| 研究課題/領域番号 |
23K03473
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17010:宇宙惑星科学関連
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| 研究機関 | 東京科学大学 |
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研究代表者 |
北島 昌史 東京科学大学, 理学院, 准教授 (20291065)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 原子・分子データ / 電子衝突断面積 / 超低エネルギー電子衝突 / 放射光 / 電子-分子衝突断面積 / 原子分子データ / 上層大気モデリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽から離れた距離にある惑星や衛星の上層大気の理解に必要な低エネルギーの信頼できる電子衝突断面積データは、実験的な困難さのために決定的に不足している。本研究は、放射光の二次ビームとして超低エネルギー電子ビームを生成することと、放射光の特性を活用した超低エネルギー電子分析手法を開発し、これまで困難であった超低エネルギーにおける電子衝突実験を実現する。実験は高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・放射光実験施設の真空紫外ビームラインでの放射光共同利用実験として行い、惑星・衛星大気の成分として知られる種々の分子について、上層大気プラズマの理解に重要な断面積データを測定する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、惑星や衛星、彗星などの上層大気プラズマの理解に必須である電子-分子衝突の断面積データ、中でも1eVを大幅に下回る0.1eV(電子温度:約1000K)以下の超低エネルギー領域における衝突過程ごとの電子衝突断面積を直接測定し、惑星・衛星大気の成分として知られる種々の分子について、上層大気フプラズマの理解に重要な断面積データを提供することを目指すものである。超低エネルギー領域における衝突過程ごとの電子衝突断面積の直接測定には、大強度の超低エネルギー電子ビーム生成法の開発および超低エネルギー電子の測定法の確立が必要である。
本年度は、前年度に行った超低エネルギー電子衝突実験装置製作のための各種の検討の結果に基づいて装置開発を継続した。まず、前年度に引き続き、大強度の超低エネルギー電子ビーム生成の達成を目指し、従来型の「しきい光電子源」を種々の条件下で動作させる実験を高エネルギー加速器究機構・放射光実験施設(KEK-PF)において行った。また、「しきい光電子源」に、放射光の代わりに低エネルギーの電子ビームを照射し、生成する二次を超低エネルギー電子ビームとする試験も行い、しきい光電子源の大強度化に関する多くの実験を行った。
さらに、KEK-PFにおいて大型の高分解能光電子分光装置を用いた各種の試験も行ったこの結果、大強度の放射光を用いた場合の問題点が新たに浮上し、大きな設計変更が必要があることが判明したため、これに対応した新しい形状のしきい光電子源の設計を行った。
これらの実験と並行して、超低エネルギー散乱電子測定のための電子アナライザーの設計のための電子軌道シミュレーションを行い、超低エネルギー電子衝突実験装置の再設計を行った。
なお、当初は前年度に計画していた、新たな磁気シールドの製作を本年度に行い、磁場遮蔽の状態を詳細な測定から必要十分な性能を発揮することを確認した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
前年度までの開発では、当初検討していた従来型のしきい光電子源をベースにした超低エネルギー電子衝突実験装置の設計を見直すことで、当初よりも大幅に良い結果が期待できることが明らかになったため、新たに得られたデータを基づいた装置の再設計を前年度に行った。本年度は、この改良型の再設計に基づいて装置の試作を進めたが、本年度行った高エネルギー加速器究機構・放射光実験施設(KEK-PF)での大強度の放射光を用いた実験から、課題である超低エネルギー電子ビームの大強度化を達成するためには更なる改良が必要であることが明らかになった。このため、当初計画に比べて、超低エネルギー電子実験装置の製作に遅れが出ている。一方、前年度に先送りした磁気シールドについては本年度に完成し、超低エネルギー電子実験装置が完成すれば、研究目的である電子-分子衝突の断面積データの測定が開始できる状態である。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和７年度は最終年度である。前年度に再設計した超低エネルギー電子衝突実験装置の製作を行い、すでに完成している磁気シールドを有した真空槽に納めた上で高エネルギー加速器究機構・放射光実験施設(KEK-PF)に持ち込み、各種の試験を行う。この試験のためのビームタイムは既にKEK-PFの共同利用実験として採択されている。
また、これと並行して令和７年度前半でKEK-PFにおいて大型の高分解能光電子分光装置を用いて大強度放射光を用いた際の問題の解決法の探索を行い、超低エネルギー電子衝突実験の実験条件の最適化法の開発も進める。
以上により本研究で目指す超低エネルギー電子-分子衝突データ直接測定を実現する。
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