2021 Fiscal Year Research-status Report
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21K18155
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
境 毅 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (90451616)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2026-03-31
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| Keywords | コニカルサポート型２段式ダイヤモンドアンビルセル / トロイダル型ダイヤモンドアンビルセル / 高荷重 / 高圧発生技術 / 高圧物質科学 / 惑星深部科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、コニカルサポート型２段式ダイヤモンドアンビルセル(cs-ds-DAC)やトロイダル型ダイヤモンドアンビルセル(t-DAC)といった新しい高圧発生技術の開発を通して、極高圧物質科学・巨大惑星深部科学の開拓を行うことを目的としている。
初年度である令和３年度は、①t-DACへのレーザー加熱技術の応用、②超高圧発生試験、③高荷重型ダイヤモンドアンビルセルの設計・開発を行った。まず①については、300 万気圧を超える圧力領域かつ高温状態で期待される相転移現象として、(Mg,Fe)O固溶体における相転移現象の探索を行った。特に鉄に富む(Mg0.1,Fe0.9)Oについて、約330万気圧において2000度の高温条件で試料を加熱することに成功し、かつ新しいX線回折パターンが出現することを見出した。この新しい相はB2相ではなくB8相である可能性があるが、詳細については解析中である。
②については、MgOとWを試料とした加圧実験を行った。使用したアンビルの先端形状は我々のグループで450 万気圧の発生実績のある形状と先行研究(Dewaele et al., 2018)との中間的な形状を試みた。最高圧力は380 万気圧程度と400 万気圧に満たないものであったが、300-400 万気圧領域においてMgOとWの状態方程式の相互の整合性を議論するには十分な圧縮データを取得することができた。
③については、従来のセル（φ48mm）よりも一回り大きく（φ54mm）、加圧ネジもM5からM6へと変更した高荷重対応ダイヤモンドアンビルセルおよびこれに対応するメンブレンを設計・作成した。メンブレンの加圧面積は従来の約1.5倍に拡大されており、放射光施設でのオンライン実験においてガス圧により加減圧を行う際に、単純にこれまでの1.5倍の荷重をかけることが可能であると期待される。
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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
本研究課題ではコニカルサポート型２段式ダイヤモンドアンビルセルの２段目アンビルを大型化させ、これに高荷重をかけることで高い圧力発生を目指している。初年度ではまず高荷重に対応するセルの設計・製作を行い、完成・納品されている。次年度以降にこの高荷重セルを用いた高圧発生実験を本格化させる。また大型化に伴う次のステップとしてレーザー加熱の導入による高温実験への拡張の試みがあるが、今年度はその前段階としてほぼ同様の全体形状を持つトロイダル型ダイヤモンドアンビルセルにおいて300 GPaを超える圧力下での加熱実験を成功させた。試料構成や実験の再現性についてはまだ課題もあるが、次年度以降は２段式ダイヤモンドアンビルセルへの直接的なレーザー加熱導入の検討を始められる段階となったといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に完成・納品された高荷重対応の新しいダイヤモンドアンビルセルを用いた、２段式ダイヤモンドアンビルセルによる高圧発生実験を行う。２段目アンビルを従来よりも大きくすることでコニカルサポート面積を増大させ高圧発生を狙うとともに、試料部の光学的観察が可能であるかを検証する。光学的観察が十分可能でかつ高圧発生が可能な形状を明らかにし、次のステップであるレーザー光導入による加熱や分光学的測定の可否について検討する。また、大型化したコニカルサポート型の２段目アンビルの背面を完全に掘り抜いた形のperforated(穴開き)型についても実験を行い、X線吸収分光測定(XAFS)に使用可能な形でどこまでの圧力発生が可能かをテストする。
一方、２段式での実験は１回あたりの実験準備に非常に時間がかかる（数週間レベル）ため、並行して比較的準備が容易なトロイダル型ダイヤモンドアンビルセルによる実験を進め、アンビル先端の最適形状の模索を行う。こちらは極高圧発生の挑戦であると同時に、Au, Mo, Wといった金属の600-700万気圧領域での相転移現象の探索を兼ねた実験として遂行する。
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| Causes of Carryover |
トロイダル型ダイヤモンドアンビルセルでの実験用のアンビルを購入予定であったが、放射光施設での高圧発生実験（11月）の結果を受けてこれまでの実験結果を整理・検討したところ、実験に使用するアンビル先端形状について従来基本としてきた形状から変更する必要がある可能性が出てきたことから、翌年度初頭の放射光実験（4月）の結果を勘案したうえで先端形状について再検討し、その後発注した方が実験計画の遂行上効率的であると判断されたため。
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Research Products
(2 results)
