共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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研究課題 |
星間分子の生成・進化に関連した極低温氷表面でのイオン化学反応 |
| 新規・継続の別 | 継続（平成18年度から） |
| 研究代表者／所属 | 理化学研究所 基幹研究所 |
| 研究代表者／職名 | 専任研究員 |
| 研究代表者／氏名 | 小島隆夫 |
| 研究分担者／氏名／所属／職名 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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1 |
渡部直樹 | 北大低温研 | |
| 研究目的 | 宇宙空間に浮遊する極低温氷星間塵上での化学反応は，星間空間における分子の生成・進化の鍵を握っている．そうした化学反応の素過程を研究すべく，極低温氷表面を用いた実験が低温研・宇宙物質科学＆宇宙雪氷学グループの他，世界のいくつかの研究機関で行われてきたが，イオンを含む氷表面反応素過程に関する実験は，その重要性にもかかわらず，まだほとんど行われていない．本研究課題は，宇宙物質科学＆雪氷学グループのもつ優れた氷表面実験技術に理化学研究所のイオンビーム制御技術を加え，当該グループの研究をイオンを含む反応素過程へと発展させ，天文学的・化学的に重要な反応素過程の詳細を明らかにしていくことを目的としている． |
| 研究内容・成果 | 実験研究の手法は以下のとおりである：水（もしくは他の物質）の蒸気を真空槽内に導入し，極低温の基板上に星間塵表面を模したアモルファス氷を形成する．そこにイオンを照射して反応生成物の有無・種類・量を赤外線吸収スペクトルの変化で観測する（図1）． 今年度に行った実験の一例として，10K のアルミ基板上のメタノール固体(氷)に 100 eV の重水素分子イオンを照射した場合の赤外線吸収差分スペクトルを図2に示す．イオンによるスパッタリングと思われるメタノールの減少，およびメタノールが解離して生成したと思われるホルムアルデヒドのピークは観測されたが，期待されたメタノール（およびその派生安定化合物）の重水素置換体のピークは見られなかった．図中の未同定のピークは，ラジカルな中間体ではないかと考えられる. この測定結果では，イオンの照射時間（照射量）にほぼ比例してメタノールが減少していくのに対し，ホルムアルデヒドや中間体と思われる未同定ピークは，照射開始から2時間前後経過すると，その後はほとんど変化しなくなる．図には示していないが，10時間，20時間照射してもこれらのピークが大きくならないことは確認している．この原因として，イオン照射による生成物が後続のイオンによってスパッタリングもしくは分解されて失われてしまう過程が考えられる．はじめに生成物ピークの増大が観測され，その後定常化するのは，照射によって試料表面の状態が徐々に変わっていき，2時間前後経過すると，単位時間当たりの生成量と損失量とが平衡に達するからかもしれない． 我々はこれまで，低温研で確立した赤外線による氷表面生成物観測手法を基本とし，生成物ピークが十分な強度・統計で観測できないのは照射イオン量が少ない（イオン強度が弱い）ためだと考えて，イオン源の交換・改造とそれに伴う新たな実験真空槽の立ち上げなど，さまざまな改良に取り組んできた．イオン照射によって試料の最表層の分子は徐々にスパッタリングされるかもしれないが，イオン自身は試料内部に入り込むため，その反応生成物も試料内部にとどまり，反応の進み具合を赤外線観測で追うことができると見積もっていたからである．しかし，スパッタリング等による損失が無視できず，イオン量が増えても（試料内に残る）生成物量が増えないのであれば，実験観測方法を根本から考え直さねばならない．スパッターイオンの質量分析等，別の手法も取り入れた多角的・複合的な測定を行わなければならないであろう． 実験手法を根本から再検討し，計測機器の手配も含めた妥当な研究計画を練るには時間が必要である．不本意な結果ではあるが，本課題を一旦終了し，近い将来に改めて挑戦したい． |
| 成果となる論文・学会発表等 | |