H-C-N-O系における新奇氷惑星マントル物質の探査とダイヤモンド生成条件の解明

H-C-N-O体系中新型冰行星地幔物质的探索及金刚石形成条件的阐明

• 批准号: 22K14127
• 负责人: 門林 宏和
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14127/
• 关键词: 氷惑星; 天王星・海王星; 高温高圧実験; ダイヤモンドアンビルセル

氷惑星である天王星と海王星の内部には、水・メタン・アンモニアが多量に存在すると考えられている。これらの物質は、氷惑星マントル内部の高温高圧下において、重合や分子解離などの化学反応を経て多様なH-C-N-O系物質を生成することが理論予測されている。しかし、これまでの実験的研究は、技術的困難さから単一成分を扱うものが主であり、現実的な氷惑星マントルの内部条件を再現した多成分系での研究は数例に限られているのが現状である。それゆえ、氷惑星のマントル条件下、すなわち高温高圧下においてH-C-N-O系物質がどのような挙動を示すのかは未だ明らかにされていない。そこで本研究では、氷惑星のマントル組成物質の高温高圧挙動を実験的に調べることにより、氷惑星内部において安定に存在し得るH-C-N-O系物質の探査を行うことを目的とする。2022年度は、本研究課題で実施する高温高圧実験において主軸となる抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセルの装置開発に注力した。その結果、従来装置では困難であった1000 K以上において安定した高温発生が可能となった。

冰行星天王星和海王星被认为含有大量的水、甲烷和氨。理论上预测，这些物质在冰冷行星地幔内部的高温高压条件下，会通过聚合、分子解离等化学反应形成各种H-C-N-O类物质。然而，由于技术困难，迄今为止的实验研究主要涉及单一组分，而对再现冰冷行星地幔真实内部条件的多组分系统的研究很少。因此，目前还不清楚H-C-N-O材料在冰冷行星的地幔条件下，即高温高压下如何表现。因此，本研究的目的是通过实验研究冰行星地幔组成材料的高温高压行为，探索冰行星内部能够稳定存在的H-C-N-O系材料。 2022财年，我们重点开发电阻加热金刚石砧室装置，该装置将成为该研究项目中进行的高温高压实验的支柱。因此，可以产生 1000 K 以上的稳定高温，而这对于传统设备来说是困难的。

项目成果

2段式およびトロイダル型 DAC による極高圧発生の試み

尝试使用两级环形 DAC 产生极高的压力

• 发表时间: 2022
• 作者: 境毅;門林宏和;増田翔太;中本有紀;河口沙織;清水克哉
• 通讯作者: 清水克哉

Significance of the high-pressure properties and structural evolution of gas hydrates for inferring the interior of icy bodies

• DOI: 10.1186/s40645-023-00534-6
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Progress in Earth and Planetary Science
• 影响因子: 3.9
• 作者: H. Hirai;H. Kadobayashi

高圧力下におけるステアリン酸の融解挙動

硬脂酸在高压下的熔融行为

• 发表时间: 2022
• 作者: 門林宏和;川村英彰;大藤弘明;境毅;河口沙織;中野智志;平井寿子
• 通讯作者: 平井寿子

天王星と海王星の内部条件下におけるメタンハイドレートからのダイヤモンド生成

天王星和海王星内部条件下利用甲烷水合物生产钻石

• 发表时间: 2022
• 期刊: NEW DIAMOND
• 作者: Hiroshi Fukui; Hirokazu Kadobayashi;Hirotaka Abe; Ryunosuke Takahashi;Hiroki Wadati;Naohisa Hirao;門林宏和
• 通讯作者: 門林宏和