Effect of shockwave pulse duration on shock metamorphism of minerals

冲击波脉冲持续时间对矿物冲击变质作用的影响

• 批准号: 22K14128
• 负责人: 高木 壮大
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 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 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14128/
• 关键词: 鉱物; 衝撃; 結晶構造変化

本研究は、隕石衝突を受けた鉱物から過去の天体史を読み解くために必要となる鉱物の衝撃変成メカニズムの基礎データを実験から得ることを目的に行なった。隕石衝突の衝撃によって引き起こされる鉱物の結晶構造変化に対して衝撃波の時間プロファイルが与える影響を実験によって調べた。衝撃実験下でその場X線回折測定を行うことで、結晶構造が変化していく過程を観察した。ジルコンと長石を対象の鉱物として実験した。短い衝撃波時間幅はレーザーによって再現可能で、申請者のこれまでの研究や他グループの実験によってデータが得られてきている。本研究では衝撃銃を用いて、より長い（サブマイクロ秒）衝撃波時間幅の実験を米国の放射光施設で行なった。ジルコンの実験結果からナノ秒衝撃波の場合と同様の高圧相への相転移を観察した。より高圧下での実験ではメルト化が観察されたが、その後の衝撃解放過程でも非晶質状態を保つことが明らかになった。長石における実験では衝撃下での非晶質化が観察され、衝撃解放過程でも非晶質状態を保つことが明らかになった。これらの結果はナノ秒の時間スケールでのレーザー駆動衝撃波での実験データと異なり、衝撃の時間幅が結晶構造ダイナミクスの可逆性に影響を与えるという知見が得られた。

本研究的目的是通过实验获得矿物撞击变质作用机制的基础数据，这对于解释受陨石撞击影响的矿物过去的天体历史是必要的。我们通过实验研究了冲击波的时间分布对陨石撞击引起的矿物晶体结构变化的影响。通过在冲击实验下进行原位X射线衍射测量，我们观察到了晶体结构变化的过程。使用锆石和长石作为目标矿物进行实验。短冲击波持续时间可以通过激光再现，并且数据已经通过申请人之前的研究和其他小组的实验获得。在这项研究中，我们使用冲击枪在美国的同步加速器辐射设施中进行了更长（亚微秒）冲击波持续时间的实验。从锆石的实验结果中，我们观察到与纳秒冲击波情况类似的向高压相的相变。在较高压力下的实验中，观察到熔化，但很明显，即使在随后的冲击释放过程中，非晶态仍然保持。在长石实验中，观察到它在冲击下变成非晶态，并且发现即使在冲击释放过程中它仍然保持非晶态。这些结果与纳秒时间尺度上激光驱动冲击波的实验数据不同，表明冲击的时间宽度影响晶体结构动力学的可逆性。

项目成果

Phase transition and melting in zircon by nanosecond shock loading

纳秒冲击载荷引起的锆石相变和熔化

• DOI: 10.1007/s00269-022-01184-8
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physics and Chemistry of Minerals
• 影响因子: 1.4
• 作者: Sota Takagi;Kouhei Ichiyanagi;Atsushi Kyono;Nobuaki Kawai;Shunsuke Nozawa;Norimasa Ozaki;Yusuke Seto;Takuo Okuchi;Souma Nitta;Satoru Okada;Kohei Miyanishi;Keiichi Sueda;Tadashi Togashi;Toshinori Yabuuchi
• 通讯作者: Toshinori Yabuuchi