2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of an ultrasensitive noble gas mass spectrometer equipped with a compressor ion source to open a new field in earth and planetary sciences
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20K20529
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
角野 浩史 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (90332593)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 質量分析 / イオン源 / 希ガス / 超高感度分析 / 局所分析 / レーザー抽出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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、数百個程度の希ガス同位体を検出可能な、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。
昨年度での検討により、希ガスの圧縮機構をイオン源に一体化させるより、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が現実的であり、また振動等による装置破損のリスクが大幅に低いことが明らかとなったため、本年度はその製作を実施した。また完成したターボ分子ポンプを質量分析計に接続するための配管を設計・製作し、検出器からの微小なシグナルをノイズと分離して検出するための高速プリアンプを導入するなど、質量分析計のシステムとして完成させるための準備を進めたが、接続する質量分析計を他の研究に常時使用しているために、現在はターボ分子ポンプの組み込みのタイミングを計っているところである。
また並行して、近赤外ダイオードレーザーと顕微鏡を組み合わせた、微小試料からの希ガス抽出システムを構築した。これと昨年度開発した超低ブランクの希ガス抽出・精製ライン、既存の質量分析計を用いて、マントル起源かんらん岩中の流体包有物一つ一つの分析を予察的に実施したところ、本年度に開発した小型真空炉を用いたバルク分析で2つの異なる希ガス成分の存在が示唆された試料について、一方の成分がCO2に富む流体包有物に含まれていることが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の核となるガス圧縮機構の開発は完了しており、質量分析計への組み込みが実施できればすぐに性能評価は実施できる。ガス圧縮による質量分析計の高感度化と両輪となる、微小試料からの希ガス抽出と低ブランク環境での希ガス精製・分離の態勢も整っており、最終年度に問題なく実試料への応用に展開できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は可能な限り早い時期に、完成したガス圧縮機構を質量分析計に組み込み、この機構による高感度化の確認と、希ガス元素ごとに最適な圧縮率設定（ターボ分子ポンプの回転速度設定）の検討を進める。また現在開発中の高安定度・高精度のマルチチャンネル高圧電源が年度はじめに完成の見込みであるため、これを用いてイオン源の四重極レンズによる収束作用を高度化し、より高感度な分析の実現を目指す。
これらの開発により高感度化した質量分析計を用いて、マントル起源かんらん岩中の流体包有物一つ一つの分析を実施し、マントルにおける微小な希ガス同位体比の不均質と、それをもたらしたマントル内物質移動について探る。
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| Causes of Carryover |
本年度開発中であった高安定化・高精度マルチチャンネル高圧電源の完成が次年度にずれ込んだため、その開発費がほぼそのまま未使用額となった。この支出は次年度4月中に実施の見込みである。
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[Journal Article] Partial melting and subduction-related metasomatism recorded by geochemical and isotope (He-Ne-Ar-Sr-Nd) compositions of spinel lherzolite xenoliths from Coyhaique, Chilean Patagonia2021
Author(s)
Novais-Rodrigues E., Jalowitzki T., Gervasoni F., Sumino H., Bussweiler Y., Klemme S., Berndt J., Conceiciao R.V., Schilling M.E., Bertotto G. and Teles L.
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Journal Title
Gondwana Research
Volume: 98
Pages: 257-276
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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