Large-scale chemical mining for cosmic nanoparticles

宇宙纳米颗粒的大规模化学开采

基本信息

批准号：
21H04511
负责人：
平田岳史
金额：
$ 22.8万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、超高感度・高速ナノ粒子質量分析計を用いてナノ粒子の網羅的個別分析を行うことで太陽系形成以前に形成された宇宙ナノ粒子を化学的に採掘(化学マイニング)する。この研究目的に対して、本研究では独自に開発した超高感度・高速ナノ粒子質量分析計の質量走査速度を100倍程度にまで高めるとともに、サンプリング時のレーザー照射条件の最適化を進めてきた。これまでの研究を通じて質量分析計のデータ取得速度を飛躍的に高めることに成功し、現時点では1秒間に3万枚の質量スペクトルからナノ粒子の個別化学組成分析が可能となった。さらに本年度は、2台のレーザー（ナノ秒レーザーおよびフェムト秒レーザー）を用いて、隕石ナノ粒子のサンプリング実験を行い、レーザー種類や操作条件とナノ粒子の破砕の影響を調べた。この結果、フェムト秒レーザーでは、その大きなエネルギー密度（照度）のために、高速サンプリングを行う過程で一部のナノ粒子が破砕される可能性があることが明らかとなった。この結果を受け、令和5年度以降に予定している隕石から大規模ナノ粒子サンプルには基本的に波長355nmの紫外線ナノ秒レーザーを用いることとした。また本年度は、令和5年度から実施予定の隕石からのナノ粒子抽出実験を加速するために、様々な隕石試料からのナノ粒子サンプリング実験を行い、隕石種類に応じてレーザー照射条件を最適化することで隕石マトリックスからナノ粒子をほぼ非破壊でサンプリングできることも明らかとなった。令和5年度は、レーザーサンプリング技術に加え、本研究で性能向上を果たしたナノ粒子高速質量分析法およびデータ処理システムを融合することで、隕石マトリックスを構成するナノ粒子の鉱物種の同定とそれらの存在割合、さらには微量元素の同位体組成分析を開始する。

在这项研究中，我们将使用超灵敏高速纳米粒子质谱仪对纳米粒子进行全面的个体分析，以化学方式开采太阳系形成之前形成的宇宙纳米粒子（化学采矿）。为了实现这一研究目标，本研究将自主研发的超灵敏高速纳米粒子质谱仪的质量扫描速度提高到约100倍，并对采样时的激光照射条件进行了优化。通过迄今为止的研究，我们已经成功地大幅提高了质谱仪的数据采集速度，目前可以从每秒 30,000 个质谱中分析单个纳米颗粒的化学成分。此外，今年，我们使用两种激光（纳秒激光和飞秒激光）进行了陨石纳米颗粒的采样实验，并研究了激光类型、操作条件和纳米颗粒破碎的影响。结果表明，由于飞秒激光的高能量密度（辐照度），一些纳米粒子可能在高速采样过程中碎裂。基于这一结果，我们决定基本上使用波长为 355 nm 的紫外纳秒激光，用于计划于 2025 财年及以后从陨石中采集的大规模纳米颗粒样品。此外，本财年，为了加速计划于2025年开始的陨石纳米颗粒提取实验，我们将从各种陨石样品中进行纳米颗粒采样实验，并根据陨石类型优化激光照射条件，这也已明确。可以几乎无损地从陨石基质中取样。 2020财年，除了激光采样技术外，我们还将结合纳米颗粒高速质谱和数据处理系统（其性能在本研究中得到了改进），以识别构成陨石基质的纳米颗粒的矿物类型及其分析微量元素的丰度比和同位素组成的研究将开始。