JP2014150028A - Interference nuclide classification method and apparatus by accelerator mass spectrometry - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve classification of an isobar of the specific charge (hereinafter, referred to interference nuclide) interfering with the analysis of a purpose nuclide in AMS, without requiring an additional classification device represented by GFM in a low acceleration voltage accelerator.SOLUTION: In an interference nuclide classification method by accelerator mass spectrometry for ionizing a substance to be measured negatively by an ion source, accelerating the ions by means of an accelerator, and classifying a substance by energy with a classification device, the interference nuclide and a target nuclide are classified by causing coherent resonance excitation in at least any one of the target nuclide and interference nuclide of the ions.

Description

加速器質量分析（Accelerator Mass Spectrometry 以下、ＡＭＳと称す。）における分析目的核種（以下、目的核種と称す。）と妨害核種の分別に関する。詳しくは、イオンビームを所定の入射角度で結晶薄膜に通した時に発生するコヒーレント共鳴励起の現象を利用して目的各種と妨害核種との電荷を異ならせることで分別性能を向上させる分析に関する。   The present invention relates to the separation of target nuclides (hereinafter referred to as target nuclides) and interfering nuclides in accelerator mass spectrometry (hereinafter referred to as AMS). More specifically, the present invention relates to an analysis for improving the separation performance by differentiating the charges of various target and interfering nuclides using the phenomenon of coherent resonance excitation that occurs when an ion beam is passed through a crystal thin film at a predetermined incident angle.

一般的に、ＡＭＳの分析対象は、^１０Ｂｅ、^１４Ｃ、^３６Ｃｌ、^５３Ｍｎ等のごく微量の同位体（放射性核種であることが多く、さらに、宇宙線によって生成される核種である場合が多い）と安定同位体との比（通常１０^−１０〜１０^−１５といった比となる）を測定する技術として利用されている。（非特許文献１、２、３） In general, the analysis target of AMS is a very small amount of isotopes such as ¹⁰ Be, ¹⁴ C, ³⁶ Cl, and ⁵³ Mn (which are often radionuclides, and may be nuclides generated by cosmic rays. And a stable isotope ratio (usually a ratio of 10 ⁻¹⁰ to 10 ⁻¹⁵ ). (Non-patent documents 1, 2, 3)

加速器では、イオンに核子あたりＭｅＶ程度のエネルギーを与えることができるため、通常の質量分析では実現困難な次のような利点が得られる。（非特許文献１）
１）加速されたイオンを薄いガスや膜に通すと、分子イオンを壊すことができる。このため、分析する際に妨害となる同量分子イオンの影響を防ぐことができる。
２）イオンのエネルギーをエネルギー検出器により精密に測定することにより、イオンの同定ができる。
３）媒体中のエネルギー損失を測定することにより、同位体を分離することができる。 In the accelerator, energy of about MeV per nucleon can be given to the ions, so that the following advantages that are difficult to realize by ordinary mass spectrometry are obtained. (Non-Patent Document 1)
1) When accelerated ions are passed through a thin gas or film, molecular ions can be broken. For this reason, it is possible to prevent the influence of the same amount of molecular ions that interferes with the analysis.
2) Ions can be identified by accurately measuring the energy of ions with an energy detector.
3) Isotopes can be separated by measuring energy loss in the medium.

ただ、この方法は、サンプル中の極微量同位体の絶対量を求めることは不可能ではないが、その場合、様々な不確定要素によって精度は悪くなる。同位体比の測定の場合には、これら不確定要素の大部分は共通ファクターとしてキャンセルできるため、きわめて高精度の測定を実現することができる。とはいえ、その技術的な要は、極微量の目的核種を妨害核種からいかに分離して検出するか、にかかっている。   However, this method is not impossible to determine the absolute amount of a trace amount isotope in a sample, but in that case, accuracy is deteriorated due to various uncertain factors. In the case of isotope ratio measurement, most of these uncertainties can be canceled as common factors, so that extremely accurate measurement can be realized. However, the technical point depends on how to detect and detect a very small amount of target nuclides from interfering nuclides.

特に、目的核種と等しい質量をもつ安定した同重体が存在する場合、例えば、^１０Ｂｅに対する^１０Ｂ、^３６Ｃｌに対する^３６Ｓ、^５３Ｍｎに対する^５３Ｃｒ等、これらの同重体は目的核種の測定を著しく妨害する核種（妨害核種）となり、極微量の目的核種を妨害核種からいかに分離して検出するかが大きなポイントである。 In particular, if there is stable isobars with mass equal interest nuclide, for ^{example, 10 B,} 36 ⁵³ Cr or the like for ^{36 S,} 53 Mn for Cl relative to 10 Be, these isobaric significantly the measurement object nuclide The main point is how to detect and isolate a very small amount of the target nuclide from the interfering nuclide.

そのような妨害核種に対する従来の分別方法には大きく分けて２つの方法が用いられている。
１つは、重イオン検出器中のガスあるいはその前段に設置した薄膜と入射イオンの相互作用を利用する方法である。ガスあるいは薄膜の原子と衝突したイオンは、その運動エネルギーを失うが、そのエネルギーの減衰は原子番号のおよそ２乗に比例する（ベーテの式）。入射イオンの原子番号の違いを利用するこの原理によって、通過した目的核種と妨害核種の運動エネルギーの間に差を作り出し、この差を持って両者を分別する。この方法を利用して分別機能を持たせた検出器は、その簡素な構造のため廉価であり最も広く使用されている基本的なものである。この方式の検出器は、一般的に分割電極型ΔＥ電離箱、あるいは単にΔＥ検出器などと呼ばれる。 There are roughly two conventional methods for separating such interfering nuclides.
One is a method that utilizes the interaction between incident ions and a gas in a heavy ion detector or a thin film installed in the preceding stage. Ions that collide with gas or thin film atoms lose their kinetic energy, but the decay of the energy is proportional to the square of the atomic number (Bethe's equation). This principle, which uses the difference in the atomic number of incident ions, creates a difference between the kinetic energy of the target nuclide that has passed through and the interfering nuclide, and the two are separated using this difference. A detector having a sorting function using this method is inexpensive and the most widely used basic one because of its simple structure. This type of detector is generally called a split electrode type ΔE ionization chamber or simply a ΔE detector.

しかしながら、衝突が確率的に発生するため、衝突後のイオンの運動エネルギーのスペクトル幅が広がる現象（エネルギー ストラグリング）が発生し、双方のスペクトルが重なり分別性能が制限される。この現象は、入射イオンの運動エネルギーが低いほど著しい。このため、より高い加速電圧を有する大形の加速器を用いて入射イオンの運動エネルギーを高める方法をとる必要がある。さらに、原子番号が大きい核種ほど、双方の原子番号の相対的な差が小さくなるため、より高い加速電圧が必要になる。現状、同重体の有する核種に必要な加速器の加速電圧については、例えば、^３６Ｃｌの場合で最低６ＭｅＶ程度といわれている。^５３Ｍｎの測定では、その実用化に向けた試験において１０ＭｅＶ超の加速器が使用されている。 However, since collisions occur stochastically, a phenomenon (energy straggling) occurs in which the spectrum width of the kinetic energy of ions after the collision widens, and both spectra overlap to limit the separation performance. This phenomenon is more remarkable as the kinetic energy of incident ions is lower. For this reason, it is necessary to take a method of increasing the kinetic energy of incident ions using a large accelerator having a higher acceleration voltage. Furthermore, the higher the accelerating voltage is required because the relative difference between the atomic numbers of the nuclides with larger atomic numbers becomes smaller. At present, it is said that the acceleration voltage of the accelerator necessary for the nuclide of the isobaric body is, for example, about 6 MeV at the minimum in the case of ³⁶ Cl. ^In the measurement of ⁵³ Mn, an accelerator exceeding 10 MeV is used in a test for practical use.

