放射線を用いた量子乱流場の可視化法の開発

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量子乱流場の可視化には、Heと同程度の密度を持つ微細な粒子が不可欠である。その候補として、Heエキシマからの発光を利用する。エキシマの生成と可視化画像を取得する方法を確立しているが、流動場の速度情報を取得するためには、粒子密度、発光強度を最適化する必要がある。それらを踏まえ、実験条件を整えて量子渦の発生に伴いエキシマを追随させた可視化をおこなう。量子渦のリコネクションは高速で起こるため、密度差の大きい個体水素は量子渦に追従できないことがわかった。また、空間のタングル構造は微細構造であるため、より小さな可視化粒子を用いる必要がある。エキシマを可視化粒子として利用することで、量子乱流場の詳細を解明することに挑戦した。エキシマの生成に中性子、ガンマ線などの放射線を利用する試みは物性研究で古くから報告例があるが、発光スペクトルの計測にとどまっている。空間内のエキシマの分布を画像として計測したのは本研究が初めてである。大強度陽子加速器施設(J-PARC)では、放射線をビーム形状として空間的に照射する。従って、エキシマは空間内に一様に発生し、高分解能カメラを用いることで量子渦の構造を可視化することができる。発光は微弱であるため、光電子増倍管による計測をおこなった。エキシマからの発光を可視化画像として取得するために、微弱な光をイメージ・インテンシファイにより増幅することで、空間に分散するエキシマを画像計測することに成功した。