2021 Fiscal Year Annual Research Report
Behavior of light-element fluids in planetary interiors at high-pressures and high-temperatures
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20F40029
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
近藤 忠 大阪大学, 理学研究科, 教授 (20252223)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
CHERTKOVA NADEZDA 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Keywords | 軽元素流体 / 惑星深部 / 高温高圧力 / ダイヤモンドアンビルセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水や二酸化炭素などの地球や惑星の主要な揮発性成分に対し、惑星深部の高温高圧力の条件下での存在形態や性質を明らかにすることを目的として、従来の研究よりもより高温条件での光学測定を目指した装置の技術開発と、C－O－H系流体及び固体の反応関係や挙動を調べる研究を推進している。
２年目となる本年度は、昨年度に引き続いて、クジラ型と呼ばれるダイヤモンドアンビルセル型高圧発生装置内に、より高温の発生が実現できる外熱式（抵抗加熱型）高温発生装置を組み込むための小型高温発生装置の開発を継続した。発熱体として白金系合金線やレニウムなどを用い、これまでよりも大きな電流を発熱体に流せるように、新たに導入した溶接機を用いて発熱部と電力線の溶接を試み、従来の圧着型の形式に比べて安定により高温の発生が可能であるこを確かめた。発熱部関係の改良の他、ダイヤモンドアンビル周りの断熱や発熱体のスペースも最適化するため、新たに断熱や配線に対する細かな改良を加えたダイヤモンドアンビルセルを設計、株式会社シンテックにて作成を行った。これらの装置開発は第62回高圧討論回にて詳細な報告を行った。併せて、岡山大学・惑星物質研究所との共同研究により、C-H-O系流体の固相および流体相の光学観察・ラマン散乱観察・赤外吸収観察を進めた。コロナ禍による共同利用受け入れ制限などにより、予定していた学外機関での共同研究等の開始が遅れたが、新たに1GPa・約300℃までの2相流体分離した条件での興味深い光学分光データが得られた為、詳細を解析中である。
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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
昨年に予定していた特別研究員の来日が、新型コロナウイルスの影響による海外からの渡航制限と入国後の隔離措置により、研究開始の時点で当初予定から8ヶ月遅れでスタートするという状況であったが、令和3年度は学内における装置開発や学外での高温高圧実験の準備などに関しては、概ね予定通りに進めることができた。しかし、コロナ禍による学外機関での共同研究や実験準備に関しては、引き続き大きな制限が発生し、主に学内での装置開発に多くの時間を費やすこととなった。実験に必要なダイヤモンドアンビルやその台座などの消耗品の他、改良が必要なことがわかったダイヤモンドアンビルセル本体についても新たに作成を行い、より高い温度と圧力を目指した基礎技術開発は大きく進展し、還元性ガスを用いた高温発生テストの結果、蒸発しやすい白金系で300℃を超える程度、また酸化しやすいレニウムの場合でも485℃の高温発生が確認できた。現在までにより断熱性の高いアンビル台座の作成と、より大電流を想定したセル開口部の大型化を行ったダイヤモンドアンビルセルを作成し終えた状態で、今後、更に800－900℃の高温発生を目指した改良を継続する。一方、実際にC-H-O系流体を封入した分光実験では、圧力保持の安定性に劣るが高温発生に優れるバセット型のダイヤモンドアンビルセルを用いて、1GPa・約300℃までの分光データを取得できた。生成相の状態に酸素雰囲気の状態が影響すると考えられるため、金属モリブデンを試料室内に含めることによって、Mo-MoO2バッファによる雰囲気制御を行っている。コロナ禍による各種の制約のために、研究スタート時から困難の多い状況ではあったが現状では想定していた技術開発や分光実験が計画の目標に近づいており、新たなデータも出始めていることから当初の遅れは取り戻せていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点までに当初予定していた基礎技術開発の大部分は進めることができた。学内での分光実験には装置の大きなトラブルが発生したために、現在、岡山大学・惑星物質研究所との共同研究によるラマン散乱分光・赤外吸収測定の実験を進めてきた。今後は本研究で開発したより高い条件での流体観察が可能なダイヤモンドアンビルセルを持ち込んで、新たな流体分光データを取得する予定である。そこで得られた生成相の安定条件から地球や惑星内部における水や炭素に富む流体の挙動について新たな知見を得ることを目的とした研究を進める。尚、本補助金で支援を受けている特別研究員が、令和4年5月より出産に伴う育児休暇を取得することになったため、主に学外での測定を伴う実験は一旦中断して、現在得られているデータの分析を進めることとしている。現時点までの研究成果は令和4年の5月末に開催される日本地球惑星科学連合にて報告を行う。また、実験の再開は次年度に実施することとして、令和4年度の交付申請も次年度に持ち越しとし、研究の効率を大きく低下させているコロナ禍の終息を期待すると共に、解析による知見を次年度にフィードバックできるように進めることとしている。
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