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2016年07月21日 (14:16)

重い3元素の「スペクトル線」を計測【核融研が世界初の発見】

核融合科学研究所
(土岐市下石町、竹入康彦所長)は、
テルビウム(原子番号65)・
ホルミウム(原子番号67)・
ツリウム(原子番号69)の重い3元素が、
高温プラズマ中に発する「スペクトル線」
(その元素固有の波長の光)を、
世界で初めて計測したと、発表した。
上智大学などとの共同研究で、分かったもの。
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原子やイオンは、エネルギーを受け取ると、
エネルギーの高い状態に変化した後、
「スペクトル線」を発光。
再び、エネルギーの低い状態へ戻る。
比較的軽い元素のスペクトル線は、
既に判明しているが、
重い元素のスペクトル線については、
全容の解明が、進んでいなかった。
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元素に、高いエネルギーを与えるためには、
高温プラズマ内に、物質を入れる必要があり、
核融研の大型ヘリカル装置(LHD)を使用。
LHDの加熱パワーをコントロールし、
電子温度を、
1700万度から460万度へと変化させることで、
スペクトル線が、変化していく様子を、計測した。
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今回の実験は、
平成24(2012)年から平成26(2014)年まで、
3年間にわたって、行われたもの。
上記の3元素以外にも、
スズ(原子番号50)・ガドリニウム(原子番号64)・
タングステン(原子番号74)・金(原子番号79)・
ビスマス(原子番号83)といった、
重い元素についても、計測した。
ごく少量を、LHDの高温プラズマ中に入射。
「多価イオン」(たかいおん。高電離イオン。
中性の原子から、多数の電子をはぎ取ったイオン)にし、
波長1~15ナノメートル程度のスペクトル線を、
特殊な分光器「斜入射型真空紫外線分光器」で、
系統的に観測した。
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核融合科学研究所では、既に、
原子番号50から原子番号83までのうち、
その半数以上のスペクトル線を、系統的に調査。
今回の実験では、
理論的に合っているスペクトル線だけではなく、
その系統から、ややずれているスペクトル線も、
発見できたという。
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核融合科学研究所では、
「プラズマの産業応用研究や、核融合研究を進める上で、
スペクトル線の解明は、不可欠。
これらの研究で、シミュレーションを行う際、
今回の実験データは、その精度向上などに役立つ。
残りの元素についても、実験を行いたい」としている。
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