オゾンにガンマ線が当たった時の反応

オゾンにガンマ線を照射すると、どんな反応が起こりますか？
説明の方法（模式図、反応式、文章etc..）は問いませんので、素人にも分かりやすく説明して下さい。

恒星が超新星爆発を起こした時に発生するガンマ線が地球に当たると、オゾン層が破壊されるという話を聞いたのですが、では具体的にどのようなプロセスでオゾンの破壊が起こるのでしょうか。

No.3 ベストアンサー 回答者： 101325 回答日時： 2013/06/29 01:17

> 恒星が超新星爆発を起こした時に発生するガンマ線が地球に当たると、オゾン層が破壊されるという話を聞いたのですが、では具体的にどのようなプロセスでオゾンの破壊が起こるのでしょうか。

http://arxiv.org/abs/astro-ph/9501019 によると

(1) ガンマ線が窒素分子N2にぶつかって、（その後いろいろあって）N2が２個の窒素原子Nに解離する。
(2) 窒素原子Nが酸素分子O2と反応して、酸化窒素NOやNO2が生成する。
(3) NOやNO2が触媒となって、オゾン分子O3が分解する。

とのこと。


> オゾンにガンマ線を照射すると、どんな反応が起こりますか？

ごめんなさい。分かりません。ですけど、オゾン層にガンマ線を照射したときにオゾン層が破壊されるプロセスは上に示したとおりです。

オゾン層とはいうものの、オゾン層の主成分はN2とO2です。O3の数はそれらに比べるとずっと少ないので、オゾン層にガンマ線を照射したときにオゾン分子にガンマ線が直接ぶつかる確率は、とても小さくなります。

また、O3にガンマ線が直接ぶつかってO3がO2に分解する反応がわずかに起こっていたとしても、その効果は、分解反応の触媒となるNOやNO2の数が増える効果に比べると、無視できるほど小さいものとなります。というのは、ガンマ線によって直接分解されるのは、ガンマ線が照射されている間だけでしょうけど、触媒の増加による分解は照射後も数年間にわたって続く、と見積もられているからです。


> ガンマ線はエネルギーが大きすぎます。オゾンに直接何かの変化を引き起こすようなものではないように思います。

ガンマ線は、コンプトン効果により、分子(窒素、酸素、その他)の電子を弾き飛ばすことができます。つまり、分子をイオン化することができます。また弾き飛ばされた電子（二次電子といいます）が他の分子にぶつかると、二次電子はぶつかった分子にエネルギーを与えることができるので、その分子に何らかの変化を引き起こすことができます。

この回答へのお礼

詳しい解説、あちがとうございました。

N2まで関係してくるとは全く予想しませんでした。
しかも触媒作用までするとは。

大変、勉強になりました。

お礼日時：2013/06/29 22:23

No.2 回答者： htms42 回答日時： 2013/06/27 18:50

ガンマ線はエネルギーが大きすぎます。

オゾンに直接何かの変化を引き起こすようなものではないように思います。＃１に書かれているような結合の変化は紫外線領域の光で起こることではないでしょうか。もしガンマ線が原子核のエネルギー状態に変化を生じさせるというのであればオゾンも酸素も区別はありません。

ガンマ線がいくつかのプロセスを経て、紫外線の増加につながるように変化すればオゾンに変化が生じるということもありうるでしょう。

この回答へのお礼

回答、ありがとうございました。
確かに、ガンマ線のエネルギーを考えると、おっしゃている事が正しい気もしますね。

お礼日時：2013/06/29 22:19

No.1 回答者： Null0lluN 回答日時： 2013/06/27 18:01

本来、オゾンは

O-O=O もしくは O=O-O

という構造を取っています。
左側の場合、左端のOが負電荷、真ん中のOが正電荷となり
右側の場合、右端のOが負電荷、真ん中のOが正電荷となっています。

これのどちらか、というわけではなく、高速で交互に切り替わっているものと考えてください。

電子式で描くと、（左側だけ）

・・ ・・　・・
O ：O：：O
・・ ・・　・・
となります。
ここまでが前提知識です。

ガンマ線が当たることで、
O2とOラジカルに開裂します。この、Oラジカルが二つ合わさることで新たな酸素が出来ます。

↓Oラジカル
・・
O：
・・

これを化学式で書くと

２O3　→　３O２

というわけです。

この回答へのお礼

回答、ありがとうございました。
ラジカルが普通の酸素に戻るということですね。

お礼日時：2013/06/29 22:18