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2011 Fiscal Year Annual Research Report

氷表面反応の科学:原子トンネル反応と同位体分別機構

Research Project

Project/Area Number 21200048
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

渡部 直樹  北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50271531)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 日高 宏  北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00400010)
Keywords氷表面反応 / トンネル反応 / 星間塵 / 同位体分別
Research Abstract

ホルムアルデヒドの重水素濃集についてより詳細な実験を行い,昨年度までに得られた実験結果とあわせてホルムアルデヒド重水素体生成プロセスを決定する要因(活性化エネルギー,表面組成,温度,反応系の実効質量)を吟味した.ホルムアルデヒドでは,ホルムアルデヒド中のH原子が表面上の自由D原子と反応するH-D置換,およびその逆のプロセスD-H置換反応がおこる.同時にH,D付加トンネル反応による重水素体メタノール生成のチャンネルもあるため,星間塵表面で標準体ホルムアルデヒドから出発した場合,重水素体の生成比率はH,D原子比および各反応の反応効率による.反応性を支配する要因を比較検討した結果,反応速度はトンネル反応系の実効質量に強く依存し,分子雲環境ではD_2CO,CHD_2OHが卓越する結果となることが分かった.これは豊富なD_2COの存在を報告した,ごく最近の分子雲の天文観測と整合する.
振動内部エネルギーを持たない低温OHラジカルとCOの氷表面反応により,CO_2が生成することがわかった.これまで,OH+CO反応によるCO_2生成にはOHが振動励起しているか,大きな並進エネルギーを持つこと(つまり,CO_2生成には紫外線もしくは宇宙線の存在)が必要と思われていたが,低温で振動基底状態のOHとの反応でもCO_2が生成することが明らかになった.この反応は放射場の弱い分子雲コアにおけるCO_2生成の重要なプロセスと考えられる.また,同じ反応実験から炭酸:H_2CO_3の生成が同時に確認され,その生成量はCO_2の40-70%に上る.炭酸は分子雲で観測されていないが,本研究からその存在が示唆された.

  • Research Products

    (30 results)

All 2012 2011

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (24 results)

  • [Journal Article] Water Formation Through a Quantum Tunneling Surface Reaction, OH+H_2, at 10 K2012

    • Author(s)
      Y.Oba, N.Watanabe, T.Hama, K.Kuwahata, H.Hidaka, A.Kouchi
    • Journal Title

      Astrophys.J.

      Volume: 749 Pages: 67(12PP)

    • DOI

      10.1088/0004-637X/749/1/67

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental studies of surface reactions among OH radicals that yield H_2O and CO_2 at 40-60 K2011

    • Author(s)
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi, T. Hama and V. Pirronello
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 13, 35 Pages: 15792-15797

    • DOI

      DOI:10.1039/c1cp20596j

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface abundance change in vacuum ultraviolet photodissociation of CO_2 and H_2O mixture ices2011

    • Author(s)
      T. Kinugawa, A. Yabushita, M. Kawasaki, T. Hama and N.Watanabe
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 13, 35 Pages: 15785-15791

    • DOI

      DOI:10.1039/C1CP20595A

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin Temperature of Water Molecules Desorbed from the Surfaces of Amorphous Solid Water, Vapor-deposited and Produced from Photolysis of a CH_4/O_2 Solid Mixture2011

    • Author(s)
      Hama,T., Watanabe,N., Kouchi,A., Yokoyama, M.
    • Journal Title

      Astrophys. J. Lett.

      Volume: 738, 1 Pages: L15(5)

    • DOI

      DOI:10.1088/2041-8205/738/1/L15

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 星間分子雲における二酸化炭素生成に関する実験的研究2011

    • Author(s)
      大場康弘,渡部直樹,香内晃,羽馬哲也,ピロネロ バレリオ
    • Journal Title

      地球化学

      Volume: 45 Pages: 213-226

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] FTIR study of ammonia formation via the successive hydrogenation of Natoms trapped in a solid N_2 matrix at low temperatures2011

    • Author(s)
      H.Hidaka, M.Watanabe, A.Kouchi, N.Watanabe
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      Volume: 13 Pages: 15798-15802

    • DOI

      10.1039/c1cp20645a

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 共鳴多光子イオン化法による氷から熱脱離した水分子の原子核スピン温度測定実験2012

    • Author(s)
      羽馬哲也, 渡部直樹, 香内晃
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(西宮市)
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] アモルファス氷表面で生成した水素分子のオルソ・パラ比とその時間変化2012

    • Author(s)
      桑畑和明, 羽馬哲也, 渡部直樹, 香内晃
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(西宮市)
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] イオン打ち込み型移動管を用いた水和クラスターイオンの生成実験の現状2-水クラスターイオン生成実験2012

    • Author(s)
      中井陽一, 日高宏, 渡部直樹, 小島隆夫
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(西宮市)
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] Low-temperature Surface Reactions of Non-energetic OH Radicals of Astrophysical Interest2012

    • Author(s)
      Y.Oba, N.Watanabe, T.Hama, A.Kouchi, V.Pirronello
    • Organizer
      SASP2012
    • Place of Presentation
      The Conference Center de l' Alpe d' Huez (France)
    • Year and Date
      2012-01-25
  • [Presentation] Hydrogen Chemistry on cold surfaces2012

    • Author(s)
      N.Watanabe
    • Organizer
      SASP2012
    • Place of Presentation
      The Conference Center de l' Alpe d' Huez (France)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-24
  • [Presentation] Spin temperature measurement of thermally desorbed water molecules from water ice prepared at 8K2012

