金属拡散研究のすべて（下）：重力誘起の拡散－凝縮物質中の原子の沈降

摘要

化学ポテンシャル以外の駆動力による凝縮媒体中の原子の拡散には温度勾配によるもの（サーモマイグレーション），電場によるもの（エレクトロマイグレーション）が知られているが，遠心力など加速度場によるものはあまり知られていない．古くより食材や鉱物などマクロ物体の選別，選鉱に遠心力が用いられ，また，近代に入るとに1万G (1G＝9.8m/s{sup}2)レベル以上の加速度場を用いて血液やたんばく質などブラウン粒子の分離·濃縮などに利用されている．しかしながら，固体や液体中の原子の沈降はなかなか実現しなかった．これは，例えば空気の音速(340m/s)で飛翔する鉄の弾丸の運動エネルギーがその内部エネルギーの半分以下であることから察せられるように，原子や分子の化学ポテンシャルが力学的エネルギーに比べて大きいからである．ガス状態の遠心力処理によりウランの濃縮が行われていることは多くの人々が知っているにもかかわらず，固体や液体中の原子の沈降は未踏の領域であった．実際，我々の研究以前には，10万Gレベルの加速度場下で低融点金属中での不純物レベルの格子間型溶質原子である金原子の沈降の報告はあったが，合金や化合物などの構成原子（置換型溶質原子）の沈降は実現されていなかった．