2015 Fiscal Year Annual Research Report
ウラン－鉛年代測定法の新展開：年代サイトメトリーに向けた次世代質量分析技術の開発
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26247094
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
平田 岳史 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10251612)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 正一 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60397023)
折橋 裕二 東京大学, 地震研究所, 助教 (70313046)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ウラン-鉛年代測定法 / 高精度年代学 / 年代サイトメトリー / デイリーイオン検出器 / 放射非平衡 / 高感度多重イオン検出 / プラズマイオン源質量分析法 / レーザーアブレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分析技術の進歩にともない年代情報の質や量は飛躍的に向上し、今では高品質かつ大量年代情報が議論の客観性・信頼性を左右するまでに至っている。本研究では、最も精密な絶対年代情報を与えるウラン―トリウム-鉛年代測定法に注目し、年代データのさらなる高精度化と、適用年代範囲・適用可能試料種の拡大を図る。この目的のために、本研究ではウラン-鉛同位体比測定の高感度化・高精度化が可能なイオン検出器の開発と、年代データの系統誤差の原因となる放射非平衡の補正法の確立を目指す。この目的のために、本研究では2個の小型デイリーイオン検出器を独自に製作し、同時イオン検出を試みる。当初の計画では、イオン検出効率を高める目的で大型の光電子増倍管の利用を想定していた。しかしイオン検出器同士が光干渉し、分析に影響を与える可能性が生じたため、デイリー検出器を小型化するとともに散乱イオン用遮蔽板を大型化した。この改良により干渉の低減と光電子像倍管の小型化、さらに制作コストの大幅な低減が図れた。製作したデイリー検出器をプラズマイオン源質量分析計（京都大学既有設備）に取り付け、基礎的性能評価を行った。開発した検出器ではノイズと信号の差別化が容易であることから、イオン信号の数え落としを最小限に抑えることができ、約2倍の高感度化が図れるとともに、従来の高感度イオン検出器と比較して長時間安定性の向上に成功した。安定性およびイオン検出感度のデータから、本研究で開発したデイリーイオン検出器が高精度同位体分析に応用可能な高い基本性能を有することが実証できた。さらに本年度は放射非平衡の補正法の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、製作した2個のデイリーイオン検出器を多重検出器型ICP質量分析計に装着し、イオン信号の検出と基礎的分析性能を行った。長時間安定性や、検出器のイオン計測位置感応性、応答性（不感時間の測定）、バックグラウンドの安定性に関する基礎データを蓄積した結果、従来の高感度イオン検出器と比較して、きわめて高い安定性と出力再現性が得られることがわかった。さらに長時間（10時間以上）に及ぶ、連続分析試験を繰り返し行った結果、長時間の過酷な条件下での測定でも、同位体比（207-Pb/206-Pb比）の測定変動を0.4％以下に抑えるこることができた。この測定変動は、本研究の主題であるウランー鉛年代測定においては、年代誤差約10万年に相当するものであり、本研究の目的とする年代精度と同等あるいはそれ以下の十分な性能をもつことがわかった。また、本研究で開発したイオン検出器は、信号とノイズの区別がつけやすく、ダイナミックレンジの改善にも寄与し、その結果1000万cpsを越える強い信号でも計測できることが明らかとなった。これは従来の高感度検出器の10～100倍の信号強度まで計測が可能であることを意味する。
その一方で、本研究で開発したデイリーイオン検出器のバックグラウンドが想定したものより若干高いことも明らかとなった。原因特定を行ったところ、この高いバックグラウンドは光電子増倍管によるものであることがわかり、英国製のものを日本製のものに交換した。その結果、バックグラウンドは1/100程度にまで低減することができた。さらに本年度は年代測定に関する実践分析も始め、従来にない高い空間分解能での年代分析が可能となった
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、新たに2基のデイリーイオン検出器を設計・製作するとともに、多重検出器型ICP質量分析計に組み込むことで、イオン検出器の基礎的な分析性能評価を行ってきた。長時間安定性や、検出器のイオン計測位置感応性、応答性（不感時間）の評価、バックグラウンド変動などに対する基礎データを蓄積した結果、従来の高感度イオン検出器では得られない優れた分析性能を引き出すことができた。特に、信号とノイズ成分の分離が容易なことから、より広いダイナミックレンジ（0～1,000万cps）での同位体計測が可能であることが実証でき、年代測定に最大限の貢献をする次世代検出器となることを示すことができた。
