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2021 Fiscal Year Annual Research Report

氷惑星マントル物質の高温高圧実験に基づく天王星・海王星の内部構造モデルの構築

Research Project

Project/Area Number 19J01467
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

門林 宏和  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Keywords高温高圧実験 / 天王星・海王星 / メタン / ダイヤモンド
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、氷惑星マントル組成物質の高温高圧実験を行うことにより、メタンやアンモニアの融解や分子解離挙動、及び、これに派生して生じるダイヤモンドや新奇物質の生成プロセスとその条件を解明することを目的としている。
2021度は、昨年度から引き続き、抵抗加熱式および外熱式ダイヤモンドアンビルセルの改良を行うとともに、CO2レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた高温高圧実験により、C-N-O-H系物質の氷惑星内部条件下における挙動の解明に取り組んだ。
その結果、一部の試料において、レーザー加熱による加熱中心部の黒色化が観察された。この黒色化の原因を明らかにすべく、室温へ温度クエンチ後、黒色部に対し、X線回折を行ったところ、典型的なダイヤモンドの回折線が得られた。加えて、ラマン分光により、固体水素やメタンと水素から成る分子化合物の生成が示され、さらに脱圧回収後の固体生成物からは明瞭なダイヤモンドのラマンピークが得られた。これらの結果は、高温高圧下におけるメタンの分子解離および重合によるダイヤモンドの生成が、氷惑星のマントル内部条件を想定したC-N-O-H系においても起こり得ることを示すものである。
これら得られた成果については、国内学会・シンポジウムで発表を行うとともに、査読付き国際雑誌(Kadobayashi et al., Sci. Rep. 11, 8165 (2021))にて公表している。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Equation of states for dense ice up to 80 GPa at low-temperature conditions2022

    • Author(s)
      Fukui Hiroshi、Kadobayashi Hirokazu、Abe Hirotaka、Takahashi Ryunosuke、Wadati Hiroki、Hirao Naohisa
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 156 Pages: 064504~064504

    • DOI

      10.1063/5.0084278

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 天王星と海王星の内部条件下におけるメタンハイドレートからのダイヤモンド生成2022

    • Author(s)
      門林宏和
    • Journal Title

      NEW DIAMOND

      Volume: 145 Pages: 26-27

  • [Journal Article] Diamond formation from methane hydrate under the internal conditions of giant icy planets2021

    • Author(s)
      Kadobayashi Hirokazu、Ohnishi Satoka、Ohfuji Hiroaki、Yamamoto Yoshitaka、Muraoka Michihiro、Yoshida Suguru、Hirao Naohisa、Kawaguchi-Imada Saori、Hirai Hisako
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: 8165

    • DOI

      10.1038/s41598-021-87638-5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 室温超高圧・高温高圧下におけるメタンハイドレートの安定性と相転移機構2021

    • Author(s)
      門林宏和
    • Journal Title

      高圧力の科学と技術

      Volume: 30 Pages: 311

  • [Presentation] 天王星と海王星の内部におけるダイヤモンド生成の可能性2022

    • Author(s)
      門林宏和
    • Organizer
      第8回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 氷惑星内部におけるダイヤモンドの生成条件の検討2021

    • Author(s)
      門林宏和、境毅、大西里佳、山本佳孝、村岡道弘、吉田卓、平井寿子、中野智志
    • Organizer
      第62回高圧討論会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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