JP2004361371A

JP2004361371A - 水素、重水素イオンビームを含んだ静止系によるニュートリノの観測法

Info

Publication number: JP2004361371A
Application number: JP2003192465A
Authority: JP
Inventors: Joshin Uramoto; 上進浦本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】原子炉あるいは太陽から飛来するニュートリノの強度および飛来方向を検出する簡便な方法を提供する。
【解決手段】（１）大気中に平面コンデンサー（水素の場合は絶縁膜の自然吸着を利用、重水素の場合は重水を染ませた紙を絶縁膜に重ねる）を置き、付加コンデンサーと抵抗からなる電気回路にガルバノメーターを入れて指針の振れの残像を観測する。（２）平面コンデンサーの正極面を原子力発電所の方向或いは太陽の方向に向ける。
【選択図】図１

Description

以前の方法
原子炉からの反電子ニュートリノ、太陽からの正電子ニュートリノは身近の代表的ニュートリノである。著者が最近開発した、これ等の革新的なニュートリノ検出法は特願２００３−５４９４５、特願２００２−３６４４６３に示した。そこでの方法は、真空中においた平面コンデンサーの絶縁膜表面から引き出される水素正イオンＨ^＋ビーム、或いは重水素正イオンＤ^＋ビームと飛来するニュートリノビームの相互作用を磁場型質量分析で調べる方法であった。しかし、真空装置と質量分析器を要するので「持ち運び」と「ニュートリノビームの飛来方向とＨ^＋またはＤ^＋ビームの方向を簡単に合わせる」のが装置的に困難であった。
発明の方法
本発明では真空中のＨ^＋ビーム、Ｄ^＋ビームでニュートリノビームを受け質量分析器で調べる方法の代わりに、大気中に置いた平面コンデンサーの絶縁膜（Ｄ^＋の場合は重水を染ませた紙を上乗せする）とコンデンサーの負極板の間のミクロなＨ^＋イオンビーム或いはＤ^＋イオンビームを利用する。即ち、この間にニュートリノが飛来するときの平面コンデンサーを含む電気回路の電流変動をガルバノメーターで測定する簡便法を発表する。
＜１＞図１（Ａ）、（Ｂ）に反ニュートリノビーム検出のための絶縁膜の表面に水素を自然吸着している平面コンデンサー［Ｃ_Ｈ］と水素分子の分極の概念図を示す。次に代表的例としてコンデンサー「Ｃ_Ｈ］の正極板側から原子力発電所の原子炉の反電子ニュートリノビームν_ｅ ^＊が入射する場合を図２（Ａ），（Ｂ）に示す。ここでは、［Ｃ_Ｈ］の負極板内面のミクロなＨ^＋ビーム（Ｈ^＋は４０ｅＶ以上）で
ν_ｅ ^＊＋Ｈ^＋⇒ｅ^＋＋ｎ
の相互作用が生じる。ここにｅ^＋は高エネルギー陽電子（ポジトロン）、ｎは中性子である。このとき陽電子ｅ^＋の立ち上がり時間は〜１０^−８ｓｅｃと速く、一方、Ｈ^＋のｎへの変化（Ｈ^＋電流の減衰でわかる）は〜１０^−５ｓｅｃと遅いことは特許願２００３−５４９４５の質量分析法でわかっている。この現象を考慮すると図２（Ａ），（Ｂ）に示したコンデンサー［Ｃ_Ｈ］を含む電気回路では、ｅ^＋の全（Ｎ）電荷（Ｎｅ^＋）の速い変化によるパルス的電流Ｉ^＋（〜１０ｎＡ）のみが約５ｍｓｅｃ間隔で発生する。かくてＩ^＋＝ｄ（Ｎｅ^＋）／ｄｔをガルバノメーターの指針の振れの残像で検出すれば、ν_ｅ ^＊の入射によるミクロなＨ^＋ビームとの相互作用が確認できる。なお、図２の電気回路のＣ，Ｒの時定数の調節によってｅ^＋の全電荷（Ｎｅ^＋）の立ち上がり時間を推定できる。例えばＲ＝１０ＫΩ、Ｃ＝１０ＰＦでＣＲ＝１０^−７ｓｅｃでもＩ^＋電流がガルバノメーターの指針の残像で観測できた。なお、Ｒ＝１０ＫΩ，Ｃ＝１０ＰＦでは特願２００３−５４９４５の質量分析器のビームコレクターでｅ^＋電流は観測できるがＨ^＋電流の減衰は観測できなかった。Ｈ^＋電流の減衰はＲ＝１０ＫΩに対して、Ｃ＞２０００ＰＦ、ＣＲ＞２０μｓｅｃで観測できた。以上のようにｅ^＋の立ち上がり時間とＨ^＋の減衰時間の相違を利用して質量分析しなくても水素吸着コンデンサーの電気回路でν_ｅ ^＊の入射を確認できる。原子炉からの反電子ニュートリノの場合、平面コンデンサー［Ｃ_Ｈ］の充電電圧Ｖは、Ｖ＞４０Ｖが検出の必要条件であることは特願２００３−５４９４５のＨ^＋ビームと質量分析の方法と同様あり、物理的根拠は不変である。
