惑星探査機搭載用年代測定装置のための紫外レーザーによる高精度カリウム計測法の確立

• Project/Area Number: 15K17796
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Geochemistry/Cosmochemistry
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 長 勇一郎 立教大学, 理学部, ポストドクトラルフェロー (00737687)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2015: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: カリウム・アルゴン年代 / レーザー / 年代計測 / 惑星探査 / 岩石

Outline of Annual Research Achievements

本研究計画では、代表者らがこれまでに開発してきたアイソクロン法によるカリウム・アルゴン年代のその場計測装置を発展させることで、誤差5%での年代計測技術を立証することを目指した。具体的には、レーザー誘起発光分光法(Laser-induced Breakdown Spectroscopy)によるカリウム濃度計測のために紫外レーザーを導入すると共に、 平行光源とカメラを使った簡便な試料重量計測法を新規に開発することで、試料中のカリウム絶対量を誤差10 %で計測する技術を確立することを目指した。
上記の目的を達成するために、まず真空容器中の岩石に対して波長266 nmの紫外パルスレーザーを照射する光学系を構築した。このために、紫外光発生用の光学結晶を導入し、紫外光反射用のミラーとレンズによって光学系を構成した。次に、試料表面を観察して岩石の掘削孔の体積を求めるため、一定の角度から平行光を照射する照明光学系と、試料観察用の光学系を製作した。これらに加えて、プラズマの発光を効率よく分光器に導くための集光光学系を製作した。
これらの光学系が完成したところで、5個のカリウム濃度標準試料(カリウム濃度300 ppm～5重量%)に対して発光スペクトルを取得した。発光スペクトルからは、制動放射に伴う連続発光成分と比較するとカリウム発光輝線が相対的に強く、高い信号/背景光比を持つことが観察された。このことは、カリウム計測のノイズ成分を低減できることを示唆する。また、レーザー照射一回当たりの蒸発量が、従来型の赤外レーザーを用いた場合よりも少なくなることが確認された。このことは、紫外レーザーが岩石をより精密に蒸発させることを示唆する。得られたカリウム濃度検量線は、赤外レーザーを用いた場合と定性的には似た挙動を示し、検量線法によるカリウム計測が可能であることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Conceptual Design of an In Situ K-Ar Isochron Dating Instrument for Future Mars Rover Missions (2016)
  • Author(s): Y. CHO, S. KAMEDA, Y. N. MIURA, Y. SAITO, S. YOKOTA, S. KASAHARA, R. OKAZAKI, K. YOSHIOKA, K. SHIBASAKI, T. OISHI, and S. SUGITA
  • Journal Title: Transactions of JSASS, Aerospace Technology Japan Volume: in-press
  • NAID: 130005250057
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] A laser-induced breakdown spectroscopy instrument for elemental analyses on Phobos (2016)
  • Author(s): Yuichiro Cho, M. Horiuchi, K. Shibasaki, S. Kameda, K. Wada, T. Nakamura, T. Mikouchi, Y. Miura, R. Okazaki, K. Ishibashi, K. Yoshioka, S. Sugita
  • Organizer: Phobos, Deimos, and Mars Workshop
  • Place of Presentation: 東京都目黒区東京工業大学
  • Year and Date: 2016-02-15
• [Presentation] ローバー搭載用K-Ar年代計測装置の製作 (2016)
  • Author(s): 長 勇一郎, 亀田真吾, 石上玄也, 三浦弥生, 芝崎和夫, 堀内美沙, 吉岡和夫, 杉田精司
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 神奈川県相模原市宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06
• [Presentation] An In-situ Dating Instrument Package for a Future Mars Rover Mission (2015)
  • Author(s): Yuichiro Cho, Shingo Kameda, Yayoi N. Miura, Yoshifumi Saito, Shoichiro Yokota, Satoshi Kasahara, Ryuji Okazaki, Kazuo Yoshioka, Kazuo Shibasaki, Takahiro Oishi, Misako Umeyama, Seiji Sugita
  • Organizer: 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市神戸コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-07-09
• [Presentation] 惑星着陸探査におけるカリウム・アルゴン年代のその場計測: 月・火星でアルゴンを分析するための真空容器開発 (2015)
  • Author(s): 長勇一郎,三浦弥生,岡崎隆司,芝崎和夫, 亀田真吾,杉田精司
  • Organizer: 第63回質量分析討論会
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市エポカルつくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-06-19
• [Presentation] 月惑星探査における年代その場計測を目指した開発 (2015)
  • Author(s): 長 勇一郎, 芝崎 和夫, 梅山 未紗子, 大石 峻裕, 亀田 真吾, 三浦 弥生, 吉岡 和夫, 齋藤 義文, 横田 勝一郎, 笠原 慧, 吉光 徹雄, 岡崎 隆司, 大竹 真紀子, 諸田 智克, 古賀 すみれ, 杉田 精司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 千葉県千葉市幕張メッセ
  • Year and Date: 2015-05-25