(57)【要約】      （修正有）【課題】バックグラウンドレベルを効率的かつ費用対効果の高い方法で効果的に低減させる加速器質量分析システムを提供する。【解決手段】試料中の同位体比を測定するための加速器質量分析システムであって、イオン源１と、第１の質量分析器３を備える第１の分析器セクションと、第１の加速セクション５、陰イオンを陽イオンに変換するための電荷ストリッピングセクション８および第２の加速セクション１０を備えるタンデム型加速器４と、第２の質量分析器１１および静電分析器１３を備える第２の分析器セクション１８と、粒子検出器１４と、第１および第２の同位体のイオンの内の一方のみのイオンが粒子検出器へ入るように、第１及び第２の分析器セクションを制御するコントローラシステムとを備え、追加的な分析器１５が、電荷ストリッピングセクションを出た陽イオンを受け入れ、異なる電荷状態を有するイオンを互いに異なる方向に移送するように構成される。【選択図】図２
2019220467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料中の化学元素の同位体比を測定するための加速器質量分析システムであって、
前記化学元素の第１の同位体のイオン、および前記第１の同位体とは異なる第２の同位体のイオンを含む、前記化学元素の陰イオンのビーム（２）を生成するイオン源（１）と、
第１の既定値に対応する質量を有する陰イオンのみが移送されるように、前記第１の既定値に対応する質量を有する陰イオンを、前記第１の既定値に対応しない質量を有する陰イオンから分離するように構成される第１の質量分析器（３）を備える、第１の分析器セクションと、
前記第１の質量分析器により移送された前記陰イオンを受け入れるように構成されるタンデム型加速器（４）であって、
前記陰イオンを加速しかつ前記陰イオンを、前記陰イオンを陽イオンに変換するための電荷ストリッピングセクション（８）を介して方向づけるように構成される第１の加速セクション（５）と、
前記陽イオンを加速するように構成される、前記電荷ストリッピングセクション背後の第２の加速セクション（１０）とを備える、タンデム型加速器（４）と、
前記タンデム型加速器の下流に配置される第２の分析器セクション（１８）であって、
第２の既定値に対応する質量を有する陽イオンのみが移送されるように、前記第２の既定値に対応する質量を有する陽イオンを、前記第２の既定値に対応しない質量を有する陽イオンから分離するように構成される第２の質量分析器（１１）と、
第３の既定値に対応するエネルギー対電荷比を有する陽イオンのみが移送されるように、前記第３の既定値に対応するエネルギー対電荷比を有する陽イオンを、前記第３の既定値に対応しないエネルギー対電荷比を有する陽イオンから分離するように構成される静電分析器（１３）とを備える、第２の分析器セクション（１８）と、
前記第２の分析器セクションによって移送された前記陽イオンを受け入れるように構成され、かつイオン量を測定するように構成される粒子検出器（１４）と、
前記第１および第２の同位体のイオンが前記タンデム型加速器を横切り、前記第１および第２の同位体の一方のみのイオンが前記粒子検出器へ入るように、前記第１の質量分析器セクションおよび前記第２の分析器セクションを制御するように構成されるコントローラシステムと、
を備える加速器質量分析システムにおいて、
前記電荷ストリッピングセクションと前記第２の加速セクションとの間に配置される追加的な分析器（１５）であって、前記追加的な分析器（１５）が、前記電荷ストリッピングセクションを出た陽イオンを受け入れ、かつ既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンを、前記既定の電荷状態値に対応しない電荷状態を有する陽イオンから分離し、前記既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有するイオンのみが前記粒子検出器に移送されるべく異なる電荷状態を有するイオンを互いに異なる方向に移送するように構成されていることを特徴とする、加速器質量分析システム。
【請求項２】
前記第１および第２の同位体のうちの一方のみのイオン量を測定するように構成されるファラデーカップ（１２）をさらに備え、前記第１および第２の同位体のうちの前記一方が、前記第１および第２の同位体のうちの、前記粒子検出器へ入る一方とは異なる、請求項１に記載の加速器質量分析システム。
【請求項３】
前記ファラデーカップが、前記第２の質量分析器の後に配置される、請求項２に記載の加速器質量分析システム。
