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小惑星探査機はやぶさ２は、炭素質（C型）小惑星リュウグウの天体表面から岩石サンプルを採集し地球に帰還した。本研究の目的は、当該新学術研究で推進している負ミューオン非破壊元素分析をリュウグウ回収サンプルに適用するため、必要な精度と空間分解能を達成する分析手法や実験条件を確立することである。そのために、リュウグウ回収サンプルに近い物質である炭素質隕石やその模擬物質を分析対象とし、J-PARCにおいて半導体X線検出器を用いた負ミューオン3次元非破壊元素分析を行ってきた。
今年度はCM炭素質隕石の岩片に負ミューオンを照射し炭素濃度の定量化を目指し2020年6月と12月に実験を行った。炭素質隕石の粉体をペレット化したサンプル5～50㎎程度を用い、600~1000KWの出力の負ミュオンを10~48時間し、ミュオン照射由来の炭素のX線（75.2keV）の微小なピークを確認した。ピーク強度を正確に求めるために、炭素のピーク付近のX線のバックグラウンドを限りなく低減する工夫（ミュオンから生じた電子の制動放射による連続バックグラウンド成分の除去など）を行った。また、サンプル周りは専用のグローブボックスを製作し、Heを充填することによりミュオンの大気吸収を抑えた。検出器はGe半導体検出器を6台同時に使用した。その結果、20㎎のCM炭素質隕石を3日半負ミュオン分析すれば、精度10％以下で炭素濃度を求めることができることが分かった。これにより探査機によって回収された小惑星リュウグウサンプルの炭素濃度測定法が確立することができた。
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