次世代局所U-Pb年代分析法の確立を目指した「ポストイオン化法」の基礎開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26610183
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 寺田 健太郎 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20263668)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石原 盛男 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30294151) ; 中村 亮介 大阪大学, 産学連携本部, 講師 (70379147) ; 豊田 岐聡 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80283828) ; 青木 順 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90452424)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 局所同位体分析 / 同位体 / 隕石 / SIMS

Outline of Annual Research Achievements

地球惑星科学において、Uの放射壊変系を利用したU-Pb絶対年代分析は太陽系史／地球史／生命史を解読する強力なアプローチであり、これまで市販の２次イオン質量分析計(Secondary Ion Mass Spectrometer: SIMS)による局所U-Pb年代分析が盛んに行われてきた。一般にSIMSは、２次イオンの生成効率が1%以下と非常に低く、スパッタされた試料のうち大部分が中性粒子であるため、試料のロスに対して感度が低いことが最大の弱点であった。
そこで本計画１年目は、1次イオンビームでスパッタされた中性粒子を高出力のフェムト秒レーザーでポストイオン化させる基礎実験を行い、２次イオン生成率をレーザーを使用しない時と比べ2万倍以上に向上させることに成功した。これにより検出限界を１桁向上させ0.1wt%を達成した。本計画２年目は、飛行時間型(Time of Flight型)質量分析計の検出器の信号処理法の改良に着手した。1kHzの電流変化を約10万ショット積算する従来の検出方法はホワイトノイズも含め積算するためS/N比が悪く、微量元素の同位体分析には不向きであった。そこで、閾値を超えたイベントを高い時間分解能で識別し積算するイオンカウンティング法を新たに導入し、S/N比を劇的に向上した。この改良により検出感度がさらに１桁上がり（本研究開始前から２桁よくなり）、ウラン濃度100ppmの天然スタンダードジルコン91500の直径1μm以下の極微小領域から、ウランとその酸化物のピークを優位に検出することが可能となった。本研究により「サブミクロンスケールの局所同位体分析が可能な2次中性粒子質量分析計の実現」に向け大きく進展した。

Research Products

• [Presentation] DEVELOPMENT ON MULTI-TURNED TOF SIMS WITH A FEMTO-SECOND LASER FOR POST-IONIZATION: FIRST APPICATION TO EXTRATERRESTRIAL MATERIALS (2016)
  • Author(s): Terada, K., Kawai, Y., Toyoda, M., Ishihara, M., Aoki, J., Yabuta, H., Suwa, T. and Nakamura, R.
  • Organizer: 47th Lunar and Planetary Science Conference
  • Place of Presentation: ヒューストン（米国）
  • Year and Date: 2016-03-21 – 2016-03-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] サブミクロン局所同位体分析に向けたレーザーポストイオン化SNMSの開発 (2015)
  • Author(s): 河井 洋輔, 寺田 健太郎, 上岡 萌, 諏訪 太一, 松田 貴博, 豊田 岐聡, 石原 盛男, 青木 順, 中村 亮介
  • Organizer: 日本惑星科学会2015年秋季講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2015-10-14 – 2015-10-16
• [Presentation] 局所同位体分析に向けたポストレーザーイオン化SNMSの開発 (2015)
  • Author(s): 河井 洋輔, 寺田 健太郎, 上岡 萌, 諏訪 太一, 松田 貴博, 豊田 岐聡, 石原 盛男, 青木 順, 中村 亮介
  • Organizer: 2015年度日本地球化学会第62回年会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [Presentation] Development on the Post-Ionization method for next-generation SIMS (2015)
  • Author(s): Terada, K., Kawai, Y., Toyoda, M., Ishihara, M., Aoki, J., Nakamura, R.
  • Organizer: Japan-Korea SHRIMP workshop
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県・東広島市）
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 局所同位体分析に向けたポストレーザーイオン化SNMSの開発 (2015)
  • Author(s): 河井 洋輔, 寺田 健太郎, 上岡 萌, 諏訪 太一, 豊田 岐聡, 石原 盛男, 青木 順, 中村 亮介
  • Organizer: 第63回質量分析総合討論
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2015-06-17 – 2015-06-19
• [Presentation] レーザーポストイオン化SNMSを用いたプレソーラーSiCの同位体分析手法の開発 (2015)
  • Author(s): 諏訪 太一, 寺田 健太郎, 河井 洋輔, 薮田 ひかる, 豊田 岐聡, 石原 盛男, 青木 順
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2015-05-22 – 2015-05-26
• [Remarks] 超高感度極微量質量分析装置 (MULTUM-SNMS) の開発
  • URL: http://planet.ess.sci.osaka-u.ac.jp/contents/research/research3.html