Ｘ線自由電子レーザーを用いた衝撃圧縮下における物質挙動の超高速時分割その場観察

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05714
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 丹下 慶範 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70543164)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: X線自由電子レーザー / レーザー衝撃圧縮 / 超高圧実験 / 高圧相転移

研究実績の概要

X線自由電子レーザーの登場により、第三世代放射光と同等の高品質なX線回折データを数フェムト秒という極めて短い時間で取得することが可能になった。その結果これまで観察が困難だった、衝撃圧縮された物質内部で極短時間に生じる圧縮から破壊へといたるまでの現象を、時間を追って詳細に観察することが可能になり、研究代表者はこれまでX線自由電子レーザー施設SACLAにおいて、高強度レーザーを用いたポンププローブ測定の実験基盤整備に携わりつつ利用研究を進めてきた。令和元年度は、平成30年度までに理化学研究所放射光科学研究センターならびに高輝度光科学研究センターによって開発、導入された新規ポンププローブ実験用真空ターゲットチャンバー、大阪大学レーザー科学研究所によって高エネルギー化、ロングパルス化が実現された高強度レーザーを用い、引き続きレーザー衝撃圧縮ポンププローブ実験を行った。実験試料にはこれまで測定を行ってきた酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウムの多結晶体を用い、衝撃圧縮下で衝撃波の伝播にともない試料内部に生じる差応力状態のより精密な時間発展を計測するとともに、数百万気圧という超高圧力下で起きることが予想される構造相転移の直接的なその場観察を試みた。その結果、ひずみ速度やピーク温度圧力、高圧相転発生の有無により、試料内部の差応力状態とその時間発展に差異が生じる様子が確認された。また酸化マグネシウム多結晶体試料では、昨年度までに観察されていた、600万気圧程度の高圧力下で起きる融解に至るまでの低圧の実験において、一気圧で安定な塩化ナトリウム型構造から塩化セシウム型構造への構造相転移を示唆するデータの収集に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of bridgmanite-enriched layer at the top lower-mantle during magma ocean solidification (2020)
  • 著者名/発表者名: Xie Longjian、Yoneda Akira、Yamazaki Daisuke、Manthilake Geeth、Higo Yuji、Tange Yoshinori、Guignot Nicolas、King Andrew、Scheel Mario、Andrault Denis
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 1-10
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-14071-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of an Experimental Platform for Combinative Use of an XFEL and a High-Power Nanosecond Laser (2020)
  • 著者名/発表者名: Inubushi Yuichi、Yabuuchi Toshinori、Togashi Tadashi、Sueda Keiichi、Miyanishi Kohei、Tange Yoshinori、Ozaki Norimasa、Matsuoka Takeshi、Kodama Ryosuke、Osaka Taito、Matsuyama Satoshi、Yamauchi Kazuto、Yumoto Hirokatsu、Koyama Takahisa、Ohashi Haruhiko、Tono Kensuke、Yabashi Makina
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 10 ページ: 2224～2224
  • DOI: https://doi.org/10.3390/app10072224
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stability and Solubility of the FeAlO 3 Component in Bridgmanite at Uppermost Lower Mantle Conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu Zhaodong、McCammon Catherine、Wang Biao、Dubrovinsky Leonid、Ishii Takayuki、Bondar Dmitry、Nakajima Ayano、Tange Yoshinori、Higo Yuji、Cui Tian、Liu Bingbing、Katsura Tomoo
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 125 ページ: e2019JB018447
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2019JB018447
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of pressure on temperature measurements using WRe thermocouple and its geophysical impact (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishihara Yu、Doi Shunta、Kakizawa Sho、Higo Yuji、Tange Yoshinori
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 298 ページ: 106348～106348
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.pepi.2019.106348
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure effect on the electromotive force of the type R thermocouple (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishihara Yu、Doi Shunta、Hino Hideitsu、Higo Yuji、Tange Yoshinori
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 40 ページ: 205～218
  • DOI: https://doi.org/10.1080/08957959.2019.1705296
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Simple Derivation of the Birch?Murnaghan Equations of State (EOSs) and Comparison with EOSs Derived from Other Definitions of Finite Strain (2019)
  • 著者名/発表者名: Katsura Tomoo、Tange Yoshinori
  • 雑誌名: Minerals 巻: 9 ページ: 745～745
  • DOI: https://doi.org/10.3390/min9120745
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sharp 660-km discontinuity controlled by extremely narrow binary post-spinel transition (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishii Takayuki、Huang Rong、Myhill Robert、Fei Hongzhan、Koemets Iuliia、Liu Zhaodong、Maeda Fumiya、Yuan Liang、Wang Lin、Druzhbin Dmitry、Yamamoto Takafumi、Bhat Shrikant、Farla Robert、Kawazoe Takaaki、Tsujino Noriyoshi、Kulik Eleonora、Higo Yuji、Tange Yoshinori、Katsura Tomoo
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 12 ページ: 869～872
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41561-019-0452-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solid Solution and Compression Behavior of Hydroxides in the Lower Mantle (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishi M.、Tsuchiya J.、Kuwayama Y.、Arimoto T.、Tange Y.、Higo Y.、Hatakeyama T.、Irifune T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 124 ページ: 10231～10239
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2019JB018146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase relations of MgSiO3-FeSiO3 system up to 64?GPa and 2300?K using multianvil apparatus with sintered diamond anvils (2019)
