宇宙空間で使用可能な高分解能四重極質量分析計の開発

• 研究課題/領域番号: 08554014
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中村 正人 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (20227937)
• 研究分担者: 塚越 修 日本真空技術株式会社, 技術開発部, 主任研究員 ; 比屋根 肇 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (70192292) ; 杉浦 直治 (杉浦 直冶) 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (80196716)
• 研究期間 (年度): 1996 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 13,400千円 (直接経費: 13,400千円); 1998年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 1997年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 1996年度: 8,300千円 (直接経費: 8,300千円)
• キーワード: 質量分析 / 電界放出 / 四重極質量分析器

研究概要

電界放出型電子源を用いることにより冷たい電子を試料にあて、試料の分子構造を破壊しないと共に、4重極分析器の第2安定領域を使用することにより質量分解能の良い質量分析計を開発することを目標に平成8年度から開発に入った。
1. 第2安定領域を用いる四重極質量分析管の新しい制御方法を実証するため製作した試験回路は平成8年度発振を起こし、安定に動作させる事が出来なかったが、平成9年度以降はこの原因を解明し、安定に回路が動作するようになった。問題点は高周波領域における回路のグラウンドの取り回しにあった事が判明した。この試験回路を用いて走査線の精度,安定度,及び直線性を確認した。さらに4重極分析器のセンサーヘッドを真空チェンバーに実装し、これと試験回路を接続して第2安定領域における動作を確認した。
2. 平成8年度に製作した試験用チェンバーにおいて、電子ビームの実験を開始した。電界放出型電子源を用いて、その安定性、真空度による放出電流の変化、イオン化率を測定した。まず安定性についてはチップが少ないと時間変動が激しいが1000チップ程度の集積化を行うと放出電流が平均化されて変動が小さくなり、電界効果トランジスタ(FET)を用いて電流制限をすることにより平滑化出来ることが判った。また真空度は10^<-6>Torrでは問題ないが10^<-5>Torr台では放出電流が大幅に減少することが判った。しかし真空度を再び良くしていくと放出電流が復帰することが判った。この放出電子によるイオン化率は予測される中性粒子との衝突断面積から計算されるイオン化率と良く一致しており、4重極質量分析管と組み合わせて質量分析計を校正できることが判った。電子源と第2安定領域を用いる四重極質量分析管を組み合わせる試験には至らなかったが、個々の試験より十分実用的なシステムが構築できる事が示された。