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2015 Fiscal Year Annual Research Report

50 GPa圧力領域までの鉄‐軽元素融体の密度測定法の確立

Research Project

Project/Area Number 14J01795
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

田窪 勇作  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Keywords密度 / 液体 / 高圧 / X線イメージング
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、高圧下での金属融体の密度測定において、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いた新たな測定手法を確立することにより、主に鉄融体から成る地球外核組成の推定に欠かせない数十GPaまでの高圧領域における金属融体密度測定を行うことを目的としている。
当該年度は、昨年度より引き続き高エネルギー加速器研究機構のビームラインAR-NE1AにおいてDACを用いたX線イメージング吸収法による密度測定の最適化を行った。圧力発生にはレバー型DACを用い、試料は低融点金属であるインジウムを用いた。また、試料セルには試料室として三つの穴を空けたレニウムをガスケットとして用い、圧力標準物質および密度標準物質として塩化ナトリウム、硫化鉄(II)を同一セル内に配置した。高温発生にはニクロム抵抗ヒーターまたはプラチナ-ロジウム抵抗ヒーターを用いた外熱法を採用し、K型熱電対により測温を行った。実験は、8 GPa、647 Kまでの圧力温度条件で行った。X線は入射エネルギーが30 keVの単色光を使用し、試料からの透過X線をYAG:Ce蛍光板で可視化したものをCCDカメラに導入することでイメージとして取得した。試料密度は、測定したイメージの輝度コントラストから試料のX線透過度を測ることで、ランベルト・ベールの式に基づくX線吸収法により求めた。また、イメージングプレート検出器を用いた回折X線測定も行い、イメージング測定から求めた密度を固体試料の回折X線から求めた密度と比較することにより測定精度の評価も行った。X線イメージから得られたインジウムの密度は、約3.7%の誤差があるものの、X線回折実験から得られた密度と比較すると1.3%の範囲内で一致した結果が得られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

インジウムの固体、及び高温高圧下で融体にした試料に対して密度の計算を行い、その結果を評価した。その結果、X回折から決まる固体の密度と比べ、1%程度の確度で短時間の測定が可能であることが分かり、今後、更なる精度向上や短時間取得が期待できるため。

Strategy for Future Research Activity

X線イメージから求めた密度の誤差は主に使用したCCDカメラのダイナミックレンジ(8 bit)に起因するものと考えられる。この問題については高いダイナミックレンジ(16 bit)を持つ高感度CMOSカメラの使用により改善することを期待しており、現在既にCMOSカメラによる測定テストを行い、透過X線に対するリニアリティ等の測定検出の評価を終えている。今後CMOSカメラを用いるとともに、さらに密度標準物質の最適化を行うことで測定精度を向上させ、さらなる高圧下での金属融体の密度測定を実現することを目指す。

  • Research Products

    (15 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Density and Thermoelastic Properties of Liquid Fe-FeO at High Pressure2016

    • Author(s)
      Yusaku Takubo, Hidenori Terasaki, Yuta shimoyama, Soma Kuwabara, Satoru Urakawa, Tadashi Kondo, Akio Suzuki, Keisuke Nishida, Eiji Ohtani, Tetsu Watanuki, Yoshinori Katayama
    • Journal Title

      SPring-8/SACLA Research Report

      Volume: Volume 4 No.1 Pages: 53-57

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Sound velocity and elastic properties of Fe-Ni-C liquids at high pressure2016

    • Author(s)
      Soma Kuwabara, Hidenori Terasaki, Keisuke Nishida, Yuta shimoyama, Yusaku Takubo, Yuji Higo, Yuki Shibazaki, Satoru Urakawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Tadashi Kondo
    • Journal Title

      Physics and Chemistry of Minerals

      Volume: Volume 43 Pages: 229-236

    • DOI

      10.1007/s00269-015-0789-y

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermal elastic properties of liquid Fe-C at high pressure2015

    • Author(s)
      Y. Shimoyama, H. Terasaki, S. Urakawa, Y. Takubo, T. Watanuki, Y. Katayama, T. Kondo
    • Organizer
      2015 AGU Fall Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2015-12-14 – 2015-12-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The effects of pressure and alloying Ni and C on sound velocity of liquid Fe-alloys2015