もう１つの方法は、重イオン検出器を構成するガス容器を磁界中に置いたものであり、ガスフィルドマグネット（Gas Filled Magnet：ＧＦＭ）方式と呼ばれる。この方法は、ガス中を通過するイオンの平衡電荷が原子番号に依存することに基づき、磁界中の軌道半径が目的核種と妨害核種との間で異なるということを利用したものである。原子の分別能力は、従来の型ΔＥ検出器に比べて２０倍程度高いことが知られている。しかし、第１の方法と同じように、ガス中の原子との衝突を利用しているため、本質的にエネルギー ストラグリングが発生し、これが分別性能を制限している。また、ＧＦＭ方式では、電離箱の前段に、この電離箱の大きさの１０倍程度の大きさを持つ電磁石を取り付けており、この空間規模は１ｍ^３、重量は数tに達する。そのため、この導入については、上記ΔＥ検出器と比較して制限が著しく大きい。 Another method is a method in which a gas container constituting a heavy ion detector is placed in a magnetic field, and is called a gas filled magnet (GFM) system. This method utilizes the fact that the orbital radius in the magnetic field differs between the target nuclide and the disturbing nuclide based on the fact that the equilibrium charge of ions passing through the gas depends on the atomic number. It is known that the atom separation ability is about 20 times higher than that of a conventional type ΔE detector. However, as in the first method, since collisions with atoms in the gas are used, energy struggling essentially occurs, which limits the separation performance. In the GFM method, an electromagnet having a size about 10 times the size of the ionization chamber is attached to the front stage of the ionization chamber, the space scale is 1 m ³ , and the weight reaches several t. For this reason, this introduction is significantly limited as compared with the ΔE detector.

特表２００８−５４１４０６号公報Special table 2008-541406 gazette

「加速器質量分析装置（ＡＭＳ）」 ＡＭＳ詳細｜日本原子力研究開発機構青森研究開発センター"Accelerator Mass Spectrometer (AMS)" AMS Details | Japan Atomic Energy Agency Aomori Research and Development Center 「加速器質量分析の原理」 東京大学 松崎 浩之氏 放射線利用技術データベース データ番号：０４０２９１“Principle of accelerator mass spectrometry” Hiroyuki Matsuzaki, University of Tokyo Radiation Utilization Technology Database Data No .: 040291 「加速器質量分析法の進歩」 東京大学 川面 澄氏 放射線利用技術データベース データ番号：０４０１９８“Advances in accelerator mass spectrometry” Susumu Kawamata, University of Tokyo Radiation Utilization Technology Database Data No .: 040198 「イオンビーム工学（イオン・固体相互作用編）」 藤本文範、小牧研一郎、内田老鶴圃１９９５第４章」“Ion Beam Engineering (Ion-Solid Interactions)” Fuji Fuminobu, Komaki Kenichiro, Uchida Otsukaku No. 1995, Chapter 4

前述の従来技術の問題点に鑑み、本発明は、ＡＭＳにおいて目的核種の分析を妨害する同比電荷の同重体（以下、妨害核種と称す。）の分別を、低加速電圧加速器においても分別精度を向上させることを課題とする。   In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention is capable of separating the isobaric bodies of the same specific charge (hereinafter referred to as interfering nuclides) that interfere with the analysis of the target nuclide in AMS, with the separation accuracy also in the low acceleration voltage accelerator. The problem is to improve.

具体的には、ＡＭＳ装置において発生させたイオンビームを結晶薄膜に通し、そのときに発生する「コヒーレント共鳴励起（Resonant Coherent Excitation、以下、ＲＣＥと称す。）」なる現象を利用し、目的核種あるいは妨害核種のみ電離段階を上げ、目的核種と妨害核種の比電荷を異ならせることによって、その後の電磁界による分別を容易にするものである。すなわち、エネルギーの差のみを作り出す従来方法と異なり、分別性能を阻害するエネルギー ストラグリングの影響を本質的に排除するものである。   Specifically, the ion beam generated in the AMS apparatus is passed through the crystal thin film, and the phenomenon of “Resonant Coherent Excitation (hereinafter referred to as RCE)” generated at that time is used to obtain the target nuclide or Only the interfering nuclides are increased in ionization stage, and the specific charges of the target nuclides and interfering nuclides are made different to facilitate subsequent separation by electromagnetic fields. In other words, unlike the conventional method that creates only the difference in energy, it essentially eliminates the effects of energy struggling that impedes sorting performance.

本発明の第１の発明は、測定対象の物質をイオン源によりイオン化し、該イオンを加速器によって加速させ、該加速されたイオンを分別装置によって運動量及びエネルギーによる物質の分別を行う加速器質量分析による妨害核種分別方法であって、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起を起こさせることによって、前記妨害核種を前記目的核種と分別する加速器質量分析による妨害核種分別方法である。   The first invention of the present invention is based on accelerator mass spectrometry in which a substance to be measured is ionized by an ion source, the ions are accelerated by an accelerator, and the accelerated ions are fractionated by a momentum and energy by a fractionation device. An interfering nuclide fractionation method, wherein at least one of a target nuclide and an interfering nuclide of the ion is subjected to coherent resonance excitation, whereby the interfering nuclide is separated from the target nuclide by an accelerator mass spectrometry method. is there.

第２の発明は、前記第１の発明に付加して、前記イオンが、前記加速器によって、測定対象物質に対応して予め定められた多価変換基準に従って加速変換される加速器質量分析による妨害核種分別方法である。   According to a second invention, in addition to the first invention, interfering nuclides by accelerator mass spectrometry in which the ions are accelerated and converted by the accelerator according to a predetermined multivalent conversion standard corresponding to a substance to be measured. This is a sorting method.

第３の発明は、前記第１又は第２の発明に付加して、前記イオンを単結晶薄膜に透過させることによって、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起を起こさせる加速器質量分析による妨害核種分別方法である。   In a third aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, coherent resonance excitation is caused in at least one of a target nuclide and an interfering nuclide of the ion by transmitting the ion through a single crystal thin film. This is a method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry.

第４の発明は、前記第３の発明に付加して、前記イオンを結晶薄膜に透過させるときに、前記イオンの入射角度を前記結晶薄膜の単晶原子面と平行な平面内で調整することによって、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起が起こすように、該イオンからみた見掛け上の原子間隔ｄを調整する加速器質量分析による妨害核種分別方法である。   According to a fourth invention, in addition to the third invention, when the ions are transmitted through the crystal thin film, the incident angle of the ions is adjusted in a plane parallel to the single crystal atomic plane of the crystal thin film. Thus, the interfering nuclide fractionation method is performed by accelerator mass spectrometry in which the apparent atomic distance d viewed from the ion is adjusted so that coherent resonance excitation occurs in at least one of the target nuclide and the interfering nuclide of the ion.

第５の発明は、前記第３又は第４の発明に付加して、前記単結晶薄膜が、前記加速器と前記分別装置との間に配置される加速器質量分析による妨害核種分別方法である。   The fifth invention is a method for separating interference nuclides by accelerator mass spectrometry in which the single crystal thin film is arranged between the accelerator and the fractionation device in addition to the third or fourth invention.

第６の発明は、前記第１乃至第４の発明に付加して、前記目的核種と前記妨害核種が、それぞれ^１０Ｂｅと^１０Ｂ、^３２Ｓｉと^３２Ｓ、^３６Ｃｌと^３６Ｓ、^４１Ｃａと^４１Ｋ、及び^５３Ｍｎと^５３Ｃｒの組み合わせの何れかである加速器質量分析による妨害核種分別方法である。 In a sixth aspect of the present invention, in addition to the first to fourth aspects, the target nuclide and the interfering nuclide are ¹⁰ Be and ¹⁰ B, ³² Si and ³² S, ³⁶ Cl and ³⁶ S, ⁴¹ Ca, respectively. It is a method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry, which is either ⁴¹ K or a combination of ⁵³ Mn and ⁵³ Cr.

第７の発明は、測定対象の物質をイオン化するイオン源と、該イオンを加速させる加速器と、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起を起こさせる手段と、前記加速されたイオンの運動量及びエネルギーによる物質の分別を行う分別装置とを有する加速器質量分析による妨害核種分別装置である。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an ion source for ionizing a substance to be measured, an accelerator for accelerating the ions, a means for causing coherent resonance excitation in at least one of a target nuclide and an interfering nuclide of the ions, and the acceleration And an interfering nuclide fractionation device by accelerator mass spectrometry, which has a fractionation device for fractionating substances by momentum and energy of ions.

第８の発明は、前記第７の発明に付加して、前記加速器が、前記イオンを測定対象物質に対応して予め定められた多価変換基準に従って加速変換する加速器質量分析による妨害核種分別装置である。   According to an eighth invention, in addition to the seventh invention, an interfering nuclide fractionation device by accelerator mass spectrometry in which the accelerator accelerates and converts the ions according to a predetermined multivalent conversion standard corresponding to a substance to be measured. It is.

第９の発明は、前記第７又は第８の発明に付加して、前記コヒーレント共鳴励起を起こさせる手段が、前記イオンを透過する単結晶薄膜を有する加速器質量分析による妨害核種分別装置である。   A ninth invention is the interfering nuclide fractionating device by accelerator mass spectrometry, wherein the means for causing the coherent resonance excitation has a single crystal thin film that transmits the ions, in addition to the seventh or eighth invention.

