【物理】世界最速75フェムト秒で水を10万℃まで昇温、特異な相変化を観察

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1 :野良ハムスター ★:2018/05/28(月) 23:55:17.60 ID:CAP_USER.net
ドイツ電子シンクロトロン(DESY)自由電子レーザー科学センター、スウェーデンのウプサラ大学などの研究チームは、X線レーザーを用いて75フェムト秒(1フェムト=10^-15、すなわち10億分の1のさらに100万分の1)未満という極めて短い時間で水を常温から10万℃まで急速昇温させる実験に成功したと発表した。研究論文は「米国科学アカデミー紀要(PNAS)」に掲載された。

実験には、米国のSLAC国立加速器研究所に設置されているX線自由電子レーザー・線形加速器コヒーレント光源(LCLS:Linac Coherent Light Source)を用いた。水のジェット流に対して、超高強度のX線を極めて短時間だけ照射するという実験である。

通常の水の加熱では、外部からのエネルギーを受けて水分子が激しく動くことによって温度が上昇する。しかし、今回の実験による水の温度上昇は、これとは根本的に違う仕組みで起こるという。

研究チームの説明によると、強力なX線があたることで水分子のもっている電子が外に弾き出され、その結果、電荷のバランスが崩される。これによって原子に対して強い反発力が突然働き、原子の激しい運動が引き起こされる。

この突然引き起こされる原子の激しい運動が今回の実験での急速昇温の正体であり、75フェムト秒未満という超短時間に液体の水からプラズマ(原子から電子が引き離されて電荷を帯びた気体的な状態)への相転移が起こり、温度は10万℃に上昇する。

今回の実験では、液体の水からプラズマへの相転移があまりにも短時間に起きるため、その間に原子はそれほど移動することができない。このため、プラズマなのに密度は液体の水のままという奇妙な状態が出現するという。

研究チームは、このような急速なプラズマ化のプロセスをコンピュータでシミュレーションする研究を行っており、今回の実験による測定はシミュレーション結果を検証するために利用されている。

水はありふれた物質ではあるが、水の密度や熱容量、熱伝導性といった性質には、他の多くの物質とは大きく違う異常性があることが知られている。今回のような実験とシミュレーションをもとに水の特殊な状態を調べることによって、水に関するより一般的な性質の解明が進むことが期待されている。

https://news.mynavi.jp/article/20180528-637495/

レーザー照射開始から約70フェムト秒後の水の状態のシミュレーション。
ほとんどの水分子はすでに水素(白)と酸素(赤)に分離している(出所:Carl Caleman, DESY/ウプサラ大学)
001 - 【物理】世界最速75フェムト秒で水を10万℃まで昇温、特異な相変化を観察

65 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 07:50:00.45 ID:zQ4l+JXg.net

電子がはじき出されるという事はアイソトープになるの?

25 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 01:02:59.42 ID:cXiQQNGP.net

地球上に水はたくさんあるから、エネルギーに変換する方法を考えるべき

90 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/30(水) 08:12:20.75 ID:/Js+/17b.net

蒸着よりも速い?

11 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 00:16:41.02 ID:+6T3EaxO.net

相転移プラズマ水1リットル4400円で肺がんが治った!

102 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/06/01(金) 20:11:46.39 ID:Sfu0tZzA.net

レーザー核融合の問題はどう燃料を連続供給するかだから、これは美味しい話?

4 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/28(月) 23:59:11.47 ID:afDZSBcg.net

凄まじいな

76 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 10:55:27.24 ID:DSDvHXM7.net

密度が水のままプラズマ化してそのまま安定してるとは思えんし
その状態なのは一瞬だけでその後は水蒸気爆発のように爆発して安定できる密度になって普通のプラズマになるんだろう?

68 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 08:15:24.74 ID:vR9LbYJz.net

オリンピックはどうなってしまうのか

27 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 01:06:50.68 ID:wlw/fDob.net

ゼットン「俺の火球、1兆度。ま、後付け設定だがなw」

45 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 03:02:37.44 ID:4ALSj/V0.net

>超高強度のエックス線
それはガンマ線というのでは?

12 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 00:18:45.79 ID:yuuOKQtS.net

その温度に至るまでに蒸発しないの?

