Development of a cryogenic multipole ion trap for isomeric separation with MRToF mass spectrometry

• 研究課題/領域番号: 18K13573
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: Rosenbusch Marco 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (50790945)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2019年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: ion traps / small ion traps / mass spectrometry / multi-reflection devices / precision physics / multi reflection devices / ion cooling / precision measurements / nuclear masses

研究成果の概要

新しいアイデアに基づくミクロ多重極トラップの開発に着手し、ガスキャッチャーセルからのイオン引き出しに使用するトラップ装置を利用してその実現可能性を実験的に検証した。更に、既存のPaulトラップの極低温での駆動試験を様々なオンライン実験で実施した。最終目的であるミクロ多重極トラップと質量分析器との接続は未完結であるが、存装置を用いた試験により、達成できる見通しを既立てることができた。これまでのところ、プリント電極基板を使ったトラップが最も有望であると考えている。微小電極による微小領域内トラップによりイオンの空間的広がりを制限することで、質量分析器へ問題なく接続できることが期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Nuclear isomers separated by their mass offer unique opportunities to precisely study masses of superheavy elements on the search for the island of stability. This research project is focused on the realization of very high resolving powers of fast mass spectrometers to enable isomeric resolution.

研究成果

• [雑誌論文] First steps in the development of the Multi Ion Reflection Apparatus for Collinear Laser Spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Sels S.、Fischer P.、Heylen H.、Lagaki V.、Lechner S.、Maier F.M.、Plattner P.、Rosenbusch M.、Wienholtz F.、Wolf R.N.、N?rtersh?user W.、Schweikhard L.、Malbrunot-Ettenauer S.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 463 ページ: 310-314
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.04.076
• [雑誌論文] A new multi-reflection time-of-flight mass spectrograph for the SLOWRI facility (2020)
  • 著者名/発表者名: Rosenbusch M.、Wada M.、Schury P.、Ito Y.、Ishiyama H.、Ishizawa S.、Hirayama Y.、Kimura S.、Kojima T.M.、Miyatake H.、Moon J.Y.、Niwase T.、Sonoda T.、Takamine A.、Watanabe Y.X.、Wollnik H.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 463 ページ: 184-188
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.05.058
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-stability, high-voltage power supplies for use with multi-reflection time-of-flight mass spectrographs (2020)
  • 著者名/発表者名: Schury P.、Wada M.、Wollnik H.、Moon J.-Y.、Hashimoto T.、Rosenbusch M.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 号: 1 ページ: 014702-014702
  • DOI: 10.1063/1.5104292
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of an “α-TOF” detector for correlated measurement of atomic masses and decay properties (2020)
  • 著者名/発表者名: Niwase T.、Wada M.、Schury P.、Haba H.、Ishizawa S.、Ito Y.、Kaji D.、Kimura S.、Miyatake H.、Morimoto K.、Morita K.、Rosenbusch M.、Wollnik H.、Shanley T.、Benari Y.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 953 ページ: 163198-163198
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.163198
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A multi-reflection time-of-flight setup for the improvement and development of new methods and the study of atomic clusters (2019)
  • 著者名/発表者名: Knauer S.、Fischer P.、Marx G.、M?ller M.、Rosenbusch M.、Schabinger B.、Schweikhard L.、Wolf R.N.
  • 雑誌名: International Journal of Mass Spectrometry 巻: 446 ページ: 116189-116189
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2019.116189
• [雑誌論文] Inverse odd-even staggering in nuclear charge radii and possible octupole collectivity in At217,218,219 revealed by in-source laser spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Barzakh A. E.、Cubiss J. G.、et al.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 99 号: 5 ページ: 54317-54317
  • DOI: 10.1103/physrevc.99.054317
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mass measurements of neutron-rich isotopes near N=20 by in-trap decay with the ISOLTRAP spectrometer (2019)
  • 著者名/発表者名: Ascher P.、Althubiti N.、Atanasov D.、Blaum K.、Cakirli R. B.、Gr?vy S.、Herfurth F.、Kreim S.、Lunney D.、Manea V.、Neidherr D.、Rosenbusch M.、Schweikhard L.、Welker A.、Wienholtz F.、Wolf R. N.、Zuber K.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 100 号: 1 ページ: 014304-014304
  • DOI: 10.1103/physrevc.100.014304
• [雑誌論文] Evaluation of high-precision atomic masses of A ? 50?80 and rare-earth nuclides measured with ISOLTRAP (2019)
  • 著者名/発表者名: Huang W. J.、Atanasov D.、Audi G.、Blaum K.、Cakirli R. B.、Herlert A.、Kowalska M.、Kreim S.、Litvinov Yu. A.、Lunney D.、Manea V.、Mougeot M.、Rosenbusch M.、Schweikhard L.、Welker A.、Wienholtz F.、Wolf R. N.、Zuber K.
  • 雑誌名: The European Physical Journal A 巻: 55 号: 6 ページ: 96-96
  • DOI: 10.1140/epja/i2019-12775-5
• [雑誌論文] Fluorescence detection as a new diagnostics tool for electrostatic ion beam traps (2019)
