共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 低温氷の光励起ダイナミックス
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 京大工学研究科
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 川崎昌博

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 横山正明 京大工学研究科 大学院生

2

 薮下彰悟 京大工学研究科 助教

3

 羽馬哲也 京大工学研究科 大学院生

4

 渡部直樹 北大低温研

研究目的 氷は地表では南極、北極といった極域及び雪として存在し、対流圏では雲として存在する。成層圏では極域成層圏雲が、中間圏でも極域中間圏雲という雲が観測されている。また星間分子雲では氷によって最表面を覆われた星間塵が豊富に存在する。つまり氷が引き起こす不均一反応を調べることは地球惑星科学を研究する上で新たな知見を得ることができる。従来の宇宙化学・地球科学研究における化学反応機構を化学ダイナミクスの立場から研究し、新しい観点からの界面光化学反応を見いだし、いままで観測されてはいたが反応機構が不明確であった現象を理解する。
　　
研究内容・成果 ①氷の真空紫外光分解反応と星間化学
真空紫外光や電子線による氷分解反応の研究は、分子雲や星間塵での化学反応過程を理解する上で重要である。これまでの研究で以下の反応が確認されていた。
　H2O(ice) + hν/e-　＝　H + OH (1)
　H + H　＝ H2 ∆H = -4.5 eV (2)
　H + H2O ＝　H2 + OH ∆H = 0.6 eV (3)
　OH + OH ＝　H2O2 (4)
上記反応過程において放出された原子・分子は気相化学反応を起こすが、その反応速度は運動・内部エネルギーにより大きく促進される場合がある。
たとえば、
　H2 + O(3P) ＝　OH + H (5)
の反応において、H2(v=3)の反応速度定数はH2(v=0)の11乗倍も大きくなると報告されている。またH2O2生成反応はOHラジカルの再結合反応(4)であると考えられているがその氷上内部における反応ダイナミクスヲ明らかにした。

②氷に吸着したNOxの紫外光分解と大気化学
　極域大気化学では地表の氷表面にHNO3が吸着するとイオン化し、NO3-になる。NO3-は地表に届く300-350nmの紫外光でも吸収があるため光分解反応を起こし、大気化学にとって重要なラジカルであるOHを生成する。
　HNO3 ＝　 H+ + NO3- (6)
　NO3- + hν ＝ NO2 + O- (7)
　O- + H+ ＝ OH (8)
しかしながらNO3-の光分解による大気へのOH放出メカニズムは明らかにはなっていない。この点を明らかにするため氷表面の光反応による生成物の生成メカニズム、ならびに運動・内部エネルギーに関する研究を行った。
　　
成果となる論文・学会発表等 A. Yabushita， T. Hama， M. Yokoyama， M. Kawasaki， S. Andersson， . N. Dixon， M. N. R. Ashfold， N. Watanabe，Translational and rotational energy measurements of photodesorbed water olecule in the vibrational ground state from amorphous solid water， strophys. J. Lett.， 699， L80-83 (2009)
T. Hama， A. Yabushita， M. Yokoyama， M. Kawasaki， N.Watanabe，Formation mechanisms of oxygen atoms in the O(3PJ) state from the 157 nm photoirradiation of amorphous water ice at 90 K， J. Chem. Phys.， in press