U.S.N. Alaska Radiation Research/U.S.N.アラスカ放射線研究所

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反物質
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反物質生成実験

反物質

反物質とは核子(原子核を構成する素粒子である陽子と中性子の総称)及び電子(素粒子の一つで原子核のまわりに分布して原子を構成)から構成される物質に対して、それらの反粒子(質量などの物理量が同じで電荷や磁気モーメントの符号が逆の素粒子)である反核子と陽電子から構成される物質の事をいいます。例えば電子はマイナスの電荷を持つが反電子(陽電子)はプラスの電荷を持っています。中性子と反中性子は電荷を持たないが、中性子はクォーク、反中性子は反クォークから構成されています。わかりやすく言えば、ある物質の逆の性質をもつ質量が同じ物質(反粒子によって組成される物質)の事を言います。 反物質(イメージ図)

反物質の性質

これら反物質の種類は多岐に渡りますが、物質と反物質が衝突すると対消滅現象を起こします。その際質量がエネルギーとなって放出され、物質、反物質ともに完全に無くなってしまいます(消滅したそれら質量に相当するエネルギーが残ります)。しかし、対消滅時に発生するニュートリノが一部のエネルギーを持ち去ってしまうため、実際に現象が起こっても、発生するエネルギーは若干少なくなります。


反物質の存在

自然界には殆ど存在せず、最初に発見されたのは宇宙から降り注ぐ放射線(宇宙線)の測定中だったと言われています。人工的に生成しなければ得ることが困難であることから、数々の実験が繰り返されてきました。
反物質が私たちの世界にはなぜ殆ど存在していないのか、前世紀から物理学者の課題でありましたが、2060年代には解明されこれは宇宙誕生と密接な関係があります。


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生成

反物質(イメージ図)非常に高いエネルギーをもつ粒子同士が衝突すると、多くの粒子が新たに生成されることは前世紀の時点で知られていました。これは粒子が衝突前に持っているエネルギーが、相当する質量に変わるためでありまして、物質と反物質の衝突とは逆の事が発生しており、これによって生成される粒子の中に反粒子が含まれています。現在では、人工的に高エネルギーの粒子を粒子加速器(シンクロトロン又はサイクロトロン)と呼ばれる装置で生成し、それらを衝突させることによって反粒子を作り出して捕獲しています。
従来の反物質生成では、必要なエネルギーは反物質を燃料として消費するときに得られるエネルギーよりも大きいため、結局は損をしていました。ただエネルギー密度だけを考えれば非常に高密度でありますので、反物質は物質に触れると爆発的な対消滅を起こします。貯蔵や取り扱いには工夫が必要ですが、反物質は周囲の物質と対消滅を行うことにより自身の質量の200%をエネルギーに転換できます。
反物質の生成は、宇宙開発の課題であります燃料の質量軽減を可能としていますので、比較すると化学燃料は質量の10-8倍、核融合では質量の10-2倍ですが反物質はその大半をエネルギーにできます。


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実験概要

リアクター実験には当研究所が保有する世界最大のシンクロトロン(サイクロトロン)であります”大質量素粒子間分離型反陽子生成機”を使用します。大量の反物質の生成を目的に造られたこの施設により、エネルギー問題に終止符が打たれるのではないかと期待されています。中央の反応炉に向けて放射状に延びているのがリニアックで、ここで加速された粒子を集中照射してシンクロトロンの中央にあります”第8世代の新型加速器”リアクターにて中央で励起状態を引き起こします。そして生成機の地下全体に設置されていますコイル群が磁界を制御します。
実験にはシステムすべての同期が必要で、それには膨大な計算を行わなければなりません。衛星やスペースシャトルを打ち上げるよりも多くの処理を必要とするため、その計算は半年前より行われます。今回の実験が成功しますと、全世界のエネルギー需要は少なくとも100年は安泰すると見込まれています。

実験スケジュール

システム構築風景
2111 8/1 生成実験計画始動。
9/14 システム構築開始。
9/30 システムAIを”エアリシス”と命名。
11/27 実験名を”反物質大量生成実験”と命名。
12/7 実験日を2112年7月9日と発表。
12/12 実験スケジュールプロセスに現在状況を入力開始。
エアリシスがプロセスを構築。
2112 6/19 システム稼動。
7/9 実験開始。


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使用装置・機材

> 詳細は”施設概要”項目をご覧下さい。





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