共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 低温希ガス固体を用いた氷表面化学反応ダイナミクス研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 立教大学
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 中野祐司

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 太田凜 立教大学 大学院生

2

 田丸皓野 立教大学 大学院生

3

 渡部直樹 北大低温研

4

 Siddhant Dhongade 立教大学 助教

研究目的 本共同研究では、氷表面における原子・分子の化学反応を解明するための実験研究を推進する。極低温の宇宙空間において、氷微粒子表面で進行する化学進化は、星や惑星系の物質組成を決定づける主要な過程の一つであり、その素過程を原子・分子レベルで理解することは、現代の宇宙科学および惑星科学における重要課題である。本研究では、低温表面における「エネルギー散逸」のメカニズムを原子・分子レベルで明らかにすることを目的とし、北海道大学低温研究所の先進的な実験設備を活用して、新たな実験研究を展開する。
　　
研究内容・成果 本研究では、極低温の希ガス固体表面を反応場として利用する独創的なアプローチを採用した。希ガス原子がファンデルワールス力によって結合した単純な固体表面は、分子の内部エネルギーが表面へどのように移行し、拡散・散逸していくかを検証するための理想的なモデル系であると期待される。これにより、より複雑な氷表面で起こるエネルギー散逸過程を理解するための基礎的知見を得ることを目指した。
共同利用研究として、低温研・渡部グループが保有する表面実験装置 LASSIE（Laboratory Setup for Surface Reactions in Interstellar Environment）を利用し、希ガスおよび H2Oなど、組成の異なる氷表面を作製した。これらの表面に CO2をはじめとする複数種の分子を吸着させ、フーリエ変換赤外分光（FT-IR）法を用いて、吸着分子の存在量およびその時間変化を追跡した。たとえば CO2分子については、紫外光照射により
CO2 + UV → CO + O
の光解離が進行し、それに伴う CO2の減少と CO の生成を観測した。さらに、これらの時間変化の挙動が氷表面の組成に応じて異なることを確認した。これは、表面組成の違いが、光解離後に生じるエネルギー散逸や反応・脱離過程に影響を与えている可能性を示唆する結果である。
現在、得られたデータの詳細な解析を進めており、反応ダイナミクスおよびエネルギー散逸機構の理解を深めつつある。今後は、考察の信頼性向上と比較検討のためのデータ拡充を目的として、次年度も継続して追加実験を実施する計画である。以上のように、本共同研究により、従来の模擬氷表面（H2O 氷）のみを対象とした再現実験では得ることの難しかった新しい知見が得られつつあり、低温表面における原子分子過程の理解を前進させる成果が期待される。
　　
成果となる論文・学会発表等