Positronium bubble formation in room temperature ionic liquids

室温イオン液体中のポジトロニウムバブル形成

平出 哲也  ; 岡 壽崇*   

Hirade, Tetsuya; Oka, Toshitaka*

イオン液体は蒸気圧が非常に小さいなど、そのユニークな特性と環境に優しい材料であることから、いろいろな分野での利用が期待されており、原子力分野においても使用済燃料の再処理への利用が期待されている。この場合、放射線場での使用となり、放射線による影響評価が重要である。イオン化により形成された過剰電子の溶媒和はその後の過程に大きく影響し、微視的なスケールにおける分子運動が大きく関与すると考えられる。ポジトロニウム(電子と陽電子の結合状態)は液体中では負の仕事関数によりサブナノメートルのバブルを形成することが知られている。バブルは非常に短い時間(ピコ秒程度)で形成されると理解されてきたが、イオン液体中におけるバブルの形成過程を陽電子消滅寿命-運動量相関測定(AMOC)を利用することで、初めて観測することに成功した。本研究で、バブルの形成が100ピコ秒程度遅れて起こることが明らかとなり、異常に長かった一重項ポジトロニウムの自己消滅寿命を解決することができ、また、AMOCよりも簡便な陽電子消滅寿命測定から得られる情報でも分子運動性の評価が可能であることを示した。

Room temperature ionic liquids (IL) have Negligible vapor pressure and other interesting properties. There are many considerable applications of ionic liquids, because of the environmentally friendly property. The radiation chemistry study for IL is very important for nuclear fuel reprocessing. The solvation of excess electrons is affected by molecular dynamics in sub-nano meter scale. Positronium (bond state of electron and positron) has a negative work function and form a bubble in liquids. The formation time is usually very fast as about 1ps that is difficult to observe by experiment. However we succeeded to observe the delayed bubble formation process in IL by use of the positron annihilation age-momentum correlation (AMOC) measurement. This phenomena could explain the anomalous long lifetime of the singlet positronium intrinsic annihilation lifetime. Probably only the lifetime spectra can give the information of bubble formation time in IL.