Ｘ線位相イメージング法を用いた岩石中の部分溶融メルトの高温下その場観察

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25800295
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 佐藤 友子 広島大学, 理学研究科, 准教授 (80553106)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: X線位相イメージング / 小角散乱コントラスト

研究実績の概要

本研究の目的は、X線位相イメージング法を岩石試料に適用し、岩石の融解現象の高温下その場・三次元・時間分解観察を可能にすることで、部分溶融したメルトの挙動を明らかにすることである。本年度も昨年度に引き続き、小角散乱コントラスト（ビジビリティコントラスト）が岩石試料に生じる条件等、コントラストの発生要因に関する理解を深めることを目的に、密閉容器に封入した密度不均質が存在する試料や、密度・応力不均質が存在すると考えられる高圧回収試料などについて小角散乱測定を実施した。その結果、偏差応力下にさらされた後に回収されたシリカガラスは、極小角領域に、受けた偏差応力の方向に対応するような非常に強い異方的な散乱を示すことが分かった。また、水・ケイ酸塩流体に由来する小角散乱のプロファイルは、流体が一様であるように見えても、水・ケイ酸塩の量比によって形状や散乱強度が大きく異なり、試料中の不均質さを見積もるのに用いられること可能であることが示唆された。これらのことから、小角散乱コントラスト像は、岩石中のメルトの存在形態を明らかにするだけでなく、その不均質性等の情報も含むことが示唆される。
本研究で明らかになったことをまとめる。X線Talbot干渉計を用いた岩石試料の縞走査法によるX線CT測定から得られるX線吸収像・位相シフト像・ビジビリティコントラスト像のうち、特にビジビリティコントラスト（小角散乱コントラスト）像について、粒界の構造を反映する明瞭なシグナルが見られることが明らかになった。これは、解像できないスケールの位相の大きな段差が存在することによって生じており、メルトの存在形態や挙動の観察に有用であると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Shock Compression and Melting of an Fe-Ni-Si Alloy: Implications for the Temperature Profile of the Earth's Core and the Heat Flux Across the Core-Mantle Boundary (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang Youjun、Sekine Toshimori、Lin Jung-Fu、He Hongliang、Liu Fusheng、Zhang Mingjian、Sato Tomoko、Zhu Wenjun、Yu Yin
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 123 ページ: 1314～1327
  • DOI: 10.1002/2017JB014723
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 放射光によるSiO2ガラスの構造と物性の高圧下その場観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友子,船守展正
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 52 ページ: 352-356
• [雑誌論文] Dynamic fracture of tantalum under extreme tensile stress (2017)
  • 著者名/発表者名: Albertazzi Bruno,Ozaki Norimasa,Zhakhovsky Vasily,Faenov Anatoly,Habara Hideaki,Harmand Marion,Hartley Nicholas,Ilnitsky Denis,Inogamov Nail,Inubushi Yuichi,Ishikawa Tetsuya,Katayama Tetsuo,Koyama Takahisa,Koenig Michel,Krygier Andrew,Matsuoka Takeshi,Matsuyama Satoshi,McBride Emma, Tomoko Sato et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 ページ: e1602705
  • DOI: 10.1126/sciadv.1602705
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Intermediate state of SiO2 glass during pressure-induced phase transformation (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Sato
  • 学会等名: Glass and Optical Materials Division 2018 Annual Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Seamless structural transformations of SiO2 glass under high pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Wakabayashi, Tomoko Sato and Nobumasa Funamori
  • 学会等名: 2018 annual meeting of the International Commission on Glass
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 衝撃圧縮下その場X線回折による石英の一軸圧縮下相転移の探索 (2017)
  • 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，松岡健之，兒玉了祐
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] 衝撃圧縮された多結晶コランダムの時分割 XFEL その場観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丹下慶範 ・ 尾崎典雅 ・瀬戸雄介 ・ 佐藤友子 ・ 奥地拓生 ・ 松岡健之 ・ 高橋謙次郎 ・ 宮西宏併・
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] レーザー衝撃圧縮 XFEL 実験における回折光学系技術と解析例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸雄介 ・ 丹下慶範 ・ 佐藤友子 ・ 奥地拓生 ・ 尾崎典雅
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] パワーレーザーとＸＦＥＬによるレーザー衝撃圧縮ダイナミクスのその場観測実験装置の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋謙次郎 ・ 尾崎典雅 ・ 松岡健之 ・ 末田敬一 ・ 宮西宏併 ・ 梅田悠平 ・ HARTLEY Nicholas ・佐藤友子他
  • 学会等名: 第58回高圧討論会