第１０の発明は、前記第９の発明に付加して、前記コヒーレント共鳴励起を起こさせる手段が、前記イオンを透過する単結晶薄膜と、該単結晶薄膜を安定に支持するための支持台と、該単結晶薄膜のイオン通過軸に対して３次元の位置調整を行うための位置決めステージとで構成される薄膜システムである加速器質量分析による妨害核種分別装置である。   In a tenth aspect of the present invention, in addition to the ninth aspect, the means for causing the coherent resonance excitation includes a single crystal thin film that transmits the ions, a support base for stably supporting the single crystal thin film, The interfering nuclide fractionating device by accelerator mass spectrometry is a thin film system composed of a positioning stage for performing three-dimensional position adjustment with respect to the ion passage axis of the single crystal thin film.

第１１の発明は、前記第７乃至第１０の発明に付加して、前記コヒーレント共鳴励起を起こさせる手段が、前記加速器と前記分別装置との間に配置される加速器質量分析による妨害核種分別装置である。   An eleventh aspect of the invention is an interference nuclide fractionating device based on accelerator mass spectrometry in which the means for causing the coherent resonance excitation is arranged between the accelerator and the fractionation device in addition to the seventh to tenth aspects of the invention. It is.

第１２の発明は、前記第７乃至第１１の発明に付加して、 前記目的核種と前記妨害核種が、それぞれ^１０Ｂｅと^１０Ｂ、^３２Ｓｉと^３２Ｓ、^３６Ｃｌと^３６Ｓ、^４１Ｃａと^４１Ｋ、及び^５３Ｍｎと^５３Ｃｒの組み合わせの何れかである加速器質量分析による妨害核種分別装置である。 In a twelfth aspect of the present invention, in addition to the seventh to eleventh aspects, the target nuclide and the interfering nuclide are ¹⁰ Be and ¹⁰ B, ³² Si and ³² S, ³⁶ Cl and ³⁶ S, and ⁴¹ Ca, respectively. It is an interference nuclide fractionation device by accelerator mass spectrometry which is either ⁴¹ K or a combination of ⁵³ Mn and ⁵³ Cr.

本発明により、目的核種と妨害核種の関係である^１０Ｂｅと^１０Ｂ、^３２Ｓｉと^３２Ｓ、^３６Ｃｌと^３６Ｓ、^４１Ｃａと^４１Ｋ、^５３Ｍｎと^５３Ｃｒとの分別、測定を、５ＭＶ以下の加速電圧で行うことが可能であるため、大型の加速器を使用せず、小型の加速器とすることが可能性あり、安価な設備構成とすることができる。
また、５ＭＶ以上の加速電圧が印加可能な大型加速器の場合には、測定限界は従来技術に比較して１桁程度の測定限界を良くすることができ、測定精度を向上することができる。
また、結晶薄膜の安定な支持と該結晶薄膜のイオン通過軸に対する３次元の位置調整を行う位置決めステージとを採用することで、高精度に、かつ迅速に位置調整が可能である。 According to the present invention, the separation and measurement of ¹⁰ Be and ¹⁰ B, ³² Si and ³² S, ³⁶ Cl and ³⁶ S, ⁴¹ Ca and ⁴¹ K, ⁵³ Mn and ⁵³ Cr, which are the relationships between the target nuclide and the interfering nuclide, are performed at 5 MV. Since it is possible to carry out with the following acceleration voltage, it is possible to make a small accelerator without using a large accelerator, and an inexpensive equipment configuration can be achieved.
Further, in the case of a large accelerator to which an acceleration voltage of 5 MV or more can be applied, the measurement limit can be improved by about one digit compared with the conventional technique, and the measurement accuracy can be improved.
Further, by using a stable support of the crystal thin film and a positioning stage that performs three-dimensional position adjustment with respect to the ion passage axis of the crystal thin film, the position can be adjusted with high accuracy and speed.

本発明のＲＣＥを利用した分別の概念を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the concept of the classification | category using RCE of this invention. 本発明のシステム機器構成の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the system apparatus structure of this invention. 本発明に使用するＲＣＥの発生メカニズムを示す図である。It is a figure which shows the generation | occurrence | production mechanism of RCE used for this invention. 本発明に使用する薄膜システムの位置決めステージの構成及びその配置を示す図である。It is a figure which shows the structure and arrangement | positioning of the positioning stage of the thin film system used for this invention. 真空チャンバに載置したときの本発明の薄膜システムの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the thin film system of this invention when it mounts in a vacuum chamber. 本発明による目的核種と妨害核種との分別方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the classification method of the target nuclide and interference nuclide by this invention.

本発明は、測定対象の物質をイオン源によりイオン化し、該イオンを加速器によって加速させ、該加速されたイオンを分別装置によってエネルギーによる物質の分別を行う加速器質量分析による妨害核種分別方法であって、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起を起こさせることによって、前記妨害核種を前記目的核種と分別することを特徴とする加速器質量分析による妨害核種分別方法である。さらに、加速器では、測定対象物質に対応して予め定められた多価変換基準に従って加速変換させるものである。   The present invention is a method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry in which a substance to be measured is ionized by an ion source, the ions are accelerated by an accelerator, and the accelerated ions are fractionated by energy by a fractionation device. A method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry, wherein coherent resonance excitation is caused in at least one of a target nuclide and interfering nuclides of the ions to separate the interfering nuclides from the target nuclide. Further, in the accelerator, acceleration conversion is performed according to a predetermined multivalent conversion standard corresponding to the measurement target substance.

ここで、ＲＣＥについて、図３により説明する。
ＲＣＥは、イオンが結晶の原子列あるいは原子面と平行に入射する際にイオンがほぼ無衝突で結晶を通過する現象であるチャネリング状態において、その時通過するチャネリングイオンに属する電子が共鳴的に励起される現象である。
ＲＣＥを発生させるためには、まずそのチャネリング状態を作り出すことが必要である。図３には、イオンが左側から原子面にほぼ平行に入射した場合のチャネリング状態を描いている。ある入射角の範囲では、イオンは上あるいは下の原子面に近づくと結晶の原子とイオンの間に作用するクーロン斥力で反射する。したがって、上下の原子面の間を行き来しながら結晶を通過する。なお座標軸の方向については後に示す図4に記載している座標軸の方向に一致させており、実際は、ｘは上下方向、ｙ軸は左右方向、ｚ軸はイオンの進行方向を示す。 Here, the RCE will be described with reference to FIG.
In RCE, in the channeling state in which ions pass through the crystal with almost no collision when ions are incident parallel to the atomic sequence or plane of the crystal, electrons belonging to the channeling ions that pass through are excited resonantly. It is a phenomenon.
In order to generate RCE, it is first necessary to create its channeling state. FIG. 3 illustrates a channeling state when ions are incident on the atomic plane from the left side in a substantially parallel manner. In a certain incident angle range, ions are reflected by Coulomb repulsion acting between the crystal atoms and ions when approaching the upper or lower atomic plane. Therefore, it passes through the crystal while going back and forth between the upper and lower atomic planes. The direction of the coordinate axis coincides with the direction of the coordinate axis described in FIG. 4 to be described later. In actuality, x indicates the vertical direction, y-axis indicates the horizontal direction, and z-axis indicates the ion traveling direction.

このようなチャネリングが発生する入射角度の範囲（図３ではθ（ベクトルｖ_０をｙ−ｚ平面に射影したベクトルのｚ軸となす角度））は、加速器の仕様を基にすると、±０．２°程度と推定され、核種に対して大きな変化はない。したがって、角度の制御精度としては、その１／２０程度、すなわち０．０１°程度が求められる。チャネリングイオンは、図３のように原子面の間を進んでいるとき、結晶原子の電場の影響を周期的に受ける。この周期電場は、イオンにとっては、光子を受けたことによる変動電場と同じである。光子エネルギーｈνがイオンの励起／電離エネルギーに等しくなると、イオンは共鳴励起／電離する。一般的に、励起／電離エネルギーは元素やその励起状態、すなわち電子配置によって異なるため、着目した核種に対しＲＣＥを選択的に発生さることができる。したがって、目的核種あるいは妨害核種のどちらかの電離段階を上げることが可能となる。 The range of incident angles at which such channeling occurs (in FIG. 3, θ (an angle formed by the vector v ₀ projected onto the yz plane and the z axis of the vector)) is ± 0. It is estimated to be around 2 °, and there is no significant change for nuclides. Therefore, the angle control accuracy is required to be about 1/20, that is, about 0.01 °. Channeling ions are periodically affected by the electric field of crystal atoms when traveling between atomic planes as shown in FIG. This periodic electric field is the same as the fluctuating electric field due to receiving photons for ions. When the photon energy hν becomes equal to the excitation / ionization energy of the ion, the ion is resonantly excited / ionized. In general, since the excitation / ionization energy varies depending on the element and its excited state, that is, the electron configuration, RCE can be selectively generated for the nuclide of interest. Therefore, the ionization stage of either the target nuclide or the interfering nuclide can be increased.

