2015 Fiscal Year Research-status Report
雰囲気制御・無容器加熱法によるコンドリュール再現実験の新展開
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26610174
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
瀬戸 雄介 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (10399818)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | コンドリュール / 始原的隕石 / ガス浮遊法 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コンドリュールとは、始原的隕石(コンドライト)に含まれる1mm程度の大きさの球状物質である。太陽系形成初期(45.6億年前)に何らかの加熱プロセスで溶融したケイ酸塩メルトが急冷して出来たと考えられており、その形状、化学組成、内部組織といった特徴には、当時の環境を知る手掛かりが残されている。ただし、宇宙空間の状況(無重力、無容器、還元雰囲気)を実験室で模擬することは技術的に困難な点が多く、これまで再現実験による研究報告は十分ではなかった。そこで、本研究では、縦型管状炉とガス浮遊法を組み合わせたシステムを開発し、無容器状態での酸化還元雰囲気制御と高精度の冷却制御を目指した。
本年次までに開発した実験システムは以下の通りである。加熱炉本体は複ら管型管状炉(2.5KW)を使用し、外側の炉心管の内部に、カーボン製のノズルを装着した細い炉心管を設置した。両炉心管の下部にはガス導入口を備えており、流量を制御したH2+CO2+Ar混合ガスを導入して、還元雰囲気を実現した。内部の炉心管は、ノズル部と共にパンタグラフによって昇降し、試料交換位置と最高温度位置をスムースに移動する。この昇降システムによって、幅広い加熱・冷却速度を実現した。また、炉の上部には光学定盤を設置し、ミラーを介したCCDカメラによって、加熱浮遊中の試料を観察する。高温では輻射が顕著となり像観察が困難となるため、高出力LED光を集光して試料部に近軸落射することで、高温でも明瞭な撮影を可能にした。開発したシステムの性能を評価するため、アルバイト組成試料を出発物質とした実験を行ったところ、1100-1200℃の温度域で安定した浮遊に成功した。
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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
雰囲気制御加熱浮遊システムのセットアップはほぼ終了している。加熱炉本体は、デジタル温調計による高精度の制御(0.1℃単位)が可能となっており、デジタルマスフローによるガス流量調節(1 cc/min単位)のシステムも稼働している。また、ノズル部を昇降させるためのパンタグラフにPWM制御モーターや測距センサーなどを組み込むことによって、浮遊状態の試料を速やかに加熱・冷却すること可能にした。さらに、試料観察の光学系については、長焦点(2000)CCDカメラを設置し、さらに強力なLED光源を試料部に集光させることで、浮遊加熱状態の試料が十分な解像度で観察できることを確認している。これらの機器は部品単位で調達し、組み立てや加工を自ら行うことによって、コストを最小限に抑えることが出来ている。現状では、1200℃までの浮遊加熱実験に成功しており、回収試料の走査型電子顕微鏡による断面観察やX線回折実験などを進めている。浮遊ノズルの形状最適化については、現在テストを行っている段階であり、高温環境での本格的な運用は次年度以降の課題となる。以上の状況を総合的に勘案して、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、浮遊ノズル形状の最適化を進めるとともに、1500℃を超える温度下でのケイ酸塩鉱物(特にカンラン石+鉄系)の浮遊加熱実験を行う。ノズル材料として用いているアイソトロピックグラファイト（細粒なグラファイトの緻密な多結晶体）は、比較的安価かつ切削加工が容易であるという利点がある一方で、1500℃を超えるような高温環境では、気化による消耗が激しく、頻繁な交換が余儀なくされている。そのためCNCフライス盤を用いてノズル穴径やテーパー部の角度などを網羅的に調整し、成功率が高く消耗の少ない最適な形状を探索する。さらに最適化した形状で金型をとり、アモルファスカーボン材料を用いたノズル作成も予定している。また、回収試料の観察・分析については、これまでの走査型電子顕微鏡による断面観察やX線回折に加えて、X線CT法による3次元組織解析や、透過型電子顕微鏡によるナノメートルオーダーでの結晶相同定や結晶方位解析を行う。これらの方策を通じて、コンドリュール組織を再現する温度・時間・雰囲気条件を探索し、太陽系の初期環境の推定を目指す。
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| Causes of Carryover |
温度調節計、ガス流量調節計、電力制御機器などについて、部品単位で調達し組み立てを行ったことによって、コストを最小限に抑えることが出来たため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
消耗品であるシリコニット発熱体や、アルミナ製の炉心管や碍子、加工用のドリルなどを購入する予定である。
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