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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20529
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sumino Hirochika 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90332593)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2024-03-31
• Keywords: 質量分析 / イオン源 / 希ガス / 同位体 / 超高感度分析 / 局所分析 / レーザー抽出 / マントル

Outline of Final Research Achievements

In this research, a gas compression mechanism to collect noble gases into an ion source of a noble gas mass spectrometer by means of a high-speed rotating rotor was developed. The stability and precision of the ion source and the detector of the mass spectrometer were also improved, enabling the detection of noble gas isotopes in smaller amounts than before. By combining this with a compact furnace and a micro-infrared laser ablation system capable of extracting noble gases from small samples, we have found that diamonds of various depths and peridotite and chrome spinel samples containing fluid and melt inclusions preserve traces of the formation process of chemical heterogeneities in the mantle due to plume ascent and plate subduction.

Free Research Field

同位体宇宙地球化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

希ガス同位体は地球内部の物質移動に重要な制約を与える重要な地球化学的トレーサーであるが、マントル試料中の濃度が極めて低いため、試料の微細構造等と対応させた局所分析が困難であった。本研究の学術的意義は、希ガス質量分析計を高感度化することで局所分析と微小試料の分析を可能にし、従来よりも精緻にマントルの化学的不均質の進化過程を明らかにしたことにある。本研究で開発した技術は、火山岩中の斑晶に残されている、火山噴火につながるマグマの混合や脱ガス等の過程の解明や、惑星探査機で持ち帰った微小な地球外天体試料の分析に応用できると期待されるため、火山防災や惑星探査の観点で社会に貢献できると期待される。