高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学（八木　健彦）

研究領域名

高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学

研究期間

平成20年度～平成24年度

領域代表者

八木　健彦（愛媛大学・地球深部ダイナミクス研究センター・特命教授）

研究領域の概要

　本領域は、水を含む地球深部物質の高温高圧下の研究を、中性子を使って飛躍的に発展させることを目指す。そのためにまず、東海村のJ-PARCに完成する新しい高強度パルス中性子施設に、世界に類を見ない上部マントル条件下での実験が可能な高温高圧中性子散乱ビームラインを設計・建設する。それを用いて含水鉱物やマグマなど、水を含んだ地球深部物質の高温高圧下の実験を推進する。さらに、計算科学による量子シミュレーションとも協同して、地球内部の諸現象において大きな役割を果たす水が、どのようにして地球深部にもたらされ、そこで何が起きるか、原子レベルで理解していく。本領域で計画中の実験装置と技術は今後、広範な物質科学の発展にも大きく寄与すると期待される。

領域代表者からの報告

審査部会における所見

A－（研究領域の設定目的に照らして、概ね期待どおりの成果があったが、一部に遅れが認められた）

1．総合所見

　本研究領域は、高温・高圧下での中性子回折実験を行う新技術の確立とその活用を軸に、種々の実験的研究や第一原理動力学計算などの多様な手法を組み合わせて、地球内部のケイ酸塩鉱物やマグマ中の水の物理化学的挙動や、その地球の諸現象に対する役割について解明する計画であった。しかしながら、東日本大震災の影響で1年間の停滞を強いられ、さらにJ-PARC施設の事故も相まって、ビームラインは完成したものの、それを用いた初期実験を行った段階で研究期間が終了することとなった。そのため、領域の設定目的に照らし、一部に遅れがあったと言わざるを得ないが、予備実験において期待以上の良質なデータが得られ、また動力学計算等による物性予測にも著しい進展が見られるなど、全体としては概ね期待どおりの成果があったと判断する。

2．評価の着目点ごとの所見

(1)研究領域の設定目的の達成度

　不可抗力による大幅な遅延により、データを連続的に産出するには至らなかったものの、中性子回折を用いた高温高圧実験の新技術の確立に成功している。また、これと相補的な形で第一原理計算を用いた物性予測研究が進展するなど、地球内部における水の役割の解明を飛躍的に前進させるための研究基盤が形成されたことは評価できる。

(2)研究成果

　ビームライン建設にいたる予備実験で様々な研究実績をあげている。特に、完成した装置を用いた実験により、極めて良質な中性子回折データを取得したことは当該分野のみならず、周辺分野にも波及する研究基盤が構築できたことを示すもので、高く評価できる。また、動力学計算からも高圧下での水素結合の振舞いなどについて、興味深い予測データが得られている。

(3)研究組織

　外的要因によるトラブルにも関わらず、しっかりとした運営がなされ、また本領域研究を通じて若手研究者が着実に育成されるなど、総括班が適切に機能したと思われる。

(4)研究費の使用

特に問題点はなかった。

(5)当該学問分野、関連学問分野への貢献度

　本研究領域により構築した高性能のビームラインは、当該学問分野の今後の研究にとって重要なツールとなることが期待される。また本領域の推進により、若手研究者を中心に多様な手法を持つ地球内部物性研究者のネットワークが形成されたことも高く評価できる。今後、材料物理学など周辺分野への活用の広がりも期待できる。

(6)若手研究者育成への貢献度

　世界をリードしてきた我が国の高温高圧実験分野において、中性子技術を用いる共同研究は今回が実質的に初めての試みであり、放射線技術を持つ新たな人材が流入した。さらに多くの若手研究者が参画して分野開拓を進めたことは、研究の裾野を広げるとともに、若手人材の育成という点で効果的であったと考えられる。本研究領域に参画した若手研究者の数名が、すでに大学等で研究者としてのポストを得ており、今後の活躍が期待される。