地球内部条件における鉄水素化物の安定性および水素量の解明
| Project/Area Number |
20K14572
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute (2021-2022)
Hiroshima University (2020) |
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Principal Investigator |
柿澤 翔 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, テニュアトラック研究員 (10846819)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 鉄水素化物 / 高温高圧 / 放射線X線回折 / 中性子回折 / 金属鉄 / 地球内部 / 水素 |
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| Outline of Research at the Start |
地球深部には、金属鉄や水の存在が示唆されている。地球深部に存在することが示唆されている鉄の多くが水によって鉄水素化物になっているとする仮説が提唱されている。しかし、天然での発見の困難さや観測に制約があることから、その存在や水素量の決定に至っていない。さらに、鉄水素化物の安定性・水素の最大固溶量など基礎的な情報が全く明らかになっていない状況である。このため、地球深部において鉄水素化物はどの結晶構造で存在し、どのくらいの水素量を固溶可能か明らかになっていない。本研究は、地球深部条件下における鉄水素化物の安定性や結晶構造、水素量を高温高圧その場観察実験によって解明し、その仮説の当否を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球深部には、金属鉄や水の存在が示唆されており、それかが反応し鉄水素化物として存在しているのではないかと考えられてる。しかし、鉄水素化物は室温室圧で水素を吐き出すことが知られており、天然の鉄水素化物を発見することは困難であると予想される。そこで本研究では放射光X線及び中性子回折を用いて高温高圧その場観察実験を行い鉄水素化物の相図を作成し、地球内部に存在するであろう鉄水素化物の水素量を決定することである。
2022年度は、実験可能な圧力と温度を上げるため技術開発を行った。放射線X線回折実験では、より高温での鉄水素化物の水素量や融点を決定するために開発を行い、高圧下において鉄水素化物を溶融させることに成功した。また、発生可能な圧力を上げる開発も行い20 GPaまでの実験を定常的に行えるようになった。また、中性子回折実験では、2021年度の開発で下部マントルに相当する圧力(23 GPa)の発生に成功したが、回折強度が弱く長時間の測定が必要であった。2022年度では短時間で測定可能な開発を行い、16 GPaにおいて半分程度の時間で測定することが可能になった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまでの技術開発により実験可能な圧力温度範囲が広がりより広い条件での鉄水素化物の安定相、水素量、融点の決定が可能になった。一方で、地球内部における鉄水素化物の情報を議論できるようなデータの取得は至っておらず、研究期間を延長した。そのため、やや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度までに開発を行った実験方法により最大20 GPaまでの実験が可能になった。これらを用いて放射線X線回折実験および中性子回折実験を行うことによって、鉄水素化物の相図を作成する。作成した相図によって地球内部における鉄水素化物の安定相や水素量を決定する。
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Report
(3 results)
Research Products
(38 results)
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[Journal Article] Neutron diffraction study of hydrogen site occupancy in Fe<sub>0.95</sub>Si<sub>0.05</sub> at 14.7 GPa and 800 K2021
Author(s)
MORI Yuichiro, KAGI Hiroyuki, KAKIZAWA Sho, KOMATSU Kazuki, SHITO Chikara, IIZUKA-OKU Riko, AOKI Katsutoshi, HATTORI Takanori、SANO?FURUKAWA Asami, FUNAKOSHI Ken-ichi, SAITOH Hirouyki
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Journal Title
Journal of Mineralogical and Petrological Sciences
Volume: 116
Issue: 6
Pages: 309-313
DOI
ISSN
1345-6296, 1349-3825
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Peer Reviewed
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[Presentation] Effects of nickel on hydrogenation of iron: High-PT neutron diffraction measurements on Fe0.9Ni0.1Dx2021
Author(s)
Chikara Shito, Hiroyuki Kagi, Sho Kakizawa, Katsutoshi Aoki, Riko Iizuka, Yuichiro Mori, Kazuki Komatsu, Hiroyuki Saitoh, Jun Abe, Asami Sano-Furukawa, Takanori Hattori
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2021
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