【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

1野良ハムスター ★2018/05/28(月) 23:55:17.60ID:CAP_USER
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)
https://news.mynavi.jp/article/20180528-637495/images/001.jpg

60ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 06:39:39.69ID:C7P9X+n5
ベルセルク40巻はまだなのでしょうか!

61ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 06:42:31.45ID:Te0awMDL
ナノ秒までしか知らなかったなのです

62ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 07:05:59.22ID:Lw5xmGHq
よくわからんがこういうことか?

水:水分子の集合体
 ↓
強力X線照射で電子がはじきだされる
 ↓
水素原子と酸素原子が位置関係を保ったまま原子核だけになる
 ↓
それぞれプラス電荷なので激しく反発しあう
周りじゅうプラスなので離れられないで激しく振動する(押しくらまんじゅう状態)
 ↓
電子はほとんど質量がないので密度を保ったまま温度が上昇する

63ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 07:25:08.37ID:RoUFdxDL
X線プラズマクラッシャーはSHARPだけ♪

64ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 07:29:52.29ID:bzkkSK8Y
10年後「風呂入り過ぎたから今月のX線代高そうだなあ」

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

66ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 07:57:08.89ID:FB44Yv4g
プラズマ波動砲はよ

67ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 07:58:55.97ID:JH89UCIk
>>64
お前、フェムト秒も待てねーのかよ!

68ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 08:15:24.74ID:vR9LbYJz
オリンピックはどうなってしまうのか

69ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 08:25:09.69ID:OkmmT79O
水の正体は宇宙人

70ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 08:36:35.64ID:FVyPxbmD
ここ次の中間テストで出すからなー

71ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 09:08:35.12ID:Imh7mqFW
水って100℃以上になるのー?

72ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 09:10:11.31ID:Szw7D4r+
相転移エンジンがー
と言おうと思たんだけど、全文読んでみると、こう言うことらしい。

巨大なエネルギー与えたから一瞬で10万度になっちゃったてへぺろ
液体の状態でプラズマっていうのは一瞬の話のことだからね。直後には普通に帰化してポンだからね。
熱の定義は原子の運動量の事だから、巨大な陽子にエネルギー与えブルブルさせるより、小さな電子をペシッて叩き飛ばして、電荷バランス崩してしまえば陽子は動くよね
こうやって陽子を動かして10万度って事にした。どお?すごいでしょ。

73ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 09:12:43.39ID:78HE5qNq
超強力水鉄砲のプラズマ水はキャッキャウフフしてるリア充を消滅させることが出来るのだ

74ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 09:14:32.85ID:xJKN7ar1
X線レーザーを発生させるエネルギーより得られるエネルギーが大きいなら発電に転用できそうだな
核融合より安全で小型で強力な発電機になりそうだわ

75ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 10:14:13.87ID:Uuj5UDlH
>>9
驚けないってことは君が何も理解できていないということだ

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

77ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 11:12:10.37ID:vsEeqXzi
>>19
いやいや電磁波当てたらその吸収した分温度上がるだろ

78ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 11:25:18.58ID:TeLkwFeH
何に使えるの?

79ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 11:53:20.80ID:JXfLqJJL
>>41
水中から上空へぶっ飛べるんじゃ?

80ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 12:14:41.47ID:8HkCcuwl
>>1
どうやって温度測るの?
他にも世界で最高の測定温度って億単位だと思うけど、分子の振動具合とかなんかの手段あるのかな?

81ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 12:18:12.97ID:6FroI3Xl
核融合の点火は1億2000万度ということだから
全然足りないなw

82ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 12:43:03.94ID:lCNSyXRP
75000000000ヨクト秒もかかる!

83ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 12:53:32.79ID:icuEyfef
>>18
水分子から電子を引っ剥がしただけ
電子が戻れば通常の状態になる
太陽光が分子に当たるだけでもそれくらいの反応は常に起こってる
蛍光灯そんな感じで内部は1万度
地球大気層の熱圏でも2000度に達してる

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

85ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 14:47:01.89ID:DVupBezA
ウォーターラムジェットエンジンくる?

86ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 15:11:24.24ID:IdVM5CdU
水温が上昇する時間的な速さよりも、10万度という温度にまで達することの方が驚き

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

88ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 17:35:34.58ID:0/GB7qTp
海にやったらどうなるのか

怖い

89ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/29(火) 18:54:52.71ID:4443nIjM
飲める温度になるには何分かかるん?

90ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/30(水) 08:12:20.75ID:/Js+/17b
蒸着よりも速い?

91ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/30(水) 09:30:34.24ID:krmvj6NI
エリミネーターモードですかね

92ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/30(水) 09:50:56.21ID:ehHETWIG
湯飲み一杯分の水をの20℃から90℃にするには何秒くらい?

93ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/30(水) 10:51:55.08ID:Yw+XIFtE
そこから包丁に変えようとする圧倒的不審者の極み

94ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/30(水) 11:31:00.98ID:KBZ2a3Xa
つまりトランザムの祖ってことでおk?

95ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/05/30(水) 23:28:40.50ID:bzJqPxu9
これは興味深い

96ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/01(金) 00:13:13.30ID:1dxuBnaB
>>6
するどい
照射時間がネックだったレーザー兵器が短時間の照射だからこそという特異点だな

97ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/01(金) 00:16:50.86ID:0wM75Bf1
>>92
4、50秒くらい

98ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/01(金) 00:53:36.57ID:znONF0PV
X線のエネルギーと発生した熱量はどんだけなんだよ。
一番重要な事が書いて無いじゃん。

99ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/01(金) 08:41:19.95ID:Rk08Q6vs
>>1

はは、アホが湧いてるがw

すでに東工大などで、この水プラズマを利用した「ゴミ処分施設」の提案がなされてるが、
ただ、東工大も分かっているのだろうが、もうこの「水プラズマ」はそれだけでは終わらないのだよな。

つまり、すべての物質(砂でも岩でも)から、水プラズマを使って「ガス化エネルギー」が作れることだ。
もはや、石油や原発に頼る必要がなくなる。

ハッキリいって、水プラズマによる、すべての物質のガス化エネルギーは、
次代のエネルギーといわれる「核融合」に匹敵するどころか、もうそれを完全に超えている。

まあ、世界がそれに気づく前に、本来は、日本が先手を打つべきなのだがな。
アホ総理を筆頭とする現在の日本政府では、音頭を取れそうもないが、
少なくとも、学識者を含めた知識層が、もう国家の総力を挙げてそれに向かわすべきだな。
(すでに東工大や民間でその実用化のメドが立っている)

一刻も早い方がいい。遅かれ早かれアメリカが気づいて、
もう本気で水プラズマエネルギーに向かうのは間違いないだろうからな。

100ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/01(金) 10:06:24.03ID:oZ1aBQO2
日本遅れてきてるなあ

101ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/01(金) 12:25:26.44ID:hBpzB4ey
氷河期がきたら
これを転用して氷を解かせられるんじゃ

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

103ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/02(土) 03:30:39.99ID:vpJzoNvk
凄い蒸気エンジンが作れる?

104ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/02(土) 10:10:07.26ID:/9stSHXB
ゼットンには程遠い

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

106ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/02(土) 10:40:36.35ID:r6f0HxYt
最後の節にある水の特異性は興味深い。

107ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/05(火) 02:20:37.04ID:Ddn48yNv
>>16
大型加速器がいるから
一家に一台とまではなかなか

108ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/05(火) 08:35:14.31ID:cGCFQhIf
>>106
何十年も前からみんな研究してるようなテーマがそんな珍しいか?
幼女の特異性と水の特異性は科学界の二大テーマだぞ

109ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/05(火) 13:27:02.41ID:zf9mU4Bv
使用後安全安心の水蒸気爆弾の完成である

110ニュースソース検討中@自治議論スレ2018/06/08(金) 15:08:44.44ID:7gGT3z1t
熱伝導速度は反作用の力を受けて面積の逆二乗で跳ね返る
核融合に応用できるかな位で何にもならない

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