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論文

Interstitial hydrogen atoms in face-centered cubic iron in the Earth's core

生田 大穣*; 大谷 栄治*; 佐野 亜沙美; 柴崎 裕樹*; 寺崎 英紀*; Yuan, L.*; 服部 高典

Scientific Reports (Internet), 9, p.7108_1 - 7108_8, 2019/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:86.74(Multidisciplinary Sciences)

水素は地球の核にある軽元素のひとつである。その重要性にもかかわらず、高圧で鉄格子中の水素を直接観察することはなされていない。われわれは世界で初めて、その場中性子回折法を用いて、12GPaおよび1200Kまでの面心立方(fcc)鉄格子におけるサイト占有率および格子間水素の体積の決定を行った。体心立方晶および二重六方最密相からfcc相への転移温度は、以前に報告されたものよりも高かった。5GPa以下の圧力では、fcc水素化鉄格子(x)中の水素含有量はx$$<$$0.3で小さかったが、圧力の増加と共にx$$>$$0.8まで増加した。水素原子は八面体(O)と四面体(T)の両方のサイトを占める。fcc格子は水素原子1個あたり2.22 $AA $^{3}$$の割合でほぼ直線的に拡大した。これは以前に推定された値(1.9 $AA $^{3}$$/H)よりも大きい。水素溶解による格子膨張は無視できるほど圧力に依存しない。格子間水素による大きな格子膨張は、コアの密度不足を説明する地球のコア内の推定水素含有量を減少させる。改訂された分析は、全コアが海洋質量の80倍の水素を含み、その内訳は外核と内核はそれぞれ79倍と0.8倍である。

論文

Ponded melt at the boundary between the lithosphere and asthenosphere

坂巻 竜也*; 鈴木 昭夫*; 大谷 栄治*; 寺崎 英紀*; 浦川 啓*; 片山 芳則; 舟越 賢一*; Wang, Y.*; Hernlund, J. W.*; Ballmer, M. D.*

Nature Geoscience, 6(12), p.1041 - 1044, 2013/12

 被引用回数:107 パーセンタイル:97.17(Geosciences, Multidisciplinary)

地球の硬いリソスフェアとその下の柔らかいアセノスフェアの境界は地震学的な不連続で特徴づけられている。地震波の速度の減少と吸収の増加は部分的な融解によるものと考えられている。我々は玄武岩マグマの密度、粘性と構造を高温高圧その場観察X線実験で、圧力5.5GPaまで測定した。マグマの密度は、加圧に伴い急激に増加するとともに、4GPaで粘性の極小を示すことが明らかになった。液体と固体の密度の差と、マグマの粘性で決まるマグマの易動度は、アセノスフェア中の深さ120-150kmに対応する圧力でピークを持つ。アセノスフェアを上昇するマグマの易動度が減少することは、80-100kmのリソスフェアとアセノスフェアの境界に融体が溜まることを示唆する。リソスフェアとアセノスフェアの協会での地震学的な不連続はこのマグマの滞留と関係があることが結論された。

論文

Density measurement of liquid FeS at high pressures using synchrotron X-ray absorption

西田 圭佑*; 大谷 栄治*; 浦川 啓*; 鈴木 昭夫*; 坂巻 竜也*; 寺崎 英紀*; 片山 芳則

American Mineralogist, 96(5-6), p.864 - 868, 2011/05

 被引用回数:29 パーセンタイル:72.72(Geochemistry & Geophysics)

X線吸収法を用いて液体硫化鉄(FeS)の密度が圧力3.8GPa,温度1800Kまで測定された。液体FeSの圧縮曲線はVinetの状態方程式を使うことでフィットすることが可能であった。非線形最小二乗法を用いることによって、等温体積圧縮率とその圧力微分が決定された。液体FeSは鉄が多いFe-S液体よりも圧縮されやすかった。

論文

Density of carbonated peridotite magma at high pressure using an X-ray absorption method

坂巻 竜也*; 大谷 栄治*; 浦川 啓*; 寺崎 英紀*; 片山 芳則

American Mineralogist, 96(4), p.553 - 557, 2011/04

 被引用回数:28 パーセンタイル:70.17(Geochemistry & Geophysics)

X線吸収法によって炭酸塩ペリドタイトマグマの密度が3.8GPa, 2100Kまで測定された。炭酸塩ペリドタイトマグマの体積弾性率は含水ペリドタイトマグマのそれよりも大きい。高温高圧条件下のマグマのCO$$_{2}$$の部分モル体積が計算された。われわれの結果は、CO$$_{2}$$の部分モル体積はH$$_{2}$$Oのそれよりも圧縮されにくいことを示している。すなわち、同じモル数であれば、H$$_{2}$$Oに比べCO$$_{2}$$のほうがより効果的にペリドタイトマグマの密度を高圧下で下げることを示唆している。

論文

Phase relationships and equations of state for FeS at high pressures and temperatures and implications for the internal structure of Mars

