| 研究課題/領域番号 |
25410062
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
小林 義男 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (30221245)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | インビーム・メスバウアー分光法 / 固体アルゴン / 固体キセノン / 孤立原子 / 電荷移動 / イオン化エネルギー |
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| 研究概要 |
我々が開発したインビーム・メスバウアー分光法は、典型的メスバウアー核種である57Feの短寿命親核57Mn（半減期 1.45分）をプローブ核として試料中に直接注入しながらその場でメスバウアースペクトルを測定する高感度の分光法である。本分光法では、極希薄濃度の条件下でのプローブ核の電子状態や化学状態についての知見を発光メスバウアースペクトルから得ることができる。
本年度は、放医研HIMACの二次ビームコースで57Mnビームを使った57Feインビーム・メスバウアー分光実験を行なった。まず孤立したプローブ核の単原子反応を研究するため、低温希ガス固体（ArとXe）中に注入した57Mnのインビーム・メスバウアースペクトルを測定した。ガス固体試料作製の時における不純物の凝集を可能な限り排除するために十分真空排気した後、真空度1E－3 Pa程度を保持しながら希ガスをマスフローコントローラで制御しながら、液体ヘリウムで18 Kに冷却されたAl基板上に凝集させてガス固体試料を作製した。これらをマトリックスとして、57Mnイオンを注入しながら核壊変後生成した57Feの励起準位から放射されるメスバウアーガンマ線を平行平板電子なだれ型検出器を用いてインビーム・メスバウアースペクトルを観測した。
得られたメスバウアーパラメータとORCAプログラムの分子軌道計算結果から、Fe原子の電子状態を考察した。アルゴン固体に注入した57Mnインビーム・メスバウアースペクトルには57Fe(I)(3d7)のみが得られた。これはβ壊変によって格子欠陥を作らないこととアルゴンと鉄イオン間の電荷移動によって励起状態である57Fe(I)(3d7)のみが得られたと説明できた。キセノン固体中では自由電子の移動が無視できなくなるため、基底状態の57Fe(I)(3d64s)の他、中性のFe(0)(3d64s2)とFe(0)(3d74s)が観測された。57Mnビームを用いたインビーム手法により新奇化学種の合成研究への発展が十分に可能であることが示された。
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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
不安定核57Mnビームを用いた本研究は、従来の57Coを使った発光実験では得られなかった結果を示した。壊変様式の相違とそれに伴うオージェ過程の影響が原因であると考えられる。今回得られた研究成果は、メスバウアー効果の応用に関する国際会議 (ICAME2013)での口頭発表や、Chemical Rhysics Letter誌ならびにHyperfine Interactions誌で報告した。β-γ同時計測法による時間分解メスバウアー分光の開発についても、イオン源国際会議(ICIS13)やアジア太平洋放射化学国際シンポジウム(APSORC)で発表した。以上のことから、本研究は順調に進展していると考える。放医研HIMACの課題審査委員会から、平成25年度研究成果報告で高い評価をいただいた。
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| 今後の研究の推進方策 |
ガス固体マトリックス中に化学活性種（ヨウ素やメタン、エチレン）を添加したマトリックスを作製し、孤立プローブ原子の電子状態と反応過程の時間分割測定をする。57Mnのβ壊変で放出されるβ線をスタート信号に、第一励起準位からのメスバウアーガンマ線をストップ信号とした同時計数法による時間分解インビーム・メスバウアー分光法で配位不飽和な不安定化学種の配位環境とFe原子の電子状態の微小時間変化を追跡し、孤立原子の電子ダイナミクスを明らかにする。
平成26年度の放医研HIMAC課題評価委員会からマシンタイムが承認され、実験が進展できる環境にある。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
溶媒の影響を排除した特異な環境で作られる化合物は、通常の化学操作では得られない配位不飽和でエキゾチックな化学種が作られると期待できる。現在ガス固体の作製と保持には、ヘリウムガス循環型閉サイクル冷凍機を使用しているが、到達温度が18 Kと十分な低温とは言い難い。液体ヘリウムを用いたクライオスタットを試作してテストを行なったが問題点があった。その改良を施すための変更を行なう予定であったが年度内には達成できなかった。
液体ヘリウムフロー型クライオスタットに挿入するヒートシールドならびに窓材を改良することで、5 K程度の十分な低温でガス固体を作製保持できる。現在、その設計を行なっており発注できる体制にある。
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