2022 Fiscal Year Annual Research Report
Cryogenic cooling of positronium atoms by ultrasonic cavitation
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22H01240
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
満汐 孝治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10710840)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久間 晋 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (50600045)
小林 慶規 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 客員上級研究員(研究院客員教授) (90357012)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ポジトロニウム / 液体ヘリウム / ナノバブル / キャビテーション / レーザー分光 / 量子液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、液体ヘリウム中でポジトロニウム(電子と陽電子の束縛状態)のバブルを作り出し、液中圧力・温度の制御によりバブルの冷却を実現することを目的とする。ポジトロニウムバブルを生成・観測するための実験装置を開発し、消滅ガンマ線計測とレーザー分光を併用して、その性質や液中でのエネルギー散逸過程を明らかにする。2022年度は装置開発を中心に研究活動を行い、以下の実績が得られた。
(1)液体ヘリウム標的中に陽電子ビームを入射するためには、微小な薄膜真空窓を通す必要があり、小ビーム径(1 mm以下)の高輝度陽電子ビームが要求される。このために、産業技術総合研究所で供給される加速器ベースの高強度陽電子ビームを、半導体減速材とペニングトラップによって捕捉・冷却し、高輝度ビームとして引き出す新しい技術を開発した。従来法と比べて5倍もの効率で高輝度ビームの発生が可能となり、本技術の詳細を纏めて論文発表した。
(2)液体ヘリウム標的を長期間保存可能なバスクライオスタットの開発を行った。4 K冷凍機をヘリウムバスにサーマルアンカーを介して連結して極低温にまで冷却することで、貴重な液体ヘリウムを長期間保持できる機構とした。また、陽電子ビームの導入窓や液中パラメーターの制御機構を備えたサンプルバスを設計し、当該年度内にバスクライオスタット一式が納入された。
(3)過去の陽電子消滅分光の実験データをもとに、物質中での(一重項状態)ポジトロニウムのエネルギー散逸過程について考察を行った。エネルギー散逸にかかる有用な知見が得られ、その詳細を纏めて論文発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
半導体減速材とぺニングトラップを用いた高輝度陽電子ビームの高効率発生技術を開発するとともに、液体ヘリウム標的保存用のバスクライオスタットの設計・製作を行い、研究に必要な実験装置を整備した。一方で、年度途中から研究代表者が本部組織に出向した関係で、当所の計画通りに液体ヘリウム標的への陽電子入射実験を実施することができなった。このため、全体として研究がやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に整備した液体ヘリウムバスクライオスタットを用いて、液体ヘリウム標的中に高輝度陽電子ビームを導入し、ポジトロニウムバブルを生成・制御する実験を進める。このために、(1)陽電子ビームを導入するための半導体薄膜窓の選定と実装試験、(2)液中圧力制御のための超音波トランスデューサーの開発、(3)ポジトロニウムバブルを観測するための消滅ガンマ線計測システムの整備等を行う。これらの開発により、課題遂行に必要な実験システムを立ち上げ、液中圧力や温度をパラメーターとして、バブルの諸性質を明らかにする予定である。
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Research Products
(5 results)
