| 研究課題/領域番号 |
19H02004
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
福井 宏之 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 助教 (90397901)
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| 研究分担者 |
米田 明 大阪大学, 理学研究科, 招へい研究員 (10262841)
芳野 極 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (30423338)
鎌田 誠司 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), その他 (30611793)
中塚 晃彦 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80294651)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 弾性波速度 / 高温 / 高圧 / 単結晶 / X線非弾性散乱 |
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| 研究実績の概要 |
下部マントル最下部の条件（100ギガパスカル程度）までブリッジマナイト単結晶を加圧するための「遠隔操作型ダイヤモンドアンビルセル加圧・加熱制御装置」の立ち上げを行った。分光装置では、ルビー蛍光やダイヤモンドラマンエッジを良好に測定することができ、ガス駆動加圧装置により発生した圧力を測定することができた。
ガス加圧外熱式ダイヤモンドアンビルセルをSPring-8のビームラインで使用し、800ケルビンの温度発生に成功した。粉末試料では750ケルビンで20ギガパスカルまでの条件で金属鉄の粉末回折パターンが測定された。金属単結晶（タンタルおよび銅）を試料とした実験では、室温で10ギガパスカルまで加圧した後に500ケルビンまで加熱したが、タンタルでは反射の幅が広がり良好な結晶性を保つことはできなかった。銅では加熱中にダイヤモンドが破損した。安定的に単結晶を高温高圧条件に保つためには、発生圧力に応じて、ダイヤモンドキュレットやガスケットの寸法の最適化が必要である。
ブリッジマナイト単結晶について、さらに2種類の異なる組成の単結晶を合成し、結晶学的測定を実施した。これについては現在論文に纏めているところである。
NaCl単結晶に対し高圧下でのIXS測定を実施して得られた体積弾性率の圧力依存性から絶対圧力スケールを提案した。NaClの圧力と温度および体積弾性率の関係を良く記述するためには、従来良く用いられている3パラメータの状態方程式ではなく、高次の項を取り入れた4パラメータの状態方程式を用いる必要があることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ラボで使用する装置がそろったため、単結晶の高温下での加圧実験を推進することができる。外熱DACは500ケルビンの発生を目的としていたが、現在の装置では、断熱材やヒーター線を上手く選択することにより800ケルビンまでの発生が十分に可能なものとなった。組成の異なるブリッジマナイト単結晶を合成できたため、次年度以降それらの非弾性散乱測定を実施することで、下部マントルの温度化学構造の解明に向けたデータ取得が可能となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
金属単結晶を「遠隔操作型ダイヤモンドアンビルセル加圧・加熱制御装置」により加圧する実験を行い、ラボの4軸回折計により結晶性の変化を測定する。これらの結果に基づきガスケット厚みなどの最適な条件を探索する。
合成されたブリッジマナイト単結晶に対しX線非弾性散乱を実施することで弾性波速度および単結晶弾性率を測定し、それらがどのような温度圧力化学組成依存性を持つかを明らかにする。
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