2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26247089
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
寺崎 英紀 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50374898)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浦川 啓 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (30201958)
肥後 祐司 公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 研究員 (10423435)
坂巻 竜也 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30630769)
鎌田 誠司 東北大学, 学内共同利用施設等, 助教 (30611793)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 中心核 / 地球型惑星 / 音速 / 密度 / 物性 / 高圧 / 液体 / 鉄合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、近年計画されている水星・火星探査から得られる内部観測データに対し、その比較対象となる核条件までの液体鉄合金の物性（密度・音速・粘性・熱伝導率）測定を行う。得られた物性データと探査データとの組み合わせにより信頼度の高い惑星核の組成・ダイナミクスモデルを構築する事を目指す。26年度は、マルチアンビル装置とX線イメージング吸収法・超音波法を併用して水星核条件までの液体鉄合金の密度・音速同時測定法を確立した。
具体的には、6GPaまでの圧力では、SPring-8 BL22XUビームラインでキュービックプレスを用いた測定を行った。X線イメージ用の高感度カメラおよび検出器系ステージを新規導入し、これにより迅速な検出器の切替、測定が可能となった。6GPa以上の圧力ではBL04B1ビームラインの1500tマルチアンビル装置を用いた。X線吸収法は、単色X線を用いプレスの上流と下流に2台のカメラを設置し、イメージにより2次元X線強度分布をモニターして実施した。音速測定はビームライン設置の高感度超音波計測システムを使用した。上記のシステムを用いてまず測定法の評価を行い、鉄合金試料を用いた高温高圧下での密度・音速測定を行った。
まず測定法を評価するため、鉄、FeSi試料を用いて、X線吸収率に与えるエネルギー、試料サイズ、試料組成の各効果を検証した。次に測定精度の評価を行うために、鉄固相の測定を行い、回折線から得られる密度との比較を行った。さらにFe-Ni-SおよびFe-C試料を用いて、12GPaまでのデータを得ることに成功した。今後はデータ解析を進め、融体の密度と音速の関係を明らかにしていく。
また2014/9/8-9に大阪大学で、国内の関係研究者を招聘し「月・火星・水星内部研究会」を主催して、実験・観測・分析の観点から地球型惑星内部構造についての講演・議論を行った。
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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
当初予定していた計画通り、今年度はマルチアンビル装置を用いた液体の密度・音速同時測定を確立するため、SPring-8の２つのビームライン(BL04B1、BL22XU)に、入射X線強度分布モニター用/試料位置測定用の高感度CMOSカメラおよび位置調整・切替用自動ステージ、スリットを新規導入した。これにより、BL22XUでは明瞭なX線イメージングが実施可能となり、試料位置合わせ・試料長測定の時間が格段に短縮された。また新たに設計した検出器自動ステージにより、X線吸収測定用のイオンチャンバー検出器とカメラおよび回折線用のフラットパネル検出器の迅速な切替が可能となった。これらの測定の迅速化は、液体試料を対象とする際には特に重要となる。
BL04B1においては、本装置の導入によって川井型マルチアンビル装置を用いた吸収法による密度と超音波法による音速の同時測定が初めて可能となった。これにより、これら物性の測定圧力が大きく拡張できた意義は大きい。
これらの測定系を用いて、測定法の評価を行い、さらに鉄合金試料についても12GPaまでの液体の密度と音速測定に成功したため、本年度の研究は順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、26年度に導入した密度・音速同時測定システムを用いて、セルアセンブリの改良を行い圧力を拡張して、火星核領域までの鉄合金融体の密度と音速測定を行う。より広範な圧力条件で測定をおこなうことでより信頼度の高い体積弾性率などの弾性特性を求めることができる。特にS, Si, Cなど様々な組成について調べ、軽元素の弾性特性（密度・音速・体積弾性率）に与える効果を定量的に明らかにしていく。
また融体に加え、惑星内核の議論を行うため固体試料についても火星核領域までの測定を実施する。以上で得られる結果とこれまでの観測結果をもとにして、水星と火星の核の組成についての制約を考察していく。
さらに上記と平行して、惑星核のダイナミクスの議論を行うために、27年度は、落球法による粘性測定とレーザーフラッシュ法による熱伝導測定を実施していく。このため、まず外熱法による高温発生法の確立および測定装置の導入を行い、予備的実験から測定の手法・精度評価を実施していく予定である。
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[Journal Article] Repulsive nature for hydrogen incorporation to Fe3C up to 14 GPa2014
Author(s)
Terasaki, H., Y. Shibazaki, K. Nishida, R. Tateyama, S. Takahashi, M. Ishii, Y. Shimoyama, E. Ohtani, K. Funakoshi, Y. Higo
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Journal Title
ISIJ international
Volume: 54
Pages: 2637-2642
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] The sound velocity measurements of Fe3S2014
Author(s)
Kamada, S., E. Ohtani, H. Fukui, T. Sakai, H. Terasaki, S. Takahashi, Y. Shibazaki, S. Tsutsui, A.Q. Baron, N. Hirao, Y. Ohishi
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Journal Title
American Mineralogist
Volume: 99
Pages: 98-101
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Sound velocity and density of liquid Fe-Ni-Si under pressure: Application to the composition of planetary molten core2014
Author(s)
Terasaki, H., S. Kuwabara, Y. Shimoyama, Y. Takubo, S. Urakawa, K. Nishida, A. Takeuchi, Y. Suzuki, K. Uesugi, Y. Higo, T. Watanuki, Y. Katayama, T. Kondo
Organizer
AGU Fall Meeting
Place of Presentation
San Francisco, USA
Year and Date
2014-12-15 – 2014-12-19
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[Presentation] 惑星核中の水素について2014
Author(s)
近藤忠、山下智也、吉田祐基、寺崎英紀、亀卦川卓美
Organizer
月・火星・水星内部研究会
Place of Presentation
大阪大学、大阪
Year and Date
2014-09-08 – 2014-09-09
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[Presentation] Relationship between sound velocity and density of liquid alloys under pressure2014
Author(s)
Terasaki, H., K. Nishida, S. Urakawa, S. Kuwabara, Y. Shimoyama, Y. Takubo, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, Y. Kono, Y. Higo, Y. Katayama, T. Watanuki, T. Kondo
Organizer
日本地球惑星科学連合2014年大会
Place of Presentation
パシフィコ横浜、横浜
Year and Date
2014-04-28 – 2014-05-02
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