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論文

Hydrogenation of $$L$$1$$_{2}$$-type AlNi$$_{3}$$ alloy at high pressure and temperature

遠藤 成輝*; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 片山 芳則

Journal of Alloys and Compounds, 645(Suppl.1), p.S61 - S63, 2015/10

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

We investigated the hydrogenation of the $$L$$1$$_{2}$$-type AlNi$$_{3}$$ alloy at 3 GPa and 500$$^{circ}$$C using in situ synchrotron radiation X-ray diffraction measurements. An isotropic lattice expansion was observed to have occurred owing to the hydrogenation, and a novel hydride (AlNi$$_{3}$$H$$_{x}$$) was formed. Because of such isotropic lattice expansion, the hydrogen-occupied sites were the body-center sites of the $$L$$1$$_{2}$$ structure (P$$m$$-3$$m$$). In this case, the hydrogen content was calculated to be $$x$$ = 1.0, which is consistent with the experimental results. The AlNi$$_{3}$$H$$_{x}$$ hydride was stable under ambient conditions.

論文

Design and performance of high-pressure PLANET beamline at pulsed neutron source at J-PARC

服部 高典; 佐野 亜沙美; 有馬 寛*; 小松 一生*; 山田 明寛*; 稲村 泰弘; 中谷 健; 瀬戸 雄介*; 永井 隆哉*; 内海 渉; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 780, p.55 - 67, 2015/04

 被引用回数:21 パーセンタイル:2.42(Instruments & Instrumentation)

PLANETは高温高圧実験に特化された飛行時間型の中性子ビームラインである。パルス中性子回折実験用に設計された大型の6軸型マルチアンビルプレスを用いることで定常的には高温高圧下約10GPa、2000Kでのデータ測定が可能性である。きれいなデータを取得するために、ビームラインには入射スリットと受光スリットが装備してあり、高圧アセンブリからの寄生散乱が除去可能である。$$Delta$$$$d$$/$$d$$=0.6%の高い分解能、0.2-8.4${AA}$の広いデータ取得可能$$d$$レンジおよび高い寄生散乱除去性能により、高温高圧下での結晶および液体の高精度な構造決定が可能となっている。

論文

Correlation of rates of tritium migration through porous concrete

深田 智*; 片山 一成*; 竹石 敏治*; 枝尾 祐希; 河村 繕範; 林 巧; 山西 敏彦

Fusion Science and Technology, 67(2), p.99 - 102, 2015/03

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

What affects tritium migration through porous concrete walls coated with a hydrophobic paint is reviewed from the viewpoint of tritium safety. Being taken into consideration of multi-structural concrete composed of aggregates, sand, water and cement which contents are CaO, SiO$$_{2}$$, Al$$_{2}$$O$$_{3}$$, Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$, MgO, CaSO$$_{4}$$ and so on, tritium path is discussed in terms of the HTO diffusivity and adsorption coeffcient on porous walls. Measures to predict rates of tritium leak from laboratory walls to the environment and residual tritium amounts in concrete are estimated based on previous data. Three cases of accidental or chronic tritium release to laboratory air are discussed using the diffusion-adsorption model.

論文

時分割X線回折によるLaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$の水素吸蔵過程における過渡的構造変化の観測

町田 晃彦; 樋口 健介*; 片山 芳則; 榊 浩司*; Kim, H.*; 中村 優美子*

日本金属学会誌, 79(3), p.124 - 130, 2015/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:65.39(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

LaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$の水素吸蔵過程における構造変化を放射光を利用した時分割X線回折により調べた。室温での測定で、水素ガス圧力の非平衡状態においてLaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$の固溶体相と水素化物相の間に過渡的な中間相が存在することを明らかにした。LaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$はこれらの三相共存の状態を経由して水素化物へと転移する。中間相の水素濃度を格子体積から見積もったところ、導入水素圧力に依存しないことがわかった。格子定数の変化から、中間相における水素占有サイトはLa$$_{2}$$Ni$$_{2}$$(Ni,Sn)$$_{2}$$八面体とLa$$_{2}$$(Ni,Sn)$$_{2}$$四面体であることが推測される。

論文

Nanoscale diffusion tracing by radioactive $$^{8}$$Li tracer

石山 博恒*; Jeong, S.-C.*; 渡辺 裕*; 平山 賀一*; 今井 伸明*; 宮武 宇也*; 小柳津 充広*; 片山 一郎*; 長 明彦; 乙川 義憲; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 53(11), p.110303_1 - 110303_4, 2014/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:78.29(Physics, Applied)

We have developed a nanoscale diffusion measurement method using an $$alpha$$-emitting radioactive $$^{8}$$Li tracer. In this method, while implanting a pulsed 8 keV $$^{8}$$Li beam, the $$alpha$$ particles emitted at a small angle (10$$^{circ}$$) relative to the sample surface were detected as a function of time. The method has been successfully applied to measuring lithium diffusion coefficients for an amorphous Li$$_{4}$$SiO$$_{4}$$-Li$$_{3}$$VO$$_{4}$$ (LVSO) thin film with a thickness of several hundred nanometers, demonstrating that the present method is sensitive to diffusion coefficients down on the order of 10$$^{-12}$$cm$$^{2}$$/s, which is more sensitive by about two orders of magnitude than that previously achieved.

