原子衝突学会誌 2013 年第 10 巻第 2 号
Journal of atomic collision research, vol. 10, issue 2, 2013.

しょうとつ

原子衝突学会 2013 年 3 月 15 日発行
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原子衝突学会賛助会員(五十音順)
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アドキャップバキュームテクノロジー株式会

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株式会社 ラボラトリ・イクイップメント・コーポレーション

28

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しょうとつ
第 10 巻 第 2 号
目 次（シリーズ） 宇宙と原子
第六回
星間分子
市川 行和
－希薄で冷たい宇宙空間にもさまざまな分子がある－（解説）

静電型イオン蓄積リングを用いた原子分子物理(I)… 30

城丸 春夫，
東 俊行… 33（原子衝突のキーワード） コヒーレント共鳴励起

中野 祐司

… 42

（談話室）

森林 健悟

… 43

「異分野間の壁：用語の定義の相違」… 46

第 29 回化学反応討論会のお知らせ
国際会議発表奨励事業に関するお知らせ

庶務幹事

… 46

「しょうとつ」原稿募集

編集委員会

… 47
… 47

今月のユーザー名とパスワード

29

シリーズ

「宇宙と原子」
第六回 星間分子－希薄で冷たい宇宙空間にもさまざまな分子がある－
市川行和
yukitikawa@nifty.com
平成 24 年 12 月 25 日原稿受付

星と星の間の空間は，決して真空ではなく，ガスと固体微粒子から成る星間物質で充たされている．その密度の相対的に大きいところは星間雲と呼ばれている．中でもやや高密度(102-106cm-3)で低温(10–100 K)のところは主に水素分子から成っており，星間分子雲と呼ばれて，星形成の現場である．星は星間物質が自己重力で収縮することにより形成されるが，収縮に伴う圧力の上昇を抑えるには原子分子(特に分子)による放射冷却が欠かせない．また厳密にいうと星間雲
ではないが，ある種の星のまわりにはその星から放出された物質や，星の形成の際に取り残され図 1: 野辺山電波望遠鏡を用いて観測された星

たガスや微粒子が取り巻いており ，星周外層

IRC+10216 の外層の電波スペクトル(の一部)．い(circumstellar envelope)と呼ばれている．ここにもくつかの分子輝線が記録されている．記号 U は観分子が存在し，その振る舞いは星間分子雲の場

測当時未同定だったもの．横軸は周波数(GHz合と同じであり，しばしば一緒に議論される．

単位)，縦軸はアンテナ温度で受信波の強度に相

分子雲には水素分子のほかにさまざまな分子当する．(文献 [2] より転載)が見つかっている(現在 180 種程度が確認されている) [1]．温度が 10 K 程度でも励起可能なのは分子の回転状態である．分子の回転状態間の遷

星間分子のスペクトルの一例を図 1 に示す．こ

移に伴うマイクロ波(主としてミリ波)の吸収・放出

れは星周外層 IRC+10216 の分子スペクトルでを観測することで，分子の検出が行われる．これ

国立天文台野辺山の電波望遠鏡を用いてには地上の電波望遠鏡が用いられる．軽い分子28-50 GHz を掃引観測したものの一部(33-34(水素分子や水)の低い励起状態の検出にはサGHz)である [2]．いくつかの分子の輝線が見え

ブミリ波や遠赤外光の観測が必要になる．そのるが，対応する分子が観測当時不明のものもあり

場合は大気中の水蒸気による吸収を避けるため

図では U と書いてある．これについては後で述に，高地にいくか，人工衛星などを用いて地球

べる．
星間雲中で分子を作るには次の条件が必要

大気の外へ出なくてはならない．なお，一部の分である：

子は赤外や可視光の観測でも確認されている．

① 密度が低いので 2 体衝突に限る② 発熱反応で，活性化エネルギーがゼロあ
るいはきわめて低いもの

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30

これらの条件をみたすのは 2 体のイオン・分子衝
突であるが，一部の中性原子分子反応(特にラジカルの関与するもの)も低温で大きな反応速度定数をもつ．現在主流になっている星間分子生成のシナリオは次のようなものである：(1) 圧倒的に多い水素原子が後述の方法で水素分子になる．
(2) 宇宙線粒子との衝突で水素分子がイオン
図 2: 化学モデルによる計算と観測値との比較の化する．
+

例．星周外層 IRC+10216 で観測されたいくつか(3) H2 気体中で H2 ができると直ちに
+

+

→ H3

H2 + H 2の分子および負イオンについて比較したもの．縦+ H+

軸は柱密度を表す．○は観測値，■は化学モデが起こり，H3 ができる．
+

ルの値．詳細は文献 [1] を参照．(文献 [1] より(4) H3 を種にしてさまざまな分子の形成が行転載)われる．たとえば，++ O → OH

H3

OH

+

+

+ H2 → H2O+ H2+

実験室で決めた C6H － の回転定数は 1336.86+ H

MHz で，それを使うと図 1 で未同定であった輝H2O+ + H2 → H3O+ + H
H3O+ +

e →線のいくつか(たとえば，図 1 の上図左端 33.04

H2O + HGHz にあるもの)を説明できる．つまり約 10 年前により水分子が作られる．

に Kawaguchi らが発見していたものであった．

水素分子を水素原子から 2 体衝突でつくることはこの負イオンの生成は放射性電子付着

不可能ではないがきわめて効率が悪い．そこで

e + C6H → C6H－ + 光

現在では，星間雲のなかでの水素分子生成は固体微粒子の表面で行われると考えられている．
この反応は効率が良く(一種の 3 体衝突)，微粒によると考えられている．実際 C6H の電子親和力
はかなり大きく(3.8 eV)，この反応速度定数は計
算 [4] によると 10 K で子の量は少なくても十分な数の水素分子を作る

k = 3 × 10-7 cm3 s-1

ことができる．なお現在では，水素分子以外の分である．なお，実験値はまだ報告されていない．

子(たとえば上記の水分子)でも固体表面での反

現在ではほかにもいくつかの負イオンが観測さ応が重要であるとされている(詳しくは文献 [1]

れている．

を参照)．

星間雲中の分子は互いの反応を通じてそのこれまでに多数の分子が星間雲(および星周組成を変化させる．その時間変化を，反応方程外層)で発見されているが，その中には分子の正式を時間的に解くことでシミュレートすることを，イオンも相当数含まれている．しかし，負イオンは星間雲の化学モデルと呼ぶ．化学モデルは分子見つかっていなかった．分子の中には電子親和力が大きいものがあり，自由電子も存在するので，当然負イオンがあることが予想されていた．見つ雲の構造を理解するうえで重要な役割を果たすが，さらには，星間雲から星形成に至る過程の研究の一部となる．世界中でいくつかのグループ

からなかったのはひとえに負イオンが出す電波が組織的に化学モデルの研究を行っている [1]．

の波長が正確にわかっていなかったからである．

たとえば，マンチェスター大学のグループは 420

しかし 2006 年，McCarthy ら [3] は先に紹介したの分子種(原子やイオンを含む)について 4600 程IRC+10216 で負イオン C6H － を見つけた．彼ら

