2014 Fiscal Year Annual Research Report
パルス中性子回折による高品質含水マントル深部鉱物単結晶の水素配置解析
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26287135
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富岡 尚敬 独立行政法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, 主任技術研究員 (30335418)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 中性子回折 / 水素 / ワズレアイト / リングウッダイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球深部マントルの高温超高圧力条件のもとで安定な高密度含水鉱物は、深さ500kmから噴出した物質中に含水リングウッダイトが実際に確認されたこともあって、近年の鉱物物理学分野において特に注目される研究対象の一つとなっている。それらの結晶構造中の水素の挙動が、電気伝導や拡散などの輸送特性に大きく影響することから、精密な水素配置の解析が従来から強く望まれてきた。我々はこの課題を、良質な合成試料と強力なパルス中性子線を組み合わせた結晶構造解析によって、いま包括的に解決しつつある。具体的には、J-PARCにおける含水リングウッダイトの粉末中性子回折実験の結果をもとに、高い空間分解能での精密な構造解析を実現して、その複雑な水素配置の決定に初めて成功した。そして、この解析の結果を原著論文として国際誌に発表した。さらに、川井型セルの構成および合成条件を改良して含水鉱物結晶の成長に理想的な条件を整え、下部マントルに達するまでの広い圧力条件下で、単結晶中性子回折ができる品質の大型で良質の結晶を得ることに成功した。今後の研究期間において、この合成手法を活用することで、各種の含水マントル深部鉱物の単結晶が順番に合成され、それらの単結晶中性子回折測定が行えることはほぼ確実である。なお本研究の目標達成に最低限必要な、1 mm程度の含水ワズレアイトおよび含水リングウッダイトの単結晶は既にほぼ合成されており、その一部は既に単結晶回折測定に成功している。
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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
大型化した川井型セルの構成および合成条件を改良することで、中性子回折に用いることが可能な良質かつ大型の高密度含水鉱物の単結晶試料を成長させることに成功した。本研究の最低限の目標達成に必要な、1 mm程度の大きさの含水ワズレアイトと含水リングウッダイトの単結晶を既に得ることができている。また一部の試料についての単結晶中性子回折測定を既に実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
川井型セルを用いた単結晶の合成において、徐冷時の温度プロファイルをさらに最適化することで、組成の均質性を維持しながらさらに大型化することを目指す。各種の高品質の単結晶をさらに合成しつつ、米国オークリッジ国立研究所の単結晶パルス中性子回折用ビームラインにおいて測定を行い、結果は速やかに解析して発表する。また、必要に応じてJ-PARCやオーストラリアの単結晶中性子回折装置も利用することで、研究をさらに推進する。
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| Causes of Carryover |
オークリッジ国立研究所における中性子回折測定の時期がH27年度となり、年度を越したので、渡航のための外国旅費を繰り越した。また当初計画よりもアンビルなどの消耗品の破損・消耗が少なかったが、その理由の一部は合成が容易なワズレアイトの合成を中心に取り組んできたためである。より難しいリングウッダイトなどの合成に充分に対応するために消耗品費およびその他の経費を繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
オークリッジ国立研究所への外国旅費に加えて、結晶合成実験のための消耗品費およびその他の経費として使用する。
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