Laser-driven shock compression experiments for time-evolution analysis of impact-induced melting process

激光驱动冲击压缩实验，用于冲击诱导熔化过程的时间演化分析

• 批准号: 20K20947
• 负责人: 奥地 拓生
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20947/
• 关键词: 衝突融解現象; 高強度レーザー; X線自由電子レーザー; カンラン石; Ｘ線自由電子レーザー

46億年の昔、原始の太陽をとりまく星雲の中で無数の小天体が衝突と合体を繰り返して惑星、衛星、小惑星が成長した。そこでは強い圧縮と加熱が同時に引き起こされ、その過程が惑星構成物質の事後の状態に大きな影響を与えた。そのなかでも衝突が誘起する融解の現象は、隕石のショックベインなどの特徴的な組織の生成や、コンドリュールのもとのマグマ、特異な高密度鉱物などの生成の原因となったと考えられてきた。本研究課題では、この衝突融解の現象を高強度レーザー駆動の手法で再現し、その時間進展をX線自由電子レーザーで回折計測することを通して、初期太陽系の物質進化史の重要な部分を復元することを試みている。この研究目標を達成するために本年度もSACLA施設での高強度レーザー駆動の衝撃圧縮実験を行い、多様な衝突融解現象を計測した。圧縮されるターゲットの構成を最適化することなどにより、ハイパワーレーザー駆動圧縮の圧力値の再現性と、その光学計測の精度が昨年度よりもさらに向上した。新たな試料種として、ゲルマニウム酸化物ガラスを事前に実験室で合成した上で実験に供した。この試料種においてはGe原子がケイ酸塩のSi原子と同じ4配位型の電子配置を有するが、前者の高配位への変化は後者よりも低い圧力で起こる。これまでに進めてきた後者への実験の手法を応用することで、前者についても衝突融解に至る構造進展の計測を初めて実現することができた。以上に加えてさらに、物質・材料研究機構において火薬銃駆動の衝撃圧縮回収実験を行った。得られた試料の予察的な微小領域X線回折計測によって6配位型高密度構造の生成を確認した。このように本年度は衝突融解現象の進展を捉えた多数の実験結果を新たに得ており、これを前年度までに行った光学計測・X線回折計測の結果と組み合わせた解析も進展している。

46亿年前，在原始阳光周围的星云中，无数的小尸体碰撞并反复合并，行星，卫星和小行星越来越多。在那里，同时诱导了强烈的压缩和加热，并且该过程对行星材料的事后状态产生了重大影响。其中，人们认为碰撞引起的融化的现象已引起了独特的组织的产生，例如陨石的冲击笼，从软骨来源形成岩浆以及独特的高密度矿物质。该研究主题试图通过使用高强度激光驱动技术再现这种碰撞熔体的现象，并使用X射线自由电子激光重建了早期太阳系进化的重要组成部分。为了实现这一研究目标，我们今年在SACLA设施进行了高强度激光驱动的冲击压缩实验，测量了各种碰撞熔融现象。通过优化要压缩目标的构型，高功率激光驱动压缩的压力值的可重复性及其光学测量的准确性得到了进一步提高。作为一种新的样品物种，在实验室中提前合成了氧化锗玻璃，然后进行实验。在该样品物种中，GE原子具有与硅酸盐的Si原子相同的四协调电子构型，但是前者的更高协调位置的变化发生在低于后者的压力下。通过将实验方法应用于迄今为止我们一直在研究的后者，我们已经能够测量结构性进程，从而导致前者第一次碰撞熔化。此外，日本材料和材料研究所使用火药枪进行了冲击压缩恢复实验。获得的样品的初步微区X射线衍射测量确认形成了六配位类型的高密度结构。通过这种方式，我们获得了许多新的实验结果，这些结果捕获了今年的碰撞熔化现象的进展，并且分析将这些结果与前一年进行的光学和X射线衍射测量结果结合在一起。

项目成果

衝撃圧縮過程におけるクォーツのXFELラジオグラフ観察

冲击压缩过程中石英的 XFEL 射线照相观察

• 发表时间: 2022
• 作者: 政岡豪流;PIKUZ Tatiana;片桐健登;兒玉了祐;奥地拓生;ALBERTAZZI Bruno ;KOENIG Michel ;宮西宏併;末田敬一;籔内俊毅;矢橋牧名;尾崎典雅
• 通讯作者: 尾崎典雅

Calcite at extreme conditions with implications for hypervelocity planetary impacts

极端条件下的方解石对超高速行星撞击的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Shinsuke Imada;Toshifumi Shimizu;Tomoko Kawate;Shin Toriumi;Yukio Katsukawa et al.;Yuhei Umeda
• 通讯作者: Yuhei Umeda

銅のフェムト秒レーザ駆動衝撃変形

飞秒激光驱动铜的冲击变形

• 发表时间: 2023
• 作者: 江頭尚弥;松田朋己;奥地拓生;瀬戸雄介;伊藤佑介;菖蒲敬久;中新信彦;犬伏雄一;富樫格;宮西宏併;佐野智一
• 通讯作者: 佐野智一

水素を含む地球惑星内部物質の構造と拡散の研究

地球和行星内部含氢物质的结构和扩散研究

• 发表时间: 2020
• 作者: 藤井 敦司;比佐 健人;山根 大輔;柴田 隆行;永井 萌土;奥地拓生
• 通讯作者: 奥地拓生

レーザー衝撃圧縮法による炭酸塩鉱物の天体衝突再現実験

利用激光冲击压缩法再现碳酸盐矿物与天体碰撞的实验

• 发表时间: 2023
• 作者: Suzuki A.;Miyazawa M.;Okamoto A.;Shimizu H.;Obayashi I.;Hiraoka Y.;Tsuji T.;Kang P.K.;Ito T.;梅田悠平
• 通讯作者: 梅田悠平