| Project Area | Next Generation Astrochemistry: Reconstruction of the Science Based on Fundamental Molecular Processes |
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| Project/Area Number |
20H05848
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Rikkyo University |
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Principal Investigator |
中野 祐司 立教大学, 理学部, 准教授 (20586036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯田 進平 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (20806963)
田沼 肇 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (30244411)
椎名 陽子 立教大学, 理学部, 助教 (70845221)
木村 直樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (80846238)
岡田 邦宏 上智大学, 理工学部, 教授 (90311993)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥229,450,000 (Direct Cost: ¥176,500,000、Indirect Cost: ¥52,950,000)
Fiscal Year 2023: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
Fiscal Year 2022: ¥35,360,000 (Direct Cost: ¥27,200,000、Indirect Cost: ¥8,160,000)
Fiscal Year 2021: ¥66,040,000 (Direct Cost: ¥50,800,000、Indirect Cost: ¥15,240,000)
Fiscal Year 2020: ¥79,560,000 (Direct Cost: ¥61,200,000、Indirect Cost: ¥18,360,000)
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| Keywords | アストロケミストリー / 合流ビーム / イオントラップ / イオン移動度 / 星間分子 / イオン分子反応 |
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| Outline of Research at the Start |
ALMA望遠鏡やはやぶさ２をはじめとする観測，探査技術の飛躍的進歩によって，宇宙の物質や天体の構造がかつてないほど鮮明に見えるようになり，星や惑星系の誕生する領域に様々な分子が多様に分布していることが分かってきた。本研究の目的は，このような領域で進む複雑な化学過程を単一の原子分子レベルに掘り下げて理解することにより惑星系形成時の劇的な物質進化過程を解明し，太陽系の物質の起原を追究することである。単一の原子分子の量子状態，並進運動を高度に制御して衝突反応の詳細を調べるため，最先端のビーム制御技術を用いた実験的研究を展開する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では惑星系形成領域での複雑な化学組成分布の意味を化学過程に基づいて理解することを目指し，気相反応過程において重要な役割を果たしているイオン-分子反応・イオン-中性粒子反応に関する新たな実験研究の展開を目的としている。2年目となる2021年度は立教大学，上智大学，東京都立大学において新たに立ち上げる実験装置の開発を推進した。
立教大学では分子イオンビームを生成するためのPenningイオン源と質量選別器（ウィーンフィルター）を新たに製作するとともに，分子イオンの振動回転温度の診断のための波長可変レーザーを導入した。また種々の原子負イオンの生成のために現有のデュオプラズマトロンの改良を行った。ビーム合流ディフレクターなど，ビーム制御系についても大半の開発が完了し，合流ビーム実験のセットアップを進める要素技術がおおむね整った。
上智大学ではイオン標的生成のためのRFストレージイオン源の開発を進めた。低温イオン-極性分子反応の反応標的の候補であるH3+，C+などの低エネルギーイオンビームの生成を確認し，測定に必要となる反応標的イオンの準備が整った。一方，既存のイオン-極性分子反応測定装置を利用して，低速フルオロメタン分子線と冷却カルシウムイオンとの反応について詳細な研究を行った。
東京都立大学では，新規装置の設計を進めるのと同時に，液体窒素によって冷却した水素気体に水素原子イオンを入射して，イオン移動度を測定する予備実験を行った。入射したイオンだけでなく，三体結合反応によって生成した水素クラスターイオンについても移動度を測定することができた。
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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
上述のように立教大学では合流ビーム実験に向けた要素技術開発が順調に進んでいる。上智大学では既存のイオントラップを用いたテスト実験が進んでおり，同時に新たな分子イオン源の開発に成功している。都立大学では新規装置の設計に若干の遅れが出ているものの，現有のセットアップでイオン分子反応に関するテスト実験が進行中である。
以上より，研究計画全体としてはおおむね順調であると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画どおり2020年度，2021年度に開発した実験装置のテストと最適化に取り組み，イオン-分子反応・イオン-中性粒子反応に関する速度定数の測定に向けた研究開発を推進する。
立教大学ではH3+やCO+などの分子イオンビームをC, H, Oのような中性原子ビームを合流衝突させて組み替え反応を観測することを目指し，その断面積や分岐比の絶対値測定に向けた検出器および測定システムの整備に力を入れる。
上智大学では，冷却８重極線形イオントラップを用いた新たな低温イオン-極性分子反応測定装置の開発を進める。特にコンピュータを用いた計測系の構築，RFストレージイオン源によって生成された低エネルギーイオンビームのイオントラップへの捕獲のためのイオンビーム輸送パラメータの最適化を行っていく。一方，既存の装置を用いた実験では，フルオロメタンに加えて，アンモニア，メタノール，エタノール及びそれらの同位体分子種による低温イオン極性分子反応の系統的測定を行っていく。
都立大学では，温度可変型低温イオン移動管を用いたイオン分子反応速度測定装置の開発を進める。特に，第1の移動管内において水素気体との反応によって生成したイオン種を，ヘリウム気体を満たした第2の移動管に導いて移動速度から構造異性体を分離できる機能を持った新しい装置を目指す。
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