電子衝撃法による分子の中性解離機構の解明とプラズマモデリングの高精度化

通过电子碰撞法阐明分子的中性解离机制并提高等离子体建模精度

• 批准号: 22K03588
• 负责人: 星野 正光
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Sophia University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03588/
• 关键词: 電子衝突; 分子解離; 質量分析; プラズマ素過程; 衝突断面積

本研究では、より現実に近いプロセスプラズマ中の挙動を理解するための高精度なプラズマモデリングを目指し、そこで利用される電子衝突断面積の中で、特に研究例のデータの少ない分子解離によって生成された正・負イオンやラジカルのプラズマ中での役割に着目した。プラズマ中における分子の解離過程の詳細な機構を原子・分子レベルで定量的に評価するため、これまで申請者が行ってきた電子衝撃法と出現質量分析法を組み合わせ、電子衝突が引き起こす分子の解離過程を直接観測することに特化した実験装置を新たに開発することを大きな目標とした。具体的には、第1電子銃から放出された低エネルギー電子と標的分子との衝突解離で生成された解離種を、第2電子銃で再び電離し質量分析する。これは、一般に中性粒子の検出が困難であり、２段階の衝突電離が必要であることに起因する。しかしながら、2回の衝突を扱う実験では信号強度が微弱なことが想定され、測定に長時間を要することが見込まれることから、ノイズやバックグラウンドの軽減が必要不可欠である。さらに、中性解離で生成され電離されたイオンは、第1電子銃で直接生成されたイオンと区別される必要があり、慎重なデータの解析と検証が必要でなる。この実験的な困難さが見込まれる本申請課題では、ゼロからの装置開発は、採択期間内ではほぼ不可能であったことから、既存の装置を一部改良して用いることにした。令和4年度では、既存の第1電子銃から直接生成されたイオンと中性解離した粒子を区別するための追い返し電極、質量分析部に標的分子が進入し第2電子銃で直接電離されるのを防ぐための差動排気機構を設計・開発し、そのための真空排気ポンプの増設を行った。さらに、既存の第1電子銃の電子ビーム軌道シミュレーションと実際の電子放出試験、質量分析器の動作確認までほぼ当初の計画通りに実施することができた。

在这项研究中，我们旨在实现高精度的等离子体建模，以了解更接近现实的过程等离子体中的行为，我们专注于分子解离产生的正，负离子和自由基的作用，而分子分离产生的是从研究示例中的数据，而在该研究示例中，在那里使用了电子碰撞部分。为了定量评估在原子和分子水平下血浆分子解离过程的详细机制，主要目标是将电子影响方法和新兴质谱法相结合，申请人先前已经实施，并开发了一种新的实验设备，以直接观察到由电子磨练产生的分离过程。具体而言，通过第二个电子枪和质量分析，再次将从第一电子枪和靶分子的低能电子和靶分子之间的碰撞解离产生的分解物种。这是因为通常很难检测到中性颗粒，并且需要两个影响电离的阶段。但是，在处理两次碰撞的实验中，预计信号强度将是弱的，预计测量需要很长时间，因此减少噪声和背景是必不可少的。此外，必须将通过中性分离产生和电离的离子与第一个电子枪直接生成的离子区分开，需要仔细分析和验证数据。在预计实验性困难的情况下，在收养期内几乎不可能从头开始开发设备的开发，因此我们决定使用现有设备的一些改进。在2022年，我们设计并开发了一种重定向电极，以区分直接从现有的第一电子枪和已中性分离的颗粒产生的离子，以及一种差分排气机制，以防止目标分子进入质量分析部分并通过第二电子枪直接电离，并为此添加真空吸气泵。此外，现有的第一电子枪，实际电子排放测试和质量分析仪的操作确认的电子束轨道模拟几乎完全按计划进行。