超高圧高温下における不純物含有固体金属の第一原理研究
Project/Area Number |
21K03698
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
Principal Investigator |
梅本 幸一郎 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (60726991)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 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 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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Keywords | 第一原理計算 / 高温高圧条件 / 固体鉄合金 / 地球内核 / 高圧力 |
Outline of Research at the Start |
地球の中心部である核は、鉄と軽元素(ケイ素、酸素、硫黄、炭素、水素)との合金でできている。核は液体から成る外核と、固体から成る内核の2層に分かれている。本研究では、超高圧超高温下での固体鉄合金の性質をスーパーコンピュータによる計算によって明らかにし、内核にとって最も基本的な情報である、内核に存在する軽元素の種類と濃度を明らかにしていくことを目標とする。
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Outline of Annual Research Achievements |
地球内核は鉄と軽元素の固体合金で構成されている。しかし、その軽元素の種類と濃度はいまだに特定されておらず、長らく地球科学の大きな未解決問題の一つとなっている。近年、水素が非常に有力な軽元素の候補として強い関心を持たれている。本研究では、第一原理分子動力学法を用いて、内核に相当する温度圧力条件で、いくつかの水素濃度のhcp型固体鉄合金について密度を計算した。その結果、内核の温度が6000Kであると仮定した場合、およそFe64H16の組成で地震波測定の密度を再現できることが明らかとなった。今回得られた密度の水素濃度依存性は、先行研究(Wang et al., EPSL 2021)の結果とはかなり違っており、今後新たな知見が得られることが期待される。
地球外核に相当する温度圧力条件にて炭素との液体鉄合金(Fe70C30)の計算を行い、実験家に提供し、実験結果の解析に利用してもらった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
先行研究(Wang et al., EPSL 2021)から地震波測定と整合する水素濃度を推定していたが、実際計算してみると密度の水素濃度依存性が違っていたため、水素濃度の範囲を修正して計算する必要が生じ、非常に時間がかかってしまった。また、夏以降、利用していたスーパーコンピュータシステムが非常に混雑していて、長時間の計算を実行することに困難が生じた。
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Strategy for Future Research Activity |
今後は鉄水素合金の音速の計算とともに、他の軽元素との組み合わせを考えた計算により、新たな知見が得られることを目指す。 予算消化も計画より遅れているので、他のスーパーコンピュータシステム(例えば東工大TSUBAME)の利用を考える。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)