Theoretical study of physicochemical process for water photolysis and radiolysis

水光解和辐射分解物理化学过程的理论研究

• 批准号: 22K04993
• 负责人: 甲斐 健師
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for 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-22K04993/
• 关键词: 水の光分解・放射線分解; モンテカルロコード

水の光分解・放射線分解に関する最先端の基礎研究は、生命科学における放射線DNA損傷や原子力科学における水化学の新たな知見となるため社会的関心が非常に高い。その過程は、物理・物理化学・化学過程に分類される。その中でも特に、化学活性種の初期生成に相当する物理化学過程は、実験・シミュレーション共に非常に困難であり、多くの未解明メカニズムが存在する。本研究では、物理化学過程に特化した計算コードを高度化することで、ラジカルの初期生成メカニズムを解明し、得られた結果を化学過程に接続することで、水分解の全貌解明を目指す。この基礎科学における新展開は、自然科学におけるブレークスルーとなり、水分解が関与する生命科学・原子力科学のみならず様々な分野のイノベーションに貢献する。令和4年度は、水の放射線分解により生じる、化学活性種の一種である水和電子の生成メカニズムについて理論的研究を実施した。その結果、水和電子の初期収量を理論予測するには、放射線分解の結果生じる二次電子の空間分布を第一原理計算する必要があることが分かった。本研究により得られた水和電子の初期収量は実験結果を再現することを示した。水の光分解に関しては、エネルギー付与の結果生じる電子の空間分布を理論予測し、化学過程の実験結果から予測された分布と一致することを示した。これにより、放射線物理と放射線化学の理論的融合研究に成功した。これらの成果は、今後展開する水分解の全貌解明に向けた基礎基盤となる。

关于水的光降解和放射分解的尖端基础研究引起了人们的极大关注，因为它为生命科学和核科学水科学中的辐射DNA损害提供了新的见解。该过程分为物理，物理，化学和化学过程。其中，在实验和模拟中，与初始产生的化学活性物种相对应的物理和化学过程尤其困难，并且有许多无法解释的机制。这项研究旨在通过改进专门用于物理化学过程的计算代码来阐明自由基的初始产生的机理，并将获得的结果与化学过程联系起来，以了解水的全部分解程度。基础科学领域的这一新发展将是自然科学的突破，并将为各种领域的创新做出贡献，而不仅仅是涉及水分分解的生命科学和核科学。在2022年，对水合电子产生的机制进行了理论研究，水合电子的产生是一种化学活性物种，是通过辐射水的辐射分解产生的。结果，发现为了理论上预测水合电子的初始产量，有必要第一原理计算得出的辐射分解引起的二次电子的空间分布。结果表明，从这项研究获得的水合电子的初始产量再现了实验结果。关于水的光解，从理论上预测了由能量产生的电子的空间分布，这表明它们与化学过程实验结果预测的分布一致。这导致了对辐射物理和辐射化学的成功进行理论融合研究。这些结果为对未来水分分解的全面理解奠定了基础。