５０ ＧＰａ圧力領域までの鉄‐軽元素融体の密度測定法の確立

• Project/Area Number: 14J01795
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Solid earth and planetary physics
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田窪 勇作 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2015: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 密度 / 液体 / 高圧 / X線イメージング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、高圧下での金属融体の密度測定において、ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いた新たな測定手法を確立することにより、主に鉄融体から成る地球外核組成の推定に欠かせない数十GPaまでの高圧領域における金属融体密度測定を行うことを目的としている。
当該年度は、昨年度より引き続き高エネルギー加速器研究機構のビームラインAR-NE1AにおいてDACを用いたX線イメージング吸収法による密度測定の最適化および金属融体に対する密度測定を行った。実験は、11 GPa、780 Kまでの圧力温度条件で行った。In融体の密度は、本実験条件の範囲内で7.16~7.91 g/cm3と得られた。密度誤差は0.9~2.0%程度であり、これまでより精度が向上したことが確認できた。この測定誤差は主に入射X線強度分布に由来する。In融体の密度の圧力変化を先行研究と比較すると、Shen et al. (2002)で報告されている結果と比べて緩やかであることがわかった。一方で、密度の絶対値は、Komabayashi et al.(2015)の状態方程式から計算される密度値と約1%の範囲内で一致した。本研究では当初目標としていた50 GPaまでの高圧条件での測定には至らなかったものの、新たな測定手法を提示することにより、密度測定が可能な圧力領域の幅を大きく広げることができる可能性を示した。このことは融体密度測定において重要な意義を持ち、惑星科学の分野のみならず高圧実験の応用の幅を広げる意味で高圧物質科学分野の進歩にも大きく貢献することになると言える。今後、さらなる高温高圧環境下において鉄合金試料の密度測定も行えるよう、レーザー加熱技術も導入し、本手法を発展させる予定である。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Compressional and shear wave velocities for polycrystalline bcc-Fe up to 6.3 GPa and 800 K (2016)
  • Author(s): Y. Shibazaki, K. Nishida, Y. Higo, M Igarashi, M. Tahara, T. Sakamaki, H. Terasaki, Y. Shimoyama, S. Kuwabara, Y. Takubo, E. Ohtani
  • Journal Title: American mineralogist Volume: 101 Issue: 5 Pages: 1150-1160
  • DOI: 10.2138/am-2016-5545
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thermoelastic properties of liquid Fe-C revealed by sound velocity and density measurements at high pressure (2016)
  • Author(s): Shimoyama Y., Terasaki H., Urakawa S., Takubo Y., Kuwabara S., Kishimoto S., Watanuki,T. Machida, A. KatayamaY.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research-Solid Earth Volume: 121 Issue: 11 Pages: 7984-7995
  • DOI: 10.1002/2016jb012968
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Density and Thermoelastic Properties of Liquid Fe-FeO at High Pressure (2016)
  • Author(s): Yusaku Takubo, Hidenori Terasaki, Yuta shimoyama, Soma Kuwabara, Satoru Urakawa, Tadashi Kondo, Akio Suzuki, Keisuke Nishida, Eiji Ohtani, Tetsu Watanuki, Yoshinori Katayama
  • Journal Title: SPring-8/SACLA Research Report Volume: Volume 4 No.1 Pages: 53-57
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sound velocity and elastic properties of Fe-Ni and Fe-Ni-C liquids at high pressure (2016)
  • Author(s): Soma Kuwabara, Hidenori Terasaki, Keisuke Nishida, Yuta Shimoyama, Yusaku Takubo, Yuji Higo, Yuki Shibazaki, Satoru Urakawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Tadashi Kondo
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: 43 Issue: 3 Pages: 229-236
  • DOI: 10.1007/s00269-015-0789-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] FeSメルトの圧縮とその密度へのNiの影響 (2016)
  • Author(s): 浦川啓、寺崎英紀、田窪勇作、下山裕太、黒川冬華、岸本俊八、井上尚紀、町田晃彦
  • Organizer: 第57回高圧討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学大学会館（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-10-28
• [Presentation] 外熱式DACを用いたX線イメージングによるInの密度測定II (2016)
  • Author(s): 田窪勇作、寺崎英紀、近藤忠、三田井慎吾、廣海真吾、下山裕太、亀卦川卓美
  • Organizer: 第57回高圧討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学大学会館（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] 高温高圧下におけるFe-S-O-H系試料の回収分析 (2016)
  • Author(s): 三田井慎吾、近藤忠、田窪勇作、廣海真吾、寺崎英紀、山下智也、亀卦川卓美
  • Organizer: 第57回高圧討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学大学会館（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] Reacation of MORB and water under the lower mantle (2016)
  • Author(s): 廣海真吾、近藤忠、寺崎英紀、田窪勇作、三田井慎吾、亀卦川卓美
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22
• [Presentation] 高圧下におけるFeS-NiS二成分系メルトの密度測定 (2016)
  • Author(s): 浦川啓、寺崎英紀、岸本俊八、井上尚紀、田窪勇作、下山裕太、黒川冬華、町田晃彦
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22
• [Presentation] Thermal elastic properties of liquid Fe-C at high pressure (2015)
  • Author(s): Y. Shimoyama, H. Terasaki, S. Urakawa, Y. Takubo, T. Watanuki, Y. Katayama, T. Kondo