これまでの実験を通じて、イオン検出器としての基礎データの取得が完了した。そこで実践ステージとして、レーザーアブレーション法を組み合わせた実試料の年代測定を開始する。具体的には、研究分担者である折橋博士と伊藤博士と共同で、分析試料の選定および試料調整を行い、ウランー鉛年代測定を行う。研究分担者である折橋博士とは、いくつかのジルコン標準物質を用いて高空間分解能での年代分析を試みる。これまで分析ができなかった、2ミクロン領域からの年代測定と、表層薄領域（深さ1ミクロン以下）からの年代測定を試みる。また隕石試料に関しても年代分析を開始する。研究分担者である伊藤博士と共同で、隕石の詳細な岩石学的記載を行うとともに、ウラン、鉛の同位体分析およびその二次元マッピング分析を行い、正確なウランー鉛年代を引き出すための最適部位の特定と超精密同位体分析を進める。これらは、デイリーイオン検出器でなければ実現できない高度な同位体計測であるため、本研究の目的と密接した中核的な要素である。ここで得られた結果は、国際学会で招待講演・基調講演を通じて発表するとともに、積極的に国際誌での公表も行う。
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| Remarks |
現在、新所属（東京大学大学院理学系研究科）でも新ホームページを準備中です。
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[Journal Article] Zircon growth in a granitic pluton with specific mechanisms, crystallization temperatures and U-Pb ages: Implication to the ’spatiotemporal” formation process of the Toki granite, central Japan2016
Author(s)
T. Yuguchi T., H. Iwano, T. Kato, S. Sakata, K. Hattori, T. Hirata, S. Sueoka, T. Danhara, M. Ishibashi, E. Sasao, R. Nishiyama
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Journal Title
J. Mineral. Petrol. Sci.
Volume: 111
Pages: 9-34
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Geochemical behavior of zirconium during Cl-rich fluid or melt infiltration under upper amphibolite facies metamorphism - A case study from Brattnipene, Sor Rondane Mountains, East Antarctica2015
Author(s)
F. Higashino, T. Kawakami, N. Tsuchiya, M. Satish-Kumar, M. Ishikawa, G. H. Grantham, S. Sakata, K. Hattori, T. Hirata
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Journal Title
Jour. Miner. Petrol. Sci.
Volume: 110
Pages: 166-178
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Reconstruction of ocean plate stratigraphy in the Gwna Group, NW Wales: Implications for the subduction-accretion process of a latest Proterozoic trench-forearc2015
Author(s)
H. Asanuma, Y. Okada, W. Fujisaki, K. Suzuki, T. Sato, Y. Sawaki, S. Sakata, S. Yamamoto, T. Hirata, S. Maruyama, B.F. Windley
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Journal Title
Tectonophysics
Volume: 662
Pages: 195-207
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Variations in Organic Functional Groups Between Hydrous and Anhydrous Antarctic Micrometeorites2015
Author(s)
Yabuta, H.; Noguchi, T.; Itoh, S.; Nakamura, T.; Mitsunari, T.; Okubo, A.; Okazaki, R.; Tachibana, T.; Terada, K.; Ebihara, M.; Nagahara, H.
Organizer
78th Annual Meeting of the Meteoritical Society
Place of Presentation
Berkeley, California
Year and Date
2015-07-28 – 2015-07-28
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