    • Author(s)
      H. Terasaki, S. Kuwabara, K. Nishida, Y. Shimoyama, Y. Takubo, Y. Higo, Y. Shibazaki, S. Urakawa, T. Kondo
    • Organizer
      2015 AGU Fall Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2015-12-14 – 2015-12-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 外熱式DACを用いたX線イメージングによるInの密度測定2015

    • Author(s)
      田窪勇作、寺崎英紀、近藤忠、三田井慎吾、亀卦川卓美
    • Organizer
      第56回高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ(広島県広島市)
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-12
  • [Presentation] 高温高圧下におけるFe-S-O-H系の反応関係2015

    • Author(s)
      三田井慎吾、近藤忠、田窪勇作、寺崎英紀、山下智也、亀卦川卓美
    • Organizer
      第56回高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ(広島県広島市)
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-12
  • [Presentation] 超音波法を用いた高温高圧下での固体鉄の弾性波速度・密度測定2015

    • Author(s)
      柴﨑裕樹、西田圭佑、肥後祐司、五十嵐愛子、田原政樹、坂巻竜也、寺崎英紀、下山裕太、田窪勇作、桑原荘馬、大谷栄治
    • Organizer
      第56回高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ(広島県広島市)
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-12
  • [Presentation] Fe-NiおよびFe-Ni-C融体の音速の圧力依存性2015

    • Author(s)
      寺崎英紀、桑原荘馬、下山裕太、西田圭佑、肥後祐司、田窪勇作、柴﨑裕樹、浦川啓、近藤忠
    • Organizer
      第56回高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ(広島県広島市)
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-12
  • [Presentation] Fe-C系融体の密度-音速同時測定による熱弾性的性質の解明2015

    • Author(s)
      下山裕太、寺崎英紀、浦川啓、田窪勇作、岸本俊八、近藤忠、綿貫徹、片山芳則
    • Organizer
      第56回高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ(広島県広島市)
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-12
  • [Presentation] X線マイクロCTを用いた高圧下の液体物性測定2015

    • Author(s)
      浦川啓、寺崎英紀、桑原荘馬、田窪勇作、下山裕太、岸本俊八
    • Organizer
      第56回高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ(広島県広島市)
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-12
  • [Presentation] Density measurement of indium using X-ray imaging absorption combined with external heated diamond anvil cell2015

    • Author(s)
      Y. Takubo, H. Terasaki, T. Kondo, S. Mitai, T. Kikegawa
    • Organizer
      Joint AIRAPT-25 & EHPRG-53
    • Place of Presentation
      Madrid, Spain
    • Year and Date
      2015-08-30 – 2015-09-04
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of sound velocity and density measurement for liquid Fe-alloys using multi-anvil apparatuss up to 11 GPa2015

    • Author(s)
      H. Terasaki, Y. Shimoyama, Y. Takubo, S. Kuwabara, K. Nishida, Y. Higo, S. Urakaawa, S. Kishimoto, Y. Shibazaki, T. Sakamaki, M. Tahara, M. Igarashi, T. Watanuki, A. Machida, Y. Tange, Y. Katayama, T. Kondo
    • Organizer
      Joint AIRAPT-25 & EHPRG-53
    • Place of Presentation
      Madrid, Spain
    • Year and Date
      2015-08-30 – 2015-09-04
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The effect of Ni and C on sound velocity of liquid Fe at high pressure2015

    • Author(s)
      桑原荘馬、寺崎英紀、下山裕太、西田圭佑、肥後祐司、田窪勇作、柴﨑裕樹、五十嵐愛子、坂巻竜也、丹下慶範、近藤忠
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2015
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-28
  • [Presentation] 超音波法を用いた固体鉄の高温高圧下での弾性波速度測定2015

    • Author(s)
      柴﨑裕樹、西田圭佑、肥後祐司、五十嵐愛子、田原政樹、坂巻竜也、寺崎英紀、下山裕太、桑原荘馬、田窪勇作、大谷栄治
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2015
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-28
  • [Presentation] 高温高圧下における鉄-水反応に対する硫黄の影響2015

    • Author(s)
      三田井慎吾、近藤忠、田窪勇作、亀卦川卓美
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2015
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-28

URL: 

Published: 2016-12-27  

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