Chemical bond formation in adsorbed and condensed methane by He+ ion irradiation

He+イオン照射による凝縮メタン中での化学結合の形成

成田 あゆみ; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 下山 巖   ; 本田 充紀   ; 平尾 法恵; 矢板 毅

Narita, Ayumi; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Shimoyama, Iwao; Honda, Mitsunori; Hirao, Norie; Yaita, Tsuyoshi

光子や電子線を固体表面上に照射すると化学結合が解裂し、分解生成物の脱離が起こる。これに対して照射により化学結合が形成される報告はまだ数少ない。しかしながら、メタンなど軽い分子の低温凝縮系に高エネルギー放射線を照射することにより化学結合が形成する過程は、宇宙空間において重要と考えられており、アミノ酸などの有機分子生成の起源とも言われている。本研究では極低温で金属基板上に吸着したメタン分子に0.1keVから10keVまでのHe+イオンを照射し、脱離するイオンや分子についてその生成過程を調べた。その結果、He+イオン照射により共有結合を持つアセチレン,エチレンなどの分子やイオンが生成することがわかった。脱離強度の照射エネルギー依存性,膜厚依存性をイオンのエネルギー損失過程のモンテカルロシミュレーション計算と比較した結果、分子イオンは吸着層の内部において原子核衝突による高密度励起により生成するのに対し、中性分子はイオン照射による局所的な温度上昇に伴う瞬間的なガス化により生成することが明らかとなった。

Photon or electron irradiation breaks chemical bond and induces desorption of fragment. However, formation of chemical bond from adsorbed light molecules, such as methane, by high energy radiation has scarcely been reported. This process is important in space, because organic molecules can be formed through these reactions. In this report, we have investigated formation of molecular ions and neutral molecules with covalent bond from frozen methane by He+ ion irradiation. It was found that acetylene ion(C2H2+), and ethylene ion(C2H4+) with covalent bond were formed by He+ ion irradiation. These results were compared with Monte-Carlo simulation for energy-loss processes of He+ ions in solid methane. As a result, it was elucidated that molecular ions are formed inside of frozen methane by high-density excitation due to nuclear collision. On the other hand, neutral molecules are formed by rapid evaporation due to temperature increase along the nuclear track.