宇宙&物理2chまとめ【物理】原子核の非常に強い電場で生成する電子陽電子対との相互作用効果でガンマ線回折用レンズを実現

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【物理】原子核の非常に強い電場で生成する電子陽電子対との相互作用効果でガンマ線回折用レンズを実現

[ 2012/06/14 19:01 ] [ 物理 ] [ コメント(0) ]
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1: 依頼29-268 二軍ニュース+板記者募集中!@pureφ ★ 2012/06/10(日) 08:45:41.08 ID:???

マックス・プランク研究所、ガンマ線回折用レンズを実現。材料はシリコンや金、電池材料開発や医療分野への応用期待 

今回開発されたガンマ線レンズ。写真は金を材料とするレンズで、シリコンレンズよりもさらに強い回折効果があるという 
(Copyright: Dietrich Habs / LMU)) 

マックス・プランク量子光学研究所が、ガンマ線の回折に使えるガンマ線レンズの開発に成功したとのこと。レンズの材料には、シリコンや金を使うとしています。高エネルギーのガンマ線に適用できるガンマ線レンズは実現不可能と考えられてきましたが、実際に作れることが実験で証明されたことで、医療や材料科学の分野での様々な応用が進むことになりそうです。 

従来の物理学では、可視光線よりもはるかに高いエネルギーを持つ電磁放射線を回折できるレンズは不可能とされており、このスペクトル領域での屈折率はどんな材料でもほぼ完全に1であると計算されていました。しかし、1990年代半ばになって、ベリリウムまたは炭素を材料とするレンズによってX線を回折できることが判明し、X線光学が可能となったという経緯があります。 

今回、ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン教授 マックス・プランク量子光学研究所フェローの Dietrich Habs氏らのグループは、仏グルノーブルのラウエ・ランジュバン研究所(ILL)で行った実験により、X線よりもさらに高エネルギーのガンマ線でもレンズを使って回折可能なことを確認。これにより、ガンマ線光学という新しい光学の時代が始まったとします。 

ILLでの実験で使用されたのは、シリコンを材料とするプリズムです。Habs氏は、「シリコンの原子核には陽子が14個存在しており、そこに非常に強い電場が発生する」と説明。「電場の中では極めて多数の電子と陽電子の対が生成され続けている。 
この電子‐陽電子対はごく短時間しか存在できないが、それでもガンマ線と相互作用する」とし、デルブリュック回折と呼ばれるこの現象が、ガンマ線回折の原因であると言います。 

理論物理学の世界では数十年前から、こうした現象は起こり得ないとされてきており、今後この分野での新たな計算モデル手法の開発が必要になるとのこと。 

Habs氏は、今回の発見の具体的応用にも目を向けています。その1つが、うつ病の診断・治療です。うつ病患者にはしばしばリチウム療法が施されることがありますが、リチウム薬が脳内でどのように作用するのかについてはよく分かっていないとのこと。 
ガンマ線とガンマ線レンズを使ってマイクロメートルレンジでの三次元画像化を行うことによって、リチウムがどこに集まっているのかを特定し、なぜ精神に作用するのかを明らかにしたいといいます。 

リチウムは、ノートPCや電気自動車に使われる二次電池の材料としても重要な役割を担っています。二次電池に過剰な負荷がかかると微小なリチウムデンドライト(樹脂状結晶)が析出し、これが著しい電池寿命の低下を招きます。Habs氏は、ガンマ線を使ってこの効果を詳細に観察することで、二次電池の最適化を行いたいとしています。 

「将来的には、放射性物質や爆発物の高精度検知にもガンマ線が利用できる可能性がある」と研究チームは考えています。さらに、ガンマ線光学の技術は癌の診断・治療にも応用できるとHabs氏は予想。「医師が初期の腫瘍の発見・治療に利用できる新規の医療用放射性物質が生産可能になる」とします。 

この夏に欧州シンクロトン放射施設(ESRF)で計画されている実験では、シリコンではなく金レンズが使われるとのこと。Habs氏の説明によると、金の原子核には79個の陽子が存在するため、シリコンよりも強い回折効果が得られるといいます。 

SJN Blog 再生可能エネルギー最新情報 2012年5月20日 
http://sustainablejapan.net/?p=1583 

Gold lenses used to create gamma optics 
Max-Planck-Gesellschaft Research news May 18, 2012 
http://www.mpg.de/5799885/gold_lenses_gamma_optics







元スレ:
【物理】原子核の非常に強い電場で生成する電子陽電子対との相互作用効果を利用しガンマ線回折用レンズを実現-マックス・プランク研究所
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1339285541/




3: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 08:57:48.07 ID:TIanP4Lw

>今後この分野での新たな計算モデル手法の開発が必要

普通のレイトレースソフトをちょっと改造すればイケる予感w


14: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 16:11:51.48 ID:OvBw9UVv

>>3
レイトレースは屈折や反射がどこで起きるかモデルを立てたうえでの計算
この場合はガンマ線がどこで屈折しどこで反射するか分からないのが問題

レイトレーシング(ray tracing)は、主に3次元空間内を伝わる波の伝播経路を追跡することで現実世界の物理現象を仮想的にシミュレートする計算手法である。
レイトレーシングを行う対象には「光線」「電波」「地震波」「超音波」といくつかあり、それぞれ「光線追跡法」「波線追跡法」「音線追跡法」などと呼ばれることがある。この手法では反射や屈折は忠実に再現できるが、回折は近似やモデリングを必要とする。対象が異なっても伝播経路を追跡する基本的な原則は共通であるが、計算手順はそれぞれで異なる。





4: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 09:02:27.03 ID:qb2w7Elo

放射能は脳に効くと言ってるのか


5: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 09:05:42.48 ID:bSFgHQe/

放射能の可視化ですか


8: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 11:04:16.96 ID:f7JU4krU

この記事は、γ線も透過電子顕微鏡みたいに集光出来るって事を指してるの?