度の反応式を考えそれらを連立して解くことがではまず実験室で C6H－を作ってその回転スペクト

きる．また，オハイオ州立大学のグループのモデルを詳しく測り，その波長のところを NRAO(アメルの最新版は 468 の分子種について約 6000 のリカ国立電波天文台)の電波望遠鏡で観測する反応式を考慮する．ただし，これらのモデルで使ことにより初めての負イオンをみつけたのである．

われる反応速度定数のうち実験で求められたも

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31

の(特に分子雲に必要な 10 K 程度での値)は極[5] アルマについては http://alma.mtk.nao.ac.jp

めて少ない．理論値もそれほど多くはなく，かなりを参照のこと．

のものは経験的(”chemical intuition” と称する)に決められたものである．特に微粒子表面での反応についてはほとんどが推定値である．
モデル計算と観測値の比較の例を図 2 に示す．
これは前述の IRC+10216 での観測の一部を説明するもので，観測値とモデル計算の値を比べている．計算には上述のマンチェスター大学のモデルを用いた．図には，観測値と較べやすい
ように，密度を視線方向に積分したいわゆる柱密度(単位面積当たり)を示している．計算値の方に誤差棒がついているのは，使われた反応速度定数の精度を考慮して決められた計算結果の不確かさである．それを考慮しても観測との一致は良くない．その原因は，用いた反応速度定数の精度の見積もりが悪いか，考慮されていない重要な反応があるかであろう．関連する原子分子研
究の一層の進展が望まれる．
最後に昨年完成したアルマ望遠鏡について触れておこう．これはチリの標高 5000 m にあるアタカマ高地にあるもので，66 台のパラボラアンテ
ナを組み合わせた電波干渉計である．日本の国立天文台などが参加する国際プロジェクトである．
ミリ波，サブミリ波で観測し，高い感度と高精度の位置分解能を誇る．分子輝線や固体微粒子の熱放射を使って天体の微細構造を調べるのが主な目的である．また場所による存在分子の違い
から，物質の進化についての情報が得られる．
今まで見えなかった世界が，星間分子を通じて見えるようになることが期待される．関連する原子分子の研究の役割も増すに違いない [5]．

参考文献
[1] V. Wakelam et al., Space Sci. Rev. 156, 13(2010). 化学モデルについての総説であるが，星間分子の一覧表も掲載されている．
[2] K. Kawaguchi et al., Publ. Astron. Soc.
Japan 47, 853 (1995).
[3] M.C. McCarthy et al., Astrophys. J. 652,
L141 (2006).
[4] E. Herbst and Y. Osamura, Astrophys. J. 679,
1670 (2008).
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32

解

説

静電型イオン蓄積リングを用いた原子分子物理(I)
城丸春夫，東俊行
首都大学東京分子物質化学専攻 〒 192-0397 東京都八王子市南大沢 1-1
理化学研究所東原子分子物理 〒 351-0198 埼玉県和光市広沢 2-1
shiromaru-haruo@tmu.ac.jp
平成 24 年 1 月 21 日原稿受付

イオンビームの軌道を静電場のみで制御して周回・蓄積する静電型イオン蓄積リング(ここでは E-ring と略記する)の出現から約 15 年が経過した．既に世界で 5 台の E-ring が稼働しており，さらにいくつかの
新規 E-ring の製作が進んでいる．本稿では着実な広がりを見せている E-ring 実験について，その概要を解説するとともに，首都大においてリング製作から現在に至った経緯を振り返る．ただし後者には多分に個人的な感想が含まれていることをご了承いただきたい．なお続編では，現在首都大のリングで中
心的な課題となっている，分子イオンのレーザー合流実験の解釈について詳しく紹介する予定である．

1．リング以前
2013 年現在，40 代以上の衝突学会員の中で，炭素クラスターやフラーレンに関係する研究にかかわった経験のある人は多いであろう．今から 30
年ほど前，1980 年ごろにクラスターの生成法としてレーザー蒸発法が出現し，1985 年ごろから
2000 年にかけて，金属，半導体クラスターの研究が活発に行われていた時期と研究活動期間が一致するからである．質量分析と組み合わせた分光実験はその中でも飛躍的に発展した分野であり，クラスターの構造や反応性，電子状態な

図 1: Single-pass 実験による C6-の共鳴多光子電子脱離スペクトル [1]．矢印で示したピークは振動構造で，540 nm 近傍の構造も本物であることが，後からわかった．

どがサイズの関数として次々と明らかにされていった．サッカーボール型分子 C60 の発見はハイラ
イトのひとつである．原子数 20 以下の小さな炭素クラスターも星間分子の骨格やプラズマを構成

一方通行のクラスターイオンビームが壁に衝突する化学種として，またフラーレン生成の際の部する前に測定を完了させるという，典型的な品として注目されていた．

single-pass 実験である．負イオンの励起状態と励

都立大(現首都大)のグループも様々な手段で起波長が一致した時に中性粒子の収率が共鳴

サイズ選別したクラスターの分光実験を行ってい的に増加するため，概ね孤立負イオンの吸収ス

た．当時の実験結果の一つを紹介する．図 1 はペクトルに対応する情報が得られる．600 nm 近炭素クラスターC6- をレーザー蒸発法で生成し，傍に origin を持つ電子遷移が振動構造を含め質量選別の後にレーザー多光子共鳴電子脱離観測されている．当時，孤立 C6-の励起状態に関により生成した中性種の収率をレーザーの波長する分光データは無かったので，それなりに意の関数として測定した励起スペクトルである [1]．

味のある結果であったと思えるが，単独で投稿す

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るには中途半端であったため，原子衝突研究協

ため，内部温度を決めることは容易ではない．粒会の Progress Report で公表しただけでお蔵入り

子の加熱，冷却過程を他の粒子との衝突がないになっているという，旧原子衝突研究協会の会

孤立系で追跡するために，長時間それを真空中員しか見ることのできない，ある意味貴重なスペに浮かせておくことが要求されるためである．イ

クトルである．このような実験をやっていて，予想オンを高速ビームとして長時間蓄積することがで外に容易に多光子吸収が起きるので驚いたこと，

きる E-ring は，イオンビームとイオントラップの双また負イオンを冷やすことが容易ではなく苦労し方の利点を兼ね備えており，孤立系の遅い反応たことが印象に残っている．都立大グループはを高感度で観察するための強力な道具である．

負イオンの光電子分光も行っていたが，イオン源

本稿では首都大 E-ring の他，現在稼働しているが同じなので，基本的には高温イオンのスペクト

E-ring で行われた代表的な実験をとおして，このルを測定していた．その後バークレーのグルー手法の出現でどのような研究が可能になったのプから，十分に冷えた炭素クラスター負イオンをかを述べたい．

