2019 Fiscal Year Annual Research Report
超高温・高圧条件における地球深部物質の体積熱容量計測技術の開発
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19H01995
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
八木 貴志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10415755)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 健二 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20727218)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高圧 / 高温 / 体積熱容量 / マントル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温・高圧条件における体積熱容量の計測技術を開発し、地球核およびマントル物質の体積熱容量を温度軸と圧力軸の両面から依存性を明らかにすることを目的とし、今年度は計測技術の開発に着手した。体積熱容量の計測技術の基礎要素であるフェムト秒パルスレーザを新たに導入し、パルス幅（130 fs）、パルス繰り返し（40 MHz）、波長（1064 nm）および出力（200 mW）について所要の条件を満たしていることを確認した。またレーザ加熱式ダイヤモンドアンビルセル装置（LHDAC）の性能向上のために、従来1台で稼働していた連続加熱レーザを2台に拡充した。
体積熱容量計測技術の基本でもあるLHDACとサーモリフレクタンス技術を融合した熱伝導計測技術の不確かさの検証のため、PtとFeの微小ディスクをサンプルに用いて高温高圧条件の計測を行うとともに、有限要素法によってLHDAC中のサンプルの温度分布シミュレーションを実施し、サンプル全面にわたる温度分布の見積もりを行った。以上の結果から2000 K、60 GPaの条件下で、試料温度の不確かさは10%程度であり、熱伝導率値については15%程度であることを明らかにした。
またマントル主要成分であるFe0.98Oと（Mg, Fe)Oの室温における61 GPaまでの格子熱伝導率の計測を行った。Fe0.98Oの熱伝導率が圧力に対し初期は正の依存性を示すが、岩塩構造B1相から菱面体晶系B1相の転移点である16 GPaを境に負の依存性へと変わることを発見した。またFeO-MgOの広い組成範囲にわたって、熱伝導率の置換濃度依存性を明らかにした。
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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
体積熱容量計測技術の基本要素であるレーザ類の導入を進め、それぞれが当初の目的通りの性能を有していることを確認した。また地球深部物質の熱物性研究を進め、純金属や鉱物に関して当初予定よりも多くの研究成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度において、体積熱容量計測技術の開発を完了し、既存の熱伝導率計測システムへ追加する作業を行う。装置の性能検証のため、Ptを加熱対象とし、断熱材兼試料にデバイ温度と弾性パラメータが既知であるサファイアを用いて、実際に体積熱容量の温度圧力軸に対する計測が行えることを確認する。
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