ＲＣＥの発生・制御は、図３に示した入射角度φ（速度ベクトルｖ_０をｘ−ｚ平面に射影したベクトルのｚ軸となす角度）を調節することで行う。ＲＣＥの発生条件は前述のように、光子のエネルギーが電離エネルギーＥｉに等しくなることである。この条件は、近似的には、次の式（１）で表される。
Ｅｉ＝ｈ（ｖ／ｄ ） （１）
ここで ｈとｄは、それぞれプランク定数と原子間隔を表す。原理的には、加速器のエネルギーを変化させ速度ｖを調節し、式（１）を満足させてＲＣＥを発生することは可能であるが、加速器での速度変化に合わせてビームラインに沿った沢山の偏向機器の設定を変更する必要が生じるため非常に複雑となる。そこで、結晶の角度φを後述する薄膜システムの位置決めステージで変化させ、イオンからみた見かけ上の原子間隔ｄを調節してＲＣＥを発生・制御する。 The generation and control of RCE is performed by adjusting the incident angle φ shown in FIG. 3 (the angle formed by the z-axis of the vector obtained by projecting the velocity vector v ₀ onto the xz plane). As described above, the RCE generation condition is that the photon energy becomes equal to the ionization energy Ei. This condition is approximately expressed by the following equation (1).
Ei = h (v / d) (1)
Here, h and d represent the Planck constant and the atomic spacing, respectively. In principle, it is possible to change the accelerator energy and adjust the velocity v to satisfy the equation (1) and generate RCE, but many along the beam line according to the velocity change in the accelerator. It becomes very complicated because it is necessary to change the setting of the deflection device. Therefore, the RCE is generated and controlled by changing the crystal angle φ on the positioning stage of the thin film system, which will be described later, and adjusting the apparent atomic distance d seen from the ions.

それらの構成は、図２に示すように、イオン創生装置１０としての測定対象物質の負イオンビームを作り出すスパッタ式のイオン源２、発生したイオンを磁力によって測定対象物質のイオンを選択する入射電磁石３、測定対象物質のイオンに静電界を用してイオンを加速するタンデム型加速器４、目的核種とその安定同位体を運動量の違いより選別する分析電磁石５、到達したイオンを電流値として計測するファラデーカップ６と、分別装置２０としての選択されたイオンと単結晶の結晶格子の位置調整によってＲＣＥを発生させる薄膜システム２１、イオンビームを収束させ静電アナライザの分解能を向上させる磁気レンズ２２、入射したイオンが持つ運動エネルギーによって特定エネルギーを持つイオンを通過させる静電アナライザ２３、イオンの到着をパルス測定し到着数を検出する重イオン検出器２４、とからなる。このように、図２に示す各装置機器が、本発明の妨害核種分別方法を実施するためのシステム機器であるＡＭＳ装置１の基本構成となる。   As shown in FIG. 2, the configuration of the ion generating apparatus 10 includes a sputter-type ion source 2 that generates a negative ion beam of the measurement target material, and incident ions that select the ions of the measurement target material by magnetic force. Electromagnet 3, tandem accelerator 4 for accelerating ions by using an electrostatic field for ions to be measured, analysis electromagnet 5 for selecting target nuclides and their stable isotopes based on differences in momentum, and measuring the reached ions as current values A Faraday cup 6 to perform, a thin film system 21 for generating RCE by adjusting the position of selected crystal and single crystal crystal lattice as a sorting device 20, a magnetic lens 22 for converging the ion beam and improving the resolution of the electrostatic analyzer, Electrostatic analyzer 23 that allows ions having specific energy to pass by kinetic energy of incident ions Heavy ion detector 24 for detecting the number of arriving pulses measured arrival of ions consists of capital. As described above, each device shown in FIG. 2 is a basic configuration of the AMS device 1 which is a system device for carrying out the interference nuclide sorting method of the present invention.

本発明の概念を、図１の模式図を基に、分析対象の目的核種として^３２Ｓｉ、妨害核種として^３２Ｓ、加速器としてタンデム加速器の例を用いて説明する。
まず、イオン源によって目的核種の^３２Ｓｉをイオン化し^３２Ｓｉ⁻とする。このとき、好ましくない同重体である^３２Ｓも同時にイオン化され^３２Ｓ⁻となって混在することとなる。 The concept of the present invention will be described based on the schematic diagram of FIG. 1 using an example of ³² Si as a target nuclide to be analyzed, ³² S as a disturbing nuclide, and a tandem accelerator as an accelerator.
First, the target nuclide ³² Si is ionized into ³² Si ⁻ by an ion source. At this time, ³² S which is an undesired isobaric ion is also ionized at the same time and becomes ³² S ⁻ and mixed.

つぎに、イオン化された^３２Ｓｉ⁻と^３２Ｓ⁻とを、加速器によって予め定められた多価変換基準にしたがい多価イオン、この例では５価のイオンである^３２Ｓｉ^５＋と^３２Ｓ^５＋に変換、加速させる。 Next, the ionized ³² Si ⁻ and ³² S ⁻ are converted into multivalent ions, in this example, ³² Si ⁵⁺ and ³² S ⁵⁺ , which are pentavalent ions, according to a multivalent conversion criterion predetermined by an accelerator. Accelerate.

つぎに、^３２Ｓｉ^５＋と^３２Ｓ^５＋を薄膜システムに入射させる。
薄膜システムに内蔵した結晶薄膜では、イオンが結晶薄膜の原子列あるいは原子面と平行に入射させ、ほぼ無衝突で結晶薄膜を通過する状態にすることで、通過するイオンにＲＣＥを発生させる。
本例では、^３２Ｓ^５＋にＲＣＥを発生させることで電離段階が１つ上昇し^３２Ｓ^６＋となる。一方、^３２Ｓｉ^５＋はチャネリングのみ発生し、その電離段階を保ったまま結晶薄膜を通過する。 Next, ³² Si ⁵⁺ and ³² S ⁵⁺ are incident on the thin film system.
In the crystalline thin film incorporated in the thin film system, ions are incident parallel to the atomic rows or atomic planes of the crystalline thin film and pass through the crystalline thin film almost without collision, thereby generating RCEs in the passing ions.
In this example, by generating RCE at ³² S ⁵⁺ , the ionization stage is increased by 1 to ³² S ⁶⁺ . On the other hand, ³² Si ⁵⁺ occurs only in channeling, and passes through the crystal thin film while maintaining its ionization stage.

さらに、静電アナライザ（静電分析器）によって、従来技術では比電荷の同じものの分別はできなかったが、ＲＣＥを発生させることにより目的核種あるいは妨害核種の電離段階が増加することから、目的核種と妨害核種の電離段階の差を検出し、妨害核種である^３２Ｓ^６＋を除去する。最後にイオン検出器によって目的核種の^３２Ｓｉ^５＋を検出する。 Furthermore, the electrostatic analyzer (electrostatic analyzer) could not separate the same specific charge in the prior art. However, since the ionization stage of the target nuclide or interfering nuclide is increased by generating RCE, the target nuclide is increased. The difference between the ionization steps of the interfering nuclides is detected, and the interfering nuclides ³² S ⁶⁺ are removed. Finally, the target nuclide ³² Si ⁵⁺ is detected by an ion detector.

本発明を実施するためのＡＭＳ装置の構成について、図２に示す各構成機器の要点を下記の表１にまとめ、本発明の特徴となる点を太枠網掛けで示した。以下その内容を説明する。   Regarding the configuration of the AMS apparatus for carrying out the present invention, the main points of each component shown in FIG. The contents will be described below.