【請求項４】
前記追加的な分析器が磁気分析器または静電分析器を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の加速器質量分析システム。
【請求項５】
前記磁気分析器が双極子磁石を備え、かつ前記静電分析器が静電偏向器を備える、請求項４に記載の加速器質量分析システム。
【請求項６】
前記双極子磁石および前記静電偏向器が３０度以下の曲げ角度を有する、請求項５に記載の加速器質量分析システム。
【請求項７】
前記曲げ角度が５〜２０度の間である、請求項６に記載の加速器質量分析システム。
【請求項８】
前記曲げ角度が約１２度である、請求項７に記載の加速器質量分析システム。
【請求項９】
前記加速器質量分析システムが前記試料中の放射性炭素の量を測定するように構成され、前記追加的な分析器が電荷状態１＋を選択するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の加速器質量分析システム。
【請求項１０】
試料中の化学元素の同位体比を測定するための方法であって、
前記化学元素の第１の同位体のイオン、および前記第１の同位体とは異なる第２の同位体のイオンを含む、前記化学元素の陰イオンのビームを生成するステップと、
前記ビームを、第１の既定値に対応する質量を有する陰イオンのみが移送されるように、前記第１の既定値に対応する質量を有する陰イオンを、前記第１の既定値に対応しない質量を有する陰イオンから分離するための第１の質量分析器を備える第１の分析器セクションにかけるステップと、
前記第１の質量分析器により移送された前記陰イオンを、第１の加速セクションによって前記陰イオンを加速するタンデム型加速器にかけ、前記陰イオンを、前記陰イオンを陽イオンに変換するための電荷ストリッピングセクションを介して方向づけ、かつ第２の加速セクションによって前記陽イオンを加速するステップと、
前記タンデム型加速器の下流で、前記陽イオンを、第２の既定値に対応する質量を有する陽イオンのみが移送されるように、前記第２の既定値に対応する質量を有する陽イオンを、前記第２の既定値に対応しない質量を有する陽イオンから分離するための第２の質量分析器と、第３の既定値に対応するエネルギー対電荷比を有する陽イオンのみが移送されるように、前記第３の既定値に対応するエネルギー対電荷比を有する陽イオンを、前記第３の既定値に対応しないエネルギー対電荷比を有する陽イオンから分離するための静電分析器とを備える第２の分析器セクションにかけるステップと、
前記第２の分析器セクションによって移送された前記陽イオンを粒子検出器に方向づけ、かつ前記陽イオンを検出して第１のイオン量を測定するステップと、
前記第１および第２の同位体の前記イオンが前記タンデム型加速器を横切り、かつ前記第１および第２の同位体の一方のみのイオンが前記粒子検出器へ入るように、前記第１の質量分析器セクションおよび前記第２の分析器セクションを制御するステップと、
を含む方法において、
前記電荷ストリッピングセクションを出た前記陽イオンを前記電荷ストリッピングセクションと前記第２の加速セクションとの間に位置決めされる追加的な分析器にかけて、既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンを、前記既定の電荷状態値に対応しない電荷状態を有する陽イオンから分離し、前記既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有するイオンのみが前記粒子検出器に移送されるべく異なる電荷状態を有するイオンを互いに異なる方向に移送することを特徴とする、方法。
【請求項１１】
前記第１および第２の同位体のうちの一方のみの第２のイオン量を測定するステップをさらに含み、前記第１および第２の同位体のうちの前記一方が、前記第１および第２の同位体のうちの、前記粒子検出器へ入る一方とは異なる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の量を測定する前記ステップが、前記第２の質量分析器の後で実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンを、前記既定の電荷状態値とは異なる電荷状態を有する陽イオンから分離する前記ステップが、３０度以下の曲げ角度に渡って前記陽イオンの粒子軌道を偏向する工程を含む、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記曲げ角度が５〜２０度の間である