Thermal diffusivity of water under high pressure and high temperature using pulse laser and diamond anvil cell

• Project/Area Number: 24740356
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: KIMURA Tomoaki 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特定研究員 (50624540)
• Research Collaborator: KUWAYAMA Yasuhiro 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (00554015) ; OHFUJI Hiroaki 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (80403864)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2014: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2013: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2012: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ダイヤモンドアンビルセル / 氷惑星内部構造 / 融解 / 高温高圧実験 / 水 / アンモニア / 酸化マグネシウム / 高圧高温実験 / 相転移 / 熱拡散率

Outline of Final Research Achievements

A both-sided CO2 laser heating system has been developed for melting and thermal diffusivity measurements of materials contained in the icy planets such as Neptune and Uranus. Melting temperatures of ice, ammonia, and magnesium oxide under high pressure have been determined by using this instrument and a diamond anvil cell. These results suggest that water should remain in the liquid state while ammonia exists as the solid state at the pressure and temperature conditions found deep within the icy planets. These facts imply that not the water predicted by the ab initio calculations but the solid ammonia is one of the dominant constituents of the non-convective layer in the icy mantle, which is responsible for producing the non-dipole magnetic field.

Research Products

• [Journal Article] P-ρ-T measurements of H2O up to 260 GPa under laser-driven shock loading (2015)
  • Author(s): T. Kimura, N. Ozaki, T. Sano, T. Okuchi, T. Sano, K. Shimizu, K. Miyanishi, T. Terai, T. Kakeshita, M. French, R. Redmer, Y. Sakawa, and R. Kodama
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 142 Issue: 16 Pages: 164504-164504
  • DOI: 10.1063/1.4919052
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 超高圧下における酸化マグネシウムの屈折率計測 (2015)
  • Author(s): 宮西宏併、尾崎典雅、丹下慶範、木村友亮、坂和洋一、佐野孝好、土屋卓久、兒玉了祐
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 43 Pages: 41-45
  • NAID: 130007957078
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Melting temperatures of H2O up to 72 GPa measured in a diamond anvil cell using CO2 laser heating technique (2014)
  • Author(s): T. Kimura, Y. Kuwayama, T. Yagi
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 140 Issue: 7 Pages: 74501-74501
  • DOI: 10.1063/1.4865252
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Double-sided CO2-laser heating technique coupled with a diamond anvil cell apperatus (2015)
  • Author(s): T. Kimura, Y. Kuwayama, S. Ohnishi, H. Ohfuji, A. Shinozaki, S. Machida, H. Hirai, T. Irifune
  • Organizer: Joint AIRAPT-25 and EHPRG-53 International Conference On High Pressure Science And Technology
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
  • Year and Date: 2015-08-30 – 2015-09-04
• [Presentation] パルスCO2レーザーとダイヤモンドアンビルセルを用いたMgSiO3とMgOの融点計測 (2015)
  • Author(s): 木村友亮、大藤弘明、西真之、入舩徹男
  • Organizer: レーザー研シンポジウム2015
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス, 大阪
