【惑星科学】地球外物質を透視 ミュオンビームを使ったX線蛍光分析に成功

透視できたぞ、ミュオンで元素分析

掲載日：2014年5月29日

物質を透視して観測する方法として素粒子ミュオン(ミュー粒子)が各分野で注目されている。
ミュオンビームで、数mmの厚さがある隕石模擬物質の軽元素(C、B、N、O)の非破壊深度分析、
有機物を含む炭素質コンドライト隕石の深度70μm、1mmにおける非破壊元素分析に、
大阪大学理学研究科の寺田健太郎教授らの研究チームが初めて成功した。茨城県東海村に
ある大強度陽子加速器施設J-PARCミュオン施設の世界最高強度のパルスミュオンビームを
使って実証した。

ミュオンは高い物質透過力を持ち、電子より試料の奥深くまで侵入できる。人類がミュオンで
物質を透視する新しい“眼”を得たといえる。日本原子力研究開発機構、北海道大学、
高エネルギー加速器研究機構、国際基督教大学、京都大学、首都大学東京、宇宙航空研究開発
機構との共同研究で、5月27日に英科学誌ネイチャーのオンライン科学誌サイエンティフィック
リポーツに発表した。

ミュオン(μ-)は、電荷が電子(e-)と同じで、質量が電子の約200倍、平均寿命は2.2×10-6秒の
不安定粒子。そのミュオンを取り込んだ元素から発生する特性X線は高い物質透過力を持つ。
炭素のような軽い元素から重い元素まで非破壊で深度分析が可能なミュオンビームは
大いに役立つ。例えば、地球近傍小惑星から探査機はやぶさ2(今年12月打ち上げ予定、
18年小惑星到着) が2020年、地球に持ち帰るとみられる試料中の炭素濃度や有機物分布の
非破壊分析に威力を発揮すると期待される。

試料中に浸入して運動量を失ったミュオンは元素に取り込まれる。ミュオンは重いので、
電子よりも原子核に近い軌道を周回しながら、より低いエネルギー準位の軌道へと移り、
元素ごとに特有のエネルギーを持つミュオン特性X線を発生する。このミュオン特性X線は
物質の透過力が高く、cmサイズで物質の化学組成を非破壊で得ることができる。この
元素分析法は1971年に提案されていたが、J-PARCの世界最高強度のパルスミュオンビームで
初めて実現した。

J-PARCで2012、13年に実験し、(1)ミュオンの運動量を段階的に変えながら、SiO2、 C、
BN、SiO22の4層(各1.4 mm、計約6mm)からなる試料の深度構成分析(2)地球外有機物を含む
隕石である炭素質コンドライトの深さ70μmからの炭素ピークの検出(3)はやぶさ2が回収すると
想定される試料の非破壊元素分析を念頭に、ガラスチューブに封入したマーチソン隕石から
MgとFeのピークの検出−の3点に成功した。

研究チームの寺田健太郎大阪大教授は「ミュオンを用いた化学分析は、非破壊で数cmまでの
物質内部の元素濃度と分布を知ることができる。壊すのを避けたい未知物質や貴重な物質の
分析に威力を発揮するだろう。ただ、研究はスタートラインに立ったばかりだ。深さ方向の
元素は0.1mmの精度で測れるが、水平方向はまだ精度が悪い。ミュオンビームの強度を高めて
絞り込むなど、改良を今後重ね、より使いやすい方法にしたい」と話している。

（図はソース参照）

ソース：サイエンスポータル（2014年5月29日）
透視できたぞ、ミュオンで元素分析
http://scienceportal.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/05/20140529_01.html

原論文：Scientific Reports
K. Terada, et al. A new X-ray fluorescence spectroscopy for extraterrestrial materials using a muon beam
http://www.nature.com/srep/2014/140527/srep05072/full/srep05072.html

プレスリリース：大阪大学（2014年5月27日）
人類が手にする物質を透視する新しい“眼” 素粒子ミュオンを使った非破壊軽元素分析に成功
http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2014/20140527_1

宇宙線で火山を透視する話しはどうなった？

これって、星を継ぐ者で最初に出て来たヤツ？

>>2
ミューオンで桜島ずっと観察してるって高校地学でやっていたよぉー

非破壊検査株式会社の株でも買うか？

超電磁ヨーヨーは何時できますか

カテゴリー「惑星科学」はどうなのか？
現状、わかりやすい実証テーマとして隕石類をターゲットにしているけれど
この技術自体は広大な汎用性があるから、妥当とは思えない

X線出して内核軌道にいったミューオンは最後にどうなるの？
完全に電子と入れ替わってそのままなの？

>>7
ミュオン原子からの特性X線による非破壊元素深度プロファイリングというのはずっと前に実現・報告されていて、
今回のは惑星科学屋さんがその手法を使って地球外物質を分析してみましたよって話
こんなカネのかかる分析方法は、それこそはやぶさ2が持ち帰る貴重な小惑星資料ぐらいにしか使われないだろう

トライマグニスコープ実用化か。

>>2
なんか、ギザのピラミッドも透視してたよー

ミューオンて電子と質量が全然違うから同じ電子軌道で電子と入れ替わるんじゃないよね？
ミューオン独自の軌道があってその遷移で出てくる蛍光ってこと？

> 試料中に浸入して運動量を失ったミュオンは元素に取り込まれる。

とりあえずここを正さないか。原子だろう？

そんなことより、衣服を完全に透過するカメラを作ってくれ

新潟南部下からドン
ここ数日こんなんが多くて嫌や

>>13
プレスリリースから元素になってるな。論文では"atoms"
そこは惑星科学屋さんの書いたプレスリリースだから細かいところを気にしてもしょうがない

元素分析に使えるって話だからまあ良いのでは

【原発】宇宙線ミューオンラジオグラフィーによる福島第一原発の内部調査を計画…名古屋大学
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1325931056/
【技術】原子炉内の溶けた核燃料位置把握　宇宙線使い画像化、米研究所開発
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1350588942/
【物理】宇宙線「ミュオン」で原発内可視化に成功、福島廃炉へ活用期待/筑波大など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1390538796/

【科学】火山を”透視”　透過するミュー粒子の撮影成功　東大で…噴火予知に期待
http://mamono.2ch.net/test/read.cgi/newsplus/1217605632/
【地学】鹿児島県の火山島 薩摩硫黄島の内部 宇宙線で透視 東大など初成功[11/13]
http://gimpo.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1226583276/

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