[P-PS06] 惑星科学

[PPS06-P20] 2成分からなるダスト集合体の引張強度の実験的研究

*友膳 涼平¹、中村 昭子¹ (1.神戸大学大学院理学研究科)

キーワード：ダスト集合体、引張強度

ダストやレゴリスの集合体の引張強度を知ることは、太陽系における惑星形成の初期段階や、他天体からの衝突や自転によって破壊しうる天体の安定性を理解する上で非常に重要である。これまで様々な純物質の試料を用いた引張強度の実験的研究が行われてきたが、混合物を用いたものはほとんど行われていない。
そこで、本研究では、Brazilian disk test による引張強度の測定を、シリカと黒鉛の混合物に対して行った。シリカは、体積基準メジアン径1.2 μmの球粒子、黒鉛は、メジアン径4.4 μmの不規則粒子を用いた。シリカの重量割合を0～100%の間で変化させた試料を直径1 cmの円筒容器に入れて、圧縮試験機を用いて0.3 kNで圧縮したところ、充填率が0.37~0.60となった。充填率Φでの引張強度をσ(Φ)として、経験式σ(0.5)=σ(Φ)(0.5/Φ)exp(2.4(0.5-Φ))(Afrassiabian et al., 2016; Meissner et al., 1964; Rumpf, 1970)を用いて充填率 0.5で規格化を行ったところ、引張強度の値はおよそ5 kPa(シリカ100%)～76 kPa(黒鉛100%)を示し、シリカの割合が増えるに伴って減少したが、線形に減少するわけではなかった。なお、シリカと黒鉛の表面エネルギーを25 mJ/m²（Kendall et al., 1987）、96 mJ/m²（Fowkes, 1971）とし、球粒子の場合のルンプの式を仮定した場合の引張強度値はどちらも約15 kPaとなり、本実験の測定結果の3倍、0.20倍となる。この不一致の原因には、粒子の表面状態(吸着水や凹凸)、粒子サイズ分布の影響が考えられる。
成分の割合を変えることで見られる引張強度の変化の傾向は、氷、シリカ、フライアッシュのうち2種類を混合した試料を用いた実験の結果(Haack et al., 2020)においても同様のものが確認された。