メタン及び水素ハイドレートの低温～高温高圧下での物性変化と氷天体内部構造の推定

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22244055
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 平井 寿子 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特命教授 (60218758)
• 研究分担者: 山本 佳孝 産業技術総合研究所, メタンハイドレートセンター, チームリーダー (80358283)
• 連携研究者: 町田 真一 一般財団法人総合科学研究機構, 利用研究促進部, ビームラインサイエンティスト (30554373)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: メタンハイドレート / 水素ハイドレート / 高圧 / 氷惑星・衛星 / 内部構造

研究概要

水素やメタン、氷は太陽系や宇宙の主要な構成成分である。これらの水素やメタン、氷からなるメタンハイドレートや水素ハイドレートが近年太陽系の惑星・衛星や恒星の初期過程である原始星に存在する可能性が報告されている。これらの氷天体の内部構造や状態は主に探査機による分光学的・物理学的測定や理論計算によって推定されてきたが、実験的な検証はほとんどなされていない。本研究ではメタンハイドレートや水素ハイドレートを氷惑星のマントルや小氷天体の内部に相当する低温高圧から室温高圧の条件下におき、これらガスハイドレートの相変化や特異的な特性を実験的に明らかにした。これらの結果をもとに氷惑星や衛星の内部構造を推定した。

