交差分子線散乱実験による励起酸素原子O(1D)反応の解明

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13127204
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 高口 博志 独立行政法人理化学研究所, 化学反応動力学研究室, 研究員 (40311188)
• 研究分担者: 南部 伸孝 岡崎国立共同研究機構, 計算科学研究センター, 助手 (00249955) ; 大下 慶次郎 独立行政法人理化学研究所, 化学反応動力学研究室, 研究員 ; 西澤 潔 独立行政法人理化学研究所, 化学反応動力学研究室, 研究員 (50280730) ; 青柳 睦 九州大学, 情報基盤センター, 教授 (00260026) ; 高柳 敏幸 日本原子力研究所, 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (90354894)
• キーワード: 励起酸素原子 / 画像観測法 / 微分散乱断面積 / 検出感度分布 / エネルギー可変交差分子線装置 / 古典トラジェクトリー計算 / 反応分岐比

研究概要

1、散乱実験に必要な強度のO(^1D)原子線を酸素分子のレーザー光解離法により生成し、水素(H_2)および重水素(D_2)分子との交差分子線実験(O(^1D)+H_2/D_2→OH/OD+H/D)を行った。生成物の1次元並進速度分布(ドップラースペクトル)および2次元散乱分布画像を測定したが、測定された画像はH/D生成物が示すはずの側方にやや弱い前方後方対称な微分散乱断面積とは異なり、検出レーザー光に平行な速度成分が強調された分布であった。この結果は画像上の検出感度分布を定量的に評価する必要性を示しており、実験ビーム条件を用いて既報の微分散乱断面積を仮定した予測画像をシミュレートすると、実測画像をよく再現した。この測定結果は画像上の検出感度がレーザー光方向に著しく局在していることに起因しており、レーザー光幅を広げることで、よりフラットな画像検出感度分布が得られ、改善されることがわかった。
2、衝突エネルギー可変型交差分子線散乱画像観測装置を製作した。この装置は一方の分子線源を交差中心を軸に回転させ、2つの原子・分子線の交差角度を変えることで衝突エネルギーを制御できる。製作において最も重要な分子線の交差精度を実測し、2つの分子線経路がおよびエネルギー制御機構が十分な精度(60μm以下)で製作されていることを確認した。
3、量子化学計算結果をもとに、O(^1D)+N_2O反応の反応ポテンシャル曲面をフィッティング法により大局的な解析関数として得た。この上で古典トラジェクトリー計算により動力学挙動を理論計算した。得られたポテンシャル曲面は2つの生成系;NO+NOとN_2+O_2へ経路を含んでおり、その分岐比は衝突初期の反応物の配置角度に大きく依存し、また衝突エネルギーに関しても依存性を持つことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Kohguchi, T.Suzuki: "State-to-state Rotational Inelastic Scattering of Free Radicals"Annual Report of Progress of Chemistry, Part C. 98. 421-449 (2002)
• [文献書誌] T.Takayanagi, H.Akagi: "Translational energy dependence of NO+NO/N_2+O_2 products branching in the O(^1D)+N_2O reaction : a classical trajectory study on a new global potential energy surface for the lowest 1A' state"Chemical Physics Letters. 363. 298-306 (2002)
• [文献書誌] S.Kawai, Y.Fujimura, O.Kajimoto, T.Takayanagi: "Exit interaction effect of nascent product state distribution of O(^1D)+N_2O→NO+NO"Journal of Chemical Physics. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] T.Takayanagi: "Quantum-classical wave packet calculations for the O(^1D)+N_2O→NO+NO/N_2+O_2 reaction"Chemical Physics. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] I.Tokue, K.Yamasaki, S.Nanbu: "He(2^3S)Penning ionization of H_2S I.Theoretical Franck-Condon factors for the H_2S(X^1B_1,v'=0)→H_2S+(X^2B_1,A^2A_1)ionization and the H_2S^+(A-X)transition"Journal of Chemical Physics. 119. 5874-5811 (2003)
• [文献書誌] I.Tokue, K.Yamasaki, S.Nanbu: "He(2^3S)Penning ionization of H_2 SII.Formation of the SH^+(A^3II)and H_2S^+(A^2A_1)ionstransition"Journal of Chemical Pbysics. 119. 5882-5888 (2003)