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記曲げ角度が約１２度である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法ステップが、前記試料中の放射性炭素量を測定するように構成され、既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンを、前記既定の電荷状態値とは異なる電荷状態を有する陽イオンから分離する前記ステップが、電荷状態１＋を選択するように構成される、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中の化学元素の同位体比を測定するための加速器質量分析システムに関する。さらに、本発明は、試料中の化学元素の同位体比を測定するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
１９７７年における加速器質量分析法の初期の開発以降、加速器質量分析計は、超低濃度の長寿命放射性同位体を測定するための成熟した分析ツールに発展した。考古学、地球科学、環境科学および生体臨床医学といった研究分野にその用途を見出している放射性同位体の最良の例には、３Ｈ、１０Ｂｅ、１４Ｃ、２６Ａｌ、３６Ｃｌ、４１Ｃａ、５９Ｎｉ、１２９Ｉおよび２３９Ｐｕが含まれる。
【０００３】
歴史的には、加速器質量分析に使用される加速器の大多数がタンデム型加速器である。シングルエンド加速器、サイクロトロンおよび線形加速器を含む他のタイプの加速器が適用されることもあるが、タンデム型加速器は、その広範な入手可能性、多用性およびタンデム型加速器が達成し得る高精度によって、第１の選択肢である。
【０００４】
タンデム型加速器を用いる既知の加速器質量分析システムは、固体または気体試料材料からの原子が負にイオン化されるイオン源を含む。陰イオンは、静電場領域においてイオン源から抽出され、「イオンビーム」と呼ばれるイオンの流れを形成する。抽出された陰イオンビームは、対象元素の様々な同位体を含む。通常、これらの同位体の１つは、極端に低い天然存在量、典型的には、安定同位体より１０１０〜１０１６分の１である天然存在量を有する長寿命放射性同位体である。炭素を含む一部の元素には、幾つかの安定同位体が存在する。このような安定同位体は、通常、ナノアンペアまたはマイクロアンペアの強度を有するファラデーカップ内で測定される。しかしながら、放射性同位体の濃度は、通常かなり低く、よって、これらの同位体の個々のイオンは、一般に、適切な粒子検出器を用いて１つずつ計数される。
【０００５】
現在市販されているシステムには、唯一の放射性同位体（ほとんどが１４Ｃ）用に調製される専用システム、ならびに、同じ機器で様々な異なる放射性同位体を分析できる多用途システムが含まれる。これらのシステムは、慎重に設計されているという事実（各々が関心対象たる放射性同位体から特定の干渉を分離する、複数のフィルタ段を備えることが多い）にも関わらず、関心対象たる放射性同位体以外の粒子が偶発的に粒子検出器に入り込み、放射性同位体によく似たものとなって計器のバックグラウンドレベルを増加させる可能性が極めて高い。放射性同位体と安定同位体との濃度比は、１０−１６という低さであり得ることから、現在のシステムが、分析精度およびバックグラウンドレベル低減に関して良好に機能することが求められる。
【０００６】
計器のバックグラウンドレベルを下げることは、システムに１つまたは複数のフィルタ段を追加することにより実現することができる。しかしながら、そうすることにより、加速器質量分析システムのコスト、複雑さおよび設置面積は、著しく増大する。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、バックグラウンドレベルを効率的かつ費用対効果の高い方法で効果的に低減させる加速器質量分析システムを提供することにある。
【０００８】
