希少同位体ビーム施設
米国ミシガン州立大学の核科学加速器

希少同位体ビーム施設（FRIB）
FRIBの南東方向の眺め
FRIBの南東方向の眺め
希少同位体ビーム施設（FRIB）のインタラクティブマップ
一般情報
タイプDOE科学局ユーザー施設
位置640 South Shaw Lane、イーストランシング、ミシガン州、アメリカ合衆国
座標北緯42度43分29.21秒 西経84度28分25.78秒 / 北緯42.7247806度 西経84.4738278度 / 42.7247806; -84.4738278
完了2022年6月
就任2022年5月2日
料金7億6,500万米ドル（総事業費）
所有者ミシガン州立大学
技術的な詳細
床面積220,160平方フィート（20,454平方メートル）
設計と建設
建築会社スミスグループ JJR
主契約者バートン・マロウ
Webサイト
frib.msu.edu
粒子加速器
希少同位体ビーム施設（FRIB）
一般的な特性
アクセラレータタイプ線形加速器
ビームタイプ重イオン
ターゲットタイプ固定ターゲット
梁の特性
最大エネルギー295 MeV/u
物理的特性
長さ517メートル
位置ミシガン州イーストランシング
機関ミシガン州立大学、米国エネルギー省
運行日2022年 - 現在
先行国立超伝導サイクロトロン研究所

希少同位体ビーム施設（FRIB ）は、米国エネルギー省科学局（DOE-SC）、ミシガン州立大学（MSU）、ミシガン州によって資金提供されている原子核科学の科学ユーザー施設です。ミシガン州立大学は、土地を含むさまざまな方法でさらに2億1,200万ドルを拠出しました。 MSUは、米国エネルギー省科学局の原子核物理学局のユーザー施設としてFRIBを設立し、運営しています。 FRIBでは、科学者が希少同位体の特性を研究して、原子核物理学、原子核天体物理学、原子核の基礎的相互作用、希少同位体の実際の応用の分野での知識を深めています。 FRIBの従来型施設の建設は2014年春に始まり、2017年に完了しました。技術的な建設は2014年秋に始まり、2022年1月に完了しました。

2018年7月11～12日、希少同位体ビーム施設（FIB）は、46基の超伝導クライオモジュール（緑色で塗装）のうち3基で最初のビームを加速しました。高温高周波四重極でのビーム加速は、2017年9月に既に実施されています。
FRIB極低温プラントは、2017年11月16日に4.5ケルビン（K）で最初の液体ヘリウムを製造しました。写真はMSUコミュニケーションおよびブランド戦略の提供です。

FRIBは、研究者に希少同位体（地球上には通常存在しない短寿命の原子核）の特性を研究するための技術的能力を提供します。研究の実社会への応用としては、材料科学、核医学、そして核兵器備蓄管理において重要な核物質の基礎的理解などが挙げられます。FRIBユーザーズ組織を通じて、実験装置や科学的トピックを専門とする20以上のワーキンググループが組織されています。

FRIBは、既知の核種チャートを、約3000種の同定済み同位体から、潜在的に同定可能な6000種以上の同位体へと拡大することが可能です。[2] FRIBは、既知の同位体のビームを加速してマトリックスに通します。マトリックスは原子核を破壊し、半減期の短い様々な珍しい同位体を形成します。これらの同位体は、磁場によって不要な電荷/質量同位体を除去することで「フィルタリング」され、研究対象となる新しい同位体の小さなビームが残ります。このビームは、他の既知の同位体を標的とし、標的と融合することで、さらなる研究のための未知の同位体を生成することもできます。これにより、核種チャートをその外側、いわゆる核ドリップラインへと拡大することができます。また、より重い同位体、安定の島、そしてその先へとチャートを拡大することも可能です。[2]

希少同位体ビーム施設（FRIB）の設立は、2012年の全米科学アカデミー原子核物理学10年計画「原子核物理学：物質の核心の探究」における最初の勧告である。[3]完成の優先順位は、DOE/NSF原子核科学諮問委員会による2015年原子核科学長期計画「地平線への到達の実施」[4]に記載されている。

この施設には、大学の環境保健安全部門の傘下にある充実した健康物理学プログラムがあります。 [5]

2015年3月、作業員たちは線形加速器トンネルに約3,600立方ヤードのコンクリートを流し込んだ。写真提供：ミシガン州立大学コミュニケーション・ブランド戦略部。
この写真は2017年3月4日に撮影されたもので、希少同位体ビーム施設の建設の様子を示しています。

開発

2008年12月11日、DOE-SCはミシガン州立大学をFRIBの設計と設立に選定したことを発表しました。[6]

このプロジェクトは2010年9月に重要な決定1（CD-1）の承認を取得し、優先代替案とそれに関連する確立されたコストとスケジュールの範囲を確立しました。[7]

2013年8月1日、エネルギー省最高委員会（DOE-SC）は、プロジェクト・ベースライン（CD-2）と土木工事着工（CD-3a）を承認し、着工通知を保留とした。継続予算決議により新規建設着工が認められなかったため、土木工事は着工できなかった。[8]

2014年2月25日、ミシガン戦略基金[9]の理事会がミシガン州立大学で会合を開き、FRIBの建設を支援するために約9100万ドルを承認した。[10]

FRIBは2014年3月17日に起工式[11]を開催し、土木工事の正式な開始を記念した。式典には、ミシガン州代表団、ミシガン州、ミシガン州立大学、米国エネルギー省科学局の代表者が出席した。DOE-SCによるCD-3b承認を受け、2014年10月に技術的な工事が開始された。

