大型放射光施設 SPring-8

日本原子力研究所（理事長　岡 俊雄）は、1000℃、1万気圧の高温高圧下において、リンの液体中に急激な密度の増加が始まり、それまでの液体中に高密度の液滴が出現して二相に分離することを観察した。密度増加の発生とそれに伴う相分離は一次相転移¹⁾の典型的な特徴であり、液体は温度、圧力変化に対して密度が連続的に変わり、一次相転移は起こらないと考えられていた従来の概念を覆すことにもつながる成果である。これは、関西研究所放射光科学研究センター極限環境物性研究グループ片山芳則らによる成果である。
　液体リンが1000℃、1万気圧付近で一次相転移を起こしている可能性は片山らによってNature誌（2000年1月号）に発表された。X線回折測定^2）によって得られた液体リンのミクロ構造からその可能性を推論したものであり、その妥当性は認められたものの一次相転移を決定付ける実験的証拠の観察が待たれていた。原研では、大型放射光施設(SPring-8)の高温高圧実験ステーションにおいて液体リンの相転移のより詳細な研究を進めた。従来はX線回折測定を行っていたが、新たにX線透過像撮影^3）とX線吸収測定を実施した。具体的には、1000℃、1万気圧の条件下で、X線透過像のビデオ撮影によって、それまでの液体中に球状の液滴が出現して徐々に成長する過程を観察するとともに、X線吸収測定によって液滴中の密度が60％も増加していることを観察した。これらの結果から液体リン中で一次相転移が起きていることを実験的に確認できた。
　リンは液体の一次相転移が見出された最初の物質となり、固体と比べて解明が遅れている液体の構造研究、相転移研究に新たな分野を開拓するものである。また、同一組成にもかかわらず水と油のように相分離を起こす液体の存在は、物質輸送・抽出などに関連した新しい流体工学技術^4）の開発にもつながるものと期待している。
　上記の成果は、科学雑誌 Science 10月29日号に掲載された。

（論文）
"Macroscopic Separation of Dense Fluid Phase and Liquid Phase of Phosphorus"
（日本語訳：高密度液体リンの相分離）
Yoshinori Katayama, Yasuhiro Inamura, Takeshi Mizutani, Masaaki Yamakata, Wataru Utsumi, and Osamu Shimomura
Science 306 (5697), 848 - 851 (2004), published online 29 October 2004.