ベータNMRによる水に打ち込まれたイオンの化学種同定

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K11920
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 三原 基嗣 大阪大学, 理学研究科, 助教 (60294154)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 溶液NMR / 放射性核ビーム / 化学シフト

研究実績の概要

水の中に打ち込んだイオンが形成する化学状態を明らかにするために、ベータ線検出核磁気共鳴(β-NMR)法による精密分光を行った。これまでに、短寿命核17Nビームを用いてβ-NMR分光を行い、水の中に打ち込んだ窒素イオンが少なくとも２種類の化学種を形成することを発見した。1ppmオーダーの高分解能NMRスペクトル測定を実現するために、パルスNMR技術の適用、静磁場一様性の改善、および高感度カメラによるビーム停止位置モニターの導入に取り組んだ結果、測定効率とスペクトル分解能を格段に向上させることができた。これにより、化学シフト参照試料の探索のために、様々な窒素化合物水溶液および溶媒試料中の17Nスペクトルを測定することができ、窒素置換を示唆する液体試料として、シアン化カリウム、亜硝酸ナトリウムおよびアンモニアの水溶液が有望であることがわかった。2021年度は、シムコイルを導入して静磁場一様性を高めることに成功した。これにより測定効率を前年度よりも約1.5倍向上させることができた。これまでに発見した２本の共鳴線のうち、低周波数側のピークについては、17N核と水素核1Hによるスピン-スピン結合により分裂していることがほぼ明らかになってきた。これは水に打ち込んだ窒素が水素と化学結合状態を形成していることの明確な証拠となる。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a small Beta-NMR system using Halbach Array permanent magnet (2021)
  • 著者名/発表者名: Kimura Y.、Mihara M.、Matsuta K.、Fukuda M.、Otani Y.、Takayama G.、Izumikawa T.、Noguchi N.、Ogose M.、Sato M.、Takatsu K.、Ohtsubo T.、Takahashi H.、Momota S.、Okumura H.、Moriguchi T.、Ozawa A.、Kitagawa A.、Sato S.
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 243 ページ: 1, 1-7
  • DOI: 10.1007/s10751-021-01789-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution β-NMR of short-lived spin-1/2 nucleus 17N implanted into water (2021)
  • 著者名/発表者名: Mihara M.、Otani Y.、Kimura Y.、Wakabayashi R.、Noguchi N.、Ogose M.、Izumikawa T.、Takahashi H.、Sato M.、Takatsu K.、Takayama G.、Momota S.、Okumura H.、Fukuda M.、Fukutome M.、Nishimura D.、Matsuta K.、Minamisono T.、Ohtsubo T.、Ozawa A.、Nagatomo T.、Kitagawa A.、Sato S.
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 242 ページ: 49, 1-7
  • DOI: 10.1007/s10751-021-01773-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of spin polarized 19O beam to the study of oxygen motion in solid oxide fuel cell materials (2021)
  • 著者名/発表者名: Otani Y.、Mihara M.、Matsuta K.、Fukuda M.、Wakabayashi R.、Okimoto N.、Fukutome M.、Kimura Y.、Takayama G.、Izumikawa T.、Noguchi N.、Ogose M.、Sato M.、Takatsu K.、Ohtsubo T.、Nishimura D.、Takahashi H.、Sugawara S. 他10名
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 242 ページ: 47, 1-6
  • DOI: 10.1007/s10751-021-01776-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] ハルバッハ配列永久磁石を用いた小型β-NMR装置の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村容子、三原基嗣、松多健策、福田光順、大谷優里花、高山元、泉川卓司、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、大坪隆、髙橋弘幸、百田佐多生、奥村寛之、森口哲朗、小沢顕、北川敦志、佐藤眞二
  • 雑誌名: 令和二年度「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VII」研究会報告書 巻: KURNS-EKR-13 ページ: 37-40
• [雑誌論文] 溶液中のβ-NMR分光のための高分解能化について (2021)
  • 著者名/発表者名: 三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、大谷優里花、木村容子、福留美樹、高山元、南園忠則、西村太樹、高橋弘幸、泉川卓司、大坪隆、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、百田佐多生、小沢顕、長友傑、北川敦志、佐藤眞二
  • 雑誌名: 令和二年度「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究VII」研究会報告書 巻: KURNS-EKR-13 ページ: 41-44
• [雑誌論文] 酸化物形燃料電池材料YSZ中19Oのスピン格子緩和時間の温度依存性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大谷優里花、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、沖本直哉、福留美樹、木村容子、高山元、泉川卓司、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、大坪隆、西村太樹、髙橋弘幸、菅原奏来、Aleksey Gladkov、北川敦志、佐藤眞二、百田佐多生、奥村寛之、森口哲朗、小沢顕
