X線を物質に当てると、原子から電子がたたき出され、不安定な状態になる。不安定な状態の物質は、さらに電子を放出したり、変形したりしながら、安定な状態へ緩和していく。

 このような過程はオージェ過程と呼ばれ、極めて短時間に起こるため、その詳細を観測することは困難とされてきた。しかし今回、東北大学、フィンランド国トルゥク大学、ドイツ国ハイデルベルグ大学、フランス国パリ・サクレ大学、京都大学、広島大学、理化学研究所、高輝度光科学研究センターなどの合同研究チームは、日本のX線自由電子レーザー施設SACLAにおいて、X線を多原子分子に照射してから数10フェムト秒(1フェムト秒は千兆分の1秒)で完結する超高速反応を捉えることに成功した。

 本研究では、メタン分子の中の2つの水素原子をヨウ素原子で置換したジョードメタン分子にX線を照射して起こる過程を観測した。X線を照射された分子は、エネルギーが高く不安定な状態となり、電子を放出しながらよりエネルギーが低く安定な状態へ緩和していく。最後にはバラバラになり、イオン化した原子が飛び出していくが、緩和の途中で別のレーザー光を照射すると、最後に飛び出していくイオンが変化するという。研究グループは、飛び出してくるイオンを検出し、レーザー光の照射タイミングによってどのような変化が起こるのかを調べた。そして、緩和過程途中の状態が存在する時間が、数10フェムト秒程度であることを突き止めた。また、この超高速反応の中に、オージェ過程だけでなく、原子間クーロン緩和と呼ばれる過程も関与していることを見出した。

 X線を生体分子に照射すると、放射線損傷と呼ばれる分子の破壊が起こるが、そのメカニズムは未だ解明されていない。本成果が放射線損傷機構の解明に繋がれば、放射線治療を正確に効率よく実施することが可能となると期待される。

論文情報:【Nature Communications】Real-time observation of X-ray-induced intramolecular andinteratomic electronic decay in CH2I2

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