  • Organizer: 2015 AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2015-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effects of pressure and alloying Ni and C on sound velocity of liquid Fe-alloys (2015)
  • Author(s): H. Terasaki, S. Kuwabara, K. Nishida, Y. Shimoyama, Y. Takubo, Y. Higo, Y. Shibazaki, S. Urakawa, T. Kondo
  • Organizer: 2015 AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2015-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 外熱式DACを用いたX線イメージングによるInの密度測定 (2015)
  • Author(s): 田窪勇作、寺崎英紀、近藤忠、三田井慎吾、亀卦川卓美
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] 高温高圧下におけるFe-S-O-H系の反応関係 (2015)
  • Author(s): 三田井慎吾、近藤忠、田窪勇作、寺崎英紀、山下智也、亀卦川卓美
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] 超音波法を用いた高温高圧下での固体鉄の弾性波速度・密度測定 (2015)
  • Author(s): 柴﨑裕樹、西田圭佑、肥後祐司、五十嵐愛子、田原政樹、坂巻竜也、寺崎英紀、下山裕太、田窪勇作、桑原荘馬、大谷栄治
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] Fe-NiおよびFe-Ni-C融体の音速の圧力依存性 (2015)
  • Author(s): 寺崎英紀、桑原荘馬、下山裕太、西田圭佑、肥後祐司、田窪勇作、柴﨑裕樹、浦川啓、近藤忠
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] Fe-C系融体の密度-音速同時測定による熱弾性的性質の解明 (2015)
  • Author(s): 下山裕太、寺崎英紀、浦川啓、田窪勇作、岸本俊八、近藤忠、綿貫徹、片山芳則
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] X線マイクロCTを用いた高圧下の液体物性測定 (2015)
  • Author(s): 浦川啓、寺崎英紀、桑原荘馬、田窪勇作、下山裕太、岸本俊八
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] Density measurement of indium using X-ray imaging absorption combined with external heated diamond anvil cell (2015)
  • Author(s): Y. Takubo, H. Terasaki, T. Kondo, S. Mitai, T. Kikegawa
  • Organizer: Joint AIRAPT-25 & EHPRG-53
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
  • Year and Date: 2015-08-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of sound velocity and density measurement for liquid Fe-alloys using multi-anvil apparatuss up to 11 GPa (2015)
  • Author(s): H. Terasaki, Y. Shimoyama, Y. Takubo, S. Kuwabara, K. Nishida, Y. Higo, S. Urakaawa, S. Kishimoto, Y. Shibazaki, T. Sakamaki, M. Tahara, M. Igarashi, T. Watanuki, A. Machida, Y. Tange, Y. Katayama, T. Kondo
  • Organizer: Joint AIRAPT-25 & EHPRG-53
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
  • Year and Date: 2015-08-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of Ni and C on sound velocity of liquid Fe at high pressure (2015)
  • Author(s): 桑原荘馬、寺崎英紀、下山裕太、西田圭佑、肥後祐司、田窪勇作、柴﨑裕樹、五十嵐愛子、坂巻竜也、丹下慶範、近藤忠
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2015
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-24
• [Presentation] 超音波法を用いた固体鉄の高温高圧下での弾性波速度測定 (2015)
  • Author(s): 柴﨑裕樹、西田圭佑、肥後祐司、五十嵐愛子、田原政樹、坂巻竜也、寺崎英紀、下山裕太、桑原荘馬、田窪勇作、大谷栄治
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2015
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-24
• [Presentation] 高温高圧下における鉄-水反応に対する硫黄の影響 (2015)
  • Author(s): 三田井慎吾、近藤忠、田窪勇作、亀卦川卓美
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2015
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-24
• [Presentation] Simultaneous measurement of density and sound velocity of liquid Fe-C at high pressure (2014)
  • Author(s): Y. Shimoyama, H. Terasaki, S. Urakawa, S. Kuwabara, Y. Takubo, Y. Katayama
  • Organizer: 2014 AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-12-16
• [Presentation] Sound velocity and density of liquid Fe-Ni-Si under pressure: Application to the composition of planetary molten core (2014)
  • Author(s): H. Terasaki, S. Kuwabara, Y. Shimoyama, Y. Takubo, S. Urakawa, K. Nishida, A. Takeuchi, Y. Suzuki, K. Uesugi, T. Watanuki, Y. Katayama, T. Kondo, Y. Higo
  • Organizer: 2014 AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-12-15
• [Presentation] 超音波法及びX線CTを用いた高圧下におけるFe-Ni-C及びFe-Ni融体の音速、密度同時測定 (2014)
  • Author(s): 桑原荘馬、寺崎英紀、西田圭佑、下山裕太、肥後祐司、田窪勇作、浦川啓、鈴木芳生、竹内晃久、上杉健太朗、近藤忠
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学、徳島
  • Year and Date: 2014-11-22
• [Presentation] X線吸収法と超音波法を併用した高圧下におけるFe-C融体の密度-弾性波同時測定 (2014)
  • Author(s): 下山裕太、寺崎英紀、田窪勇作、浦川啓、桑原荘馬、片山芳則
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川
  • Year and Date: 2014-05-02
• [Presentation] 高圧下における合金融体の音速と密度の関係 (2014)
  • Author(s): 寺崎英紀、西田圭佑、浦川啓、桑原荘馬、田窪勇作、下山裕太、上杉健太朗、竹内晃久、鈴木芳生、河野義生、肥後祐司、近藤忠
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川
  • Year and Date: 2014-04-29