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水素の高ダイナミックレンジ定量イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 20H01990
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分17040:固体地球科学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

坂本 直哉  北海道大学, 創成研究機構, 准教授 (30466429)

研究分担者 飯塚 毅  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70614569)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
キーワードHigh dynamic range / Isotope imaging / Ion detector / CMOS imager / Water / Planet / 水素 / イメージング / 二次イオン質量分析 / 火星隕石 / 同位体顕微鏡 / 二次元イオン検出器 / 高ダイナミックレンジ / 惑星 / 同位体 / 質量分析
研究開始時の研究の概要

惑星を構成する主要鉱物に含まれる水素の量は非常に少ないにも関わらず、莫大な体積を占めるために、微小な分析値の違いが惑星全体の水の推定に大きな影響を及ぼす。火星隕石やアポロ、探査機はやぶさなどの宇宙帰還試料は、量が限られるために地球の吸着水の影響を避けることが難しく、惑星内部を再現する高圧実験試料は、水を大量に取り込むガラスなどが調査対象のすぐ傍にあるために水の定量を行うのは非常に困難であった。本研究では、固体物質表面の水素同位体分布を可視化する同位体顕微鏡を改良し、同一視野内に含まれる多量の水素と極微量な水素を同時に高精細にイメージング可能なシステムを開発する。

研究成果の概要

固体惑星の主要鉱物に含まれる水素は、極微量であるにも関わらず惑星全体においては莫大な体積を占めるため、地球外物質や高圧実験試料の分析において地球の吸着水の影響などによる僅かな分析値の違いが、総量の推定に大きく影響を及ぼす。
本研究では、固体表面の水素濃度分布を、超高感度高空間分解能でイメージング可能な同位体顕微鏡を高ダイナミックレンジ化する手法を開発し、多量の水素と極微量な水素を同時に定量可能なシステムを構築した。本システムにより、8桁のダイナミックレンジでサブミクロンスケールの同位体イメージを定量的に取得可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

固体表面の水素をイメージングする新たな手法を開発しました。この手法では、検出器の読み出し方法を工夫することで、8桁のダイナミックレンジを実現しています。これにより、ほとんど水を含まない無水鉱物が大部分を占める固体惑星の水の総量の推定だけでなく、同位元素の含有量が1000万倍異なるようなミクロンスケールの物質が混在していても、正確にその含有量を分析することが可能となります。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (25件) (うち国際共著 21件、 査読あり 22件、 オープンアクセス 16件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Disequilibrium oxygen isotope distribution among aqueously altered minerals in Ryugu asteroid returned samples2024

    • 著者名/発表者名
      Kita Noriko T.、Kitajima Kouki、Nagashima Kazuhide、Kawasaki Noriyuki、Sakamoto Naoya、Fujiya Watar et al.
    • 雑誌名

      Meteoritics & Planetary Science

      巻: - 号: 8 ページ: 2097-2116

    • DOI

      10.1111/maps.14163

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Olivine-Hosted Melt Inclusions Track Progressive Dehydration Reactions in Subducting Slabs Across Volcanic Arcs2024

    • 著者名/発表者名
      Brahm Raimundo、Coulthard Jr Daniel、Zellmer Georg、Kuritani Takeshi、Sakamoto Naoya、Taniuchi Hajime、Yurimoto Hisayoshi、Nakagawa Mitsuhiro、Sato Eiichi
    • 雑誌名

      Journal of Petrology

      巻: 65 号: 4

    • DOI

      10.1093/petrology/egae017

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pervasive aqueous alteration in the early Solar System revealed by potassium isotopic variations in Ryugu samples and carbonaceous chondrites2024

    • 著者名/発表者名
      Hu Yan、et al.
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 409 ページ: 115884-115884

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2023.115884

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pressure dependence of metal-silicate partitioning explains the mantle phosphorus abundance2024

    • 著者名/発表者名
      Ikuta Nagi、Sakamoto Naoya、Tagawa Shoh、Hirose Kei、Tsutsumi Yutaro、Yokoo Shunpei、Yurimoto Hisayoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 号: 1 ページ: 1194-1194

    • DOI

      10.1038/s41598-024-51662-y

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Plutonic Nature of a Transcrustal Magmatic System: Evidence from Ultrahigh Resolution Sr-Disequilibria in Plagioclase Microantecrysts from the Southern Taupo Volcanic Zone, New Zealand2023

    • 著者名/発表者名
      Coulthard Jr Daniel A、Brahm Raimundo、Lormand Charline、Zellmer Georg F、Sakamoto Naoya、Iizuka Yoshiyuki、Yurimoto Hisayoshi
    • 雑誌名

