2024 Fiscal Year Research-status Report
惑星大気ネオンのその場測定に向けた膜透過によるネオン―アルゴン分離手法の確立
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23K03472
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
三浦 弥生 東京大学, 地震研究所, 准教授 (90282730)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 火星大気 / ネオン同位体 / 希ガス同位体 / 膜透過 / ポリイミド / 質量分析計 / 惑星探査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、惑星大気ネオンのその場測定を実現するための装置開発を念頭に、(i) 質量分析計によるネオン同位体測定において、干渉イオンとなり測定を妨害するアルゴンとの分離法の確立、および (ii) 惑星探査（特に火星探査）条件下における測定システム全体の仕様案の構築、を目指している。地球や火星などの惑星大気ではネオンに比べてアルゴンの存在度が高いため（それにより20Ne+測定において40Ar++が妨害ピークなるため）、ネオンとアルゴンを効率良く分離して選択的にネオンを質量分析計に導入する必要がある。そのため大気を分離膜に透過させることよりネオン／アルゴン比を高める方法を検証してきている。前年度に引き続きポリイミド膜を分離膜として用いて大気を透過させる実証実験を進めて、ネオン／アルゴン比を5-6桁高められることやポリイミド膜をメタルガスケットを用いて真空フランジに固定する方法が探査においても利用できそうなことを確認した。また、模擬火星大気ガスとして地球大気と二酸化炭素を混合し全圧をおよそ火星大気圧の約600Paに調整したガスを作成し、それを透過させる実験を行い、概ね分圧に比例したネオン透過の結果が得られた。これまでの実験では二酸化炭素が主成分であることによる悪影響も特に見られていない。一方で、火星大気ネオン同位体測定の場合は、分圧が低いのでポリイミド膜の面積を大きくして透過ネオン量を確保する必要があり、複数の膜（例えば現在の実験に用いているサイズx3個）を並列に配置すること、および分析装置の感度向上やバックグランド低減が課題と考えている。
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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
地球大気を用いた透過実験では、「厚さ100μm程度のポリイミド膜」に60分程度大気を透過させるとネオンをアルゴンから有効に分離でき、ネオン同位体測定を行えることが確認できている。同一条件下での透過の再現性、低温下における透過特性の変化（低温では透過量が減少）、外的要因に対する膜保持フランジの堅牢性（衝撃や振動を与えても真空シールが保たれていること）などに関して実験データが得られている。これまでの透過実験では想定外の問題は生じていないが、今後惑星探査に適用するためには、装置全体を小型化することや探査で使用する質量分析計の性能・特性確認が必要であり、基礎実験のデータをもとにしながらそれらの検討をより具体的に行っていく計画である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの透過実験の多くは、1気圧の地球大気を膜透過させて行っているので、大気圧が低い場合や主要組成が異なる場合の透過実験をさらに進める計画である。別途準備中の模擬火星大気（二酸化炭素、アルゴン、ネオン、ヘリウムを火星大気組成に合わせ混合したガス）を使用できる予定であるので、それを用いた透過実験を行っていく。さらに、探査機搭載用質量分析計を開発するグループが所有する模擬フライトモデルの装置を使用してネオン測定データを収集すること、宇宙用小型バルブや真空ポンプが本研究が目指す惑星大気ネオン同位体測定に使用可能であるかを検証すること、などを進める計画である。その際には、測定装置のバックグランド（特にネオン、アルゴン、二酸化炭素）を充分に低くすること、火星着陸探査検討コミュニティーに参加し装置開発における制約事項（装置重量、電力量、温度耐性条件など）の情報を共有すること、なども必要である。それらの課題を克服しながら、実証実験に使用する装置が探査機に搭載可能なものに近づくことを目指していく。
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| Causes of Carryover |
研究室に既存の四重極型質量分析計を備えた希ガス測定ラインを整備・改良しながらポリイミド分離膜を用いた透過測定を行っている。真空ポンプなど比較的大型の物品は本研究費から既に準備済みで、繰り越す経費は令和7年度に必要となる消耗品類（超真空用フランジやガスケット等）の調達や改良に向けた資金として使用したく確保している。現在得られつつある測定データをもとに、小型化や試験部品の作成などにも一部使用する計画である。真空関連の機器・部品の価格は全般に値上がり傾向で、納期が長くなっているものもあるため、計画的に立案し遂行したいと考えている。
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[Presentation] 火星大気Neの同位体比その場測定のためのNe-Ar分離装置の開発：分離膜を用いた真空配管設計に関する実験と考察2024
Author(s)
霜越健多, 長勇一郎, 三浦弥生, 杉田精司, 日向輝, 吉岡和夫, 笠原彗, 斎藤義文, 黒川宏之, 熊谷英憲, 岩田尚能
Organizer
日本地球惑星科学連合2024年大会
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[Presentation] Current status of Martian Moons eXploration (MMX) contamination control and curation activity2024
Author(s)
Sugahara H., Sakamoto K., Fukai R., Usui T., Abe M., Nagashima K., Nakano A., Kimura S., Ozawa T., Sawada H., Kato H., Sato Y., Yoshikawa K., Takano Y., Fujiya W., Bajo K., Tachibana S., Miura Y., Zolensky M., Gonzalez C., Rodriguez M., Calva C., Seto E. P. et al.
Organizer
Hayabusa Symposium 2024
Int'l Joint Research
