Time-of-flight mass spectroscopy of product ions in fast ion-C(60) collision

Abstract

The Time-Of-Flight (TOF) peak profile of each product ion has information of the initial kinetic energy, reaction rate coefficient of fragmentation, and so on. In this study, it was intended to collect such information by applying a high resolution TOF mass spectroscopy. The Wiley-McLaren's spatial focusing condition was used for the TOF measurement. The beams of 2.5 MeV/u He(2+) and C(6+) were accelerated by RILAC (RIKEN (The Institute of Physical and Chemical Research) Linear Accelerator) and collimated upstream of the target of C60 vapor. Base pressure in the collision chamber was kept below 2 x 10(exp -8) Torr. The electrons extracted from collision region were used to trigger the TOF measurement. The ion detector was a three stage Multi-Channel Plate (MCP) and the electron detector was a two stage MCP. Each detector has an impedance matched anode for a fast timing readout. TOF spectra were obtained using a multi hit Time-to-Digital Converter (TDC). Three TOF-peaks of C60(+) ions was obtained as a function of TOF time. Each peak is corresponding to C60, which contains the different number of C-13. The peak with 720 amu (12)C60 can be separated from that with 721 amu (12)C59(13)C. It is supposed that the reason for the high resolution is due to the good collimation of ion beam and the C60 molecular beam, and a fast timing readout. In addition, the TOF peak of C58(+) produced by the 2.5 MeV He2(+) impact was obtained. This peak has an asymmetric shape. This asymmetric shape does not come from the mass difference in C60 with different number of C-13. The Monte Carlo simulation for the TOF peaks indicated that C58(+) is mainly produced in the delayed emission of C2 from the excited C60(+).

それぞれの生成イオンに関する飛行時間(TOF)ピークのプロフィルは、内部運動エネルギー、破砕の反応速度係数などに関する情報を含んでいる。高分解能のTOF質量分析器を用いてこのような情報を集積しようとするのが本研究の意図である。Wiley-McLarenの空間集束条件をTOF測定法に応用した。RILAC(理化学研究所線形加速器)によって2.5MeV/uのエネルギーを持つHe(2+)やC(6+)のビームを加速し、C60蒸気のターゲットの上流に照準を定めた。衝突箱内の圧力は2×10(exp -8)Torr以下に保った。衝突領域から引き出された電子をTOF測定のトリガに用いた。イオン用の検知器には、3ステージのマルチチャンネルプレート(MCP)を用い、電子用の検知器としては、2ステージのMCPを用いた。各々の検知器には高速タイミングの読み取りが可能になるようにインピーダンス整合した陽極を取り付けた。TOFのスペクトルはマルチヒットT-D変換器を用いて測定した。C60(+)イオンに関する3本のTOFピークをTOF-時間の関数として観測した。それぞれのピークは異なる数のC-13を含むC60に対応している。(12)C60から成る720原子量単位のピークと(12)C59(13)Cから成る721原子量単位のピークを分離することができた。この測定装置の分解能の高さはイオンビームとC60分子ビームの調整の良さと高速タイミング読み取り装置の性能に起因するものと考えられる。2.5MeVのエネルギーを持つHe(2+)の衝突によって生成されるC58(+)に関するTOFピークも検出することができた。このピークは非対称な形をしている。この非対称性は異なる数のC-13を含むC60における質量差から生じるものではない。TOFピークに関するモンテカルロ・シミュレーションの結果は、C58(+)は、おもに、励起されたC60(+)の遅延C2放出により生成したことを示している。