンビル装置に関しては、共用ビームラインであるBL04B1(偏向電磁石)にSPEED-1500[1,2], SPEED-MkII[3]の2台の1500トンプレスが、原研ビームラインBL22XU(アンジュレーター)とBL14B1(偏向電磁石)にそれぞれ1台ずつの180トンプレス(SMAP1, SMAP2)[4]が設置されている。本稿では、この中で最も早い時期に建設されたSPEED-1500について、その制御・解析プログラムを紹介する。

論文

Transformations in the intermediate-range structure of SiO$$_{2}$$ glass under high pressure and temperature

稲村 泰弘*; 片山 芳則; 内海 渉; 舟越 賢一*

Physical Review Letters, 93(1), p.015501_1 - 015501_4, 2004/07

 被引用回数:106 パーセンタイル:93.4(Physics, Multidisciplinary)

SiO$$_{2}$$ガラスのX線構造因子の温度依存性を19.2GPaまでの複数の圧力で測定した。First Sharp Diffraction Peakの位置は、ある特定の圧力温度領域で、温度の上昇とともに高い運動量移動へと動いた。これは中距離構造がより密なものへと熱的に緩和されたことを示す。約7GPaで、温度により誘起されるシフトは飽和し、結晶化温度が劇的に高くなった。これらの結果は、SiO$$_{2}$$ガラスに比較的安定な高圧構造が存在することを支持する。急激な変化は観測されなかった。

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