      Journal of Petrology

      巻: 65 号: 1

    • DOI

      10.1093/petrology/egad087

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Neodymium‐142 deficits and samarium neutron stratigraphy of C‐type asteroid (162173) Ryugu2023

    • 著者名/発表者名
      Torrano Zachary A.、et al.
    • 雑誌名

      Meteoritics & Planetary Science

      巻: - 号: 8 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1111/maps.14109

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Magnesium Isotope Composition of Samples Returned from Asteroid Ryugu2023

    • 著者名/発表者名
      Bizzarro Martin、et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 958 号: 2 ページ: L25-L25

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ad09d9

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Water circulation in Ryugu asteroid affected the distribution of nucleosynthetic isotope anomalies in returned sample2023

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Tetsuya、et al.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 45

    • DOI

      10.1126/sciadv.adi7048

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Oxygen Isotopic Composition of Samples Returned from Asteroid Ryugu with Implications for the Nature of the Parent Planetesimal2023

    • 著者名/発表者名
      Tang Haolan、et al.
    • 雑誌名

      The Planetary Science Journal

      巻: 4 号: 8 ページ: 144-144

    • DOI

      10.3847/psj/acea62

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydrogen Isotopic Composition of Hydrous Minerals in Asteroid Ryugu2023

    • 著者名/発表者名
      Piani L., Nagashima K., Kawasaki N., Sakamoto N., Bajo K.-I., Yabuta H. et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 946 号: 2 ページ: L43-L43

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acc393

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Samples returned from the asteroid Ryugu are similar to Ivuna-type carbonaceous meteorites2023

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Tetsuya、Nagashima Kazuhide、Nakai Izumi、Young Edward D.、Abe Yoshinari、Aleon Jerome、Alexander Conel M. O’D.、Amari Sachiko、Amelin Yuri、Bajo Ken-ichi ... Yabuta Hikaru ... et al.
    • 雑誌名

      Science

      巻: 379 号: 6634 ページ: 7850-7850

    • DOI

      10.1126/science.abn7850

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Oxygen isotopes of anhydrous primary minerals show kinship between asteroid Ryugu and comet 81P/Wild22022

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Noriyuki、Nagashima Kazuhide、Sakamoto Naoya、Matsumoto Toru、Bajo Ken-ichi、Wada Sohei、Igami Yohei、Miyake Akira、Noguchi Takaaki、Yamamoto Daiki ... Yabuta Hikaru ... et al.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 8 号: 50 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1126/sciadv.ade2067

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ryugu’s nucleosynthetic heritage from the outskirts of the Solar System2022

    • 著者名/発表者名
      Hopp Timo、Dauphas Nicolas、Abe Yoshinari、Aleon Jerome、O’D. Alexander Conel M.、Amari Sachiko、Amelin Yuri、Bajo Ken-ichi、Bizzarro Martin、Bouvier Audrey ... Yabuta Hikaru ... et al.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 8 号: 46 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1126/sciadv.add8141

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Formation and decomposition of vacancy-rich clinopyroxene in a shocked eucrite: New insights for multiple impact events2022

    • 著者名/発表者名
      Zhang Ai-Cheng、Li Jie-Ya、Chen Jia-Ni、Wen Yuan-Yun、Guo Yan-Jun、Li Yang、Sakamoto Naoya、Yurimoto Hisayoshi
    • 雑誌名

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      巻: 329 ページ: 38-50

    • DOI

      10.1016/j.gca.2022.05.017

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Oxygen and Al-Mg isotopic constraints on cooling rate and age of partial melting of an Allende Type B CAI, Golfball.2021

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki, N., Itoh, S., Sakamoto, N., Simon, S.B., Yamamoto, D. and Yurimoto, H.
    • 雑誌名

      Meteorit. Planet. Sci.

      巻: 56 号: 6 ページ: 1224-1239

    • DOI

      10.1111/maps.13701

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydrogen diffusion mechanism in the mantle deduced from H-D interdiffusion in wadsleyite2021

    • 著者名/発表者名
      W. Sun, T. Yoshino, N. Sakamoto, H. Yurimoto
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 561 ページ: 116815-116815

    • DOI

      10.1016/j.epsl.2021.116815

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Experimental evidence for hydrogen incorporation into Earth’s core2021

    • 著者名/発表者名
      ShohTagawa, NaoyaSakamoto, KeiHirose, ShunpeiYokoo, JohnHernlund3 YasuoOhishi, HisayoshiYurimoto
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 2588-2588

    • DOI

      10.1038/s41467-021-22035-0

    • NAID

      120007034010

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] MushPEC: Correcting Post-entrapment Processes Affecting Melt Inclusions Hosted in Olivine Antecrysts2021