  • 著者名/発表者名: Lechner Simon、Fischer Paul、Heylen Hanne、Lagaki Varvara、Maier Franziska、Plattner Peter、Rosenbusch Marco、Sels Simon、Wienholtz Frank、Wolf Robert N.、N?rtersh?user Wilfried、Schweikhard Lutz、Malbrunot-Ettenauer Stephan
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 240 号: 1 ページ: 95-95
  • DOI: 10.1007/s10751-019-1628-1
• [雑誌論文] Conceptual study on parasitic low-energy RI beam production with in-flight separator BigRIPS and the first stopping examination for high-energy RI beams in the parasitic gas cell (2019)
  • 著者名/発表者名: Sonoda T、Katayama I、Wada M、Iimura H、Sonnenschein V、Iimura S、Takamine A、Rosenbusch M、Kojima T M、Ahn D S、Fukuda N、Kubo T、Nishimura S、Shimizu Y、Suzuki H、Takeda H、Tanigaki M、Tomita H、Yoshida K、Ishiyama H
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2019 号: 11
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz120
• [雑誌論文] Improving wide-band mass measurements in a multi-reflection time-of-flight mass spectrograph by usage of a concomitant measurement scheme (2018)
  • 著者名/発表者名: P. Schury, Y. Ito, M. Rosenbusch, H. Miyatake, M. Wada and H. Wollnik
  • 雑誌名: Int. J. Mass Spectrom. 巻: 433 ページ: 40-46
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2018.08.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New mass anchor points for neutron-deficient heavy nuclei from direct mass measurements of radium and actinium isotopes (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Rosenbusch, Y. Ito, P. Schury, M. Wada, D. Kaji, K. Morimoto, H. Haba, S. Kimura, H. Koura, M. MacCormick, H. Miyatake, J. Y. Moon, K. Morita, I. Murray, T. Niwase, A. Ozawa, M. Reponen, A. Takamine, T. Tanaka, and H. Wollnik
  • 雑誌名: Phys. Rev. C 巻: 97 号: 6 ページ: 064306-064306
  • DOI: 10.1103/physrevc.97.064306
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First Direct Mass Measurements of Nuclides around Z=100 with a Multireflection Time-of-Flight Mass Spectrograph (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Y.、Schury P.、Wada M.、Arai F.、Haba H.、Hirayama Y.、Ishizawa S.、Kaji D.、Kimura S.、Koura H.、MacCormick M.、Miyatake H.、Moon J.?Y.、Morimoto K.、Morita K.、Mukai M.、Murray I.、Niwase T.、Okada K.、Ozawa A.、Rosenbusch M.、Takamine A.、Tanaka T.、Watanabe Y.?X.、Wollnik H.、Yamaki S.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 15 ページ: 152501-152501
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.152501
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Atomic masses of intermediate-mass neutron-deficient nuclei with relative uncertainty down to 35-ppb via multireflection time-of-flight mass spectrograph (2018)
  • 著者名/発表者名: Kimura S.、Ito Y.、Kaji D.、Schury P.、Wada M.、Haba H.、Hashimoto T.、Hirayama Y.、MacCormick M.、Miyatake H.、Moon J.Y.、Morimoto K.、Mukai M.、Murray I.、Ozawa A.、Rosenbusch M.、Schatz H.、Takamine A.、Tanaka T.、Watanabe Y.X.、Wollnik H.
  • 雑誌名: International Journal of Mass Spectrometry 巻: 印刷中 ページ: 134-142
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2018.05.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Precision mass measurements of 58-63Cr: study of nuclear collectivity towards the N=40 island of inversion (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Mougeot, D. Atanasov, K. Blaum, K. Chrysalidis, V. Fedosseev, D. Fedorov, S. George, T. Day Goodacre, F. Herfurth, J.D. Holt, D. Lunney, B. Marsh, V. Manea, D. Neidherr, S. Rothe, M. Rosenbusch, C. Seiert, L. Schweikhard, A. Schwenk, J. Simonis, S.R. Stroberg, A. Welker, F. Wienholtz, R. N. Wolf, and K. Zuber
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 号: 23 ページ: 232501-232501
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.232501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of the shape-staggering effect in mercury nuclei (2018)
  • 著者名/発表者名: B. A. Marsh et al.
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 14 号: 12 ページ: 1163-1167
  • DOI: 10.1038/s41567-018-0292-8
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Status and Future Plans for MRTOF Mass Measurements at RIKEN-RIBF (2018)
  • 著者名/発表者名: Marco Rosenbusch
  • 学会等名: Electromagnetic Isotope Separators (EMIS) at CERN
• [学会発表] MRTOF Mass Measurements at RIBF: Recent Measurements of Heavy Isotopes and Future Plans for the Super-Heavy Region (2018)
  • 著者名/発表者名: Marco Rosenbusch
  • 学会等名: TASCA workshop, GSI (Darmstadt)
  • 招待講演
• [学会発表] Recent successes of multi-reflection devices at RIKEN's RIBF facility and some thoughts about highly accurate mass calibration using ion traps (2018)
  • 著者名/発表者名: Marco Rosenbusch
  • 学会等名: 10th International Conference on Charged Particle Optics (CPO-10), Key West (Florida)
• [学会発表] Follow-Ups on Great Achievements: New MRTOF-MS Projects at RIKEN-RIBF (2018)
  • 著者名/発表者名: Marco Rosenbusch
  • 学会等名: Fifth joint meeting of the Division of Nuclear Physics of the American Physical Society (APS) with the nuclear physicists of the Physical Society of Japan (JPS)
  • 国際学会