水中におけるオルソーポジトロニウムとスパー内活性種の反応

Spur reaction between ortho-positronium and radicals in water

平出 哲也  ; Lee, J.*; 中村 剛実  

Hirade, Tetsuya; Lee, J.*; Nakamura, Takemi

入射陽電子のターミナルスパーで、電子と陽電子の結合状態であるポジトロニウムは形成され、100ピコ秒から数ナノ秒程度の寿命で消滅する。三重項であるオルソーポジトロニウムは最長寿命成分であり、ポジトロニウムが捕まるサブナノ空孔の大きさに依存した寿命で消滅する。空孔サイズが大きいと寿命が長くなり、液相中ではバブルに捕まるため、高温ではバブルが大きくなり、寿命は長くなる。しかし、水中での温度依存性は逆の傾向を示し、原因は理解されてこなかった。オルソーポジトロニウムがスパー内活性種であるラジカルなどとスピン交換反応などをし、消滅していくと考えると、この特殊な温度依存性は説明できる。われわれは、時間分解陽電子消滅線エネルギー測定から、初めてオルソーポジトロニウムとスパー内ラジカルとのスピン交換反応を検出した。

The positronium (Ps), a bond state of an electron and a positron, is formed at the terminal spur of injected positron and annihilates with the lifetimes of 100 pico-seconds to several nano-seconds. The triplet Ps, ortho-Ps, has the longest lifetime that depends on the sub-nano meter hole size where the Ps is captured. The lifetime is longer in a larger hole. In liquids, Ps creates a bubble by itself and the size of the bubble is larger at higher temperature. Therefore the lifetime of ortho-Ps is usually longer at higher temperatures. However, the ortho-Ps lifetime in water showed opposite temperature dependence and the reason has not been clarified. If there are reactions of ortho-Ps and reactants formed by the injected positron, it is possible to explain the temperature dependence of ortho-Ps lifetime in water. We have successfully obtained spin exchange reaction between ortho-Ps and radicals in water by use of the positron annihilation age-momentum correlation measurement (AMOC).