「スーパー顕微鏡」 - 中国核破砕中性子源

制作：中国科学普及協会

著者: デジタルワールド

プロデューサー: 中国科学博覧会

人類の宇宙探査は、宇宙の広大さだけでなく、微視的な世界にも焦点を当てており、そのために宇宙望遠鏡や光学顕微鏡が発明されました。一輪の花、一つの世界。一枚の葉、一つの菩提。物質世界には多くの秘密があります。しかし、顕微鏡で見てもはっきりと見えないのなら、ミクロの世界の霧をどうやって晴らすことができるのでしょうか?

「スーパー顕微鏡」- 中国核破砕中性子源が答えを与えてくれるかもしれない。

「スーパー顕微鏡」 - 中国核破砕中性子源

中国核破砕中性子源（CSNS）は、中国初、そして世界で4番目のパルス核破砕中性子源です。これは、国が第11次5カ年計画期間中に構築に注力した主要な科学技術インフラプロジェクトであり、国際最先端のハイテクと学際的な応用のための大規模な研究プラットフォームです。

中国核破砕中性子源

（画像提供：中国核破砕中性子源プロジェクト）

中国核破砕中性子源は、英国、米国、日本に次ぐ世界第4位の核破砕中性子源であるが、わが国の核破砕中性子源の出力は英国の4倍である。そのテクニカル指標と総合的なパフォーマンスは、同種の国際デバイスの中でも最も先進的なものの一つです。これはまた、中国の科学界が微視的世界をさらに探究するための新たな「武器」を獲得したことを意味する。

簡単に言えば、パルス破砕中性子源は、材料に損傷を与えることなく材料の微細構造を「透視」できる「スーパー顕微鏡」のようなものです。最も直接的な用途の 1 つは、材料の「内部損傷」を検出できることですが、当然ながら、中性子の特性を研究する能力も非常に優れています。

中国核破砕中性子源のターゲットステーション分光計の的

（画像提供：中国核破砕中性子源プロジェクト）

この世には肉眼では観察できないものがたくさんあることは誰もが知っています。その後、科学者たちは世界をさらに探究する必要性に基づいて光学顕微鏡を発明し、さらに小さな細胞やウイルスを観察できる高解像度の電子顕微鏡を発明しました。

パルス破砕中性子源が発明される前は、人々は細菌や細胞など、肉眼では直接観察できない微視的世界を観察、研究するために、これら 2 種類の顕微鏡を使用するのが一般的でした。

パルス破砕中性子源の能力は顕微鏡の能力よりもさらに高いです。それを通して観察される世界はさらに微細なものになります。植物の根元にある一滴の水が動きによって少しずつ運ばれていく様子を、極めて明瞭に観察することもできます。

パルス破砕中性子源はどのように機能するのでしょうか?

なぜパルス破砕中性子源は物質の微視的構造と動きを非常に微妙に検出できるのでしょうか?

実際、中性子はまったく電荷を持たない粒子であり、X 線を使用してシンクロトロン放射されるものではありません。

物質の原子核と中性子が相互作用するとき、すべての中性子が真ん中を直接通過できるわけではありません。一部の中性子は原子核を通過しようとしたときに跳ね返され、方向が変わります。

このとき、パルス核破砕中性子源の分光計が役に立ち、飛行軌道を時間内に捉え、原子核の内部構造を推測することで、科学研究者が研究を行うのに便利になります。

例えば、科学者が海底のメタンハイドレートの研究を行う場合、深海では圧力が大きすぎるため、非常に厚い容器の壁が必要になります。窒素、炭素、水素などの軽い元素を捕獲するのは比較的困難です。これらの軽元素を通過でき、それらに敏感で、メタンハイドレートの構造を明確に区別できる唯一のものは、パルス破砕中性子源です。

現在、我が国のパルス核破砕中性子源技術は、高速鉄道や飛行機の安全性試験、がん治療など、さまざまな分野で活用されています。

さらに、航空機エンジン、深海潜水艇、高速鉄道車軸システムなどの大型エンジニアリング部品の残留応力やサービス性能試験、半導体チップ、新エネルギーリチウム電池、水素貯蔵材料の材料試験にも大きな役割を果たしています。

これまでに、中国核破砕中性子源は基礎科学研究や国家の重要なニーズの分野で多数の重要な成果を達成しており、国内外で3,400人以上の登録ユーザーを擁しています。

このスーパー顕微鏡のさらなる成果に期待しています!