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地球内部の高温高圧条件下における鉱物融体の構造を知るために、高圧力発生可能なダイヤモンドアンビルセル(DAC)高圧発生装置を用いた液体のX線その場観察法の開発を行った。
超高圧発生可能なレバー式DACに、試料部の温度を局所的に上昇させることが可能なマイクロヒーターおよびセル全体を温めるラージヒーターを取り付け、2段式ヒーターによる抵抗加熱を行った。試料部からの熱の流出を防ぐため、ダイヤモンドの台座として、高温下でも圧縮強度の強く、優れた断熱性を持つ、窒化珪素を使用した。さらに、ラージヒーター周囲には、空気の対流による熱の流出を防ぐため、断熱材および金属保護管を取り付けた。その結果、比較的低い投入パワーで、効率よく試料温度を上昇させることに成功した(3.1度/W)。
つぎに、どの程度、液体のX線その場観察ができるかテストするため、テストサンプルとして常温常圧下で液体である二硫化炭素を選び、放射光を用いたX線その場観察を行った。その結果、約5GPa、600Kまでの温度圧力条件を同時発生できることが確認でき、かつS/N比の高い(1:1)良好な液体のX線回折パターンを得ることに成功した。この際、CS_2分子の重合に伴う液体の構造変化を見ることができた。温度圧力決定においても、熱電対、および圧力マーカーを用いることで、それぞれ数%の精度で決定できることがわかった。
現時点において、セルおよびヒーターを、限界と思われる荷重、ヒーター投入パワーにくらべ、かなりあまい条件で、使用しており、このDACを用いた場合でも、潜在的には、数10GPa、800Kまで温度圧力発生が可能であると思われる。今後、このようにして開発したDACを用い、レーザー加熱法を導入して実験を行うことにより、これまでの研究にくらべ、飛躍的に高い温度(2000K以上)、圧力(100GPa)条件下における鉱物融体の構造を調べることができると思われる。
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