    • 著者名/発表者名
      Brahm Raimundo、Zellmer Georg F.、Kuritani Takeshi、Coulthard Daniel、Nakagawa Mitsuhiro、Sakamoto Naoya、Yurimoto Hisayoshi、Sato Eiichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Earth Science

      巻: 8

    • DOI

      10.3389/feart.2020.599726

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] An effect of variations in relative sensitivity factors on Al-Mg systematics of Ca-Al-rich inclusions in meteorites with secondary ion mass spectrometry2021

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Noriyuki、Park Changkun、Wakaki Shigeyuki、Kim Hwayoung、Park Sunyoung、Yoshimura Toshihiro、Nagaishi Kazuya、Kim Hyun Na、Sakamoto Naoya、Yurimoto Hisayoshi
    • 雑誌名

      GEOCHEMICAL JOURNAL

      巻: 55 号: 4 ページ: 283-287

    • DOI

      10.2343/geochemj.2.0634

    • NAID

      130008119462

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Widespread Tissintite in Strongly Shock-Lithified Lunar Regolith Breccias.2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang, A.-C., Jiang, Q.-T., Tomioka, N., Guo, Y.-J., Chen, J.-N., Li, Y., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 48 号: 5 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1029/2020gl091554

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mineralogical and oxygen isotopic study of a new ultrarefractory inclusion in the Northwest Africa 3118 CV3 chondrite.2020

    • 著者名/発表者名
      Yong Xiong, Ai‐Cheng Zhang, Noriyuki Kawasaki, Chi Ma, Naoya Sakamoto, Jia‐Ni Chen, Li‐Xin, Gu, Hisayoshi Yurimoto
    • 雑誌名

      Meteoritics & Planetary Science

      巻: 55 号: 10 ページ: 2184-2205

    • DOI

      10.1111/maps.13575

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A new occurrence of corundum in eucrite and its significance.2020

    • 著者名/発表者名
      Jie-Ya Li, Ai-Cheng Zhang, Naoya Sakamoto, Hisayoshi Yurimoto, Li-Xin Gu
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 105 号: 11 ページ: 1656-1661

    • DOI

      10.2138/am-2020-7361

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Variations in initial 26Al/27Al ratios among fine-grained Ca-Al-rich inclusions from reduced CV chondrites2020

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Noriyuki、Wada Sohei、Park Changkun、Sakamoto Naoya、Yurimoto Hisayoshi
    • 雑誌名

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      巻: 279 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1016/j.gca.2020.03.045

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Unique angrite-like fragments in a CH3 chondrite reveal a new basaltic planetesimal2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Ai-Cheng、Kawasaki Noriyuki、Kuroda Minami、Li Yang、Wang Hua-Pei、Bai Xue-Ning、Sakamoto Naoya、Yin Qing-Zhu、Yurimoto Hisayoshi
    • 雑誌名

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      巻: 275 ページ: 48-63

    • DOI

      10.1016/j.gca.2020.02.014

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Cr-Zr-Ca armalcolite in lunar rocks is loveringite: Constraints from electron backscatter diffraction measurements.2020

    • 著者名/発表者名
      Ai-Cheng Zhang, Run-Lian Pang, Naoya Sakamoto, Hisayoshi Yurimoto
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 105 号: 7 ページ: 1021-1029

    • DOI

      10.2138/am-2020-7260

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Cryogenic Isotope Microscope from Stars to Life2024

    • 著者名/発表者名
      N. Sakamoto
    • 学会等名
      17O Labeled Stable Isotope Water Imaging Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] WATER IN ALMAHATA SITTA ENSTATITE CHONDRITE PYROXENE2024

    • 著者名/発表者名
      C. G. Ordonez, Z. Jiang, J. P. Greenwood, and N. Sakamoto
    • 学会等名
      Lunar and Planetary Science Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] WATER IN LATE-STAGE LUNAR GLASSES: FACT OR FICTION?2024

    • 著者名/発表者名
      Z. Jiang, C. G. Ordonez, J. P. Greenwood, and N. Sakamoto
    • 学会等名
      Lunar and Planetary Science Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relative abundances of light elements between Ryugu and Ivuna2022

    • 著者名/発表者名
      Naoya Sakamoto
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 同位体顕微鏡による生命の原材料物質の探索2022

    • 著者名/発表者名
      坂本直哉
    • 学会等名
      日本学術振興会第9回先端計測R026研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 同位体顕微鏡を月面に設置する2022

    • 著者名/発表者名
      坂本直哉
    • 学会等名
      第69回日本地球化学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] クライオ同位体顕微鏡の開発と応用2022

    • 著者名/発表者名
      坂本直哉
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第78回学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Naoya Sakamoto

    • URL

      http://vigarano.ep.sci.hokudai.ac.jp/naoya/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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