2022 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, 教授 (00272005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 琢磨 東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (40844965)
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)
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, 研究副主幹 (70339745)
岡田 信二 中部大学, 工学部, 教授 (70391901)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ミュオン / 少数多体系 / ミュオン触媒核融合 / 精密X線分光 / エキゾチック原子 / 衝撃波 / ラムジェット / 原子核融合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミュオン触媒核融合（μCF）は、ミュオン分子内で核融合反応を引き起こす現象である。ミュオンが核融合後に再びミュオン分子をつくりμCFを引き起こす一連の過程をμCFサイクルと呼ぶ。これまでのμCFの研究では、(1)μCFサイクル率、(2)分子内核融合反応後にミュオンが核融合性生物であるヘリウム原子核の原子軌道に捕まる割合（α-μ付着比）に対し、理論と実験値が食い違うこと、(3) 加速器で生成したミュオンを標的内に停止させるため容器の壁厚を厚くする必要があり、核融合で得られる熱や中性子の利用や容器内での反応の監視などに大きな制約があるなどの問題があった。
クーロン4体系精密計算法を開発しミュオン分子共鳴状態の精密計算を行い、共鳴状態を経由する新しいμCFのモデルを提案し、(1)の問題を解決した。μCFサイクルでの飛行中μCFの寄与も定量的に評価した。共鳴状態が崩壊する際に放出する特徴的形状をもつX線スペクトルを観測することに初めて成功し、このモデルの支持する結果を得た。
α-μ付着比の計算について、全粒子波動関数に対し分子内核融合前後の境界条件を厳密に課し、低エネルギー原子核反応断面積を再現する有効ポテンシャルを用い、従来用いられてきた近似を排し精密な計算を行い、(2)の問題を解決した。また、μCF後に放出されるミュオンを計算した。放出されるミュオンはエネルギーが低いため検出が困難であったが、真空中に取り出し静電場で輸送し検出することに成功した。
(3)の問題を解決するため、超音速気体の衝撃波の干渉によりガス中に形成される定常的な高密度領域をμCFの反応場とすることを提案した。小型衝撃波管に接続した超音速流生成用のラバールノズル衝撃風洞を製作し，シュリーレン法による高速度ビデオカメラで高密度領域が形成されることを実測し、その位置、形状，干渉波面が空気力学計算が一致することを確認した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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