2015 Fiscal Year Annual Research Report
Interdisciplinary science explored by cryogenic electrostatic storage ring: from astrochemistry to radiation biology
| Project/Area Number |
26220607
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
東 俊行 国立研究開発法人理化学研究所, 東原子分子物理研究室, 主任研究員 (70212529)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 祐司 国立研究開発法人理化学研究所, 東原子分子物理研究室, 専任研究員 (20586036)
久間 晋 国立研究開発法人理化学研究所, 東原子分子物理研究室, 研究員 (50600045)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
|
| Keywords | 量子ビーム / 原子・分子物理 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、ECRイオン源によって生成されたN2O+分子イオンをRICEに蓄積し時間分解回転分光実験を開始した。周囲温度4 Kの環境下に長時間蓄積する間，分子イオンは赤外輻射によってその内部エネルギーを放出し，振動・回転基底状態へと緩和していく。この冷却過程をリアルタイムに観測し，また最終的な到達温度を見積もことを目標としている。色素レーザーによって電子遷移を起こさせ，前期解離にともなって放出されるNを中性粒子検出器によって検出することで，いわゆるaction spectroscopyを行った。得られたスペクトルは，極低温リングにおける分子分光スペクトルとして世界で最も高分解能で観測されたデータであり，回転バンドが明瞭に現れている様子が見てとれ，シミュレーションと比較したところ，この入射直後の時点での分子温度はおよそ400 Kと見積もられた。
また，分子イオン内包巨大ヘリウム液滴ビームイオン源の開発も順調に進展した。一般に分子の回転エネルギーは0.1-1Kの範囲にあることから，回転状態に関してはRICE周回によっても十分には冷却されない。そこで，温度0.4 Kの超流動ヘリウムのナノ液滴に注目した。液滴内部に衝突により捕捉された分子イオンは内部自由度が0.4 Kまで急冷されることから，回転状態を含めほぼ基底状態にある分子を生成することができ，さらに微弱粒子間相互作用ゆえ分子は気相孤立環境に限りなく近い。RICEへの分子イオン含有ヘリウム液滴の導入と周回による新しい低温原子分子科学の展開を目指して，本年度は冷却パルスバルブを採用したヘリウム液滴ビームイオン源装置開発に取り組んだ。その結果，バルブ温度の低下に伴い液滴サイズが増大し，バルブ温度8 Kから僅か1 Kの温度冷却により液滴サイズが107から1011まで急激に増加させることに世界で初めて成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
全体的には，極めて順調に研究が進展したといえる。分子イオン回転分光など既に本実験が開始されており，最終的には予定通りの成果が得られると確信できる状況にある。研究を遂行する上での問題点も幾つか発生したが，これらすべてについて，粘り強く丁寧な取り組みにより，新しい手法や装置を導入することによって解決してきた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
既に開始した小型分子イオンの分光に関しては， N2O+の冷却過程を数10分オーダーにわたって観測することを第一の目標とする。さらに炭素クラスターイオンを代表例として，レーザースパッターイオン源で生成した高温イオンを，既に完成した予め極低温プリイオントラップおよび加速バンチビーム引き出し加速系を利用して，十分冷却し，RICE内でレーザー加熱を行うことで，その詳細な脱励起ダイナミクスを追跡する計画である。
加えて，イオン蓄積リングに中性粒子ビームを合流導入することにより，衝突相互エネルギーにおいて分解能1meV程度で，低速領域のイオン中性反応の反応断面積を測定することが，本研究の目標の一つである。そのために，導入済みの大強度半導体レーザーを光脱離チャンバーに取り付け改造した光学系を用いてC―負イオンビームの中性化を行う。
また，我々が開発に取り組んでいるエネルギー分散型粒子検出器は，中性生成粒子の運動エネルギーを直接検出することが可能である。この粒子がもつ大きなエネルギーを直接検出することができれば，生成物の同定が可能となり，さらに反応のポテンシャル曲面に関する情報を引き出すことができる。今までに超伝導トンネル接合（STJ）検出器を利用して中性粒子のエネルギー測定を試みてきたが，今後，この分解能を超えるため，超伝導遷移端センサー（TES）をマイクロカロリメータとして中性粒子検出へ応用するプロジェクトを開始する予定である。
He液滴ビームイオン源の開発に関しては，液滴内高効率イオン生成をはじめ，分子イオンの中赤外スペクトルの測定に取り組む。ここでは分子イオンのヘリウム液滴内での安定性を知るだけではなく，電荷を持つ粒子に対する超流動体の微視的応答を明らかにしたい。
|
Research Products
(16 results)
