水中におけるオルソーポジトロニウムとOHラジカルの反応

Reaction between ortho-positronium and OH radical in water

平出 哲也  

Hirade, Tetsuya

水に陽電子を入射するとそのトラックの最後でも水分子をイオン化し、OHラジカルが形成される。一方、イオン化の際に形成した過剰電子と入射陽電子がポジトロニウム(Ps)を形成できる。ここで、OHラジカル中の不対電子とPs中の電子はイオン化前には同じ軌道にいた電子対であり、イオン化の時刻には一重項である。これらの電子は一方はOHラジカル上の超微細結合定数を、もう一方はPs上の超微細結合定数をもち、電子のスピン状態は変化していく。このスピンの相関から、PsとOHラジカルの反応において、スピン交換反応の収率が時間に依存することとなり、長寿命の三重項Psの反応では量子ビートが観測される。この量子ビートの周期からOHラジカルの超微細結合定数を見積もることができ、超微細結合定数はOHラジカルの周囲の環境、つまり、水分子が作り上げる構造に依存することとなる。今回、新たに構築した装置で15C、10Cにおいて量子ビートの測定を行った。15Cから10Cの温度域の変化で、水の構造に変化が起こっている可能性を示す結果が新たに見出された。

A high energy positron injected in water will form cations and then OH radical will be formed. On the other hand, an excess electron formed by the inization and positrons can form Positronium (Ps). The electrons in OH and Ps used to be in a same orbital in a water molecule before ionization of that water molecule. Therefore they were singlet at the time of the ionization. Every electron have each own hyperfine coupling constant after ionization. In water, reaction between Ps and OH, such as radical reaction or spin conversion, is possible. Therefore, quantum beats on these reaction can occur and the frequency of quantum beats will indicate the hyperfine coupling constant of OH which depends on the structure around OH. At 15C and 10C, quantum beats were observed and it indicated that water structure changed at these temperature range.