標的とした実験が報告され，その美しいスペクト
ルに都立大グループは少し意気消沈したもので2．イオン蓄積実験に対する期待
まず，E-ring に限らず磁場型リングを含むイオある [2]．
分光実験の立場からは，標的分子は冷えてい

ン蓄積リング全般について，その特徴を紹介す

れば冷えているほどよろしい，ということになってる．イオン蓄積リングは，single-pass 実験に比べいる．スペクトルがシャープになり，余計なバンドてビームが周回するため実質的ビーム強度が強が消え，S/N も良くなるからである．高温のイオン

いこと，高速で周回させているために，中性化にから得られたスペクトルは幅広で，分光学的デーよって直進した粒子の検出が容易であることが特タとしては物足りない．さらに高温になるとそのよ

徴で，さらに電子ビームを合流させてビームを冷うなブロードな構造すら消えて，黒体輻射のよう却することにより，高品位のビームを得ることが可な個性に乏しいスペクトルになってしまう．冷やし能である(ビームの冷却という用語は運動量をそそこなった結果としてとらえれば失敗作の高温イ

ろえるという意味で使われており，内部温度の冷オンであるが，それ自体は高温プラズマや星間却とは異なる)．特にビーム合流実験により meVにおける分子イオン生成場，質量分析における領域の極低エネルギーイオン衝突実験が高感イオン化部など，様々な場所で重要な役割を果

度，高分解能で行われ，たしている．そもそも生成時のイオンは高温状態

He+ + e- → Heで得られることが普通である．例えば電子と分子

HD+ + e- → H + Dの 2 体衝突で負イオンが生成すれば，電子親和などの基本的な反応における共鳴が観測されて力分のエネルギーを負イオンがため込むことにいる [3,4]．

なり，必然的に高温イオンが生成する．従って．

一方，これらのリングは成り立ちからいって高高温イオンが真空中で生成し冷えていく現象はエネルギー実験のための装置であり，磁場によ宇宙空間で普遍的に起こっており，分子進化にってビームの偏向と収束を行っている．エネルギ

おいて重要な役割を果たしているはずである．

ーが一定の時，周回に必要な磁場はイオンの質

後述するように，このような輻射冷却過程の研究

量の平方根に比例して大きくなるため，低価数

は E-ring 実験の重要な課題となっている．

の重イオンを磁場型リングで回すことは困難であ

一般に孤立分子の構造や反応を内部エネル

る．また，そのような大型施設では研究課題も全

ギー分布(温度)の関数として明らかにすることは，体として高エネルギー実験にフォーカスしており，反応素過程の研究成果を現実の化学反応に結低エネルギーの分子・クラスターイオンの蓄積実び付ける重要な課題であるが，サイズが大きく，

験には敷居が高い．一方，分子・クラスターイオ

また高温状態の分子については，回転準位やホン蓄積実験により，分子科学において未開拓のットバンドの解析等の分光学的手法が使えない領域であった「孤立系の遅い反応」にアプローチ

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34図 2: レーストラック型 E-ring の典型的な電極配置．Q レンズは収束・発散のペアが 4 組あり,これが安定条件を決定する．周回は，10 度偏向×4 と160 度偏向×2 により行う．直線部で生成した中性粒子は 10 度偏向部を直進し，下流で検出される．
図 3: TMU E-ring の設計周回ビーム径．実線が水平方向，点線が鉛直方向の径を示す．ブロック
は光学系をあらわし，左から Q レンズ(ペア)，10 度偏向，160 度偏向(中心の横長ブロック，10 度偏向，Q レンズ(ペア)．両端は直線部 [8]．

できるという期待があった．例えば分子イオンは蓄積リング内を長時間周回する間に，イオン源で生成した高温状態から赤外光放射によって周囲の環境温度にまで冷却される．このような遅い反応の追跡は single-pass 手段では不可能である．

直な座標(x,y)が時間とともに発散しない条件)をデンマーク・オーフス大の ASTRID は例外的にク満たせば，2 次元のイオントラップとして機能する．

ラスターイオンの蓄積実験が可能な磁場型リング

このような原理で製作された E-ring は，z 方向にであり，このような遅い過程に関する先駆的な成ほぼ field free，x,y 方向には閉じ込めポテンシャ

果を報告している．代表的な例としては，高温のルが構成された装置と考えることができる．つまりC60-の自動電子脱離効率の減衰曲線の解析によE-ring は半分(3 分の 2？)イオントラップのようなもり輻射冷却速度を求めた研究 [5] や，C60-の輻のであり，例えば「周回中に重力でイオンが落ち

射冷却のために光脱離励起スペクトルの形状がるのではないか」などと心配する必要はない(つ蓄積時間とともに変化することを示した研究 [6]まり，設計段階では本気で心配していた人がいがある．このように，リングを使った研究結果が散たということである)．

発的に発表されて，リング実験に対する期待も高イオントラップであるから，入射ビームの品質

まってはいたが，E-ring の出現までは分子・クラ(divergence)が多少悪くても蓄積が可能である．

スターを対象とした実験が本格的に始まるような

この特性を生かすため，稼働中の E-ring は，ビ

状況ではなかったと言えるであろう．

ームを強く収束発散させながらなるべく多くのイオンを蓄積するように設計されている．現在主流

3. E-ring 出現の衝撃となっている周長 10 m 以下の E-ring の例として，

1990 年，すべてを静電的に制御するイオン蓄

首都大 TMU E-ring の設計上のビーム径を図 3積リング ELISA がオーフス大学において開発さに示す．直線部のビームサイズは約 4 mm×7

れた [7]．図 2 に典型的な E-ring の電極配置をmm であり，ビームの仕様としては特段優れたも示す．イオンを 4 重極レンズで収束・発散させ，のではないことは留意すべきである．なお原理的偏向電極で周回軌道を描かせている．E-ring をに E-ring でビーム発散角が大きくなるというわけ

イオントラップの一種と考えてみると，これはイオではなく，後述するように高品質ビームによる高ン光学におけるコロンブスの卵のような装置であ

分解能合流衝突実験を目指した大型の E-ring もった．ビーム軌道の遠心力を利用してイオンを補建設中である．

足する Kingdom trap はすでに知られていたが，

E-ring は意表を突いた装置であったが，「DC静電的にイオンを閉じ込める場を作ることは不可

イオンビームと静電場の組み合わせでは質量分能で，磁場や交流電場が必要と考えられていた析ができない」という常識はそのまま成り立ってからである．しかし E-ring 中に構成される静電場

おり，静電リング中でもエネルギーが同じであれ

は，周回するイオンにとっては交流電場である．

ば，質量や電荷に係わらずイオンは同じ軌道を

この電場が，安定条件(ビームの進行方向に垂Copyrigh t© 2012 The Atom ic Colli sion Soci ety of Japan, All ri gh ts reserv ed.

