フィッション・トラック

ニュースレター第36号

14 - 18 2023年(U-Th)/He法に係る湿式分析法の検討：
検量線法による親核種濃度の定量の試み
福田 将眞*・鏡味沙耶*
Examination of the wet analysis for the (U-Th)/He method:
Attempt to determine the contents of parent nuclides
based on the calibration curve method
Shoma Fukuda* and Saya Kagami** 日本原子力研究開発機構 Japan Atomic Energy Agency

た．具体的には，まず標準溶液を複数の希釈率はじめに(U-Th)/He法（以降，He法）は，UやThなどで調製した溶液を用いてU, Th, Sm, Caの検量の放射性核種のα壊変を利用した放射年代計で線を作成した．次に，年代標準試料のアパタイあり，ウラン含有鉱物であるアパタイトやジルトを用いて検量線法から各元素の濃度を算出

コンなどを対象鉱物とする．これらHe法の閉し，2つの質量の計算方法から検量線法によっ鎖温度は300℃以下と低く，世界中の幅広い地て求められた濃度の妥当性を検証した．一つ域における数十万年から数億年スケールに及ぶは，粒子のサイズから体積を計算し地球科学的現象の推定に応用可能である（例え（V=W₁ W₂ H，ここでW₁およびW₂は底面のば，Ault et al., 2019）．翻って，地層処分事

粒子の幅，Hは粒子の長径），アパタイトの密業における地質環境の長期安定性評価において度を一般的な値である3.19 g/cm³と仮定しても貢献が期待できる．

質量を計算した．もう一方は，アパタイトを湿He法における分析手順は世界的にも確立して式法によって完全分解したのち，検量線法に基おり，おおまかには粒子の選別，娘核種づいて主成分であるCa濃度を測定し，アパタイ（He）の定量，親核種の定量を経て，He年代トの平均的な組成としてCaOを55 wt％と仮定値を計算する．He年代測定の分析環境を有すして，質量を逆算した．これらの値を比較し，る東濃地科学センターにおいては，分析手順のアパタイトの濃度が計測できているかを検証しうち，粒子の選別，Alphachron（ASI社製）た．

を用いたHeガスの測定まではルーチン化されている（菅野ほか，2021）．親核種の定量に試料・手法

は，UやTh同位体スパイクを用いた同位体希釈U, Th, Smの検量線を作成するため，K, Li,法を用いることが世界標準的な分析法である

Sm, Tm, Uを各10 ppbで混合させた標準溶液（例えば，Evans et al., 2005）．一方，日本（XSTC-3682-100 (SPEX))を用いて，5段階の国内では高純度の放射性同位体の保持および使希釈率（0.06, 0.59, 1.48, 2.96, 5.91 ppb）用が厳格に規制されていることから，同位体希に調製した硝酸溶液を準備した．また，Ca標釈法の実施は困難である．本研究では，国内に準溶液（和光純薬）についても4種類の希釈率おけるHe年代測定法の確立のため，親核種濃（1.0, 4.9, 10.0, 15.0 ppb）に硝酸溶液を調度測定について検量線法の有効性の検証を試み整した．全ての希釈溶液に内標準元素としてBi14とTlを添加し，各元素それぞれの検量線を作成

いては, 整合的ではない結果が得られた (図3).

した．

基本的には粒径から求めた質量の方がCa濃度

次に，アパタイトを用いた実験では，フィッから求めた質量よりも大きい傾向にあり，これ

ション・トラック法の年代標準試料としても良は粒子の形状が完全な自形ではない複雑な形態く知られるDurangoおよびMt. Dromedaryをしているため，体積ひいては計算された質量（Green, 1985）に加え，国内のK-Ar法の年代を過大評価している可能性や，アパタイトの溶標準試料である沢入花崗閃緑岩（JG-1: Sudo

解時に試料を一部消失したことによってCa濃et al., 1998) のアパタイトを採用した (図1)．

度ひいては質量を過小評価している可能性が挙

本研究では各試料につき5粒子ずつを測定に用げられる．今後は，さらに複数の希釈率を追加いており，このうちDurangoアパタイトは，検討して，より正確な濃度の測定を試み，当セcmスケールの巨大な単結晶のため，数百 µmンターにおける検量線法による湿式分析の手順程度のサイズになるように事前に粉砕した破片の確立を目指したい．