  • Year and Date: 2015-04-08 – 2015-04-09
• [Presentation] GRCのCO2レーザー両側加熱装置を用いたMgOの融点計測 (2015)
  • Author(s): 木村友亮、桑山靖弘、八木健彦、大藤弘明、西真之、入舩徹男
  • Organizer: 第2回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北キャンパス, 愛媛
  • Year and Date: 2015-02-23 – 2015-02-24
• [Presentation] P-rho-T data for H2O up to 260 GPa under laser-driven shock loading (2014)
  • Author(s): T. Kimura, N. Ozaki, T. Sano, T. Okuchi, K. Shimizu, K. Miyanishi, T. Terai, T. Kakeshita, Y. Sakawa, R. Kodama
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] 30 GPa 5000 KまでのMgOの融点計測 (2014)
  • Author(s): 木村友亮、大藤弘明、西真之
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [Presentation] CO2レーザーとダイヤモンドアンビルセルを用いた70 GPaまでの氷の融点計測 (2014)
  • Author(s): 木村友亮、桑山靖弘、八木健彦
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [Presentation] レーザー駆動衝撃圧縮下の水の260 GPaまでのP-rho-T計測 (2014)
  • Author(s): 木村友亮、尾崎典雅、佐野孝好、奥地拓生、清水克哉、宮西宏併、寺井智之、掛下知行、坂和洋一、兒玉了祐
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス徳島大学常三島キャンパス, 徳島
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [Presentation] 高温高圧下におけるマグネサイトとC-H-O還元流体の反応 (2014)
  • Author(s): 井川舜太、大藤弘明、木村友亮
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [Presentation] 液体試料の衝撃波圧縮による氷惑星内部状態の生成 (2014)
  • Author(s): 喜田美佳、尾崎典雅、奥地拓生、木村友亮、佐野孝好、Albertazzi Bruno、浅海雄人、池谷正太郎、小川剛史、佐藤友哉、宮西宏併、楊宗翰、坂和洋一、兒玉了祐
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [Presentation] H2Oを対象とした高圧実験研究から推測する惑星内部構造 (2014)
  • Author(s): 木村友亮
  • Organizer: 第1回DTAシンポジウム 星形成領域および星団環境での惑星の形成と進化
  • Place of Presentation: 国立天文台三鷹キャンパス, 東京
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-09-30
• [Presentation] H2OとD2Oのパワーレーザー衝撃圧縮による超高圧物性計測 (2014)
  • Author(s): 奥地拓生, 尾崎典雅, 木村友亮, 喜田美佳, 小川剛史, 掛下知行, 宮西宏併, 佐野孝好, 佐野智一, 清水克哉, 寺井智之, 坂和洋一, 兒玉了祐
  • Organizer: 平成25年度衝撃波シンポジウム
  • Place of Presentation: 青山学院大学
• [Presentation] CO2レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル内で計測された水の70 GPaまでの融解曲線 (2014)
  • Author(s): 木村友亮, 桑山靖弘, 八木健彦
  • Organizer: レーザー研シンポジウム2013
  • Place of Presentation: 大阪大学
• [Presentation] H2O-CH4-NH3混合液体のレーザー衝撃圧縮による惑星内部物質探査 (2014)
  • Author(s): 奥地拓生, 尾崎典雅, 喜田美佳, 佐野孝好, 木村友亮, 小川剛史, 宮西宏併, 近藤良彦, Tsung-Han Yang, 池谷正太郎, 佐藤友哉, 佐野智一, 清水克哉, 寺井智之, 坂和洋一, 兒玉了祐
  • Organizer: レーザー研シンポジウム2013
  • Place of Presentation: 大阪大学
• [Presentation] CO2レーザー両側加熱ダイヤモンドアンビルセルを用いたMgO-MgSiO3系の溶融実験 (2014)
  • Author(s): 大西里佳, 木村友亮, 桑山靖弘
  • Organizer: JpGU Meeting 2014
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] Melting experiments on MgO at high pressures using a CO2 laser-heated diamond anvil cell (2014)
  • Author(s): T. Kimura, H. Ohfuji, M. Nishi
  • Organizer: AOGS 11th Annual meeting
  • Place of Presentation: ロイトン札幌ホテル
• [Presentation] Melting temperatures of H2O up to 70 GPa measured in a CO2 laser-heated diamond anvil cell (2014)
  • Author(s): T. Kimura, Y. Kuwayama, T. Yagi
  • Organizer: AOGS 11th Annual meeting
  • Place of Presentation: ロイトン札幌ホテル
• [Presentation] Melting temperature measurements of water using a laser-heated diamond anvil cell technique with CO2 laser (2013)
  • Author(s): T. Kimura, Y. Kuwayama
  • Organizer: JpGU Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 高強度レーザーを用いたスーパーアース内部状態の生成と観測 (2013)
