巨大惑星内部における液体水素の分子解離・金属化プロセスの解明

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本研究では、液体の構造の圧力変化、とくに分子性液体の分子解離現象を高温高圧下X線回折法により観察することを目的として、外熱式ダイヤモンドアンビル装置の開発を行った。昨年度は、主に高温発生のための小型ヒーターの設計・製作、加熱試験を行った。本年度は、高圧発生のための装置開発を行った。外熱式ダイヤモンドアンビル装置は、1300K程度の高温で超高圧を発生させるため、その部品は高温で高強度でなければならない。室温での実験では、荷重を支えるための部品の材料としてタングステンカーバイド(超硬合金)を使用するのが一般的であるが、この材料は高温で化学的に不安的であり超高圧の発生に耐えることは困難であると考えられる。そこで、我々はタングステンカーバイドに代わる新素材として、ホウ化モリブデン系のサーメット材について試験を行った。この素材は、室温ではタングステンカーバイドの約半分の強度であるが、1000K以上の高温までその強度が低下しない。また、熱伝導率がタングステンカーバイドの約1/4であり、加熱ヒーターからの熱を装置外部に逃がさないこと、耐熱衝撃性に優れるため、装置内部に温度勾配があっても破壊が起りにくいこと等の利点がある。試験の成績は非常に優秀で、0.1MPa・1100K、17GPa・900K程度の条件まで正常に機能することが確認された。今後、より高い温度圧力条件の発生試験を行う予定である。50GPa・1300K程度の発生を可能にした後、本研究の目的である分子性液体の構造の圧力変化を明らかにしたい。