Determination of the phase diagram of liquid hydrogen and constraints on the interior of Jupiter
| Project/Area Number |
20J21098
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡 健太 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 金属水素 / 高圧実験 / ダイヤモンドアンビルセル / 木星 / 電気抵抗測定 / X線回折 / 水素貯蔵材料 / 高温高圧実験 / レーザー加熱 |
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| Outline of Research at the Start |
木星は大きな重力を持つため、太陽系形成時に他の惑星の軌道を変えたり、地球に水をもたらしたりしたと考えられている。したがって「木星がどのように作られたのか」を知ることは重要である。木星の内部の構造を探る本研究は、その大きな手掛かりになる。
木星の深い部分は高圧・高温で、主成分の水素は金属になっていると考えられている。しかし、水素を扱う高圧実験は非常に難しいため、水素が金属へ変化する圧力・温度はよく分かっておらず、木星の内部を調べる上での大きな課題となっている。本研究は、高温高圧実験で水素を金属化させ、電気伝導度を調べることで水素が絶縁体から金属に変化する圧力・温度を調べることを目的としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
巨大ガス惑星の深部で起こっているとされる「水素の金属化」現象の圧力-温度条件を知ることは、巨大ガス惑星の内部構造や形成過程を知る上で重要である。水素の金属化が予想されている温度圧力領域は100万気圧/1500 K程度である。
昨年度までに開発した技術により、これまで困難だった水素の高温高圧装置への充填、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた水素の電気抵抗測定が可能になった。本年度は発生可能な温度圧力を拡張するための技術開発を行い、特に温度について4000 Kまで安定的に加熱しながら電気抵抗を測定できるようになった。
まず、高温中で水素が電気抵抗用の金属電極と速やかに反応してしまい、融点の下がった電極が融解し回路がショートしてしまう問題があった。これを解決するために、前年度までに用いていた測定に1分以上の時間がかかる「インピーダンス測定」装置による測定をやめ、数秒で測定を行うことのできる「直流測定」装置による測定に切り替えることにした。これにより、最大4000 Kまでの温度領域で回路をショートさせることなく実験を行うことが可能になった。
また、達成可能圧力を向上させるために超高圧実験用のダイヤモンドアンビルを導入した。加圧部分の面積を半分以下にすることで同じ荷重でも、通常のアンビルよりも大きな圧力を発生できる。しかし、100万気圧以上の高圧を目標に実験を行ったが、80万気圧付近で電極どうしが接触して実験続行が不可能になる事態が多発した。これは非常に柔らかい水素試料と試料を覆う硬いガスケット材との圧縮性の違いにより、スパッタリングされた電極が水素試料の内部へめり込んでしまうことが原因であると考えられる。本年度中には、この問題を解決することができなかったため、達成圧力は80万気圧に留まっている。今後、水素供給剤やガスケット剤の改良によりこの問題が解決されることが期待される。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