第１の態様によれば、本発明は、本明細書において、電荷ストリッピングセクションと第２の加速セクションとの間に位置決めされる追加的な分析器を特徴とする、請求項１の前文に記載された加速器質量分析システムを提供し、追加的な分析器は、電荷ストリッピングセクションを出た陽イオンを受け入れ、かつ既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンを、既定の電荷状態値に対応しない電荷状態を有する陽イオンから分離して、既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有するイオンのみが粒子検出器に移送されるべく異なる電荷状態を有するイオンを互いに異なる方向に移送するように構成される。この方法では、追加的な分析器は、電荷状態セレクタとして機能し、第１および第２の同位体、すなわち関心対象たる同位体の電荷状態とは異なる電荷状態を有する干渉イオン、すなわちバックグラウンドレベル増加イオンは、異なる曲げ半径を有し、その結果、関心対象たる同位体の経路から一掃される。２つの電荷状態、例えば、１＋と２＋、または２＋と３＋、他、間の相対的差異は、大きいことから、追加的な分析器の曲げ角度は、加速器質量分析システムにおける他の分析器より小さくてもよいが、それでも必要なバックグラウンド低減を提供する。その理由は、加速器質量分析システムの他の分析器は、１つの同位体を他の同位体から散らす必要があるが、これは、比較的小さい差異であり、よって、単なる電荷状態の選択よりも大きい曲げ角度を必要とすることにある。電荷ストリッピングセクションと第２の加速セクションとの間である追加的な分析器の位置は、これが、抑制される必要のある干渉イオンを第１および第２の同位体、すなわち関心対象たる同位体、から比較的容易に区別できる唯一の位置であるという理由で、最適である。その結果、小さい曲げ角度を有する、電荷ストリッピングセクションと第２の加速セクションとの間に位置決めされる小型分析器である追加的な分析器は、システムのコスト、複雑さおよび設置面積の増大を小さく保ちながら、加速器質量分析システムのバックグラウンドレベルを効果的に低減させることができる。
【０００９】
ある好ましい実施形態において、加速器質量分析システムは、さらに、第１および第２の同位体のうちの一方のみのイオン量を測定するように構成されるファラデーカップを含み、第１および第２の同位体のうちの前記一方は、第１および第２の同位体のうちの、粒子検出器へ入る一方とは異なる。この方法では、試料中の関心対象たる化学元素の放射性同位体と安定同位体との同位体比は、安定同位体のイオンを、ナノアンペアまたはマイクロアンペアの強度を有するファラデーカップ内で測定し、一方で、放射性同位体の個々のイオンを粒子検出器で測定することによって決定することができる。同位体比は、続いて、ファラデーカップの測定データおよび粒子検出器の測定データから決定することができる。好ましくは、ファラデーカップは、第２の質量分析器の後に配置される。
【００１０】
好ましい実施形態において、追加的な分析器は、磁気分析器または静電分析器を備える。磁気および静電バージョンの追加的な分析器は、共に、それが異なる電荷状態に対して異なる曲げ半径を提供する限り、略等しく適切であろう。好ましくは、磁気分析器は、双極子磁石を備え、静電分析器は、静電偏向器を備える。
【００１１】
ある好ましい実施形態において、双極子磁石および静電偏向器は、３０度以下の曲げ角度を有する。追加的な分析器が双極子磁石の形態である場合、追加的な分析器は、関心対象たる異なる同位体に対して僅かに異なる曲げ半径を有することになり、第２の質量分析器およびこれに続くファラデーカップの慎重な設計が求められる。追加的な分析器に必要な曲げ角度は、比較的小さい可能性があって、同時にバックグラウンドへの主たる寄与分を解消することから、これにより、既存の計器のバックグラウンド干渉に対する制限を超える効率的かつ費用効果的な方法が提供される。好ましくは、曲げ角度は、５〜２０度の間である。より好ましくは、曲げ角度は、約１２度である。
【００１２】
ある好ましい実施形態において、加速器質量分析システムは、試料中の放射性炭素の量を測定するように構成され、追加的な分析器は、電荷状態１＋を選択するように構成される。電荷状態１＋を用いる放射性炭素（すなわち、１４Ｃ）の測定に適合化されたこの特別な構成において、曲げ角度は、３０度未満であっても、さらに小さく約１２度であってもよく、よって、この加速器質量分析システムは、こうした測定用として極めて適切である。このような曲げ角度は、そうでなければ干渉性となるイオンを効果的に除去するに足る大きさである。これにより、加速器質量分析システムは、既存の計器のバックグラウンド干渉に対する制限を超える効率的かつ費用効果的なツールを提供する。
【００１３】
