高圧高温下における物質変貎の直視観察による地球内部ダイナミックスの研究

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高圧高温状態にある物質の直視観察を実現するためには(1)透光性高強度材料による圧力発生(2)高温を獲得できる空間の確保(3)観察用プローブの高圧高温空間内への導入(4)ダイナミカルな過程の撮像化と集録・再現,等々をすべて技術的に完成しなければならない。本研究期間において上記項目中、主として(1),(2)に重点をおいて研究をすすめた。まず透光性で大きな素材を購入可能なサファイアを対向アンビルとして用いて、この材料の耐圧強度2GPaをはるかに越える圧力を発生する技術を確立した。このことによって最高14GPaまでの領域での微小試料の直視観察に目途がついた。次に合成ダイヤモンドを同じく対向アンビルとして用いることを試みた。この試みは初めてのものであるが68GPaに到達することが可能であった。このことによりアンビルの多面体化を計った際に合成ダイヤモンドが有効であるとの保証を得ることができた。上記の2種の方法は対向アンビルゆえに試料体空間が小さい。そこで2〜3桁試料空間が大きいピストン・シリンダー式の装置で透光性シリンダーを組み込めるものを開発した。この場合シリンダーとしてはサファイアを使用することを想定した。実際にはサファイアと同じ化学組成の【Al_2】【O_3】のホットプレスアルミナを用いたが、原理的には後者の成果を前者に応用できるからである。アルミナの引張強度0.4GPaを補強する機構によって約3GPaと1桁近く高い圧力まで使用可能となった。以上3種の技術要素の確立は地球内部ダイナミックスの研究を直視的観察により逐行する道を拓く土台となりうると考えられる。