イオン創生装置１０の加速器４では、イオン源２から加速器に入射した負イオンを数ＭｅＶまで加速し加速器中央のストリッパーと呼ばれる装置において正イオンに変換する。正イオンの価数の選択は、予め定められた多価変換基準に従う。すなわち、目的核種とその妨害核種のイオン半径および＋１ｑの電離電圧との間に可能な限り大きな差を与える電離段階（例えば、Ｈ様とＨｅ様、あるいはＮａ様とＮｅ様など）に成らしめることが分別効率を高める上で重要である。したがって、加速電圧は、その基準を満たす電離段階に効率よく変換し得る値であることが所望される。実際には加速器の規模により最大加速電圧が制限されるが、この場合、出力可能な電圧範囲より、上記変換基準に合うような電離段階を定めることになる。一方、ＲＣＥ現象を際立たせようとする観点からは、ＲＣＥを発生させる単結晶薄膜において同時に発生する確率的相互作用（入射イオンと価電子との衝突）を可能な限り低減させるため、加速電圧は高いほうが望ましい。また、加速器で加速されたイオンの速度が、入手しやすい信頼性の高い単結晶の格子間隔でＲＣＥが発生可能であるという条件も課せられる。以上を総合的に考慮して加速電圧が選択される。   In the accelerator 4 of the ion creation device 10, negative ions incident on the accelerator from the ion source 2 are accelerated to several MeV and converted into positive ions in a device called a stripper at the center of the accelerator. The selection of the positive ion valence follows a predetermined multivalent conversion criterion. That is, the ionization step (for example, H-like and He-like, or Na-like and Ne-like) that gives the largest possible difference between the ion radius of the target nuclide and its interfering nuclide and the ionization voltage of + 1q. Is important in increasing the separation efficiency. Therefore, it is desirable that the acceleration voltage is a value that can be efficiently converted into an ionization stage that satisfies the standard. In practice, the maximum acceleration voltage is limited by the scale of the accelerator, but in this case, the ionization stage that meets the above conversion criteria is determined from the voltage range that can be output. On the other hand, from the viewpoint of making the RCE phenomenon stand out, in order to reduce as much as possible the stochastic interaction (collision between incident ions and valence electrons) that occurs simultaneously in the single crystal thin film that generates RCE, the acceleration voltage is Higher is desirable. In addition, a condition that the velocity of ions accelerated by the accelerator can generate RCE at a lattice interval of a single crystal that is easily available and has high reliability is imposed. The acceleration voltage is selected in consideration of the above comprehensively.

分別装置２０の薄膜システム２１は、入射するイオンの位置と薄膜システム２１に内蔵する単結晶薄膜２１１の結晶格子の位置を３次元で位置調整し、目的核種イオンあるいは妨害核種イオンのいずれかのイオンにＲＣＥを発生させる。すなわち、イオンをチャネリング状態に保持し、かつ、単結晶薄膜２１１内でイオンが感じる周期電場の周波数を調整し、ＲＣＥを発生させる状態となるようにする。   The thin film system 21 of the sorting device 20 adjusts the position of the incident ions and the position of the crystal lattice of the single crystal thin film 211 built in the thin film system 21 in three dimensions, so that either the target nuclide ion or the interference nuclide ion is ionized. RCE is generated. In other words, the ion is held in the channeling state, and the frequency of the periodic electric field felt by the ion in the single crystal thin film 211 is adjusted so that the RCE is generated.

静電分析器２３は、従来技術で比電荷の同じものの区別はできなかったが、本発明では、いずれか一方にＲＣＥを発生させると、ＲＣＥを発生させた核種の電離段階が変わることから、目的核種イオンを選択抽出でき、次の重イオン検出器における妨害核種イオンの検出を防止することができる。例えば、図１に示すように、従来技術では^３２Ｓｉ^５＋と^３２Ｓ^５＋の区別はできなかったが、本発明によって^３２Ｓ^５＋にＲＣＥを発生させると、^３２Ｓｉ^５＋はそのままで^３２Ｓ^５＋が^３２Ｓ^６＋となることから、目的核種イオンを選択抽出できるようになる。^３２Ｓｉ^５＋と^３２Ｓ^５＋との組合せを含めて、ＲＣＥの発生によって区別できる核種イオンの組合せの例を下記の表２に示す。表２において、ＲＣＥ発生の欄に（◎）の符号が付されている核種イオンがＲＣＥを発生する。 The electrostatic analyzer 23 could not distinguish the same specific charge in the prior art, but in the present invention, when RCE is generated in either one, the ionization stage of the nuclide that generated the RCE changes. Target nuclide ions can be selectively extracted, and detection of interfering nuclide ions in the next heavy ion detector can be prevented. For example, as shown in FIG. 1, the prior art could not distinguish between ³² Si ⁵⁺ and ³² S ⁵⁺ . However, when RCE is generated in ³² S ^{5+ according} to the present invention, ³² Si ⁵⁺ remains unchanged and ³² S ⁵⁺ is ^Since it becomes ³² S ⁶⁺ , the target nuclide ion can be selectively extracted. Examples of combinations of nuclide ions that can be distinguished by the occurrence of RCE, including combinations of ³² Si ⁵⁺ and ³² S ⁵⁺ are shown in Table 2 below. In Table 2, nuclide ions having a symbol (◎) in the RCE generation column generate RCE.

このように、あらかじめ定められた多価変換基準に従って、目的核種イオンあるいは妨害核種イオンのいずれかにＲＣＥを発生させるように薄膜システムでの位置調整を行うことによって、低電圧の加速器の採用、ならびに妨害核種を除去した高精度の目的核種の質量分析が実現できる。   In this way, the low voltage accelerator is adopted by adjusting the position in the thin film system so as to generate the RCE in either the target nuclide ion or the interfering nuclide ion in accordance with a predetermined multivalent conversion standard, and Highly accurate mass analysis of target nuclides without interfering nuclides can be realized.

本発明で使用する薄膜システム２１の構成について説明する。
薄膜システム２１は、コヒーレント共鳴励起を起こさせる手段であり、イオンを透過する結晶薄膜と、該結晶薄膜の安定な支持と、該結晶薄膜のイオン通過軸に対する３次元の位置調整を行う位置決めステージとで構成する。 The configuration of the thin film system 21 used in the present invention will be described.
The thin film system 21 is a means for causing coherent resonance excitation, a crystal thin film that transmits ions, a stable support of the crystal thin film, and a positioning stage that performs three-dimensional position adjustment with respect to an ion passage axis of the crystal thin film. Consists of.

結晶薄膜の材質は、Ｓｉ、ＡｇおよびＡｕのいずれかで、好ましくは単結晶薄膜であり、厚さは０．２〜１．０μｍで構成する。結晶薄膜がその厚さを増すことによってイオンを感じる周期電場の回数が増えＲＣＥが明瞭になる、一方、厚みを増すことによって結晶内の価電子との確率的相互作用が増加しＲＣＥが不明瞭となる相反する影響を考慮して適宜決定する。   The material of the crystal thin film is any one of Si, Ag, and Au, preferably a single crystal thin film, and has a thickness of 0.2 to 1.0 μm. As the crystal thin film increases in thickness, the number of periodic electric fields in which ions are sensed increases, and the RCE becomes clear. On the other hand, increasing the thickness increases the stochastic interaction with valence electrons in the crystal and makes the RCE unclear. It is determined as appropriate in consideration of conflicting effects.

図４に本発明で使用する薄膜システムの位置決めステージの構成及びその配置を、また、図５に真空チャンバに載置したときの本発明の薄膜システムの動作を示す。   FIG. 4 shows the configuration and arrangement of the positioning stage of the thin film system used in the present invention, and FIG. 5 shows the operation of the thin film system of the present invention when placed in a vacuum chamber.

位置決めステージは、図４のｘ−ｙ平面で示すように、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍのフレーム２１２に、結晶薄膜２１１を取り付けて結晶薄膜アセンブリ２１３とし、該結晶薄膜アセンブリ２１３を薄膜ホルダ２１４にストッパ２１５を介して保持する。その後、位置決めステージ２１６に取り付け薄膜システム２１とする構成である。   As shown in the xy plane of FIG. 4, the positioning stage has a crystal thin film 211 attached to a frame 212 having a size of 10 mm × 10 mm × 0.4 mm in thickness to form a crystal thin film assembly 213. The crystal thin film assembly 213 is used as a thin film holder. 214 is held via a stopper 215. Thereafter, the thin film system 21 is attached to the positioning stage 216.

さらに、薄膜システム２１の載置は、図５のｘ−ｚ平面で示すように、ファラデーカップ６の下流側に配設したイオンが通過する真空チェンバ２１７に載置する。なお、ｘ、ｙ、ｚ軸のそれぞれは図３に記載のｘ、ｙ、ｚ軸と同じである。 この薄膜システム２１は、ｚ軸をφ、ｘ軸をθ、ｙ軸をωとして角度の調整を行い、チャネリングとＲＣＥの発生に適した状態を実現する。   Further, the thin film system 21 is placed on a vacuum chamber 217 through which ions arranged on the downstream side of the Faraday cup 6 pass, as shown by the xz plane in FIG. Note that each of the x, y, and z axes is the same as the x, y, and z axes illustrated in FIG. 3. The thin film system 21 adjusts the angle with the z-axis as φ, the x-axis as θ, and the y-axis as ω, and realizes a state suitable for channeling and RCE generation.

