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2019 年度 研究成果報告書

テラヘルツ・赤外分光法を用いた水分子の核スピン転換機構の解明

研究課題

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研究課題/領域番号 18K14182
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2019)
学習院大学 (2018)

研究代表者

山川 紘一郎  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (60633279)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード核スピン転換 / 水クラスター / テラヘルツ吸収分光 / 赤外吸収分光 / 第一原理計算
研究成果の概要

水分子,重水分子を希ガス固体中に分離し,赤外吸収分光法を用いて,核スピン転換速度を測定した.転換速度の温度依存性が,代表者が考案した「分子単量体の転換モデル」によって良く再現されることを示し,モデルの妥当性を証明した.水分子クラスターについては,60-7000 cm-1という広範な波数域を網羅するテラヘルツ・赤外吸収分光法と,新たに開発した第一原理計算法を用い,未解明であった2, 3, 4量体の分子間振動モードを特定した.そして,2量中の水分子の核スピン転換を観測することに初めて成功した.また,異種クラスターの転換研究の基盤となる,「水素,メタン分子単量体の核スピン転換速度」を決定した.

自由記述の分野

分子分光

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で検証した「核スピン転換モデル」は,水以外の分子にも適用可能である.このモデルを用いることで,天体の熱履歴の解明,核スピン異性体の存在比の制御が可能になる.さらに本研究では,「メタン分子の3種異性体間の転換」,「マトリックス中の水素分子の転換」を世界で初めて観測しており,この点からも「単量体の転換研究」を大きく発展させたと言える.
本研究により確定した,水クラスターの2,3,4量体によるテラヘルツ吸収の帰属は,大気中における水蒸気の温室効果の評価に不可欠である.また,理論的に予測されていた「クラスター中の核スピン転換」を初めて観測したことは,今後この分野の研究を発展する際の礎となる.

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公開日: 2021-02-19  

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