2021 Fiscal Year Annual Research Report
Precise elastic wave velocity measurement under mantle transition region to lower mantle conditions
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21H01196
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
肥後 祐司 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (10423435)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 高圧高温 / マントル / 弾性波速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では下部マントルの圧力・温度条件下で、マントル構成鉱物の弾性波速度を高精度で測定するため、超音波エコーやX線回折・吸収イメージングの測定システムの開発を目指している。下部マントルの化学組成、延いては全マントルの化学組成の解明のためには、本研究で開発したシステムを使用した、マントル構成鉱物の弾性的データの蓄積が今後非常に重要となる。
2021年度は弾性波エコー測定システムのための任意波形発生機の導入、試料の全周のデバイリングから偏差応力を測定するためのコーン付き超硬合金（タングステンカーバイト）製アンビルの製作、更に高回折角のX線回折を測定するために、X線透光性アンビル（立方晶系窒化ホウ素製：ｃBN）の試作を行なった。ｃBNアンビルについては、既に6-6型川井式高圧発生装置での加圧試験を実施したが、比較的低荷重下で破壊され、マントル圧力条件下での実験実施は不可能であった。現在、SiC等の他のX線透過性ハードセラミックス素材の検討やアンビル形状について検討している。
高分解能のX線吸収像の取得のためには、従来よりも薄いX線蛍光板を使用する必要がある。厚さ数10μmのX線蛍光板を使ったイメージングシステムの構築のために高効率のX線蛍光板（GAGG結晶）の導入や正確な光軸調整のための各種光学コンポーネント用の自動ステージ等の整備をおこなった。
こうした整備の効果については、次年度、2022年度のSPring-8の放射光実験によって詳細に検討する。
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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
2021年度に必要な機器の導入や2022年度以降に整備予定の開発品について、会社等と順調に打ち合わせ等が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度以降は2021年度に導入した超音波測定システムの検証をSPring-8の放射光実験により詳細に検討する。SPring-8のユーザー実験は年二回の公募のため、上記のように機器開発と検証に若干のタイムラグが生じる。
更に2022年度は特にX線光学系の開発に注力する。X線屈折レンズの導入により、試料の偏差応力の迅速測定が可能となり、圧力-温度-偏差応力-弾性波速度の測定ができる。これは、マントル対流やプレートの沈み込みなどの地球ダイナミクス研究に不可欠なデータである。本研究の目的であるマントル鉱物の弾性的性質の解明に向けて、2022年度以降も機器開発を中心に進めていく。
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