地球内核条件下における鉄および鉄合金の超高圧高温実験

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本研究は、地球内核に相当する400GPa・数千Kという超高圧高温条件を実現する装置の開発を行い、内核構成物質の状態を明らかにすることを目的としている。数千Kという高温条件下においては、従来のダイヤモンドアンビル装置で発生可能な圧力は200GPa程度に限られてしまう。その主な原因は、アンビルが加熱時に破壊してしまうことである。地球内核に相当する超高圧高温条件を実現するためには、アンビルの温度上昇を極力少なくし、破壊を防ぐことが重要である。今年度は、昨年度までに開発した、パルスレーザーを用いた加熱方式と立方晶窒化ホウ素ガスケットの組み合わせにより、目標とする圧力温度領域を実現することを試みた。立方晶窒化ホウ素ガスケットを利用する場合、圧力発生のために必要な荷重が従来の金属ガスケットと比べて大きい。ダイヤモンドアンビル装置は、主にアンビル・ロッカー・セルから構成されるが、高荷重によるセルの変形が特に深刻な問題となると予測した。そこで、機械的強度の極めて大きい材料で構成されたセルを製作してテストを行った。その結果、セルの変形よりも、超硬合金製ロッカーの破壊が問題となることが明らかになった。予算的な制約から、それ以上の装置の改良は困難であったため、残念ながら目的の実現には至らなかった。現在までに開発した技術は、高圧高温発生に関する基礎的なものである。立方晶窒化ホウ素ガスケットを利用することで、非晶質物質に関する超高圧下その場測定が可能になる公算が大きいと判断したので、そのための技術開発を並行して進めた。それらの技術を用いることで、SiO_2ガラスの50GPa領域までの密度と構造のその場測定が初めて実現された。