12:00 PM - 2:00 PM
[R3P-10] Density measurement of FeS by X-ray absorption method with laser-heated diamond anvil cell
[Presentation award entry]
Keywords:Density, Core, Diamond anvil cell, High pressure
1. 目的
地球型惑星の中心核（コア）は、鉄-ニッケル-軽元素系合金から構成される。近年、Insight 探査機による地震波観測により火星外核が液体であることが明らかになり、コアのサイズが推定された。この情報をもとに火星コアの組成を推定するためには、火星コア条件における鉄-軽元素系液体の密度情報が不可欠である。火星コア中の軽元素の有力な候補としては、硫黄が考えられている（Dreibus and Wanke, 1987）。そこで本研究では、火星コア条件（20 – 40 GPa, 1700 - 2300 K）での密度測定を目指し、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いて、まずFeS固体の密度測定をおこなった。密度測定には液体試料にも適用可能なX線吸収法を用いた。
2. 方法
ダイヤモンドアンビルは、先端キュレットサイズが 450 μm のものを使用した。Reガスケットの2つの試料室の片方に FeS 試料、もう片方に参照物質（KBrまたは RbBr)を、それぞれ圧媒体である単結晶アルミナで挟んで封入した。X 線吸収法では、試料前後の X 線強度から試料のX 線透過率を求め、ランベルト・ベールの式を用いて試料密度を求める。試料厚みは、参照物質の測定から決定した。実験はSPring-8 放射光の BL10XU ビームラインで行い、30 keV の単色 X 線を用いた。X 線強度はイオンチャンバーで、X線回折はフラットパネル検出器を用いて測定した。加熱用レーザーは両面から試料に対し斜めに照射した。測定時の圧力は試料の格子体積から決定した。
3. 結果・考察
X線吸収法により、固体FeSの密度を10.8 – 16.9 GPa、1550 – 2450 K の圧力・温度条件で測定した。測定範囲でのFeSはすべて、NiAs型構造を持つFeS-V相であった。X線吸収法により得た密度と同時に測定したX線回折法による密度と比較を行い、結果を検証した。X線吸収法によるFeS密度は、試料厚みが7 μm以上確保されたものでは、回折法による密度との差が0.3 – 6.9 %であった。特に1550 – 1650 Kでの吸収法による密度は、回折密度と0.3 – 1.4 %の差でよく一致しくた。一方1900 K以上のより高温条件の結果は、回折密度との差が2.1 – 7.5 %と大きくなった。これは高温時の試料膨張が大きく、厚みの見積誤差が大きくなったためと考えられる。
地球型惑星の中心核（コア）は、鉄-ニッケル-軽元素系合金から構成される。近年、Insight 探査機による地震波観測により火星外核が液体であることが明らかになり、コアのサイズが推定された。この情報をもとに火星コアの組成を推定するためには、火星コア条件における鉄-軽元素系液体の密度情報が不可欠である。火星コア中の軽元素の有力な候補としては、硫黄が考えられている（Dreibus and Wanke, 1987）。そこで本研究では、火星コア条件（20 – 40 GPa, 1700 - 2300 K）での密度測定を目指し、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いて、まずFeS固体の密度測定をおこなった。密度測定には液体試料にも適用可能なX線吸収法を用いた。
2. 方法
ダイヤモンドアンビルは、先端キュレットサイズが 450 μm のものを使用した。Reガスケットの2つの試料室の片方に FeS 試料、もう片方に参照物質（KBrまたは RbBr)を、それぞれ圧媒体である単結晶アルミナで挟んで封入した。X 線吸収法では、試料前後の X 線強度から試料のX 線透過率を求め、ランベルト・ベールの式を用いて試料密度を求める。試料厚みは、参照物質の測定から決定した。実験はSPring-8 放射光の BL10XU ビームラインで行い、30 keV の単色 X 線を用いた。X 線強度はイオンチャンバーで、X線回折はフラットパネル検出器を用いて測定した。加熱用レーザーは両面から試料に対し斜めに照射した。測定時の圧力は試料の格子体積から決定した。
3. 結果・考察
X線吸収法により、固体FeSの密度を10.8 – 16.9 GPa、1550 – 2450 K の圧力・温度条件で測定した。測定範囲でのFeSはすべて、NiAs型構造を持つFeS-V相であった。X線吸収法により得た密度と同時に測定したX線回折法による密度と比較を行い、結果を検証した。X線吸収法によるFeS密度は、試料厚みが7 μm以上確保されたものでは、回折法による密度との差が0.3 – 6.9 %であった。特に1550 – 1650 Kでの吸収法による密度は、回折密度と0.3 – 1.4 %の差でよく一致しくた。一方1900 K以上のより高温条件の結果は、回折密度との差が2.1 – 7.5 %と大きくなった。これは高温時の試料膨張が大きく、厚みの見積誤差が大きくなったためと考えられる。