【公開日：2025.06.16】【最終更新日：2025.06.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0200

利用課題名 / Title

地球惑星物質の微細構造解析

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）その他/Others（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

生体由来素材, 石英・ガラス系材料, 放射性デブリ, バイオミメティクス 概,電子顕微鏡/Electron microscopy,イオンミリング/Ion milling

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

奥村 大河

所属名 / Affiliation

東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

小暮敏博

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

森田真理,押川浩之

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-002：軽元素対応型超高分解能走査透過型電子顕微鏡（Cs-STEM）
UT-006：ハイスループット電子顕微鏡
UT-404：TEM試料調製システム_ナノミル

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

地球や惑星を構成する物質の微細構造を解析するため、以下の5つを実施した。(1) 福島原発事故において、放射性セシウムを含む珪酸塩ガラス微粒子が損傷した原子炉内で生成され、環境中に放出された。この微粒子の詳細な化学組成や微細構造を調べた。(2) 環境中で採取されたあられ石（炭酸カルシウムの多形のひとつ）に不適合元素として含まれるナトリウムの局在を調べ、その結晶構造への影響を調べた。(3) 様々な産地から採取した黒雲母に含まれる鉄の価数を調べた。(4) はやぶさ2が持ち帰った小惑星リュウグウ試料について、そこに含まれる固体有機物を走査透過X線顕微鏡（STXM）で調べるための薄膜試料を作製した。(5) 炭酸カルシウムの多形のひとつであるvateriteの結晶構造を決定するため、高分解能での走査透過電子顕微鏡（STEM）観察を実施した。

実験 / Experimental

(1)～(3)については、STEM(JEM-ARM200FおよびJEM-2800)に装着されたエネルギー分散型X線検出器（EDS）および電子エネルギー損失分光器（EELS）を用いて試料を構成する元素の分布や価数を調べた。(4)については、薄膜試料を利用者の研究室が所有する集束イオンビーム加工装置（FIB）で作製した後、FIBで形成されたダメージ層をNanoMillによって除去した。(5)については、環状明視野（ABF）観察によりカルシウムイオンおよび炭酸イオンの原子配列を可視化した。

結果と考察 / Results and Discussion

上述の試料ついて、それぞれ以下の成果が得られた。(1) ガラス微粒子を酸性溶液に浸漬すると表面にSiとOのみから構成される薄い不動態層が形成され、溶解が阻害されることがわかった。(2) あられ石においてナトリウムはカルシウムを置換して含有されているが、加熱されると不適合元素であるナトリウムは散逸して結晶格子から抜けることが示された。(3) 含まれている鉄の大部分が2価であると考えられる試料をEELSによって分析すると、3価と思われるエネルギーにピークがみられた。電子線照射によって観察中に酸化してしまったと考えられるため、通常のEELS分析を本試料に適用することは難しいことがわかった。(4) NanoMillで仕上げ加工をすることで、想定されるスペクトルがSTXMで得られることを確認した。リュウグウ試料中の固体有機物はその組成に多様性が見られ、また層状ケイ酸塩や炭酸塩と共存していたことから、リュウグウ母天体で水，有機物，鉱物との間で様々な条件で化学反応が進行したと考えられた。(5)高分解能でABF観察を実施した結果、これまで提案された結晶構造のうち単斜晶系のC2/cがvateriteの構造として最も確からしいことが示された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

Okumura, T., Takahashi, G., Suzuki, M., Kogure, T. (2024) Stacking Structure of Vaterite Revealed by Atomic Imaging and Diffraction Analysis. Chem. Eur. J. 30, 52, e202401557. https://doi.org/10.1002/chem.202401557

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Hikaru Yabuta, Macromolecular organic matter in samples of the asteroid (162173) Ryugu, Science, 379, (2023).
   DOI: 10.1126/science.abn9057
   
2. Taiga Okumura, Dissolution behavior of radiocesium-bearing microparticles as a function of solution compositions, Scientific Reports, 13, (2023).
   DOI: 10.1038/s41598-023-31519-6
   
3. Taiga Okumura, Stacking Structure of Vaterite Revealed by Atomic Imaging and Diffraction Analysis, Chemistry – A European Journal, , (2024).
   DOI: 10.1002/chem.202401557
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件