  • 雑誌名: 令和二年度「短寿命 RI を用いた核分光と核物性研究 VII」研究会報告書 巻: KURNS-EKR-13 ページ: 45-48
• [学会発表] β‐NMR分光とイメージングのためのβ線トラッカーの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 溝井浩、三原基嗣、木村容子、杉崎尭人、高山元、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、松多健策、田中聖臣、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、北川敦志、佐藤慎二
  • 学会等名: 第36回 研究会「放射線検出器とその応用」
• [学会発表] 逆運動学を用いた低エネルギー核反応によるスピン偏極ビーム生成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三原基嗣、大谷優里花、木村容子、杉崎尭人、森口哲朗、矢野朝陽、冨田啓介、要直登、小沢顕、石山博恒、福留美樹、高山元、宇田隆佑、湯田秀明、福田光順、松多健策
  • 学会等名: 令和3年度京大複合研専門研究会「短寿命RI を用いた核分光と核物性研究VIII」
• [学会発表] β-NMR法によるイメージング用プログラムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 杉崎尭人、木村容子、高山元、田中聖臣、溝井浩、三原基嗣、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、松多健策、北川敦志、佐藤眞二
  • 学会等名: 令和3年度京大複合研専門研究会「短寿命RI を用いた核分光と核物性研究VIII」
• [学会発表] μ－SR法とβ-NMR法を用いたH2O中の窒素の化学状態の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村容子、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、大谷優里花、福留美樹、高山元、南園忠則、西村太樹、高橋弘幸、泉川卓司、大坪隆、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、百田佐多生、小沢顕、長友傑、北川敦志、佐藤眞二、久保謙哉、下村浩一郎、幸田章宏、竹下聡史
  • 学会等名: 令和3年度京大複合研専門研究会「短寿命RI を用いた核分光と核物性研究VIII」
• [学会発表] 偏極19Oビームを用いた固体酸化物形燃料電池材料YSZ中の酸素イオン伝導率の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大谷優里花、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、沖本直哉、福留美樹、木村容子、高山元、杉崎尭人、田口諒、泉川卓司、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、大坪隆、西村太樹、高橋弘幸、菅原奏来、Aleksey Gladkov、石山博恒、北川敦志、佐藤眞二、百田佐多生、奥村寛之、森口哲朗、小沢顕、冨田啓介、要直登、矢野朝陽
  • 学会等名: 令和3年度京大複合研専門研究会「短寿命RI を用いた核分光と核物性研究VIII」
• [学会発表] ベータNMRによる物性研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松多健策
  • 学会等名: 令和3年度京大複合研専門研究会「短寿命RI を用いた核分光と核物性研究VIII」
  • 招待講演
• [学会発表] β-NMR法を利用した3次元イメージング装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村容子、杉崎尭人、高山元、田中聖臣、溝井浩、三原基嗣、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、松多健策、北川敦志、佐藤眞二
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 逆運動学を用いた低エネルギー核反応によるスピン偏極19Oビーム生成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三原基嗣、大谷優里花、木村容子、杉崎尭人、森口哲朗、矢野朝陽、冨田啓介、要直登、小沢顕、石山博恒、福留美樹、高山元、宇田隆佑、湯田秀明、福田光順、松多健策
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] β-NMR法によるイメージング用プログラムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 杉崎尭人、木村容子、高山元、田中聖臣、溝井浩、三原基嗣、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、松多健策、北川敦志、佐藤眞二
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Chemical states of nitrogen in water studied by beta-NMR spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Mihara、Y. Ohtani、Y. Kimura、R. Wakabayashi、N. Noguchi、M. Ogose、T. Izumikawa、H. Takahashi、M. Sato、K. Takatsu、G. Takayama、S. Momota、H. Okumura、M. Fukuda、M. Fukutome、D. Nishimura、K. Matsuta、T. Minamisonoi、T. Ohtsubo、A. Ozawa、T. Nagatomo、A. Kitagawa、S. Sato
  • 学会等名: 3rd Int. Conf. on HYPERFINE Interactions and their Applications (HYPERFINE2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Production of spin polarized 19O beam and application to the study of solid oxide fuel cell materials (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohtani、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、R. Wakabayashi、N. Okimoto、M. Fukutome、Y. Kimura、G. Takayama、T. Izumikawa、N. Noguchi、M. Ogose、Y. Sato、K. Takatsu、T. Ohtsubo、D. Nishimura、H. Takahashi、S. Sugawara、A. Gladkov、A. Kitagawa、S. Sato、S. Momota、H. Okumura、T. Moriguchi、A. Ozawa