35

描く．つまり，重いイオン，すなわち多原子分子イ
オンやクラスターイオンでも問題なく蓄積することができる．これが E-ring の大きな魅力である．また質量の異なるイオンを同時に蓄積することも可能で，周回信号をフーリエ変換することによって，蓄積イオンの質量スペクトルを得ることができる．
ただし E-ring の価値は単なる重イオン蓄積や質量分析にあるのではなく，以下に示すように電子や光子との相互作用や分子・クラスターイオンの反応を広い時間領域で追跡するときに，その真価が最大限発揮されるものである．

図 4: 低温仕様の 4 極レンズ [8]．

ELISA と 2 台目の E-ring である KEK のリング
実験グループから報告された，E-ring 黎明期

激した．磁場型のリングを新たに製作することは('01-'05 年頃)における代表的な研究成果を紹介

大事業であるが，E-ring は予算的にもスペースする．

的にも，ギリギリ手が届く範囲にあるように思えた．

ELISA [9]：くらげのケイ光蛋白中の発色団であ2 台の E-ring が稼働し，蓄積ノウハウも明らかにる p-hydroxybenzylidene-imidazolinone 負イオンなって来たころ(2002 年)，幸運にも都立大(現首を周回させ，レーザー誘起電子脱離(または解都大)で E-ring の建設が予算化された．既に 2 台離)による中性粒子生成の励起スペクトルを測定の E-ring が先行して稼働しており，同じ装置を作した実験．前述のようにこれは孤立分子イオンのっても面白くない，ということで，リングの内側を液吸収スペクトルにほぼ対応するため，ELISA グル

体窒素で冷却できるように工夫した．これは思い

ープはこれを in vacuo 吸収スペクトルと名づけての他大仕事で，熱伝導の良い絶縁体(アルミナ)

いる．

の使用，熱接触の少ない保持方法の工夫(Ti ロ

ELISA [10]：C60 について同様の実験で分解能

ッドによる吊り固定)，電極の熱による膨張収縮への高い励起スペクトルを得，動的ヤーンテラー効の対応が検討され，当時の大学院生が中心とな

果による Ih 構造のひずみについて解析した研って熱伝導や熱容量の計算を行い，最終的に設究．

計が確定した．例えば 4 極子レンズは図 4 のようKEK [11]：プロトン付加ペプチド(アンジオテンシに，Ti 製のスポークを用いて交差して吊ることで，ン I,II,III)イオンと電子の合流衝突実験．解離性

熱収縮による歪みを防いでいる [13]．イオンの電子捕獲で生成した中性粒子の収率が重心系

蓄積寿命は真空度で決まるため，リング全体の衝突エネルギーの関数として得られ，共鳴的なベーキングは必須である．一方，電極類は真空ふるまいが見出された．

壁との熱接触を極力抑えているため，ベーキン

KEK [12]：種々の DNA 負イオン(脱プロトン型)とグ時のリング内部の温度変化は非常に緩慢であ電子の合流衝突実験．中性粒子生成反応(主とる．必然的にベーキングは大仕事となり，加熱終して解離による)の立ち上がりは，DNA のシーケ了から常温に戻るまでだけでも 3 日を要していンスによらず，イオンの価数で決まっている．

る．

-

以上の 4 例はいずれもエレクトロスプレー型イ

先行する 2 つの E-ring では高分解能の磁場型

オン源とリングをうまく組み合わせることによってマスフィルターがイオン入射系に組みこまれてい得られた成果で，この種の実験におけるイオン源

たが，TMU E-ring では質量分析を飛行時間によ開発の重要性を改めて示している．

って行う方式を採用し，予備的な質量選別のために簡便なウィーンフィルターを設置した．イオ
ン入射系として扱えるイオンの質量数に制限が4. TMU E-ring の製作ないこと，また複数の質量数のイオンが同時に入E-ring の出現はクラスター研究者を大いに刺Copyrigh t© 2012 The Atom ic Colli sion Soci ety of Japan, All ri gh ts reserv ed.

36図 5: TMU E-ring の円筒電極はピックアップ電極としてイオンのモニター(左)または RF 加速電極として使用可能である．

射されることが特徴である．周回中における質量
選別は，目的とするイオンの周回に同期したパ
ルス電場(kick-out パルス)を垂直偏向電極に印加して行う [14]．したがって，質量選別が終わるまではパルスビームとして蓄積する必要がある．
図 6: RF 印加による 129Xe+(×)と 134Xe+(○)の同時バ
ンチング．入射前にウィーンフィルターを通過するため，信号強度と安定同位体比とは一致しない．

リングの本体の完成までには紆余曲折があったが，最終的には 2003 年 3 月に完成し，イオンの周回を目指した実験が始まった．そこからが新たな苦難の始まりでもあったが，約 1 年後の 2004

行 う こ と が で き る ． Xe に は 質 量 数 が

年 2 月，無事イオンの周回を確認した．真空度は128,129,130,131,134,136 の 6 種類の安定同位体

10-9Pa，イオンの蓄積寿命(1/e 減衰寿命)は数秒が存在するが，それらを DC ビームとして同時にである．どこの E-ring でも周回までには大変な苦

周回させながら，例えば 129Xe+と 134Xe+の周回周

労があるようで，TMU E-ring はどちらかといえば波数の RF 電圧を重畳すると，図 6 に示すように順調に進んだ方のようである．幸いなことに，現2 種の同位体のみがパルス化される．このような在に至るまでリング本体にはそれほど大きなトラ

サイズ選択的バンチング技術をはじめ，E-ring とブルもなく実験が続いている(ただし周辺機器のRF 電場との組み合わせには様々な可能性があレーザーやイオン源については，やはりトラブル

り，斬新なアイディアの出現が期待される．

の連続である)．

リング冷却の効果は C-の準安定状態の寿命のイオンの周回状況のモニターにはいくつかの変化として観測された．準安定状態の C-は赤外方法を併用した．最も感度が良い方法は，中性領域の励起で電子脱離を起こすので，周囲の壁種を検出する MCP の出力でフォスファースクリーからの熱輻射により中性化して検出される．周囲ンを光らせ，それを CCD カメラで見るというやりを冷却すれば脱離しきい値を越える光子数が減方で，現在に至るまでビーム診断の主力である．

少し，寿命が長くなるはずである．実際，図 7 に

ただしこの方法では周回中のビームを外に取り示すように，室温における減衰と比較して，リングだして見るため，発散角の影響をうけることに注を冷却した場合の寿命は明らかに長くなっている．

意する必要がある．一方，パルスビームが誘起

この結果はリングを冷却することの重要性を示す

する電場をピックアップ電極で拾う手法も採用しとともに，C-の準安定状態の減衰が，リング内部ており，図 5 に示す円筒電極からのピックアップの温度を測るモニターとして使えることを示して信号からイオンの周回信号を得ている．また，4いる．

分割されたピックアップ電極の信号強度比からビームの重心を決めることができる位置モニターが4. 孤立イオンの自発的冷却過程

4 か所に設置されており，ビーム位置の精密制御

E-ring は遅延過程の研究に適した装置であるが可能である．一方，円筒電極に RF 電圧を印加ことから，高温イオンの研究で大きな成果を上げすることにより，ビームのパルス化(バンチング)をている．その一つが，遅延反応生成物のCopyrigh t© 2012 The Atom ic Colli sion Soci ety of Japan, All ri gh ts reserv ed.

