2014 Fiscal Year Annual Research Report
反応非平衡条件下でのイオン誘発核生成の定量的解明：生成素反応への実験的アプローチ
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25287148
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中井 陽一 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 専任研究員 (30260194)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡部 直樹 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50271531)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | クラスターイオン / 原子分子物理 / 大気イオン化学 / 微粒子核生成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度に実施した研究成果は以下のようになる。
1．イオン移動管を用いたH3O+(H2O)nクラスターイオンの結合分子数変化に伴う反応平衡の観測について、クラスターイオンの生成領域に非飽和蒸気圧の水蒸気のみを入れ、H3O+(H2O)nクラスターイオンの逐次水分子付加・脱離反応平衡の生成領域に加えられた電場に対する依存性を調べた。電場がある場合に得られる反応平衡定数の対数は電場の２乗と一次の関係があり、電場の２乗に比例する項の係数は水蒸気圧力に対して強く依存することが判明した。さらにこれらの関係を検討することによって、比較的弱い電場がある場合の反応平衡について、当初予想をしていなかったが、経験的な有効温度と見なせる量を引き出すことができた。
2．イオン移動管を用いて、NO+イオンに水分子が結合するクラスターイオン生成の実験を行った。NO+イオンおよびNO+(H2O)n (n=1～3) のクラスターイオンの間で成立していると考えられる擬似的反応平衡について、非飽和蒸気圧の水蒸気のみを満たした移動管内部の電場を変えて測定を行った。その結果、クラスターサイズによって電場依存性の向きが異なるなど先行研究からの予想と異なる結果となった。温度などの条件を変えた測定から、この現象はNO+イオンの準安定電子励起状態が引き起こしている可能性が推測される。
3. 既存のＲＦイオントラップを用いて、イオンの捕獲やトラップ内でのイオン種の選別、イオンと中性気体分子の電荷交換反応など、予備実験を実施することでトラップ動作の必要技術の確認を行った。
4. 既存のＲＦイオントラップによる予備実験の結果を踏まえて、比較的密度の高い試料気体を導入することを念頭に置いて新たにＲＦイオントラップと生成されたイオンを分析する部分の設計・製作を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
我々がこれまで使用してきた移動管実験セットアップでの測定から、研究実績に記載したような当初予想していなかった研究成果が得られた。そのため、移動管実験セットアップを使用した実験を当初予定よりも多く行うようにした。その結果として、当初予定していた既存のＲＦイオントラップを用いた予備実験が少々遅れたが、最終的には計画していた新たなRFトラップの製作を開始することができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
予備実験結果を踏まえて既存のＲＦイオントラップでは、まず炭素クラスターを用いたクラスターイオンと気体分子との反応実験を行い、さらにその結果を踏まえて、水和クラスターイオンと気体分子との各種反応の観測を試みる。新たに設計・製作を開始したＲＦイオントラップでは、稼動テストと改良を引き続き行い、トラップ内部に比較的密度の高い試料気体を導入した条件化でイオンと気体分子の反応を観測する。さらに、水和クラスターイオン生成反応の観測を試みる。
また、ＲＦイオントラップ装置に適用できるクラスターイオンの生成方法の検討を行っていく。
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| Causes of Carryover |
主には、イオン移動管およびイオントラップに使用することを念頭にした新イオン源の検討を計画していたが、その検討を行った結果、新イオン源はＲＦイオントラップ装置に適用できるようなクラスターイオンの生成方法を中心に検討･開発を続けることになったこと、また、研究遂行に必要な消耗品費および交換部品費としての使用を想定していたが、その費用が想定より少なかったこと、これらの理由により、当初予定よりも使用額が少なくなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
既存のＲＦイオントラップを用いたクラスターイオンと気体分子との反応実験の消耗品費、新たに設計・製作を開始したＲＦイオントラップの稼動テストと改良の必要費用、イオンと気体分子の反応、水和クラスターイオン生成反応の実験を進める上で必要な物品費に使用することを考えている。また、ＲＦイオントラップ装置に適用できるようなクラスターイオンの生成方法の検討・開発に使用することも考えている。
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