粒子状環境試料分析のための３次元全元素分析システムの開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23360419
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 松山 成男 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70219525)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 慶造 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00134065) ; 寺川 貴樹 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10250854) ; 菊池 洋平 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50359535) ; 馬 昌珍 福岡女子大学, 人間環境学部, 准教授 (80405555)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: ナノビーム / 全元素分析 / PM2.5 / 個別粒子分析

Research Abstract

ナノビーム形成システムの開発とマルチモーダル分析システムの高度化を行い、PM2.5粒子の個別分析を行った。加速器システムとレンズ系の最適化により、到達ビーム径はX線の収量曲線から導出すると0.6×0.8 μｍ2となった。到達ビーム径は数100nmを達成できなかったが、二次電子による測定との比較の結果、過大評価であることが分かり、今後ビーム径の評価法を確立する必要がある。またビーム量に関しては、サブミクロン領域径の領域においてビーム量は150pAとこれまでの数倍に向上しており、サブミクロンビーム径での分析も可能となった。
開発したシステムをPM2.5大気浮遊塵微粒子の発生源や変性のメカニズムを解明するために応用した。Off-Axis STIM分析を用いて試料のエネルギー損失分布を得ることで、PM2.5の粒子を個別に分析を行うことが出来るシステムを開発した。カスケードインパクターを用いて福岡においてサンプリングを行い、分析を行った。バルク状態の元素の割合は従来の分析結果と類似していることがわかった。Off-Axis STIM分析から得られた試料によるエネルギー損失分布から個別に粒子を選び出し、PM2.5の個別粒子の分析を行い個別粒子に含まれる元素の割合を得た。同時刻に捕集を行ったPM2.5間においても粒子ごとに含まれる元素の割合は異なっていた。これらは、様々な粒子の混ざったものの平均的な状態の分析が主であったPM2.5の組成解析法と異なり、直接的に組成に関する情報を引き出すことができることを示していると考えられる。また、得られた元素の割合から、今回捕集した粒子の多くは、粘土、セメント製造、石炭燃焼、鉄鋼業が発生源のものと考えられ、発生原因をたどる上で非常に有効であることが分かった。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Improvement and recent applications of the Tohoku microbeam system (2014)
  • Author(s): S. Matsuyama, K. Ishii, K. Watanabe, A. Terakawa, Y. Kikuchi, M. Fujiwara, H. Sugai, M. Karahashi, Y. Nozawa, S. Yamauchi, M. Fujisawa, M. Ishiya, T. Nagaya, R. Ortega, A. Carmona, S. Roudeau
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Volume: B 318 Pages: 32-36
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PIXE analyses of cesium in rice grains (2014)
  • Author(s): Hiroyuki Sugai, Keizo Ishii, Shigeo Matsuyama, Atsuki Terakawa, Yohei Kikuchi, Hiroaki Takahashi, Azusa Ishizaki, Fumito Fujishiro, Hirotsugu Arai, Naoyuki Osada, Masahiro Karahashi, Yuichiro Nozawa, Shosei Yamauchi, Kosuke Kikuchi, Shigeki Koshio, Koji Watanabe
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Volume: B 318 Pages: 191-193
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Micro-PIXE evaluation of radioactive cesium transfer in contaminated soil samples (2014)
  • Author(s): F. Fujishiro, K. Ishii, S. Matsuyama, H. Arai, A. Ishizaki, N. Osada, H. Sugai, K. Kusano, Y. Nozawa, S. Yamauchi, M. Karahashi, S. Oshikawa, K. Kikuchi, S. Koshio, K. Watanabe, Y. Suzuki
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Volume: B 318 Pages: 99-101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 6.Concentration of Cs in plants and water resulting from radioactive pollution (2014)
  • Author(s): A. Ishizaki, K. Ishii, S. Matsuyama, F. Fujishiro, H. Arai, N. Osada, H. Sugai, S. Koshio, S. Yamauchi, K. Kusano, Y. Nozawa, M. Karahashi, S. Oshikawa, K. Kikuchi, K. Watanabe, S. Itoh, K. Kasahara, S. Toyama, Y. Suzuki
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Volume: B 318 Pages: 105-108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Remediation of plants contaminated with cesium by aqueous cleaning (2014)
  • Author(s): N. Osada, K. Ishii, S. Matsuyama, H. Sugai, K. Kusano, Y. Nozawa, S. Yamauchi, M. Karahashi, S. Oshikawa, K. Kikuchi, S. Koshio, K. Watanabe, S. Itoh, Y. Suzuki, A. Terakawa, Y. Kikuchi, F. Fujishiro, A. Ishizaki, H. Arai
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Volume: B 318 Pages: 102-104
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2.Reducing logistical barriers to radioactive soil remediation after the Fukushima No. 1 nuclear power plant accident (2014)
