2023 Fiscal Year Annual Research 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 – 2024-03-31
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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して惑星、衛星、小惑星が成長した。そこでは強い圧縮と加熱が同時に引き起こされ、その過程が惑星構成物質の事後の状態に大きな影響を与えた。そのなかでも衝突が誘起する融解の現象は、始原的隕石のコンドリュールの生成や、ショックベイン生成とその周辺での高密度鉱物の結晶化を駆動した重要な過程であった。本研究課題では、この衝突融解の現象を高強度レーザーの応用によって実験室で再現し、その時間進展をX線自由電子レーザーで回折計測することを通して、隕石などにみられる物質の融解事後の変化を理解することを試みてきた。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撃圧縮された際の構造進展の観察を系統的に行い、含水ケイ酸塩と炭酸塩の非晶質化が無水ケイ酸塩よりも容易に引き起こされることを示した。一方で観察された容易な非晶質化が、液相の発生を伴う天然の衝突融解現象とどの程度に対応するのかは、さらに長いタイムスケールの圧縮その場計測を行い、長時間の進展を調べる必要がある。
当該年度は、衝突融解現象が引き起こす高密度マグマと高密度結晶の生成・成長の過程を理解するために、Ge酸化物の系を試料とした実験を発展させた。この系は常圧においてSi酸化物の系と同じ4配位型の陽イオン電子配置を有するが、高圧力下での高配位数への変化がSiの系よりも低い圧力で起こる。前年度までに高度化した実験の手法を効果的に応用して、Ge酸化物の系の構造が融解に伴って顕著に高密度化する現象を発見した。また、物質・材料研究機構で行ってきた衝撃圧縮回収実験の結果を解析し、非晶質のGe酸化物の系が融解開始よりも低い圧力で構造を高密度化させることを発見した。以上に加えて、Ti酸化物の固相間転移メカニズムの解析を進め、結果を論文として報告した。
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