多重反射型飛行時間測定式質量測定器を用いた質量測定による元素合成過程の研究

• Project/Area Number: 10F00823
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 和田 道治 独立行政法人理化学研究所, 低速RIビーム生成装置開発チーム, チームリーダー
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SARAH Naimi 独立行政法人理化学研究所, 低速RIビーム生成装置開発チーム, 外国人特別研究員 ; ナイミ サラ 独立行政法人理化学研究所, 低速RIビーム生成装置開発チーム, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2012: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2011: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2010: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: 質量測定 / MRTOF質量測定器 / イオントラップ / 静電スプレーイオン源 / MRTOF質量分析器 / 短寿命原子核 / MRTOF質量分析

Research Abstract

短寿命原子核の精密質量測定の為、多重反射型飛行時間測定式質量分析器(MRTOF-MS)を開発した。平成24年度には、短寿命原子核Li8(半減期0.8秒}の質量測定を実行し、オンラインでの実証試験に成功した。理化学研究所の入射核破砕片分離器で生成された〓1GeVのLi8は、高周波イオンガイドガスセルによって減速・冷却され、テーパ型RFトラップを経てMRTOF-MSにバンチ入射され飛行時間が測定された。8msに約880回の往復した後MCP検出器で総飛行時間(7996960.8(1.3)ns)が測定され、同時に校正用に測定されたCl2の飛行時間の比からLi8の質量を6.6x10-7の精度で決定した。一般に飛行時間測定式の質量測定では2種類の校正イオンを用いて、その内挿によって未知質量を導出する。しかし、MRTOF法では、飛行開始時刻の決定精度に比べて総飛行時間が遥かに長いため、たとえ10nsの開始時刻の系統誤差があっても十分飛行時間の絶対値のみで質量を決定することが可能である。実際に質量比が8:12もの違いでも飛行時間比で質量が決定可能なことを確かめた。この飛行開始時間決定の系統誤差は質量比が近い程小さくなる為、同重体による校正が最適である。そこで、最終的な目的である超重元素の質量校正用に、静電スプレーイオン源を用いた分子イオン源の開発を行った。生成された分子イオンは高周波カーペットによって高効率で捕集され、MRTOF-MSに導かれた。メタノールと蟻酸水溶液から、質量数200-300の間の殆どの質量数において複数の分子イオンが生成でき、しかもそれらの元素組成は質量測定から一意に決定できることを確認した。これは、質量測定のための校正としてだけでなく、MRTOF-MSが化学・生物における分析にも勝れた特徴を持つことを意味し、将来の応用研究が多いに期待される成果である。

Research Products

• [Journal Article] An rf-carpet electrospray ion source to provide isobaric mass calibrants for trans-uranium elements (2013)
  • Author(s): S. Naimi, S. Nakamura, Y. Ito, H. Mita, K. Okada, A. Ozawa, P Schury, T. Sonoda, A. Takamine, M. Wada, H. Wollnik
  • Journal Title: Int. J. of Mass Spectrometory Volume: 337 Pages: 24-28
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2012.12.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a resonance laser ionization gas cell for high-energy, short-lived nuclei (2013)
  • Author(s): T. Sonoda, M. Wada, H. Tomita, C. Sakamoto, T. Takatsuka, T. Furukawa, H. Iimura, Y. Ito, T. Kubo, Y. Matsuo, H. Mita, S. Naimi, S. Nakamura, T. Noto, P. Schury, T. Shinozuka, T. Wakui, H. Miyatake, S. Jeong, H. Ishiyama, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, K. Okada, A. Takamine
  • Journal Title: Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B Volume: 295 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2012.10.009
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ESI for mass calibration of MR-TOF mass spectrograph (2012)
  • Author(s): S. Naimi, et al
  • Organizer: The 16th International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and their Applications (EMIS-2012)
  • Place of Presentation: Matsue, Japan
• [Presentation] Towards ultra-fast, high-precision mass measurements using Multi-Reflection ToF-MS (2011)
  • Author(s): S.Naimi
  • Organizer: International Conference on Advances in Radioactive Isotope Science (ARIS-2011)
  • Place of Presentation: Leuven (Belgium)
• [Presentation] Probing the exotic nuclide frontier with the ISOLTRAP mass spectrometer (2011)
  • Author(s): S.Naimi
  • Organizer: Frontier Issues in Physics of Exotic Nuclei (YKIS-2011)
  • Place of Presentation: Kyoto (Japan)(招待講演)
• [Presentation] Mass measurement at Isoltrap (2011)
  • Author(s): S.Naimi
  • Organizer: Physics of Rare-Rl Ring
  • Place of Presentation: Wako (Japan)