  • Author(s): 尾崎典雅, 木村友亮, 奥地拓生, マルティンフレンチ, 掛下知行, 喜田美佳, 宮西宏併, ロナルドレドマー, 佐野孝好, 佐野智一, 清水克哉, 寺井智之, 兒玉了祐
  • Organizer: JpGU Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 地球深部物質の高温高圧実験に向けたCO2レーザー両側加熱装置の開発 (2013)
  • Author(s): 大西里佳, 木村友亮, 桑山靖弘
  • Organizer: JpGU Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] イオン性流体-プラズマ遷移領域における水および混合物の物性計測実験 (2013)
  • Author(s): 喜田美佳, 尾崎典雅, 奥地拓生, 木村友亮, 佐野孝好, 坂和洋一, 兒玉了祐
  • Organizer: JpGU Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] Warm dense water in 100 GPa regime (2013)
  • Author(s): N. Ozaki, T. Kimura, T. Okuchi, T. French, M. Kakeshita, M. Kita, K. Miyanishi, R. Redmer, T. Sano, K. Shimizu, T. Terai, R. Kodama
  • Organizer: APS-SCCM and AIRAPT-24 Joint Conference
  • Place of Presentation: Seattle, USA
• [Presentation] Hugoniot temperature measurements of Sapphire using laser induced decaying shocks (2013)
  • Author(s): T. Sano, N. Ozaki, T Kimura, K. Miyanishi, R. Kodama, T. Tsuchiya, T. Sakaiya, K. Shigemori, T. Kadono, Y. Hironaka, M. Ikoma, T. Okuchi, T. Sekine
  • Organizer: APS-SCCM and AIRAPT-24 Joint Conference
  • Place of Presentation: Seattle, USA
• [Presentation] 高圧下における水および混合物の物性計測 (2013)
  • Author(s): 喜田美佳, 尾崎典雅, 奥地拓生, 木村友亮, 佐野孝好, 浅海雄人, 池谷正太郎, 浦西宏幸, 小川剛史, 近藤良彦, 佐藤友哉, 中塚和樹, 宮西宏併, 揚宗翰, 横山尚也, 坂和洋一, 兒玉了祐
  • Organizer: 第54回高圧討論会
  • Place of Presentation: 新潟コンベンションセンター
• [Presentation] Melting temperature measurements of water using a laser-heated diamond anvil cell technique with CO2 laser (2013)
  • Author(s): Tomoaki Kimura, Yasuhiro Kuwayama
  • Organizer: 日本地球惑星連合 2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 高強度レーザーを用いたスーパーアース内部状態の生成と観測 (2013)
  • Author(s): 尾崎 典雅、木村 友亮、奥地 拓生、マルティン フレンチ、掛下知之、喜田美佳、宮西 宏併、ロナルド レドマー、佐野 孝好、佐野智一、清水克哉、寺井智之、兒玉了祐
  • Organizer: 日本地球惑星連合 2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 地球深部物質の高温高圧実験に向けたCO2レーザー両側加熱装置の開発 (2013)
  • Author(s): 大西 里佳、木村 友亮、桑山 靖弘
  • Organizer: 日本地球惑星連合 2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] イオン性流体-プラズマ遷移領域における水および混合物の物性計測実験 (2013)
  • Author(s): 喜田 美佳、尾崎 典雅、奥地拓生、木村友亮、佐野考好、坂和洋一、兒玉了祐
  • Organizer: 日本地球惑星連合 2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] CO2レーザーを用いた両側DAC加熱装置の開発 (2012)
  • Author(s): 木村友亮，桑山靖弘，大西里佳，町田真一，篠崎彩子，平井寿子
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学会館
• [Presentation] テラパスカル領域の溶融ダイヤとポストダイヤに関する実験的研究 (2012)
  • Author(s): 尾崎典雅，Gianluca Gregori, Alessandra Benuzzi-Mounaix, 犬伏雄一，関根利守，佐野智一，木村友亮，宮西宏併，浦西宏幸，Michel Koenig, David Riley, 佐野孝好，坂和洋一，兒玉了祐
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学会館
• [Presentation] レーザーショック下のシリコンにおける高速固体-固体相転移の直接観測 (2012)
  • Author(s): 楊宗翰，尾崎典雅，横山尚也，佐野智一，曽田智史，木村友亮，宮西宏併，浅海雄人，浦西宏幸，佐野孝好，坂和洋一，廣瀬明夫，兒玉了祐
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学会館
• [Presentation] Melting temperature of water at high pressure measured in a laser-heated diamond anvil cell with CO2 laser (2012)
  • Author(s): Tomoaki Kimura, Yasuhiro Kuwayama
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2012
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Remarks] 愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター
  • URL: http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/