第２の態様によれば、本発明は、請求項１０の前文に記載された方法を提供し、本方法は、電荷ストリッピングセクションを出た陽イオンを、電荷ストリッピングセクションと第２の加速セクションとの間に位置決めされる追加的な分析器にかけて、既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンを、既定の電荷状態値に対応しない電荷状態を有する陽イオンから分離し、既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有するイオンのみが粒子検出器に移送されるべく異なる電荷状態を有するイオンを互いに異なる方向に移送することを特徴とする。この方法では、追加的な分析器は、電荷状態セレクタとして機能し、第１および第２の同位体、すなわち関心対象たる同位体の電荷状態とは異なる電荷状態を有する干渉イオン、すなわちバックグラウンドレベル増加イオンは、異なる曲げ半径を有し、その結果、関心対象たる同位体の経路から一掃される。２つの電荷状態、例えば、１＋と２＋、または２＋と３＋、他、間の相対的差異は、大きいことから、追加的な分析器の曲げ角度は、加速器質量分析システムにおける他の分析器より小さくてもよいが、それでも必要なバックグラウンド低減を提供する。その理由は、加速器質量分析システムの他の分析器は、１つの同位体を他の同位体から散らす必要があるが、これは、比較的小さい差異であり、よって、単なる電荷状態の選択よりも大きい曲げ角度を必要とすることにある。電荷ストリッピングセクションと第２の加速セクションとの間である追加的な分析器の位置は、これが、抑制される必要のある干渉イオンを第１および第２の同位体、すなわち関心対象たる同位体、から比較的容易に区別できる唯一の位置であるという理由で、最適である。その結果、小さい曲げ角度を有する、電荷ストリッピングセクションと第２の加速セクションとの間に位置決めされる小型分析器である追加的な分析器は、システムのコスト、複雑さおよび設置面積の増大を小さく保ちながら、加速器質量分析システムのバックグラウンドレベルを効果的に低減させることができる。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、本方法は、さらに、第１および第２の同位体のうちの一方のみの第２のイオン量を測定するステップを含み、第１および第２の同位体の前記一方は、第１および第２の同位体のうちの、粒子検出器へ入る一方とは異なる。この方法では、試料中の関心対象たる化学元素の放射性同位体と安定同位体との同位体比を、安定同位体のイオン量の測定および放射性同位体のイオン量の測定から決定することができる。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、第２の量を測定するステップは、第２の質量分析器の後で実行される。磁気および静電バージョンの追加的な分析器は、共に、それが異なる電荷状態に対して異なる曲げ半径を提供する限り、略等しく適切であろう。好ましくは、磁気分析器は、双極子磁石を備え、静電分析器は、静電偏向器を備える。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、既定の電荷状態を有する陽イオンを、既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンから、既定の電荷状態値とは異なる電荷状態を有する陽イオンから、分離するステップは、３０度以下の曲げ角度に渡って陽イオンの粒子軌道を偏向することを含む。追加的な分析器が双極子磁石の形態である場合、追加的な分析器は、関心対象たる異なる同位体に対して僅かに異なる曲げ半径を有することになり、第２の質量分析器およびこれに続くファラデーカップの慎重な設計が求められる。追加的な分析器に必要な曲げ角度は、比較的小さい可能性があって、同時にバックグラウンドへの主たる寄与分を解消することから、これにより、既存の計器のバックグラウンド干渉に対する制限を超える効率的かつ費用効果的な方法が提供される。好ましくは、曲げ角度は、５〜２０度の間である。より好ましくは、曲げ角度は、約１２度である。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、方法ステップは、試料中の放射性炭素量を測定するように構成され、既定の電荷状態値に対応する電荷状態を有する陽イオンを、既定の電荷状態値とは異なる電荷状態を有する陽イオンから分離するステップは、電荷状態１＋を選択するように構成される。電荷状態１＋を用いる放射性炭素（すなわち、１４Ｃ）の測定に適合化されたこの特別な構成において、曲げ角度は、３０度未満であっても、さらに小さく約１２度であってもよく、よって、本方法は、こうした測定用として極めて適切である。このような曲げ角度は、そうでなければ干渉性となるイオンを効果的に除去するに足る大きさである。これにより、本方法は、既存の計器のバックグラウンド干渉に対する制限を超える効率的かつ費用効果的な方式を提供する。
