Determination of the phase diagram of liquid hydrogen and constraints on the interior of Jupiter

液氢相图的确定及对木星内部的约束

基本信息

批准号：
20J21098
负责人：
岡健太
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

巨大ガス惑星の深部で起こっているとされる「水素の金属化」現象の圧力-温度条件を知ることは、巨大ガス惑星の内部構造や形成過程を知る上で重要である。水素の金属化が予想されている温度圧力領域は100万気圧/1500 K程度である。昨年度までに開発した技術により、これまで困難だった水素の高温高圧装置への充填、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた水素の電気抵抗測定が可能になった。本年度は発生可能な温度圧力を拡張するための技術開発を行い、特に温度について4000 Kまで安定的に加熱しながら電気抵抗を測定できるようになった。まず、高温中で水素が電気抵抗用の金属電極と速やかに反応してしまい、融点の下がった電極が融解し回路がショートしてしまう問題があった。これを解決するために、前年度までに用いていた測定に1分以上の時間がかかる「インピーダンス測定」装置による測定をやめ、数秒で測定を行うことのできる「直流測定」装置による測定に切り替えることにした。これにより、最大4000 Kまでの温度領域で回路をショートさせることなく実験を行うことが可能になった。また、達成可能圧力を向上させるために超高圧実験用のダイヤモンドアンビルを導入した。加圧部分の面積を半分以下にすることで同じ荷重でも、通常のアンビルよりも大きな圧力を発生できる。しかし、100万気圧以上の高圧を目標に実験を行ったが、80万気圧付近で電極どうしが接触して実験続行が不可能になる事態が多発した。これは非常に柔らかい水素試料と試料を覆う硬いガスケット材との圧縮性の違いにより、スパッタリングされた電極が水素試料の内部へめり込んでしまうことが原因であると考えられる。本年度中には、この問題を解決することができなかったため、達成圧力は80万気圧に留まっている。今後、水素供給剤やガスケット剤の改良によりこの問題が解決されることが期待される。

知道“氢的金属化”现象的压力温度条件（据说是在气体巨人中发生的）对于理解气体巨头的内部结构和形成过程至关重要。预计将氢化氢的温度和压力范围约为100万个ATM/1500K。直到去年，该技术使氢气填充到以前很难的高温，高压设备中，并使用激光加热的钻石钻石细胞测量氢的电阻。今年，我们开发了技术来扩大可以产生的温度和压力，并且我们能够测量电阻，同时稳定地将温度加热到4000K。首先，氢与金属电极在高温下迅速反应，从而在高温下对电阻，从而导致电极降低融化的电极，从而导致电路短路。为了解决这个问题，我们决定停止使用“阻抗测量”设备，该设备花费了超过一分钟的测量，该设备已用于上一年，并切换到使用“ DC测量”设备，该设备允许在几秒钟内执行测量。这使得可以进行实验，而不会在高达4000 K的温度范围内缩短电路。此外，引入了用于超高压力实验的钻石砧，以提高可实现的压力。通过将加压部分的面积减少一半或以下，即使承受相同的负载，也可以产生比正常砧更大的压力。但是，进行实验的目的是高压超过100万个大气压力，但是当电极以800,000 atm左右相互接触时，发生了许多情况，这使得无法继续实验。这被认为是由于极软的氢样品与覆盖样品的硬垫圈材料之间的可压缩性差异，这导致溅射电极渗透到氢样品中。这个问题在今年没有解决，所达到的压力限制为80万个气氛。预计将来将通过改善氢供应和垫圈剂来解决此问题。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Washington State University/Argonne National Laboratory(米国)

华盛顿州立大学/阿贡国家实验室（美国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

NH3BH3を水素源とした高圧下での純水素の電気抵抗測定

使用 NH3BH3 作为氢源测量高压纯氢气的电阻

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
岡健太;奥田義之;廣瀬敬
通讯作者：
廣瀬敬

Evidence for superionic H2O and diffusive He-H2O at high temperature and high pressure

高温高压下超离子 H2O 和扩散 He-H2O 的证据

DOI：
10.1088/1361-648x/ac8134
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Physics: Condensed Matter
影响因子：
0
作者：
Kim Minseob;Oka Kenta;Ahmed Sohan;Somayazulu Maddury S;Meng Yue;Yoo Choong-Shik
通讯作者：
Yoo Choong-Shik

Novel non-Joule heating technique: Externally laser-heated diamond anvil cell

新型非焦耳加热技术：外部激光加热金刚石砧座