星雲ガスおよび惑星大気を使った気相-固相反応の実験的研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11640436
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 橋元 明彦 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30261275)
• 研究分担者: 小笹 隆司 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90263368)
• キーワード: 星雲ガス / 惑星大気 / 気相-固相反応 / 星間塵 / 反応速度 / 蒸発 / 凝縮

研究概要

本研究では、現実に近い星雲ガス、および惑星大気を実験室で再現し、その温度、圧力、化学組成の関数として、星間塵の蒸発・再凝縮の反応速度、および惑星表面の浸食速度を求める。この目的で、不活性元素を除く宇宙の代表的3元素H,O,Cを所要の比に混合するシステムの製作を行った。星雲ガス生成のために、H_2(純粋)・CO_2(純粋)・CO(純粋)の3種類のガスを精密ガス流量制御器により流量を制御した上、真空引きしたガス混合器内に噴出できるシステムを製作した。また混合比を確認するために、四重極質量分析計(現有)を取付けて分析の行える新たなポートを製作した。
任意の温度において混合ガスを速やかに熱力学平衡に達せしめるために、顆粒状のPt触媒を半量充填した特殊形状のPtRh製反応容器を製作した。また、高温真空下では反応容器自体の蒸発も進行するため、アルミナ製の保護容器を作製し前者に密着させた。これらを上記ガス混合器に接続し、真空加熱炉(最高温度1600℃;現有)内に取付けてテスト実験を行なっている。また酸素分圧を混合ガスの流量(又は全圧)の関数として制御する目的で、熱力学計算により、任意の混合ガス濃度において実現される酸素その他のガス分圧の値を予測するコンピュータ・プログラムを開発した。これにより酸素を含め各種ラジカルの濃度と反応速度の相関を予測することができた。
星雲ガスの第一次近似である純粋の水素中における星間塵の蒸発・再凝縮の反応速度の研究を行い、蒸発反応速度は原子水素の濃度に比例して進行し、また反応の温度効果は、吸着した水素原子が金属と酸素の結合を1本切るのに必要な活性化エネルギーに対応していることを見出した。凝縮反応は水素原子の濃度に逆比例することから、水酸基が凝縮反応を制御しているらしいことが予測された。

研究成果

• [文献書誌] Richter,F.M.: "Elemental and isotopic fractionation of CAI liquids at T=17734 and PH_2=1.9×10^<-4> bar. "Lunar Planet.Sci.. XXXI CD-ROM 1973. (2000)
• [文献書誌] Kuroda,D.: "The reaction of forsterite with hydrogen under nebular P-T conditions."Proc.33rd.ISAS Lunar and Planet.Symp.. 33. 80-83 (2000)
• [文献書誌] Wang,J.: "Chemical and isotopic fractionation during evaporation of FeO-MgO-SiO_2-CaO-Al_2O_3-TiO_2 rare earth element"Geochim. Cosmochim. Acta.. 65. 479-494 (2001)
• [文献書誌] Kuroda, D.: "The reaction of forsterite with hydrogen-its apparent and real temperature dependences."Antarctic Meteorite Research. 13(in press). (2001)
• [文献書誌] Chigai, T.: "Heteorogeneous condensation of presolar core-mantle grains II. Formation conditions"Proc. 33rd ISAS Lunar and Planet. Symp.. 33. 111-114 (2000)
• [文献書誌] Blum, J.: "Growth and form of planetary seedings: results from a microgravity aggregation experiment."Physical Review Letters. 85. 2426-2429 (2000)