本発明によって、大気中の平面コンデンサーとその電気回路に入ったガルバノメーターのみで簡単に原子炉からの反電子ニュートリノが検出できるようになり、原子力発電所の方向と稼動の有無が即時判定できるようになった。二ヶ所で測定すれば三角測量の原理で原子力発電所の場所も特定できる。なお、３０ｃｍ×３０ｃｍの平面コンデンサーでもその方向角は〜１°の分解能を有する。かくて〜１００Ｋｍ遠方までの原子力発電所からの反電子ニュートリノは図３（Ａ）のようにほぼ水平に、〜１０００Ｋｍでは地球の半径約６５００Ｋｍからわかるように図３（Ｂ）のように、〜４．５′の府角となる。例えば、名古屋から約１００Ｋｍの浜岡、敦賀原子力発電所のニュートリリノはほぼ水平に検出され、約９００Ｋｍ離れた北海道の泊原子力発電所は〜４′の府角で受かる。また、〜１０００Ｋｍの北朝鮮の原子力発電所は〜４．５′府角で受かることは（北西ＮＷ〜３１５′）明確であった。
＜２＞次に太陽からの正電子ニュートリノν_ｅの場合には重水素の正イオンＤ^＋ビームとの相互作用
ν_ｅ＋Ｄ^＋（ｎ，Ｈ^＋）⇒ｅ⁻＋２Ｈ^＋
を利用（ｎは中性子、Ｄ^＋は１５０Ｖ以上の加速）するので重水を染ませた紙を平面コンデンサーの絶縁膜と負極板の間に挟む（特願２００２−３６４４６３）。この平面コンデンサーからＤ^＋ビームを引き出しニュートリノビームを受けて質量分析する方法は、やはり真空装置と質量分析器を必要とするので、太陽の方向を追跡するには極めて不便である。ここでも図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、大気中に置いた平面コンデンサー［Ｃ_Ｄ］の絶縁膜の上の重水を染ませた紙と負極板の間の、ミクロなＤ^＋ビームと［Ｃ_Ｄ］の電気回路の電流変化を利用すると簡単にν_ｅの入射を確認できる。即ち［Ｃ_Ｄ］の負極内面のミクロなＤ^＋ビームでもν_ｅと相互作用して、高エネルギー（０．６ＭｅＶ）の負電子ｅ⁻と水素正イオンＨ^＋が上式のように発生する。このときｅ⁻の立ち上がり時間は〜１０^−８ｓｅｃと速く、一方Ｄ^＋の２Ｈ^＋への変化（Ｄ^＋ビーム電流の増大）は〜１０^−５ｓｅｃと遅いことは特願２００２−３６４４６３の質量分析でわかっている。この現象を考慮すると図５（Ａ），（Ｂ）に示したような［Ｃ_Ｄ］を含む電気回路では、ｅ⁻の全（Ｎ）電荷（Ｎｅ⁻）の速い変化によるパルス的な電流Ｉ⁻（〜１０ｎＡ）のみが〜５ｍｓｅｃ間隔で発生する。かくて、Ｉ⁻＝ｄ（Ｎｅ⁻）／ｄｔをガルバノメーターの指針の振れを残像で観測すれば ν_ｅ＋Ｄ^＋⇒ｅ⁻＋２Ｈ^＋の相互作用によってν_ｅの入射が確認できる。電気回路のＣＲ時定数によって立ち上がり時間を調べられることは［Ｃ_Ｈ］のＨ^＋ビームの場合と同様である。［Ｃ_Ｄ］平面コンデンサーの充電電圧Ｖは太陽の正電子ニュートリノの場合Ｖ＞１５０Ｖが検出条件であることは、特願２００２−３６４４６３と同様である。
本発明によって、大気中に置いた重水紙付平面コンデンサーとガルバノメーターによって太陽ニュートリノも簡単に検出てきるようになった。
なお、他に人体からの反ミューニュートリノν_μ ^＊（〜０．１ｅＶ）、地球内部からの正の〜０．５ｅＶのミューとタウニュートリノも検出される。
補足「ガルバノメーター（電流計）指針の残像観測
