Study on OH radicals in water by a new method based on spin correlation with positronium
| Project/Area Number |
20K12501
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
平出 哲也 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (10343899)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 水 / OHラジカル / 水クラスター / スピン相関 / スピン交換反応 / ポジトロニウム / ヒドロキシルラジカル |
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| Outline of Research at the Start |
水に入射した陽電子（電子の反物質）は水分子の中の電子と結合してポジトロニウム（Ps）を形成する．一方，水分子は電子が1つ欠けており，直ちにOHラジカルが形成される．結果，Ps中とOHラジカル中の電子は同じ軌道内にいた記憶が残り，PsによるOHラジカルの検出で，遠方のOHラジカルと区別できる．この機構を使ってOHラジカルの拡散を知らべると，水の塊の存在によって，OHラジカルの長距離拡散が阻害されることがわかった．生物の体液は塩分を含んでおり，その結果水分子は塊となっている．そこで，生物の体液を模擬した試料中においてDNAなどの損傷の原因となるOHラジカルの長距離拡散が阻害されるのか検証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度に計数率の向上を行った、陽電子消滅寿命-運動量相関（AMOC）測定装置を用いて、大気に解放された純水の測定を行ってきた。生体中の水をターゲットとしているため、大気中のガスが溶け込んだ状態での測定を行う必要があると考えている。10℃以下ではOHラジカルの長距離拡散が抑制され、かご効果によりスピン相関のある電子が存在するOHラジカルと三重項ポジトロニウムとのスピン交換反応で一重項ポジトロニウムへの変化する確率の増大が明確に現れ、10℃で水クラスターの形成が起こることを示してきた。このかご効果の存在は、一重項ポジトロニウム収率を増大させるため、水クラスターの存在を示すことができる。現在、AMOC装置実験室に空調トラブルが発生し、AMOC実験は中断している。
これまでの実験で観測されているクラスター構造の出現には水中の二酸化炭素の影響が存在する可能性があると考え、pHの変化を測定することで、ある状態で10℃以上でクラスター構造が維持される可能性があることが明らかになってきた。
今年度はこのクラスター構造が消える温度域におけるガスの放出に着目し、圧力計や二酸化炭素センサーなどを導入して実験を行っている。二酸化炭素センサーを用い、二酸化炭素放出挙動を調べるための装置の構築を行い、測定を開始した。AMOCの測定結果と比較検討しながら実験を進めており、相関がある可能性が示されている。
系統的なデータを取得し、論文等、外部発表を積極的に行っていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受け、当初計画していた調査などを実施できなかった。現状、実施可能な研究内容から対応している。研究に使用する一部装置の予期せぬトラブルが発生したこともあり、当初計画に対しては、やや遅れているという状況にある。その間、新しい実験装置を構築し、研究を遂行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画に対して遅れている会議参加や研究協力者の研究室を訪問して行う調査等を、新型コロナウイルス感染症の感染状況が収束後に実施する予定であったが、実現できなかった。それ以外で実施可能な研究内容から進めることとし、研究を進めてきた。トリプルコインシデンス測定であるため計数率が問題であったAMOC測定装置の高計数化を実現し、水の構造変化をOHラジカルの拡散から見出すことに成功し、OHラジカルの拡散だけでなく、水の液体構造に関しても研究対象を広げ、研究を実施している。AMOC実験装置のトラブルで、AMOC測定の実施は遅れているが、その間、液体構造の変化に起因する水からのガス脱離測定装置の構築を行い、実施してきた。また、現在は二酸化炭素濃度を二酸化炭素センサーを組み込んだ装置を開発し、測定を開始している。今後もこれら実験を継続して実施し、当初の予定通り、食塩水の測定も実施していく予定である。
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Report
(4 results)
Research Products
(8 results)