論文

Site occupancy of interstitial deuterium atoms in face-centred cubic iron

町田 晃彦; 齋藤 寛之; 杉本 秀彦*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 遠藤 成輝*; 片山 芳則; 飯塚 理子*; 佐藤 豊人*; 松尾 元彰*; et al.

Nature Communications (Internet), 5, p.5063_1 - 5063_6, 2014/09

 被引用回数:19 パーセンタイル:20.02(Multidisciplinary Sciences)

鉄と水素との反応は水素脆性などな材料科学の問題や、地球内核の鉄中の水素の有無なども地球科学の問題を考える上で重要であり、広く興味が持たれている。鉄は高温高水素圧力下において水素化物を形成するが、常温常圧では不安定であるため、水素化物の形成過程や状態を観測するには高温高圧力下でその場観察を行う必要がある。本研究ではJ-PARC/MLFのBL11 PLANETを利用して高温高圧力下中性子回折実験を実施し、鉄の重水素化過程および面心立方晶構造の鉄重水素化物における重水素原子の占有位置と占有率の決定を行い、これまで考えられていた八面体サイトだけでなく四面体サイトの一部も重水素原子が占有することを世界で初めて明らかにした。さらに量子力学的計算に基づいて二つのサイトを占有するメカニズムについて考察を行った。

論文

放射光その場観察と高温高圧技術を組み合わせたTi系合金水素化物に関する研究

遠藤 成輝; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 片山 芳則

まてりあ, 53(3), p.94 - 99, 2014/03

放射光その場観察と高圧合成を併用した実験手法を紹介した。本手法を用いることで典型水素吸蔵合金の一つであるTiFe合金の新しい水素化物相(体心立方晶構造)を発見した。

論文

$$P$$-$$T$$ phase diagram and structural transformations of molten P$$_{2}$$O$$_{5}$$ under pressure

Brazhkin, V. V.*; 片山 芳則; Lyapin, A. G.*; 齋藤 寛之

Physical Review B, 89(10), p.104203_1 - 104203_4, 2014/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:58.6(Materials Science, Multidisciplinary)

P$$_{2}$$O$$_{5}$$は典型的なガラス形成酸化物である。我々は、P$$_{2}$$O$$_{5}$$の圧力-温度相図と圧力下での液体P$$_{2}$$O$$_{5}$$の構造変化のX線回折その場観察測定を10GPaまで行った。その結果、圧力下での液体P$$_{2}$$O$$_{5}$$の構造変化は独特な3段階で起こることが明らかになった。すなわち、まず、4GPaまでは、ゆっくりとした平均配位数$$<$$N$$_{1}>$$の増加を伴った中距離秩序の消失が起きる。その後、8-9GPaまでは、構造は変化せず、通常の圧縮が起きる。最後に、9-10GPaで、$$<$$N$$_{1}>$$の急激な増加を伴う急激な短距離秩序の変化が起きる。

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:75 パーセンタイル:2.09(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

Mechanical properties of full austenitic welding joint at cryogenic temperature for the ITER toroidal field coil structure

井口 将秀; 齊藤 徹; 河野 勝己; 千田 豊; 中嶋 秀夫; 小川 剛史*; 片山 義紀*; 小方 大成*; 峯村 敏幸*; 渡海 大輔*; et al.

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2520 - 2524, 2013/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:46.51(Nuclear Science & Technology)

ITER TF構造物は高さ約17m,幅約9mのD型形状の大型溶接鋼構造物であり、その最大溶接深さは260mmとなる。TF構造物溶接時には、極低温における溶接継手強度を確保するために、溶接材料として、核融合炉設備規格 超伝導マグネット構造規格で規定されているFMYJJ1を、また、構造材料として4種類の窒素添加強化型ステンレス鋼を使用する計画である。原子力機構では、溶接深さと構造材料の組合が極低温における溶接継手の機械特性に与える影響を調査するために、FMYJJ1を使用した片側狭開先TIG溶接により、板厚40mmの4種類の構造材料の組合せ、及び板厚200mmの2種類の構造材料を組合せた溶接継手を製作し、これらの溶接継手から引張試験片を製作した。これらの試験片を用いて実施した4Kでの引張試験の結果、低い強度の構造材料を使用すると溶接継手の強度も低下するが、構造材料の強度を下回らないことがわかった。また、200mm厚さの溶接継手における引張試験結果では、継手強度は板厚方向にほぼ一定であり、極厚材の溶接においても実機TF構造物製作に十分な継手強度を確保できることを明らかにした。