37

図 7: 準安定 C-の寿命の環境温度依存性．

図 8: 亜鉛フタロシアニン負イオンのレーザー誘

depletion cooling による減衰において「べき乗則」

起電子脱離励起スペクトルの蓄積時間依存性．

が広く成立することを示したことである [15]．

溶液中のデータは J. Mack, and M. J. Stillman, J.

E-ring 実験では，周回中に電子脱離，解離，まAm. Chem. Soc. 116, 1292 (1994).

たは残留ガスからの電子捕獲などで生成した中現象であり，前者は理想的な単一準位からの反性種を検出する．電子脱離や解離は高温のイオ

応，後者は「分布が理想的に平坦に広がった状

ンで優先的に起こるため，結果としてイオン集団態」からの反応である．

が冷却される．この過程は depletion cooling と呼E-ring は直線部と偏向部で構成されており，

ばれ，輻射冷却とともに孤立イオンの冷却を担っ

構造的に種々のビーム合流実験に適した装置ている．

である．特にレーザー合流実験にはイオンビー

中性種の収率の減衰が depletion cooling に支ムの収束度があまり影響しないので，E-ring と相配されているケースについて考える．高温イオン性が良い．周回中にイオンが光励起で獲得したはエネルギーの広がりが大きく，反応生成物のエネルギーは，速やかに発光や解離・電子放出

収率 I は多成分の指数関数で減衰する．

などで消費されるか，振動自由度に分配されたI   I (kn )  kn N 0 (kn ) exp( knt )nのち，輻射冷却によって徐々に消費される．後者
は熱化したエネルギーの唯一の緩和過程であり，n

ここで kn は速度定数，N0 は初期数密度である．

高温状態を経由した分子が最終的にどのようなN0 は kn に対して緩やかにしか変化しないので，構造の物質として存在するかを決定する重要な

実効的な速度定数の範囲内で一定とみなすこと因子であるが，定量的な知見はあまり得られていができる．そのような場合，特定の時間 t においない．イオンを長時間真空中に浮かせた状態でて(t を固定した時)I への寄与が最大となる kn はの高感度測定が可能な E-ring は，輻射冷却のよ
うな遅い過程を孤立系で観測するための強力なdk n exp( k n t )  0
dk n

道具になりそうである．
図 8 は亜鉛フタロシアニン負イオンを蓄積した

k n  t 1

時の，レーザー誘起電子脱離反応の励起スペクで与えられる．従って

トルである．蓄積時間に依存したスペクトルの形

1

I t
となり，信号強度は時間の逆数に比例する．実状の変化は，イオンが輻射により冷却したことを際には分布は完全に平坦ではなく，また輻射冷

イオンの吸収スペクトルと同等であるが，様々な却も効いてくるので，べき数は-1 からずれるが，因子が畳み込まれており，輻射冷却の定量的な

多くの高温イオンで I  t 1 は良い近似を与える．

解析は困難である．そこで定量的な解析の有効つまり指数的な減衰と t 1 に従う減衰は両極端のな手段として，遅延反応が注目されている．

明白に示している．励起スペクトルは近似的に負Copyrigh t© 2012 The Atom ic Colli sion Soci ety of Japan, All ri gh ts reserv ed.

38し引くことにより，輻射冷却速度を求めることができる [16]．
われわれは当初「信号の減衰は加熱後のイオ
ンの内部エネルギーに依存し，イオン蓄積の間にイオンが輻射冷却すれば，減衰はより遅いものになる」と考えていた．実際そうなることもある
が,予想外に減衰が蓄積時間に鈍感となるケースが頻発した．遅延過程の解析では，解離や電子脱離の速度定数がどの程度のものが観測にかかっているのか，という点が重要であり，一筋縄で
図 9: C60-蓄積実験で得られた中性粒子収率の蓄積時間依存性．自動電子脱離の寄与が少なくなった 10 ms 以降にレーザー( h )を照射し，レーザ
ー誘起信号の減衰(赤実線)を測定する．蓄積時間が δt 後に同じ波長のレーザーを照射すると，その間の輻射冷却により減衰が遅くなる(赤点線)
が，短波長のレーザー( h' )を照射すると減衰が等しくなる(青実線)．そのとき，輻射冷却速度はh(  ' ) / t で与えられる．

はいかない．このようなケースで輻射冷却速度を得るための研究については次回に紹介する．

5. 内外の E-ring の状況
現時点(2013 年)における世界の E-ring の状況を表に示す．今，世界で 5 台の静電リングが稼働しており，さらに 5 台が製作中である．先述のように ELISA は当初高温イオンの冷却過程の研究を行っていたが，最近では KEK の ESRING と熱化したエネルギーが単分子反応のしきい値

同様に，エレクトロスプレーイオン源との組み合を超える場合に観測される遅延反応は，内部エ

わせにより，生体高分子のイオンを蓄積し，そのネルギーに鋭敏であり，温度測定の有効なプロ反応を明らかにすることを主要な目標としていーブになる可能性がある．反応速度は内部エネる．

ルギーの総和の関数であり，エネルギーの種類

これに TMU E-ring を加えた 3 台のリングは，(初期エネルギーと励起で獲得したエネルギーのイオン光学系が類似しており，リングのサイズもほ違い)には依存しないと考えられる．従って遅延ぼ同じである．一方，リヨンの mini-Ring は卓上リ反応を適切な方法で観察することにより，分子のングという新しい発想で製作された [18]．イオン

初期エネルギー分布(温度)や輻射冷却につい光学系は非常にシンプルで，イオン偏向の際のての情報が得られるはずである．

収束効果を利用してトラップを実現している．ごく

E-ring における遅延反応を利用した温度・エ

最近，PAH の輻射冷却に関する実験が報告されネルギー測定や輻射冷却研究がいくつか報告さた [19]．

れている．TMU E-ring でも，今までに 1 光子吸

ストックホルムの DESIREE は 2 重レーストラッ

収 [16] や多光子吸収 [17] による輻射冷却速

ク型リング(8 の字をつぶしたような形)で，それぞ度の測定がおこなわれてきた．実験としては，高れに正負イオンを周回させ，共通の直線部で合温イオンをレーザー照射によりさらに加熱して，流衝突を行うというユニークな構想のもと，約 10遅延反応で生成した中性種の収率や減衰曲線

年前に製作が始まった [20]．長い立ち上げ期間

を，イオン蓄積時間や励起エネルギーの関数とを経て，ごく最近イオン周回に成功したというニュ

して測定している．減衰が蓄積時間，即ち内部ースが入ってきた．関係者の喜ぶ声が聞こえてき温度により実効的に支配されている場合は，減そうである．

衰曲線の励起波長依存性と蓄積時間依存性を

CSR は極低温型の E-ring で，真空度 10-11 Pa

測定すればよい．図 9 に示すように，蓄積時間依の領域で分単位の蓄積寿命を得ようという野心存性をちょうど打ち消すような励起光の波長がわ的な装置である [21]．周長は約 40 m の大型リン

かれば，蓄積中のエネルギーの低下分が決定でグで，小型化が可能であるという E-ring の利点をきるため，競合する depletion cooling の寄与を差Copyrigh t© 2012 The Atom ic Colli sion Soci ety of Japan, All ri gh ts reserv ed.