上の実験で、ニュートリノビームによる電気回路の電流発生は〜１０ｎＡの微少電流であり、パルス的に〜５ｍｓｅｃの間隔、立ち上がり時間〜０．０１μｓｅｃである。何かニュートリノに関する本質的原因で、一般のデジタルピコアンメーターでは上の電流は観測できなかった。また、アナログのガルバノメーター（３μＡフルスケール）でも直流的な指針の振れは観測できず、眼の残像（ぼんやり見たとき出る）やチョッピングした光学カメラ、ビデオカメラでガルバノメーターの指針の振れを観測した。その補助的手段を図６に示した。先ず、（Ａ）のように、ガルバノメーターの目盛り上のガラス板の面に、１０倍のルーペを置き、立体角を拡大し、次に、（Ｂ）のように、ルーペの真上垂直より、１５〜３０°斜め、３０〜５０ｃｍ離れて、（Ａ），（Ｂ）に示したように（１），（２）の方向から、眼やカメラレンズの先端をむける。更に、（Ｃ）のように、時間１／２００ｓｅｃのチョッパー（８枚羽根の場合はモーターの回転数１５００／ｍｉｎ）を介して見る。ビデオカメラの場合は光学的時間チョッパー（１／３０〜１／６０ｓｅｃ）を内蔵しているので、上の機械的チョッパーは付加的チョッパーとして併用すればよい。
＜物理的要点と実用性＞
ニュートリノの観測には、以下の三つの系を考える必要があります。
ニュートリノの発生系静止（観測）系イオンビーム系
［Ａ］⇒ν ［Ｂ］［Ｃ］
従来は［Ａ］−［Ｂ］でのみニュートリノ観測が行なわれており、［Ｂ］では弱い相互作用による化学物質やν−ｅのチレンコフ光の検出で、断面積がニュートリノのエネルギーに比例するとされています（素粒子武田暁著）。ここで、もしイオンビーム系［Ｃ］で、イオンと一緒に走って検出する場合を仮想すると、［Ａ］−［Ｃ］は、［Ａ］−［Ｂ］と同様で、ただ相対速度がイオンビーム分だけニュートリノからすればエネルギーが減少（同方向のとき）し、断面積が小さくなります。ところが、イオンビームに乗って観測はできないので、実際には［Ａ］−［Ｂ，Ｃ］で複合静止系［Ｂ，Ｃ］によって観測することになります。要するに現実にはイオンビームを含んだ静上系で観測しています。［Ａ］−［Ｃ］では現実的に測定できないので、［Ａ］でニュートリノのエネルギーを変えて、［Ａ］−［Ｂ］でニュートリノのエネルギー依存断面積を判定しているのが従来のニュートリノ検出と理論です。
結局、この発明では［Ａ］−［Ｂ，Ｃ］のＨ^＋（Ｄ^＋）ビームを含んだ静止系で観測していることが特徴です。従来の液体型検出器の中には全く「しきい値」を越えるＨ^＋（Ｄ^＋）イオンビームは原子炉や太陽ニュートリノに対してありません。
上の考え方を推し進めれば、面倒な真空装置とイオン銃によらなくても、しきい値以上のＨ^＋（Ｄ^＋）ビームを何等かの形でミクロな局所領域に含ませた小型の簡易装置で充分原子炉、太陽ニュートリノは検出できる筈です。これは見事に的中して、ホームセンターの３０×３０ｃｍ程度の木板で安価にでき、１Ｋｇ程度の軽さになり、ガルバノメーターと共に簡単に携帯できます。これで日本中の原子力発電所の稼動の有無をリアルタイムで確かめました。更に方向分解角１°程度ですので、金沢西のホテルから今話題になっている北朝鮮ヨンビョンの原子炉からのニュートリノも検出しました。静止系［Ｂ］にＨ^＋（Ｄ^＋）ビームを含ませた［Ｂ，Ｃ］系がニュートリノ検出に如何に重要か強調したい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ミクロな水素イオンビーム発生コンデンサー
Ａ平面コンデンサーの構成Ｂ分極した水素分子の概念
【図２】反電子ニュートリノによる平面コンデンサー回路の電流発生
Ａ平面コンデンサーの電流検出回路Ｂ反ニュートリノとの相互作用
【図３】原子力発電所までの距離と平面コンデンサー表面の府角
Ａ短距離の場合の平面コンデンサー表面Ｂ長距離の場合のその表面の府角
【図４】ミクロな重水素イオンビーム発生コンデンサー
Ａ平面コンデンサーの構成Ｂ分極した重水素分子の概念
【図５】正電子ニュートリノによる平面コンデンサー回路の電流発生
Ａ平面コンデンサーの電流検出回路Ｂ正ニュートリノとの相互作用
【図６】ガルバノメーター（電流計）指針の残像観測
Ａルーペと見る方向（１）Ｂ見る方向（２）と距離Ｃ時間的なチョッパーと位置
【符号の説明】
【図１】図面参照
【図２】図面参照
【図３】図面参照
【図４】図面参照
【図５】図面参照
【図６】Ａ，Ｂ
（１），（２）：ガルバノメーター指針を見る方向と距離
Ｃ
ＲｏｔａｒｙＦｉｎｓ：回転時間チョッパー（ＲｏｔａｒｙＴｉｍｅＣｈｏｐｐｅｒ）の８枚羽根

Claims

水素、重水素吸着コンデンサーの電気回路によるニュートリノ検出法