「コンテナの開封から、サンプルの初期分析や保存までの手順を、JAXAの教授陣とともにもう一度見直しました。1つの作業だけがうまくいってもダメなんです。次の作業、その次の作業と、先々を想定して作業が行わなければ、開封から分析、保存までを行うことは不可能です。チャンバー内の圧力の制御を不安定に地球上の塵などを混入させない環境、宇宙空間と同様の真空度、そのなかでの作業。肉眼では見えない粒子の採集と、その初期段階の解析、分配、保管......。レーション設備は、それまでに前例のない作業を行う、まったく初めての施設である。そのため、建設もまさに手探り状態、JAXAの教授陣と日立側とが日々試行錯誤する、その連続だったという。日立製作所の阿部弘氏は、こう語る「JAXAの教授陣とともに知恵の出し合いです。はやぶさが持ち帰ったサンプルは予定のサイズより極微粒子となり、『もはやサンプルを掴むことはできない。縫い針のような先端のとがったプローブを帯電させて、静電気の力で持ち上げよう』という意見が出る。それに対して『金属だとサンプルに影響を与えるので、プローブは石英のなかに白金を流して作ろう』というようなアイディアが出てくる。幅5mmの掻き出しヘラ分配用封止容器サンプルキャッチャーの壁面をヘラでなぞって、サンプルを採集するという案もこの時点で出たものだ。ヘラの材質を人工化合物の四フッ化エチレン(PTFE)にしたのは、人工物であるが故に宇宙には存在せず、それが地球由来なのかイトカワ由来なのかがはっきりわかるからだ。四フッ化エチレン(PTFE)は化学的に安定しており、サンプルに影響を与えないことも選定の理由だった。いった試行錯誤のなかで徐々に設備の仕様が固まっていったが、なかには大きく後戻りせざるを得ない事態も発生した。その代表的な例が「外乱」のチャンバーへの影響だ。クリーンチャンバーをはじめとするキュレーション設備がほぼ完成し、機器の試運転や調整の段階に入った2008年のことである。「機器のつなぎ合わせが完了し、リハーサル間近という時期でした。チャンバー内の圧力が安定しない。日によって微妙に変わるのです。原因は地球の大気圧の変化でした。大気圧近傍(きんぼう)で操作する設備は、台風や低気圧が来ると、その影響でチャンバー全体にかかる圧力が変化するのです。billion)単位で物質を検出できる大気圧イオン化質量分析装置(API-MS)で常時モニタリングされている。この精度ではコンテナの開封はできない。それがJAXAの教授陣の判断でした」(阿部氏)そのため、一度は組み上げたチャンバー間のモニタリング配管の流体抵抗を、流体の専門研究員やグループ会社を動員してパイプの太さや長さ、曲がり角などを再設計。この外乱に左右されないよう、配管を組み直し、より細かく圧力のコントロールが行えるように、精度の高い調整バルブを取り付けるなど、様々な改良を機器に施した。緊張から歓喜の瞬間へ2010年6月13日、はやぶさがついに地球に帰還。分離されたカプセルはオーストラリアのウーメラ砂漠に着地し、無事回収された。日本中が喜びに包まれるなか、相模原のキュレーション設備では、コンテナ開封やコンテナからのサンプルの採集に向けたシミュレーションが行われていた。人類の宝ともいえるイトカワのサンプルを試料汚染なしに採集できるかどうかは、ここでの作業にかかっているのだ。カプセルはその貴重さから、オーストラリアから日本へと秘密裏に輸送され、CTスキャンによる検査の後、キュレーション施設へと到着した。カプセルをクリーンチャンバーに運び込み、チャンバー内を真空にする。カプセル内外の気圧を合わせ、これを開封、なかからコンテナを取り出す。このコンテナのなかのサンプルキャッチャーにイトカワのサンプルが入っているはずである。コンテナ開封の様子をJAXAの安部氏が語る。「そこには肉眼で見えるものは何もありませんでした。