2015 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 国立研究開発法人海洋研究開発機構, その他部局等, 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条件で安定な含水鉱物は，近年の鉱物物理学分野において特に注目されている研究対象一つである。それらの結晶構造中の水素配置がまだよくわかっていないことから，本研究課題の実施によって水素の配置と占有率の究明を行っている。この目的に最も適した手法である中性子単結晶回折実験を成功させるために，手法に適用しうるサイズと均質性を兼ね備えた，良質の単結晶を作成する手法を開発した。昨年度までに，試料カプセル径を4mmに大型化した全マントル遷移層対応の川井型セルアセンブリと，それを用いた単結晶の合成条件を実験的に導き出し，論文として報告した（スロークーリング法: Okuchi et al., Am. Mineral., 2015）。この手法の応用により，1mmを超えるサイズで，含水量などの化学組成がすべて均質であり，かつ結晶性が充分に高いマントル深部鉱物の試料単結晶が，再現性良く得られるようになった。2015年度までに含水ワズレアイトと含水リングウッダイトの単結晶の合成と，それらの中性子回折実験を実施して，高い空間分解能の回折データを得ることに成功した。さらに両者を用いた結晶構造解析についても，その大部分をすでに終了させた。これらの新たな研究成果のうち，結晶合成法については国際学会１件、含水ワズレアイトについては国内学会１件および国際会議１件，含水リングウッダイトについては国内学会１件において報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度までに，含水マントル深部鉱物の単結晶の合成手法を完成させ，その詳細を論文として報告した。また含水ワズレアイトと含水リングウッダイトの単結晶を合成して，それらの中性子回折実験をオークリッジ国立研究所において独立に実施して，それぞれの試料について充分な品質の回折データを得ることができた。さらにそれぞれの試料についての構造解析の大部分を終了させた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題において提案した，最低限の達成すべき目標については，残りの作業が解析の一部と論文の発表のみであるので，ほぼ達成の目途が立った。今後は，実験技術的にさらに大きな困難が予想されるために，余裕があれば試みる予定であった課題に挑戦していきたい。具体的には，たとえば含水ブリッジマナイト単結晶の合成と水素配置の解析を試みたい。この課題の成功可能性は高いとは言えないが，うまくいけばこれまでの蓄積をもとに，さらに研究を発展させることができるだろう。これに加えて，合成した良質の単結晶の性質を中性子以外の手法で解析する研究も検討する。たとえば状態方程式の測定を含水量の異なる複数の結晶について系統的に行うことが考えられる。
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| Causes of Carryover |
合成実験が予想よりも順調に進み，アンビルの破損などが想定よりも少なく済んだため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
より圧力発生が困難になる，大型の含水ブリッジマナイト結晶の合成への挑戦に必要な消耗品の購入に使用する。また単結晶試料の状態方程式の測定のためのダイヤモンドアンビルの購入も検討する。
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