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

地心条件下铁及铁合金超高压高温实验

• 批准号: 06J11429
• 负责人: 佐藤 友子
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J11429/
• 关键词: 超高圧高温実験; 立方晶窒化ホウ素ガスケット; SiO_2ガラス; 非晶質高圧下その場密度測定; 非晶質高圧下その場構造測定; ダイヤモンドアンビル装置; ダイヤモンドアンビルセル; レーザー加熱; 高強度ガスケット

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。

这项研究旨在开发一种实现400 GPA和数千K的超高压力和高温条件的设备，该设备与地球核心相对应，并阐明内部核心成分的状态。在几千K的高温条件下，常规钻石砧座可以产生的压力仅限于200 GPA。主要原因是砧座加热时会分解。为了达到与内核相对应的超高压力和高温条件，尽可能最大程度地减少砧的温度升高并防止其分解。今年，我们试图通过使用脉冲激光器和直至去年开发的立方氮化硼垫圈结合加热方法来实现目标压力温度范围。当使用立方硼醇垫圈时，产生压力所需的负载大于常规金属垫片。尽管钻石砧座设备主要由铁砧储物柜组成，但我们预测，由于高负载而导致的细胞变形将是一个特别严重的问题。因此，制造并测试了由具有极高机械强度的材料制成的细胞。结果，发现问题是碳化物摇杆的分解，而不是细胞的变形。不幸的是，由于预算限制，难以进一步改进设备，因此目的没有实现。迄今为止开发的技术是高压和高温产生的基础。已经确定，使用立方硼氮化垫的使用可能允许在超高压力下对无定形材料的原位测量，因此技术发展是并行进行的。使用这些技术，首次实现了最高50GPA范围的SIO_2玻璃密度和结构的原位测量。

项目成果

Heating in a diamond-anvil cell using relaxation oscillations of a Q-switched Nd : YAG laser

使用 Q 开关 Nd : YAG 激光器的弛豫振荡在金刚石砧池中加热

• 发表时间: 2006
• 期刊: Review of Scientific Instruments 77
• 作者: Matsuzaki;SS;Takamura;N;Washitani;I;N. Funamori;T. Sato;T. Sato;N.Funamori;船守 展正;N.Funamori
• 通讯作者: N.Funamori

ダイヤモンドアンビル装置を用いたX線吸収法による密度測定

使用金刚石砧装置通过 X 射线吸收法测量密度

• 发表时间: 2007
• 作者: Matsuzaki;SS;Takamura;N;Washitani;I;N. Funamori;T. Sato;T. Sato;N.Funamori;船守 展正;N.Funamori;佐藤友子;佐藤友子;佐藤 友子;佐藤 友子
• 通讯作者: 佐藤 友子

Time-resolved measurements of the thermal-radiation hght emitted from the sample in a laser-heated diamond-anvil cell

对激光加热金刚石砧池中样品发出的热辐射进行时间分辨测量

• 发表时间: 2007
• 作者: Matsuzaki;SS;Takamura;N;Washitani;I;N. Funamori;T. Sato;T. Sato;N.Funamori;船守 展正;N.Funamori;佐藤友子;佐藤友子;佐藤 友子;佐藤 友子;船守 展正;N.Funamori;T.Sato
• 通讯作者: T.Sato

ダイヤモンドアンビル装置用c・BNガスケットの開発とその応用

金刚石砧装置用c/BN垫片的研制及其应用

• 发表时间: 2007
• 作者: Matsuzaki;SS;Takamura;N;Washitani;I;N. Funamori;T. Sato;T. Sato;N.Funamori;船守 展正;N.Funamori;佐藤友子;佐藤友子;佐藤 友子
• 通讯作者: 佐藤 友子

Search for a new gasket for laser-heated diamond-anvil experiments

寻找用于激光加热金刚石砧实验的新垫片

• 发表时间: 2007
• 作者: Matsuzaki;SS;Takamura;N;Washitani;I;N. Funamori;T. Sato;T. Sato;N.Funamori;船守 展正;N.Funamori;佐藤友子;佐藤友子;佐藤 友子;佐藤 友子;船守 展正;N.Funamori
• 通讯作者: N.Funamori