ロングアイランドの粒子加速器がもたらす3つの技術の未来

先週、私たちはニューヨーク州ロングアイランドに行き、世界で最も先進的な粒子加速器のひとつを見学しました。目的は、その公式オープン。目的は、それが私たちの日常生活にどのような技術的進歩をもたらすのかを観察することです。

加速器の愛称である国立シンクロトロン光源 II (NSLS-II) を収容する倉庫のような建物の中で、政治家たちがステージに上がった。エネルギー長官アーネスト・モニツ、ニューヨーク州上院議員チャック・シューマー、ニューヨーク州下院議員リー・ゼルディンが、科学者、技術者、その他の高官が見守る中、施設の開所式でそれぞれスピーチをした。

「これは次の大きな出来事の始まりだ」とブルックヘブン国立研究所（BNL）の所長ドゥーン・ギブス氏は聴衆に語った。

この場合の「大きい」というのは控えめな表現です。NSLS-II には、円周半マイルの円状に配置された 843 個の巨大な磁石が詰め込まれています。各磁石は 30 ミクロンの精度で配置されており、これは薄いアルミホイルよりも薄く、一緒に光速に近い速度で移動する電子を円形のビームに曲げます。ビームが曲がるところでは X 線が漏れますが、NSLS-II は歯科医院や診療所で見られるものより 1,000 万倍も強い X 線を作り出します。通りの向かい側にあった (現在は閉鎖されている) 最初の National Synchrotron Light Source と比べても、この新しい装置の X 線は 1 万倍明るいです。

このような強力なX線の用途はほぼ無数にあります。X線（赤外線や紫外線とともに）がメインリングから放射されるのを、科学者たちは機器を持って待ち、科学サンプルを観察したり実験を行ったりします。あるビームラインでは太陽電池パネル用のナノ材料を研究し、別のビームラインでは生体タンパク質の構造を研究します。

NSLS-II では現在 7 本のビームラインが稼働していますが、最大 60 本のビームライン ワークショップを開催できるスペースがあります。研究結果を一般に公開することに同意すると、いわゆる「ビーム タイム」を無料で利用できますが、IBM、GE、GM などの企業は、自社の発見を特許化することを期待して、1 時間あたり約 400 ドルを支払う用意があります。最終的には、年間最大 4,000 人の科学者がこの施設を利用できるようになるため、期待は高まっています。NSLS-II が将来あなたに提供する可能性のあるものをいくつか紹介します。

より良いバッテリー

これまで、バッテリー研究者は、より効率的なセルが得られるまで、既存の設計をいじくり回していた。「あっちの方がうまく機能すると言っても、その理由はわからなかった」と、BNLの統合エネルギー貯蔵センター所長、エスター・タケウチ氏は言う。バッテリーは、内部で何が起こっているかを見るためには、基本的に破壊する必要があった。NSLS-IIでは、研究者は充電サイクルを経るバッテリーのプロトタイプを観察し、正確に何が起きているかを見ることができる。バッテリーなどの材料を「作動中」 （学術用語で「作動中」）で観察することで、研究者がついに私たち全員が待ち望んでいたもの、つまり、決して切れない携帯電話を実現できるのではないかと期待されている（まあ、それは私の希望リストに載っているだけかもしれないが）。もっと可能性が高いのは、風力発電所や太陽光発電所で発電された電気を貯蔵するのに最適なバッテリー技術がNSLS-IIから生まれ、それらの電源をより安定してエネルギーグリッドにとって有用なものにすることだろう。

さらに素晴らしい素材

グリッドについて言えば、研究者が NSLS-II を使用する予定のもう 1 つの方法は、エネルギーの分配と生成を改善する可能性のあるものを含むナノ材料の研究です。ちなみに、「ナノ材料」は基本的に 10 億分の 1 メートルのスケールのあらゆるものを指します。原子レベルに近いエンジニアリングにより、科学者は、現在使用されているどの電線よりも優れた電気伝導性を持ち、高速で飛んでくる弾丸を止め、自己修復し、さらには暗闇でも見えるようにする材料を開発できる可能性があります。NSLS-II の強力な光により、研究者は材料を非常に詳細に観察し、ナノスケールで調整を行うことができます。

よりスマートな医療

BNL の最初の光源は、主に化学者、物理学者、エンジニアが人工材料や岩石を調べ、微小スケールで物理的世界を探索するために構築されました。しかし、結局のところ、研究所の最初の光源で行われた年間研究の約 40 パーセントは生物学に関するものでした。これらの研究者のほとんどは、タンパク質の構造を解読するために NSLS に集まりました。一部の医薬品は体内のタンパク質に結合することで作用するため、その正確な構成を知ることでより効果的な薬を開発できると考えられているからです。そのような研究は NSLS-II で継続され、製薬会社と医療研究者は新世代の薬の開発に取り組んでいます。

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