2021 Fiscal Year Research-status Report
Laser-driven shock compression experiments for time-evolution analysis of impact-induced melting process
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20K20947
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
奥地 拓生 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40303599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅田 悠平 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (90815705)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 衝突融解現象 / 高強度レーザー / X線自由電子レーザー / カンラン石 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
46億年の昔、原始の太陽をとりまく星雲の中で、無数の小天体が衝突と合体を繰り返すことで惑星や衛星、小惑星が成長した。そこでは強い圧縮を伴う加熱や、摩擦変形に起因する発熱が起こり、その過程が惑星構成物質の状態に多大な影響を与えた。特に衝突時に発生した融解の現象は、隕石のショックベインなどの特徴的な組織の生成や、コンドリュールのもとになったマグマのしぶき、特異な高密度鉱物などの生成の原因となった。本研究課題では、この衝突融解の現象を、高強度レーザーとX線自由電子レーザー、光学計測を組合せた実験によって再現することを通して、初期太陽系の物質進化の歴史の重要な部分を復元する。惑星構成物質の主役の一つであるカンラン石を中心に、含水鉱物なども含めた物質を瞬間的に衝撃圧縮して融解させた上で、その後の時間進展を圧縮状態その場において調べてゆく。
以上の研究目標のもとで、当該の年度においても理化学研究所播磨事業所のSACLA施設において、ハイパワーレーザー駆動衝撃圧縮と組み合わせたX線回折の計測実験を進展させた。具体的には、無水ケイ酸塩鉱物、含水ケイ酸塩鉱物、炭酸塩鉱物それぞれの種類の試料が衝突融解する際の構造進展の観察を行う実験をほぼ完了させることができた。各試料が融解するまでのX線回折パターンデータを取得した上で、前年度までに行ったユゴニオ計測の結果とも組み合わせた解析を進めている。以上の実施の状況により、課題の目的の達成のために必要な実績は順調に得られていると判断した。
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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
当該の年度においては、上記のように無水ケイ酸塩鉱物、含水ケイ酸塩鉱物、炭酸塩鉱物それぞれの種類の試料の衝突融解現象を捉える実験に成功しており、課題の目的の達成のために必要な実績が順調に得られている。いずれの試料についても、ハイパワーレーザーの照射条件、X線自由電子レーザーの照射条件、およびターゲット試料構成を最適化することを通して、良質のフェムト秒パルスX線回折パターンのデータを系統的に取得することができた。時間分解能についても、ナノ秒以下の刻み幅での構造変化を示す結果が、前年度のカンラン石に対する結果と同様に、当該の年度の試料に対しても得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度の実験においても、ハイパワーレーザーの集光度を向上させる技術的検討を継続的に進めることで、さらに強い衝撃圧縮の状態を各試料に作り出して、融解曲線付近から遠く離れた超高温超高圧の状態を明らかにしてゆく。衝突融解を経た物質の急速な構造緩和、その部分的な結晶化、結晶化部分の構造相転移などの、ナノ秒時間スケールの超高速構造変化の研究を多様な試料種に対して展開する。このような急速な状態の変化がどのような化学組成の物質で、どのような圧縮条件で、どのようにして起こるのかを考えるために、得られる予定の結果を互いに比較検討してゆきたい。
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| Causes of Carryover |
（理由）次年度に行う実験に用いる物品や装置の購入を次年度に行うことに変更したため。
（使用計画）前年度までの複数の実験の結果から得られた知見をもとに、実験条件のさらなる検討を行った後に、必要な試料結晶、試料保持部材、光学部品、加工用機材等の購入や、試料の依頼加工を進める。以上の検討には時間を要するものがあるために、実験の実施予定において差支えのない範囲で、次年度内にも検討を続けた後に発注を行う。
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[Journal Article] Ultrafast olivine-ringwoodite transformation during shock compression2021
Author(s)
T. Okuchi, Y. Seto, N. Tomioka, T. Matsuoka, B. Albertazzi, N. J. Hartley, Y. Inubushi, K. Katagiri, R. Kodama, T. A. Pikuz, N. Purevjav, K. Miyanishi, T. Sato, T. Sekine, K. Sueda, K. A. Tanaka, Y. Tange, T. Togashi, Y. Umeda, T. Yabuuchi, M. Yabashi, N. Ozaki
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 4305
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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