2018 Fiscal Year Annual Research Report
ハイパワーレーザーショックとXFELを用いた溶融鉄合金の総合的理解
Publicly Offered Research
Project Area | Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science |
Project/Area Number |
18H04368
|
Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
尾崎 典雅 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70432515)
|
Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
|
Keywords | パワーレーザー / 超高圧 / 衝撃圧縮 / 鉄合金 / 輸送特性 / X線自由電子レーザー / 地球外核 / 溶融状態 |
Outline of Annual Research Achievements |
ハイパワーレーザー衝撃圧縮の方法を用いて、地球核・マントルのダイナミクス、惑星冷却進化などの解明に不可欠な、液体外核の物性にアプローチすることを目標として研究を進展させた。ハイパワーレーザーの方法の利点である超高温高圧条件を生成し、地球外殻に相当する液体鉄合金の圧縮特性、光学特性、輸送特性を明らかにするための実験を実施した。第一原理計算との比較検討も開始した。
大阪大学レーザー科学研究所のハイパワーレーザーを用いて超高温高圧の溶融鉄合金を生成し、衝撃圧縮特性(ユゴニオ)を実験的に決定した。3e13 W/cm^2までのエネルギー密度でターゲット照射を行うことにより、圧力150-400 GPa、温度3,000-14,000 Kの範囲の超高温高圧状態を計測により決定した。圧縮率と光反射率の関係に再現性があることを確認し、超高温高圧下での電気伝導度と熱伝導度を評価した。クォーツ標準物質と酸化マグネシウムウィンドウを用いた独自の構造を有するターゲットを作製して、反射率とユゴニオパラメータの同時計測を実現した。さらにこのターゲットを用いて得られた実験データについて、鉄合金内部での衝撃波速度の減衰効果を補正可能にする解析法を確立した。ケイ素だけでなく様々な鉄合金試料をクォーツや酸化マグネシウム上に成膜する試料合成レシピの作成にも着手した。
ハイパワーレーザーポンプとX線自由電子レーザープローブを組み合わせた超高速ポンププローブ実験を実施し、構造相転移におけるケイ素含有量に対する影響について検討した。レーザー衝撃圧縮された鉄合金試料からのフェムト秒時間分解X線回折パターンを取得し、その時間変化を観察することで、化合物試料内での軽元素の振る舞いについて調べた。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
地球外殻に相当する液体鉄合金の圧縮特性、光学特性、輸送特性を同時に調べることが既に可能となっている。得られた実験データを元に、第一原理計算との比較検討も開始した。また超高温高圧状態の構造を調べるためのXFELを用いた超高速ポンププローブ実験にも着手することができた。
クォーツ標準物質と酸化マグネシウムウィンドウを用いた独自のターゲットを確立し、反射率とユゴニオパラメータの同時計測を実現することができた。これにより鉄合金内部での衝撃波速度の減衰効果も補正可能となっている。平均速度と既知のクォーツユゴニオを用いて、鉄合金中における衝撃波速度と圧力の減衰量を明らかにし、反復計算を行うことで最終結果がうまく収束することを示した。この新しいターゲットと解析手続きによれば、これまで困難であった鉄合金をはじめとする不透明物質の高精度状態方程式データを取得することができる。ケイ素だけでなく様々な鉄合金試料をクォーツや酸化マグネシウム上に成膜する試料合成レシピの確立にも着手しており、超高温高圧の溶融鉄合金の状態を総合的に調べる準備が整っている。
ハイパワーレーザーポンプとX線自由電子レーザープローブを組み合わせた超高速ポンププローブ実験を初めて実施し、既に合金試料中での物質ダイナミクス、カイネティクスを調べることが可能になっている。化合物中では軽元素が凝集し結晶化する可能性を世界で初めて示した。実験プラットフォームおよびフォーマットの高度化も計画以上に進展させることができた。
|
Strategy for Future Research Activity |
地球外殻に相当する液体鉄合金の圧縮特性、光学特性、輸送特性を同時に同条件で調べ、データの蓄積を行う。光反射率および評価される電気伝導度、熱伝導度などを第一原理計算と詳細に比較検討する。
独自構造のターゲットを用いて、高精度にユゴニオパラメータを決定し、軽元素の含有量に対してユゴニオをモデル化する。これまで困難であった光学的に不透明な化合物の高精度状態方程式データの蓄積を行う。ケイ素だけでなく様々な鉄合金試料をクォーツや酸化マグネシウム上に成膜する試料合成のレシピを作成する。
ハイパワーレーザーポンプとX線自由電子レーザープローブを組み合わせた超高速ポンププローブ実験を継続し、合金試料中での物質ダイナミクス、カイネティクスを調べる。実験プラットフォームおよびフォーマットの高度化整備を完了させる。
|
-
-
-
-
[Journal Article] レーザー超高速圧縮によるロンズデーライト生成のXFEL 観察 (XFEL Observation of Lonsdaleite Formation by Ultrafast Laser Shock Compression)2019
Author(s)
片桐健登, 尾崎典雅, 松岡岳洋, 松岡健之, 宮西宏併, 瀬戸雄介, 梅田悠平、細見実、森岡信太郎、犬伏雄一, 富樫格, 籔内俊毅, 矢橋牧名, 兒玉了祐
-
Journal Title
レーザー研究
Volume: 47(1)
Pages: 47~51
Peer Reviewed
-