論文

Synthesis and formation process of Al$$_{2}$$CuH$$_{x}$$; A New class of interstitial aluminum-based alloy hydride

齋藤 寛之; 高木 成幸*; 遠藤 成輝; 町田 晃彦; 青木 勝敏; 折茂 慎一*; 片山 芳則

APL Materials (Internet), 1(3), p.032113_1 - 032113_7, 2013/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:48.46(Nanoscience & Nanotechnology)

Aluminum-based alloy hydride Al$$_{2}$$CuH$$_{x}$$ (x$$sim$$1) is synthesized by hydrogenating Al$$_{2}$$Cu alloy using high-temperature and high-pressure hydrogen atmosphere. Al$$_{8}$$Cu square antiprisms in Al$$_{2}$$Cu twist around the c axis of a tetragonal unit cell by hydrogenation. The twist enlarges the interstitial spaces for accommodating hydrogen atoms which align linearly parallel to the c axis in Al$$_{2}$$CuH$$_{x}$$. Thermodynamic stability of Al$$_{2}$$CuH$$_{x}$$ results from the balance of stabilization by H 1s and Al 3sp hybridization and destabilization owing to the Fermi-level lifting upon hydrogenation. The crystal and electronic structures of Al$$_{2}$$CuH$$_{x}$$ illustrate the formation of an interstitial hydride of aluminum-based alloy.

論文

高圧力下で形成される岩塩構造ランタン1水素化物; 放射光X線と中性子の利用による新しい希土類金属水素化物の発見

町田 晃彦; 本田 充紀*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 綿貫 徹; 片山 芳則; 青木 勝敏; 大下 英敏*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

波紋, 23(2), p.131 - 136, 2013/05

高圧下における放射光及び中性子利用実験により、NaCl型構造の一重水素化物LaDが形成されることを初めて観測した。これまでにランタン2水素化物LaH$$_{2}$$が約11GPaの高圧力下で高水素濃度相と低水素濃度相へ相分離することを放射光X線回折によって示した。今回実施したLaD$$_2$$の高圧下中性子回折実験から、相分離で生成した低水素濃度相がNaCl型構造LaDであることを確認した。このNaCl型構造のLaDの形成は希土類金属水素間物では初めてのことであり、水素-金属間相互作用の水素占有サイト依存性の研究の足がかりとなる。

論文

Formation of BCC TiFe hydride under high hydrogen pressure

遠藤 成輝; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 片山 芳則

International Journal of Hydrogen Energy, 38(16), p.6726 - 6729, 2013/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:74.95(Chemistry, Physical)

We investigated the hydrogenation of a binary TiFe alloy at 5 GPa and 600$$^{circ}$$C by in situ synchrotron radiation X-ray diffraction measurements. After formation of a solid solution of hydrogen in TiFe, an order-disorder phase transition in the metal lattice of TiFe occurred, which yielded a BCC TiFe hydride. The unit cell volume of the BCC hydride increased by 21.0% after the hydrogenation reaction. The volume expansition was larger than that of a $$gamma$$-hydride TiFeH$$_{1.9}$$ prepared by hydrogenation near ambient conditions.

論文

Pressure-driven liquid-liquid transformations and corresponding bizarre viscosity behavior

Brazhkin, V. V.*; 片山 芳則; 神崎 正美*; Lyapin, A. G.*

Advances in Chemical Physics, Vol.152, p.29 - 50, 2013/04

圧力による液体-液体転移の近年、元素や酸化物などの液体において、構造や性質の変化を伴う転移が高圧下で見出されている。本研究では、結晶固体でも圧力によって結合状態が変化するSeやAsS, As$$_{2}$$S$$_{3}$$, B$$_{2}$$O$$_{3}$$について、構造および粘性を調べた。構造はX線回折、粘性はラジオグラフィーによる落下球法によって測定した。それぞれの物質に対し、構造変化に伴う大きな粘性の変化が観測された。

論文

Characteristic densities of low- and high-pressure liquid SnI$$_{4}$$

渕崎 員弘*; 浜谷 望*; 片山 芳則

Journal of the Physical Society of Japan, 82(3), p.033003_1 - 033003_4, 2013/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:39.22(Physics, Multidisciplinary)

液体SnI$$_{4}$$の密度を評価するために、シンクロトロンX線による密度のその場測定が行われた。低圧および高圧液体の領域は約1.7GPaで仕切られ、それらの特徴的な密度は、それぞれ、4.6-4.7と4.9-5.0g/cm$$^{3}$$であることが明らかになった。この密度の差は、0.3-0.4g/cm$$^{3}$$と小さいものの、弱いが不連続な相転移がこれらの二つの領域の間の圧力に存在することを強く示唆するものである。

