2017 Fiscal Year Research-status Report
ナノ多結晶ダイヤモンドの高圧地球科学への応用：マントル最下部の圧力温度精密発生
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17K18806
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
國本 健広 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 (20543169)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ多結晶ダイヤモンド / 超高圧発生 / マルチアンビル型高圧発生装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ多結晶ダイヤモンドをマルチアンビル装置のアンビル材として採用し、地球内部の核ーマントル境界に至る高圧高温発生技術の開発を進めた。ナノ多結晶ダイヤモンドは愛媛大学に設置された世界最大級のマルチアンビル装置を用い、15 GPa, 2400℃の条件でグラファイトからの直接変換によって合成した。合成したナノ多結晶ダイヤモンドはパルスレーザーを用いて目的の形状に加工を行った。通常のマルチアンビル装置を用いた実験では必要とする8個すべてのアンビル材を同一の素材に統一する必要があり、本研究でも開始当初はすべてのアンビルをナノ多結晶ダイヤモンドで統一していた。しかしながらその場合はダイヤモンド自身の合成に多くの時間を必要とし研究の遅延が懸念された。そのため方針を転換し、アンビルをナノダイヤモンドにするのではなく圧力媒体中にナノ多結晶ダイヤモンド製の小型チップを埋め込むことによってアンビルにナノダイヤを選定する場合と同様の効果をもたらした。これによりナノダイヤモンドの小型化に成功し、その結果として合成に必要とする時間を従来の8分の１程度に減少させることができた。
高圧発生に関しては現在最終目標の72％程度まで達成している。そのためこれまでと同様の方針で最終的には目標圧力の達成が可能と見込んで今後も試料部構成の最適化を勧め、試験を継続していく。また昨年度末頃より実際のマントル鉱物を用いた高温高圧実験にも着手しはじめた。
圧力発生に関してはこれまで本研究と同程度の圧力発生に成功した前例は少ないが存在する(Yamazaki et al., 2014, Ito et al., 2010など)。しかしながら本研究では先行例と同程度の圧力をおよそ３分の１程度の低い荷重での実現に至った。このため実験装置自身への負荷も軽減し、かつ供給可能な荷重を十分に残しており、さらなる圧力発生効率の向上も可能である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高圧発生技術の開発に関して昨年度の目標の達成に至っていないためやや遅れているとした。しかしながら発生圧力の最大値は昨年度一年をかけて順調に更新し続けているため平成３０年度５－６月中には概ね達成可能と思われる。
また、申請時当初に予定していなかった高温発生試験を先行的に実施し地球最下部に近いおよそ2000℃までの高温発生技術の開発には成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ多結晶ダイヤモンドを用いた高圧発生技術の開発を引き続き実施する。基本的には昨年度の方針を変更せずガスケット材や圧力媒体の形状の若干の変更によって最適な試料部構成を模索し圧力発生効率の向上を目指す。
また本年度は技術開発だけではなく実際の地球を構成するマントルモデル物質を試料とした地球の核ーマントル境界における相変化の観察にも着手する。この場合は試料はブリッジマナイト単相もしくはマントルのモデル物質を採用する予定であるが本研究の主目的はあくまでも地球マントル全域に渡る圧力温度発生であるので、試料はは臨機応変に対応する。
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| Causes of Carryover |
ナノ多結晶ダイヤモンドの合成回数が当初の予定よりも多くなり、それに付随して加工に必要な経費も増えたため。前年度に加工したダイヤモンドの一部は本年度に使用する。
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