2018 Fiscal Year Annual Research Report
マッハ衝撃波干渉領域での飛行中ミュオン触媒核融合の創生
| Project Area | Toward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams |
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| Project/Area Number |
18H05461
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
木野 康志 東北大学, 理学研究科, 准教授 (00272005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 元泰 中部大学, 工学部, 特任教授 (60115855)
棚橋 美治 中部大学, 工学部, 教授 (60804094)
山本 則正 中部大学, 工学部, 准教授 (40350326)
岡 壽崇 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 任期付研究員 (70339745)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ミュオン / 核融合 / 衝撃波 / ラムジェット / 原子衝突 / 少数多体系 / エキゾチック原子 / ミュオン触媒核融合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子の207倍の質量をもつ負電荷のミュオン（以下、ミュオンとよぶ）を含むミュオン原子やミュオン分子は、通常の原子や分子の200分の1大きさとなる。重陽子や三重陽子とミュオン分子をつくると、分子内では核融合反応がミュオンの自然崩壊率より遙かに速い反応速度で起こる。ミュオンを水素同位体中に打ち込むとミュオン原子生成、ミュオン分子生成を経て分子内核融合反応がおき、ミュオンは再び自由になる。この一連の反応はミュオン触媒核融合サイクルと呼ばれるが、この中でもミュオン分子生成率が律速過程のひとつであった。ミュオン分子は、ベスマン機構と呼ばれるミュオン原子と水素分子間の共鳴反応により生成されるが、このときの共鳴エネルギー理論的に精密に決定する必要がある。今年度は、これまで不可能であったミュオン分子の周りに存在する電子の影響も取り入れたミュオン分子のエネルギーの精密計算を行い、分子生成率が系の温度ともに増加する結果を得た。従来は、摂動の2次項まで計算されていたが、1次と2次の摂動の値がほぼ同じで収束値が得られていなかった。電子を直接計算に取り込むことにより、オージェ過程によるミュオン分子の脱励起寿命の非摂動の計算が可能となった。
新しい核融合反応の反応場として、「マッハ衝撃波干渉領域」を提案している。これは、低速高圧の流体を超音速に加速するラバールノズルと斜め衝撃波発生器の組合せで高圧高密度定在波としてマッハ衝撃波干渉領域を生成する。このとき、壁面にかかる圧力は１気圧程度であり、気体の高温高圧状態の新しい保持形態となる。今年度は、実験装置設置のための環境整備を行い、ラバールノズルと衝撃波発生器を製作し、種々の試験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大型計算機センターのスーパーコンピュータの利用を予定して準備していたところ、8月の時点で今年度は10月からの募集が出ていないことが判明し、占有枠を確保することが出来なかったため、計算費を翌年に繰り越した。このため理論計算に遅れが生じた。しかし、計算対象をミュオン分子生成過程に替えたところ、分子生成率が従来より増加することを発見した。この件に関して、指導する学生が、Tohoku University's Chemistry Summer School 2018 Poster award（新山元彬）、日本物理学会2018年秋季大会 学生優秀発表賞（新山元彬）を受賞し、計算化学の国際会議(ICCMSE2019)の招待講演に選出された。このほかにも受賞第55回アイソトープ・放射線研究発表会 若手優秀講演賞（山下琢磨）、東北大学大学院理学研究科化学専攻長賞（山下琢磨）の受賞があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子も含めたミュオン分子のエネルギー準位の計算をさらに進め、励起状態のミュオン原子との水素分子との衝突で生成されるミュオン分子の共鳴状態の計算を行う。原子核の自由度も含めた計算を行い、ミュオン分子内核融合反応後に放出されるミュオン（再生ミュオンとよぶ）の運動量分布の計算を行う。
飛行中ミュオン触媒核融合反応を含むミュオン触媒核融合サイクルを実験的に検証するため、サイクルの中に含まれるミュオン原子・分子反応の素過程の測定を行う。このため、JPARC/MFLにおいて、固体水素薄膜中でのミュオン触媒核融合反応の実験を行う。さらに再生ミュオンの検出と運動量測定を行うための準備を行う。
中部大に風洞を作成し、その中に「マッハ衝撃波干渉領域」の基礎特性を測定するための装置を生成する。
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Research Products
(21 results)
