研究課題/領域番号 |
22K18282
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研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
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研究機関 | 九州大学 |
研究代表者 |
久保 友明 九州大学, 理学研究院, 教授 (40312540)
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研究分担者 |
肥後 祐司 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (10423435)
坪川 祐美子 九州大学, 理学研究院, 助教 (40824280)
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研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2025年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
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キーワード | 相転移カイネティクス / 高温高圧 / 放射光 / 結晶粒 / 回折斑点 / 高時空間分解能 / カイネティクス / レオロジー / 高圧変形実験 |
研究開始時の研究の概要 |
地球独自で駆動するプレートテクトニクス型マントル対流を理解するうえで、高圧相転移が支配する岩石の粒径進化と塑性流動のカップリングは極めて重要なプロセスであるが、大部分の岩石は実際に入手できないためその解明は非常に困難である。本挑戦的研究では粒径進化を支配するカイネティクスの正確な理解に焦点をあて、材料科学の新規手法と最新の高圧変形実験技術、次世代放射光技術といった異分野を融合し、地球深部に相当する高圧変形場でX線の回折斑点を使って個々の結晶粒の動的挙動を追跡する新たな実験手法を開発する。
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研究実績の概要 |
本年度は主に、1)偏向電磁石BMビームラインにおけるプレス揺動機構とΔω法を利用した回折斑点数の定量化(申請書記載の技術A)、2)そのNaNiF3ポストペロブスカイト相転移およびMg2SiO4のポストスピネル相転移への応用(研究AB)、3)可動式角度高分解能検出器の検討(技術B)、4)挿入光源IDビームラインにおける高圧脱水反応の高速時分割測定(技術C研究C)、に取り組んだ。1)では既存のCCDやIPを用いて2次元X線回折測定を行い回折斑点数の定量化を確認しつつ、その散乱角および方位角分解能のカメラ距離依存性を検討した。特に粒径数ミクロンのペロブスカイト多結晶体試料において、カメラ距離を最大3.3mまで伸ばすことで、散乱角および方位角方向ともに分解能が向上することを確認し、細粒粒子の回折斑点の検出や高分解能での差応力測定への応用が期待された。2)では通常のカメラ距離において、Δω法を用いたポストペロブスカイト相転移実験を行い、回折斑点挙動から新相粒子の核生成-成長カイネティクスのその場観察に成功した。また差応力場におけるポストスピネル相転移では、アキモトアイト+ペリクレイスを経てブリッジマナイトが出現する際に、より巨大な共析コロニーが出現することを回折斑点挙動から見出した。3)では20x15cmのフラットパネル型2次元検出器を新規に購入し、放射光ビームラインでの測定テストを行った。予備的データではあるが、BM光を用いた3.3mの超長カメラ距離測定においても、これまでより短時間の10秒程度の露出で回折斑点の測定が可能であることを確認した。さらに4)では、MA型高圧装置と高エネルギーID単色光を組み合わせ、アンチゴライトの高圧脱水カイネティクスをその場観察した。従来より3桁程度速い0.1秒毎の高速測定に成功し、それによって新しい準安定脱水反応を見出した。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1)および2)では、既存のBM光を用いて地球深部で重要な特徴ある相転移の核生成と成長の回折斑点挙動のその場観察に成功した。また超長カメラ距離での測定でも分解能の向上が認められている。3)では検出器の価格高騰により当初の予定より小さい面積の二次元検出器を購入せざるを得なかったが、設置方法を工夫することでその問題も克服できそうである。4)のID光による高速測定では期待以上のクオリティの時分割データが得られ、新規現象の発見につながった。このように、いまだ予備的段階ではあるが、それぞれの取り組みにおいて空間分解能、時間分解能ともに既存の手法に比べ著しく向上することが期待される結果が得られている。
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今後の研究の推進方策 |
1)2)については、それぞれの相転移について、より系統的に温度や過剰圧を変えたカイネティクス実験を行い、回折斑点挙動から個々の粒子のカイネティクスを制約することを目指す。3)については、超長カメラ距離においてyz方向へ可動できるステージを導入して角度高分解能2次元検出器システムを完成させ、bulk-rock dynamicsとgrain-scale dynamicsの両方をルーチンに測定できるようにし、高圧相転移実験や変形実験中の粒径進化のその場測定に応用していく。4)については、当初オリビンースピネル相転移への適用を考えていたが、22年度に取り組んだポストアンチゴライト反応やオリビンの脆性ー塑性転移条件付近での不安定スベリにも適用していく。高速測定に加え、μビームを用いたマッピングによる高空間分解能測定にも着手する。そのための実験セルの開発等も進める。
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