Attempt of ultra-high sensitivity detection for long half-life radioactive cesium-135 by accelerator mass spectrometry

加速器质谱超高灵敏度检测长半衰期放射性铯135的尝试

基本信息

批准号：
21K18622
负责人：
笹公和
金额：
$ 4.08万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

加速器質量分析法（AMS）では，Csスパッタ負イオン源からの負イオンをタンデム型静電加速器により高エネルギーに加速することで，対象核種と同重妨害核種との分離識別をおこなっている。近年，核時代の人為起源核種の一つとして，長半減期放射性核種であるセシウム135（Cs-135:半減期230万年）の高感度検出法の開発が求められている。AMSやICP-MSなどの質量分析法では，低い同位体比の問題の他に，キャリアとして添加される安定核種であるCs-133や同重体であるBa-135からの妨害により高感度の検出が難しくなっている。特に，タンデム型静電加速器を用いたAMSでは，Csスパッタ負イオン源を使用することから，セシウム同位体の分析が制限されることになる。本研究では，筑波大学6 MVタンデム加速器において，Csの代わりに同じアルカリ金属元素であるルビジウム（Rb）を使用したRbスパッタ負イオン源の開発をおこなった。Rbスパッタリングを用いて，固体試料Cs2SO4 (PbF2混合)から，Cs負分子イオンとして133Cs19F2-を最大で 0.2 μA引き出すことに成功した。また，加速電圧6 MVでCsF2-を加速して，ArガスによりCs9+(58.7 MeV) に荷電変換した。測定対象核種となる質量数135の核種について極微量核種検出ラインに導入して，5枚電極ガス電離箱での検出を試みた。事前のシミュレーション結果より，ガス電離箱の入射窓は75 nm 厚の窒化ケイ素膜を用いて，検出ガスとしては高純度イソブタンを12 Torr封入した。ガス電離箱のガス中でのエネルギー損失を利用して，第1, 2電極と第4, 5電極での検出信号より質量数135の核種に関する2次元スペクトルを得た。その他，海水試料からCsを前濃縮する方法とCs-135標準試料作成のための分析法の検討をおこなった。

加速器质谱法（AMS）使用串联静电加速器加速了从CS溅射的负离子来源到高能的负离子，从而将目标核素与同一较重的干扰核素分开并区分了靶核。近年来，作为核时代的人为核素之一，需要开发一种高度敏感的检测方法，用于135（CS-135：半衰期为230万年），这是一种长寿放射性核素。除了低同位素比的问题外，由于稳定的核素CS-133和同型BA-135的干扰，很难检测高灵敏度，这被添加为载体。特别是，在使用串联静电加速器的AM中，使用了CS溅射负离子源，这限制了剖析剖腹同位素的分析。在这项研究中，我们在Tsukuba University of Tsukuba University of tsukuba University of CS 6 MV串联加速器中使用Rubidium（RB）开发了负RB溅射离子源。使用RB溅射，我们从固体样品CS2SO4（PBF2混合）中成功提取了133CS19F2-为CS负分子离子。此外，CSF2-以6 mV的加速电压加速，并使用AR气体对CS9+（58.7 MeV）进行了充电的转换。将要测量的135个质量核素引入了非常微小的核素检测线中，并试图在五电极气体电离室中检测到它。基于先前的仿真结果，气体电离室的发射窗由氮化硅厚硅制成，并将12个Torr高纯度异丁烷作为检测气体封闭。使用气体电离室中气体中的能量损失，从第一和第二电极的检测信号以及第四电极以及第四和第五电极获得了质量为135的核素的二维光谱。此外，我们研究了一种从海水样品中浓缩CS的方法，以及一种准备CS-135标准样品的分析方法。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

加速器質量分析法における環境中の難測定核種の検出技術に関する進展

加速器质谱法检测环境中难测核素技术进展

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
佐藤博隆;三好茉奈;Ranggi S. Ramadhan;Winfried Kockelmann;加美山隆;笹公和
通讯作者：
笹公和

筑波大学AMSグループ

筑波大学AMS集团

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

加速器質量分析法による宇宙線生成核種の検出と地球化学への応用

加速器质谱检测宇宙射线产生的核素及其在地球化学中的应用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Niu Xiongwei;Zhao Dapeng;Isozaki Yukio;Nishizono Yukihisa;Inakura Hirohito;笹公和
通讯作者：
笹公和

6 MV タンデム加速器を用いた長半減期放射性セシウム 135の加速器質量分析法の開発

使用 6 MV 串联加速器开发长半衰期放射性铯 135 的加速器质谱分析方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
影响因子：
0
作者：
坂本遼太;Ziane Izri;島本勇太;宮﨑牧人;前多裕介;前多裕介;前多裕介;笹公和，椎根大輔，高橋努，松村万寿美，坂口綾
通讯作者：
笹公和，椎根大輔，高橋努，松村万寿美，坂口綾

核分裂生成核種135Csの測定法確立に向けた取り組みと水圏科学研究への応用

裂变产物核素135Cs测量方法的建立及其在水产科学研究中的应用