39表 1: 稼働中，建設，計画中の E-ring．★は稼働
中，☆は建設中，計画中のリング製作中であり，E-ring を用いた分子科学のさらな★ELISA

AarhusE-ring 1 号機(97 年)

る広がりが期待される．

★ESRING

KEK

2 号機 電子合流衝突★TMU E-ring

首都大

3 号機

★mini-Ring

Lyon

テーブルトップ型★DESIREE*

Stockholm

極低温 2 重リング合流型☆CSR

Heidelberg

極低温大型リング☆μE-ring

首都大

テーブルトップ型☆FLSR

Frankfurt

多価イオン蓄積きなかった．そのため E-ring に係わる雑記のよう☆pro-ESR

KACST

多目的

になってしまった感があり，今回書き残した部分☆理研リング理研

極低温リングについて，改めて解説したい．孤立高温イオンの液体窒素冷却型

8. おわりにE-ring 実験で明らかになりつつある輻射冷却の物理については，現在投稿中の内容を含んでいるため今回の解説で本格的に触れることはで放棄した代わりに，高品質ビームが得られるはず

挙動を統一的に理解する試みは，新しい物理とである．300 keV までのイオン蓄積を目指しておして心躍るものかもしれないが，没個性の分子をり，磁場型のリングでその威力を発揮した扱うことには化学の立場から見ると，少々忸怩たelectron cooler も準備されている．極低温中でのる思いもある．もう少しだけ低温の領域に，大変ビーム制御としては CSR に先行して線形のビー

面白いことが埋まっているはずで，いつかそのよ

ムトラップが稼働を始め，分単位の蓄積時間を誇うな成果を報告したいと思っている．

っている [22]．

TMU E-ring 実験は都立大，首都大の原子物

極低温リングが理研でも急ピッチで製作が進

理実験研究室，反応物理化学研究室に所属すんでいる．この装置の周回軌道は TMU-E-ring

る多くのメンバーによって行われてきた．ここで全の約 1/2 サイズで，電極をすべて 1 枚の CrCu 平ての方々の名前をあげることは不可能なので，板上に配置したものである．平板全体を 3 台の教員メンバーである田沼肇，間嶋拓也(現京大)，

GM 冷凍機で冷却することで，極低温が達成さ

古川武，松本淳，奥野和彦各氏，博士後期課程

れるとともに，装置全体を真空ポンプとして動作の学生であった神野智史，後藤基各氏の名前をさせる．既に，5K 以下の冷却や超高真空を確認

代表として挙げさせていただき感謝の意を表した

しており，2013 年中の本格運転が期待される．

い．リング立ち上げ時，イオン蓄積について門外

μE-ring は首都大で製作が進んでいる卓上リン

漢の我々は東芝の渡辺郁男氏と KEK の田邊徹

グで，TMU E-ring の 1/10 サイズである．先行す美氏に様々なことをご教授いただいた．そのうちる卓上型リング(mini-Ring)とは異なり，イオン光の一部は本稿に使わせていただいている．高温学系は TMU E-ring で使用している要素をほぼイオンへの興味は共同研究者であるイエテボリ

すべて組み込んでいる．小型化には空間的，予大学の Klavs Hansen 氏に触発された部分が大き算的なメリットがあり，また可搬性の向上による研い．

究対象の広がりも期待できるが，より重要なこと
はイオンの周回周期が短くなることであり，今まで首都大における E-ring 実験は 2002 年度の東のリングでは見えなかった少し早い遅延過程(イ京都特殊備品費と，その後の科学研究費補助

オンのサイズにもよるが，典型的には数 μ から

金，および学内の各種傾斜的研究費により支援

100 μ 秒程度の領域)が観察できると期待していしていただいた．

る．TMU E-ring では，リング 1，2 周で終了するよ
うな遅延過程がしばしば観測されており，そのよ

参考文献

うな場合でも減衰曲線の詳しく解析が可能にな[1] M. Ohara et al., Atomic Coll. Res. Jpn. 21, 79

れば，single-pass 実験との隙間が埋まるだろう．

(1995).

以上のリングに加えてフランクフルトの FLSR

[2] Y. Zhao et al., J. Chem. Phys. 105, 4955

[23]やサウジアラビア KACST の pro-ESR [24]が(1996).

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40

[3] T. Tanabe et al., Phy. Rev. A 45, 276 (1992).

[24] M. A. El Ghazaly et al., Appl. Math. & Info.

[4] T. Tanabe et al., Phys. Rev. Lett. 75, 1066

Sci. 3 301 (2009).

(1995).
[5] J.U. Andersen et al.,，Phys. Rev. Lett. 77,
3991 (1996).
[6] C. Brink et al., Chem. Phys. Lett. 233 52(1995).
[7] S.P. Møller, Nucl. Instr. and Meth. A 394(1997) 281.
[8] S. Jinno, Doctral Thesis, Tokyo Metropolitan
Univ. 2009.
[9] S. B. Nielsen et al., Phys. Rev. Lett. 87,
228102 (2001).
[10] S. Tomita et al., Phys. Rev. Lett. 94, 053002(2005).
[11] T. Tanabe et al., Phys. Rev. Lett. 90, 193201(2003).
[12] T. Tanabe et al., Phys. Rev. Lett. 93, 043201(2004).
[13] S. Jinno et al., Nucl. Instr. and Meth. A 532
477 (2004).
[14] S. Jinno et al., Nucl. Instr. and Meth. A 572
568 (2007).
[15] K. Hansen et al., Phys. Rev. Lett. 87 123401(2001).
[16] A. E. K. Sunde´n et al., Phys. Rev. Lett. 103,
143001 (2009).
[17] M. Goto et al., Phys. Rev. A 87, 033406(2013).
[18] J. Bernard et al., Rev. Sci. Instrum. 79,
075109 (2008)．
[19] S. Martin et al., Phys. Rev. Lett. 110, 063003(2013).
[20] H.T. Schmidt et al., J. Phys.: Conf. Ser. 194
142013 (2009).
[21] D Zajfman et al., J. Phys.: Conf. Ser. 4 296(2005).
[22] M. Lange et al., Rev. Sci. Instr. 81, 055105(2010).
[23] C.P. Welsch et al., Nucl. Instr. and Meth. A
527 284 (2004).
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41

