ポジトロニウム衝撃による内殻イオン化の研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14F04027
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 長嶋 泰之 東京理科大学, 理学部, 教授 (60198322)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): CHIARI Luca 東京理科大学, 理学部, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Keywords: ポジトロニウム / エネルギー可変ポジトロニウムビーム / 内殻イオン化

Outline of Annual Research Achievements

電子などの粒子線を加速して原子に衝突させると、内殻の励起が起こって元素に特有のエネルギーを持つ特性X線が放出される。この現象は、物質の元素分析に頻繁に利用されている。入射粒子が陽電子の場合には、内殻イオン化断面積が電子入射の場合よりも小さくなることも明らかになっている（Nagashima et al., Phys. Rev. Lett. 29 (2004) 223201）。これは原子核とのクーロン反発のために、陽電子が内殻に近づきにくくなるためで、特に入射エネルギーが閾値付近の場合に顕著である。それでは、入射粒子が電子と陽電子の束縛状態であるポジトロニウムの場合にはどうなるだろうか。近年、ポジトロニウム－原子・分子散乱の全断面積が、同じ速度を有する電子散乱の断面積と等しくなることが見出され、話題になっている(Brawley et al. Science 330 (2010) 789)。内殻イオン化の場合も電子入射の場合と同じく同じ速度を持つ電子入射と同程度になるのだろうか。それともブレークアップ等によって、全く異なる断面積になるのだろうか。本研究課題は、これについて調べることを目的とする。
平成26年度は、エネルギー可変ポジトロニウムビームラインの設計と製作を行った。このラインでは、陽電子を溜め込んだのちにパルス幅10ns程度のパルス状に引き出し、ナトリウムを蒸着したタングステン表面に入射して陽電子1個と電子2個の束縛状態であるポジトロニウム負イオンを生成する。これを電場で加速した後にレーザー光を照射して光脱離させることによってエネルギー可変ポジトロニウムビームを生成する。
このビームラインの設計が完了し、製作に取り組んだ。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初は、陽電子溜め込み装置を利用したエネルギー可変ポジトロニウムビーム発生装置を完成させることを予定していた。
研究業績の概要に書いたように、全ての計画がおおむね予定通り進んだ。ただし、陽電子溜め込装置を利用したエネルギー可変ポジトロニウム発生装置の完成には至っておらず、最終的な組み立てと調整を残している。完成に至っていないのは、当初予定していたものよりも、より輝度の高い高品質ポジトロニウムビームを目指すことに舵をきったからである。例えば、陽電子溜め込み装置からのパルス状陽電子を磁場から完全に切り離してビーム径を絞る装置を組み込むことにした。またポジトロニウム負イオン生成ターゲットであるタングステン薄膜の保持方法や焼鈍方法の吟味を行った。これらの手法の採用は、より高品質なポジトロニウムビームを得ることを保証するためのものであり、むしろ現状の遅れのみでより高品質なポジトロニウムビームが得られれば十分な進展であると言える。
陽電子溜め込み装置を利用したエネルギー可変ポジトロニウムビーム発生装置の開発に関しては、27年7月にスペインで開催される原子衝突国際会議でポスター発表を行うことになっている。

