2016 Fiscal Year Research-status Report
高温高圧下の鉄融体におよぼす軽元素の影響：月中心核形成の解明
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15K05349
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| Research Institution | 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発 |
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Principal Investigator |
舟越 賢一 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科, 中性子科学センター, 主任研究員 (30344394)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 放射光 / 高温高圧 / 落球法 / 鉄合金融体 / 粘性 / 密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続いて今年度では、高温高圧粘性・密度測定実験を成功させるうえで最重要の技術開発課題である高温高圧実験用セル開発と落球マーカーの開発を重点的に行い、さらに放射光を使ったＸ線実験を行った。
１．高温高圧実験セルの開発：実験試料である鉄合金融体の融点は非常に高く（1600℃以上）、高圧になるとさらに融点は上昇する。粘性・密度測定実験やＸ線回折測定実験では、数時間以上の長時間を安定に加熱できるヒーターが要求される。我々は昨年度にレニウムヒーターを使うことで、5 GPaの高圧下において1527℃まで高温発生に成功したが、1600℃以上になると加熱が安定しなくなる問題があった。今年度は新しいヒーター材としてチタンシリコンカーバイドを使用した高温高圧実験セルの開発を行った。
２．落球マーカーの開発：粘性および密度の測定は放射光を使った落球法によって行うが、通常使用される金属製の落球マーカーは鉄合金融体中で容易に反応・溶解してしまう。この問題を解決するため、金属球の表面全体をアルミナでコーティングした落球マーカーを製作した。直径100ミクロンの白金球の表面全体にアルミナを膜厚2ミクロンで覆った落球マーカーの製作に成功した。
３．放射光Ｘ線実験：上記の高温高圧実験セルと落球マーカーを使用し、SPring-8のマルチアンビル型高圧装置を使った放射光Ｘ線実験を行った。鉄試料について5 GPaまで加圧後にチタンシリコンカーバイドヒーターで加熱を行ったところ、1660℃で鉄試料が完全に融解するのを確認できた。一方、アルミナコーティング落球マーカーは鉄試料がまだ融解していない1620℃で完全に溶解してしまい、落球法実験に使用できるには至っていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
チタンシリコンカーバイドをヒーター材に使用した高温高圧実験セルを開発することによって、1660℃の高温発生を安定に保持することに成功し、本研究の目標である最大温度の1800℃までの高温発生がほぼ実現可能となった。一方、鉄合金融体と反応・溶解しない落球マーカーの開発として、アルミナを白金球の表面全体にコーティングした落球マーカーの製作に成功したが、試料が融解する直前の1620℃までは保持できたものの、それ以上の高温で溶解する問題を解決できておらず、融体の落球法実験に必要な落球マーカーの完成にあと一歩の状況にある。落球マーカーの製作の遅れによって、今年度予定していた純鉄以外のFe-S-Si系融体についての放射光実験を開始できなかったことから、現在までの進捗状況をやや遅れているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の今後の推進方策として、落球法実験の成功の鍵となるアルミナコーティング落球マーカーの開発を優先的に行う。昨年度に製作したマーカー球についてのSEM観察から、球体表面のアルミナコーティング層に薄くなっている部分があることが判明し、この部分から反応・溶解が促進したことが予想される。この薄い膜厚層は、成膜工程において球体同士が互いに衝突することによって形成されたと考えられ、成膜工程の手順を見直して均一な厚みの成膜ができるように改善する。また成膜回数を増やして2ミクロンよりもっと厚いアルミナ層のコーティングを行う。これらの工程により、鉄合金融体と反応・溶解しない落球マーカーを製作する。落球マーカーが完成次第、純鉄、Fe-S-Si系融体についての落球法実験およびX線回折実験を開始する。さらに実験で得られたデータ解析から構造情報および粘性、密度変化を求め、月の外核における軽元素の効果についての考察を進める。
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| Causes of Carryover |
アルミナコーティング落球マーカーの製作に成功したが、溶解する問題が解決できていないために開発を中断し、製作に予定していた費用をすべて消化しなかった。また、その後に予定していた放射光実験に係る消耗品の購入やSPring-8実験のビームタイム使用料、旅費等も使用するに至らなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
アルミナコーティング落球マーカーの製作法に目途が立ったことから開発を再開し、並行して放射光実験の準備を進める。これにより、昨年度執行できなかった費用をアルミナコーティングの成膜費や消耗品の購入、またSPring-8実験のビームタイム使用料等に使用する。
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