2023 Fiscal Year Annual Research 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, 先端科学技術研究センター, 教授 (90332593)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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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 / マントル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初計画では、高速回転するローターにより希ガスをイオン源に集める、ガス圧縮機構と四重極静電レンズを備えた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。しかし設計の検討において、高速で回転するローターをイオン源に組み込ことは、いつ地震等による振動が発生するか予測できない日本では危険ということが明らかになったため、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。すでにこのターボ分子ポンプは完成しているが、接続する予定の質量分析計を他の研究に継続して使用しているため、その搭載と動作試験は見合わせている。
一方で今年度は、昨年度新たに導入した、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により、微量の希ガス同位体検出が可能となった質量分析計と、レーザー局所加熱装置を用いて、グリーンランド産の37億年前のクロマイト試料から分離した、粒径0.5mm程度のクロムスピネルの一粒ごとの希ガス同位体比分析を試みた。その結果、クロムスピネルは放射壊変起源4Heを大量に含んでおり、その量は37億年という年代とクロムスピネル中のウラン濃度では説明できないことが分かった。マイクロX線CTを用いた観察から、クロムスピネル内部にメルト包有物が含まれていることが確認され、これに相対的に多く存在するウランが、多量の放射壊変起源4Heを生成したと考えられた。一方で、マントル起源のマグマ中で晶出したクロムスピネルに含まれていたと想定されるマントル起源のヘリウムは、有意に検出されなかった。このことはクロムスピネルが地表付近に定置した後の、約28億年前の変成作用によりマントル由来のヘリウムがほとんど失われたことを示唆している。このように改良した質量分析計とレーザー局所加熱装置により、鉱物一粒ごとの希ガス同位体比分析が可能であることが示された。
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