2015 Fiscal Year Research-status Report
パルス中性子準弾性散乱によるマントル深部含水鉱物の水素拡散ダイナミクス
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15K13593
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
奥地 拓生 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (40303599)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 中性子散乱 / 水素拡散 / 含水鉱物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球内部へ輸送または分配された水素の役割が近年注目されている。マントル深部の水素は高密度含水鉱物の結晶構造中に存在するので，これらの含水鉱物を合成して分析することで，地球内部の水素の性質に迫ることができる。注目される具体例の一つとして，マントル物質の塑性変形速度や電気伝導度などの輸送特性が水素の固溶によって著しく加速される現象を挙げることができる。この現象は，含水鉱物の結晶構造中の水素イオンのサイト間拡散の頻度や距離スケールを知ることを通して、初めて定量的に理解できるようになると考えられる。そこで高強度パルス中性子施設において計測が可能になってきた中性子の準弾性散乱法を応用して，含水鉱物中の水素のサイト間拡散の頻度と距離スケールを捉えることを試みている。
本年度は川井型装置のセル構成を改良することで、中性子準弾性散乱の良いデータを得るためには最も本質的である，均質な純相試料を大量に合成する作業を重点的に進めた。具体的には15GPaの圧力において，1回あたり50～80 mgの合成を可能にするセルを設計して，それを繰り返し使うことで，数百mgの純相の高密度含水マグネシウムケイ酸塩粉末を蓄積した。この試料の一部については，J-PARC物質・生命科学実験施設において測定を行い、初めてのデータを得ることもできた。しかしその後に中性子ターゲットの破損があり，継続を予定していた測定が全てキャンセルになった。得られたデータの範囲内での予備的な解析の結果からは、常温以下の温度においても水素の局所的なダイナミクスが存在することを示唆する結果が得られており，今後の常温以上での測定の重要性を改めて確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最も大きな課題であった必要量の試料を合成する手順を，これまでにほぼ確立した。一方でJ-PARC物質・生命科学実験施設において中性子ターゲットの破損があり，予定していた測定の一部がキャンセルになった。そのために得られるデータの品質についての判断材料が充分に得られておらず，次に測定すべき試料の合成条件はまだ絞り込めていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
破損した中性子ターゲットの交換は完了したので，できるだけ速やかに現有試料の中性子準弾性散乱測定を行いたいと考えており，その予定も立っている。この測定の終了次第，結果を評価して，次に測定すべき試料の合成に取り組む。
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| Causes of Carryover |
J-PARC物質・生命科学実験施設において本年度秋に中性子ターゲットの破損があり，予定していた実験の一部がキャンセルになった。そのために次の段階に進むための判断材料が充分に得られておらず，次に合成すべき試料の選択ができていない。以上の理由により，一部の消耗品および一部の旅費に未使用が生じている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
既にターゲットの交換は完了したので，次の測定の予定は立っている。この測定の終了次第，結果を評価して，次の試料の合成の準備に進む。その際には未使用額を消耗品および旅費として使用する。
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