光励起利用の軟X線顕微鏡映像法の理論歴研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07640535
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 国際基督教大学
• 研究代表者: 渡部 力 国際基督教大学, 教養学部, 教授 (40010714)
• 研究分担者: 柳下 明 高エネルギー物理学研究所, 放射光実験学科, 助教授 (80157966)
• キーワード: X線顕微鏡 / XANES / π*吸収 / 光励起 / 2垂共鳴吸収 / 生物系分子 / ベンゼン環 / ウオ-タウインドウ(水窓)

研究概要

現在開発研究が行われている軟X線顕微鏡は、生体の試料を水を含んだWetな状態のままで観測ができると言う事で注目を集めている。酸素原子のK吸収端より長波長のいわゆWater window(43.7-23.6A)領域での軟X線を利用して酸素の吸収のない状態で炭素原子や窒素原子のみの影を作る事ができるからである。この方法は分子中の原子の光電離を利用したのであるが、光励起の過程を利用すると、光励起の断面積は光電離の断面積に較べて孤立原子の場合約2桁大きい、分子の場合現在の軟X線分光器を用いても数倍ないし1桁近く大きい。
この光励起の過程を利用しての軟X線顕微鏡の結像の可能性を理論的に調べるのが本研究の目的である。光励起を用いる方法は大別して2つある。その第1は多くの生物分子中にあるDNA塩基などに2重結合がある場合、K殻-π*撰移の光励起過程を利用する方法である。その第2は紫外線レーザーを用いて最外殻の電子1個を最低不占有分子軌道に励起して最高不占有分子軌道に空孔をつくり、この空孔にK殻から励起させて影を作る方法である。第1の方法については我々はベンゼン環をモデルに選びベンゼン環をもつ生物関連分子(アデニン、グアニン、ウラシル、シトシン、チミンなど)についてこの効果を調べた。その結果電離利用の場合に比べて約3倍の吸収が得られることが解った。また第2の方法についてはトリプトファン分子についての実験の可能性について計算を行った、その結果分子密度3.8x10^<21>/cm^3で4x10^<25>photons/cm^2/secの場合17%の吸収がある事が示された。

研究成果

• [文献書誌] Y. Iketaki & T. Watanabe: "X-ray microscopy using the photoexciatin to unocoupied π^*-character molecular orbits" Rev. Sci. Insstrum.68. 982-986 (1995)
• [文献書誌] Y. Iketaki & T. Watanabe: "Fasibility of photoexcitation imaging in soft x-ray microscopy using they transition to π^* orbits in biological molecules" Rev. Sci. Insstrum.680. 1376-1378 (1995)
• [文献書誌] X. M. Tong, H. Yamaoka, H. Nagasawa & T. Watanabe: "Heat-energy deposition in x-ray interraction with materials; application to Si and Be" J. Appl. Phys.78. 2288-2297 (1995)
• [文献書誌] Y. Iketaki & T. Watanabe: "Study of X-ray microscopy using UV and X-ray double-resonace absproption" Optical Eng.(in press). (1996)
• [文献書誌] Y. Iketaki & T. Watanabe: "X-ray microscopy using photo-excitation to π^* orbits of biological molecules" Atom. Coll. Res. Jpn. 21. 106-108 (1995)
• [文献書誌] N. Takei & T. Watanabe: "Semiclassical approximation in Feynman path integrat method for atomic collision process" Atom. Coll. Res. Jpn. 21. 19-20 (1995)
• [文献書誌] 渡部力、暁民、山岡人志: "高輝度X線照射による初期エネルギー付与のシミュレーション" 放射光. 8. 151-163 (1995)
• [文献書誌] 藤本文範他(編)、渡部力他共著: "イオンビーム-固体相互作用(第5章執筆)" 内田老鶴圃, 151-166 (1995)