層状含水鉱物の脱水反応のカイネティクスに及ぼす圧力効果

压力对层状水合矿物脱水反应动力学的影响

• 批准号: 07854027
• 负责人: 永井 隆哉
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07854027/
• 关键词: 層状含水鉱物; 脱水反応; カイネティクス; 高温DAC; SiO_2; 放射光X線; 石英-コ-サイト転移; ブルーサイト

本研究では、抵抗加熱方式による高温DACの開発と高エネルギー物理学研究所における放射光X線を使った層状含水鉱物の脱水反応のカイネティクスに及ぼす圧力効果を見積もるための予備実験を遂行した。高温用ダイヤモンドアンビルセル(高温DAC)は、0.3mm径のニクロム線をコイル状に巻いたものをダイヤモンドアンビルの周囲に置き、その周囲に断熱のためのマイカやパイロフィライトで覆うことで、125Wの電力の投入により試料部で10GPa、約400°Cまでの加熱が達成された。目標である500〜800°Cの達成には2段階加熱方式の採用やダイヤモンドのダメ-ジを軽減させるための対策などさらなる改良が必要であり現在進行中である。またこの高温DACを回転対陰極X線発生装置と湾曲型位置敏感X線検出器のシステムに組み込み光軸を調整する機構を設計作成し、高温高圧下でのX線回折実験可能なシステムを完成させた。高エネルギー物理学研究所においては、ARに設置されたMAX80システムを使った。実験はエネルギー分散法によった。まず時分割でのX線回折実験の予備実験としてSiO2の石英-コ-サイト転移のカイネティクスへの圧力効果を見積もる実験を行った。実験条件は3〜6GPa、600〜900°Cである。1分間隔での時分割測定が可能で、解析の結果圧力の増加は指数関数的に反応速度を速くする傾向にあることが明らかになった。つぎに行った層状含水鉱物の脱水反応では、高圧下で1000°C以上の高温になってしまうことがわかり、これまでの高圧セル構成では実験が不可能であるた。そこでグラファイトの環状ヒーターを使うなどのセルの改良を試みた。その結果、6GPa、1300°C程度までの実験が可能になり、ブルーサイトMg(OH)2について3GPaでの脱水反応が確認できた。

在这项研究中，我们利用电阻加热方法开发了高温DAC，并在高能物理研究所利用同步加速器X射线进行了初步实验，以估计压力对层状水合矿物脱水动力学的影响。高温金刚石砧座电池（高温DAC）通过在金刚石砧座周围放置一圈直径为0.3毫米的镍铬合金丝，并用云母或叶蜡石覆盖其进行绝缘，产生125W的功率，并输入电力，加热。样品部分的压力达到 10GPa，温度约为 400°C。为了实现500-800°C的目标，还需要进一步改进，例如采用两阶段加热方法以及减少对金刚石损伤的措施，目前正在进行中。我们还将这种高温 DAC 集成到旋转反阴极 X 射线发生器和弯曲位置敏感 X 射线探测器的系统中，设计并创建了调整光轴的机构，并完成了允许 X 射线的系统我让它在高温高压下进行衍射实验。在高能物理研究所，我们使用了安装在AR中的MAX80系统。实验采用能量色散法进行。首先，作为时间分辨 X 射线衍射实验的初步实验，我们进行了一项实验来估计压力对 SiO2 中石英-共位点转变动力学的影响。实验条件为3-6 GPa和600-900℃。可以以 1 分钟的间隔进行时分测量，分析表明压力的增加往往会呈指数地加快反应速率。在接下来的层状水合矿物脱水反应中，发现高压下温度达到1000°C以上，使得传统的高压池配置无法进行实验。因此，他们尝试通过使用石墨环形加热器来改进电池。结果，可以在高达6GPa和1300°C的温度下进行实验，并且我们能够确认水镁石Mg(OH)2在3GPa下的脱水反应。