論文

高温高圧水の構造と動的性質

池田 隆司; 片山 芳則

低温科学, 71, p.125 - 129, 2013/03

環境に応じて多様な振る舞いを示す水の性質の解明は、長い研究の歴史にもかかわらず、なお物理,化学,生物の主要な研究課題となっている。本稿ではまず、第一原理分子動力学法に基づく計算機シミュレーションと放射光X線回折実験を組合せることによって見えてきた高温高圧条件下での水の振る舞いを紹介し、次に今後の展望に触れる。

論文

Energy-dispersive X-ray diffraction study of liquid gallium under high pressure at elevated temperatures

Yagafarov, O.; 片山 芳則; Brazhkin, V. V.*; Lyapin, A. G.*; 齋藤 寛之

High Pressure Research, 33(1), p.191 - 195, 2013/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:64.52(Physics, Multidisciplinary)

The structure of liquid gallium has been studied along the melting curve from 0.64 GPa to 5.6 GPa by the energy dispersive X-ray diffraction technique, followed by modeling of the experimental data by the reverse Monte-Carlo (RMC) method. Analysis of the structure factor $$S(Q)$$ and the radial distribution function $$g(r)$$ shows that anisotropic local structure of liquid Ga deviates from that of a simple hard-sphere-like liquid metal structure. Its contraction is non-uniform, and the local structure changes with increasing pressure. Analysis of the radial distribution function $$g(r)$$ by a distorted-crystalline model shows that at lower pressures liquid consists of two species similar to the solid Ga I and Ga II structures. The fraction of Ga I-like part is about $$0.2pm0.05$$ at 0.64 GPa, and it gradually decreases under pressure to zero at approximately $$7.5pm0.5$$ GPa.

論文

Phase diagram and equation of state of TiH$$_{2}$$ at high pressures and high temperatures

遠藤 成輝; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 片山 芳則; 青木 勝敏

Journal of Alloys and Compounds, 546, p.270 - 274, 2013/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:60.42(Chemistry, Physical)

In the present study, we clearly determined the phase diagram of TiH$$_{2}$$ at high pressures and high temperatures, and were the first to report the equation of state (EoS) of TiH$$_{2}$$ with an fcc phase. Compression induced strain inhibited the phase transition from the low-temperature bct phase to the high-temperature fcc phase, making the phase diagram difficult to determine. Thus, the phase boundary was appropriately determined using a sample which was treated at high temperature to remove strain. The obtained phase boundary was considerably lower than the experimental data reported by Vennila et al (2008). Additionally, we successfully obtained the high temperature Birch-Murnaghan EoS of TiH$$_{2}$$, and reported the thermoelastic parameters of fcc TiH$$_{2}$$.

論文

Formation of an Fe-H complex anion in YFe$$_{2}$$; Adjustment of imbalanced charge by additional Li as an electron donor

松尾 元彰*; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 佐藤 龍太郎*; 高木 成幸*; 三輪 和利*; 綿貫 徹; 片山 芳則; 青木 勝敏; 折茂 慎一*

RSC Advances (Internet), 3(4), p.1013 - 1016, 2013/01

 被引用回数:14 パーセンタイル:42.57(Chemistry, Multidisciplinary)

The novel complex hydride YLiFeH$$_{6}$$ with the Fe-H complex anion ([FeH$$_{6}$$]$$^{4-}$$) was synthesized by hydrogenation of YFe$$_{2}$$ together with additional Li. Li adjusts the original imbalanced charge between Y$$^{3+}$$ and [FeH$$_{6}$$]$$^{4-}$$ by donating an electron to convert into Li$$^{+}$$ during the hydrogenation, resulting in the formation of the well charge-balanced state of Y$$^{3+}$$Li$$^{+}$$[FeH$$_{6}$$]$$^{4-}$$.

論文

Structure of water from ambient to 4 GPa revealed by energy-dispersive X-ray diffraction combined with empirical potential structure refinement modeling

山口 敏男*; 藤村 恒児*; 内 和哉*; 吉田 亨次*; 片山 芳則

Journal of Molecular Liquids, 176, p.44 - 51, 2012/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:61.14(Chemistry, Physical)

実験室のX線回折計を用いた水のエネルギー分散型X線回折測定を、298K/30MPa, 473K/30MPa and 573K/30MPaの熱力学条件下で行った。対分布関数,配位数,3次元空間密度関数の温度圧力変化から水素結合の特徴を明らかにするために、これらのX線構造因子と、過去にシンクロトロンX線を用いて298K/1GPa, 473K/0.35GPa and 486K/4GPaで測定されたものに対して、経験ポテンシャル構造精密化(EPSR)によるモデル化を適用した。圧力や温度によって、どの程度、水素結合ネットワークが影響を受けるか明らかになった。

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