失望はしませんでした。CTスキャンの結果から、それほど大きなものが入っていないことはわかっていたからです。次にプローブをおろして電圧をかけると何かが持ち上がってくる。サンプルリターン成功を強く感じ、期待に胸が膨らみました。正真氏サンプルキャッチャーの壁に掻き出しヘラを合わせ、わずかに回転させる。微粒子があればヘラに付着する。「サンプルを電子顕微鏡内に入れて観察するわけですが、高純度窒素ガス雰囲気下(※高純度の窒素ガスで満たされた条件の下)で観察しました」(安部氏)貴重なサンプルを、詳細分析に提供する前の観察で、大気に晒してしまうことはどうしても防がなければならない最重要課題であった。雰囲気遮断(※外界の大気からサンプルを遮断する)の電子顕微鏡は多種あるが、日立ハイテクノロジーズ製は、別のクリーンチャンバー内で密封された雰囲気遮断ホルダーを、その内部で開封してサンプルの観察ができる。実は、これがキュレーション施設建設に日立グループが選ばれた大きな理由の1つだった。「ヘラには1000粒以上の粒子がついており、鉱物の比率を統計学的に判断した結果、微粒子がイトカワ由来であると結論づけることができました」(安部氏)現在までに、ヘラで掻き出したサンプル以外に、およそ400個の微粒子を採取しているという。大いなる成果とはイトカワのサンプル採集にあたって、日立グループには様々な課題が突きつけられた。サンプルを大気にさらさないこと、また、そのサイズがマイクロメートルという極小のものだということ。この克服は多くの新たな技術やノウハウをグループにもたらした。「サンプルを大気に触れさせずに観察するために使われた、電子顕微鏡の雰囲気遮断(※外界の大気からサンプルを遮断する)システムは、現在、さまざまな素材開発のための分析ツールとして産業用に使われています」(田中氏)。FB2200例えば、リチウムイオン電池に使われる負極材料は反応性が高く大気に触れると化学反応を起し、変質してしまう。電池内部の反応状態を直視し、解明することで、より高性能なリチウムイオン電池の開発につながる。従来、大気下で、リチウムイオン電池の挙動を電子顕微鏡で観察するのは難しかった。ところが、電子顕微鏡の雰囲気遮断システムを使って、アルゴン、窒素などの雰囲気下で密閉し実現すれば、リチウムは変質を起こさず、その反応を観察することができる。「リチウムイオン電池のほか、燃料電池、有機ELなど、センシティブな材料の観察が、各企業、大学等の研究開発では現在増えています」と、話すのは日立ハイテクノロジーズの鳥居久展氏である。電子顕微鏡の雰囲気遮断システムによって大気にさらすことなく反応状態を解明し、開発された素材は、これからの日本の競争力を高めてくれるに違いない。「イトカワのサンプル解析には、当社の集束イオンビーム加工観察装置(FIB)も使われています。日立ハイテクノロジーズのFIBは、100ナノメートル以下の精度で物質を加工観察することができる。サンプルの任意の場所から、マニピュレーション(操作)してサンプルを摘出することも可能である。技術分野が刺激され、新たな技術やノウハウが生み出されたことがわかる。世界最大の学会であるIEEE(アイ・トリプル・イー)(*1)より、「IEEEマイルストーン」(*2)の認定を受けている。実用化した功績に対して、日立製作所および、日立ハイテクノロジーズが表彰されたのだ。1969年、日立はFE電子源の技術開発に着手。幅広い分野に寄与してきた。これからも、世界の科学、医学、産業の発展に大きく貢献するであろう。分野において達成されたイノベーションの中で、開発から25年以上が経過し、社会や産業の発展に多大な貢献をしたと認定される歴史的偉業を表彰する制度です。)が認定されています。豊かにするハイテクソリューション」として、2012年6月~2015年3月まで掲載されたものの転載です。