火星核条件までの鉄合金メルトの音速・密度測定手法の開発

• 研究課題/領域番号: 26800231
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西田 圭佑 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40530887)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 火星核 / 月核 / 液体 / 音速 / 高温高圧 / 鉄合金 / 地球核 / 密度 / 水星核 / メルト

研究成果の概要

KEK PF AR-NE7Aビームラインにおいて超音波パルスエコー法、川井型マルチアンビルと放射光X線を組み合わせた手法による高温高圧その場音速測定環境を立ち上げた。追加実験とデータの再解析を行い、研究グループによってFe-Sメルトの音速が一致しない問題を解決し、新たな月核の密度・速度構造モデルを提案した。
20GPaまでの鉄合金メルトの音速測定手法を開発した。高温高圧下で試料の反射面を平行に保てるように高圧セルパーツを最適化した。高感度かつ高帯域な超音波トランスデューサーを開発した。最も精度の良い測定で誤差1%、最も高い圧力条件で誤差2.5%でFe80S20メルトの音速の測定に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Towards a consensus on the pressure and composition dependence of sound velocity in the liquid Fe-S system (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, A. Suzuki, H. Terasaki, Y. Shibazaki, Y. Higo, S. Kuwabara, Y. Shimoyama, M. Sakurai, M. Ushioda, E. Takahashi, T. Kikegawa, D. Wakabayashi, and N. Funamori
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 257 ページ: 230-239
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2016.06.009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Compressional and shear wave velocities for polycrystalline bcc-Fe up to 6.3 GPa and 800 K (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shibazaki, K. Nishida, Y. Higo, M Igarashi, M. Tahara, T. Sakamaki, H. Terasaki, Y. Shimoyama, S. Kuwabara, Y. Takubo, E. Ohtani
  • 雑誌名: American mineralogist 巻: 101 号: 5 ページ: 1150-1160
  • DOI: 10.2138/am-2016-5545
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sound velocity and elastic properties of Fe-Ni and Fe-Ni-C liquids at high pressure (2016)
  • 著者名/発表者名: Soma Kuwabara, Hidenori Terasaki, Keisuke Nishida, Yuta Shimoyama, Yusaku Takubo, Yuji Higo, Yuki Shibazaki, Satoru Urakawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Tadashi Kondo
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 43 号: 3 ページ: 229-236
  • DOI: 10.1007/s00269-015-0789-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Repulsive Nature for Hydrogen Incorporation to Fe₃C up to 14 GPa (2014)
  • 著者名/発表者名: Terasaki H., Shibazaki Y., Nishida K., Tateyama R., Takahashi S., Ishii M., Shimoyama Y., Ohtani E., Funakoshi K., Higo Y.
  • 雑誌名: ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ 巻: 54 号: 11 ページ: 2637-2642
  • DOI: 10.2355/isijinternational.54.2637
  • NAID: 130004705014
  • ISSN: 0915-1559, 1347-5460
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-pressure and high-temperature phase diagram for Fe0.9Ni0.1-Halloy (2014)
  • 著者名/発表者名: Shibazaki Y., Terasaki H., Ohtani E., Tateyama R., Nishida K., Funakoshi K., Higo Y.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 228 ページ: 192-201
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.12.013
  • 査読あり
• [学会発表] 高温高圧下におけるFe-S メルトの音速測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西田圭佑、柴崎裕樹、戸邉宙、阿部涼太、若林大佑、船守展正、 寺崎英紀、肥後祐司、鈴木昭夫
  • 学会等名: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 20 GPa までのFe-S 系メルトの音速測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西田圭佑、柴崎裕樹、戸邉宙、阿部涼太、若林大佑、船守展正、寺崎英紀、肥後祐司、 鈴木昭夫
  • 学会等名: 第57回高圧討論会
  • 発表場所: 筑波大学大学会館（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-10-26
• [学会発表] Technical development and improvement for sound velocity measurements of liquid Fe-S up to 15 GPa using ultrasonic pulse-echo method (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, A. Suzuki, Y. Shibazaki, D. Wakabayashi, N. Funamori
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2016年度大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県幕張市）
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] 20 GPa までのFe-S 系メルトの音速測定手法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西田圭佑
  • 学会等名: 第３回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点（PRIUS）シンポジウム
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2016-02-23
• [学会発表] The effects of pressure and alloying Ni and C on sound velocity of liquid Fe-alloys (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Terasaki, S. Kuwabara, K. Nishida, Y. Shimoyama, Y. Takubo, Y. Higo, Y. Shibazaki, S. Urakawa, T. Kondo
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Fe-NiおよびFe-Ni-C 融体の音速の圧力依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺崎英紀，桑原荘馬，下山裕太，西田圭佑，肥後祐司，田窪勇作，柴崎裕樹，浦川啓，近藤忠
  • 学会等名: 第56回高圧討論会
  • 発表場所: JMSアステールプラザ（広島県広島市）
  • 年月日: 2015-11-10
• [学会発表] The effect of Ni and C on sound velocity of liquid Fe at high pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kuwabara, H. Terasaki, Y. Shimoyama, K. Nishida, Y. Higo, Y. Takubo, Y. Shibazaki, M. Tahara, M. Igarashi, T. Sakamaki, Y. Tange, T. Kondo
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2015年度大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県幕張市）
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] Sound velocity and density of liquid Fe-Ni-Si under pressure: Ap4plication to the composition of planetary molten core (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Terasaki, Soma Kuwabara, Yuta Shimoyama, Yusaku Takubo, Satoru Urakawa, Keisuke Nishida, Akihisa Takeuchi, Yoshio Suzuki, Kentaro Uesugi, Tetsu Watanuki, Yoshinori Katayama, Tadashi Kondo, Yuji Higo
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ（アメリカ）
  • 年月日: 2014-12-15
• [学会発表] PF AR-NE7Aでの高圧下における弾性波速度測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西田圭佑、鈴木昭夫、若林大佑、柴崎裕樹、亀卦川卓美、船守展正
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県）
  • 年月日: 2014-11-23
• [学会発表] 高圧下その場X線小角散乱による相転移中間状態の観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友子、若林大佑、西田圭佑、横井雄行、亀卦川卓美、船守展正
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県）
  • 年月日: 2014-11-23
• [学会発表] X線小角散乱で見る高圧力下のイオン液体の構造変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浜谷望、高久真由美、山村実早保、若林大佑、西田圭佑、船守展正、佐藤友子、亀卦川卓美、阿部洋、吉村幸浩
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県）
  • 年月日: 2014-11-23
  • 招待講演
• [学会発表] 超音波法およびX線CTを用いた高圧下におけるFe-Ni-C及びFe-Ni融体の音速・密度の同時測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桑原荘馬、寺崎英紀、西田圭佑、下山裕太、肥後祐司、田窪勇作、浦川啓、鈴木芳生、竹内晃久、上杉健太朗、近藤忠
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県）
  • 年月日: 2014-11-22
• [学会発表] Relationship between sound velocity and density of liquid alloy under pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺崎英紀、西田圭佑、浦川啓、桑原荘馬、田窪勇作、下山裕太、上杉健太朗、竹内晃久、 鈴木芳生、河野義生、肥後祐司、近藤忠
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • 年月日: 2014-04-29