放射光と超高圧技術による地球深部物質の深査

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15GS0215
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 入舩 徹男 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (80193704)
• 研究分担者: 山崎 大輔 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助手 (90346693) ; 井上 徹 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教授 (00291500) ; 趙 大鵬 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (70304665) ; 西山 宣正 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 日本学術振興会特別研究員(PD) ; 阪本 志津枝 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 研究機関研究員
• キーワード: 超高圧発生 / X線その場観察 / 弾性波速度 / 下部マントル / 焼結ダイヤモンド / 高圧相転移 / 高圧相焼結体

研究概要

本研究の主要な目標は1)マルチアンビル装置を用いた70GPa領域でのX線その場観察、および2)超音波技術と放射光実験を組み合わせた精密弾性波速度測定の2つの技術開発をすすめ、これに基づきマントル遷移層〜下部マントル領域の物質構成の解明をおこなうことである。研究初年度の平成15年度においては1)に関しては一辺14mmの焼結ダイヤモンドアンビルを用いた新しい試料部構成の開発をおこない、SPring-8において圧力発生試験をおこなった。この結果、従来45GPa程度にとどまっていた発生圧力限界を大幅に更新し、常温ながら60GPaの発生に成功した。更に、新しい加圧方式として、単結晶ダイヤモンドとマルチアンビル装置を組み合わせた高圧セルを開発し、50GPa程度の圧力発生が可能になった。一方、2)に関しては愛媛大学地球深部研究センターにおいて新たに弾性波測定システムを立ち上げるとともに、弾性波測定に適した高圧相焼結体合成をおこなった。得られたMg_2SiO_4スピネルに対して、GRCの超高圧発生装置と弾性波測定システムを用いて、15GPaまでの弾性波速度の決定に成功した。更にSPring-8において、透過X線像による試料部観察と解像度に関する基礎的な予備実験をおこなった。このように、本年度は当初の目標どおり研究が進展しており、来年度以降より高い圧力発生への挑戦とともに、SPring-8における弾性波測定をめざし、新たな技術開発に基盤をおいた放射光地球科学研究の展開を計る予定である。

研究成果

• [文献書誌] Irifune, T.: "Ultrahard polycrystalline diamond from graphite"Nature. 421. 599-600 (2003)
• [文献書誌] 入船 徹男: "超高圧下でのダイヤモンド直接変換合成"高圧力の科学と技術. 13. 258-264 (2003)
• [文献書誌] Yamazaki, D.: "Fe-Mg interdiffusion in magnesiowustite up to 35 GPa"Earth Planet.Sci.Lett.. 216. 301-311 (2003)
• [文献書誌] Sumiya, H.: "Microstructure features of polycrystalline diamond synthesized directly from graphite under static high pressure"J.Mat.Sci.. 39. 445-450 (2003)
• [文献書誌] Isshiki, M.: "Stability of magnesite an its high-pressure form in the lowermost mantle"Nature. 427. 60-62 (2004)
• [文献書誌] Nishiyama, N.: "In situ X-ray observation of the spinel-postspinel transition in a pyrolite composition"Phys.Earth Planet.Inter.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Irifune, T.: "Formation of pure polycrystalline diamond by directo conversion of graphite at high pressure and high temperature"Phys.Earth Planet.Inter.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Inoue, T.: "Thermal expansion of wadleyite, ringwoodite, hydrous wadsleyite and hydrous ringwoodite"Phys.Earth Planet.Inter.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Urakawa, S.: "Phase relationships and equations of state for FeS at high pressures and temperatures and implications for the internal structure of Mars"Phys.Earth Planet.Inter.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Sumiya, H.: "Indentation hardness of nano-polycrystalline diamond prepared from graphite by direct conversion"Diamond Rel.Mat.. (in press). (2004)
• [文献書誌] Irifune, T.: "Nature of polycrystalline diamond synthesized by direct conversion of graphite using Kawai-type apparatus"New Dia.Front.Carbon Tech.. (in press). (2004)