浦川 啓*; 染谷 恵子*; 寺崎 英紀*; 桂 智男*; 余越 祥*; 舟越 賢一*; 内海 渉; 片山 芳則; 末田 有一郎*; 入舩 徹男*

Physics of the Earth and Planetary Interiors, 143-144, p.469 - 479, 2004/06

 被引用回数:53 パーセンタイル:71.64(Geochemistry & Geophysics)

スプリングエイト放射光と組合せた大容量マルチアンビル高圧装置を用いて、硫化鉄のエックス線回折実験を22GPa, 1600Kまでの高温高圧下にて行った。単斜晶系のFeS III相と六方晶系のFeS IV相の境界及びFeS IV相と砒化ニッケル構造のFeS V相の境界が、精密に決定され、各相の状態方程式が測定された。この結果をもとに、火星内部の構造モデルを議論した。

論文

Viscosity change and structural transition of molten Fe at 5 GPa

寺崎 英紀*; 加藤 工*; 浦川 啓*; 舟越 賢一*; 佐藤 公則*; 鈴木 昭夫*; 岡田 卓

Geophysical Research Letters, 29(8), p.68_1 - 68_3, 2002/05

高圧下における溶融純鉄の粘性その場測定を、X線影像落球法によりおこなった。約2000Kにおける粘性係数は、2.7-5.0GPaでは15-24mPa sであり、5.0-7.0GPaでは4-9mPa sであった。粘性係数の急激な減少が5GPa付近で観察された、この圧力条件では融点直下における安定固相はデルタ相(bcc)からガンマ相(fcc)に変化する。今回得られた結果は、溶融鉄の構造変化が固相の相転移と近い圧力条件において、狭い圧力幅(1GPa)で起こる可能性を示唆している。

論文

The Effect of temperature, pressure, and sulfur content on viscosity of the Fe-FeS melt

寺崎 英紀*; 加藤 工*; 浦川 啓*; 舟越 賢一*; 鈴木 昭夫*; 岡田 卓; 前田 信*; 佐藤 仁*; 久保 友昭*; 葛西 志津*

Earth and Planetary Science Letters, 190(1-2), p.93 - 101, 2001/07

 被引用回数:47 パーセンタイル:68(Geochemistry & Geophysics)

Fe-FeS系融体は地球外核の主要な候補物質と考えられている。外核内部の対流ダイナミクスを考察するうえで、その粘性は最も重要な物性の1つである。われわれは、新しい試料アセンブリを用いて、X線影像落球法により、Fe-FeS系融体の高圧その場粘性測定を行った。粘性測定は、温度範囲1233-1923K,圧力範囲1.5-6.9GPa,組成範囲Fe-Fe$$_{72}$$S$$_{28}$$(wt %)において行われた。合計17回の測定で得られた粘性係数は、0.008-0.036Pa sの範囲で系統的に変化した。粘性係数の温度・圧力依存性から、粘性流動の活性化エネルギー及び活性化体積は、それぞれ30kJ/mol1,1.5cm$$^{3}$$/molとなり、Fe$$_{72}$$S$$_{28}$$融体の粘性はFe融体より15%小さいことがわかった。これらの傾向は、Fe-FeS系融体の構造変化に関連付けることができる。

論文

マルチアンビルを用いた高温高圧実験; 最近の成果

舟越 賢一*; 内海 渉; 大高 理*; 入舩 徹男*; 井上 徹*; 伊藤 英司*; 桂 智男*; 久保 敦*; 廣瀬 敬*; 安東 淳一*; et al.

岩石鉱物科学, 30(2), p.102 - 103, 2001/03

高温高圧下でのX線回折は、地球や惑星内部の岩石・鉱物試料の構造や状態を直接観察することのできる非常に有効な手段である。放射光とマルチアンビルを組み合わせた高温高圧X線回折の歴史は、高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設に初めて一段式マルチアンビルMAX80で実験が開始された1983年から始まる。さらに1997年には一段式よりも高圧力の発生可能な2段式マルチアンビルSPEED-1500による実験がSPring-8で開始され、およそ2500$$^{circ}C$$、30GPaまでの高温高圧X線実験が可能になった。本稿ではSPring-8の2段式マルチアンビルを例にとり、最近の研究例を中心に紹介する。

口頭

In-situ observation of microstress and solid state transformation in low temperature transformation weld metal by synchrotron radiation X-rays

Zhang, S.; 寺崎 秀紀*; 小溝 裕一*

no journal, , 

溶接より発生する残留応力が脆性破壊や応力腐食割れなどを促進するので、溶接継手の残留応力を低減することは重要である。この対策の一つとして、低温域でのマルテンサイト変態膨張を利用することが検討行われているが。溶接熱サイクル中溶接金属の固相変態及び応力変形挙動を理解することが本手法の確立には重要である。本コロキウムでは、大型放射光施設SPring-8の高輝度X線を利用してその場測定することにより、低温域で発生するマルテンサイト変態過程とミクロひずみとの関係を議論する。

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