Hydrogenation of silicon-bearing hexagonal close-packed iron and its implications for density deficits in the inner core

ケイ素を含む六方最密充填鉄の水素化と内核の密度欠損への影響

森 悠一郎*; 鍵 裕之*; 青木 勝敏*; 高野 将大*; 柿澤 翔*; 佐野 亜沙美   ; 舟越 賢一*

Mori, Yuichiro*; Kagi, Hiroyuki*; Aoki, Katsutoshi*; Takano, Masahiro*; Kakizawa, Sho*; Sano, Asami; Funakoshi, Kenichi*

水素による鉄の体積膨張に対するケイ素の効果を調べるため、高圧高温下でのhcp-FeSiの中性子回折実験とX線回折実験を行った。中性子回折実験は重水素化hcp-FeSiに対して13.5GPa, 900K及び12.1GPa, 300Kで行い、得られたプロファイルからリートベルト解析を用いて水素占有率を決定した。hcp-Fe-SiのP-V-T状態方程式を組み合わせることにより、hcp-FeSiの水素による体積膨張が純粋なhcp鉄の体積膨張よりも10%大きいことを示した。得られた値を用いて、内核の密度欠損を再現できる水素量を見積もったところ、シリコンの影響がない場合に比べて50%減少した。hcp-FeSiで内核の密度欠損を再現した場合、内核と外核で可能な水素量xはそれぞれ0.07と0.12-0.15と計算された。

To investigate silicon effects on the hydrogen-induced volume expansion of iron, neutron diffraction and X-ray diffraction experiments were conducted to examine hcp-FeSi under high pressures and high temperatures. Neutron diffraction experiments were performed on the deuterated hcp-FeSi at 13.5 GPa and 900 K, and at 12.1 GPa and 300 K. By combining the P-V-T equation of state of hcp-FeSi, present results indicate that the hydrogen-induced volume expansion of hcp-FeSi is 10% greater than that of pure hcp iron. Using the obtained values, we estimated the hydrogen content that would reproduce the density deficit in the inner core, which was 50% less than that without the effect of silicon. Possible hydrogen content, , in the inner core and the outer core was calculated to be 0.07 and 0.12-0.15, respectively, when reproducing the density deficit of the inner core with hcp-FeSiHx.