| Project/Area Number |
22K18272
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
小林 政弘 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (30399307)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 憲正 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 名誉教授 (20183808)
加藤 政博 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 特任教授 (30185871)
中村 浩章 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (30311210)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥25,610,000 (Direct Cost: ¥19,700,000、Indirect Cost: ¥5,910,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
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| Keywords | 宇宙生命起源 / 核融合プラズマ / 光電離・光励起 / キラリティ / 光化学反応 / 対称性の破れ / 星間プラズマ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、放射光源と磁場閉じ込め装置を用いて光電離プラズマを生成・維持し、星間プラズマを模擬する新手法を提案する。これによって星間空間における複雑有機物の生成過程およびそのホモキラリティ－の起源に対して、プラズマ中の電磁場が与える影響を考慮した新たなメカニズムを探求する。また光が核融合炉ダイバータにおける原子・分子過程に与える影響を調べるとともに、光による原子・分子過程の制御に挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子科学研究所UVSORにおいて引き続き光電離プラズマ生成実験を行った。昨年度までの経験から、光のフラックスとガス圧をさらに上げる必要があることが分かったため、ビームラインをこれまでのBl7Bから、ビームフラックスが２桁程度大きいアンジュレータビームラインBL1Uに変更した。また真空窓による真空遮断を行うと、ビームフラックスが一桁以上減少するため、ガスセルを直接ビームラインに接続した。6台のターボ分子ポンプにより多段の差動排気系を構築することで、ビームライン側を高真空(10^-7Pa)に維持した状態でガスセルの圧力を10Paまで上昇させることが可能になった。アルゴンガスを試料気体としてガスセルに導入し、入射ビームエネルギーを16～36 eVの間で変化させて実験を実施した。その結果、電子密度 10^13～10^14 m^-3、電子温度 ～1eVのプラズマの生成に成功した。また分光計測によりアルゴンからのスペクトルを取得し、明らかにA1+からと思われる輝線を確認した。ビームエネルギーが連続的に可変である放射光施設において光電離プラズマを定常的に生成できる実験系が構築されたことで、光電離プラズマに関する他に類のない研究を進める基盤が整った。
宇宙における生命材料物質の化学進化を調べるために、アミノ酸薄膜に真空紫外円偏光を照射する実験を継続して行った。円偏光照射後の試料からは明らかな光学活性が観測され、また左右円偏光の向きに対して光学活性の符号が反転することが確認された。この結果は、円偏光照射によってアミノ酸の分子構造にキラリティが誘起されたことを示唆するものである。また、クロマトグラフィー分析の結果、円偏光照射後の試料では、照射前に比べて分子量が数倍に大きくなっていることが確認された。これらの結果は宇宙における生命材料物質の化学進化を解明する上で重要な知見を与えるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光電離プラズマ生成の実験装置の構築に予想以上に時間を要したが、これまでの知見を踏まえて改良をすすめ、ようやく安定にプラズマの生成を行えるようになった。
アミノ酸への円偏光照射実験では、円二色性分光スペクトル得ることができたが、クロマトグラフィーによるD-体、L-体の過剰率については明確な結果が得られなかった。今後、クロマトグラフィー計測の習熟を進めて分析の精度向上を図る。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に構築した光電離プラズマ生成装置を用いて、系統的な実験を開始する。ガス種を核融合プラズマで主要な元素である水素、ヘリウムに拡張し、ビームエネルギーを電離圧付近（13～20eV）で変化させて、光電離プラズマの特性に与える影響を調べる。現在、磁場印加のための磁石を設計中である。2025年度に磁場印加によって核融合装置のダイバータ領域を模擬した光電離実験を実施する予定である。また、アンジュレータビームラインからのビームには高次光が含まれるため、これをカットする光学系が必要である。現在はこの光学系のカットオフエネルギーが40eVに固定であるため、20eV未満のエネルギーについての実験が難しい。これをカットオフエネルギーが可変なものに改良を進める。
分光スペクトルが得られるようになってきたため、光電離・光励起を組み込んだ衝突輻射モデルを用いてスペクトルの解析を進める。
アミノ酸への円偏光照射によるキラリティの発現については、アストロバイオロジー分野の研究分担者の協力を得てクロマトグラフィーによる分析を進め、鏡像体過剰率の同定を試みる。これにより宇宙におけるホモキラリティの創生についての実験的検証を進める。
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