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岩石型惑星と大型氷天体のマントルにおいては、低応力条件下で構成物質が熱対流している。おおよそ熱対流応力は1 MPa以下であり、そのような低応力条件では物質は拡散クリープ機構で塑性変形すると考えられている。変形量と拡散による原子と空孔の輸送量の釣り合いの関係から理論的に拡散クリープの流動則の式が導かれており、マントルダイナミクスを計算する際に広く用いられている。しかし、この式には拡散の異方性や、物質ごとに異なる欠陥の微視的拡散機構の違いが考慮されていないという問題点がある。本研究は、氷や地球内部アナログ物質について、拡散クリープの直接的な証拠である応力誘起拡散を実験により可視化し、この結果に基づいて拡散クリープ流動則の式を改良することを目指すものである。
令和3年度までに、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)高圧発生装置を用いて高圧氷の同位体拡散実験を行い、顕微赤外分光マッピング測定により、粒界近傍での同位体拡散プロファイルを可視化することが出来た。令和4年度は、分析プローブとしてイメージングラマン分光器を用いて、高圧氷やメタンクラスハイドレート多結晶体のサブミクロン分解能で拡散プロファイルを明らかにすることができた。また、試料と接するダイヤモンドアンビルのラマンシフトを解析することによって、拡散実験中のDAC試料室内の応力分布を明らかにできる可能性があることが分かった。試料内部の応力分布と拡散の関係を明らかにするため、実験データの解析を進めているところであり、応力誘起拡散を明らかにできる可能性がある。
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