を用いた．アパタイトの溶液化の手順は次のとおりである．それぞれのアパタイト結晶の粒径

謝辞を計測したのち，0.2 mLの15.2 M硝酸の入っ

本報告は平成31年度放射性廃棄物共通技術調た3 mLテフロンバイアルに浸漬させ，30分間査等事業（放射性廃棄物に係る重要な基礎的技超音波洗浄を行った．その後，80℃で3時間加術に関する研究調査の支援等に関する業務）熱して溶解させた．次に，バイアルを開けて，（国庫債務負担行為に係るもの）」の成果の一120℃で蒸発乾固させ，0.5 M硝酸を加え，再部である．

度30分間の超音波洗浄および80℃で3時間加熱し，0.5 M硝酸溶媒で調整したBi・Tl内標準溶

引用文献液を添加した．このようにして得られた溶液にAult, A.K. et al. (2019): Innovations in (U‒

ついて湿式分析を行った．湿式分析における濃Th)/He, Fission Track, and Trapped

度測定にはThermo Scientiﬁc製のトリプル四Charge Thermochronometry with

重極型誘導結合プラズマ質量分析計（iCAP TQ

Applications to Earthquakes,ICP-MS）を用いた．

Weathering, Surface-Mantle
Connections, and the Growth and

結果・考察

Decay of Mountains, Tectonics, 38,

検量線は，図2のように得られ，全ての元素

3705‒3739.

について高い再現性を示した．また，TlとBiのEvans, N.J. et al. (2005): Determination of

内標準物質の違いはほとんど見受けられず，どUranium and Thorium in Zircon,

ちらも検量線法での測定に有用であることが確

Apatite, and Fluorite: Application to認された．ただし，Caの検量線については，

Laser (U‒Th)/He Thermochronology,

1 ppbと4.9 ppbのcpsデータがほぼ同程度でJour. Amer. Chem., 60, 1159‒1165.

あった．これらのデータはバックグラウンドのGreen, P. (1985): Comparison of Zeta

Ca濃度が影響している可能性も考えられるた

Calibration Baselines for Fission-Track

め，今後の測定時においては希釈率も検討の課

Dating of Apatite, Zircon and Sphene,

題である．

Chem. Geol. 58, 1-22.

また，2種類の計算方法から求めた質量につ菅野瑞穂ほか(2021): 東濃地科学センターにお15

ける鉱物試料の(U-Th)/He年代測定（He測

Toyoda, S. (2015) Paramagnetic lattice定編）, JAEA-Testing 2020-010, 1-38.

defects in quartz for applications to ESR

Sudo M. et al. (1998): SORI93 biotite: Adating. Quaternary Geochronology, 30,

new mineral standard for K‒Ar dating.
Geochem. Jour. 32, 49‒58.

498-505.
Tsukamoto, S. et al. (2015) Single aliquot

Tissoux, H. et al. (2007) Potential use of Ti-regenerative dose method for ESR

center in ESR dating of ﬂuvial sediment.

dating using X-ray irradiation andQuaternary Geochronology, 2(1-4),

preheat. Radiation Measurements, 81,367-372.

9-15.

DurangoSori (JG-1)

Mt. Dromedary

図 1 ． 親 核 種 濃 度 測 定 に 使 用 し た 3 種 類 の アパ タイ ト （ D u r a n g o , S o r i （ J G - 1 ） ,Mt. Dromedary）．画像の撮影および粒子の長さの計測は，Autoscan System製のTrackscan Plus
Professional（Zeiss Axio Imager M2m ＋FissionTrackStudio）を用いた．

図 1： 親核種濃度測定に使用した 3 種類のアパタイト（Durango, Sori （JG-1）,
Mt. Dromedary）．画像の撮影および粒子の長さの計測は，Autoscan System 製の（Zeiss＋TrackscanPlus
Professional16AxioImager
M2mFissionTrackStudio）を用いた．

UCpsThSmCappb
図2．Tl, Biを内標準物質として作成したU，Th，Sm，Caの検量線．

図 2：Tl, Bi を内標準物質として作成した U，Th，Sm，Ca の検量線．

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Weight from Ca(µg)

8.000

6.000

Mt.
Dromedary

Durango
4.000

2.000

Sori (JG-1)
0.000
0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

Weight from size(µg)
図 3：鉱物のサイズ計測から求めた質量と，湿式分析による Ca 濃度から計算した質
図3．鉱物のサイズ計測から求めた質量と，湿式分析によるCa濃度から計算した質量の比較．5点中量の比較．5 点中 2 点の Durango のデータは，Ca 濃度から求めた質量がサイズから2点のDurangoのデータは，Ca濃度から求めた質量がサイズから求めた質量よりも1オーダー以上小求めた質量よりも 1 オーダー以上小さい値となったため，湿式分析時に試料を喪失さい値となったため，湿式分析時に試料を喪失したと判断しデータを棄却した．
したと判断しデータを棄却した．

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