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ミュオン触媒核融合では、中性子生成効率を決める重要な過程として、ミュオン分子の共鳴的生成過程が多くの者によって研究されてきた。核融合という数MeVのエネルギー領域の現象が、数meVと9桁も小さいエネルギー領域の共鳴現象により大きく左右されることは非常に興味深く、また、多くの未解決の問題の存在が知られている。
ミュオン分子生成過程の共鳴エネルギーは数meV程度であり、温度にして数10K、重水素分子の回転・振動順位への依存性が知られている。一方、重水素分子が同一核種の分子であるために生じるオルソ・パラ効果により、十分な低温化でも回転順位が基底状態になることはなく、約5meV程度エネルギーの離れたオルソ分子とパラ分子が混在することになる。このため、従来行われてきたミュオン触媒核融合実験では、分子生成率などの値は回転順位の平均値として求められてきた。この曖昧性は、理論と実験での違いを議論する際の障害となっていた。
本研究では、重水素のオルソ分子とパラ分子の比率を実験的に制御することで、ミュオン分子の共鳴的分子生成過程の解明を行うことを目的とし、今年度は触媒を用いたオルソ・パラ変換装置の開発を行った。同時に、オルソ分子とパラ分子の比率を計るために、半導体レーザーを用いたラマン散乱分光装置の開発を行い、高精度でのオルソ・パラ比の決定が可能となった。当該装置は、TRIUMF研究所(カナダ)で行われた重水素系でのミュオン触媒核融合実験に用いられ、オルソ分子100%の状態での実験データの取得に成功した。現在までの予備的な解析では、通常の重水素分子に比べオルソ分子100%では固体・液体中で分子生成率が約2割減少することが分かってきた。これは、理論予測とは逆の傾向であり、その原因解明は今後の課題である。
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