2015 Fiscal Year Annual Research Report
極限環境の熱伝導率計測技術による地球コア内部の熱移動の解明
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26247075
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
八木 貴志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 物質計測標準研究部門, 主任研究員 (10415755)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 健二 東京工業大学, 理工学研究科, 講師 (20727218)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 地球核 / 熱伝導率 / 高圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ダイヤモンドアンビルセルにより、地球中心部に相当する極限環境（圧力360 GPa、温度5000 K）を発生し、レーザ光を温度プローブとする最先端の熱伝導率測定法を組み合わせることで、地球コア内部の熱移動の解明に挑む。
今年度は、超高圧における純鉄の熱伝導率を行うとともに高温化に関する装置開発に取り組んだ。試料として初期厚み10μｍのFe箔をダイヤモンドアンビルに封入しサンプルとした。先端径150μmのアンビルを用いて40GPa程度までの測定を行うとともに、新たに先端径40μmの超高圧用アンビルを導入し120 GPaにおける測定を行った。一方、熱伝導解析にはサンプル厚さ値の精密化が必要であり、アンビル内のサンプルの形状のin situ評価を行うために、KEKのビームラインを用いたX線CTによる形状観察を行った。この結果、分解能1.3μmでダイヤモンドアンビル中に封じられた箔サンプルの形状観察が可能であった。この結果、アンビル内の箔形状には当初想定よりも大きなそりや曲がりが観察され、正確な熱伝導率測定にはサンプル側の平面性向上が必要であることが分かった。そこで、新たに出発試料をこれまでの箔から、単結晶サファイア薄片（厚さ15μｍ）上にスパッタリング法により形成する方法を導入した。これにより、Fe、95Fe-5Ni、90Fe-10Ni、85Fe-15Niの各組成についてサンプルを作製し測定を進めている。
熱伝導率測定の高温化については、上記の測定手順の修正を優先したため準備段階であるが、Plankの放射則を検討した結果2000K以上の温度測定であれば、近赤外～可視光領域に充分な輻射強度があるため、観察用CCD画像の輝度情報をもとに校正する手法を検討し、必要となる狭帯域バンドパスフィルタを導入した。
これらの研究進捗は、招待講演を含む国内学会にて発表を行った。
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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
超高圧の熱伝導率計測に必要な課題をほぼ克服し、純FeからNe-Ni合金へと測定範囲を拡張中である。一方、高温測定が未実施であるが、次年度に予定するレーザ加熱方式の導入を着実に進めており、目標は達成する予定。分担者が進める電気伝導測定についてもデータが得られ始めており、超高圧におけるウィーデマンフランツ則の検証への展望は開けている。
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| Strategy for Future Research Activity |
20Wクラスの高出力連続光レーザを導入してレーザ加熱ダイヤモンドアンビルセル方式とサーモリフレクタンス法熱伝導率測定を組み合わせ、2000K以上の温度における熱伝導率測定を実施する。サンプルには純FeおよびFe-Ni合金を用いて、これらの高圧・高温における熱伝導率データを取得し、電気伝導率との比較・検証を行う。
また、別途スプリング８においてもレーザ加熱ダイヤモンドアンビルセルの導入を検討し、高温・高圧下の結晶相同定およびX線CTの検証を進める。
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