地球の外核に大量の水素が存在する可能性

―世界初、液体鉄中の水素量をその場観察で直接決定―

【産学連携対象全学共通分野 Discovery Saga】

数物系科学化学工学

【Sagaキーワード】

陽子/J-PARC/加速器/高温高圧/相転移/中性子/中性子回折/超高圧/化学組成/アンモニア/その場観察/原子力/水素化

この研究の主な対象者
企業・研究者の方
公開日 2026年05月13日

概要

地球の中心にある核は、主に鉄でできていますが、その密度は純粋な鉄よりも低いことが知られています。これは、核の中に鉄より軽い元素が混ざっているためであり、その候補のひとつとして「水素」が考えられています。これは、水素は宇宙に豊富に存在し、高圧下では鉄と結びつきやすい性質を持つためです。地球の核にどれだけ水素が含まれているかを知ることは、地球の成り立ちを理解するうえで非常に重要です。
　有馬寛複合原子力科学研究所准教授、高橋直生東北大学大学院生、坂巻竜也同助教らの研究グループは、大強度陽子加速器施設J-PARC物質・生命科学実験施設（MLF）の超高圧中性子回折装置「PLANET」を用いた中性子実験により、高温高圧下で液体鉄に溶け込む水素の量を世界で初めて直接的に決定することに成功しました。本研究は、地球の核がどのように形成され、どのような化学組成を持つのかという長年の謎に対し、新たな手法で強力な証拠を提供したものです。
　本研究成果は、2026年5月11日に、国際学術誌「Scientific Reports」にオンライン掲載されました。

中性子イメージング実験の結果：（左）試料セルの中性子透過像。セルの中央に鉄試料（Fe）を配置し、水素源であるアンモニアボラン（NH₃BH₃）で挟んでいる。加熱に伴いアンモニアボランから放出された水素が鉄中に溶け込むことで、鉄の中性子透過度が減少する様子が確認できる。（右）中性子透過度の温度変化。常圧で安定な体心立方構造の鉄が水素化して面心立方構造のFeHx へ相転移すると、透過度は急激に減少する（緑→赤）。その後、水素化鉄が溶融すると、透過度はわずかに増加する傾向を示す（橙→紫）。

詳しい研究内容について

地球の外核に大量の水素が存在する可能性―世界初、液体鉄中の水素量をその場観察で直接決定―

研究者情報

研究者名有馬寛
京都大学教育研究活動データベース

地球の外核に大量の水素が存在する可能性

―世界初、液体鉄中の水素量をその場観察で直接決定―

概要

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