2014 Fiscal Year Annual Research Report
極低温静電型イオン蓄積リングが拓く極限科学：宇宙化学から放射線生物学までの展開
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26220607
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
東 俊行 国立研究開発法人理化学研究所, 東原子分子物理研究室, 主任研究員 (70212529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 祐司 国立研究開発法人理化学研究所, 東原子分子物理研究室, 研究員 (20586036)
久間 晋 国立研究開発法人理化学研究所, 東原子分子物理研究室, 研究員 (50600045)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子ビーム / 原子・分子物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、極低温極高真空の静電型イオン蓄積リングに、大きさや質量数に制限されない極低温分子イオンを長時間周回蓄積し、これにレーザーや粒子ビームを合流衝突させることで、宇宙における星間分子進化過程の地上実験研究や生体分子イオンの分光分析研究などに展開することをめざしている。
イオン蓄積リングへ分子イオンを導入する前段において極低温イオントラップを準備することにより、予め冷却したイオンをリングに導入できるため、長い冷却時間を必要とする大きな分子イオンに対して絶大な効果を発揮する。さらにイオン生成量が少ないイオンでもトラップで蓄積することにより実質的に高強度パルス化を実現できる。
エレクトロスプレーイオン源、八重極イオンガイド、4重極質量分析装置、極低温RFリニア8重極トラップ、さらに加速装置から構成される冷却イオン生成装置開発では、ヘリウムガス衝突やGM型クライオクーラーを用いて4Kの極低温化を達成、質量選別した色素イオンや水クラスターイオンを蓄積冷却することに成功した。
しかしながら、冷却イオンをイオントラップから短パルスで引き出す際、当初予測できなかった時間拡がりが観測された。目標とするイオン加速効率達成には、この時間拡がりを抑える必要があった。拡がりは、冷却イオンがクーロン反発のためにトラップトラップ入口から出口までの空間に広く分布することに起因するためであることを突き止め、イオン引き出し方式を改良した。すなわち、トラップ電極間にフィン型電極を挿入し、これによりパルス勾配ポテンシャルを与えることで空間的に分布していたイオン群を空間的および時間的に1点に集束した。さらに、この場所にパルス加速電極を用意することで、目的とする数10μs時間幅の10-20keVのパルス状イオンバンチの生成に成功した。
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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
イオン源からの取り出しに苦労したものの問題点を克服し、順調にビーム取り出しに成功した。周回される大型分子イオンの整備はほぼ終了し、今後、合流するレーザーや中性ビームの整備に本格的に移行する予定である。
ほぼ計画通りの進捗過程であると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオンをリングへ導入する前段において使用する極低温イオントラップの準備を昨年度から進めてきた。加速後のイオンビームに対して、イオン蓄積リングへ導入する前に、直角方向から波長可変OPOレーザーを導入して、生成された中性フラグメントを検出することにより、真空中の分子吸収に対するアクションスペクトルを観測する計画である。
また、冷却と併せて、再加熱により分子の振動回転状態すなわち、温度を任意に変化させて観測するためにOPO可視波長可変レーザーおよび高分解能診断用に可視波長可変色素レーザーをリングへ実際に導入する。
もう一方のイオン・中性粒子衝突実験は、リング中に蓄積された分子イオンビームと中性ビームを合流衝突させることで行う計画であり、周回イオンをほぼ等速の中性粒子ビームと合流させる。そのために、負イオンをセシウムスパッター型負イオン源から取りだし、加速した負イオンにレーザーを交差させて、レーザー誘起による電子脱離過程によって中性粒子ビームを生成する。次年度は、負イオン源高電圧プラットフォーム上の制御系を整備するとともに、これに続くビームラインを建設する計画である。また、強力な5KW CWダイオードアレイ型レーザーの立ち上げを行い、複数のシリンドリカルレンズからなる集束光学系を構築してレーザー光のプロファイル試験を行いたい。生成中性粒子と衝突させる相手の分子正イオンとしてECRイオン源から取り出される2-3原子分子イオンのリング周回も達成したい。
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[Journal Article] Radiative cooling of C7-2014
Author(s)
K. Najafian, M.S. Pettersson, B. Dynefors, H. Shiromaru, J. Matsumoto, H. Tanuma, T. Furukawa, T. Azuma, K. Hansen,
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Journal Title
J. Chem. Phys.
Volume: 140
Pages: 104311
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] ポアンカレ蛍光検出実験2015
Author(s)
江原悠太, 古川武, 松本淳, 田沼肇, 東俊行, 城丸春夫
Organizer
日本物理学会 第70回年次大会
Place of Presentation
早稲田大学(東京都新宿区)
Year and Date
2015-03-22 – 2015-03-22
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[Presentation] Rapid cooling of isolated small carbon cluster anions2014
Author(s)
Takeshi Furukawa, Naoko Kono, Gen Ito, Jun Matsumoto, Hajime Tanuma, Toshiyuki Azuma, Klavs Hansen, and Haruo Shiromaru
Organizer
Trapped Charged Particles and Fundamental Physics 2014 (TCP2014)
Place of Presentation
Kagawa International Conference Hall (香川県高松市)
Year and Date
2014-12-02 – 2014-12-02
Int'l Joint Research
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