インビーム・メスバウアー分光法による孤立プローブ核の化学反応の研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25410062
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 小林 義男 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (30221245)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: インビーム・メスバウアー分光法 / 発光メスバウアー分光 / RIビーム / ガスマトリックス / 固体エチレン / 孤立原子 / 化学結合 / 核プローブ

Outline of Annual Research Achievements

我々の開発してきたインビーム・メスバウアー分光法は、典型的メスバウアー核種57Feの短寿命親核57Mn（半減期 1.45分）をプローブ核として直接試料にイオン注入しながら、その場で発光メスバウアースペクトルをオンライン測定する研究手法である。得られたメスバウアーパラメータとDFT計算より、極希薄濃度で試料中に孤立している57Feプローブ核の電子状態や配位環境、動的振る舞いについての知見を得ることが可能である。
本年度も昨年度に引き続き、放射線医学総合研究所重イオン加速器施設HIMACの二次ビームコースで57Mnビームを用いた57Feインビーム・メスバウアー分光実験を継続して行なった。エチレンとアルゴンの混合ガスを18 Kに冷却した金属基板に凝集させた低温ガスマトリックスを測定対象とした。これに、57Mnを直接イオン注入し、57Mnのβ壊変後に誕生する57Feの第一励起状態から放出した14.4keVのγ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（異性体シフト、四極分裂）とDFT計算結果を合わせて、57Fe原子とエチレン分子との化学結合と生成化学種について考察を行なった。今回の実験で得られたスペクトルは、Fe(C2H4)とFe(C2H4)2の2種類の化学種に帰属することができたと考えている。
また、57Mnのβ崩壊で放出するβ線とメスバウアーγ線のβ-γ同時計数法を開発し、β崩壊後の時間を分割したインビーム・メスバウアースペクトルの観測にも成功した。これにより、マトリックス分子との化学反応をナノ秒オーダーの時間で追跡することが可能となった。

Research Products

• [Journal Article] Study on chemical reactions of isolated Mossbauer probes in solid gas matrices using in-beam Mössbauer spectroscopy (2016)
  • Author(s): S. Tanigawa, Y. Kobayashi, Y. Yamada, M. Mihara, M. K. Kubo, J. Miyazaki, W. Sato, T. Nagatomo, D. Natori, Y. Sato, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Journal Title: Hyp. Int. Volume: 237 Pages: 12611-12618
  • DOI: 10.1007/s10751-016-1261-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mossbauer spectra obtained using β-γ coincidence method after 57Mn implantation into LiH and LiD (2016)
  • Author(s): Y. Sato, Y. Kobayashi, Y. Yamada, M. K. Kubo, M. Mihara, T. Nagatomo, W. Sato, J. Miyazaki, S. Tanigawa, D. Natori, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Journal Title: Hyp. Int. Volume: 237 Pages: 12990-12997
  • DOI: 10.1007/s10751-016-1299-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ガス固体に注入した孤立Fe原子の化学状態 (2015)
  • Author(s): 谷川祥太郎，佐藤祐貴子，小林義男，山田康洋，久保謙哉，三原基嗣，長友 傑，宮崎 淳，佐藤 渉，北川敦志，佐藤眞二
  • Journal Title: 京都大学原子炉実験所専門研究会専門研究会報告「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究」KURRI-KR Volume: 202 Pages: 24-27
• [Presentation] In-beam Mossbauer Spectra of 57Mn Implanted in Mixed Matrices of CH4 and Ar (2015)
  • Author(s): S. Tanigawa, Y. Kobayashi, Y. Yamada, M. K. Kubo, M. Mihara, T. Nagatomo, W. Sato, J. Miyazaki, Y. Sato, D. Natori, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (PACIFICHEM 2015)
  • Place of Presentation: Honolulu (USA)
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Time-resolved In-beam Mossbauer Spectra Obtained After 57Mn Implantation in LiH (2015)
  • Author(s): Y. Sato, Y. Kobayashi, Y. Yamada, M. K. Kubo, M. Mihara, T. Nagatomo, W. Sato, J. Miyazaki, S. Tanigawa, D. Natori, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (PACIFICHEM 2015)
  • Place of Presentation: Honolulu (USA)
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ガス固体に注入した孤立Fe原子の化学状態 (2015)
  • Author(s): 谷川祥太郎，佐藤祐貴子，小林義男，山田康洋，久保謙哉，三原基嗣，長友 傑，宮崎 淳，佐藤 渉，北川敦志，佐藤眞二
  • Organizer: 京都大学原子炉実験所専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究」
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 2015-11-04 – 2015-11-05
• [Presentation] Study on chemical reactions of isolated Mossbauer probes in solid gas matrices using in-beam Mössbauer spectroscopy (2015)
  • Author(s): S. Tanigawa, Y. Kobayashi, Y. Yamada, M. Mihara, M. K. Kubo, J. Miyazaki, W. Sato, T. Nagatomo, D. Natori, Y. Sato, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Organizer: International Conference of the Applications of Mössbauer Effect (ICAME2015)
  • Place of Presentation: Hamburg (Germany)
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mossbauer spectra obtained using β-γ coincidence method after 57Mn implantation into LiH and LiD (2015)
  • Author(s): Y. Sato, Y. Kobayashi, Y. Yamada, M. K. Kubo, M. Mihara, T. Nagatomo, W. Sato, J. Miyazaki, S. Tanigawa, D. Natori, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Organizer: International Conference of the Applications of Mössbauer Effect (ICAME2015)
  • Place of Presentation: Hamburg (Germany)
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research