  • 著者名/発表者名: Arimoto Takeshi、Irifune Tetsuo、Nishi Masayuki、Tange Yoshinori、Kunimoto Takehiro、Liu Zhaodong
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 295 ページ: 106297～106297
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.pepi.2019.106297
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal expansion and P-V-T equation of state of cubic silicon nitride (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama Norimasa、Fujii Kotaro、Kulik Eleonora、Shiraiwa Masahiro、Gaida Nico A.、Higo Yuji、Tange Yoshinori、Holzheid Astrid、Yashima Masatomo、Wakai Fumihiro
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 巻: 39 ページ: 3627～3633
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.05.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phase transition of wadsleyite-ringwoodite in the Mg2SiO4-Fe2SiO4 system (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsujino Noriyoshi、Yoshino Takashi、Yamazaki Daisuke、Sakurai Moe、Sun Wei、Xu Fang、Tange Yoshinori、Higo Yuji
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 104 ページ: 588～594
  • DOI: https://doi.org/10.2138/am-2019-6823
  • 査読あり
• [学会発表] 高圧鉱物の逆相転移プロセスと衝撃変成隕石への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 久保友明, 宮原正明, 嘉村航, 今村公裕, 肥後祐司, 丹下慶範
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] 時効硬化型アルミニウム合金における固溶量と析出現象に及ぼす高圧力の効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 増田高大, 廣澤渉一, 堀田善治, 有田誠, 新名亨, 入舩徹男, 肥後祐司, 丹下慶範, 大石泰生
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] 含水ハルツバーガイトの半脆性流動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大内智博, 雷興林, 肥後祐司, 丹下慶範, 境毅, 藤野清志
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] ナノ多結晶ダイヤモンドのレーザー衝撃圧縮 (2019)
  • 著者名/発表者名: 片桐健登, 尾崎典雅, DRESSELHAUS-COOPER Leora, EGGERT Jon, 犬伏雄一, 松岡健之, 宮西宏併, 森岡信太郎, 西山宣正, 関根利守, 瀬戸雄介, 丹下慶範, 入舩徹男, 富樫格, 梅田悠平, 矢橋牧名, 籔内俊毅, 兒玉了祐
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] 衝撃圧縮された多結晶アルミナ中の差応力時間発展 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丹下慶範, 西原遊, 瀬戸雄介, 尾崎典雅, 宮西宏併, 佐藤友子, 奥地拓生, 関根利守, 籔内俊毅, 犬伏雄一
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] XFELを用いた衝撃誘起ナノ多結晶化プロセスの直接観察と展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中島彰吾, 丹下慶範, ALBERTAZZI Bruno, FAENOV Anatoly, HARTLEY Nicholas, 犬伏雄一, 片桐健登, 兒玉了祐, KOENIG Michel, 松岡健之, 松山智至, 宮西宏併, 奥地拓生, PIKUZ Tatiana, 坂田修身, 佐藤友子, 関根利守, 瀬戸雄介, 田中和夫, 冨樫格, 矢橋牧名, 籔内俊毅, 山内和人, 尾崎典雅
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] 1273 Kにおけるカンラン石-ウォズリアイト-リングウッダイト相関係の再検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川添貴章, 白石圭, 井上徹, 福岡宏, 丹下慶範
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] CaSiO3-ペロブスカイトの相関係と状態方程式 (2019)
  • 著者名/発表者名: 辻野典秀, 山崎大輔, 肥後祐司, 丹下慶範
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] NaNiF3を用いたポストペロブスカイト相転移機構に関する実験的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下紅弓, 久保友明, 今村公裕, 肥後祐司, 丹下慶範
  • 学会等名: 第60回高圧討論会
• [学会発表] Ultrafast time-resolved XFEL diffraction study on shock-compressed corundum (2019)
  • 著者名/発表者名: 丹下慶範
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
• [学会発表] Semi-brittle flow in dunite and harzburgite at upper mantle pressures (2019)
  • 著者名/発表者名: 大内智博, 雷興林, 肥後祐司, 丹下慶範
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
  • 招待講演
• [学会発表] Dislocation creep of dry orthoenstatite aggregates under high P-T conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: 坪川祐美子, 大内智博, 肥後祐司, 丹下慶範, 入舩徹男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
• [学会発表] Faulting in deforming harzburgite under wet conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: 大内智博, 雷興林, 肥後祐司, 丹下慶範, 境毅
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
• [学会発表] Stable fault slip in antigorite-olivine aggregates at high pressures (2019)
  • 著者名/発表者名: 池原舞, 久保友明, 岩里拓弥, 肥後祐司, 今村公裕, 丹下慶範
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
• [学会発表] Some technological developments in high temperature generation using KMA and precise melting/phase relations of minerals and rocks under deep mantle conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: 入舩徹男, 周佑黙, 有本岳史, 桑原秀治, 野村龍一, 西真之, 山口桃子, 丹下慶範, 栗林貴弘, 劉兆東
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
• [学会発表] Linking occurrence and texture of dense silicate minerals in shocked meteorites with laser-shock experimental results of Mg2SiO4 analyzed by XFEL probe (2019)
  • 著者名/発表者名: 奥地拓生, Narangoo Purevjav, 尾崎典雅, 松岡健之, 瀬戸雄介, 丹下慶範, 薮内俊毅, 富岡尚敬, 関根利守, 兒玉了祐
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
• [学会発表] Shock-compressed behavior of quartz by XFEL (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友子, 丹下慶範, 瀬戸雄介, 関根利守, 尾崎典雅, 西川豊人, 宮西宏併, 松岡健之, 兒玉了祐, 富樫格, 犬伏雄一, 籔内俊毅, 矢橋牧名
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2019年大会
• [備考] 放射光利用研究基盤センター メンバーページ
  • URL: http://rud.spring8.or.jp/member/0008306.html
• [備考] Y. TANGE's site
  • URL: https://sites.google.com/view/yoshinoritange/home