パルス中性子回折による高品質含水マントル深部鉱物単結晶の水素配置解析

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26287135
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 奥地 拓生 岡山大学, その他部局等, 准教授 (40303599)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 富岡 尚敬 国立研究開発法人海洋研究開発機構, その他部局等, 研究員 (30335418)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 中性子 / 単結晶 / 水素

Outline of Annual Research Achievements

地球深部マントルの条件で安定な高密度含水鉱物の性質は、近年の鉱物学分野で注目されている研究対象の一つである。含水鉱物の性質は、それらの結晶構造中の水素の配置と化学結合状態に影響される。そこで我々は、高強度パルス中性子を利用した含水鉱物中の水素の配置・占有率の解析を行った。特に、高い空間分解能を持つ飛行時間ラウエ回折法による単結晶構造解析の手段を、マントル深部鉱物に対して応用することが、鉱物の性質に対する水素の影響の理解のためには重要であった。

我々は前年度までに、サイズと均質性を兼ね備えた高密度含水鉱物の単結晶を超高圧力下において合成する手法を完成させた(Okuchi et al. Am. Mineral. 2015)。この手法によって理想的な含水ワズレアイトと含水リングウッダイトの単結晶を合成した上で、米国オークリッジ国立研究所のパルス中性子施設SNSの単結回折計・TOPAZにて測定を実施して、最小d値が0.30オングストロームに達する非常に高い空間分解能の回折強度データを得た。今年度はそれらの解析を行い、含水ワズレアイトの結晶構造の論文を国際誌に発表した(Purevjav et al. 2016)。さらに上記結晶合成法を応用した関連研究の成果も、国際誌および国内誌に複数の論文として発表した。加えて国際学会および国内学会における多数の研究発表も実施した。

