高エネルギー重イオン誘起水中化学反応の時間・空間解析研究

高エネルギー重イオン照射によって水中起こる化学反応を解明するために、照射直後に生成する活性種の挙動について、エネルギー付与分布に基づいたトラック内化学反応の時間・空間解析を行うことを目的とした。そのために、申請期間で下記の研究を行った。(1)活性種の時間的挙動を直接観測できるナノ秒時間分解分光システムの構築:世界で初めての高エネルギー重イオンの誘起する水中化学反応をナノ秒の時間分解能で測定できる装置を構築した。重イオンの飛程の短さと分析光に付随する測定上の困難さを克服するために、シンチレータからの発光を分析光とした、時間分解能1ナノ秒以下の時間分解吸収分光法を開発し、水和電子の光吸収現象を観測することに成功した。(2)活性種収率の核種、比エネルギー及び時間解析:初期活性種収率は、重イオンの質量や比エネルギー、及び照射後の時間経過によって決定される。この反応収率(微分収率)を見積もるための照射及び解析方法を確立した。水中の放射線化学反応において、非常に重要な役割を担うOHラジカルの収率について、上記3条件のうち2つを一定にして比べると、(a)比エネルギーの減少、(b)原子番号の増大、及び(c)照射後の時間経過のいずれにも伴い、小さくなることが分かった。つまり、重イオンに特徴的な照射効果について、初めて実験的に3つのパラメータで系統的に評価することができた。これらの結果に基づき、重イオン誘起反応の物理的過程から化学的過程への移行が議論できることになった。さらに、初期活性種の初期分布やその後の拡散や反応など時間分解3次元化学反応モデルの構築が期待される。従来から用いられているLET(線エネルギー付与)とは異なる、照射イオンの質量とエネルギーを用いた照射効果を表す新規パラメータの提案が可能となる。

高エネルギー重イオン照射によって水中起こる化学反応を解明するために、照射直後に生成する活性種の挙動について、エネルギー付与分布に基づいたトラック内化学反応の時間・空間解析を行うことを目的とした。そのために、申請期間で下記の研究を行った。(1)活性種の時間的挙動を直接観測できるナノ秒時間分解分光システムの構築:世界で初めての高エネルギー重イオンの誘起する水中化学反応をナノ秒の時間分解能で測定できる装置を構築した。重イオンの飛程の短さと分析光に付随する測定上の困難さを克服するために、シンチレータからの発光を分析光とした、時間分解能1ナノ秒以下の時間分解吸収分光法を開発し、水和電子の光吸収現象を観測することに成功した。(2)活性種収率の核種、比エネルギー及び時間解析:初期活性種収率は、重イオンの質量や比エネルギー、及び照射後の時間経過によって決定される。この反応収率(微分収率)を見積もるための照射及び解析方法を確立した。水中の放射線化学反応において、非常に重要な役割を担うOHラジカルの収率について、上記3条件のうち2つを一定にして比べると、(a)比エネルギーの減少、(b)原子番号の増大、及び(c)照射後の時間経過のいずれにも伴い、小さくなることが分かった。つまり、重イオンに特徴的な照射効果について、初めて実験的に3つのパラメータで系統的に評価することができた。これらの結果に基づき、重イオン誘起反応の物理的過程から化学的過程への移行が議論できることになった。さらに、初期活性種の初期分布やその後の拡散や反応など時間分解3次元化学反応モデルの構築が期待される。従来から用いられているLET(線エネルギー付与)とは異なる、照射イオンの質量とエネルギーを用いた照射効果を表す新規パラメータの提案が可能となる。