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2016 年度 実績報告書

星間アモルファス氷の普遍的な過冷却液体化の可能性とその物性

研究課題

研究課題/領域番号 16H04072
研究機関北海道大学

研究代表者

香内 晃  北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60161866)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードアモルファス氷 / 紫外線照射 / 液化 / 誘電緩和
研究実績の概要

これまですべての研究者がアモルファス氷(pure H2O, 不純物を含むもの,紫外線照射をしたもの)を広い温度範囲で固体と考えてきた.しかし,代表者らは不純物を含むアモルファス氷(H2O:NH3:CH3OH=10:1:1)に10Kで紫外線を照射した試料を,その後,紫外線照射をやめて昇温させると,70-140Kで液体になっていることを発見した.本研究計画では,アモルファス(固体)と液体を区別する一般的手法である誘電測定により,広い組成,紫外線照射の有無でこれまでアモルファス氷と考えてきたものが,固体であるか液体であるかを明らかにする.これは,惑星科学的にもこれまでの描像を全面的に書き換えるかもしれない重要な課題であり,物理化学的にも興味深い.
これまでの実験では,冷凍機の振動のため,冷凍機を停止しないと信頼性のある物性測定はできなかった.そこで,本年度は,振動の影響がなく誘電測定が可能な真空チャンバーおよび誘電測定系を製作した.冷凍機の振動が真空チャンバーおよび試料に伝わらない工夫を施した.前者は冷凍機と真空チャンバー間を柔らかいベローズでつなぎ,かつ冷凍機を載せる架台を重量のあるものにし,それを床にアンカーで固定した.後者は冷凍機の先端と試料を超高純度の無酸素銅極細細線を束ねたもので接続した.さらに,誘電測定用のアモルファス氷(pure H2O, H2O:NH3:CH3OHなど)を蒸着するための試料ホルダーも製作した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

交付申請書に記載した通り,振動の影響がなく誘電測定が可能な真空チャンバーおよび誘電測定系を製作した.冷凍機の振動が真空チャンバーおよび試料に伝わらない工夫を施した.前者は冷凍機と真空チャンバー間を柔らかいベローズでつなぎ,かつ冷凍機を載せる架台を重量のあるものにし,それを床にアンカーで固定した.後者は冷凍機の先端と試料を超高純度の無酸素銅極細細線を束ねたもので接続した.さらに,誘電測定用のアモルファス氷(pure H2O, H2O:NH3:CH3OHなど)を蒸着するための試料ホルダーも製作した.以上から,計画通り順調に実施できたと判断した.

今後の研究の推進方策

基本的には,当初の計画通り研究を推進していくことで,研究目的を十分に達成できると考えている.平成28年度には実験装置を組み上げたので,平成29年度には誘電緩和時間の測定おこなう.10KでH2OやH2O:NH3:CH3OHなどのアモルファス氷を蒸着法で作製し,ついで紫外線を照射する.紫外線照射後に温度を上昇させ,誘電率の周波数依存性の温度変化を測定する.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Simulations and Spectra of Water in CO Matrices2017

    • 著者名/発表者名
      R. Escribano, E. Artacho, A. Kouchi, T. Hama, Y. Kimura, H. Hidaka, and N Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 19 ページ: 7280-7287

    • DOI

      10.1039/C6CP08248C

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Evolution of morphological and physical properties of laboratory interstellar organic residues with ultraviolet irradiation2017

    • 著者名/発表者名
      L. Piani, S. Tachibana, T. Hama, H. Tanaka, Y. Endo, I. Sugawara, L. Dessimoulie, Y. Kimura, A. Miyake, J. Matsuno, A. Tsuchiyama, K. Fujita, S. Nakatsubo, H. Fukushi, S. Mori, T. Chigai, H. Yurimoto and A. Kouchi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 837 ページ: 11pp

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aa5ca6

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Negative catalytic effect of water on the reactivity of hydrogen abstraction from the C-H bond of dimethyl ether by deuterium atoms through tunneling at low temperatures2016

    • 著者名/発表者名
      Oba Y., Watanabe N., and Kouchi A.
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 662 ページ: 14-18

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.07.058

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 固体芳香族炭化水素への水素・重水素原子付加から探る星間塵表面反応の速度論と同位体分別2016

    • 著者名/発表者名
      羽馬哲也,植田寛和,渡部直樹,香内晃
    • 雑誌名

      地球化学

      巻: 50 ページ: 33-50

    • DOI

      10.14934/chikyukagaku.50.33

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Matrix sublimation method for the formation of high-density amorphous ice2016

    • 著者名/発表者名
      A. Kouchi, T. Hama, Y. Kimura, H. Hidaka, R. Escribano, N. Watanabe
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 658 ページ: 287-292

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.06.066

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface Temperature Dependence of Hydrogen Ortho-Para Conversion on Amorphous Solid Water2016

    • 著者名/発表者名
      H.Ueta, N.Watanabe, T. Hama, and A. Kouchi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 116 ページ: 253201(5pp)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.116.253201

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分子雲での光化学反応による有機物の生成と原始惑星系円盤における進化2017

    • 著者名/発表者名
      香内晃
    • 学会等名
      シンポジウム「ダスト形成から惑星の多様性へ:宇宙の物質進化における物理と化学のカップリング
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2017-03-08 – 2017-03-09
    • 招待講演
  • [学会発表] Formation of high-density amorphous ice by matrix sublimation method2016

    • 著者名/発表者名
      A. Kouchi, T. Hama,Y. Kimura, H. Hidaka, R. Escribano,and N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2016
    • 発表場所
      Hokkaido Univ.(Hokkaido, Sapporo)
    • 年月日
      2016-10-19 – 2016-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurements of surface profile of amorphous solid water by a non-contact atomic force microscope2016

    • 著者名/発表者名
      H. Hidaka, Y. Sugimoto, A. Kouchi, and N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2016
    • 発表場所
      Hokkaido Univ.(Hokkaido, Sapporo)
    • 年月日
      2016-10-19 – 2016-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Negative catalytic effect of amorphous solid water on the hydrogen abstraction from dimethyl ether with deuterium atoms at low temperatures2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, and A. Kouchi
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2016
    • 発表場所
      Hokkaido Univ.(Hokkaido, Sapporo)
    • 年月日
      2016-10-19 – 2016-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Nuclear spin isomers of photodesorbed water from ice at 10 K2016

    • 著者名/発表者名
      T. Hama, A. Kouchi, and N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2016
    • 発表場所
      Hokkaido Univ.(Hokkaido, Sapporo)
    • 年月日
      2016-10-19 – 2016-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature dependence of ortho-to-para conversion of H2 on amorphous solid water at around 10 K2016

    • 著者名/発表者名
      H.Ueta, N. Watanabe, T. Hama, and A. Kouchi
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2016
    • 発表場所
      Hokkaido Univ.(Hokkaido, Sapporo)
    • 年月日
      2016-10-19 – 2016-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum-tunneling hydrogen abstraction from dimethyl ether-water complex solid at low temperatures: On the effect of complex formation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      32nd Symposium on Chemical Kinetice and Dynamics
    • 発表場所
      Sonic City (埼玉県さいたま市)
    • 年月日
      2016-06-01 – 2016-06-03
    • 国際学会
  • [備考] 北海道大学低温科学研究所 宇宙物質科学宇宙雪氷学グループHP

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/index.html

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公開日: 2018-01-16  

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