48 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 03:07:06.33 ID:Fz/SbyP3.net

神様「そういうふうに作ってないから!バグらせないで!」

39 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 02:06:27.06 ID:RLsi1/kG.net

グリフィス「呼んだ?」

105 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/06/02(土) 10:12:41.54 ID:9JhIkBi0.net

疲れて家に帰ると風呂にお湯たまるの待つの面倒で、たまに湯を張って30分も放置しちゃうことがある。

うちの風呂もフェムト秒で沸けばいいのち

22 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 00:56:54.07 ID:6TGHLz6B.net

ふむふむ 完全に理解した

100 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/06/01(金) 10:06:24.03 ID:oZ1aBQO2.net

日本遅れてきてるなあ

31 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 01:15:11.58 ID:kTKT6C0a.net

※ オプションとして核融合が出来ます。

50 :ニュースソース検討中@自治論議スレ:2018/05/29(火) 04:17:26.23 ID:DINMsJdl.net

戦争に使われたらエライ事にならんか?

2 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/28(月) 23:57:41.73 ID:HPpP3Z5H.net

超小型水爆くる?

84 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 14:21:17.05 ID:bFPrFjlt.net

>>1
> 液体の水からプラズマへの相転移があまりにも短時間に起きるため、・・・。このため、プラズマなのに密度は液体の水のままという奇妙な状態が出現するという。

このニュースのポイントはここだな。1立方センチ当たり約1グラムというプラズマがこの方法で生成できるということだ。
つまり従来の核融合実験炉で達成されているプラズマとは文字通り何桁も違う超々高密度のプラズマがね。

因みに太陽の密度は水よりも大きい(確か常温常圧の水の密度の5割増し弱ぐらいだったはず)、
だから太陽を巨大プールに入れると(水が熱で蒸発しないと仮定すれば)水中に沈んでしまうが、
太陽がそんな超々高密度のプラズマになっているのは巨大な質量が生み出す強い重力のお蔭。

人類による核融合炉は実現できるプラズマの質量が小さすぎてこの重力という引力をプラズマ圧縮に利用できないから
非常に小さな(軽い)プラズマを(それでも電磁力で反発を強引に抑え込んで)使わざるを得ず効率が極めて悪かったが
今回のX線レーザーが生み出すプラズマは太陽プラズマの約2/3という従来の人類が達成したプラズマ密度からは
遥かに隔絶した非常に高い密度なので、原理的に言えば、H4反応(4つの軽水素核から弱い相互作用によってHe4が生成される)も
有意な確率で起こり得るプラズマが人類の手で実現されたということ。

まだこの技術が核融合炉の実現に応用できるまでには色々な障害や研究開発すべきことがあるのは確実だけど
これは未来の人類のエネルギー確保にとっては本当に凄い1歩になる可能性がある。
本当に凄い!

(そう言えば、アメリカ(に限らないだろうけど)のいわゆる水爆は内部にポリエチレンが詰めてある部分があり、
爆発の起動時にまず強いX線を発生させてそのポリエチレンをプラズマ化する手順を踏むというのがあったが、
これも通常のプラズマよりもずっと高密度のプラズマを作り出して本来のトリチウム(これは点火まで
アンプルのような密閉容器に封入)による核融合反応を起こしやすくするという意味なのだろうか?)

87 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 17:33:52.22 ID:JgZwPzgV.net

>>15
エックスウェーブと呼ぶことになるな
俺が名付け親だからな

28 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 01:12:43.00 ID:EZPLE7Zd.net

核融合炉に使えそうだな、密度が水のままであることがうれしい

66 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 07:57:08.89 ID:FB44Yv4g.net

プラズマ波動砲はよ

94 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/30(水) 11:31:00.98 ID:KBZ2a3Xa.net

つまりトランザムの祖ってことでおk?

52 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 05:03:16.02 ID:qf0VrJAq.net

コーヒーをポット一杯作りたいときにお湯沸かすの面倒だから
ここの加熱装置貸してくれないかな

36 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 01:48:04.08 ID:f93UlWEH.net

 

相転移って言っても、

水素と酸素に分かれちゃってるのに純粋に水の相転移って言えるのか?

還元反応込じゃないのか。

 

85 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 14:47:01.89 ID:DVupBezA.net

ウォーターラムジェットエンジンくる?

54 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 06:03:24.42 ID:iMyIjluu.net

>>1
やめろ。
水がかわいそうだろ。

44 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/29(火) 02:56:06.86 ID:aUQsBiRf.net

>>2
重水に対してX線照射して,尚且つ,閉じ込めることができれば,あるいは。
重水を球殻状に加熱すると,球殻の中心はどれくらいの圧力になるかなぁ。

91 :ニュースソース検討中@自治議論スレ:2018/05/30(水) 09:30:34.24 ID:krmvj6NI.net

エリミネーターモードですかね

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