Light Elements in the Earth's core: Constraints on the amount of hydrogen in iron alloys by high-pressure and high-temperature neutron diffraction

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水素は高圧環境下で多く鉄に溶け込むこと・親鉄性が高いことなどからも、地球核の主要な軽元素として有力な候補である。鉄は水素化することで様々な物性が変化する。鉄の水素化反応は高温高圧条件下での中性子回折によって明らかにされてきた。しかし、それらは単純な鉄ー水素二成分系での実験に限られており、実際の地球核に含まれると予想されている他の成分の影響は未解明である。そこで、古くから軽元素の候補として有力なケイ素を含んだ三元系での高温高圧下中性子回折実験をおこなった。ここでは、地球核で純鉄の有力な安定構造であるhcp構造に着目した。本研究で用いた鉄合金はケイ素を5%含んだもので常圧環境下で純鉄同様bcc構造を持つ。そこで、大容量高圧発生装置をもちいて、室温で~15-17 GPaまで圧しこんでbcc構造からhcp構造に相転移させた。のちに昇温することで予め入れておいた水素供給源を分解させて鉄合金を水素化させた。また、放射光施設を用いたX線回折実験を相補的におこなった。こちらは、水素を含まない系・水素を含んだ系で幅広い圧力で実験をおこなった。これらの結果を相補的に考察することで、ケイ素を含んだ鉄合金の水素化挙動の理解の促進を目指した。これらの実験の結果から少量のSiが鉄の水素化、特に水素化による体積膨張の効果に大きな影響を与える可能性が示唆された。以上の予察的結果を複数の国内学会のほかSPring-8シンポジウムにおける研究紹介並びに現状報告、オンラインではあったものの2国間のセミナーでの発表など盛んに発表をおこなうことができた。また、和文誌に第二著者として総説原稿を執筆したほか、筆頭著者として解説記事の寄稿をおこない、現在査読中である。