中性子回折用超高圧装置の開発と高圧下における水素結合系物質の挙動の解明

开发超高压中子衍射设备并阐明高压下氢键材料的行为

• 批准号: 13J08679
• 负责人: 飯塚 理子
• 金额: $ 2.76万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J08679/
• 关键词: 高圧地球科学; 中性子回折; 水素; 装置開発; J-PARC; 高温高圧; 水素結合; 高圧装置開発; J-PRAC

地球深部に遍在する水（水素）の存在状態を明らかにすることは、地球内部のダイナミクスや物質循環を理解する上で非常に重要である。本研究では水素を観察できる中性子線を用いることにより、地球深部に相当する高圧条件下において水や水素がどのような振る舞いをするのかを観察し、地球内部物質に対するこれらの影響を明らかにする手がかりを得ることを目的として、高温高圧中性子回折実験用に新たに開発したセルを導入し、研究を遂行した。最終年度（出産育児により一時中断後研究を再開した残り２ヶ月間）は、主に解析と今後に向けた追試実験を行った。水素の振る舞いを直接観察できる中性子回折の手法を用いて鉄－シリケイト－水系の地球形成初期に集積した物質をモデル化した出発試料に対して高温高圧下その場観察を行い、高温高圧下で含水鉱物が脱水してできた水と固体の鉄とが反応して、鉄水素化物が生成する様子をリアルタイムでとらえることに成功した。これにより、鉄と鉄が水素化物となって有意に水を取り込むことが明らかになり、原始地球で始源物質が集積していく初期段階で、水素は鉄へと溶け込み始めていたことが示唆された。この研究結果は学術雑誌に論文として出版され、地球核に取り込まれた軽元素の問題に対して、これまで種々の実験が行われてきた純鉄とケイ酸塩の系だけではなく、水素化した鉄とケイ酸塩間での軽元素の分配を調べていくことの重要性を投げかけた。高圧下での中性子その場観察では、高温高圧が長時間安定に発生でき、かつ、大容量の試料でシグナル強度を稼げることが望ましい。そのためには、本研究で開発・導入した新型6-6セルに対して、高温高圧下での圧力抜け及びアンビルセルからの中性子の吸収を軽減などの課題を克服していく必要がある。今後の展望として、更なるセルの改良によりアセンブリの最適化を図っていくための基礎固めが本研究によってなされたと言える。

Earth over deep に す る water (water element) の state を Ming ら か に す る こ と は, the interior of the earth の ダ イ ナ ミ ク ス や material circulation を understand す る で very important で に あ る. This study で は water element を 観 examine で き る temper line を use い る こ と に よ り, deep earth に quite す る under the condition of high 圧 に お い て water や element が ど の よ う な vibration る dance い を す る の か を 観 し, the interior of the earth material に す seaborne る こ れ ら の influence を Ming ら か に す る hand が か り を have る こ と を purpose と し て, high temperature and high 圧 temper inflexion be 験 use Youdaoplaceholder0 new たに development たセ を を introduction <s:1> research を implementation た た Final year (produce) where に よ り temporary interruption after the open another し を た residual り ヶ 2 months) は, main analytical と に に to future け た after try be 験 を line っ た. Water element vibration の る dance い を 観 directly examine で き る temper of inflexion の gimmick を with い て iron objects - シ リ ケ イ ト - drainage の earth formed に set product し た material を モ デ ル change し た out 発 sample に し seaborne て under high temperature and high 圧 そ の field line 観 examine を い, under high temperature and high 圧 で water 鉱 が dehydration し て で き た water と solid objects の iron と が anti 応 し て objects, iron water element compound が generated す The る son をリア ムでとらえる タ ムでとらえる ムでとらえる とに とに succeeded in た た. こ れ に よ り objects, iron objects と iron が water element compound と な っ て intentionally に water を take り 込 む こ と が Ming ら か に な り, primitive earth で original material が set product し て い く early Duan Jie で は iron objects, water element へ と soluble け 込 み beginning め て い た こ と が in stopping さ れ た. こ の は academic research results 雑 tzu に paper と し て publishing さ れ, earth nuclear に take り 込 ま れ た 軽 element の problem に し seaborne て, こ れ ま で kind 々 の be 験 が line わ れ て き た pure iron objects と ケ イ acid salt の is だ け で は な く, water element し た iron objects と ケ イ between acid salt で の の 軽 elements distribution を adjustable べ て い く こ と の importance を cast げ か け た. Temper in the high 圧 で の そ の field 観 examine で は, high temperature and high 圧 が long stable に 発 raw で き, か つ, large capacity の try で シ グ ナ ル strength を grain げ る こ と が hope ま し い. そ の た め に は, this research で open 発 import し た new 6 - セ ル に し seaborne て, under high temperature and high 圧 で の pressure sorting け and び ア ン ビ ル セ ル か ら の in temper の suction 収 を 軽 minus な ど の subject を overcome し て い く necessary が あ る. の future と し て, more な る セ ル の improved に よ り ア セ ン ブ リ の optimization を 図 っ て い く た め の based solid め が this study に よ っ て な さ れ た と said え る.

项目成果

部分融解したケイ酸塩から溶融鉄が分離する過程の高温高圧下におけるX線透視を用いたその場観察

高温高压下X射线透视原位观察铁水与部分熔融硅酸盐的分离过程

• 发表时间: 2014
• 作者: 八木健彦;後藤弘匡;飯塚理子;鈴木昭夫
• 通讯作者: 鈴木昭夫

PLANETでの高温高圧中性子回折その場観察によるportlanditeの水素位置決定

PLANET高温高压中子衍射原位观测确定氢钙石中氢的位置

• 作者: 飯塚理子;永井隆哉;佐野亜沙美;瀬戸雄介;栗林貴弘;服部高典;鍵裕之
• 通讯作者: 鍵裕之

中性子実験用の新型ジャケット付きアンビルとそれを用いた6-6式高温高圧実験技術の開発

新型中子实验夹套砧座的研制及利用其的6-6高温高压实验技术

• 发表时间: 2014
• 作者: 飯塚理子;小松一生;佐野亜沙美;服部高典;後藤弘匡;永井隆哉;鍵裕之;八木健彦;後藤弘匡，八木健彦，飯塚理子
• 通讯作者: 後藤弘匡，八木健彦，飯塚理子

Preferred orientation of lawsonite determined by deformation experiments at high pressure and temperature: Implications for low velocity layers in subduction zones

高压高温下变形实验确定的硬钠铝石的优选取向：对俯冲带低速层的影响

• 作者: R. Iizuka;V. Soustelle;N. Walte;D. J. Frost;T. Yagi
• 通讯作者: T. Yagi

In situ neutron diffraction of iron hydride under high pressure and temperature in Fe-silicate-water system: Implications for the Earth's evolution

铁-硅酸盐-水体系中高压高温下氢化铁的原位中子衍射：对地球演化的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: Riko Iizuka-Oku;Takehiko Yagi;Hirotada Gotou;Takuo Okuchi;Takanori Hattori;Asami Sano-Furukawa
• 通讯作者: Asami Sano-Furukawa