つぎに、単結晶薄膜を通過したイオンに見られるＲＣＥおよびチャネリング影響についてエネルギースペクトルを用いて説明する。
図６は、目的核種に対してＲＣＥを発生させた場合の、薄膜システム２１を通過後（すなわちＲＣＥ発生後）の目的核種および妨害核種のエネルギー分布関数の概念図である。 Next, RCE and channeling influences observed in ions that have passed through the single crystal thin film will be described using an energy spectrum.
FIG. 6 is a conceptual diagram of the energy distribution functions of the target nuclide and the interfering nuclide after passing through the thin film system 21 (that is, after the RCE is generated) when RCE is generated for the target nuclide.

図６では、入射粒子のエネルギーを基準（０）としたとき、いわゆる結晶薄膜に入射する前のエネルギー分布関数を破線で描いている。さらに目的核種のイオンが結晶薄膜を通ると、図６（ａ）に示すように、その多くはＲＣＥにより電離段階が一つだけ上昇し、実戦で示す＋１ｑの分布関数をもつようになる（現象〈１〉）。これと同時に、その電離や結晶に付与するエネルギー損失により、平均エネルギーは低下する（現象〈２〉）。さらに、エネルギー ストラグリングも発生し、分布関数は広がる（現象〈３〉）。一方、妨害核種についても現象〈１〉〜〈３〉が発生するが、現象〈１〉については、ＲＣＥの発生条件が大きく異なるため、図６（ｂ）に示すように目的核種と比べ極めて小さくなる。   In FIG. 6, when the energy of the incident particles is set as a reference (0), the energy distribution function before entering the so-called crystal thin film is drawn with a broken line. Further, when ions of the target nuclide pass through the crystal thin film, as shown in FIG. 6 (a), most of them have an ionization step increased by one by RCE, and have a distribution function of + 1q shown in actual battle (phenomenon). <1>). At the same time, the average energy decreases due to the ionization and energy loss imparted to the crystal (phenomenon <2>). In addition, energy struggling occurs and the distribution function widens (phenomenon <3>). On the other hand, phenomena <1> to <3> also occur for interfering nuclides, but for phenomenon <1>, the conditions for generating RCEs are greatly different, so that it is extremely small compared to the target nuclide as shown in FIG. Become.

結晶薄膜を透過した後に、目的核種に合わせたエネルギー選別を行うが、このエネルギー範囲に混入する妨害核種の粒子数によって分別性能が決定される。ここで、図６に示す検出領域は、測定の目的により随時変更が可能である。図６の縦軸は対数表示であり、見かけよりは目的核種に対する妨害核種の混入する比率は非常に小さくなる。
なお、この図６の検出領域の設定については、静電アナライザ２３への印加電圧及び通過幅の設定に応じて最適化して行う。 After passing through the crystal thin film, energy sorting is performed according to the target nuclide, and the separation performance is determined by the number of interfering nuclides particles mixed in this energy range. Here, the detection region shown in FIG. 6 can be changed at any time according to the purpose of measurement. The vertical axis in FIG. 6 is a logarithmic display, and the ratio of interfering nuclides to target nuclides is much smaller than apparent.
The setting of the detection area in FIG. 6 is optimized according to the setting of the voltage applied to the electrostatic analyzer 23 and the passage width.

［実施例］
本発明の実施例として、^１０Ｂｅ、^３２Ｓｉ、^３６Ｃｌ、^４１Ｃａについての分別測定を、タンデム型加速器およびＳｉ単結晶薄膜を使用して、イオン半径、＋１ｑの電離電圧、ＲＣＥに関する公知の実験事例（非特許文献４）等に基づき、質量分析結果の推定を行った。その結果を下記の表３に示し、本発明と従来技術とを併記して両者の差異を明確にした。ここで、本発明の欄に示す「１．代表的な加速電圧」とは、最高５ＭＶの加速器を持つＡＭＳ装置において本方法を適用した場合の、上記多価変換基準に従った電離段階への変換効率を有効に高めるために使用した加速電圧を意味する（この目的において最高電圧５ＭＶ超が望ましい場合、実際には加速電圧の安定性も考慮され、本表にあるように最高電圧の９０％程度が使用される）。一方、従来技術の欄に示す「１．代表的な加速電圧」とは、該当する核種の測定において広く用いられる加速電圧を意味する。その多くの場合、加速電圧は４ＭＶ程度から１０ＭＶ程度に渡るが、本表では、本発明と従来技術との比較を容易にするため、従来技術の欄の左列に、本発明の代表的な加速電圧５ＭＶに近い場合の結果を記載している。また、参考のため、その右列には加速電圧が高い場合や加速電圧が５ＭＶ程度であっても付加的な分別機能の追加により検出限界を低減（向上）している場合（^１０Ｂｅの場合に該当）を付記している。表３より、一般に、加速電圧が高いと検出の測定限界が低減されることが理解される。 [Example]
As an example of the present invention, a fractional measurement for ¹⁰ Be, ³² Si, ³⁶ Cl, and ⁴¹ Ca was performed using a tandem accelerator and a Si single crystal thin film. Based on the case (Non-Patent Document 4) and the like, the mass spectrometry result was estimated. The results are shown in Table 3 below, and the present invention and the prior art are described together to clarify the difference between them. Here, “1. Typical accelerating voltage” shown in the column of the present invention means that when the present method is applied to an AMS apparatus having an accelerator of up to 5 MV, the ionization stage according to the above multivalent conversion criterion is applied. This means the acceleration voltage used to effectively increase the conversion efficiency. (If a maximum voltage of more than 5 MV is desired for this purpose, the stability of the acceleration voltage is actually considered, and 90% of the maximum voltage as shown in this table. Degree is used). On the other hand, “1. Typical acceleration voltage” shown in the column of the prior art means an acceleration voltage widely used in the measurement of the corresponding nuclide. In many cases, the acceleration voltage ranges from about 4 MV to about 10 MV. However, in this table, in order to facilitate comparison between the present invention and the prior art, a representative column of the present invention is shown in the left column of the column of the prior art. The result when the acceleration voltage is close to 5 MV is shown. For reference, the right column shows a case where the acceleration limit is high or the detection limit is reduced (improved) by adding an additional classification function even when the acceleration voltage is about 5 MV (in the case of ¹⁰ Be). Applicable to From Table 3, it can be seen that in general, the higher the acceleration voltage, the lower the measurement limit of detection.

次に、「４．測定限界」とは、同位体比（ここでは、目的核種の単位時間当たりの検出数と、ＡＭＳ測定で同時に得られる安定核種の単位時間当たりの検出数との比）でもって規定される量であり、妨害核種による誤った検出で制限される同位体比の下限（すなわち、有意な同位体比を与える下限）を示したものである。したがって、検出の測定限界は、低い値ほど妨害核種の分別性能が高くなることを意味し、分析精度の高さを表す指標となっている。本発明と従来技術との間で測定限界を比較する場合は、本発明の代表的な加速電圧である５ＭＶに近い値で両者の対比を行うことに意味がある。そのため、従来技術については、左列に記載する測定限界（下線で表示）を比較対象とした。この従来技術の測定限界の値は、丸め幅を５とした。   Next, “4. Measurement limit” refers to the isotope ratio (here, the ratio of the number of target nuclides detected per unit time to the number of stable nuclides detected per unit time simultaneously obtained by AMS measurement). It is a defined amount and indicates the lower limit of the isotope ratio that is limited by erroneous detection by interfering nuclides (ie, the lower limit that gives a significant isotope ratio). Therefore, the measurement limit of detection means that the lower the value, the higher the separation performance of interfering nuclides, and is an index representing the high analysis accuracy. When comparing the measurement limit between the present invention and the prior art, it is meaningful to compare the two at a value close to 5 MV, which is a typical acceleration voltage of the present invention. Therefore, for the prior art, the measurement limit (indicated by an underline) described in the left column was used as a comparison target. The value of the measurement limit of this prior art is 5 rounding width.

