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魔法の光(XFEL) 

魔法の光(XFEL)

極微の世界を覗く最強の装置がまもなく完成する。
兵庫県播磨科学公園都市にある、SPring-8キャンパスです。 右側のリング状に見えるのが世界一の性能を誇る大型放射光施設SPring-8で、直径は約450m、1周約1.5kmです。 緑の破線で囲まれたのがXFEL施設で、全長は約700mです。 XFEL施設はSPring-8と同じキャンパス内に隣接する形で建設されます。 この施設は、SPring-8と同様、電子を80億電子ボルト(8GeV)まで加速し、最短波長0.06 nm(ナノメートル)のX線レーザー発振を目指しています。 波長0.1 nm近辺での明るさはSPring-8と比べて10億倍に達します。 XFELを発生させる装置群は、固い岩盤に支持されたコンクリート製のトンネル内に、非常に高い精度で設置されます。

XFELとは・・・・・!
XFELとは、X線自由電子レーザー(X-ray Free Electron Laser)の略で、波長がX線(可視光よりも波長がとても短い)領域のレーザーです。 XFELは、物質を原子レベルの大きさで、かつ瞬時の動きを観察することができると考えられているまったく新しい「夢の光」です。 そのため基礎研究にとどまらず、広く国民の生活に有意義な影響を及ぼすような画期的な光源として期待されています。 そのような理由からXFEL計画は、我が国の科学技術を牽引する世界最高性能の研究・技術開発として、『国家基幹技術』に認定され、2010年度の完成を目指し、2006年から施設の建設が始まりました。 米国や欧州(ドイツ)においても同様の計画が進行中であり、日米欧の間で熾烈な競争が行われています。

レーザー発生の仕組み・・・!
XFELを生み出す源は、ほぼ光速まで加速された電子の集まりです。 XFELを発生させるための重要な装置として、電子銃・加速管・アンジュレータという3つの装置があります。

(1)電子銃
電子を発生させる装置です。XFELには細く絞られた安定な電子ビームが必要なため、新たに特別な電子銃を開発しました。 真空中で約1500℃まで加熱すると合金の結晶から電子が飛び出します。 ちなみに最近は液晶テレビ等に押され気味ですが、従来タイプのテレビのブラウン管にも電子銃が使われています。

(2)加速管
電子をほぼ光速(光速の99.9999%)まで加速する装置です。 加速管には、短い距離で効率的に電子を加速することが求められます。 なぜなら電子を効率よく加速することができれば、加速管の数から建物の長さに至るまで、コストを大幅に節約することができるからです。 XFELでは従来の2倍の加速性能を持つ加速管の開発に成功したおかげで、加速器部分の長さが半分で済み、コスト削減に大きく貢献しています。

(3)アンジュレータ
磁石を多数並べ電子を蛇行させて光を放出させる装置です。 電子は蛇行するたびに放射光を発生し、光と相互作用します。 すると徐々に光の波(山と山、谷と谷)が整列し、増幅され、レーザー発振に至ります。 SPring-8で開発されてきた真空封止アンジュレータにより、低いエネルギーでもX線領域のレーザー発振を可能にし、大幅なコストダウンに貢献しています。 電子はレーザー光が得られた後は不要になるので、磁石で方向を変えて停止させます。
幅広い応用の期待・・・・!
医療分野での新薬の発見、素材分野での新材料の発見、物理分野での新理論の発見など、超高エネルギーのX線レーザーを原子にあてると、原子核と電子の間に働く力が変化すると言われている。未知の物理現象が観測される可能性があります。

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murayuki

Author:murayuki
19●●年生まれ。
船橋市在住。
趣味はCGとイラスト。
**受賞歴・・・・
文化庁メディア芸術際
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