2017 Fiscal Year Research-status Report
超低エネルギー電子－水素分子衝突で発現した新たな散乱現象の研究
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17K05594
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北島 昌史 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20291065)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電子Cold Collision / 超低エネルギー電子ビーム / 電子衝突断面積 / 放射光 / 電子散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超低エネルギーの電子-分子衝突では、電子の de Broglie 波長が極めて長くなるだけでなく衝突時間も分子の振動周期程度まで長くなる。このため入射電子と核の運動が強く相互作用することで、特異的な散乱現象が期待される。本研究では、H2 の電子衝突全断面積について、世界で議論になっている100 meV 近傍の特異な構造の有無の確認し、入射電子と核の運動が強く相互作用した結果であるかを確かめることを目的とした。さらに、H2 およびその同位体を用いて、超低エネルギーの電子-分子衝突における特異な散乱現象を探索することを目的とした。また、
本年度は、我々のグループで開発した実験装置をさらに改良した上で、H2の超低エネルギー電子-分子衝突実験を行い、従来よりも遥かに低いエネルギーまで、その電子衝突全断面積を測定することに成功した。本測定では、世界で初めて、10 meV 以下の超低エネルギーから信頼の置ける実験結果が存在する20 eVまでに亘って、単一の実験装置による連続的な測定を達成し、極めて信頼性の高いデータを得ることが出来た。その結果、H2 の 100 meV 近傍の特異な構造は存在しないことが分かった。本研究で得られた電子衝突全断面積は、最も簡単な分子の散乱断面積として、理論の検証に重要であるだけでなく、極めて広い応用における基礎データとしても重要である。
本年度は、さらに、 H2 の同位体である HD についても測定することに成功した。この測定により、40meV以下の超低エネルギー領域で、HDとH2の電子衝突全断面積には大きな同位体効果があることが初めて明らかになった。この同位体効果こそ、入射電子と核の運動が強く相互作用して起きる特異的な散乱現象結果ではないかと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、装置の高性能化とそれに基づく、H2の超低エネルギー電子-分子衝突実験を計画した。装置の高性能化は、高分解能化を目指した、装置の心臓部である衝突セルの構造・部材の再検討による改良であったが、この改良は、当初計画以上に大きな効果を発揮し、高分解能化だけでなく、装置の安定性向上も達成された。
また、H2の超低エネルギー電子-分子衝突実験を高エネルギー加速器研究機構・放射光実験施設（KEK－PF）において行った。上記の装置改良により、これまでよりも遥かに低いエネルギーまで、その電子衝突全断面積を測定することに成功し、有用な実験データを得ることが出来た。さらに、 H2 の同位体である HD についても測定に成功し、H2の電子衝突断面積との間に、大きな同位体効果があることを見出した。この同位体効果こそ、本研究で目的とする入射電子と核の運動が強く相互作用して起きる特異的な散乱現象結果ではないかと考えられる。
以上により、本研究は当初計画以上に順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H2 のもう一つの同位体である D2 について超低エネルギー電子衝突全断面積測定により行う計画である。実験は、前年度同様、高エネルギー加速器研究機構・放射光実験施設（KEK－PF）でのビームタイムの中で行う。D2 の回転準位間のエネルギーは H2、HD よりも小さく、より低エネルギーでの測定が重要であるので、ビームタイム実験時の装置調整が重要になる。これまでに行った装置改良はH2、HDに対して有効であったので、D2についても問題なく測定が可能であると考えられるが、さらなる問題が生じる可能性もある。この場合に備えて、当初計画で検討した、実験装置の高度な調整を可能とするシステムの開発についても計画を進める。
以上により、H2、D2 および HDについての超低エネルギー電子衝突断面積の振る舞いを比較すること、および入射電子と核の運動の相互作用を無視した従来の一般的な理論モデルと比較することで、本研究の目的とする、新たな散乱現象の探索を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初計画に沿って、初年度に装置改良を行った結果、これが計画以上の成果を上げた。このため、当初計画では装置開発と並行して開発・制作する予定であった電子銃について、その仕様を変更することが望ましいことが明らかになった。この電子銃は、実験装置を高度に調整するために考案したものである。そこで、電子銃の製作を、当初予定であった初年度から次年度以降に延期し、再設計をすることとしため、次年度使用額が生じた。また、初年度の装置の改良により、葬地調整に必要となるシステムの特性が大きく変化している。このため、電子銃による装置調整が合理的であるかも含めて再設計する。次年度使用額と助成金では、再設計したシステムを構築し、実験装置に組み込む予定である。
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Research Products
(3 results)
