共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 分子科学的実験手法を用いたイオン誘起微粒子核生成過程の解明
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 独立行政法人理化学研究所　仁科センター
研究代表者／職名 専任研究員
研究代表者／氏名 中井陽一

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 小島隆夫 独立行政法人理化学研究所 専任研究員

2

 渡部直樹 北大低温研 教授

3

 日高宏 北大低温研 助教

研究目的 地球大気や宇宙空間には様々な種類の微粒子が存在し、雲粒の形成や分子進化などのいろいろな現象に関与するため、微粒子の形成過程にも興味が持たれている。微粒子形成の初期段階では、イオンの静電的引力によるクラスターイオン生成が重要な過程のひとつと考えられている。様々な環境での微粒子凝結核（微粒子核）として重要な役割を持つクラスターイオンの生成を、分子科学的な実験手法を用いた基礎物理量の測定を行なうことで、明らかにすることが目的である。
　　
研究内容・成果 クラスターイオン生成についての従来の実験では、試料ガス内で電離を起こし反応を誘起して最終生成物を観測するものが多い。そこでは多くの初期反応が混在して反応経路が推定の域を超えないという問題があり、反応経路を特定した基礎物理量の導出は難しい。我々はクラスターイオン生成の種となるイオン（種イオン）の生成部とクラスターイオン生成を起こす反応部を分離した装置を開発してきた。本年度はこの装置を用いて、H3O+(H2O)nクラスターイオンの自由エネルギー変化についての温度依存性をさらに詳しく調べた。これまでの実験と比較し、非常に安定でスムースな温度依存性をもつ測定結果が得られている。また種イオンをNO+とする実験を本格的に開始した。NO+イオンは、イオン源内でその電子基底状態と寿命の長い電子励起状態が混じって生成されることが知られている。反応部に加える電場条件を通常の実験から変えることで、生成されるクラスターイオンの質量分布から、反応部に充填する緩衝ガスによって励起状態の寄与の割合が変化するかを見積もることができた。その結果、緩衝ガスの種類によって励起状態の寄与が変化し、水素分子を緩衝ガスとして使うと励起状態の影響が小さくなることが実験的に分かった。また現在は今後の研究に利用するために、反応部内でのNO+イオンや生成されるNO+(H2O)n やH3O+(H2O)nのクラスターイオンの移動時間を計測することにより、NO+イオンの励起状態が引き起こす異なる反応経路の影響やクラスターイオン間の反応平衡を達成する程度などの情報を得ている。特に、上記の水素ガスを緩衝ガスに混合することにより、H3O+(H2O)nの移動時間スペクトル中のNO+イオンの励起状態が引き起こす反応経路に相当する成分を見いだすことができた。
　　
成果となる論文・学会発表等 中井陽一、日高宏、渡部直樹、小島隆夫　日本物理学会　2013年秋季大会、2013年9月27日、徳島県徳島市
中井陽一、日高宏、渡部直樹、小島隆夫　日本物理学会　第69回年次大会、2014年3月27日、神奈川県平塚市
日高宏、中井陽一、小島隆夫、渡部直樹　日本物理学会　第69回年次大会、2014年3月27日、神奈川県平塚市