表３に示す「３．分別方法」については、本発明の場合、分別機能を備えた最も基本的な検出器（ΔＥ検出器）の前段にＲＣＥ方式を連結したものとした。ただしＢｅ測定の場合のみ、従来技術との比較を容易にするため、従来技術の分別方法（ガスセル＋ΔＥ検出器）をベースとした。ガスセル自体は簡素な構造を持ち、ΔＥ検出器と同様に多用されるため、基本的な検出機器として位置づけられる。なお、本方式の併用については、従来の分別技術の内、薄膜アブソーバを使用する方式を除いて競合する技術はなく、例えば、本方式とＧＦＭとの連結も可能である。この場合、ＧＦＭを単独に使用した場合の検出限界よりも有意に低い検出限界が得られると見込まれる。   As for “3. Fractionation method” shown in Table 3, in the case of the present invention, the RCE method is connected to the previous stage of the most basic detector (ΔE detector) having a separation function. However, only in the case of Be measurement, in order to facilitate comparison with the prior art, the separation method (gas cell + ΔE detector) of the prior art was used as a base. Since the gas cell itself has a simple structure and is frequently used like the ΔE detector, it is positioned as a basic detection device. As for the combined use of this method, there is no competing technology except for the method using a thin film absorber among the conventional separation techniques, and for example, this method and GFM can be connected. In this case, it is expected that a detection limit significantly lower than the detection limit when GFM is used alone is obtained.

表３に示すように、^１０Ｂｅでは、ＲＣＥを水素様^１０Ｂｅ^３＋に発生させる。比較対象の従来技術（ガスセルとΔＥ検出器）に対して、測定限界を一桁近く低減できる。この値は、従来技術の右列に示す薄膜アブソーバ方式に匹敵するが、この薄膜アブソーバ方式では薄膜の後に分析電磁石（上記の段落［００３１］に記載）と同規模の電磁石を併用する必要がある。したがって、同程度の測定限界を得る場合、本発明は、薄膜アブソーバ方式と異なり、容量・重量ともに大きい付加的機器を除去することができる。 As shown in Table 3, with ¹⁰ Be, RCE is generated in a hydrogen-like ¹⁰ Be ³⁺ . The measurement limit can be reduced by almost an order of magnitude with respect to the conventional technology (gas cell and ΔE detector) to be compared. This value is comparable to the thin film absorber system shown in the right column of the prior art, but in this thin film absorber system, it is necessary to use an electromagnet of the same scale as the analysis electromagnet (described in paragraph [0031] above) after the thin film. . Therefore, when obtaining the same measurement limit, the present invention can remove an additional device having a large capacity and weight unlike the thin film absorber method.

^３２Ｓｉでは、ＲＣＥをＮａ様^３２Ｓ^５＋に発生させる。したがって従来技術に対して、価数を＋７価から＋５価とすることができる。価数が小さくなるほどその価数へ変換する最も高い効率を与える加速電圧は低下するため、価数の低下により加速電圧を必然的に低減することができる。ただし、比較対象については、従来技術において５ＭＶ以下でＳｉ測定が実施された例はなく、従来技術の左列で示すように６ＭＶであり、さらにＧＦＭを使用した場合となる。そのため、他の核種に比べ精密な比較は難しくなるが、本発明における検出限界は、ＧＦＭを使用せずとも従来技術のそれに匹敵すると期待される。ＧＦＭを使用する必要がない本発明は規模縮小に大きく役立つ。なお、前述の通りＧＦＭと本方式を連結することも可能であり、この場合さらに低い測定限界が得られると期待できる。 ^{In 32} Si, RCE is generated in Na-like ³² S ⁵⁺ . Therefore, with respect to the prior art, the valence can be changed from +7 to +5. Since the acceleration voltage that gives the highest efficiency for conversion to the valence decreases as the valence decreases, the acceleration voltage can inevitably be reduced due to the decrease in valence. However, as for the comparison object, there is no example in which Si measurement was performed at 5 MV or less in the conventional technique, and it is 6 MV as shown in the left column of the conventional technique, and this is a case where GFM is used. Therefore, precise comparison is difficult compared with other nuclides, but the detection limit in the present invention is expected to be comparable to that of the prior art without using GFM. The present invention, which does not require the use of GFM, is very useful for scaling down. As described above, it is possible to connect the GFM and the present method, and in this case, it can be expected that a lower measurement limit can be obtained.

^３６Ｃｌでは、ＲＣＥをＮａ様^３２Ｃｌ^６＋に発生させる。従来技術に対して、価数を＋７から＋６価とすることができ、前述と同じ理由により加速電圧を低減することができる。測定限界については、従来技術であるＧＦＭを使用せずとも、それと同程度の値が得られる。ＧＦＭが不必要になる利点は^３２Ｓｉ測定の場合に同じである。 ^{With 36} Cl, RCE is generated in Na-like ³² Cl ⁶⁺ . Compared to the prior art, the valence can be changed from +7 to +6, and the acceleration voltage can be reduced for the same reason as described above. As for the measurement limit, a value comparable to that can be obtained without using the conventional GFM. The advantage of eliminating the need for GFM is the same for ³² Si measurements.

^４１Ｃａでは、ＲＣＥをＳｉ様^４１Ｋ^５＋に発生させる。検出限界は従来技術と比較し有意に低減できる。ただし、^４１Ｃａあるいは^４１ＫのどちらかをＮａ様の電離段階に高効率で変換する場合は、加速電圧が５ＭＶをはるかに超える（従来技術１１ＭＶにおける＋８価の^４１Ｋ^８＋がＮａ様となる）。このため、本発明によるＲＣＥの分別効果は、これまで述べた核種の分別効果と比較して高く望めない。当クラスのＡＭＳ装置においてＮａ様の電離段階に変換させるためには、薄膜システムの入射前にセカンドストリッパーと呼ばれる薄膜と電磁石をビームラインに組み入れ、イオンの薄膜通過によっていろいろな高い電離段階に変換されたものから、Ｎａ様になっている電離段階の核種をその電磁石で選別する必要がある。とは言え、従来技術の１１ＭＶの場合において本方式を適用すれば、上述の通り^４１Ｋ^８＋がＮａ様となり、これにＲＣＥを発生させることにより、本方式を効果的に用いることが期待でき、測定限界の数値が有意に低下し、精度の向上が期待できる。 ^{In 41} Ca, RCE is generated in Si-like ⁴¹ K ⁵⁺ . The detection limit can be significantly reduced compared to the prior art. However, when either ⁴¹ Ca or ⁴¹ K is converted to an Na-like ionization stage with high efficiency, the acceleration voltage far exceeds 5 MV (+ 8-valent ⁴¹ K ⁸⁺ in the prior art 11 MV becomes Na-like). . For this reason, the RCE fractionation effect according to the present invention cannot be expected to be higher than the nuclide fractionation effect described so far. In order to convert to an Na-like ionization stage in this class of AMS equipment, a thin film called a second stripper and an electromagnet are incorporated into the beam line before the incidence of the thin film system, and are converted into various high ionization stages by the passage of ions through the thin film. Therefore, it is necessary to select the ionized nuclide that is Na-like with the electromagnet. However, if this method is applied in the case of 11 MV of the prior art, ⁴¹ K ⁸⁺ becomes Na-like as described above, and it can be expected that this method can be effectively used by generating RCE. The numerical value of the measurement limit is significantly reduced, and improvement in accuracy can be expected.

^５３Ｍｎについては、従来技術で使用される加速電圧が１０ＭＶを超えるものしか存在せず、比較に用いた加速電圧に対し著しく高く、本発明の代表的な加速電圧５ＭＶ程度における測定限界の対比は困難であるため、本表に掲載しなかった。しかしながら、^５３Ｍｎについても本方式を従来技術に上乗せすることにより^４１Ｃａ測定の場合と同様、測定限界の数値低減に対し有利に働くと考えられる。 ^{As for 53} Mn, only the acceleration voltage used in the prior art exceeds 10 MV, which is significantly higher than the acceleration voltage used for comparison, and the contrast of the measurement limit at a typical acceleration voltage of about 5 MV of the present invention is Because it was difficult, it was not listed in this table. However, it is considered that ⁵³ Mn is also advantageous for reducing the numerical value of the measurement limit by adding this method to the prior art as in the case of ⁴¹ Ca measurement.

