| 研究課題/領域番号 |
17K05123
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
小林 慶規 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 客員上級研究員(研究院客員教授) (90357012)
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| 研究分担者 |
山脇 正人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30526471)
岡 壽崇 東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (70339745)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 高分子構造・物性 / 陽電子 |
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| 研究実績の概要 |
従来法による陽電子寿命測定では、十分な厚さの試料片2枚で22Na陽電子線源をはさみこむ必要があった。我々は、試料1枚で陽電子寿命測定が可能なアンチコインシデンス法を開発した。延伸ポリエチレンなどを用いて、従来法とアンチコインデンス法で同等な結果が得られることを確認した。ポリエチレンを延伸すると、オルト（ソ）ポジトロニウム(o-Ps)寿命が短縮される。これは、o-Psが存在する空間（自由体積）が変形し、o-Psの波動関数と周囲のポリエチレン分子の電子の波動関数の重なりが増加したためと考えられる。単純化したモデルを用いて解析したところ、自由体積の変形は、試料全体の変形と比べて、はるかに小さいことが明らかとなった。また、高密度ポリエチレンや超高分子量ポリエチレンでは、変形によって、o-Psの相対強度が増加する。これは、変形によって、結晶領域が影響を受け、o-Psの生成確率が増加したためと考えられる。一方、低密度ポリエチレンでは、o-Ps強度は変化しない。試料を大きく変形させた場合、試料が薄くなってしまい、22Na線源からの陽電子の一部が試料を透過してしまう可能性がある。厚さの異なるポリエチレンフィルムを用いて、アンチコインシデンス法による陽電子寿命測定における試料厚さの影響を調べたところ、試料背面に陽電子を停止させるための金属板を設置し、測定データに簡単な補正計算を適用することにより、10 μm程度の厚さの試料でも陽電子寿命測定が可能であることを示した。
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| 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
延伸ポリエチレンなどの陽電子寿命測定を従来法およびアンチコインシデンス法を用いて行い、同等なデータが得られることを確認した。延伸によるポリエチレンのo-Ps寿命の短縮は、o-Psの存在する空間（自由体積）の変形によるものであり、空間の変形の程度は試料全体の変形に比べて小さいことが推察された。また、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンにおける変形によるo-Ps相対強度の増加は、結晶領域が壊れ、o-Psの生成率が増加したためと解釈された。試料を大きく変形させた場合、試料が薄くなってしまい、陽電子の一部が試料を透過してしまう可能性があるため、厚さの異なるポリエチレンフィルムを用いて、アンチコインシデンス法における試料厚さの影響を調べた。試料背面に陽電子を停止させるための金属板を設置し、測定データに簡単な補正計算を行えば、10 μm程度の厚さの試料でも陽電子寿命測定が可能であることがわかった。
アンチコインシデンス法で得られるデータの妥当性、薄い試料への適用性が確認できたことポリエチレンの種類による変形機構の違いが観測できたことから、研究はおおむね順調に進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
延伸ポリエチレンなどの研究を継続して進める。陽電子寿命測定に加えて、ドップラー広がり測定を適用し、o-Psに加えて、パラポジトロニウム（p-Ps）に関する情報を取得する。アンチコインシデンス装置のコンパクト化・可販化を行い、引張り試験機と組み合わせることにより、延伸高分子のオペランド分析を行う。
研究成果を論文発表などにより、公表する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
アンチコインシデンス法による陽電子寿命測定装置をコンパクト・可搬型できる可能性が出てきた。可搬型陽電子寿命装置を引張試験機に設置することにより、高分子の変形のオペランド分析が実現できる。設置型陽電子寿命測定装置を用いるオペラント分析と可搬型装置を用いるオペランド分析の比較・検討を行う必要性が生じたことから、2018年度に予定していた一部の予算を2019年度に使用することとしたい。上記以外の経費については、当初計画にしたがって使用する予定である。
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