KEKフォトンファクトリーにおける「はやぶさ」微粒子の初期分析について

2011年01月21日 プレスリリース

2011年1月21日
高エネルギー加速器研究機構

高エネルギー加速器研究機構(KEK)の放射光科学研究施設(「フォトンファクトリー」:PF)では、独立行政法人宇宙航空研究開発機構(JAXA)の小惑星探査機「はやぶさ」により持ち帰られた、微粒子の初期分析を1月28日(金)から実施いたします。

これにあわせて、2月2日(水)には、PFにおける初期分析の様子を取材する機会を提供いたします。

<概要>

小惑星探査機「はやぶさ」搭載の帰還カプセルにより持ち帰られた微粒子のうち、岩石質と同定された約1,500個のほぼ全てが小惑星イトカワ由来であると示されました。今回PFで分析される微粒子は、それより大きな岩石質粒子であり、今後の分析によりイトカワ由来であるかが明らかにされます。また、これらの微粒子には太陽系起源の謎を解く重要な情報があると研究者たちは期待しています。

電子顕微鏡等によるこれまでの調査で得られた微粒子の情報は表面から数マイクロメートルまでの情報と主成分の構成です。より詳しく知るためには、微粒子全体の元素組成や、その微粒子に含まれる結晶の種類や存在度、さらに結晶構造を調べる必要があります。このような微小試料の元素組成や結晶構造を調べるには"放射光※1"という強力なX線が必要不可欠です。

東北大学大学院理学研究科の中村智樹(なかむら・ともき)准教授を代表とする実験グループは微粒子の構成元素、構成鉱物とその結晶構造の情報を得ることを目的として、PFの実験ステーションBL-3Aを用いてX線回折分析および蛍光X線分析を行う予定です。

中村氏は1999年よりPFを利用し、惑星間塵と始原隕石のX線回折実験を行ってきました。2007年にはNASAの探査機「スターダスト」が持ち帰った彗星塵の初期分析および詳細分析としてPFにおいてX線回折分析も行っており、放射光X線の有用性と実験のノウハウを蓄積してきました。これらの経験を踏まえ、今回の分析に至ります。

<分析手法とスケジュール>

1.使用ビームラインとその特徴

本分析のような微粒子の分析には、強いX線強度の利用が不可欠です。そこで、光源として真空封止型短周期アンジュレータ※2が利用できるX線回折実験用のビームラインBL-3Aを使用します。BL-3AはPFにある硬X線※3ビームライン中、最高強度のX線が利用できるビームラインで、その輝度は、通常の実験室で使用できるX線をおよそ6桁上回る1017[photons/sec/mm2/mrad2/0.1%b.w.]※4程度あります。輝度の高さは測定時間の短縮と微量元素の検知を左右する重要な要素となっています。

放射光は試料に合わせてX線の波長を取りだして使うことができるのも大きな特徴の一つです。今回の分析ではエネルギー6keV、波長2.1ÅのX線を利用します。

2.X線回折分析

X線回折パターンから微粒子に含まれる鉱物の種類とその割合、結晶の向きなどを決定します。データ分析から、結晶中の原子間距離などを調べることができ、鉱物が作られた環境を知る手掛かりが得られることも期待されています。

3.蛍光X線分析

照射したX線により励起された元素はその元素固有のX線を放出することがあり、その光を蛍光X線と言います。蛍光X線を分析することにより、微粒子に含まれている元素の種類とその割合を確定します。大強度X線が利用できるBL-3Aでは、ごく微量に含まれる元素も検出可能であり、それら微量成分の濃度から微粒子ができた温度条件などを推定することが可能です。

4.分析スケジュール

1月28日(金)午前9:00~2月3日(木)午前9:00

(参考)

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図1

BL-3Aに設置されたガンドルフィカメラ

写真奥の白い壁の向こうから伸びるビームパイプにより導かれるX線はガンドルフィカメラ(中央、銀色の円筒形の物体)内に照射される。


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図2

ガンドルフィカメラ内

微粒子は針の先端に付けられ、カメラ内にセットされる。写真は既知の隕石によるリハーサル分析時のもの。微粒子は矢印の先端あたりに置かれる。この針を自転させながら円周上を回転させることで、X線を様々な方向から試料に照射することができる。


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図3

微粒子を固定する針

微粒子は一つ一つ針の先端に固定され、1本ずつガンドルフィカメラ内にセットされる。写真は既知の隕石によるリハーサル分析時のもの。

<用語解説>

※1 放射光:ほうしゃこう
電子などの電荷を帯びた粒子を加速器で光の速度近くまで加速した時、粒子の軌道を磁場の中で曲げるとその接線方向に極めて強い電磁波が放射される。この放射される電磁波を「放射光」と言い、その波長(エネルギー)は赤外線から可視光、紫外線、X線まで多岐にわたる。
KEKの放射光科学研究施設フォトンファクトリー(PF)では、放射光を利用して物質のナノスケールの構造を捉えたり、電子のふるまいを探ることによって、物質の構造と性質を解明する研究を行っている。
※2 真空封止型短周期アンジュレータ:しんくうふうしがたたんしゅうきアンジュレータ
SとNの磁極を交互に並べ、上下対にしたものをアンジュレータと言い、特に磁極の間隔が短いものを短周期アンジュレータと言う。この間に電子ビームを通すと磁場をかけられた電子は蛇行し、放射光を発生する。電子ビームの通る真空パイプの外に設置されたアンジュレータに対し、真空パイプの内側に設置されたものを真空封止型アンジュレータと言う。このようなアンジュレータでは電子ビームにより高い磁場をかけることが可能となり、高輝度のX線を発生させることができる。
※3 硬X線:こうエックスせん
厳密な定義はないが、一般にエネルギーの高いものを硬X線、低いものを軟X線と言う。
※4 輝度[photons/sec/mm2/mrad2/0.1%b.w.]:きど
X線の強度を表す1つの単位で、光源の単位面積(1mm2)から、毎秒1mrad2の単位立体角に放出されるエネルギーの幅0.1%に含まれる光子数

※ 取材希望の報道関係の方は下記にご連絡ください

<お問い合わせ先>

高エネルギー加速器研究機構 広報室長 森田洋平
Tel: 029-879-6047 Fax:029-879-6049
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