| 研究課題/領域番号 |
21K03700
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
柴田 智郎 京都大学, 理学研究科, 准教授 (80446369)
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| 研究分担者 |
高畑 直人 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (90345059)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | マントル起源 / 深部流体 / 質量分析装置 / ヘリウム同位体比 / 水素吸蔵合金 / 残留水素 |
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| 研究実績の概要 |
マントル起源の深部流体は火山噴火や地震発生のメカニズムに深く関係しており、ヘリウム同位体比はその深部流体の挙動を明らかにできる数少ない直接的な情報を提示する。深部流体起源を含んだ火山ガスや地下水などの試料中のヘリウムは、実験室の超高真空精製ラインと同位体質量分析計を組み合わせた装置を用いて測定しているが、試料内の水素濃度が高いと質量数３のヘリウムに分子量３の水素分子イオンが影響し、ヘリウム同位体比の分析精度が悪くなる。また、四重極質量分析計においては、質量数４のヘリウムに分子量３の水素分子イオンのピークが重なり、シグナル/ノイズ比が低下する。そこで本研究の目的は、近年になり急速に水素吸着性能が高くなっている水素吸蔵合金に用いて、真空中に残留している水素を簡易かつ迅速に除去できる手法を確立し、質量分析装置内に残留している水素を減らすことである。
令和３年度は、申請者らがそれぞれ所有している希ガスの四重極質量分析計を改良し、水素吸蔵合金の特性試験を行う計画であった。所有している超高真空精製ラインと質量分析装置は希ガス分析を目的に使用しており、真空系内の水素は希ガス分析においては最も除去するものである。したがって、改良にあたっては本来研究である希ガス分析に支障をきたさないように、できる限り質量分析装置内に水素を入れないように現行の真空精製ラインとは別の真空精製ラインを設計した。その後、その設計に従い真空ラインを設置する予定であったが、コロナ禍による半導体関連の部品不足のため、真空部品の納入が間に合わず十分な改良ができなかった。また、水素吸蔵合金の特性試験においても年度内に納入できた水素吸蔵合金はランタン-ニッケル系合金のみあったため、得られた合金で試験を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
令和３年度は、申請者らがそれぞれ所有している希ガスの四重極質量分析計を改良し、水素吸蔵合金の特性試験を行う計画であった。所有している超高真空精製ラインと質量分析装置は希ガス分析を目的に使用しており、真空装置内で水素濃度が高くなると質量数４のヘリウムに分子量３の水素分子イオンのピークが重なり、シグナル/ノイズ比が低下するため、できる限り質量分析装置内に水素を入れないように現行の真空精製ラインとは別の真空精製ラインを設計し、新しい真空ラインを設置する予定であった。しかし、コロナ禍による半導体関連の部品不足のため真空部品の納入に時間がかかり、一部の部品は間に合わず新しい真空ラインの満足な改良ができなかった。同様に、年度内に納入できた水素吸蔵合金はランタン-ニッケル系合金のみあったため、得られた合金で試験水素吸蔵合金の納品も遅くなり、計画よりも遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
２年度以降は、初年度に評価した手法を研究分担者が所有するヘリウム同位体質量分析計（Helix SFX）に新規に残留ガス除去ラインを設計・設置し、実際に採取した火山ガスや地下水試料のヘリウム同位体比を繰り返し測定し、精度の向上を評価し、分析手法を確立する予定で、コロナ禍による半導体関連の部品不足で計画より遅れている既存の超高真空精製ラインと質量分析装置に新たな真空ラインを設置と水素吸蔵合金の特性試験と並行して行う予定である。半導体関連の製品は慢性的な供給不足であるため、それを見越して対応する。また、真空系内の残留水素除去については技術開発は年々進んでおり、市販の製品の情報を収集し、比較試験をして水素濃度とヘリウムや二酸化炭素、窒素などの影響を検証し、精度を評価する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍と半導体不足により、対面での研究打合や真空ラインの改良ができなかったこと、また真空部品などの調達が遅れたため、計画通りに予算執行ができなかった。そこで次年度以降は、初年度十分実施できなかった水素吸蔵合金の温度と平衡解離圧の関係の試験と真空ラインの改良を行うとともに、当初計画の２年次以降に挙げたヘリウム同位体質量分析計(Helix SFX)に新規に残留ガス除去ラインを設計・設置し、実際に採取した火山ガスや地下水試料のヘリウム同位体比を繰り返し測定し、精度の向上を評価し、分析手法を確立する。そこで試験を繰り返すとともに、真空系内の残留水素除去については技術開発は年々進んでおり市販の製品と比較し、水素濃度とヘリウムや二酸化炭素、窒素などの影響を検証し、精度の評価をする。
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