このように研究に大きな進展があり、本課題の当初の目標が前倒しで達成された。そこで研究計画を再構築し、高空間分解能の結晶構造解析法の導入が必要とされる関連研究をもあわせて発展させるために、最終年度前年度の応募を行った。その結果、2017年度から4年間の期間で基盤研究(A)が採択され、同時に本研究課題は前倒しで終了した。今後は成果を新課題に引き継ぐことで、さらなる研究の発展を目指してゆきたい。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] テキサス大学オースティン校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: テキサス大学オースティン校
• [Int'l Joint Research] コロラド大学ボルダー校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: コロラド大学ボルダー校
• [Int'l Joint Research] ソウル大学(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: ソウル大学
• [Int'l Joint Research] インペリアル・カレッジ・ロンドン(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: インペリアル・カレッジ・ロンドン
• [Int'l Joint Research] HPSTAR(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: HPSTAR
• [Journal Article] Equation of state and hyperfine parameters of high-spin bridgmanite in the Earth's lower mantle by synchrotron X-ray diffraction and Mossbauer spectroscopy (2017)
  • Author(s): Z. Mao, F. Wang, J. F. Lin, S. Fu, J. Yang, X. Wu, T. Okuchi, N. Tomioka, V. Prakapenka, Y. Xiao, and P. Chow
  • Journal Title: American Mineralogist Volume: 102 Pages: 357-368
  • DOI: 10.2138/am-2017-5770
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Peltier cooling diamond anvil cell for low-temperature Raman spectroscopic measurements (2016)
  • Author(s): N. Noguchi and T. Okuchi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 125107
  • DOI: 10.1063/1.4972254
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Quantitative analysis of hydrogen sites and occupancy in deep mantle hydrous wadsleyite using single crystal neutron diffraction (2016)
  • Author(s): N. Purevjav, T. Okuchi, N. Tomioka, X. Wang, and C. Hoffmann
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 34988
  • DOI: doi:10.1038/srep34988
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High-spin Fe2+ and Fe3+ in single-crystal aluminous bridgmanite in the lower mantle (2016)
  • Author(s): Z. F. Lin, Z. Mao, J. Yang, J. Liu, Y. Xiao, P. Chow, and T. Okuchi
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 43 Pages: 6952-6959
  • DOI: 10.1002/2016GL069836
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-diffusion of protons in H2O ice VII at high pressures: Anomaly around 10 GPa (2016)
  • Author(s): N. Noguchi and T. Okuchi
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 144 Pages: 234503
  • DOI: 10.1063/1.4953688
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hydrogen sites in the dense hydrous magnesian silicate phase E: A pulsed-neutron powder diffraction study (2016)
  • Author(s): N. Tomioka, T. Okuchi, N. Purevjav, J. Abe, and S. Harjo
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: 43 Pages: 267-275
  • DOI: 10.1007/s00269-015-0791-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] パルス中性子粉末回折による地球マントル高密度含水相の水素配置解析 (2016)
  • Author(s): 奥地拓生・富岡尚敬・プレジャブナランゴー
  • Journal Title: 高圧力の科学と技術 Volume: 26 Pages: 140-148
  • DOI: 10.4131/jshpreview.26.140
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] パワーレーザーとXFELによるフォルステライト単結晶から高密度構造への高速相転移観察 (2017)
  • Author(s): 奥地拓生・関根利守・尾崎典雅・松岡健之・高橋謙次郎・宮西宏併・瀬戸雄介・丹下慶範・犬伏雄一・矢橋牧名・プレジャブナランゴー・田中和夫・兒玉了祐
  • Organizer: 日本物理学会第72会年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 中性子準弾性散乱による含水鉱物内部の多様な水素輸送現象 (2017)
  • Author(s): 奥地拓生・プレジャブナランゴー・富岡尚敬・柴田薫
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2017-03-14 – 2017-03-15
  • Invited
• [Presentation] Single crystal neutron diffraction of hydrous wadsleyite and the reason of sensitivity difference for hydration between upper and lower mantle transition zones (2016)
  • Author(s): N. Purevjav, T. Okuchi, N. Tomioka, X. Wang, and C. Hoffmann
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Insulator to semiconductor transformation of planetary ice mixtures compressed by laser-driven shock wave and its implication for interior property of icy giant planets (2016)
  • Author(s): T, Okuchi, N. Ozaki, T. Sano, Y. Sakawa, and R. Kodama
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2016-12-12 – 2016-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure analysis of hydrous ringwoodite by single-crystal neutron diffraction (2016)
  • Author(s): N. Purevjav, T. Okuchi, X. Wang, and C. Hoffmann
  • Organizer: 第57回高圧討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2016-10-26 – 2016-10-29
• [Presentation] フォルステライト単結晶のレーザー衝撃圧縮ＸＦＥＬ時間分解観察 (2016)
  • Author(s): 奥地拓生・尾崎典雅・瀬戸雄介・丹下慶範・関根利守・プレジャブナランゴー・梅田悠平・松岡健之・高橋謙次郎・宮西宏併・犬伏雄一・矢橋牧名・山内和人・田中和夫・兒玉了祐
  • Organizer: 第57回高圧討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2016-10-26 – 2016-10-29
• [Presentation] 中性子準弾性散乱によるブルーサイトの水素局在拡散の観測と脱水分解反応におけるその役割の評価 (2016)
  • Author(s): 奥地拓生・プレジャブ ナランゴー・柴田薫
  • Organizer: 日本鉱物科学会2016年年会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-23 – 2016-09-25
• [Presentation] Hydrogen site analysis of hydrous ringwoodite in mantle transition zone by pulsed neutron diffraction (2016)
  • Author(s): N. Purevjav, T. Okuchi, and N. Tomioka
  • Organizer: Goldschmidt 2016
  • Place of Presentation: Yokohama, Japan
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Insulator to electronic conductor transition of synthetic planetary ices at interior conditions of icy giants compressed by laser-driven shock wave (2016)
  • Author(s): T. Okuchi, N. Ozaki, M. Kita, T. Ogawa, A.Bruno, K. Miyanishi, R.Kodama, N. Purevjav, T. Sano, Y. Sakawa
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • Place of Presentation: Chiba, Japan
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-26
  • Int'l Joint Research