松田准一先生　元大阪大学大学院　理学研究科　宇宙地球科学専攻（理学部物理学科、大阪大学名誉教授)

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実はユレイライトのダイヤモンドは大変面白い特徴を持っています。ユレイライト中のダイヤモンドには希ガスが入っているのに、同じくユレイライトに存在するグラファイトには希ガスが入っていないのです。もし、ユレイライト中にあったグラファイトが衝撃でダイヤモンドに変わったとします。すると、材料となったグラファイトに希ガスが入っていないのに、できたダイヤモンドになぜ希ガスが入るのかという疑問が生じます。そのことは、他の科学者も不思議に思っていました。「ガスの入ったグラファイトだけがダイヤモンドになる」という論文を書いた人もいたほどです。しかし、無理のある主張でした。

実は、ユレイライト中のダイヤモンドに入っている希ガスは、その存在量のパターンに特徴がありました。重い希ガス元素ほどたくさん入っており、希ガス元素の「イオン化エネルギー」ときれいな逆の関係があるのです。イオン化エネルギーというのは、元素から電子1個を剥ぎとるのに必要なエネルギーです。重い（原子番号の大きい）希ガスほどたくさん電子があり、その一番外側の電子を剥ぎとるのには、そんなにエネルギーは必要としません。ですから、重い希ガス元素ほどイオン化エネルギーが小さいということになります。すなわち、イオン化エネルギーが小さい希ガス元素ほどたくさん入っているということになります。

私たちは、希ガスがプラズマ状態でのイオン化などを経てダイヤモンドに取り込まれたと考えれば、この希ガスの特性をうまく説明できるのではと思いました。プラズマ状態では、小さいイオン化エネルギーの元素ほど大量にイオン化されるからです。

電子レンジで気相合成ダイヤモンドをつくり、希ガスの存在パターンを確認

そこで、希ガスをいれた水素とメタンの混合ガスを使ってガスを放電させ、実際にダイヤモンドをつくるという実験をしました。放電には高周波発生装置を使うのですが、研究費が乏しかったので、電子レンジのマイクロ波を使うことにしました。電子レンジは大量生産されているので、高周波発生装置よりも値段が1桁ほど安く買えます。電子レンジの裏側に穴をあけ、ガラス管を通して希薄な水素とメタンのガスを流し、スイッチを入れると赤紫色にきれいに放電します。ただ、電子レンジの穴からマイクロ波がもれることもあります。そのチェックは大変簡単で、外側から電球を近づけるのです。マイクロ波が漏れている時には、電球が光るのですぐにわかります。その時は穴の隙間にアルミホイルをつめれば良いのです（もちろん、マイクロ波は危険なので、家では電子レンジをいじるなど真似をしないでください）。そうして、実際に電子レンジでダイヤモンドを合成しました。大きさは、0.01㎜ ほどの大きさでした。 

合成した気相合成ダイヤモンドに入る希ガスの存在度のパターンは、やはり予想通り希ガスのイオン化の割合を反映したもので、隕石中のダイヤモンドの希ガスの存在度パターンにきれいに一致していました。プラズマ状態になる時は、予想通りイオン化エネルギーの低いものほどたくさんイオン化されるからです。科学雑誌のネイチャーに論文を送り、無事採択されました。

私たちは大変綺麗な結果とすっきりした解釈ができ喜んだのですが、事はそう簡単ではなかったのです。

つづく

第3回　実験から、隕石のダイヤモンドは、原始太陽系星雲の中でガスから生まれたと確信

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第1回　隕石中のダイヤモンドはどこからきたのか　～3つの起源説

『コズミックフロントNEXT』NHK衛星放送の番組

難しい知識を優しく説明することを心がけ、海外ロケやコンピュータグラフィックなどもふんだんに取り入れて毎回面白い番組に仕上げています。宇宙全般の知識を楽しく学びたい人におすすめです。