  • 学会等名: 3rd Int. Conf. on HYPERFINE Interactions and their Applications (HYPERFINE2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a small beta-NMR system using Halbach array permanent magnet (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、Y. Ohtani、G. Takayama、T. Izumikawa、N. Noguchi、M. Ogose、Y. Sato、K. Takatsu、T. Ohtsubo、H. Takahashi、S. Momota、H. Okumura、T. Moriguchi、A. Ozawa、A. Kitagawa、S. Sato
  • 学会等名: 3rd Int. Conf. on HYPERFINE Interactions and their Applications (HYPERFINE2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Production of spin polarized 19O beam and application to the study of solid oxide fuel cell materials (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohtani、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、M. Fukutome、Y. Kimura、G. Takayama、T. Izumikawa、N. Noguchi、K. Takatsu、T. Ohtsubo、D. Nishimura、H. Takahashi、A. Kitagawa、S. Sato、T. Moriguchi、A. Ozawa、N. Kaname、A. Yano、H. Ishiyama
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Research on the chemical state of nitrogen in H2O by μ－SR and β-NMR methods (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura、M. Mihara、K. Matsuta、M. Fukuda、Y. Ohtani、M. Fukutome、G. Takayama、T. Nishimura、H. Takahashi、T. Izumikawa、T. Otsubo、N. Noguchi、M. Ogose、K. Takatsu、A. Ozawa、M. K. Kubo、K. Shimomura、S. Sato、A. Kitagawa、A. Koda
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 酸素イオン伝導体YSZ中における短寿命核19Oのスピン格子緩和時間 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大谷優里花、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、沖本直哉、福留美樹、木村容子、高山元、泉川卓司、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、大坪隆、西村太樹、高橋弘幸、菅原奏来、Aleksey Gladkov、石山博恒、北川敦志、佐藤眞二、百田佐多生、奥 村寛之、森口哲朗、小沢顕、冨田啓介、矢野朝陽
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] μ－SR法とβ-NMR法によるH2O中の窒素の化学状態の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村容子、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、大谷優里花、福留美樹、高山元、南園忠則、西村太樹、高橋弘幸、泉川卓司、大坪隆、野口法秀、生越瑞揮、佐藤 弥紗、高津和哉、百田佐多生、小沢顕、長友傑、北川敦志、佐藤眞二、久保謙哉、下村浩一郎、幸田章宏、竹下聡史
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 物性プローブとしての高偏極不安定核ビーム生成法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三原基嗣
  • 学会等名: 2020 年度HIMAC 共同利用研究成果発表会
• [学会発表] β-NMR法を利用した3 次元イメージング装置の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村容子
  • 学会等名: 計測システム研究会2021～計測システム開発の現状と今後の展開～
• [学会発表] 短寿命核19Oを用いた固体酸化物形燃料電池材料YSZ中における酸素イオン伝導特性の 評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大谷優里花、三原基嗣、松多健策、福田光順、若林諒、沖本直哉、福留美樹、木村容子、高山元、泉川卓司、野口法秀、生越瑞揮、佐藤弥紗、高津和哉、大坪隆、西村太樹、高橋弘幸、菅原奏来、Aleksey Gladkov、石山博恒、北川敦志、佐藤眞二、百田佐多生、奥村寛之、森口哲朗、小沢顕、冨田啓介、要直登、矢野朝陽
  • 学会等名: 第47 回固体イオニクス討論会
• [学会発表] β-NMR法を利用した3次元イメージング装置の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村容子、杉崎尭人、高山元、田中聖臣、溝井浩、三原基嗣、福田光順、大谷優里花、福留美樹、田口諒、泉川卓司、野口法秀、高津和哉、大坪隆、松多健策、北川敦志、佐藤眞二
  • 学会等名: 日本量子医科学会第１回学術大会
• [学会発表] ベータNMR分光法による水中に入射したイオンの化学状態探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三原基嗣、大谷優里花、木村容子、若林諒、野口法秀、生越瑞揮、泉川卓司、高橋弘幸、佐藤弥紗、高津和哉、高山元、百田佐多生、奥村寛之、福田光順、福留美樹、西村太樹、松多健策、南園忠則i、大坪隆、小沢顕、長友傑、北川敦志、佐藤眞二
  • 学会等名: 日本量子医科学会第１回学術大会
• [備考] 大阪大学大学院理学研究科 原子核実験研究室
  • URL: http://nucl.phys.sci.osaka-u.ac.jp