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Elucidation of ion-surface reactions on a interstellar dust surface: exploring their unknown roles in molecular evolution

Research Project

Project/Area Number 18H01273
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

中井 陽一  国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (30260194)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 日高 宏  北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00400010)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2018: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
Keywords星間化学 / イオン表面反応
Outline of Annual Research Achievements

星間塵表面でのイオンの表面反応の解明という目的のために,セシウムイオンの反応性散乱イオン・スパッタリングイオン質量分析法(RIS・LES法)を導入したイオン表面反応の実験装置の構築を進め,低エネルギーCH3+イオンを用いたイオンと極低温アモルフォス氷との表面反応の実験を行った.
そのため,まず本年度は以下のような装置の改良をおこなった.1)基板上に生成した氷薄膜へ照射される目的の分子イオンの選別に使用するウィーンフィルターの磁極部と電極部を少し変更し,照射されるイオン量が安定になるようにした.2)分子イオン選別用の電源制御プログラムを作成して,イオン選別を容易にできるようにした.3)氷薄膜生成用基板を冷凍機と共に回転可能にして,氷表面へのセシウムイオンの入射角を浅くし,反応性散乱イオンの出射角を後方になるようにすることで,反応性散乱イオンの検出量の向上を図った.4)円形の中心部が独立した電極となるような特殊基板を作成して,イオンが基板の中心部へ多く輸送されるような輸送条件を事前に探すことが可能となるようにした.
上記の改良を加えた実験装置を用いて,低エネルギーCH3+イオンの輸送条件の探索とセシウムイオンの反応性散乱イオンの検出量向上のための試験を繰り返した.これらの試験の後,低エネルギーCH3+イオンを用いたイオン表面反応の実験を行った.その結果,低エネルギーCH3+イオンを氷薄膜へ照射したときに,メタノール分子が氷表面に生成することがわかった.また,アモルフォス氷を重水(D2O)で生成することで,CH3+イオン照射時に生成するメタノール分子のヒドロキシ基がアモルフォス氷由来であることが推定された.

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(10 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Delivery of electrons by proton-hole transfer in ice at 10 K: Role of surface OH radicals2021

    • Author(s)
      K. Kitajima, Y. Nakai, W. M. C. Sameera, M. Tsuge, A. Miyazaki, H. Hidaka, A. Kouchi, N. Watanabe
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 12 Pages: 704-710

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c03345

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CH3O radical binding on hexagonal water ice and amorphous solid water2021

    • Author(s)
      W. M. C. Sameera, B. Senevirathne, S. Andersson, M. Al-lbadi, H. Hidaka, A. Kouchi, G. Nyman, N. Watanabe
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 125 Pages: 387-393

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.0c09111

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Photostimulated desorption of OH radicals from amorphous solid water: Evidence for the interaction of visible light with an OH-ice complex2020

    • Author(s)
      A. Miyazaki, N. Watanabe, W. M. C. Sameera, Y. Nakai, M. Tsuge, T. Hama, H. Hidaka, A. Kouchi
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 102 Pages: 052822-052822

    • DOI

      10.1103/physreva.102.052822

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Development of an analysis equipment for detecting trace adsorbate molecules on amorphous solid water by reactive ion scattering method2021

    • Author(s)
      Hiroshi HIDAKA, Atsuki ISHIBASHI, Yasuhiro OBA, Akira KOUCHI, Naoki WATANABE
    • Organizer
      43rd COSPAR Scientific Assembly
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低エネルギーイオンと低温氷表面との反応実験装置開発の現状22021

    • Author(s)
      中井 陽一、日高 宏、渡部 直樹
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 極低温アモルファス氷への紫外光・電子線同時照射による負の氷透過電流生成2020

    • Author(s)
      北島 謙生、中井 陽一、W. M. C. Sameera、宮崎 彩音、柘植 雅士、日髙 宏、香内 晃、渡部 直樹
    • Organizer
      原子衝突学会第45回年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 低エネルギーイオンと低温氷表面との反応実験装置開発の現状2020

    • Author(s)
      中井陽一,日高宏,渡辺直樹
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 星間塵表面を模擬した低温氷表面と低エネルギーイオンとの反応実験装置の開発2019

    • Author(s)
      中井陽一,日高宏,渡辺直樹
    • Organizer
      原子衝突学会第第44回年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Laboratory experiment for hydrogenation of C60 fullerenes deposited on a solid surface under low temperature conditions2018

    • Author(s)
      Yoichi Nakai, Naoki Watanabe, Yasuhiro Oba
    • Organizer
      The Olympian Symposium 2018 on "Gas and stars from milli- to mega- parsecs"
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低温薄膜状C60固体にトラップされた水素分子の振動回転励起の赤外吸収スペクトル2018

    • Author(s)
      中井陽一,渡部直樹
    • Organizer
      原子衝突学会第43回年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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