量子固体を用いた低温固相内化学反応とその圧力効果の研究

利用量子固体研究低温固相化学反应及其压力效应

• 批准号: 14740336
• 负责人: 熊田 高之
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740336/
• 关键词: 水素イオン; 電子スピン共鳴; 凝縮相放射線化学; 固体水素; 超短パルスレーザー; 低温化学; エネルギー緩和; コヒーレント反ストークスラマン分光; 水素; トンネリング; 極低温化学反応; ESR; 量子拡散; 量子固体; ナノ粒子; 超流動; 量子媒体; トンネル反応; CARS; 極低温

放射線照射した固体水素中に生成するイオン種の研究は1980年代から広く行われている。しかしながらその信号はこれまで観測されることがなかった。報告者は高純度固体パラ水素を用いた高分解:能電子スピン共鳴分光法を用い、放射線照射した固体パラ水素中に等価な4本線の信号を観測し、理論計算と比較検討した結果それらがH_6^+イオンであることを示した。またその後の研究から重水素分子を1%程度含むパラ水素固体において4本線が重水素の核スピンによりさらに分裂したH_4D_2^+のシグナルを観測することに成功し、上記の同定が確かなものであることが確認された。電子スピン共鳴信号強度から決定された固体水素の放射線分解によるH_6^+の収率は、赤外分光により決定された全イオン種のそれに極めて近い。この結果放射線照射により固体水素中に生成する主イオン種はH_6^+であることが強く示唆される。一方で水素ガスを放射線分解したときにできるイオン種はH_3^+であり、このH_3^+が宇宙空間における化学反応を支配する重要な化学種として広く知られている。今回の研究結果は固体中における放射線誘起反応が気相中におけるそれと大きく異なる典型例が、水素イオンという単純かつ主要な化学種においても引き起こされることを示したものである。報告者はまた低温固相中における化学種のエネルギー緩和を研究すべく、超短パルスレーザーを用いた固体クリプトン中におけるヨウ素分子の振動量子状態のエネルギー及び位相緩和をコヒーレント反ストークスラマン分光法により調べた。緩和速度を7〜40Kの温度範囲、1【less than or equal】19の振動量子状態において測定した結果、エネルギー緩和は4つのフォノンを瞬時生成する過程、位相緩和は固体中に既存するフォノンとの弾性散乱が支配的であることを示した。

自 20 世纪 80 年代以来，人们广泛开展了对受辐射照射的固体氢中产生的离子物种的研究。然而，这个信号以前从未被观察到。作者利用高纯度固体仲氢的高分辨率电子自旋共振光谱观察了辐射照射下的固体仲氢中的四个等效信号，并与理论计算结果进行了比较，结果表明它是H_6^+离子。另外，随后的研究成功地观察到在含有约1%氘分子的仲氢固体中由于氘的核自旋而进一步分裂出4条线的H_4D_2^+信号，证实了上述鉴定的存在。由电子自旋共振信号强度测定的固体氢辐射分解H_6^+的产率与红外光谱测定的总离子种类的产率非常接近。结果强烈表明，固体氢中辐射照射产生的主要离子种类是H_6^+。另一方面，氢气辐射分解时产生的离子物种是H_3^+，并且该H_3^+被广泛认为是控制外层空间化学反应的重要化学物种。这项研究的结果表明，固体中辐射诱发反应的典型例子与气相中的辐射诱发反应显着不同，也是由氢离子这种简单而主要的化学物质引起的。为了研究低温固态中化学物质的能量弛豫，作者还利用相干反斯托克斯拉曼光谱Ta研究了固体氪中碘分子振动量子态的能量和相位弛豫。 。测量7～40 K温度范围、1[小于或等于]19个振动量子态下的弛豫率，结果发现，能量弛豫是瞬时产生4个声子的过程，相位弛豫是瞬时产生4个声子的过程。结果表明，弹性散射占主导地位。

项目成果

平出哲也, 熊田高之: "Positronium formation reaction of polarized positrons and polarized electrons"Materials Science Forum. 301-303. 445-446 (2004)

Tetsuya Hiraide、Takayuki Kumada：“极化正电子和极化电子的正电子形成反应”材料科学论坛 301-303 (2004)。

CARS Study of Deuterium Clusters Stabilized in Solid Helium

固态氦中稳定的氘簇的 CARS 研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Experimental and Theoretical Physics 99(4)
• 作者: M.Ishiguro et al.;E.B.Gordon et al.
• 通讯作者: E.B.Gordon et al.

T.Miyazaki, H.Fukuta, S.Hanabusa, T.Kumada, J.Kumagai: "Suppression and enhancement of tunneling ion recombination of electron bubbles in solid parahydrogen-orthohydrogen mixtures at 4.2 K. Controlling factors of tunneling reaction"Chemical Physics Letter

T.Miyazaki、H.Fukuta、S.Hanabusa、T.Kumada、J.Kumagai：“4.2 K 下固体仲氢-正氢混合物中电子泡的隧道离子复合的抑制和增强。隧道反应的控制因素”《化学物理快报》

中嶋暉, 植田勇人, 熊田高之, 荒殿保幸: "銅-過酸化水素系でのヒドロキシラジカル生成反応と該系における微生物の挙動"磁気共鳴と医学. 13. 47-50 (2002)

Akira Nakajima、Hayato Ueda、Takayuki Kumada、Yasuyuki Aradono：“铜-过氧化氢系统中的羟基自由基产生反应以及系统中微生物的行为”《磁共振与医学》13. 47-50 (2002)。