「原子衝突のキーワード」

D ගບ㉳

E ࢥࣄ࣮ࣞࣥࢺඹ㬆ບ㉳ග

コヒーレント共鳴励起(Resonant Coherent Excitation; RCE)࿘ᮇ࣏ࢸࣥࢩࣕࣝ

高エネルギーのイオンが単結晶標的を通過す

F $U ࡢ5&(

るとき，結晶構造に由来する周期的な振動電磁3310

場を感じる．この振動周波数が励起エネルギー4に一致するとき，光励起と同様に，原子は共鳴的3に励起される（図 1(a,b)）．これをコヒーレント

2ບ㉳࢚ࢿࣝࢠ࣮>H9@
3315

3320

2s1/2

3325

3330

2p3/2

2p3/2
2p1/2

2p1/2

1s1/2

1

共鳴励起と呼ぶ．MeV/u〜GeV/u 領域の高速0

イオンを用いて到達可能な周波数領域は 10 eV

1.
5

1.
6

1.
7

1.
8

1.
9

ධᑕゅȟ>GHJ@から 100 keV と広範囲にわたり，その電場強度

図 1: (a) 光を照射される原子と，(b) 周期場中を運動する原子．(c)390MeV/u Ar17+ イオンの RCE スペクトル．

は 1015 -1016 W/cm2 に集光されたレーザー光と等しい．これらの特徴から，RCE は「高強度の波長可変 X 線レーザー」に匹敵する手法とも捉えられ，短波長領域における疑似光源として，多てチャネリング [3] 入射することで，個々の標的

価重イオンの状態制御や分光などへ応用されて原子とのインコヒーレントな衝突を抑制していいる．

る．一方，近年では高エネルギーイオンや薄膜

イオンが感じる振動電磁場の形は，結晶ポテ

結晶の利用によって，チャネリングを伴わないンシャルをイオンの静止系へとローレンツ変換「３次元コヒーレント共鳴励起（3D-RCE）」が観することによって，逆格子ベクトル g を用いた測可能になり，これによって偏光の制御や２重フーリエ級数として表される．各成分の周波数共鳴などの新たなテクニックが生まれた [4, 5]．

は，イオンの速度を v として，γg · v と表される

また，RCE の励起エネルギー源はイオン自身の（γ：ローレンツ因子）．ベクトル g と v の成す角

運動エネルギーであることが知られており，人度，すなわち結晶方位に対するビーム入射角を工周期場中の RCE による冷却原子の運動制御

変化させると連続的に周波数が変調される．図も提案されている [6]．

1(c) は，390MeV/u の水素様 Ar17+ イオンを厚(理化学研究所 中野祐司)

さ 1 µm の Si 単結晶に入射した際にイオンから放出される脱励起 X 線強度を，入射角度の関数として測定したものである．振動電場の周波数

参考文献

が 2p1/2 ，2p3/2 への励起エネルギーに一致する[1] V.V. Okorokov JETP Lett. 2 (1965) 111.

条件で RCE が起こり，X 線強度が増加してい[2] S. Datz, et al., Phys. Rev. Lett. 40 (1978)

ることが分かる．

843.

歴史的には 1965 年の V.V. Okorokov による[3] 原子列や面にほぼ平行に入射されたイオン理論的予想 [1] が始まりであり「オコロコフ効果」

が，結晶原子の隙間をぬって進行する現象．

とも呼ばれる．1978 年に S. Datz らによって初[4] 中野祐司，東俊行， 日本物理学会誌 65,

めて実験的に確認 [2] されてから現在まで，原子516 (2010).

番号 Z = 5 の炭素から，Z = 92 のウランまで，1[5] 中野祐司，しょうとつ 7(5), 5 (2010).

〜3 電子系のイオンを用いて様々な系で観測さ[6] 畠山温，しょうとつ 9(6), 8 (2012).

れている. これらの多くはイオンを結晶に対しc 2013 The Atomic Collision Society of Japan, All rights reserved.
Copyright⃝

42

談話室

「異分野間の壁：用語の定義の相違」
森林健悟
日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門
moribayashi.kengo@jaea.go.jp
平成 24 年 9 月 3 日原稿受付

本学会の主要研究テーマである原子衝突は「二次電子」と呼ぶ習慣もある [2]．この習慣に慣様々な分野で必要とされるので，本学会員の多れた研究者にとって粒子線をレーザーや X 線とくは異なった研究分野の研究者との議論をしば同じような電子やイオンの発生源と考えて，粒子

しば経験されていると思われる．異なった分野の線で生じた電子を二次電子と呼ぶことに違和感研究者との交流(異分野交流)は異なった観点かを覚えたためではないかと思われる．もし，このら研究を見つめ直したり，新しい展開や応用を見用語の意味することをお互いに取り違えたまま議つけたりするなど研究の新たな開拓などに有用論が進んでいたら，研究内容も誤解されたのでである．しかしながら，異分野間での研究の歴史，はないかと思い，非常に恐ろしいと感じた．

研究対象などの違いが用語の定義(「用語の使別の研究会で放射線化学の研究者と議論すい方」という程度の意味も含む)などの相違を生る機会があったが，途中で「free electrons」という

み出し，それが議論の障害になることがしばしば用語が異なった定義でとらえられていることがわ起こる．それゆえに，異分野間で用語の定義なかった．著者が慣れ親しんでいるプラズマ物理

どが相違することを紹介することは学会員にとっでは，原子や分子の電離で発生した電子を「freeて有用な情報を得る機会になると考えられる．本electrons」と呼ぶ．ところが放射線化学では原子

記事では異分野交流中に気がついた用語の定や分子から電離した電子は「溶媒和電子(溶媒が義の相違を述べ，それが生じる理由を推測す

水の場合，水和電子)」と呼ばれる場合もあればる．

「 quasi-free electrons( 放 射 線 化 学 で は free

レーザーの開発や応用の専門家が集まる研electrons よりもこの用語の方が好まれるらしい．ま究会で粒子線の細胞照射の研究に関して議論

た，溶媒和していないという意味で dry electrons

する機会があった．そこで，粒子線と細胞中の水や presolvated electrons という用語が使用される分子との衝突で生じた電子を「二次電子」と名付場合もあるらしい)」と呼ばれる場合もある [3]．こけて話しを進めようとしたところ，この定義がおかの 2 つの分野での用語の使い方の違いは生成しいのではとの質問がでた．さらに，その議論にする電子やイオンの量と電子の温度から来る こ加わった多くの研究者もこれに同意した．議論のとが推測できる．プラズマ物理では，ほとんどの最中は戸惑っており，うまく説明できなかったが，原子が電離する系を取り扱う．それゆえに，電子，議論の後，放射線の専門用語としては，最初にイオンと少数の原子が研究の対象である．一方，述べた二次電子の定義がたびたび，使用されて放射線化学では，ほとんどの原子や分子は電離いることがわかった [1]．それなのに，このようなしておらず，電子やイオンの密度は中性の原子意見がでたのは何故か不思議に思われるかもしや分子の密度に比べて非常に小さい．そのため，れないが，以下の理由が推測できる．レーザー電子，イオンの他に中性の分子の状態(分極なや放射光などの光や X 線の吸収で原子や分子

ど)が主な研究の対象となる．対象となる電子のから電離した電子のことを「光電子」と呼び，光電温度は，プラズマ物理では，数万度(1 eV 程度)

子と原子や分子との衝突で生じた電子のことを以上であるのに対して放射線化学では標的の温Copyrigh t© 2012 The Atom ic Colli sion Soci ety of Japan, All ri gh ts reserv ed.

