交差イオンビーム法による正負イオン再結合反応に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09440201
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 辻 正治 九州大学, 機能物質科学研究所, 助教授 (30038608)
• 研究分担者: 尾場瀬 宏 東和大学, 工学部, 助教授 (00221169)
• キーワード: イオンビーム / 正イオン / 負イオン / エキシマー / スピン-軌道状態 / 希ガスイオン / 発光スペクトル / 中和反応

研究概要

正イオンと負イオンのビームを交差衝突させるための反応室を中心とする交差イオンビーム装置を試作した。この装置を下記の正負イオン中和反応によるエキシマーの生成過程の研究に適用した。
Ar^+(^2P_<1/2,3/2>)+SF_6^-→ArF(B,C,D)+SF_5 (1)
Kr^+(^2P_<1/2>)+C_6F_5Cl^-→KrCl(B,D)+C_6F_5 (2a)
Kr^+(^2P_<3/2>)+C_6F_5Cl^-→KrCl(B,C)+C_6F_5 (2b)
Ar^+(^2P_<1/2,3/2>)/SF_6^-反応ではArF(B-X,C-A)エキシマー発光、Kr^+(^2P_<1/2,3/2>)/C_6F_5Cl^-反応ではKrCl(B-X,C-A,D-X)エキシマー発光が観測された。Ar^+の二つのスピン-軌道状態の寄与を調べるためにN_2をArに添加して、Ar^+(^2P_<1/2>)状態を除いてもArF(B-X,C-A)エキシマー発光は変化しなかった。よってAr^+(^2P_<1/2>)/SF_6^-反応は全くエキシマーを生成しないか、Ar^+(^<>P_<3/2>)/SF_6^-と同一のエキシマーを生成すると考えられる。反応(7)において各KrCl^*エキシマー状態の生成分岐比は、Kr^+(^2P_<1/2>)/C_6F_5Cl^-反応ではB:C:D=0.05:0.00:0.95で、Kr^+(^2P_<3/2>)/C_6F_5Cl^-反応ではB:C:D=0.71:0.29:0.00であった。両反応とも10^<-3>Torr程度の低圧でもC状態の生成分岐比は小さく、1Torr程度の放電フロー中でエキシマーのC状態の生成比が小さいのは、C状態の発光寿命が長いための衝突緩和によるものではなく、正負イオン再結合反応の本質的な特徴であることが示された。
また正負イオン再結合反応のダイナミックスに関する詳細な知見を得るために、He_2^+/C_6F_6^-中和反応の反応経路をab initio分子軌道計算により求めた。

研究成果

• [文献書誌] M.Tsuji, T.Tanoue, Y.Tanaka, and Y.Nishimura: "Vibrational Distribution of N_2(B^3П_g) Produced from Dissociative Recombination of N_2O^+ in a Helium Flowing Afterglow"Chemistry Letters. 6号. 592-593 (2000)
• [文献書誌] M.Tsuji, T.Arikawa, Y.Tanaka, and Y.Nishimura: "Mass-Spectrometric Study on Ion-Molecule Reactions of CH_5^+, C_2H_5^+, and C_3H_5^+with Benzoic Acid and Benzoates"Bulletin of the Chemical Society of Japan. 73・7. 1673-1684 (2000)
• [文献書誌] M.Tsuji, Y.Tanaka, T.Arikawa, and Y.Nishimura: "Chemical Ionization of 1-Olefins (C_<15>-C_<18>)by CH_5^+, C_2H_5^+, and C_3H_5^+in an Ion-Trap Type of Mass Spectrometer"Chemistry Letters. 8号. 892-893 (2000)
• [文献書誌] M.Tsuji, M.Hisano, T.Tanoue, and Y.Nishimura: "Electronic-State Distributions of Ne^* Formed by Energy Transfer from He(2^1S, 2^3S) to Ne at Thermal Energy"Japanese Journal of Applied Physics. 39・8. 4970-4977 (2000)
• [文献書誌] M.Tsuji, A.Tanaka, T.Hamagami, K.Nakano, and Y.Nishimura: "An Efficient Decomposition of NO into N_2 and O_2 in a Fast Discharge Flow of NO/He Mixtures"Japanese Journa1 of Applied Physics. 39・9A/B. L933-L935 (2000)
• [文献書誌] M.Tsuji, T.Tanoue, K.Nakano, A.Tanaka, and Y.Nishimura: "Superior Decomposition of N_2O into N_2 and O_2 in a Fast Discharge Flow of N_2O/He or N_2O/Ar Mixtures"Japanese Journal of Applied Physics. 39・12B. L1330-L1333 (2000)
• [文献書誌] Y.Tanaka, M.Tsuji, and Y.Nishimura: "Mass-Spectrometric Study on Ion-Molecule Reactions of CH_5^+, C_2H_5^+, and C_3H_5^+ with C_8-C_<18> n-paraffins in an Ion Trap"Bulletin of the Chemical Society of Japan. 73・12. 2703-2712 (2000)
• [文献書誌] M.Tsuji, T.Tanoue, K.Nakano, and Y.Nishimura: "Decomposition of CO_2 into CO and O by a Microwave-Excited Discharge Flow of CO_2/He and CO_2/Ar Mixtures"Chemistry Letters. 1号. 22-23 (2000)
• [文献書誌] Y.Tanaka and M.Tsuji: "Mass-Spectrometric Study on Ion-Molecule Reactions of CH_5^+, C_2H_5^+, and C_3H_5^+ with C_8-C_<18> 1-Olefins in an Ion Trap"Bulletin or the Chemical Society of Japan. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] 辻正治: "熱エネルギー電荷移動反応における試料分子の振動励起効果"放射線化学. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] M.Tsuji: "Advanced in Gas Phase Ion Chemistry, Vol. 4, Edited by N.G.Adams and L.Babcock, JAI Press, Inc, Connecticut, USA"Flowing Afterglow Optical Studies of Electronic Structures and Reactions of Small Rare Gas Cluster Ions (印刷中). (2001)