宇宙空間におけるクラスレートハイドレートの形成メカニズム

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本研究の目的は、超高真空条件におけるアモルファス氷から CO2 ハイドレートへの相転移機構を明らかにし、CO2 ハイドレートが宇宙空間のどこにどのような構造で存在するかを示すことにある。星間分子雲において鉱物微粒子上に凝集した水はアモルファス氷として存在することが知られているが、CO2 を含むアモルファス氷が一時的な昇温に伴って CO2 ハイドレートに相転移する可能性が示唆されている。これまでの研究から、CO2 を含むアモルファス氷を昇温した場合、100 K 付近でCO2 ハイドレートへ相転移する現象が見出されているが、その結晶相の構造特定には至っていない。本研究では、電子線回折法、赤外分光法、中性子回折法を用いた構造解析と超高真空極低温透過型電子顕微鏡観察により、アモルファス氷から生成する CO2 ハイドレートの構造特定を特定し、相転移機構を解き明かすことを目標としている。2022年度は、前年度までに構築したその場観察用低温真空チャンバーを用いて 6 K から170 K の広い温度範囲で氷試料を蒸着し、赤外分光法および電子線回折法を用いて蒸着条件および蒸着後の温度履歴に応じた構造変化の過程を解析した。この結果により、アモルファス氷の相転移温度が蒸着温度に依存して変化することが明らかになっている。今後はさらに組成の異なる蒸着試料を生成して昇温実験を行い、構造変化のメカニズムを解析する予定である。