阪大ら,ミューオンビームで隕石を非破壊分析

大阪大学,日本原子力研究開発機構,北海道大学らは協力し,大阪大学で開発された新しいDCミューオンビームを用いたミューオンX線分析法により,有機物を含む炭素質コンドライト隕石の非破壊定量分析に成功した(ニュースリリース)。

負ミューオン(μ-粒子)は,電荷が電子と同じ-eで,電子の約200倍の質量を持つ不安定な素粒子。この負ミューオンの入射により物質中から発生する特性X線を使った元素分析の可能性が指摘されていた。大阪大学で開発されたMuSICミューオンビーム生成装置は,負ミューオンが測定試料内で重い電子のように振舞う結果,EPMAのような電子プローブ分析に比べ,約200倍高いエネルギーをもつ特性X線が発生する。

このような高いエネルギーを持つ特性X線は,1cm程度の岩石試料であれば透過することが可能であり,物質内部の化学組成を軽元素から重元素まで試料を破壊することなく分析することが可能になる。従来の電子ビーム分析では極表面付近の数μm程度の深さの,Na(ナトリウム)以上の元素しか定量できていなかった。

今回,MuSICでは,世界最高効率でミューオンビーム(108 muons/s with a 0.4 kW proton beam)を生成することに成功した。このMuSICのミューオンビームラインを用いて,最近発見された炭素質コンドライト隕石であるJbilet Winselwanの特性X線分析を行ない,地球惑星物質中のMg(マグネシウム),Si(ケイ素),Fe(鉄),O(酸素),S(硫黄),C(炭素)元素の非破壊定量分析に世界で初めて成功した。

この隕石は太陽系誕生時の記憶を残しており,生命材料ともなりえた地球外有機物を含む。今回の分析によって,隕石全体の主要元素の存在度のパターンが炭素を含め隕石グループのCMグループとよく一致することがわかった。

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