荷電粒子によるサンプル損傷もX線やγ線なら圧倒的に有利だし、そこは期待したいのう…


14: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 16:11:51.48 ID:OvBw9UVv

>>8
集光もそうだけど、レンズ状の構造を持つことによる解像度の向上が主眼かと


10: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 12:22:59.96 ID:ppA3fk4r

え、これ地味にすごいね
γ線顕微鏡とか出来ちゃうのか


11: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 12:42:54.50 ID:iNbMcq4b

ウランレンズなら陽子92個だから金よりも強い回折効果が得られるの?


12: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 14:04:31.87 ID:6Yy7WBxG

>ガンマ線とガンマ線レンズを使ってマイクロメートルレンジでの三次元画像化を行うことによって、リチウムがどこに集まっている
>のかを特定し、なぜ精神に作用するのかを明らかにしたいといいます。

脳にガンマ線射ち込むのかよ。怖すぎるわ。


14: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 16:11:51.48 ID:OvBw9UVv

>>12
普通の放射線マーカーでしょ
放射性物質を体内に取り込んで出てくるガンマ線を観測することで体内の構造を知る


18: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 18:08:11.96 ID:9xSeOnKO

なんでシリコンや金かというと、重い元素ほど高エネルギーのガンマ線に対して
屈折率を持てるってことなんだろうな

しかし、普通の光学レンズだって主成分は二酸化珪素だから、ガンマ線も屈折
するはずだが


26: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 12:20:07.58 ID:5ZTlPvN7

>>18
ガラス状態だからじゃね?


29: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 15:31:15.40 ID:n6fPi0RV

>>18
ケイ素は14しかないしそんなに重いってわけでもなくね


32: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 16:00:22.40 ID:tMiaq7Nx

>>29
重いんじゃなくて共有結合結晶でコンパクトな電子殻が必要なんだと思う。だから原子数が大きいのは不利。


20: 名無しのひみつ 2012/06/10(日) 19:06:36.11 ID:saazls53

ガンマー線を発している天体を超高解像度で観測できる可能性がでてきたな。

>理論物理学の世界では数十年前から、こうした現象は起こり得ないとされてきており、今後この分野での新たな計算モデル
>手法の開発が必要になるとのこと。
理屈だけの世界が実証で修正されるのはいいことだ。


21: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 04:22:04.35 ID:GIiywZat

これは…ノーベル賞くるか!?


28: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 14:08:57.06 ID:MmOode5k

>>1
長くて理解できましぇん
3行にまとめろ


33: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 16:34:41.39 ID:tiSGC/eC

>>28
ガンマ線を曲げられるレンズができました。
材料はシリコンや金です。
仕組みは原子核内に発生する強い電場で曲げます。


46: 名無しのひみつ 2012/06/12(火) 06:49:40.27 ID:WqWjRSVU

>>28
レンズや曲面鏡は、素材の電磁波に対する応答を考えて設計するんだけど、
その時に原子核や電子あるいはイオンを構成要素と考えていて、それではガンマ線は扱えなかった。
原子核を構成する要素の動的な様子まで考えればガンマ線用も作れる


31: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 15:49:13.93 ID:yvtqVw7d

いままでX線望遠鏡は反射材を使って収束させてたわけだが
屈折望遠鏡が可能になるのか


38: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 20:22:34.34 ID:P4EmDjmZ

回折レンズって反射式ってことだよね?
半導体製造に導入しようとしてるEUV露光装置が中々うまく行かないのも
従来の屈折系から反射系に変えざるを得ないからだし。
γ線は非荷電粒子だから電場からの影響は直接は無いよね?
真空中ではγ線による電子陽電子対生成は無理だよね。
でも電場があることによって対生成が可能になり、その後対消滅が起こって
γ線が再び発生、結果反射したように見えるということなんだろうか。
X線回折の仕組みすらよく分かってないから間違ってると思うけど。


39: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 20:33:03.29 ID:JNgyOHzq

>>38
>回折レンズって反射式ってことだよね? 

え?


41: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 23:49:57.43 ID:uNMqPu10

>>38
>真空中ではγ線による電子陽電子対生成は無理だよね。

できるよ。


40: 名無しのひみつ 2012/06/11(月) 20:55:35.22 ID:P4EmDjmZ

>>39
レンズの表面に溝を刻むかして回折を起こして曲げるのが回折レンズなのか…orz
物性で結晶構造を調べるX線回折のイメージしか無かったから反射としか思わなかったわ
EUVが反射系なのは軟X線の透過性が弱いためで曲げられないからで今回の論旨とは関係ないね






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