普及型ピストンシリンダー装置の開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09554028
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 高橋 栄一 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (40144779)
• 研究分担者: 山下 浩之 神奈川県立歴史博物館, 学芸部, 技師(研究職) (60261195) ; 平田 大二 神奈川県立歴史博物館, 学芸部, 主任学芸員(研究職) (70132917)
• キーワード: ピストンシリンダー / 高圧装置 / 地球科学 / 惑星科学 / 材料科学 / 高圧実験 / 地殻 / マントル

研究概要

高額な初期費用および管理維持費から、実験岩石学は特定の研究機関において発達し、実験岩石学者の集中、限定化がおこってしまっている。これは実験岩石学の普及と発展において望ましい状況ではなく、簡易廉価な高圧実験装置の開発が急務である。我々はボイド-イングランド型ピストンシリンダーを小型化し、締めつけ用油圧ラムを省略することによって、加圧・加熱に必要なすべての装置一式を300万円程度の費用で導入できるようにした。平成9年度に開発した、直径1/2インチの圧力室を持つ標準型の装置の場合、油圧ラムの小型化によってピストンシリンダー部の重量は100kg以下になり、油圧ポンプ、電源と合わせても通常の作業机におけるほどの小型化がなされた(A-1型、神奈川県立自然科学博物館に設置)。この成功を受けて、平成10年度には直径3/4インチの内径を持つシリンダーを2GPaまで加圧する事ができる(K-2型、全重量165Kg、東京工業大学理学部に設置)装置を開発する事に成功した。
両装置ともに実験温度はPIDコントローラーによって制御され、プログラム制御が可能である。圧力測定には高価なハイゼゲージに換えてデジタル式圧力計を導入し、実験時における圧力変化を追跡できるようにした。圧力は微量ポンプの導入によって0.005 GPa程度の精度で制御可能となった。シリンダー部は冷却効果を高めるため表面積の4分の3を覆うウォータージャケットを取り付けた。本研究で試作したシリンダー部は常温であれば3GPaで十分に使用可能であることが確認された。高温での加圧実験はいまた耐久テストが行われつつある状況であるが、1/2インチのピストンシリンダーでは2.5GPa程度、 3/4インチピストンシリンダーでは2.0GPa程度が実用リミットと予想される。

研究成果

• [文献書誌] E.Takahashi,K.Nakajima and T.L.Wright: "Origin of the Columbia River Basalts:Melting model of a heterogeneous plume head" Earth Planet.Sci.Lett.162. 63-80 (1998)
• [文献書誌] W.Wang,E.Takahashi and S.Sueno: "Geochemical properties of lithosheric mantle beneath Sino-Korea craton" Phys.Earth Planet.Inter.107. 119-130 (1998)
• [文献書誌] K.Tsuruta and E.Takahashi: "Melting study of an alkali basalt JB-1 up to 10 GPa:behavior of potassium in the deep mantle." Phys.Earth Planet.Inter.107. 119-130 (1998)
• [文献書誌] T.Kogiso,K.Hirose,and E.Takahashi: "Melting experiments on homogeneous mixtures of pridotite and basalt:Applic ation to the genesis of oceanic island basalts." Earth Planet Sci.Lett. 162. 45-61 (1998)
• [文献書誌] T.Okuchi and E.Takahashi: "Hydrogen in molten iron at high pressure:the first measurement" “Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressures and High Temperatures"ed.by M.Manghnani and Y.Shono,Am.Geophys.Union Monograph. 249-260 (1998)
• [文献書誌] Shibata,E.Takahashi,and J.Matsuda: "Solubility of Ne,Ar,Kr and Xe in binary and ternary silicate systems:a new view on noble gas solubility" Geochim Cosmochim Acta. 62. 1241-1253 (1998)