【００１８】
本発明を、その好ましい実施形態を示す、かつ本発明の保護範囲を如何様にも限定することを意図するものではない以下の図に基づいてさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術から知られる加速器質量分析システムの略配置を示す。
【図２】本発明による加速器質量分析システムの好ましい実施形態の略配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照すると、調査対象たる固体または気体試料は、イオン源１に導入される。イオン源において、試料材料の少なくとも一部は、負電荷状態にイオン化される。静電場領域において、陰イオンは、イオン源から抽出されて陰イオンビーム２を形成する。次に、関心対象たる同位体が、第１の質量分析器３によって周期的に選択され、第１の質量分析器３では、各同位体が、タンデム型加速器４へのさらなる輸送のために特定の持続時間に渡って次々と選択される。タンデム型加速器４の第１の加速セクション５において、イオンは、高電圧電源７により正電位に保持される高電圧端子６に向かって加速される。この端子において、イオンは、ガス供給システム９から少量のガスが入るチューブより成る所謂ストリッパ８を介して導かれる。ストリッパ８内のガス圧は、比較的高く、到来する陰イオンは、ガス原子または分子との相互作用によって単価または多価の正電荷状態へ電荷交換される。ストリッパ８は、到来するイオンを電荷交換して正電荷状態にする働きをするだけでなく、そうでなければ関心対象たる同位体を模倣して計器のバックグラウンドレベルに寄与する可能性もある分子を解離する、または分解する働きもする。
【００２１】
ストリッパにおける電荷交換の後、陽イオンは、第２の加速セクション１０において接地電位に向かって加速され、この後、タンデム型加速器を出て、第２の質量分析器１１および静電分析器１３を備える第２の分析器セクション１８へ向かう。第２の質量分析器１１は、例えば安定同位体イオンを個々のファラデーカップ１２に導き、一方で例えば放射性同位体イオンは、続いて静電分析器１３においてさらに分析される。静電分析器１３は、正しいエネルギー対電荷比を有するイオンだけを移送する働きをし、これにより、第２の質量分析器を偶発的に通過した干渉イオンが阻止される。最後に、イオンは、粒子検出器１４へ入り、粒子検出器１４は、限界内で、関心対象たる真正の放射性同位体と干渉イオンとを区別する。しかしながら、その分解能は、限定的であり、よって、一部の干渉イオンが真正の放射性同位体粒子として誤って識別されることもある。
【００２２】
最後に、加速器質量分析システムのデータ捕捉が、ファラデーカップ１２および粒子検出器１４からデータを収集し、これにより、同位体比が決定される。
【００２３】
図１の計器に対して、図２の計器は、加速器４の高電圧端子６内でストリッパ８の後かつ第２の加速セクション１０の前に位置決めされる追加的な分析器１５を有する。さらに、上述のシステムの詳細およびシステム内の分析器／フィルタの順序について、多くの可能な変形例が存在することは、留意される。例えば、第２の質量分析器１１のポジションおよび静電分析器１３のポジションは、図２に示されているように、本発明の好ましい実施形態による加速器質量分析システムにおいて交換されてもよい。
【００２４】
追加的な分析器１５は、電荷状態セレクタとして機能し、放射性同位体等の関心対象たる同位体の電荷状態とは異なる電荷状態を有する干渉イオン１６は、異なる曲げ半径を有し、その結果、関心対象たる同位体１７の経路から一掃される。
【００２５】
特に、追加的な分析器１５は、放射性炭素量の測定におけるバックグラウンドレベルに関して、加速器質量分析システムのパフォーマンス向上を可能にする。放射性炭素（すなわち、１４Ｃ）量の測定における既知の厄介なバックグラウンド源は、タンデム型加速器４へ、所望される１４Ｃ−と共に干渉分子である１３ＣＨ−が注入されることから生じる。ストリッピングプロセスにおいて、１３ＣＨ−は、解離され、かつ正電荷状態に電荷交換される。バックグラウンド問題は、１３Ｃの電荷状態が関心対象たる１４Ｃのそれより１単位高く（例えば、１＋ではなく２＋である場合）、かつこれに続いて、第２の加速セクション１０内部の極めて特定的なロケーションにおいて、１３Ｃイオンの２＋から１＋への偶発的な電荷交換が生じる場合に発生する。これにより、１３Ｃイオンのエネルギーが参照１４Ｃイオンより少し高くなり、よって、１３Ｃ干渉イオンは、第２の質量分析器１１において関心対象たる１４Ｃと略同じ経路を辿る。