宇宙の構成要素を探す - VATの真空バルブで
VATは、世界最大の欧州素粒子物理学研究所であるCERNと長期的な協力関係にあります。VATの専門チームが開発したセクターバルブは、CERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）内の超高真空（UHV）状態を維持するのに役立っています。 (読了目安：約3分)
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45億年という数字は、現在の研究者が地球の年齢として推定している想像を絶する大きさです。中世末期から、「天地創造は7日以内」「地球の年齢は約6,000年」という教会教義を疑う声が高まっていたが、20世紀に入ってから、岩石の絶対年代を直接測定する方法が開発され、現在に至っている。
20世紀に入ってから、スウェーデンの地質学者であるGerard De Geer氏が、岩石の年輪を分析することによって年代を推定する方法を発見したのが、この岩石の道のりの一歩目となり、その後の放射能の発見が、突破口を開いたのです。放射性同位元素には半減期があり、それが崩壊すると、崩壊生成物の割合が時間とともに変化することが発見されました。もし、岩石試料に含まれる放射性同位元素の量が時間の直接的な関数であるならば、その比率から試料の絶対年代を導き出すことができるのです。こうして、カリウム40やウラン235など、岩石中に自然に存在する放射性物質が、現代の地質年代学を助ける身となったのである。つまり、歴史家にとっての時の証人、暦の証人と同じように、放射性同位元素の量比率は地質年代学者のためのものなのです。
出典： www.bgc.org
異なる岩層の相対的な時間相関を扱う層序学とは対照的に、地質年代学は全体像に照準を合わせ、絶対的な地質学的時間スケール、すなわち地球の完全な「ライフコース」を定義することを宣言しています。地球の第一段階として、約40億年前、地球が形のない原始スープであった、いわゆる先上古期と定義することができる。その後、最初の大陸の地殻やと岩石層が形成された太古代、地球の周囲に酸素を含む大気が形成された原生代と続きます。そして、肉眼で見える生物が生息している時代である顕生代は、約5億5千万年前に始まり、この比較的短い期間においてのみ、研究者は連続した化石の記録を用いることができるのです。
調査する時間帯によって、地質学者はさまざまな放射性物質の測定方法を使わなければなりません。例えば、ウランなどの重同位体を用いた分析は、その半減期の長さから100万年以上の年代測定に適しています。また、5万年未満の有機物については、高層大気中の宇宙線によって形成されるC-14の崩壊系列を利用した放射性炭素法があります。このように、地質年代学者は、世界中に散らばる膨大な量の岩石のパズルを分析し、地球発展のモデルを検証し、常に改良を加えているのです。つまり、私たちの惑星が歩んできた驚くべき道のりに畏敬の念を抱かせるモデルであるでしょう。
しかしながら、研究者たちの関心は、単なるノスタルジーにとどまりません。地球の歴史上で、いつ、どれくらいのスピードで出来事が起こったのかを発見することは、それがどのように、そしてなぜ起こったのかを理解するための鍵になるのです。その結果、将来どのような展開が予想されるのか、現実的な推測ができるようになるのです。例えば、現在の気候変動を予測するには、過去に地球で起こった気候変動の速度や範囲、原因をきちんと調べることが可能です。地球は数百万年という歴史の中で、すでに数え切れないほどの「気候実験」を行ってきたことから、その結果を振り返って現状を把握し、起こりうる被害を軽減しないのは許しがたいことなのでしょうか？
数多くの地質年代学研究機関の精力的な努力により、地球の成り立ちに関する知識は常に増え続けています。ポツダムのヘルムホルツ協会ドイツ地球科学センター、グラスゴーのSUERC研究所、北京にある古地磁気・年代学研究所など、世界中の研究チームが、入手できるすべてのデータと資料を慎重に評価しています。EGU（欧州地球科学連合）が発行する学術誌「GChron」などでは、研究者たちが最新の研究成果を発表し、地球の生命史におけるギャップの可能性に常に目を光らせています。
1994年にカリフォルニアで設立された非営利の研究機関、BGC（バークレー地質年代学センター）も、地球史を可能な限り完全に記録することに専念していますが、BGCの研究者たちは、その弧をさらに広げようとしています。最先端の技術を駆使して、地球だけでなく、より身近な惑星である太陽系初期の数十億年前まで遡って、その発展を年代測定しているのです。BGCの科学者たちは、地球の7大陸すべてと月や火星で、地球や地球近傍天体における歴史上の中心的な出来事をすべて年代測定し、地球での大規模な火山活動、急激な気候変動、隕石による爆撃の可能性について結論を出すために、岩石やその他の物質を評価しています。これによって、恐竜の大量絶滅の原因を突き止めるだけでなく、人類の進化についても、より厳密な説明が可能になったことを示しています。
それによって、BGCの評価ツールは非常に多岐にわたっており、古地磁気研究所では、地球の磁場を「オフ」にして、岩石に存在する化石の磁性を精密に測定することができます。また、最新鋭のAr-40/Ar-39ラボでは、3台の全自動ガス抽出質量分析計を備え、2,000年から46億年前の岩石や鉱物の年代測定に使用されています。
このほかにも、あげればきりがないほど常に新しい機器が追加されており、例えば、BGCのラボマネージャーであるTim Becker氏は、「現在、鉱物サンプルから放出されるガスを処理するシステムを開発中です。試料をレーザーで加熱した後、放出されるガスをできるだけ精製して、非反応性のガスのみが分析のために希ガス質量分析計に入るようにしなければなりません。」と報告しています。 このシステムは、250°Cで焼かれたステンレス鋼構造で、ターボ分子ポンプとイオンポンプを使って作られた超高真空で作動します。
Becker氏たちは、超清浄度の高い精製システム内部を室内の大気から遮断するという難しい仕事を、約12台のVAT製の全金属製バルブシリーズ54および57、高真空エラストマーシールを備えた手動VAT製のバルブ数台とゲートバルブ数台に委ねています。これらのバルブは、異なるプロセスボリューム（レーザー加熱、クリーニングチャンバー、低温濃縮ボリューム、ポンプ）を分離し、ガス処理システムと質量分析計自体の間に明確な分離ラインを確立します。「これらのバルブはすべて、絶対的な信頼性を持って動作し、サンプルガスに一切影響を与えないようにしなければなりませんが、私の経験上、VAT製バルブがこれに最も適しています。」とBecker氏はこのように根本的な課題を説明しています。
彼が述べる信頼性は偶然の産物ではありません。VAT製全金属バルブは、製造時に350℃まで加熱されるため、特に純度が高く、アウトガスが極めて少なくなっています。このため、BGCでは他の多くの地質年代学的分析装置にも、VAT社の高効率バルブ技術に信頼を寄せています。Tim Becker氏によると、BGCとVAT社の協力関係は、長年にわたるサクセスストーリーであるといいます。彼は、「例えば、2010年に新しい高精度質量分析計を開発したとき、開発のかなり早い段階で、装置内部に不純物が蓄積し、期待する測定精度を確保できないことが明らかになりました。このとき、VAT社の専門家が解決策を提示してくれたのは、とても価値のあるサポートでした。最終的には、装置の重要な部分をすべて金メッキされたVATRING方式のバルブシールに変更することが、問題解決のカギとなったのです。標準仕様では、ハードオンハードのシールガスケットは銀でコーティングされていましたが、この装置の非常に高い精度要件を考えると、銀では不活性度が不十分であることが判明したました。この発見は、素人にはあまりピンとこないかもしれませんが、当時の年代学に大きな波紋を投げかけたのです。」と説明しています。