Strategy for Future Research Activity

27年度には、（１）陽電子溜め込み装置を利用したエネルギー可変ポジトロニウムビーム発生装置を完成させ、（２）ポジトロニウム衝撃による内殻イオン化断面積の測定を行う。同時に、（３）（１）で完成するポジトロニウムビーム装置を利用して、固体表面におけるポジトロニウムビームの回折・干渉の実験をも行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Profiles of a positronium beam produced using the photodetachment of positronium negative ions (2015)
  • Author(s): K. Michishio, R. H. Suzuki, K. Wada, I. Mochizuki, T. Hyodo, A. Yagishita, Y. Nagashima
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Volume: 785 Pages: 5-8
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.02.042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cross sections for positron and electron collisions with an analog of the purine nucleobases: indole (2015)
  • Author(s): L. Chiari, A. Zecca, F. Blanco, G. Garcia, M. J. Brunger
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 91 Pages: 012711-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.91.012711
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experiments on positronium negative ions (2014)
  • Author(s): Y. Nagashima
  • Journal Title: Physics Reports Volume: 545 Pages: 95-123
  • DOI: 10.1016/j.physrep.2014.07.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Positron-annihilation-induced ion desorption from TiO2(110) (2014)
  • Author(s): T. Tachibana, T. Hirayama, Y. Nagashima
  • Journal Title: Physical Review B (Rapid Communications) Volume: 89 Pages: 201409-1-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.201409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low energy positron interactions with uracil - total scattering, positronium formation and differential elastic scattering cross sections (2014)
  • Author(s): E. K. Anderson, R. A. Boadle, J. R. Machacek, L. Chiari, C. Malochekanwa, S. J. Buckman, M. J. Brunger, G. Garcia, F. Blanco, O. Ingolfsson, J. P. Sullivan
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 141 Pages: 034306-1-9
  • DOI: 10.1063/1.4887072
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cross sections for electron scattering from α-tetrahydrofurfuryl alcohol (2014)
  • Author(s): H. V. Duque, L. Chiari, D. B. Jones, Z. Pettifer, G. B. da Silva, P. Limao-Vieira, D. Duflot, M.-J. Hubin-Franskin, J. Delwiche, G. Garcia, F. Blanco, M. C. A. Lopes, K. Ratnavelu, R. D. White, M. J. Brunger
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 608 Pages: 161-166
  • DOI: 10.1063/1.4887072
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intermediate-energy differential and integral cross sections for vibrational excitation in α-tetrahydrofurfuryl alcohol (2014)
  • Author(s): H. V. Duque, L. Chiari, D. B. Jones, Z. Pettifer, G. B. da Silva, P. Limao-Vieira, F. Blanco, G. Garcia, R. D. White, M. C. A. Lopes, M. J. Brunger
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 140 Pages: 214306-1-8
  • DOI: 10.1063/1.4879779
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamical (e,2e) studies of tetrahydropyran and 1,4-dioxane (2014)
  • Author(s): J. D. Builth-Williams, G. B. da Silva, L. Chiari, D. B. Jones, H. Chaluvadi, D. H. Madison, M. J. Brunger
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 140 Pages: 214312-1-6
  • DOI: 10.1063/1.4880204
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Differental cross sections for intermediate-energy electron scattering from α-tetrahydrofurfuryl alcohol: excitation of electronic-states (2014)
  • Author(s): L. Chiari, H. V. Duque, D. B. Jones, P. A. Thorn, Z. Pettifer, G. B. da Silva, P. Limao-Vieira, D. Duflot, M.-J. Hubin-Franskin, J. Delwiche, F. Blanco, G. Garcia, M. C. A. Lopes, K. Ratnavelu, R. D. White, M. J. Brunger
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 141 Pages: 024301-1-8
  • DOI: 10.1063/1.4885856
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An experimental and theoretical investigation into the excited electronic states of phenol (2014)
  • Author(s): D. B. Jones, G. B. da Silva, R. F. C. Neves, H. V. Duque, L. Chiari, E. M. de Oliveira, M. C. A. Lopes, R. F. da Costa, M. T. do N. Varella, M. H. F. Bettega, M. A. P. Lima, M. J. Brunger
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 141 Pages: 074314-1-8
  • DOI: 10.1063/1.4893116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Positron scattering from vinyl acetate (2014)
  • Author(s): L. Chiari, A. Zecca, G. Garcia, F. Blanco, M. J. Brunger
  • Journal Title: Journal of Physics B Volume: 47 Pages: 175202-1-6
  • DOI: 10.1088/0953-4075/47/17/175202
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Triply differential (e,2e) studies of phenol (2014)
  • Author(s): G. B. da Silva, R. F. C. Neves, L. Chiari, D. B. Jones, E. Ali, D. H. Madison, C. G. Ning, K. L. Nixon, M. C. A. Lopes, M. J. Brunger
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 141 Pages: 124307-1-6
  • DOI: 10.1063/1.4896072
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent positron-atom cross section measurements and calculations (2014)
  • Author(s): L. Chiari, A. Zecca
  • Journal Title: The European Physical Journal D Volume: 68 Pages: 297-1-25
  • DOI: 10.1140/epjd/e2014-50436-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of an energy-tunable positronium beam apparatus using the photodetachment of the positronium negative ion (2015)
  • Author(s): L. Chiari, K. Michishio, N. Oshima, Y. Nagashima
  • Organizer: XXIX International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions
  • Place of Presentation: スペイン、トレド
  • Year and Date: 2015-07-22 – 2015-07-28
• [Presentation] Cross section measurements for positron and electron scattering from molecules of biological relevance (2015)
  • Author(s): L. Chiari
  • Organizer: XVIII International Workshop on Low-Energy Positron and Positronium Physics
  • Place of Presentation: ポルトガル、リスボン
  • Year and Date: 2015-07-17 – 2015-07-20
  • Invited
• [Presentation] Positron scattering from molecules of biological relevance (2015)
  • Author(s): L. Chiari, S. J. Buckman, J. P. Sullivan
  • Organizer: 15th International Congress of Radiation Research
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2015-05-25 – 2015-05-29
• [Presentation] Positron surface processes (2014)
  • Author(s): Y. Nagashima
  • Organizer: 11th International Workshop on Positron and Positronium Chemistry
  • Place of Presentation: インド、ゴア
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-14
  • Invited
• [Presentation] Vibrational and electronic excitation of THFA by electron impact (2014)
  • Author(s): L. Chiari, D. B. Jones, H. V. Duque, Z. Pettifer, P. A. Thorn, M. C. A. Lopes, M. J. Brunger
  • Organizer: 11th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2014-10-06 – 2014-10-10
• [Presentation] New development of the Ps- studies (2014)
  • Author(s): Y. Nagashima
  • Organizer: 6th Conference on Elementary Processes in Atomic Systems
  • Place of Presentation: スロバキア、ブラチスラバ
  • Year and Date: 2014-07-09 – 2014-07-12
  • Invited