43

度近くである [3]．原子や分子から電離した直後放射(電子の加速，減速に伴い電磁波を発生さの電子のエネルギーは数 eV 以上と非常に高いせること)，原子核の崩壊に伴い発生する電磁波ので，室温になるまで，多くの分子と衝突する必である [7]．しかしながら，γ 線は X 線よりも波長要があり，かなりの時間を有する(10 ピコ秒程度)．

が短い電磁波と定義される場合もある [7]．時がこのとき，分子から電離した電子が親の分子イオ

経てば，その用語の定義が変わることは，よくあンのクーロン場から離脱した電子のことをることで問題にはならないと思われるかもしれな「quasi-free electrons」と呼ぶ．そして，この親分

いが，放射線の専門家の中には，γ 線と X 線の

子イオンのクーロン力が及ぼす距離のことを「オ違いを波長のみで決めることに抵抗がある人もンサーガ距離」と呼ぶ [3]．また，電子の温度はいるので，誤解を避けるためそれらの用語の起非常に低いので，分子の分極から影響を受ける

源は知っていた方が良いのではないかと思う．こが，分子の分極に関わっている電子のことを「溶の記事の執筆中に数名の研究者と議論したが，媒和電子」と呼び，これが還元作用を持った活性

そのとき，「放射線講習とかで聞く説明は，原子種であり，通常の電離した電子とは反応性や赤核内部から発生するものを γ 線，発生要因が原

外~可視領域までの吸収が大きく変わるなど異な子核外部にあるものを X 線というのが多い」とかった性質を示すため，放射線化学の重要な研究「電子と陽電子が消滅したときに放出される光子対象となる [3]．

を一般に γ 線と言っているが，原子核がないのにさらに，放射線化学の研究者との議論からプラそれでいいのかと思うことがある」とのコメントをいズマ物理，放射線化学とも電子とイオンの間の再ただいた．

結合は重要な過程であるが，その役割が異なる

前述のように異分野交流は研究の新たな分野

こともわかった．この再結合過程が起こるとエネの開拓などに有用な手段であるが，その交流でルギーを放出するが，プラズマ物理では，電子は様々な障害を経験する．このような障害の体験が非常に多いため，放出されたエネルギーは他談を知ることは，異分野交流をスムーズにするこの電子が吸収し，再分配される．電子はイオンなとにつながると考えられる．本記事では，レーザ

どと衝突することによりエネルギーを失うが，このー開発，応用やプラズマ物理と放射線の研究分

再結合によりエネルギーを得ることができ，衝突野を例にとり，この 2 つの研究分野間での用語の過程と再結合過程の釣り合いにより平衡状態が定義の違いを記載したが，障害を与える原因は決まる．すなわち，プラズマ物理では電子とイオ

用語の定義だけでなく，様々な要因があると思わンの間の再結合過程は電子温度や電離度の平れる．本記事が学会員に対して異分野交流の体衡状態を決定する役割がある [4]．一方，放射験談など研究を発展させるに有用な情報を書か

線化学では，電子の数は少なく，放出されたエ

せるきっかけになれば幸いである．

ネルギーを他の電子が吸収することはほとんどない．この分野では，電子とイオンの間の再結合過

参考文献

程は「ジェミネート(イオン)再結合」と呼ばれる[1] ICRU(International

Commission

on[3,5] が，溶媒和電子やカチオンの消滅，すなわ

Radiation

ち，それらの生成時間を決定するのに重要な役

Report-55 ‘Secondary electron spectra from

割を演じる．

charged particle interactions’

最後に余談であるが粒子線(イオンや電子)と

Units

and

Measurements)[2] http://www.spring8.or.jp/pdf/ja/SP8_news/no

分子との相互作用で生じた電子を「δ 線」 [6] と10_03/p5-8.pdf

呼ぶこともある(この電子は原子や分子から発生[3] 近藤孝文，楊金峰，吉田陽一，放射線化学，するので β 線(原子核の崩壊に伴って発生する

93, 33 (2011).

電子)とは区別している)．この β 線と δ 線の使い

[4] プラズマ原子分子過程パンドブック，浜口

分けは X 線と γ 線の用語の由来とも似ている．X

智志，村上泉，加藤太治，プラズマ核融合

線と γ 線は，歴史的には，それぞれ，電子の制動学会編．第 10 章，大阪大学出版会(2011).
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44

[5] 岡本一将，田川精一，放射線化学 88, 9(2009)[6] http://www.qe.eng.hokudai.ac.jp/aesj/local_
workshop/22th/sibu_H16_pdf/HB16_13.pdf[7] http://ja.wikipedia.org/wiki/ガンマ線

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45

2012 年度 役員・委員会等会長
髙橋正彦（東北大学）
幹事（副会長）
渡部直樹（北海道大学）

森下

亨（電気通信大学）

足立純一（高エネルギー加速器研究機構） 星野正光（上智大学）
運営委員
石井邦和（奈良女子大学）

高口博志（広島大学）

星野正光（上智大学）

間嶋拓也（京都大学）

美齊津文典（東北大学）

本橋健次（東洋大学）

森下渡辺信一（電気通信大学）

亨（電気通信大学）

足立純一（高エネルギー加速器研究機構） 岸本直樹（東北大学）
小島隆夫（理化学研究所）

冨田成夫（筑波大学）

日高宏（北海道大学）

渡部直樹（北海道大学）

渡辺昇（東北大学）会計監事
城丸春夫（首都大学東京）
中村義春
常置委員会等
編集委員会

委員長：

渡部直樹（北海道大学）

行事委員会

委員長：

森下

広報渉外委員会委員長：

足立純一（高エネルギー加速器研究機構）

若手奨励賞選考委員会委員長：

大野公一（豊田理化学研究所）

国際会議発表奨励者選考委員会

委員長：

髙橋正彦（東北大学）

学会事務局

担当幹事：星野正光（上智大学）

亨（電気通信大学）

編集委員会
足立純一，岸本直樹，長嶋泰之，中井陽一，羽馬哲也，早川滋雄，日高宏

森林健悟，渡部直樹

しょうとつ

第１０巻 第２号（通巻 51 号）

Journal of Atomic Collision Researchc 原子衝突学会 2013⃝
http://www.atomiccollision.jp/
発行: 2013 年 3 月 15 日
配信: 原子衝突学会 事務局<acr-post@bunken.co.jp>