[Journal Article] Advanced high resolution x-ray diagnostic for HEDP experiments2018
Author(s)
Faenov A. Y.、Pikuz T. A.、Mabey P.、Albertazzi B.、Michel Th.、Rigon G.、Pikuz S. A.、Buzmakov A.、Makarov S.、Ozaki N.、Matsuoka T.、Katagiri K.、Miyanishi K.、Takahashi K.、Tanaka K. A.、Inubushi Y.、Togashi T.、Yabuuchi T.、Yabashi M.、Casner A.、Kodama R.、Koenig M.
-
Journal Title
Scientific Reports
Volume: 8
Pages: 16407_1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
[Journal Article] Development of new diagnostics based on LiF detector for pump-probe experiments2018
Author(s)
Pikuz T.、Faenov A.、Ozaki N.、Matsuoka T.、Albertazzi B.、Hartley N.J.、Miyanishi K.、Katagiri K.、Matsuyama S.、Yamauchi K.、Habara H.、Inubushi Y.、Togashi T.、Yumoto H.、Ohashi H.、Tange Y.、Yabuuchi T.、Yabashi M.、Grum-Grzhimailo A.N.、Casner A.、Skobelev I.、Makarov S.、Pikuz S.、Rigon G.、Koenig M.、Tanaka K.A.
-
Journal Title
Matter and Radiation at Extremes
Volume: 3
Pages: 197~206
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
[Presentation] Laser Shock experiments for planetary materials : implication for meteorite impact reactions2019
Author(s)
Y. Umeda, N. Ozaki, T. Matsuoka, M. Fuyuki, K. Miyanishi, T. Sekine, T. Okuchi, T. Sano, K. Mukai, K. Katagiri, T. Nishikawa, M. Hosomi, K. Mukai, N. Kamimura, D. Sagae, S. Morioka, R. Maki, K. Fukui and R. Kodama
Organizer
Third Winter School of Matter in Extreme Conditions from MATerial science to PLAnetary physics
Int'l Joint Research
-
-
-
[Presentation] Dynamic compression of magnesium hydride in ultrahigh pressure regime using high intensity laser2019
Author(s)
S. Morioka, N. Ozaki, M. Hosomi, T. Okuchi, T. Sano, T. Matsuoka, K. Miyanishi, Y. Umeda, K. Katagiri, T. Nishikawa, K. Mukai, K. Mukai, N. Kamimura, D. Sagae, R. Maki, K. Fukui, K. Ishida, H. Ogura, D. Kamibayashi, S. Nakajima and R. Kodama
Organizer
Third Winter School of Matter in Extreme Conditions from MATerial science to PLAnetary physics
Int'l Joint Research
-
-
-
[Presentation] Study on transport properties of liquid iron and iron alloy under high temperature and high pressure using the laser shock technique2019
Author(s)
K.Miyanishi, N.Ozaki, S.Ohmura, M.Harmand, A.Krygier, T.Nishikawa, Y.Umeda, K/Shigemori, Y.Sakawa, T.Sano,R.Kodama
Organizer
Joint symposium of Misasa 2019 & Core-Mantle Coevolution
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] XFEL observation of shock-compressed highly oriented graphite2018
Author(s)
Norimasa Ozaki, Kento Katagiri, Ryo Hazama, Takahiro Matsuoka, Takeshi Matsuoka, Kohei Miyanishi, Yuhei Umeda, Yusuke Seto, Yuichi Inubushi, Toshinori Yabuuchi, Tadashi Togashi, Makina Yabashi, and Ryosuke Kodama
Organizer
