Development of an ultrasensitive noble gas mass spectrometer equipped with a compressor ion source to open a new field in earth and planetary sciences

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本研究の当初計画では、高速回転する磁気浮上型のローターにより希ガスをイオン源に集めてイオン化し、そのイオンのほぼ全てを質量分解能を損なうことなく検出器まで導く、ガス圧縮機構と四重極静電レンズを備えた画期的な電子イオン源を開発し、従来を遥かに超える高感度の希ガス同位体質量分析を実現することを目的としていた。しかし設計の際の検討により、高速で回転するローターをイオン源に組み込むと、バルブの開閉や地震などの僅かな振動により軸ブレが発生した場合に、ローターとイオン源がともに壊滅的に破損するリスクが明らかになったため、接合部に金属シールを採用した超低リークレートの磁気軸受型ターボ分子ポンプを質量分析計の分析管内に組み込む方式を採用した。本年度はこのターボ分子ポンプを質量分析計に接続する予定であったが、研究代表者の異動に伴う実験室の移転と、移転先の実験室における漏水事故のために実施できなかった。一方で今年度は、高安定化・高精度マルチチャンネル高圧電源と高速プリアンプを新たに希ガス質量分析計に導入することで、より安定した微量の希ガス同位体検出が可能となったために、やはり昨年度までに開発したレーザー局所加熱装置を用いて、様々な深さのマントルに由来する天然ダイヤモンドの希ガス同位体分析を実施した。シベリア産のダイヤモンドの分析からは、沈み込んだプレート由来の希ガスによる汚染を受けた大陸下マントルに、プルームによって深部からもたらされた始原的希ガスが寄与していることが明らかとなった。またブラジル産の超深部起源ダイヤモンドの分析では、いくつかの試料で深部マントル起源であることを示す、始原的なヘリウム同位体比とネオン同位体比が得られた一方で、アルゴン・クリプトン・キセノンに関しては沈み込みに由来する成分の寄与が顕著であり、マントル遷移層まで太古の沈み込みの影響が及んでいることが示唆された。