以上のように、本発明は、比較の一例として加速電圧５ＭＶ程度の下でΔＥ検出器による基本的な分別方法をもつ従来技術に対して、さらに本方式のＲＣＥを上乗せした場合、従来技術よりも検出限界を数分の１未満に低減できる。これは、上述の段落［００５１］に記載したように一般に加速電圧が高いと検出限界の数値が下がることを踏まえると、本発明は、同程度の測定限界を得る場合、従来よりも加速電圧を低減できるという効果を奏する。次に、同程度の加速電圧でＧＦＭに代表される付加的な分別機能が備わる従来技術と比較した場合、本発明は、従来技術の検出限界と同程度の値を与える。これは、検出部の重量・容量を数倍大きくするＧＦＭなしで同程度の分別効果が得られるというところに意義がある。また、加速電圧が１０ＭＶ程度を超すような大型のＡＭＳ装置に本発明を適用すれば、検出限界の向上に対する一定の効果が得られる。   As described above, the present invention, when compared with the conventional technique having a basic separation method using the ΔE detector under an acceleration voltage of about 5 MV as an example of comparison, is more than the conventional technique. Can also reduce the detection limit to less than a fraction. This is because, as described in paragraph [0051] above, in general, when the acceleration voltage is high, the value of the detection limit is lowered. There is an effect that it can be reduced. Next, the present invention gives a value comparable to the detection limit of the prior art when compared with the prior art having an additional fractionation function represented by GFM at the same acceleration voltage. This is significant in that the same level of separation effect can be obtained without GFM that increases the weight and capacity of the detection unit several times. Moreover, if the present invention is applied to a large AMS apparatus in which the acceleration voltage exceeds about 10 MV, a certain effect for improving the detection limit can be obtained.

１‥‥ＡＭＳ装置
２‥‥イオン源
３‥‥入射電磁石
４‥‥加速器
５‥‥分析電磁石
６‥‥ファラデーカップ
１０‥‥イオン創生装置
２０‥‥分別装置
２１‥‥薄膜システム
２２‥‥磁気レンズ
２３‥‥静電アナライザ
２４‥‥重イオン検出器
３０‥‥制御装置
３１‥‥多価変換基準
２１１‥‥結晶薄膜
２１２‥‥フレーム
２１３‥‥結晶薄膜アセンブリ
２１４‥‥薄膜ホルダ
２１５‥‥ストッパ
２１６‥‥位置決めステージ
２１７‥‥真空チェンバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... AMS device 2 ... Ion source 3 ... Incident electromagnet 4 ... Accelerator 5 ... Analytical magnet 6 ... Faraday cup 10 ... Ion creation device 20 ... Sorting device 21 ... Thin film system 22 ... Magnetic Lens 23 ... Electrostatic analyzer 24 ... Heavy ion detector 30 ... Control device 31 ... Multivalent conversion reference 211 ... Crystal thin film 212 ... Frame 213 ... Crystal thin film assembly 214 ... Thin film holder 215 ... Stopper 216 ... Positioning stage 217 ... Vacuum chamber

Claims (12)

測定対象の物質をイオン源によりイオン化し、該イオンを加速器によって加速させ、該加速されたイオンを分別装置によって運動量及びエネルギーによる物質の分別を行う加速器質量分析による妨害核種分別方法であって、
前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起を起こさせることによって、前記妨害核種を前記目的核種と分別することを特徴とする加速器質量分析による妨害核種分別方法。 A method of fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry in which a substance to be measured is ionized by an ion source, the ions are accelerated by an accelerator, and the accelerated ions are separated by a fractionation device by momentum and energy.
An interfering nuclide separation method by accelerator mass spectrometry, wherein coherent resonance excitation is caused in at least one of a target nuclide and an interfering nuclide of the ion to separate the interfering nuclide from the target nuclide. 前記イオンは、前記加速器によって、測定対象物質に対応して予め定められた多価変換基準に従って加速変換されることを特徴とする請求項１に記載の加速器質量分析による妨害核種分別方法。   The method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry according to claim 1, wherein the ions are accelerated and converted by the accelerator according to a predetermined multivalent conversion standard corresponding to a measurement target substance. 前記イオンを単結晶薄膜に透過させることによって、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起を起こさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速器質量分析による妨害核種分別方法。   The interference by accelerator mass spectrometry according to claim 1 or 2, wherein coherent resonance excitation is caused in at least one of a target nuclide and an interfering nuclide of the ion by transmitting the ion through a single crystal thin film. Nuclide separation method. 前記イオンを結晶薄膜に透過させるときに、前記イオンの入射角度を前記結晶薄膜の単晶原子面と平行な平面内で調整することによって、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起が起こすように、該イオンからみた見掛け上の原子間隔ｄを調整することを特徴とする請求項３に記載の加速器質量分析による妨害核種分別方法。   When the ions are transmitted through the crystal thin film, the incident angle of the ions is adjusted in a plane parallel to the single crystal atomic plane of the crystal thin film, so that at least one of the target nuclides of the ions and the interfering nuclides 4. The method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry according to claim 3, wherein the apparent atomic distance d seen from the ions is adjusted so that coherent resonance excitation occurs. 前記単結晶薄膜は、前記加速器と前記分別装置との間に配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の加速器質量分析による妨害核種分別方法。   5. The method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry according to claim 3, wherein the single crystal thin film is disposed between the accelerator and the fractionation device. 前記目的核種と前記妨害核種が、それぞれ^１０Ｂｅと^１０Ｂ、^３２Ｓｉと^３２Ｓ、^３６Ｃｌと^３６Ｓ、^４１Ｃａと^４１Ｋ、及び^５３Ｍｎと^５３Ｃｒの組み合わせの何れかであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の加速器質量分析による妨害核種分別方法。 The target nuclide and the interfering nuclide are any combination of ¹⁰ Be and ¹⁰ B, ³² Si and ³² S, ³⁶ Cl and ³⁶ S, ⁴¹ Ca and ⁴¹ K, and ⁵³ Mn and ⁵³ Cr, respectively. The method for fractionating interfering nuclides by accelerator mass spectrometry according to any one of claims 1 to 5. 測定対象の物質をイオン化するイオン源と、該イオンを加速させる加速器と、前記イオンの目的核種及び妨害核種の少なくとも何れか一方にコヒーレント共鳴励起を起こさせる手段と、前記加速されたイオンの運動量及びエネルギーによる物質の分別を行う分別装置とを有することを特徴とする加速器質量分析による妨害核種分別装置。   An ion source for ionizing a substance to be measured; an accelerator for accelerating the ions; means for causing coherent resonance excitation in at least one of a target nuclide and an interfering nuclide of the ions; and a momentum of the accelerated ions and An interference nuclide separation device by accelerator mass spectrometry, comprising: a separation device for separating materials by energy. 前記加速器は、前記イオンを測定対象物質に対応して予め定められた多価変換基準に従って加速変換するものであることを特徴とする請求項７に記載の加速器質量分析による妨害核種分別装置。   8. The interfering nuclide separation apparatus according to claim 7, wherein the accelerator performs acceleration conversion of the ions according to a predetermined multivalent conversion standard corresponding to a measurement target substance. 前記コヒーレント共鳴励起を起こさせる手段は、前記イオンを透過する単結晶薄膜を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の加速器質量分析による妨害核種分別装置。   9. The interfering nuclide separation device according to claim 7 or 8, wherein the means for causing the coherent resonance excitation includes a single crystal thin film that transmits the ions. 前記コヒーレント共鳴励起を起こさせる手段は、前記イオンを透過する単結晶薄膜と、該単結晶薄膜を安定に支持するための支持台と、該単結晶薄膜のイオン通過軸に対して３次元の位置調整を行うための位置決めステージとで構成される薄膜システムであることを特徴とする請求項９に記載の加速器質量分析による妨害核種分別装置。   The means for causing the coherent resonance excitation includes a single crystal thin film that transmits the ions, a support base for stably supporting the single crystal thin film, and a three-dimensional position with respect to an ion passage axis of the single crystal thin film. The interference nuclide separation apparatus according to claim 9, wherein the apparatus is a thin film system including a positioning stage for performing adjustment. 前記コヒーレント共鳴励起を起こさせる手段は、前記加速器と前記分別装置との間に配置されることを特徴とする請求項７〜１０の何れかに記載の加速器質量分析による妨害核種分別装置。   The interference nuclide separation apparatus according to any one of claims 7 to 10, wherein the means for causing the coherent resonance excitation is arranged between the accelerator and the separation apparatus. 前記目的核種と前記妨害核種が、それぞれ^１０Ｂｅと^１０Ｂ、^３２Ｓｉと^３２Ｓ、^３６Ｃｌと^３６Ｓ、^４１Ｃａと^４１Ｋ、及び^５３Ｍｎと^５３Ｃｒの組み合わせの何れかであることを特徴とする請求項７〜１１の何れかに記載の加速器質量分析による妨害核種分別装置。 The target nuclide and the interfering nuclide are any combination of ¹⁰ Be and ¹⁰ B, ³² Si and ³² S, ³⁶ Cl and ³⁶ S, ⁴¹ Ca and ⁴¹ K, and ⁵³ Mn and ⁵³ Cr, respectively. The interference nuclide fractionation device by accelerator mass spectrometry according to any one of claims 7 to 11.

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