STF:KEK で進む超伝導加速技術の実証

STF:KEK で進む超伝導加速技術の実証

 国際リニアコライダー(ILC) に不可欠な技術が「超伝導加速技術」。超伝導加速とは、ニオブ等の超伝導材料でつくられた「超伝導加速空洞」にマイクロ波を送り込んで電場をつくり、電子や陽電子のビームを加速する方式です。-271℃まで冷却すると、ニオブ製の空洞が超伝導状態になり、電気抵抗が生じません。そのため、電力損失や加熱が起こらないため、 空洞の中にマイクロ波のエネルギーを無駄にすることなく効率よく加速することができるのです。

 高エネルギー加速器研究機構(KEK)では、空洞の製造・性能試験や、冷却、大電力マイクロ波発生、空洞の保冷、電子ビームの発生など、総合的な超伝導加速システムの研究開発を行っています。それら技術を確認するための総合試験を行う場所が、超伝導RF 試験施設(STF)です。今、STF の地下トンネルには、ILC 仕様のクライオモジュール1.5 本分の設備がつくられています(写真)。このクライオモジュールには空洞のみならず四極磁石も組み込まれており、実機さながらの仕様になっています。

 クライオモジュールは、外気の熱を遮断する保冷容器に、ILC の心臓部となる超伝導加速空洞を8~9 台(8 台のものには四極磁石が入る)を入れたユニットモジュールのこと。実際のILC には、このクライオモジュールが約1850 台必要になります。これらは世界で分担して製造されるため、STF と同様の試験施設が米国のフェルミ国立加速器研究所にもあり、実 証試験が行われています。ドイツでは、同じ技術を用いた放射光施設「欧州XFEL」の実用的な運転が始まります。欧州XFEL 建設からは、大量生産の技術や産業化の手法など、ILC の実現に役立つ知識や経験も蓄積されました。STF の試験装置は、ILC の仕様としては最も長いクライオモジュール。2016 年度後半にはビームを通した試験を行う予定となっており、試験に向けた準備が着々と進んでいます。

 ILC の超伝導技術は、強い電場を実現して短い距離で大電流のビームを加速できます。この技術は加速器の小型化にも役立てらることができるため、様々な応用が考えられます。例えば、従来の広大な敷地を必要する加速器を、可動式の装置にすることも可能になるため、走りながらトンネルの亀裂を見つける車両型非破壊検査装置や、移動式の医療用治療装置などの開発も期待されています。また、超伝導技術を使った放射光施設の開発は、生命科学研究、ナノ構造解析、創薬、医療診断、マイクロリソグラフィなど、多くの分野へ画期的な波及効果をもたらすと考えられています。

 ILC の実現、そして未来の技術応用にむけて、STF では研究者・技術者 が挑戦を続けています。





特 集

加速される電子加速されるよう電子

ILCでわかること第2回 トップクォークについて

トップクォークって一体なんだろう?

トップとヒッグス の不思議な関係?

トップクォークが宇宙の運命を決める?



トピックス

ILCサポートロゴが完成しました

ILCサポートロゴが完成しました

 リニアコライダー・コラボレーション※は、ILC を応援してくださるみなさまにご利用いただける「ILC サポートロゴ」を制作しました。ウェブサイトや名刺、パンフレットなどにご利用いただけます。
ご利用の際には、電子メールにて、communicators@linearcollider.org までお問合せください。
※ ILC 計画を推進する研究者組織。略称はLCC


トピックス

ILC科学少年団、放送中!

 ケーブルテレビ番組「ILC 科学少年団」が放送中です。宇宙はどうやって始まったの?…物語の主人公は、宇宙に興味のある小学生。彼の叔父が研究している素粒子は、すべてのものを形成する小さな小さな粒。小さなものが、なぜ限りなく広い宇宙の研究につながるのか。少年が「宙」と「粒」に出会いキーワードとなる「ILC」を追いかける、全10 回のシリーズ番組。
第9 話のテーマは、巻頭記事の写真にもあった超伝導RF 試験施設(STF)と先端加速器試験装置(ATF)。

< 放送チャンネル/ 時間 >

地デジ11ch /毎日7:40 ~、17:50 ~(10 分番組) 放送の実施また放送時間などに関してはお近くのケーブルテレビ局にお問合せください。
YouTube からもご覧いただけます。 https://www.youtube.com/watch?v=GYMlu4j8yQs&feature=youtu.be



トピックス

カソクキッズ ILC特番連載中!

 KEK のウェブサイトで連載中の科学マンガ「カソクキッズ」。ILC 特番 第二話は、ILC の心臓部ともいえる加速装置「超伝導加速空洞」をはじめとする、先端技術の実験や開発を行うSTF。下記からご覧いただけます。
https://www2.kek.jp/kids/comic/ilc-sp/02/index.html
カソクキッズ ILC特番連載中



コラム

ノーベル賞でたどる素粒子の発見物語2

光子

 光の正体は科学の歴史の中で大きな謎でした。時に粒子であると考えられたり、何かが伝える波であると考えられたり。19 世紀の半ばに整えられた電磁気学の理論「マックスウェルの方程式」が、電気の力や磁気の力のもととなる電場と磁場が、あざなえる縄のようになって空間を伝わる「電波」の存在を明かしました。そしてその電波の速度が、当時ようやく正確に測れるようになった光の速度と一致していたことから、光の正体は電波であると結論づけられます。

 しかし、1905 年にアインシュタイン博士が、光が光源から発せられて広がっていくときに、そのエネルギーは連続して広がっていくのではなく、光の波長に反比例した「かたまり」で伝わっていくという論文を発表します。エネルギーがとびとびの値をとるエネルギーの最小単位のことを「エネルギーの量子」と呼びますが、アインシュタインは光エネルギーの最小単位のことを「光量子」と呼びました。そして、この光量子は最小単位として分割されることなく運動し、発生するときも吸収されるときもそのかたまりのままで行われるとの仮説を提案したのです。この仮説により当時知られるようになった光電効果という金属に光が当たったときに電子が飛び出してくる現象の様子を正確に説明できると指摘しました。

 アインシュタイン博士はこの光量子仮説により1921 年にノーベル物理学賞を受賞します。そして1924 年、光量子が存在する直接的な証拠となる現象が発見されます。光が電子と衝突して電子を跳ね飛ばす現象、コンプトン散乱現象です。このとき電子にあたって跳ねたあとの光自身の波長が長くなることが観測されました。これも光が波であるとすると説明がつかず、光が光量子としてドスンとぶつかるという考えでしか説明がつかないことがわかったのです。それ以来光は「光子」という素粒子であると考えられるようになっていきます。そして、マックスウェルの方程式も光子の運動を扱う「量子電気力学の方程式」へと進化します。



お知らせ

科学技術週間KEK 施設公開、4/22 と23 に実施

 発明の日(4 月18 日)を含む一週間は「科学技術週間」です。今年の科学技術週間は、4 月18 日~ 24 日。KEK では、展示ホール公開や施設見学会などを企画しております。

 B ファクトリー実験施設と放射光科学研究施設を見学いただける施設見学ツアーは、4 月22 日(金)と23 日(土)に予定しています。みなさまのお越しをお待ちしております。詳細につきましては、決定次第、下記ウェブサイトに掲載いたします。

< お問い合わせ >
KEK 広報室 http://www.kek.jp/ja/PublicRelations/Events/ScienceWeek/
TEL:029-879-6047 / E-mail:proffice@kek.jp




編集部
より
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