2016 Fiscal Year Research-status Report
試料温度制御下での鉱物のカソードルミネッセンス測定とその応用
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16K05614
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
西戸 裕嗣 岡山理科大学, 生物地球学部, 教授 (30140487)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | カソードルミネッセンス / ルミネッセンス鉱物 / 試料温度効果 / 発光中心 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉱物が発現するカソードルミネッセンス（CL）について、特に試料温度効果を定量的に評価する方法を確立するとともに、実際の鉱物の結晶化学的キャラクタリゼーションへの応用を目指してきた。本研究により、新たな冷陰極型CL装置（Reliotron）が導入でき、立ち上げおよび調整を終え、低温度下でのCL発現挙動を観測可能となり、実際に使用し始めている。しかし、結露などの問題が発生し改善処置を講じる必要など課題もある。また、試料温度制御下でのSEM-CLスペクトル測定においては、分光に関する光路系を整備するとともに測定データの解析システムの構築を行い、実用化の目処を立てることができた。
実際の試料の測定に関しては、アクチベーター濃度や構造欠陥密度がCLの試料温度効果に大きく影響していることが明らかとなり、当初の予想が正しいことが示された。一方、試料依存性（鉱物の結晶化学性質の違い）が新たな試料温度効果への要因として見出された。これを解明するには、産地や産状を異にする多数の鉱物試料を用意し、結晶化学的性質をキャラクタリゼーションする必要もあり、新たな課題となっている。
本年度から取り組み始めた鉱物についての研究成果は、一部を学会発表として公表しているが、学術論文としては準備中であり今年度に投稿する。しかし、本研究における基礎的の成果として、従来から行ってきた鉱物のCLに関する研究に活用し、ジルコンや造岩鉱物のCLに関する学術論文を公表している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
・CL測定の技術的な検討：SEM-CL装置の光学系の調整は全て完了し、ルミネッセンス標準試料を用いて最終的な感度データの取得および補正計算プログラムの作成をほぼ終了している。これらの結果を実際の測定試料に適応し、標準光源により得られている参考標準値と比較する準備を行っている。Reliotronの作動調整を行い、低温度下での観測条件を決定しつつある。低温時の結露が光学系へ影響を及ぼすことが確認されたため、対処法を検討している。
・炭酸塩鉱物：試料温度制御下でカルサイトおよびマグネサイトのCLスペクトル定を全て測定し終えた。カルサイトのCLは、アクチベーター濃度により異なる試料温度効果を示すことが明らかとなり、特に高濃度の場合には濃度消光効果がCL発光強度に大きく影響している結果を得た。マグネサイトのCLは、明らかに構造欠陥による発光中心が試料温度効果に強く作用していることが示された。結果を解析し、両者について論文を作成しつつある。ドロマイトのCLは、アクチベーター濃度ならびにアクチベータイオンの占有サイトの違いにより複雑な温度消光過程を示すことから、測定試料を増やしてデータの取得する必要があり、対象試料の選定に当たっている。
・カオリナイト鉱物および石英：既に測定したCLスペクトルデータを波形分離解析により発光成分を単離し、アレニウスプロットから試料温度効果に対応する活性化エネルギーを算出することができた。得られた結果は、いずれとも試料依存性が高いことが判明したため、現在試料の選定ならびに試料処理に取り掛かっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
・温度制御下でのCL観察およびスペクトル測定を行える段階に入り、実際の鉱物試料を対象に感度補正、温度校正などを検証し、逐次得られたデータをルミネッセンス標準試料の値と比較することにより、色再現性ならびに測定精度の向上に努める。また、解析過程で大量の数値データを扱うため、エクセルのマクロを用い信頼性が高く効率のよりプログラムを新たに作成したい。Reliotronについては、低温時の結露をいかに防ぐかが大きな課題となっており、液体窒素導入経路の断熱化や光路系への乾燥窒素ガス導入へ向け装置の改良に取り組む。
・鉱物のCLは、試料温度に大きく依存していることが明らかとなってきた。したがって、CLの使用温度効果を定量的に求めることにより、これを指標として鉱物生成時の地質学的な環境や生成後の変成履歴や熱史を評価できるようにしたい。そのために、CLに大きく関係する不純物元素や構造欠陥など結晶化学的性質についても、質量分析法（LA-ICP-MS）、電子スピン共鳴法（ESR）、顕微ラマン分光法などにより決定することを試みる。
・研究成果の公表：炭酸塩鉱物については、カルサイトおよびマグネサイトのCLスペクトル解析を終え、結果を考察中であるが、ほぼその目処が立ち今年度中には学術論文として投稿する。ドロマイトについても、今年度中には測定を終え、可能な限り論文投稿したい。カオリナイト鉱物および石英のCLについては、多くの測定結果を得ているものの、両鉱物ともに試料依存性が強いことからさらなるデータの取得を必要とし、成果の公表は今年度末以降の見通しである。
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[Journal Article] Recurrent magmatic activity on a lithosphere-scale structure: Crystallization and deformation in kimberlitic zircons2017
Author(s)
Tretiakova, .I, Belousova, E., Malkovets, V., Grifin, W., Piazolo, S., Pearso, N., O'Reilly, S., Nishido, H.
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Journal Title
Gondwana Research
Volume: 42
Pages: 126-132
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Cryptoperthitic and replacive intergrowths with iridescence in monzonitic rocks from Cerro Colorado, northern Chile2016
Author(s)
Nakano, S., Kojima, S., Makino, K., Kayama, M., Nishido, H. and Akai, J
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Journal Title
European Journal of Mineralogy
Volume: 28
Pages: 355-374
Peer Reviewed
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[Journal Article] Cathodoluminescence and Raman Spectromicroscopy of Forsterite in Tagish Lake Meteorite, Implications for Astromineralogy2016
Author(s)
Gucsik, A., Gyollai, I., Nishido, H., Ninagawa, K., Izawa, M., Jager, C., Simonia, I., Ott, U., Szaniszlo, C. and Kayama, M.
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Journal Title
International Journal of Spectroscopy
Volume: 2016
Pages: 1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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