The 45th European Physical Society Conference on Plasma Physics (EPS2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Equation of state and optical reflectivity of shock-compressed C-H-N-O planetary ices2018
Author(s)
M. Guarguaglini, J.-A. Hernandez, Y. Fujimoto, K. Miyanishi, P. Barroso, F. Lefevre, A. Benuzzi-Mounaix, N. Ozaki, T. Vinci, E. Brambrink, A. Ravasio
Organizer
The 45th European Physical Society Conference on Plasma Physics (EPS2018)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Equation of state and optical reflectivity of shock compressed CHNO mixtures2018
Author(s)
Alessandra Ravasio, M.Guarguaglini, J.-A. Hernandez, Y. Fujimoto, K. Miyanishi, P. Barroso, F. Lefevre, A. Benuzzi-Mounaix, N. Ozaki, T. Vinci, E. Brambrink
Organizer
12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA2018)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] In-situ observations for the formations of chemical bonds under laser shock compression: Implications for chemical evolution of biomolecules by meteorite impacts2018
Author(s)
Y. Umeda, N. Ozaki, T. Matsuoka, M. Fuyuki, R. Hazama, K. Mukai, K. Miyanishi, T. Sano, K. Shigemori, K. Katagiri, T. Nishikawa, M. Hosomi, K. Mukai, N. Kamimura, D. Sagae, S. Morioka, R. Kodama
Organizer
12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Phase transitions from graphite to lonsdaleite and diamond2018
Author(s)
Kento Katagiri, N. Ozaki, Takahiro Matsuoka, Takeshi Matsuoka, K. Miyanishi, Y. Seto, Y. Inubushi, T. Yabuuchi, T. Togashi, M. Yabashi, R. Kodama
Organizer
12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Experimental study on transport properties of molten iron alloy2018
Author(s)
T. Nishikawa, N. Ozaki, M. Harmand, K. Miyanishi, Y. Umeda, K. Katagiri, H. Ryo, M. Hosomi, K. Mukai, K. Mukai, N. Kamimura, D. Sagae, S. Morioka, K. Shigemori, Y. Sakawa, T. Sano, R. Kodama
Organizer
12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Equation-of-state measurements for magnesium hydride up to 320 GPa shock pressure2018
Author(s)
S. Morioka, N. Ozaki, M. Hosomi, T. Okuchi, T. Sano, T. Matsuoka, K. Miyanishi, Y. Umeda, R. Hazama, K. Katagiri, T. Nishikawa, K. Mukai, K. Mukai, N. Kamimura, D. Sagae, R. Maki, K. Fukui, R. Kodama
Organizer
12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA2018)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Recent Laboratory Astrophysics Hydrodynamic Experiments at LULI2018
Author(s)
Koenig M., Michel Th., Rigon G., Casner A., Albertazzi B., Michaut C., Ballet J., Laffite S., Falize E., Van Box Som L., Pikuz S., Morita T., Sakawa Y., Sano T., Shimogawara H., Kumar R., Kodama R., Faenov A., Pikuz T., Ozaki N., Kuramitsu Y., Gregori G., Tzeferacos P., Lamb D.
