| 研究課題/領域番号 |
21K18622
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
笹 公和 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20312796)
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| 研究分担者 |
坂口 綾 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00526254)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
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| キーワード | セシウム135 / 加速器質量分析 / スパッタ負イオン源 / ルビジウム / タンデム加速器 / 微量分析 / 長半減期放射性核種 / 放射性核種分析 / 環境トレーサー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
福島第一原発事故により環境中に放出された放射性セシウムのうち、Cs-135（半減期:230万年）は、有望なトレーサーとなり得るが、ベータ線放出核種であるために既存の放射線測定法により定量することは時間がかかり困難である。本研究課題では、セシウムを用いないRbスパッタ負イオン源と大型タンデム静電加速器を用いた高エネルギー加速器質量分析法を組み合わせることで、Cs-135を直接的かつ高感度に検出する手法の開発を試みる。
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| 研究実績の概要 |
加速器質量分析法（AMS）では，Csスパッタ負イオン源からの負イオンをタンデム型静電加速器により高エネルギーに加速することで，対象核種と同重妨害核種との分離識別をおこなっている。近年，核時代の人為起源核種の一つとして，長半減期放射性核種であるセシウム135（Cs-135:半減期230万年）の高感度検出法の開発が求められている。AMSやICP-MSなどの質量分析法では，低い同位体比の問題の他に，キャリアとして添加される安定核種であるCs-133や同重体であるBa-135からの妨害により高感度の検出が難しくなっている。特に，タンデム型静電加速器を用いたAMSでは，Csスパッタ負イオン源を使用することから，セシウム同位体の分析が制限されることになる。
本研究では，筑波大学6 MVタンデム加速器において，Csの代わりに同じアルカリ金属元素であるルビジウム（Rb）を使用したRbスパッタ負イオン源の開発をおこなった。Rbスパッタリングを用いて，固体試料Cs2SO4 (PbF2混合)から，Cs負分子イオンとして133Cs19F2-を最大で 0.2 μA引き出すことに成功した。また，加速電圧6 MVでCsF2-を加速して，ArガスによりCs9+(58.7 MeV) に荷電変換した。測定対象核種となる質量数135の核種について極微量核種検出ラインに導入して，5枚電極ガス電離箱での検出を試みた。事前のシミュレーション結果より，ガス電離箱の入射窓は75 nm 厚の窒化ケイ素膜を用いて，検出ガスとしては高純度イソブタンを12 Torr封入した。ガス電離箱のガス中でのエネルギー損失を利用して，第1, 2電極と第4, 5電極での検出信号より質量数135の核種に関する2次元スペクトルを得た。その他，海水試料からCsを前濃縮する方法とCs-135標準試料作成のための分析法の検討をおこなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ルビジウム（Rb）を使用したRbスパッタ負イオン源の開発をおこなった。固体試料Cs2SO4とPbF2の混合比の最適解を実験的に求めて，RbスパッタリングによりCs負分子イオンとして133Cs19F2-を最大で 0.2 μA引き出すことに成功している。また，加速電圧6 MVでCsF2-を加速して，荷電変換によりCs9+(58.7 MeV) を得ることができた。測定対象核種となる質量数135の核種について極微量核種検出ラインに導入して，5枚電極ガス電離箱での検出を試みるなど，おおむね順調に研究計画は進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の試験測定ではCs-135の検出手順の確認をおこない，質量数135の核種由来のスペクトルを得たが，同重体となるCs-135とBa-135の分離識別は確認できなかった。今後は，Cs-135標準試料 (Cs-135同位体比 > 10E-8)の準備とそれを用いた試験測定を計画している。また，検出器等についてCs-135検出のための最適な測定条件の探査を引き続き実施する。標準試料とCs-135検出のための最適な測定条件の探査により，Cs-135の高感度検出に関する可能性を見出す予定である。
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