低温気体中における電子付着過程の研究

• Project/Area Number: 13740334
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Fukui University of Technology
• Principal Investigator: 砂川 武義 福井工業大学, 工学部, 講師 (60329456)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2002: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2001: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 電子付着反応 / 電子付着速度定数 / 電子付着断面積 / 活性化エネルギー / パルスラジオリシス / マイクロ波空洞法 / クロロホルム / 振動励起分子 / マイクロ波加熱 / 電子付着測度定数 / ハロゲン化合物 / ハロゲン化シクロヘキサン

Research Abstract

電子が分子に捕獲され負イオンを生成する電子付着反応は、放射線と物質との相互作用の初期過程や気体電離現象の基礎過程における自由電子の主要な消滅過程と考えられている。最近、振動励起した状態にある分子の電子付着過程が問題となっている。この理由として、宇宙空間、上層大気、プラズマのような応用に関する環境においては様々な温度が実現しているためである。しかし、速度定数や断面積の測定が行われる環境の温度は実験室の都合によって決められている。一般に電子付着反応の測定は室温の実験室で測定されていることが多い。このような条件下で得られた結果が、一般に、別の温度にある応用問題にそのまま当てはまるかどうかは解らない。そこで、本研究において、クロロホルムを対象とし、パルスラジオリシス・マイクロ波加熱空洞法を用いて媒体気体温度を119Kから600Kの領域で、平均電子エネルギーを熱エネルギーから約2eVの領域で独立に変化させ測定し、各温度における電子付着速度定数、断面積を報告した。測定より得られた電子付着速度定数をアレニウスプロットし、活性化エネルギーを求めた。その結果約0.13eVであった。これは、従来報告された結果と良い一致を示している。気体温度600K、300K、233Kでの電子付着速度定数の平均電子エネルギー依存の結果において、600Kでは熱エネルギーに極大を示しているが、300K、233Kのではそれぞれ、約0.3eV,0.9eVに極大を示している。このことから気体温度が下がるに従い、速度定数の極大が高エネルギー側にシフトすることがわかる。また、絶対値を比較すると温度の低下と共に減少している。これらの結果を基にunfolding法を用いて電子付着断面積の電子エネルギー依存に変換した。各気体温度における断面積は600K(<0.001eV)、300K(<0.001、0.3eV)、233K(<0.001、0.2eV、1eV)に極大が見られる。絶対値の比較において、電子エネルギーの低い領域のほうが高いエネルギー領域に比べ気体温度の変化に対して急激に変化している。これは異なる振動モードを持つ振動励起分子による電子付着のためであると考えられる。また、気体温度が室温以下でも断面積が変化することから、室温の実験室で測定されるデータにおいても振動励起分子による電子付着の影響が無視できないほど含まれていることが示された。