Non-destructive elemental analysis of lunar materials with negative muon beam at J-PARC

J-PARCにおける負ミュオンビームを用いた月隕石の非破壊元素分析

Chiu, I.-H.; 寺田 健太郎*; 大澤 崇人  ; Park, C.*; 竹下 聡史*; 三宅 康博*; 二宮 和彦*

Chiu, I.-H. ; Terada, Kentaro*; Osawa, Takahito; Park, C.*; Takeshita, Soshi*; Miyake, Yasuhiro*; Ninomiya, Kazuhiko*

今までの10年間で、負のミュオンビームを使用した非破壊元素分析が進歩しつつある。この方法では、サンプルに損傷を与えることなく、バルク材料の元素組成を決定するために使用できる。本研究では、ステンレス製の分析チャンバーに設置されたNWA482隕石の負ミュオン照射実験を行った。分析チャンバーにはヘリウムガスが充填され、空気散乱ミュオンによるバックグラウンド信号が抑制された。試料中のAl, Fe, Ca, Mg, Si, OからのミュオンX線は、分析チャンバーの周囲に配置された6つのゲルマニウム半導体検出器を使用して検出された。サンプルのX線自己吸収効果を補正するために、さらにGeant4ツールキットによるモンテカルロシミュレーションを使用した。シミュレーションからの補正を導入し、ミュオンX線測定の定量分析を行った。その結果、NWA482データに基づいて隕石中の各元素の分析感度を調べることに成功した。

In the last decade, non-destructive elemental analysis using negative muon beams advanced significantly. This method can be used to determine the elemental composition of bulk materials without causing damage. In this study, we performed a negative muon irradiation experiment for a Northwest Africa 482 lunar meteorite (NWA482), which was installed in a stainless steel analysis chamber. The analysis chamber was filled with helium gas to suppress the background signals caused by air-scattering muons. The muonic X-rays from Al, Fe, Ca, Mg, Si, and O in the samples were detected using six high-purity germanium semiconductor detectors arranged around the analysis chamber. To correct the X-ray self-absorption effect of the samples, a Monte-Carlo simulation using Geant4 toolkit was used. Based on the quantitative analysis for muonic X-ray measurement with the correction application from the simulation, we successfully investigated the analytical sensitivity of each element in meteorites based on the NWA482 data.