Development of a Fourier-transform type miniature mass spectrometer for space use

空间用傅里叶变换型微型质谱仪的开发

基本信息

批准号：
21J10032
负责人：
川島桜也
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，次世代の惑星探査における質量分析の機会を増大させて，太陽系物質の起源や進化の研究を進めるためのブレイクスルーを得ることを目的に，探査機搭載用の小型かつ高分解能な質量分析器を開発してきた．将来の宇宙探査について，他国との共同相乗りミッションや，月ゲートウェイ放出型の超小型衛星による探査など，我が国における宇宙探査機会は増加が見込まれる一方で，そのミッションの特性から衛星搭載用装置が利用可能なリソースについてはより厳しい制約が生まれることが予想される．ここにおいて，体積や重量・消費電力などのリソースを制限しながら，従来のハイエンド装置と同等の科学成果を創出可能な小型装置を開発する試みには意義が認められる. 本研究では，従来宇宙探査に用いられてきた質量分析器(二重収束型・TOF型・四重極型)とは異なる，イオントラップフーリエ変換型(i.e., Orbitrap，Makarov 1999)の質量分離技術を採用して，新奇性のある手のひらサイズの質量分析器を実験室ベースで製作・実証している．現在までに，イオントラップの初段階である一往復イオン軌道についてマススペクトルを取得し，シミュレーションと実験の比較からその正当性を確認している（実証した性能としては，質量分解能 m/Δm ~ 50，感度 ~10^8 cps/Pa，ダイナミックレンジ~10^6）．さらに数値シミュレーションを用いた設計により，今回完成した一往復トラップの光学系をそのまま応用することで，本質量分析器が，従来の宇宙機搭載用の大型装置に匹敵する高分解能(m/Δm ~ 10000)を達成可能な見込みであることを示した．

在这项研究中，我们的目标是增加质谱在下一代行星探索中的机会，并在太阳系物质的起源和演化研究方面取得突破。我们开发了质谱仪。关于未来的太空探索，日本的太空探索机会预计会增加，例如与其他国家联合执行任务以及利用月球门户释放的微型卫星进行探索，但由于这些任务的特点，星载设备的使用预计将对可用资源施加更严格的限制。在此，尝试开发一种能够产生与传统高端设备相当的科学结果，同时限制体积、重量和功耗等资源的小型设备（即Orbitrap、Makarov）具有重要意义。利用1999年开发的质量分离技术，我们正在实验室制造并演示一种新型手掌大小的质谱仪。迄今为止，我们已经获得了离子阱第一级的单程离子轨迹的质谱，并通过比较模拟和实验证实了其有效性（至于所展示的性能、质量分辨率 m/Δm ~ 50 、灵敏度~10^8 cps/Pa，动态范围 ~10^6)。此外，通过数值模拟进行设计并直接应用新完成的单回程陷阱的光学系统，基本质量分析器可能可以实现高分辨率（m/Δm ~ 10,000）。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

太陽系探査を目指したイオントラップフーリエ変換型質量分析器の開発

开发用于太阳系探索的离子阱傅里叶变换质谱仪

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
川島桜也;笠原慧;平原聖文;齋藤義文;横田勝一郎;杉田精司
通讯作者：
杉田精司

Meter-sized craters and boulders around lunar South pole Shackleton and North pole Whipple craters

月球南极沙克尔顿和北极惠普尔陨石坑周围米大小的陨石坑和巨石

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Oya KAWASHIMA
通讯作者：
Oya KAWASHIMA

Development of a space-borne electron impact ion source optimizing ionization rate

开发优化电离率的星载电子碰撞离子源

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Oya KAWASHIMA
通讯作者：
Oya KAWASHIMA

Development of a ultra-small mass spectrometer for future lunar and planetary exploration

开发用于未来月球和行星探索的超小型质谱仪

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
O. Kawashima; S.Kasahara; M. Hirahara; Y. Saito; S. Yokota; S. Sugita
通讯作者：
S. Sugita

Development of an electron impact ion source with high ionization efficiency for future planetary missions

为未来的行星任务开发具有高电离效率的电子轰击离子源

DOI：
10.1016/j.pss.2022.105547
发表时间：
2022-04-30
期刊：
Planetary and Space Science
影响因子：
2.4
作者：
Oya Kawashima;Naho Yanase;Yoshihisa Okitsu;M. Hirahara;Yoshifumi Saito;Y. Karouji;Naoki Yamamoto;S. Yokota;S. Kasahara
通讯作者：
S. Kasahara