研究成果

• [雑誌論文] Phase changes of filled ice Ih methane hydrate under low temperature and high pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Tanaka, Hisako Hirai, Takahiro Matsuoka, Yasuo Ohishi, Takehiko Yagi, Michika Ohtake, Yoshitaka Yamamoto, Satoshi Nakano, and Tetsuo Irifune
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 139 ページ: 104701
  • DOI: 10.1063/1.4820358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Filled ice Ic 水素ハイドレートの低温高圧下における相変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平井寿子,香川慎伍,田中岳彦,松岡岳洋,八木健彦,大石泰生,山本佳孝,大竹道香
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 71 ページ: 173-180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transformation to a tetragonal structure of filled ice Ic hydrogen hydrate under low temperature and high pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Hisako Hirai, Shingo Kagawa, Takehiko Tanaka, Satoshi Nakano, Takumi Kikegawa, Michika Ohtake, Yoshitaka Yamamoto
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 巻: 2012 ページ: #30
• [雑誌論文] Reaction of forsterite with hydrogen molecules at high pressure and temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Shinozaki, H. Hirai, H. Kagi, T. Kondo, T. Okada, D. Nishio-hamane, S. Machida, T. Irifune, T. Kikegawa, and T. Yagi
  • 雑誌名: Phys. Chem. Mineral 巻: 39(2) ページ: 123-129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural changes of filled ice Ic hydrogen hydrate under low temperatures and high pressures from 5 to 50 Gpa (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisako Hirai, Shingo Kagawa, Takehiko Tanaka, Takahiro Matsuoka, Takehiko Yagi,Yasuo Ohishi, Satoshi Nakano, Yoshitaka Yamamoto, and Tetsuo Irifune
  • 雑誌名: J. CHem. Phys 巻: 137 ページ: 074505
  • DOI: 10.1063/1.4746017
  • 査読あり
• [雑誌論文] ハイドレートの超高圧物性と太陽系・宇宙における存在の可能性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平井寿子
  • 雑誌名: 日本伝熱学会誌「伝熱」 巻: Vol. 51 ページ: 78-81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast and Reversible Hydrogen Storage in Channel Cages of Hydroquinone Clathrate (2012)
  • 著者名/発表者名: Kyu Won Han, Yun-Je Lee, Jin Seok Jang, Tae-In Jeon, Jeasung Park, Taro Kawamura, Yoshitaka Yamamoto, Takeshi Sugawara
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 546 ページ: 120-124
  • 査読あり
• [雑誌論文] A stabilizing mechanism of carbon dioxide hydrate under low-temperature and high-pressure (2012)
  • 著者名/発表者名: Hisako Hirai, Satoshi Nakano, Yoshitaka Yamamoto, Takehiko Yagi, Takumi Kikegawa
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 巻: 2011 ページ: #29
• [雑誌論文] Existence of a new high-pressure phase of CO2 hydrate and lattice expansion with cage-occupancy change of sI structure under lower temperature and high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H., Komatsu, K., Honda, M., Kawamura,T., Yamamoto, Y., Yagi, T
  • 雑誌名: Phys, Chem. Ice 2010, (Eds: Yoshinori Furukawa, Gen Sazaki, Tsutomu Uchida, and Naoki Watanabe, Hokkaido University Press, Sapporo, Japan) ページ: 209-214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermolecular interactions between hydrogen and water molecules in filled ice structures for deuterated hydrogen hydrate under high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Machida, S., Hirai, H., Kawamura, T., Yamamoto, Y. and Yagi, T
  • 雑誌名: Phys, Chem. Ice 2010, (Eds: Yoshinori Furukawa, Gen Sazaki, tsutomu Uchida, and Naoki Watanabe, Hokkaido University Press, Sapporo, Japan) ページ: 111-116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotopic effect and amorphization of deuterated hydrogen hydrate under high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichi Machida, Hisako Hirai, Taro Kawamura, Yoshitaka Yamamoto, and Takehiko Yagi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 83 ページ: 144101
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.83.144101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enclathration of Hydrogen by Organic-Compound Clathrate Hydrates (2011)
  • 著者名/発表者名: Taro Kawamura, Satoshi Takeya, Michika Ohtake, Yositaka Yamamoto
  • 雑誌名: Chem. Engr. Sci 巻: 66 ページ: 2417-2420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase changes of CO_2 hydrate under high pressure and low temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: Hisako HIRAI, Mizuho HONDA, Shin-ichi MACHIDA, Takumi KIKEGAWA, Yoshitaka YAMAMOTO, Takehiko YAG
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 巻: 2010 ページ: #28
• [雑誌論文] Phase changes of CO2 hydrate under high pressure and low temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Hisako Hirai, Kazuki Komatsu, Mizuho Honda, Taro Kawamura, Yoshitaka Yamamoto, and Takehiko Yagi
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 133 ページ: 124511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes in structure and preferential cage occupancy of ethane hydrate and ethane-methane mixed gas hydrate under high pressure (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Hirai, N. Takahara, T. Kawamura, Y. Yamamoto, T. Yagi
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series, (Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50 Tokyo, July 26-31, 2009) 巻: 215 ページ: 012059
  • DOI: 10.1088/1742-6596/215/1/012059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural changes and intermolecular interactions of filled ice Ic structure for hydrogen hydrate under high pressure (2010)
  • 著者名/発表者名: S Machida, H Hirai, T Kawamura, Y Yamamoto, T Yagi
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 215 ページ: 012060
  • DOI: 10.1088/1742-6596/215/1/012060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymerization of methane molecules and phase transition of San Carlos olivine under the Earth's mantle conditions (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Shinozaki, H. Hirai, H. Kagi, T. Kondo, T. Yagi
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 215 ページ: 012104
  • DOI: 10.1088/1742-6596/215/1/012104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman spectra for hydrogen hydrate under high pressure : Intermolecular interactions in filled ice Ic structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Machida, S., Hirai, H., Kawamura, T., Yamamoto, Y. and Yagi, T
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Solids 巻: 71 ページ: 1324-1328
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of loading system for liquid hydrogen into diamond-anvil cells under low temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Machida, S., Hirai, H., Gotou, H., Sakakibara, T.,Yagi, T
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instr 巻: 81 ページ: 033901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociation Behavior of Hydrate Core Sample Using Thermodynamic Inhibitor-Part 3. Inhibitor or Steam Injection Combined with Depressurization and High-Concentration Inhibitor Injection (2010)
  • 著者名/発表者名: Taro Kawamura, Michika Ohtake, Yoshitaka Yamamoto, Hironori Haneda, Takeshi Komai
  • 雑誌名: International Journal of Offshore and Polar Engineering 巻: 20 ページ: 125-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas-Phase Synthesis and Characterization of CH4-loaded Hydroquinone Clathrates (2010)
  • 著者名/発表者名: Jong-Won Lee, Yongjae Lee, Satoshi Takeya, Taro Kawamura, Yoshitaka Yamamoto, Yun-Je Lee, Ji-Ho Yoon
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 114 ページ: 3254-3258
  • 査読あり
• [学会発表] Phase changes induced by guest ordering of filled ice lh structure of methane hydrate under high pressure and low temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H., Tanaka, T., Matsuoka, T., Ohishi, Y., Yagi, T., Kagawa, S., Ohtake, M. and Yamamoto, Y
  • 学会等名: APS-SCCM & AIRAPT-24 Joint Conference
  • 発表場所: Washington, USA
  • 年月日: 2013-07-09
• [学会発表] A possible existence of phase change of deuterated ice VII at about 11 Gpa by X-ray and Raman studies (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H., Kadobayashi, H., Matsuoka, T., Ohishi, Y. and Yagi, T
  • 学会等名: APS-SCCM & AIRAPT-24 Joint Conference
  • 発表場所: Washington, USA
  • 年月日: 2013-07-08
• [学会発表] Phase changes of filled ice Ih methane hydrate and filled ice Ic hydrogen hydrate under low temperatures and high pressures (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H.et al
  • 学会等名: IUCrHP2012
  • 発表場所: Hotel Lake View Mito, Mito, Japan
  • 年月日: 20120923-27
• [学会発表] Change in structure of hydrogen hydrate under low temperature and high pressure above 5 Gpa (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H. et al
  • 学会等名: Joint 2012 COMPRES Annual Meeting and High-Pressure Mineral Physics
  • 発表場所: Lake Tahoe CA, USA
  • 年月日: 20120700
• [学会発表] Stabilities of filled ice II structure of hydrogen and helium hydrates at low temperatures and high pressures (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H. et al
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2011
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2011-12-08
• [学会発表] Phase changes of carbon dioxide and methane hydrates under high pressure, and the implications for the Earth and planetary sciences (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H. et al
  • 学会等名: GL-GRC Inter-Institutional Science Symposium
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2011-09-19
• [学会発表] Phase changes of H2 and He hydrates under high pressure and low temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H et al
  • 学会等名: IUCr2011
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 2011-08-25
• [学会発表] Polymerization of methane under the Earth mantle and Neptune conditions (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Hirai, A. Shinozaki, T. Kawamura, Y. Yamamoto
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2010
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 年月日: 20100500
  • 招待講演
• [学会発表] 超高圧下のハイドレート物性と宇宙における存在の可能性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平井 寿子
  • 学会等名: 日本エネルギー学会ガスハイドレート研究会 第40回記念大会 「ガスハイドレートの可能性～ナノから宇宙まで～」
  • 発表場所: 東京海洋大学
  • 年月日: 20100400
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://earth.sci.ehime-u.ac.jp/~hirai/
• [備考]
  • URL: http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/