超臨界金属流体の短・中・長距離構造の解明

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西播磨の大型放射光施設SPring-8のビームラインBL04B1において、偏向磁石によって得た最大工ネルギー170KeVの白色X線を利用して、流体水銀のエネルギー分散X線回折測定を行った。密度範囲は、液体の密度13.6g/cm^3から高密度気体の密度1.9g/cm^3までの広い範囲にわたる。得られた二体分布関数を解析することにより、水銀が体積膨張するときミクロにみてどのように膨張するかという基本的な問いに対する明確な答えが得られた。すなわち、水銀は結晶が熱膨張するのとは全く異なり、決して一様に膨張するのではない。ランダムな配列をしている原子集団の中から原子を一個また一個と抜き去るようにして、局所的に不均質な原子配列を生み出しつつ、あたかも密な構造から疎な構造へと構造転移を引き起こしながら膨張するという事実が明らかになった。流体水銀の臨界点近傍にみられる金属-非金属転移は、このように密な構造から疎な構造への構造転移によって引き起こされたものであると理解される。また、(1)金属領域、(2)金属-非金属転移領域領域、および(3)高密度気体領域の3つの領域では、ミクロ構造の変化の仕方が著しく違うことが明らかになった(K.Tamura et al,J.Phys:Condens.Matter 10(1998)11405-11417,K.Tamura et al,Jpn.J.Appl.Phys.(1999)in press.)。また、流体セレンについても超臨界領域にわたる広い温度圧力範囲でX線回折測定を行うことができた。さらに、X線小角散乱測定用高圧容器および圧縮機を新たに設計・製作し、これらをSPring-8の新設ビームラインBL04B2に設置した。このことにより、次年度以降、1700℃、2000気圧までの温度圧カ範囲で超臨界金属流体のX線小角散乱測定を行うことが可能となり、密度ゆらぎについての情報を得ることができる。