  • Author(s): K. Ishii, A. Terakawa, S. Matsuyama, Y. Kikuchi, F. Fujishiro, A. Ishizaki, N. Osada, H. Arai, H. Sugai, H. Takahashi, K. Nagakubo, T. Sakurada, H. Yamazaki, S. Kim
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Volume: B 318 Pages: 70-75
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of PIXE analysis to investigation of plants cultivated with contaminated soil of Fukushima (2014)
  • Author(s): K.Ishii, A. Terakawa, S. Matsuyama, A. Ishizaki, H. Arai, N. Osada, H. Sugai, H. Takahashi, K. Sera, H. Sasaki, K. Sasaki, T. Sawamura
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Volume: 掲載確定 Pages: 掲載確定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical property of the size-resolved Asian dust particles measured at Kosan super-site during ACE-Asia (2013)
  • Author(s): Ma C.-J., Yamamoto M., Cao, R., Matuyama, S., Sera, K
  • Journal Title: Earth & Environmental Research Volume: 7(2) Pages: 17-23
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1.Improvement of the energy stability of the Tohoku Dynamitron accelerator for microbeam and nanobeam applications (2013)
  • Author(s): S. Matsuyama, M. Fujisawa, T. Nagaya, K. Ishii, A. Terakawa, Y. Kikuchi, M. Fujiwara, K. Watanabe, M. Karahashi, Y. Nozawa, S. Yamauchi and M. Ishiya
  • Journal Title: International Journal of PIXE Volume: Vol. 23, Nos. 1 & 2 Pages: 69-75
  • DOI: 10.1142/S0129083513400081
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ナノビーム分析システムの開発 (2014)
  • Author(s): 松山成男、石井慶造、寺川貴樹、渡部浩司、小塩成基、菊池航介、押川峻、藤澤政則、石屋大志、永谷隆男
  • Organizer: 日本原子力学会「2014春の年会」
  • Place of Presentation: 東京都市大学
  • Year and Date: 20140326-20140328
• [Presentation] キノコにおけるアルカリ金属元素移行研究へのPIXE法の応用 (2014)
  • Author(s): 寺川貴樹、石井慶造、松山成男、菅井裕之、押川峻、菊池航介、小塩成基、藤田明希穂、鈴木優生、松山哲生、渡部浩司、伊藤駿、遠山翔、枚方遥子、世良耕一郎
  • Organizer: 日本原子力学会「2014春の年会」
  • Place of Presentation: 東京都市大学
  • Year and Date: 20140326-20140328
• [Presentation] ナノビーム形成のための東北大学ダイナミトロン加速器の高圧発生回路の安定化 (2013)
  • Author(s): 松山成男、石井慶造、寺川貴樹、藤原充啓、渡部浩司、菊池浩介、小塩成基、 押川駿、遠山翔、藤澤政則、石屋大志、永谷隆男
  • Organizer: 第29回PIXEシンポジウム
  • Place of Presentation: 若狭湾エネルギー研究センター
  • Year and Date: 20131113-20131115
• [Presentation] ナノビーム分析の実現に向けたマイクロビームシステムの改良 (2013)
  • Author(s): 渡部浩司, 松山成男, 石井慶造, 寺川貴樹, 藤原充啓, 小塩成基, 押川峻, 藤澤政則, 石屋大志, 永谷隆男
  • Organizer: 第29回PIXEシンポジウム
  • Place of Presentation: 若狭湾エネルギー研究センター
  • Year and Date: 20131113-20131115
• [Presentation] 有害金属元素 に曝露されたヒト肺上皮細胞の 3D -PIXE-μ-CT 分析 (2013)
  • Author(s): 鈴木優生, 石井慶造, 松山成男, Richard Ortega, A.Carmona, R.Roudeau, 押川峻, 小塩成基, 菊池航介, 藤田明希穂, 渡部浩司, 伊藤駿笠, 原和人, 遠山翔
  • Organizer: 第29回PIXEシンポジウム
  • Place of Presentation: 若狭湾エネルギー研究センター
  • Year and Date: 20131113-20131115
• [Presentation] PIXE分析を用いた生体試料中の3次元元素分布画像取得法の開発 (2013)
  • Author(s): 松山哲生, 石井慶造, 寺川貴樹, 松山成男, 押川峻, 菊池航介, 小塩成基, 藤田明希穂, 鈴木優生, 渡邉浩司, 遠山翔, 伊藤駿, 平方遥子
  • Organizer: 第29回PIXEシンポジウム
  • Place of Presentation: 若狭湾エネルギー研究センター
  • Year and Date: 20131113-20131115
• [Presentation] 酸化コバルトに曝露されたヒト肺上皮細胞の3D-PIXE-μ-CT 分 析 (2013)
  • Author(s): 石井慶造，松山成男，鈴木優生
  • Organizer: 日本原子力学会「2013秋の大会」
  • Place of Presentation: 八戸工業大学
  • Year and Date: 20130903-20130905
• [Presentation] 東北大学ダイナミトロン加速器の電圧安定性向上 (2013)
  • Author(s): 松山成男，石井慶造，寺川貴樹，菊池洋平，渡部浩司， 菊池航介，小塩成基，押川峻，遠山翔，唐橋昌宏，能澤雄一郎， 山内祥聖，藤澤政則，石屋大志，永谷隆男
  • Organizer: 日本原子力学会「2013秋の大会」
  • Place of Presentation: 八戸工業大学
  • Year and Date: 20130903-20130905
• [Presentation] ナノビーム分析の実現に向けたビーム集束系の改良に関する研究 (2013)
  • Author(s): 渡部浩司，石井慶造，松山成男，寺川貴樹，菊池洋平， 菊池航介，小塩成基，押川峻，藤澤政則，石屋大志， 永谷隆男
  • Organizer: 日本原子力学会「2013秋の大会」
  • Place of Presentation: 八戸工業大学
  • Year and Date: 20130903-20130905
• [Presentation] PIXE 分析用トレーサーへの量子ドットの応用に関する研究 (2013)
  • Author(s): 石井慶造，寺川貴樹，松山成男，菊池洋平， 松山哲生
  • Organizer: 日本原子力学会「2013秋の大会」
  • Place of Presentation: 八戸工業大学
  • Year and Date: 20130903-20130905