高温・高圧下における鉄合金の電気伝導度測定

高温高压下铁合金电导率测量

• 批准号: 12J57032
• 负责人: 五味 斎
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J57032/
• 关键词: 電気抵抗率; 高圧力

地球の核は、鉄を主要元素とする合金であり、溶融した液体外核と固体内核に分けられる。核の永年冷却によって放出されるエネルギーは、外核の活発な対流運動を通じて地球磁場を形成していると考えられている。ここで外核が熱対流を起こすためには、実際の核の冷却速度が、断熱温度勾配に沿って伝わる熱伝導の値よりも大きくなくてはならない。したがって、核の熱伝導度を決定することは核の熱史や磁場の発達史を考えるうえで重要なパラメータである。本研究では、高圧力下における鉄及び鉄合金の電気抵抗率測定から、ヴィーデマンフランツの法則を用いて核の熱伝導度の推定を行った。高圧発生装置にはダイヤモンドアンビルセル装置を用い、鉄の電気抵抗率を100万気圧まで2wt%ケイ素合金を70GPaまで測定し、これらの結果と衝撃圧縮実験を用いた先行研究との比較から、核の抵抗率飽和モデルを提唱し、国際誌にて発表した(Gomi et al. 2013)。更に、鉄ケイ素合金の電気抵抗率の濃度依存性を明らかにするために、予察的な2wt%ケイ素の実験に加えて1,4, 6.5, 9wt%ケイ素合金に関しても70万気圧まで電気抵抗率測定を行った。また、同様の実験を鉄ニッケル合金に対しても行い、5,10,15wt%ニッケル合金に関しても70万気圧までの電気抵抗率測定に成功した。これらの結果は、現在国際誌に投稿準備中である。本研究により得られた電気抵抗率は、これまで考えられてきた核の抵抗率と比較して半分程度である約1×10^<-6>Ωmであった。このことは核の熱伝導度が従来の見積もりよりも2倍程度大きく、外核最上部において約90W/mlKであることを意味する。この値を元にして熱史計算を行ったところ、内核の結晶化開始は10億年前よりも最近でなければならず、地球形成初期の核の温度は、マントル底部を溶融させるほど高温であった事が分かった。

Earth's core, iron, alloy, melt, solid core, The core's permanent cooling and emission are the main factors affecting the formation of the Earth's magnetic field. The heat transfer rate of the outer core and the cooling rate of the inner core are adjusted according to the heat transfer temperature. The thermal conductivity of the nucleus is determined by the thermal history of the nucleus and the history of the magnetic field. In this study, the electrical resistivity of iron and iron alloys under high pressure was measured and the thermal conductivity of iron and iron alloys was estimated by using the principle of thermal conductivity. High voltage generator is used in high voltage generator. The electrical resistivity of iron is measured at 1 million gas pressure and 2wt% elemental alloy at 70GPa. The results are compared with those of impact compression test. The saturation of nuclear resistivity is improved. International Journal reports (Gomi et al. 2013). In addition, the concentration dependence of the electrical resistivity of Fe-based alloys was investigated. The electrical resistivity of Fe-based alloys was measured at 700,000 atmospheric pressure. The electrical resistivity of 5,10,15wt% iron alloy at 700,000 atmospheric pressure was successfully measured. The result is now in preparation for the International Journal. In this study, the resistance rate of the nucleus was about 1×10 <-6>^m. The thermal conductivity of the outer core is about 90W/mlK. The crystallization of the core began 1 billion years ago. The temperature of the core at the beginning of the earth's formation melted at the bottom.

项目成果

The high conductivity of iron and thermal evolution of the Earth's core

• DOI: 10.1016/j.pepi.2013.07.010
• 发表时间: 2013-11-01
• 期刊: PHYSICS OF THE EARTH AND PLANETARY INTERIORS
• 影响因子: 2.3
• 作者: Gomi, Hitoshi;Ohta, Kenji;Hernlund, John W.
• 通讯作者: Hernlund, John W.

高伝導度鉄と核の熱史

高导铁和核热历史

• 发表时间: 2012
• 作者: Hitoshi Gomi;Kenji Ohta;Kei Hirose;Stephane Labrosse;Razvan Caracas;Matthieu J. Verstraete;John W. Hernlund;Jun Inoue;五味 斎
• 通讯作者: 五味 斎