Development on nano-scale multi-element isotope microscope and an application for nucleosynthesis based on the meteorite analysis

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K18805
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 寺田 健太郎 大阪大学, 理学研究科, 教授 (20263668)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河井 洋輔 大阪大学, 理学研究科, 助教 (90726671)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 局所分析 / 同位体分析 / 元素合成

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、大阪大学で開発された『FIB＋MULTUM(多重周回飛行時間型質量分析計)＋フェムト秒レーザーシステム』からなる超高感度SIMSをベースに、重元素に特化した、サブミクロンスケールの多元素同時同位体分析法を実用化し、始原的隕石中に極稀に含まれるプレソーラー粒子の同位体分析から太陽系前駆天体の元素合成の情報を引き出すことを目指す。
初年度は、本装置の肝である、集束イオンビームのGaイオン源およびアパチャ箔の交換を行った。イオン電流が非常に不安定であったものが、交換後、安定して動作するようになった。その結果、長時間の同位体分析において、その定量性および精度が向上した。
また、残留大気によるバックグラウンドレベルの低減化を目的に、メインチャンバーを大気開放し、装置内のクリーニングを行った。同時に、チャンバー内の地具およびポートの配置関係を確認し、改良を行うレーザー光学系設計のための検討を行った。現在、ここで得られた情報を基に、光学系の設計を行っており、来年度組み上げる予定である。
並行し、Murchison隕石を酸処理して、プレソーラーSiCをいくつか同定した。これらの粒子についてケイ素同位体分析を行い、多くの粒子が29Si, 30SiにenrichしたAsymptotic Giant Branch星(AGB星) 由来の同位体異常を示すことを明らかにした。
また装置開発がうまくいかなかった場合の保険として、市販のイオンマイクロプローブ(NanoSIMS)を用いた基礎実験も行った。太陽系始原物質である「いとかわ微粒子」のU-Pbの同位体分析の結果、太陽系の初期進化に関する大変重要な知見を得た。現在、論文化をすすめている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1μmのビーム径で数十ppmの微量元素からのピークを検出できるまでイオン化効率を改善すし、プレソーラーSiCの主成分であるSi同位体分析に成功し、過去の文献から予想される同位体異常を検出した。一方で、数十ppmの元素と同程度の強度の起源不明のシステムピークが存在することから、微量元素の同位体比分析にはいたっていない。イオン化効率の更なる向上、および低バックグラウンド化が当面の課題である。
また装置開発がうまくいかなかった場合の保険として、市販のイオンマイクロプローブ(NanoSIMS)を用いた基礎実験も行った。太陽系始原物質である「いとかわ微粒子」のU-Pbの同位体分析の結果、太陽系の初期進化に関する大変重要な知見を得た。現在、論文化をすすめている。

Strategy for Future Research Activity

プレソーラーSiCの微量元素の同位体分析を行うべく、(1)レーザー光学系の改造、(2)さらなる低バックグラウンド化の改善を行う。

Causes of Carryover

初年度は、１次イオン源が動作不安定であったため、その調整に相当の時間を費やした。その結果、当初の予定通りに研究が進まず、レーザー光学系の改良を行うまでに至らなかったため