Status and Applications of a Tandetron AMS System at Nagoya University in 2020

A Model 4130-AMS by High Voltage Engineering Europe B.V., dedicated to 14C measurements was delivered to Nagoya University in 1996/97. Acceptance tests of its performance were completed in 1999, and a routine operation started in mid-2000. The number of targets measured was 330, 1430, 2077, 1003, 1,979, 1679, 1772, 1115, 1339, 866, 1300, 1701, 1449, 1634, 1351, 1741, 1156, 466, 900, 1345, 653 and 1123 in each year from 1999 to 2020, respectively, and total number of targets measured by the end of 2020 is 28,408. The problems in 2020 are; (1) instability of C- beam intensity was a big problem for high statistical 14C measurements. Intensities of C- beam gradually decreased to 1/5 from the begging of 14C measurements in about 15 hours. We could not increase the beam intensity any more, even increasing Cs sputtering ions by heating up the Cs reservoir temperature. We tried to shut the ion source down and power on again, but not successful. However, the ion source was opened and cleaned to successfully recover the ion beam intensity. We applied this method for routine 14C measurements, although it wasted a lot of time; (2) the power supply for the recombinator magnet was out of order. The control of DC current for the magnet did not work well. We replaced a power transistor on the circuit board to repair it; (3) a plunger unit to grasp the target for loading and unloading it to the sputtering position was out of order. The four fingers of the plunger were partly broken and could not grasp targets firmly to move them from carrousel to the sputtering position and back. We replaced it to a new one; (4) because of instability of DC voltage of about 90 [V] supplied for a Y- steerer in the ion source, with the fluctuation of about ±5 [V], C- beam suffered instability in the direction of the beam. A part of the C- beam even hits the wall of the beam line. The power supply for the Y-steerer was repaired; (5) a step of initialization to start up the target handling in the ion source could not work well. A target movement control by computer was out of order. We replaced a X-motion motor that could be broken, and changed 6 units of light-guide cable for communication of signals to control the end parts of the ion source unit. In particular, the replacement of lightguide cables was effective for the successful handling of the targets.
名古屋大学宇宙地球環境研究所では、1997年3月に完納されたHigh Voltage Engineering (HVE)社製Tandetron (Model 4130-AMS)が放射性炭素（14C）測定専用装置として運用されている。最大の特徴は、イオン入射部にリコンビネーターを備えて、炭素の3種の同位体が同時に測定でき、導入された当時は14C測定において高性能を誇っていた。しかし、今になるとる14Cしか測定できない事が利用拡張の妨げになっている面もある。2019年にはわずか653個しか測定できなかった。大きな故障はなかったものの、細かい不具合が重なり、試料の測定が進まなかったことによる。2020年は1123個のターゲットを測定した。しかしこの間も、測定精度に関わる、イオン源の炭素ビーム出力に大きな問題が発生した。炭素ビーム出力の経時変動が顕著になり、測定の始めは、充分な炭素ビーム出力があるものの、数時間を経ると、炭素ビーム出力が低下する。対策として、セシウム溜の温度を上昇させても、あまり効果がなく、炭素ビーム出力は回復しない。この事象が発生して以来、イオン源のターゲット電圧電源、引出電圧電源、シリコン冷却系のパイプの詰まりの有無、セシウムイオナイザー電源、セシウム温度制御装置など、各種の付属装置などの交換を試みてきた。2011年3月上旬にイオン源のX-motorの取替を行い、さらに、光ケーブルの交換を行ったことから、これまでに問題があった症状が出なくなっている。現在のところ、問題は、まだ解決していないが、今後、注意深くテスト・ランを進める必要がある。この間に、最近になって炭素ビームの変動が大きくなり、12C, 13C, 14Cの測定の安定性が問題であった。この問題については、炭素ビームの最上流部にあるイオン源のY軸方向のビーム偏向を制御するY-steerer電源の出力が周期的な変動をしている事が原因となっていることが判明した。過去のデータを調べると、10年前にも小さな変動があり、近年その変動が次第に大きくなってきた。しかし、このAMS 装置では、リコンビネーターを用いて同時測定を行っているため、この電源に起因するビーム強度変動は12C, 13C, 14Cで均等に影響するため、この変動の効果がキャンセルして、14C/12C比の測定には影響をほとんど及ぼさなかった。このY-steerer電源の修理を行うまでに沢山の試料を測定したが、得られた14C年代は、非常に調和的な値であったことから、利用者は安心して頂きたい。初めに、リコンビネーターの悪口を書いたが、有用であった面も挙げられる。