Large-scale chemical mining for cosmic nanoparticles

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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。