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関西光科学研究所 | プレス発表:鉄に溶けた水素はどこにいる? ―鉄中の水素を中性子で観測することに成功―

掲載日:2014年9月26日更新
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関西光科学研究所 >> プレス発表 >> 鉄に溶けた水素はどこにいる? ―鉄中の水素を中性子で観測することに成功―

 

プレス発表

平成26年9月26日
独立行政法人日本原子力研究開発機構
国立大学法人東北大学
J-PARCセンター

発表のポイント

  • 高温高圧力下において鉄に水素が溶ける過程と鉄中に高濃度に水素が溶けた状態を、中性子を用いてそのままの状態で観察することに成功
  • 鉄中の水素の存在位置が定説とは異なることを発見
  • 実験的に鉄中の水素の位置や量を決定できたことにより、鉄-水素系に新しい理解をもたらし、鉄鋼材料の劣化や地球内部の状態など鉄と水素が関わる研究の進展が期待

 

独立行政法人日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究センター、J-PARCセンター及び国立大学法人東北大学金属材料研究所は、同大学原子分子材料科学高等研究機構、学校法人中央大学理工学部及び国立大学法人愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センターとの共同研究により、高温高圧力下において鉄中に高濃度に溶けた水素の位置や量を観測することに世界で初めて成功しました。
水素は鉄などの金属中へある温度、圧力条件で溶け込みます。溶けた水素は例えば材料強度を弱めるといった機械的な特性変化(水素脆性)を引き起こしますが、その現象の理解には、水素がどこにどのくらい存在するのか、という情報が重要になります。鉄中に水素は数万気圧という高圧力下でしか高濃度に溶け込むことができません。材料中の水素を観測する方法は限られ、また高温高圧力下での測定は技術的に困難でしたので、これまで実験的に観測できませんでした。今回、水素を観測することができるJ-PARC※1の大強度中性子線※2を利用して、高温高圧力下の鉄中に高濃度に溶けた水素の位置や量を、実験的に決定することに成功しました。
これまで、面心立方構造※3の鉄中においては、鉄原子が作る八面体サイト(隙間)の内部のみに水素が存在すると考えられていましたが、高温高圧力下における中性子回折実験※4により八面体サイトに加えて鉄原子の作る四面体サイトの内部にも水素が存在することを世界で初めて明らかにしました。
本研究の成果によって、鉄中に溶けた水素に関係する特性の変化に対する理解がより一層進むと期待されます。また各種鉄鋼材料の高品質化・高強度化に向けた研究開発や、地球内部のコア(核)に存在する鉄の研究などの進展にも役立つと期待されています。

本研究成果は2014年9月26日に英国科学雑誌『Nature Communications』にオンライン掲載される予定です。

本研究はJSPS科研費24241032、25220911の助成を受けたものです。

詳細は下記をご参照ください。(国立研究開発法人日本原子力研究開発機構のサイトへリンク)

 

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