Sound velocity measurements of liquid Fe and Fe-S under Martian core conditions: Validation of the velocity crossover between liquid Fe and Fe-S

火星核心条件下液态 Fe 和 Fe-S 的声速测量：液态 Fe 和 Fe-S 之间速度交叉的验证

• 批准号: 17K14379
• 负责人: 西田 圭佑
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17K14379/
• 关键词: 火星; 核; 液体; 鉄硫黄合金; 音速; 高温高圧; 超音波; 火星核; 鉄―硫黄系合金

今年度は、昨年度に引き続き、Fe用に開発した高圧セルを用いて、データ間隔が空いている条件や測定精度に問題があった条件においてFeおよびFe80S20メルトの音速測定実験を行った。さらに、新たに試料のX線画像の差分から融解判定を行う手法を確立し、これまでは全溶融とみなしていた極僅かに固相が残った状態の測定データを部分溶融として省けるようにした。その結果、Fe-FeSメルトの音速の組成、圧力依存性を精度よく議論することが可能になった。Feメルトの音速の圧力依存性は小さいが、Fe57S43メルトの音速の圧力依存性は大きく、Fe57S43メルトの音速は急激に増加するため、20GPa付近で速度差は小さくなる。Fe80S20メルトの音速は、10GPa付近までは、Fe57S43メルトと似た増加傾向を示すが、10GPa付近で勾配が変化し、それより高い圧力ではFeメルトと似た増加傾向を示す。固相での圧縮曲線を比較すると、スピン転移を伴うFeS V相の体積変化は、FeやFe3Sの体積変化に比べ非常に大きい。また、常圧のFe-Ni-Sの音速測定によると、水のように温度の上昇に伴い速度が増加する異常な傾向が報告されている。このような異常な振舞いは、2つの構造が共存することを示唆する。実際、常圧のFe-FeS系は、過冷却領域に2液相分離領域をもつ相分離傾向の液体であり、Se-Te系のように中間組成領域でFe様構造とFeS様構造の共存していることは十分に考えられる。熱力学的には、この不均質な構造が10GPa付近で解消されると考えられており、この2つの効果を組み合わせることで、Fe80S20メルトの音速の圧力変化をうまく説明することができる。上記を考慮し、火星核条件（約20-40GPa）でのFe-FeSメルトの音速を見積もったところ、火星核条件では硫黄量で音速がほとんど変わらないことが明らかになった。

This year, the year before, the Fe-based development of high pressure, space, measurement accuracy, conditions, Fe-based development of sound speed. The method of determining the melting state of the X-ray image of the new sample was established. The results, the composition of the Fe-FeS ratio, the pressure dependence, and the accuracy of the results are discussed. The pressure dependence of Fe on sound velocity is small, Fe57S43 on sound velocity is large, Fe57 S43 on sound velocity increases rapidly, and the velocity difference is small near 20GPa. Fe80 S20 S Compared with the pressure curve of solid phase, the volume change of FeS V phase and Fe and Fe3S phase is very large. An abnormal tendency to increase the speed of sound in Fe-Ni-S at constant pressure was reported. 2. The structure of the structure is blue shift. In practice, Fe-FeS system under constant pressure, supercooling region, liquid phase separation region, liquid phase separation tendency, Se-Te system, intermediate composition region, Fe structure, FeS structure, blue shift, and very close examination. Thermodynamic analysis of the heterogeneous structure of Fe80S20 and the pressure variation of Fe80S20. Note that Mars nuclear conditions (about 20-40GPa), Fe-FeS, sulfur, and sound speed are considered to be the product of Mars nuclear conditions.

项目成果

Highly accurate sound velocity measurement in liquid Fe-S system under high pressure

高压液态铁硫体系中高精度声速测量

• 发表时间: 2017
• 期刊: Photon Factory Highlights 2016
• 作者: Keisuke Nishida;Akio Suzuki;Yuki Shibazaki;Daisuke Wakabayashi;Nobumasa Funamori
• 通讯作者: Nobumasa Funamori

Sound velocity measurements in the liquid Fe-S system up to 20 GPa using ultrasonic pulse-echo method.

使用超声波脉冲回波法测量高达 20 GPa 的液体 Fe-S 系统中的声速。

• 发表时间: 2017
• 作者: Nishida;K.;Shibazaki;Y.;Tobe;H.;Terasaki;H.;Higo;Y.;Wakabayashi;D.;Funamori;N. and Suzuki;A.
• 通讯作者: A.

Sound velocity and density of liquid Ni68S32 under pressure using ultrasonic and X-ray absorption with tomography methods

使用超声波和 X 射线吸收断层扫描方法测量压力下液体 Ni68S32 的声速和密度

• 发表时间: 2018
• 期刊: Comptes Rendus Geoscience
• 影响因子: 1.4
• 作者: Terasaki;H.;K. Nishida;S. Urakawa;Y. Takubo;S. Kuwabara;Y. Shimoyama;K. Uesugi;Y. Kono;A. Takeuchi;Y. Suzuki;Y. Higo;T. Kondo
• 通讯作者: T. Kondo

川井型プレスを用いたX線イメージング吸収法による固体鉄の密度測定

使用 Kawai 型压力机通过 X 射线成像吸收法测量固体铁的密度

• 发表时间: 2017
• 作者: 寺崎英紀;下山裕太;西田圭佑;坂巻竜也;柴崎裕樹;肥後祐司;丹下慶範
• 通讯作者: 丹下慶範

Sound velocity and elastic properties of liquid Fe-Ni-Si at high pressure

高压液态Fe-Ni-Si的声速和弹性特性

• 发表时间: 2017
• 作者: Terasaki;H.;M. Maki;Y. Shimoyama;K. Nishida;S. Urakawa;Y. Takubo;Y. Shibazaki;T. Sakamaki;Y. Higo;A. Machida;T. Kondo;A. Rivoldini
• 通讯作者: A. Rivoldini