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高温高圧下における水-メタン系物質の安定性の解明と天王星・海王星の内部構造理解

研究課題

研究課題/領域番号 17J05467
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 岩石・鉱物・鉱床学
研究機関愛媛大学

研究代表者

門林 宏和  愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード天王星 / 海王星 / 高温高圧実験 / ダイヤモンドアンビルセル / メタン / ダイヤモンド
研究実績の概要

本研究課題の目的は,天王星や海王星などの氷惑星内部を想定した条件下で主成分である水-メタン系の高温高圧実験を行い,メタンの融点や分子解離条件を決定し,メタン分子の分子解離により生じると考えられるダイヤモンドの生成条件を実験的に明らかにすることである。氷惑星内部条件での水-メタン系の高温高圧挙動を明らかにし,氷惑星のマントル構造を検討することは,氷惑星の内部構造モデルの構築のみならず,天王星と海王星がもつ非双極的かつ非軸対称という特異な内部磁場の発現原因を推定する上でも重要である。
本研究では,昨年度から今年度においてC-O-H系におけるメタン分子の分子解離条件,及びメタン分子の分子解離によるダイヤモンドの生成条件を解明するため,炭酸ガスレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルと抵抗加熱ダイヤモンドアンビルセルを用いた高温高圧実験を精力的に行った。試料の評価は,主に放射光X線回折(高エネルギー加速器研究機構)と高温高圧その場ラマン分光により行い,回収試料の微細組織観察には高分解能電子顕微鏡を用いた。これらの手法により,本研究は10-90 GPaという広い圧力領域において,C-O-H系でのダイヤモンドの生成条件がメタン単成分で報告されている条件よりも有意に低温側へシフトすることが明らかにした。これら結果より,氷惑星のマントルでは,その最上部においてもメタン分子の分子解離によるダイヤモンドの生成が起こり得ることが示された。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 10件)

  • [雑誌論文] 高温高圧下におけるメタンハイドレートの安定性と分解挙動の解明2019

    • 著者名/発表者名
      門林宏和, 平井 寿子, 大藤弘明, 大竹 道香, 山本 佳孝
    • 雑誌名

      PHOTON FACTORY NEWS

      巻: 36 ページ: 13-16

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] In situ Raman and X-ray diffraction studies on the high pressure and temperature stability of methane hydrate up to 55 GPa2018

    • 著者名/発表者名
      Kadobayashi Hirokazu、Hirai Hisako、Ohfuji Hiroaki、Ohtake Michika、Yamamoto Yoshitaka
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 148 号: 16 ページ: 164503-164503

    • DOI

      10.1063/1.5013302

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A step toward better understanding of behavior of organic materials at simultaneous high pressures and high temperatures2018

    • 著者名/発表者名
      Chertkova N., Ohfuji H., Nomura R., Kadobayashi H., Irifune, T.
    • 雑誌名

      High Pressure Research

      巻: 38 号: 3 ページ: 337-347

    • DOI

      10.1080/08957959.2018.1476506

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ガスハイドレートの低温~高温・高圧下での構造・物性変化と氷天体内部構造の推定2018

    • 著者名/発表者名
      HIRAI Hisako、KADOBAYASHI Hirokazu
    • 雑誌名

      日本結晶学会誌

      巻: 60 号: 1 ページ: 54-61

    • DOI

      10.5940/jcrsj.60.54

    • NAID

      130006441872

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High pressure generation using double-stage diamond anvil technique: problems and equations of state of rhenium2018

    • 著者名/発表者名
      Sakai Takeshi、Yagi Takehiko、Irifune Tetsuo、Kadobayashi Hirokazu、Hirao Naohisa、Kunimoto Takehiro、Ohfuji Hiroaki、Kawaguchi-Imada Saori、Ohishi Yasuo、Tateno Shigehiko、Hirose Kei
    • 雑誌名

      High Pressure Research

      巻: - 号: 2 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1080/08957959.2018.1448082

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Transition mechanism of sH to filled-ice Ih structure of methane hydrate under fixed pressure condition2017

    • 著者名/発表者名
      H Kadobayashi,H Hirai,H Ohfuji,Y Kojima,Y Ohishi,N Hirao,M Ohtake,and Y Yamamoto
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 950 ページ: 042044-042044

    • DOI

      10.1088/1742-6596/950/4/042044

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High-pressure rotational deformation apparatus to 135 Gpa2017

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Nomura, Shintaro Azuma, Kentaro Uesugi, Yuki Nakashima, Tetsuo Irifune, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Yohei Kojima, and Hirokazu Kadobayashi
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 88 号: 4 ページ: 044501-044501

    • DOI

      10.1063/1.4979562

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] A compact diamond anvil cell for in situ spectroscopic measurements at high pressure and high temperature2019

