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整理番号 3641   (公開日 2006年12月13日) (カテゴリ バイオテクノロジー医学・薬学農林水産・食品環境・エネルギー素材機械
中性子散乱による固体および液体中の水素原子のダイナミクス
●内容 水素原子は中性子の非干渉性散乱断面積が他の原子に比べて圧倒的に大きいため[σ(H)=82,σ(D)=7.6,σ(C)=5.6,σ(O)=4.2,…]、固体や液体中の水素原子または水素を含む分子を優先的に観測することができる。例えば、金属中の水素原子運動、メタンハイドレート中のメタン分子の運動(この場合はD2Oを用いる)、多孔体中の水分子の運動などで、これまで多くの成果があがっている。中性子にはその他にも、透過力が高い、光のような選択則が無いなどの多くの特長がある。中性子の発生には原子炉や加速器などの大がかりな設備を必要とするため、またその割に中性子強度が放射光などと比べて小さいため、かつては一部の物理学者が独占して中性子を使用してきた。しかし、その状況はこの20年ほどの間に一変し、現在では化学者、生物学者、材料科学者が比較的簡単な手続きで実験できるようになっている。この傾向は現在建設中のJ-PARC施設が完成すればますます加速するだろう。このグループは、中性子散乱でしか情報が得られない材料研究、特に水素原子に関わる研究に対して共同研究を行う用意がある。ただし、現時点ではまだマシンタイムに大きな制約があること、成果を公開する必要があることを留意して頂きたい。
●研究者
教授 山室 修
物性研究所 附属中性子科学研究施設
●画像


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図1 水およびTHF-d8水溶液の準弾性散乱スペクトル
疎水性水和効果(篭状構造の形成)による水分子の拡散運動のスローイングダウン(ピークの先鋭化)が見られる。
(C) 山室 修

図2 高分解能パルス冷中性子分光器AGNES
東京大学物性研究所が日本原子力研究開発機構JRR-3に設置した装置。水素原子(を含む分子)の振動やピコ秒オーダーの拡散運動を観測するのに適している。
(C) 山室 修
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上記内容は、各研究者へのインタビューをもとに東京大学 産学協創推進本部で骨子をまとめたものです。
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