共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 X線回折法による氷結晶の変形組織の研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 北見工業大学
研究代表者／職名 准教授
研究代表者／氏名 堀　彰

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 飯塚芳徳 北大低温研

研究目的 深層の氷床コアの氷は、数万年以上の長い時間スケールで氷床の流動に伴う塑性変形を受けている。この塑性変形により、氷結晶中には転位が導入される。従って、氷床内部の物理的過程を理解するためには転位に関する情報は極めて重要である。
申請者らはX線回折法でロッキングカーブ測定を行い、その幅から転位密度を測定する研究を行ってきた。変形による氷の結晶組織や転位密度の変化が、この方法でどの程度観測可能であるかは明らかではない。本研究では、人工的に作製した氷単結晶試料を圧縮変形させ、変形の前後で結晶組織や転位密度の違いを調べ、本測定法の検証を行うことを目的とする。
　　
研究内容・成果 試料は圧縮変形前後の氷の単結晶試料を北海道大学博士研究員の宮本淳氏から提供を受けたものを使用し、測定は低温科学研究所の低温仕様X線回折装置により行う。変形前の単結晶試料の一部を切り出してロッキング・カーブ測定や格子定数測定を行い、元の試料は数週間かけて圧縮変形を行い、変形後の試料を切り出して同じ測定を行い、変形前後の違いを調べた。
　X線回折測定に用いた変形前の単結晶試料は作成した単結晶試料の末端の部分であり、後で述べるように亜結晶粒が存在する試料で結晶性はあまり良くなかった。(10-10)反射のロッキングカーブの幅から求めた転位密度は、ほぼ　10^9m^(-2)　程度であり、良質な単結晶に比べると2桁から3桁程度転位密度が高かった。しかし、通常の氷河氷の10^10m^(-2)に比べて転位密度は低かった。
　単結晶試料を整形し、氷床コアと同程度の歪速度で圧縮変形を行った。変形後の試料のロッキングカーブの測定を行った。ロッキングカーブには多数のピークが存在し、全体として半値幅が0.2°程度で非常にブロードあった。これを成分解析して求めた転位密度はほぼ　10^11m^(-2)　で、変形前より2桁大きくなった。この値は実際の氷床コアで測定した値と同程度であった。
　人工的に作成した単結晶の圧縮変形させた試料について、X線回折法により測定したロッキングカーブの幅から求めた転位密度は変形前の試料よりも2桁大きくなり、この方法が圧縮変形後の試料に対して、変形前と十分に有意な違いが観測されることが分かった。今後は、不純物や微粒子を分散させた試料について同様の測定を行うことにより、氷床コアの変形に与える影響を原子レベルで検証できると考えられる。
　　
成果となる論文・学会発表等