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量子物理学の発見 その2 陽子どうしを超高速でぶつける

前回、朝から晩にかけて体重が1.5 kgも増えたと書きましたが、今朝体重を計ったら昨晩に比べて1.6 kg減っていました。
こんなことがあって良いのでしょうか?こうなると体重計がおかしいんじゃないかと思ってしまいますが、買って数ヶ月だし、正しいんでしょうな。家庭用計量器マークもあるし、わざわざ計量法で規制しているくらいだから、正しいんでしょうな。タニタだし、正しいんでしょうな。
となると私の1.6 kgはどこに行ったのか?寝汗だと思うと、自分のパジャマが気持ち悪くなってきますな。



さて、本題です。
今回は「量子物理学の発見 ヒッグス粒子の先までの物語 (レオン・レーダーマン、クリストファー・ヒル 著、 青木薫 訳)」の「第1章 宇宙の始まりを探る旅」より。スイスとフランスの国境近くにある欧州原子核研究機構(CERN)の大型ハドロン衝突型加速器(LHC)に関し、技術的なことが書かれています。

やることは、単に陽子と陽子を超高速でぶつける。一言で言えばただそれだけなんでしょうが、10の-15乗メートルくらいの大きさの陽子を、一周約27 kmのリング内で光速に近い速度まで加速して衝突させるわけだから、そんな生易しいものではないんですね。

陽子を円軌道で動かすのに、磁石を使うそうです。要はフレミングの左手の法則で、円軌道の中心方向に向かって力をかけるんでしょうね。分かりやすい話ですが、陽子の加速に伴って磁場を強くし、中心方向への力を強くしていかないといけません。しかもちゃんとコントロールしないと、陽子が円軌道から外れてしまいます。これで最終的にとてつもなく小さい陽子どうしを衝突させるわけだから、とんでもなく精密なコントロールなのでしょう。

磁石には絶対零度の-273度近くまで冷やして使う超伝導磁石を用いているそうです。電気抵抗がゼロの超伝導体コイルに大電流を流して強大な磁場を作るわけですが、磁石の構造そのものに自分が発生させた巨大な磁場がかかります。それが原因となって磁石の内部にわずかな変動が起きて、超伝導状態ではなくなってしまう「クエンチ」と呼ばれる現象が起こることがあるらしいです。そうなると、溜まったエネルギーが一気に発散されるからでしょう、爆発が起こりうるらしいです。

だから、「クエンチ保護システム」がきっちりと設けられていて、被害を最小限に食い止められるようになっているそうです。大電流が流れている超伝導体を覆う被覆は、実は電気をよく通す銅だそうです。普通は導線の周りにビニールなどの電気を通さない被覆をしますから、被覆が銅というのは怖い気がしますが、超伝導体の方が抵抗が小さいので超伝導体の方に電流が流れ、クエンチが起きれば銅の方に電流が流れて被害を最小限に食い止めることができる。なるほどなあと思います。

裏にある技術はやはりとんでもないのでしょうな。この一般向けの書物で書けることなんて、本当にごく一部なんでしょうし。

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テーマ : 自然科学
ジャンル : 学問・文化・芸術

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バラッくま

Author:バラッくま
色々あったのち東京深川在住の科学技術系の研究者。
クマに似ている。最近はカピバラにも似ている。
専門: 量子エレクトロニクスなど。
休みのときは、(有休を取ってまでして)落語、スキューバダイビング、スポーツ観戦(相撲など。両国が近いのでうれしい。)、音楽鑑賞などを少しずつ。

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