後続の静電分析器１３は、誤ったエネルギーを有するこのような干渉を遮断するように設計されるが、その分解能は、干渉性の１３Ｃを完全に抑制するには不十分である。静電分析器１３の電極のうちの１つにおける僅か１つの散乱イベントによって、約１０−５である干渉性の１３Ｃの極小でも顕著な一部分が粒子検出器１４に到達し、バックグラウンドレベルを増大させることが知られている。第２の加速セクション１０内の異なる、但しやはりかなり特定的なロケーションにおいて、１３Ｃの２＋から１＋への偶発的な電荷交換が生じた場合にも、同様の干渉が発生するが、この場合は、第２の質量分析器１１が、干渉性の１３Ｃを完全に抑制するには不十分な分解能を有する。
【００２６】
上記のバックグラウンドクラスは、それが、ストリッパ８を出る、関心対象たる放射性同位体の電荷状態より１単位高い電荷状態を有する粒子に由来することに、第２の加速セクション１０における対応する粒子の電荷交換が組み合わされたことを特徴とする。このバックグラウンドクラスが、分析加速器質量分析システムを分析する今日の１４Ｃの全体的なバックグラウンドレベルに対する主たる寄与因子であることは、一般に認められている。ストリッパ８直後の追加的な分析器１５は、１３Ｃイオンの曲げ半径が、その異なる電荷状態を理由に１４Ｃイオンの曲げ半径とは異なることに起因して、１４Ｃの電荷状態とは異なる電荷状態を有する干渉性の１３Ｃイオンを１４Ｃイオンの経路から一掃することを可能にする。
【００２７】
２つの電荷状態、例えば、１＋と２＋、または２＋と３＋、他、間の相対的差異は、大きいことから、追加的な分析器１５の曲げ角度は、加速器質量分析システムにおける他の分析器より小さくてもよいが、それでも必要なバックグラウンド低減を提供する。その理由は、他の分析器は、１つの同位体を他の同位体から散らす必要があるが、これは、比較的小さい差異であり、よって、単なる電荷状態の選択よりも大きい曲げ角度を必要とすることにある。ストリッパ８と第２の加速セクション１０との間である追加的な分析器１５の位置は、これが、抑制される必要のある干渉イオンを関心対象たる同位体から比較的容易に区別できる唯一の位置であるという理由で、最適である。その結果、小さい曲げ角度を有する、ストリッパ８と第２の加速セクション１０との間に位置決めされる小型の追加的な分析器１５は、システムのコスト、複雑さおよび設置面積の増大を小さく保ちながら、加速器質量分析システムのバックグラウンドレベルを効果的に低減させることができる。
【００２８】
追加的な分析器１５は、磁気分析器または双極子磁石の形態、または静電分析器の形態であり得る。磁気および静電バージョンの追加的な分析器１５は、共に、それが異なる電荷状態に対して異なる曲げ半径を提供する限り、略等しく適切であろう。追加的な分析器１５の曲げ角度は、そうでなければ干渉性となるイオン１６を効果的に除去するに足る大きさであるべきである。実際には、かつ加速器質量分析システムが電荷状態１＋を用いる１４Ｃの分析専用に設計されている場合、曲げ角度は、３０度未満、または約１２度の小さいものでもあり得ることが分かる。追加的な分析器１５が双極子磁石の形態である場合、追加的な分析器１５は、関心対象たる異なる同位体１７に対して僅かに異なる曲げ半径を有することになり、これについては、図２にも示されていて、第２の質量分析器１１ならびにこれに続くファラデーカップ１２の慎重な設計が求められる。追加的な分析器１５に必要な曲げ角度は、比較的小さい可能性があって、同時にバックグラウンドへの主たる寄与分を解消することから、これにより、既存の計器のバックグラウンド干渉に対する制限を超える効率的かつ費用効果的な方法が提供される。
【００２９】
本発明は、これまでに述べたその好ましい実施形態に限定されるものではない。請求される権利は、添付の請求の範囲によって決定され、その範囲内で、多くの変更が考えられる。
【符号の説明】
【００３０】
１…イオン源、２…陰イオンビーム、３…第１の質量分析器、４…タンデム型加速器、５…第１の加速セクション、６…高電圧端子、７…高電圧電源、８…ストリッパ、９…ガス供給システム、１０…第２の加速セクション、１１…第２の質量分析器、１２…ファラデーカップ、１３…静電分析器、１４…粒子検出器、１５…分析器、１６…干渉イオン、１７…同位体、１８…第２の分析器セクション。
【図１】
2019220467.tif 000003
【図２】
2019220467.tif 000004
【外国語明細書】
2019220467000001.pdf