太陽系創世記解明のための超高精度局所U-Pb年代分析法の開発

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従来よりも高精度の局所 U-Pb 年代分析を行うことを目的に、2次イオン質量分析計 (SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometer) を高感度化するため、1次イオンビームによって叩き出された中性粒子を、高出力レーザーによってポストイオン化する2次中性粒子質量分析計 (SNMS: Secondary Neutrals Mass Spectrometer) の開発を進めてきた。現在までに開発された分析システムで、U-Pb年代分析で主として用いられる鉱物である、ジルコンおよびアパタイトの標準試料について、鉛同位体比の分析を行った。 結果、高出力レーザーによるポストイオン化によって、1μm以下の分析領域から数ppmオーダーの鉛を検出することに成功した。しかしながら、試料表面の分析痕と検出されたイオン量から、イオンビーム照射で消費された試料のうち、何%がイオンとして検出されたか (useful yield) を見積もったところ、0.5%以下となり、これは従来のSIMSと同程度の値であった。得られた鉛同位体の質量スペクトルからPb-Pb年代分析を行った結果、得られた年代値は標準試料の文献値と大きく外れた。同位体比の比較から、現在の地球の安定同位体比をもつ鉛の混入があることが分かったため、分析前の試料表面をイオンビームの走査によってスパッタし、試料の汚染を取り除く実験を行った。結果として、鉛の混入は試料のイオンビーム照射による帯電を防ぐために行った金コーティングに起因することが判明し、その影響を取り除く前処理の条件を精査した結果、分析誤差の範囲内で、標準試料の文献値と一致する鉛同位体比を得ることに成功した。