    • 著者名/発表者名
      N Chertkova, S Yamashita, H Ohfuji, T Irifune, A Kurio, H Kadobayashi and Y Yamamoto
    • 学会等名
      Science and Technology of Nano-Polycrystalline Diamond 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-resolved x-ray diffraction and Raman studies of the phase transition mechanisms of methane hydrate2019

    • 著者名/発表者名
      H Kadobayashi, H Hirai, H Ohfuji, M Ohtake and Y Yamamoto
    • 学会等名
      Science and Technology of Nano-Polycrystalline Diamond 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] コニカルサポート型2段式ダイヤモンドアンビルセルの開発2018

    • 著者名/発表者名
      境毅,八木健彦,門林宏和,三守秀門,武田良介,濱谷俊希,中本有紀, 河口沙織, 平尾直久, 入舩徹男
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ナノ多結晶ダイヤモンドの圧縮挙動2018

    • 著者名/発表者名
      入舩徹男,上田千晶,境毅,國本健広,有本岳史,新名亨,門林宏和,大藤弘明,八木健彦,河口沙織,河口彰吾
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] アンモニア存在下におけるメタンハイドレートの高温高圧挙動2018

    • 著者名/発表者名
      門林宏和, 平井寿子, 大藤弘明, 川村英彰, 大竹道香, 山本佳孝
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Time-resolved studies of the phase transition mechanisms of methane hydrate under fixed pressure conditions2018

    • 著者名/発表者名
      H Kadobayashi, H Hirai, H Ohfuji, M Ohtake and Y Yamamoto
    • 学会等名
      The 9th Asian Conference on High Pressure Research
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルを用いたC-H-O系におけるダイヤモンド生成条件の解明2018

    • 著者名/発表者名
      門林宏和,大藤弘明,平井寿子,山本佳孝,大竹道香
    • 学会等名
      第5回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] C-H-O系における氷惑星内部条件下でのダイヤモンド生成条件の解明2017

    • 著者名/発表者名
      門林宏和,大藤弘明,平井寿子,山本佳孝,大竹道香
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2017年年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 氷惑星内部条件下でのC-H-O系物質の安定性2017

    • 著者名/発表者名
      門林宏和,大藤弘明,平井寿子,大竹道香,山本佳孝
    • 学会等名
      第58回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Al に富む含水ブリッジマナイトの熱弾性特性2017

    • 著者名/発表者名
      柿澤翔,井上徹,西真之,有本岳史, 門林宏和,丹下慶範,肥後祐司,中野智志,平井 寿子
    • 学会等名
      第58回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 2段式ダイヤモンドアンビルセルの技術的問題点2017

    • 著者名/発表者名
      境毅,八木健彦,門林宏和,國本健広,大藤弘明,平尾直久,河口沙織,大石泰生,入舩徹男
    • 学会等名
      第58回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Experimental study on the stability and physicochemical behavior of methane hydrate under high pressure and high temperature2017

    • 著者名/発表者名
      H Kadobayashi,H Ohfuji,H Hirai,M Ohtake,and Y Yamamoto
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of the pressures measured in the double stage diamond anvil cell technique2017

    • 著者名/発表者名
      T Sakai,T Yagi,H Kadobayashi,N Hirao,T Kunimoto,H Ohfuji,Y Ohishi,T Irifune,
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] P-V-T equation of state of Al-bearing hydrous bridgmanite2017

    • 著者名/発表者名
      S Kakizawa,T Inoue,M Nishi,T Arimoto,H Kadobayashi,Y Tange,Y Higo,S Nakano,H Hirai
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 』,「In-situ Raman and X-ray diffraction studies of the stability of methane hydrate under high pressure and high temperature2017

    • 著者名/発表者名
      H Kadobayashi,H Ohfuji,H Hirai,M Ohtake,and Y Yamamoto
    • 学会等名
      AIRAPT 26 joint with ACHPR 8 & CHPC 19
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental study on the stability of methane hydrate under high pressure and high temperature2017

    • 著者名/発表者名
      H Kadobayashi,H Ohfuji,H Hirai,M Ohtake,and Y Yamamoto
    • 学会等名
      9th High Pressure Mineral Physics Seminar
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelastic properties of Al-Bearing hydrous bridgmanite2017

    • 著者名/発表者名
      S Kakizawa,T Inoue,M Nishi,T Arimoto,H Kadobayashi,Y Tange,Y Higo,S Nakano,H Hirai
    • 学会等名
      9th High Pressure Mineral Physics Seminar
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 』,「Double-stage diamond anvil cell technique for ultra-high pressure generation -possibilities and difficulties-2017

    • 著者名/発表者名
      T Sakai,T Yagi,H Kadobayashi,N Hirao,T Kunimoto,H Ohfuji,S I Kawaguchi,Y Ohishi,S Tateno,K Hirose,and T Irifune
    • 学会等名
      9th High Pressure Mineral Physics Seminar
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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