Development of an ultrasensitive noble gas mass spectrometer equipped with a compressor ion source to open a new field in earth and planetary sciences

开发配备压缩机离子源的超灵敏惰性气体质谱仪，开辟地球和行星科学的新领域

基本信息

批准号：
20K20529
负责人：
角野浩史
金额：
$ 16.14万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の当初計画では、高速回転する磁気浮上型のローターにより希ガスをイオン源に集めてイオン化し、そのイオンのほぼ全てを質量分解能を損なうことなく検出器まで導く、ガス圧縮機構と四重極静電レンズを備えた画期的な電子イオン源を開発し、従来を遥かに超える高感度の希ガス同位体質量分析を実現することを目的としていた。しかし設計の際の検討により、高速で回転するローターをイオン源に組み込むと、バルブの開閉や地震などの僅かな振動により軸ブレが発生した場合に、ローターとイオン源がともに壊滅的に破損するリスクが明らかになったため、接合部に金属シールを採用した超低リークレートの磁気軸受型ターボ分子ポンプを質量分析計の分析管内に組み込む方式を採用した。本年度はこのターボ分子ポンプを質量分析計に接続する予定であったが、研究代表者の異動に伴う実験室の移転と、移転先の実験室における漏水事故のために実施できなかった。一方で今年度は、高安定化・高精度マルチチャンネル高圧電源と高速プリアンプを新たに希ガス質量分析計に導入することで、より安定した微量の希ガス同位体検出が可能となったために、やはり昨年度までに開発したレーザー局所加熱装置を用いて、様々な深さのマントルに由来する天然ダイヤモンドの希ガス同位体分析を実施した。シベリア産のダイヤモンドの分析からは、沈み込んだプレート由来の希ガスによる汚染を受けた大陸下マントルに、プルームによって深部からもたらされた始原的希ガスが寄与していることが明らかとなった。またブラジル産の超深部起源ダイヤモンドの分析では、いくつかの試料で深部マントル起源であることを示す、始原的なヘリウム同位体比とネオン同位体比が得られた一方で、アルゴン・クリプトン・キセノンに関しては沈み込みに由来する成分の寄与が顕著であり、マントル遷移層まで太古の沈み込みの影響が及んでいることが示唆された。

这项研究的最初计划是开发具有气体压缩机制的开创性电子离子源和四极杆静电镜，该镜头使用高速旋转磁性转子将罕见的气体收集到离子源中，并且几乎将所有这些离子引导到探测器上，而没有损害质量分析的种如候的种如候的种如候，并且要实现高度分析的高度敏感性。 However, due to design considerations, it was revealed that if a rotor that rotates at high speed is incorporated into the ion source, the risk of both the rotor and the ion source being catastrophically damaged in the event that a shaft shake occurs due to a valve opening or closing or a slight vibration such as an earthquake, the system adopted in which an ultra-low leakage magnetic bearing type turbo molecular pump with a metal seal at the joint is incorporated into质谱仪的分析管。今年，计划将涡轮分子泵连接到质谱仪，但是由于实验室的转移以及移动的实验室中的泄漏事故，这是由于实验室搬迁而不可能的。另一方面，今年，通过将一种新的，高度稳定的高精度多通道高电压供应和高速前置放大器引入稀有气体质量光谱仪，可以检测到更稳定的痕量稀有气体同位素，因此使用激光驱动器进行了稀有型号，我们会通过自然的dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia dia。对西伯利亚钻石的分析表明，原始的贵族气体从深处带入次大陆地幔，该地幔受到淹没板上贵重气体的污染。此外，对来自巴西的超深产钻石的分析给出了原始的氦气和霓虹灯同位素比，表明它们在某些样本中具有深壁垒的起源，而俯冲成分的贡献对Argon，Crypton和Xenon来说是显而易见的，表明地幔过渡层对古老的成分产生了影响。