Laser-driven shock compression experiments for time-evolution analysis of impact-induced melting process
| Project/Area Number |
20K20947
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
奥地 拓生 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40303599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅田 悠平 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (90815705)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 衝突融解現象 / 高強度レーザー / X線自由電子レーザー / カンラン石 / Ｘ線自由電子レーザー |
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| Outline of Research at the Start |
４６億年の昔、原始の太陽をとりまく星雲の中で、無数の小天体が衝突と合体を繰り返すことで惑星や小惑星が成長した。これらの天体の内部では、強圧縮による加熱や、摩擦変形による発熱に起因する岩石の融解が起きていた。その結果、隕石が含むコンドリュールのもとになったマグマのしぶきや、やはり隕石が含む特異な高密度鉱物が作られた。この衝突融解現象を、高強度レーザーとＸ線自由電子レーザーを組合せた実験によって再現することを通して、初期太陽系の進化の歴史を現在に復元する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
46億年の昔、原始の太陽をとりまく星雲の中で無数の小天体が衝突と合体を繰り返して惑星、衛星、小惑星が成長した。そこでは強い圧縮と加熱が同時に引き起こされ、その過程が惑星構成物質の事後の状態に大きな影響を与えた。そのなかでも衝突が誘起する融解の現象は、隕石のショックベインなどの特徴的な組織の生成や、コンドリュールのもとのマグマ、特異な高密度鉱物などの生成の原因となったと考えられてきた。本研究課題では、この衝突融解の現象を高強度レーザー駆動の手法で再現し、その時間進展をX線自由電子レーザーで回折計測することを通して、初期太陽系の物質進化史の重要な部分を復元することを試みている。
この研究目標を達成するために本年度もSACLA施設での高強度レーザー駆動の衝撃圧縮実験を行い、多様な衝突融解現象を計測した。圧縮されるターゲットの構成を最適化することなどにより、ハイパワーレーザー駆動圧縮の圧力値の再現性と、その光学計測の精度が昨年度よりもさらに向上した。新たな試料種として、ゲルマニウム酸化物ガラスを事前に実験室で合成した上で実験に供した。この試料種においてはGe原子がケイ酸塩のSi原子と同じ4配位型の電子配置を有するが、前者の高配位への変化は後者よりも低い圧力で起こる。これまでに進めてきた後者への実験の手法を応用することで、前者についても衝突融解に至る構造進展の計測を初めて実現することができた。以上に加えてさらに、物質・材料研究機構において火薬銃駆動の衝撃圧縮回収実験を行った。得られた試料の予察的な微小領域X線回折計測によって6配位型高密度構造の生成を確認した。このように本年度は衝突融解現象の進展を捉えた多数の実験結果を新たに得ており、これを前年度までに行った光学計測・X線回折計測の結果と組み合わせた解析も進展している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記のように衝突融解現象の計測を順調に行うことができており、ケイ酸塩に加えてゲルマニウム酸化物についても新たな結果が得られたことから、研究課題はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
衝突融解現象のさらなる理解のためには、強い圧縮の下で急速に構造が乱れた物質の状態を調べる方法として、X線回折では難しい局所構造解析の方法を導入することが望ましい。この目的のために、SACLAのX線をプローブとした衝撃圧縮その場X線吸収分光の計測を早急に実現させたいと考えている。この手法で新しく得られる結果も検討に加えた上で、衝突融解した物質の急速な構造緩和、その部分的な結晶化、結晶化部分の構造相転移などの研究をさらに展開してゆきたい。
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Report
(3 results)
Research Products
(32 results)
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[Journal Article] Phase transition and melting in zircon by nanosecond shock loading2022
Author(s)
Sota Takagi, Kouhei Ichiyanagi, Atsushi Kyono, Nobuaki Kawai, Shunsuke Nozawa, Norimasa Ozaki, Yusuke Seto, Takuo Okuchi, Souma Nitta, Satoru Okada, Kohei Miyanishi, Keiichi Sueda, Tadashi Togashi, Toshinori Yabuuchi
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Journal Title
Physics and Chemistry of Minerals
Volume: -
Issue: 5
Pages: 8-8
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ultrafast olivine-ringwoodite transformation during shock compression2021
Author(s)
T. Okuchi, Y. Seto, N. Tomioka, T. Matsuoka, B. Albertazzi, N. J. Hartley, Y. Inubushi, K. Katagiri, R. Kodama, T. A. Pikuz, N. Purevjav, K. Miyanishi, T. Sato, T. Sekine, K. Sueda, K. A. Tanaka, Y. Tange, T. Togashi, Y. Umeda, T. Yabuuchi, M. Yabashi, N. Ozaki
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 4305-4305
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Liquid Structure of Tantalum under Internal Negative Pressure2021
Author(s)
K. Katagiri, N. Ozaki, S. Ohmura, B. Albertazzi, Y. Hironaka, Y. Inubushi, K. Ishida, M. Koenig, K. Miyanishi, H. Nakamura, M. Nishikino, T. Okuchi, T. Sato, Y. Seto, K.Shigemori, K. Sueda, Y. Tange, T. Togashi, Y. Umeda, M. Yabashi, T. Yabuuchi, and R. Kodama
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 126
Issue: 17
Pages: 175503-175503
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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