    • Author(s)
      T.Hama, N.Watanabe, A.Kouchi
    • Organizer
      SASP2012
    • Place of Presentation
      The Conference Center de l' Alpe d' Huez (France)
    • Year and Date
      2012-01-23
  • [Presentation] Nonenergetic processes on grain surfaces2011

    • Author(s)
      N.Watanabe
    • Organizer
      Mini-Workshop on Gas-Grain Interactions in Interstellar Clouds
    • Place of Presentation
      Univ.of Tokyo (Tokyo)
    • Year and Date
      2011-10-28
  • [Presentation] イオン打ち込み型移動管を用いた水和クラスターイオンの生成実験の現状2011

    • Author(s)
      中井陽一, 日高宏, 渡部直樹, 小島隆夫
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山市)
    • Year and Date
      2011-09-24
  • [Presentation] 重水素原子の低温氷表面における拡散2011

    • Author(s)
      羽馬哲也, 渡部直樹, 香内晃, V. Pirronello
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山市)
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] 星間物質表面での水素反応2011

    • Author(s)
      渡部直樹
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山市)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] 低温表面反応による水分子生成とその同位体効果2011

    • Author(s)
      大場康弘, 渡部直樹, 香内晃
    • Organizer
      日本地球化学会年会
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2011-09-16
  • [Presentation] 低温の星間塵表面における窒素原子への水素原子付加反応によるアンモニア生成2011

    • Author(s)
      日高宏, 香内晃, 渡部直樹
    • Organizer
      日本地球化学会年会
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2011-09-16
  • [Presentation] 星間塵表面におけるメチルアミンの水素同位体交換反応2011

    • Author(s)
      大場康弘, 渡部直樹, 香内晃
    • Organizer
      第29回有機地球化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡市)
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] アモルファス氷表面における水素原子の拡散メカニズム2011

    • Author(s)
      羽馬哲也, 渡部直樹, 香内晃, 木村勇気, V. Pirronello
    • Organizer
      第9回水素量子アトミクス研究会
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      2011-08-23
  • [Presentation] Hydrogen tunneling reaction and its isotope effect at a low temperature ice surface : Origin of deuterium enrichments in interstellar formaldehyde and methanol2011

    • Author(s)
      N.Watanabe, H.Hidaka, A.Kouchi
    • Organizer
      MATRIX2011
    • Place of Presentation
      Univ.of British Columbia (Canada)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-11
  • [Presentation] Isotope effect on the formation of H_2O isotopologues by quantum tunneling reactions of H_2/HD/D_2 with non-energetic OH/OD radicals at low temperatures2011

    • Author(s)
      Y.Oba, N.Watanabe, A.Kouchi
    • Organizer
      MATRIX2011
    • Place of Presentation
      Univ.of British Columbia (Canada)
    • Year and Date
      2011-07-11
  • [Presentation] REMPI measurements of spin temperatures of desorbed water molecules from vapor-deposited and photo-produced amorphous solid water at 8 K2011

    • Author(s)
      T.Hama, N.Watanabei, A.Kouchi, M.Yokoyama
    • Organizer
      第27回化学反応討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Year and Date
      2011-06-09
  • [Presentation] Sequential hydrogenation of molecular oxygen on cold surfaces : reaction kinetics and structure of formed H_2O ice2011

    • Author(s)
      Y.Oba, N.Miyauchi, H.Hidaka, T.Chigai, N.Watanabe, A.Kouchi
    • Organizer
      IAU Symposium280 : The Molecular Universe
    • Place of Presentation
      Univ.of Castilla-La Mancha (Spain)
    • Year and Date
      2011-06-02
  • [Presentation] Neutral radical-molecule reactions CO+OH on cold interstellar ices2011

    • Author(s)
      Y.Oba, N.Watanabe, A.Kouchi, T.Hama, V.Pirronello
    • Organizer
      IAU Symposium 280 : The Molecular Universe
    • Place of Presentation
      Univ.of Castilla-La Mancha (Spain)
    • Year and Date
      2011-06-02
  • [Presentation] FTIR measurements of ammonia formation by the successive H-atom addition to N-atom in an N_2 matrix at 10K2011

    • Author(s)
      H.Hidaka, M.Watanabe, A.Kouchi, N.Watanabe
    • Organizer
      IAU Symposium280 : The Molecular Universe
    • Place of Presentation
      Univ.of Castilla-La Mancha (Spain)
    • Year and Date
      2011-06-02
  • [Presentation] Diffusion mechanism of hydrogen and deuterium atoms and the spin temperature of molecules on the surface of water ice at 8-15 K2011

    • Author(s)
      T.Hama, N.Watanabe, Y.Kimura, A.Kouchi, T.Chigai, V.Pirronello
    • Organizer
      IAU Symposium280 : The Molecular Universe
    • Place of Presentation
      Univ.of Castilia-La Mancha (Spain)
    • Year and Date
      2011-06-02
  • [Presentation] 星間塵表面反応による化学進化および重水素濃集2011

    • Author(s)
      渡部直樹, 日高宏, 大場康弘, 羽馬哲也, 香内晃, 千貝健, 木村勇気
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉市)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-23
  • [Presentation] 水素および重水素原子の氷表面拡散と水素分子生成2011

    • Author(s)
      羽馬哲也, 渡部直樹, 木村勇気, 香内晃, 千貝健
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉市)
    • Year and Date
      2011-05-23
  • [Presentation] 高密度分子雲内部におけるラジカル-分子表面反応による二酸化炭素生成2011

    • Author(s)
      大場康弘, 渡部直樹, 香内晃, 羽馬哲也, ピロネロ バレリオ
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉市)
    • Year and Date
      2011-05-23

URL: 

Published: 2013-06-26  

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