Organizer
International Symposium in High Power Laser Science and Engineering
Int'l Joint Research / Invited
-
[Presentation] 金属炭化物における衝撃波誘起炭素凝集反応2018
Author(s)
細見 実, 尾崎 典雅, 松岡 健之, 宮西 宏併, 瀬戸 雄介, 梅田 悠平, 片桐 健登, 西川 豊人, 向井 幹二, 向井 啓一郎, 寒河江 大輔, 上村 伸樹, 森岡 信太朗, 福井 敬也, 真木 隆太郎, 小倉 広之, 中島 彰吾, 佐野 孝好, 兒玉 了祐
Organizer
第59回高圧討論会
-
[Presentation] シリケイトメルトのユゴニオ測定:天体衝突生成マグマの理解2018
Author(s)
梅田悠平, 尾崎 典雅, 関根利守, 佐藤友子, 西川豊人, 片桐健登, 森岡信太郎, ALBERTAZZI Bruno , BENUZZI-MOUNAIX Alessandra , BOLIS Riccardo, GUARUAGLINI Marco, RAVASIO Alessandra, KOEING Michel, 宮西宏併, 大井修吾, 坂和洋一, 佐野孝好, 兒玉了祐
Organizer
第59回高圧討論会
-
[Presentation] ジャイアントインパクト条件における炭酸塩脱ガス反応のその場分光計測2018
Author(s)
福井敬也, 梅田悠平, 尾崎典雅, 松岡健之, 冬木正紀, 宮西宏併, 佐野 孝好, 重森啓介, 向井幹二, 真木隆太郎, 片桐健登, 西川豊人, 細見 実, 向井啓一郎, 上村伸樹, 寒河江大輔, 森岡信太郎, 兒玉了佑
Organizer
第59回高圧討論会
-
[Presentation] 衝撃圧縮解放過程におけるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶構造変化のその場X線回折計測2018
Author(s)
宮西宏併, 弘中陽一郎, 栗田隆史, 重森啓介, 松岡健之, 尾崎典雅, 三浦永祐, 渡利威士, 水田好雄, 壁谷悠希, 加 義則, 栗田典夫, 黒田隆之助, 兒玉了祐
Organizer
第59回高圧討論会
-
[Presentation] レーザー衝撃圧縮によるフォルステライト単結晶の超高速圧縮と構造変化、 破壊過程2018
Author(s)
奥地拓生, PUREVJAV Narangoo, 尾崎典雅, 松岡健之, 瀬戸雄介, 丹下慶範, 犬伏雄一, 薮内俊毅, 矢橋牧名, 富岡尚敬, 関根利守, 兒玉了祐
Organizer
第59回高圧討論会
-
[Presentation] 衝撃圧縮下の化学結合生成その場観察:隕石衝突化学進化への応用2018
Author(s)
梅田悠平, 尾崎典雅, 松岡健之, 冬木正紀, 宮西宏併, 関根利守, 奥地拓生, 佐野孝好, 向井幹二, 片桐健登, 西川豊人, 細見 実, 向井啓一郎, 上村 伸樹, 寒河江大輔, 森岡信太郎, 真木隆太郎, 福井敬也, 兒玉了佑
Organizer
第59回高圧討論会
-
-
[Presentation] レーザーピーニング過程におけるオーステナイト系ステンレス鋼の結晶構造変化のX線自由電子レーザーを用いたその場観察2018
Author(s)
宮西宏併, 弘中陽一郎, 栗田隆史, 重森啓介, 松岡健之, 尾崎典雅, 三浦永祐, 渡利威士, 水田好雄, 壁谷悠希, 加藤義則, 栗田典夫, 黒田隆之助, 兒玉了祐
Organizer
第79回応用物理学会秋季学術講演会
-
-
[Presentation] 衝撃圧縮その場での時間分解XFEL回折による衝撃変成カンラン石の構造転移機構2018
Author(s)
奥地拓生, プレジャブ ナランゴー, 尾崎典雅, 瀬戸雄介, 丹下慶範, 関根利守, 富岡尚敬, 松岡健之, 高橋謙次郎, 梅田悠平, 宮西宏併, 犬伏雄一, 籔内俊毅, 兒玉了祐
Organizer
日本地球惑星科学連合2018大会