2017年3月、FRIBは土木工事の有益な占有を達成し、その結果、技術的な設置活動が拡大しました。[12]

2019年2月、FRIBは最初の15基（全46基）のクライオモジュールを通してビームを加速し、FRIBの最終ビームエネルギーの10%に到達させた。[13] 2019年8月、高周波四重極（RFQ）は100kW以上に調整された。これは、FRIBのミッション目標であるウランビームの加速に必要な連続波出力である。RFQは、ビームを線形加速器でさらに加速できるように準備する。

MSUの資金援助による2棟の増築工事は、2020年1月にほぼ完了しました。極低温組立棟は、極低温モジュールの保守と極低温工学研究に使用されます。高剛性分光計と同位体採取貯蔵庫には、同位体採取研究機器が設置され、実験のためのスペースが提供されます。[14]

2020年3月、FRIBはアルゴン36ビームを46個の超伝導クライオモジュールのうち37個を通して204MeV/核子、つまり光速の57%まで加速した。[15]

2020年9月、エネルギー省（DOE）はFRIBをDOE-SCユーザー施設に指定しました。ダン・ブルイエット米国エネルギー長官は、ミシガン州立大学（MSU）のFRIBに隣接するテント内で行われた特別式典で、この指定を発表しました。[16]

2017 年 3 月、FRIB は土木建設の有益な占有を達成しました。

2021年2月24日、FRIBは最初の提案募集に対し、9,784時間のビームタイムを要求する82件の提案と6件の意向書が提出されたと発表しました。これは、FRIBの17の米国科学アカデミーベンチマークのうち16項目を網羅しています。これらの提案は、1,500人を超える科学者からなるFRIBの国際的なユーザーコミュニティを代表するものです。応募者には597人の個人科学者が含まれており、そのうち354人は米国出身です。彼らは30カ国と米国26州の130機関を代表しています。[17]

2022年1月25日、FRIBプロジェクトチームはFRIBフラグメントセパレーターの焦点面に最初の重イオンビームを照射し、FRIBプロジェクトの技術的完了を示しました。[18]

2022年2月1日から2日にかけて、DOE-SCプロジェクト評価局によるレビューでFRIBのプロジェクト完了の準備状況が審査され、FRIBは重要な決定4（プロジェクト完了の承認）の準備ができていると勧告されました。[19]

ミシガン州立大学は2022年5月2日に開校式典を行うと発表した。[20]

2022年6月22日、FRIBでの最初の実験は、ほんの一瞬しか存在しないほど不安定なカルシウム48フラグメントのベータ崩壊を研究するもので、成功裏に終了しました。 [21] FRIBの最初の科学ユーザー実験には、アルゴンヌ国立研究所、ブルックヘブン国立研究所、フロリダ州立大学、FRIB、ローレンス・バークレー国立研究所、ローレンス・リバモア国立研究所、ルイジアナ州立大学、ロスアラモス国立研究所、ミシシッピ州立大学、オークリッジ国立研究所、テネシー大学が参加しました。2022年11月14日、最初の実験の結果がPhysical Review Lettersに掲載されました。[22] [23]

注記

  1. ^ “FRIB | 希少同位体ビーム施設 | ミシガン州立大学”. frib.msu.edu . 2023年9月3日閲覧。
  2. ^ ab 「FRIB核施設が狙う、既知の化学宇宙の最大規模の拡大」Physics World . 2021年2月16日。
  3. ^ 「核物理学：物質の核心を探る」（PDF） .米国科学アカデミー. 2012年. 2023年9月3日閲覧。
  4. ^ 「地平線を目指して：2015年核科学長期計画」inspirehep.net。
  5. ^ 「連絡先」ehs.msu.edu . 2023年9月3日閲覧。
  6. ^ 「ファクトシート」. エネルギー省. 2008年11月12日閲覧。
  7. ^ ミラー、マシュー. 「連邦政府、ミシガン州立大学の核物理学施設の設計コンセプトを承認」(PDF) . ランシング・ステート・ジャーナル. 2013年11月7日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2010年9月9日閲覧。
  8. ^ グラスマッハー、トーマス. 「DOE科学局、CD-2およびCD-3aを承認」. FRIB . 2013年8月5日閲覧。
  9. ^ 「ミシガン戦略基金 | MEDCについて | ミシガンビジネス」。
  10. ^ ミラー、マシュー. 「州、ミシガン州立大学のFRIBに91Mを承認」. ランシング・ステート・ジャーナル. 2014年2月25日閲覧。[永久リンク切れ]
  11. ^ スミス、ジェイ・スコット（2014年3月17日）「ミシガン州立大学FRIB、起工式で「愛情の結晶」と称される」MLive。
  12. ^ 「土木工事は3月24日に有益な入居を達成しました」frib.msu.edu . 2017年3月31日。
  13. ^ 「FRIBはネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのビームを加速する」frib.msu.edu 2019年4月3日。
  14. ^ 「FRIB、土木工事と現場修復の進捗を最終決定」frib.msu.edu 2019年12月12日。
  15. ^ 「FRIBは46基のクライオモジュールのうち37基でアルゴン36ビームを加速し、プロジェクト完了時に必要な200MeV/核子の最大ビームエネルギーに到達」frib.msu.edu . 2020年3月19日。
  16. ^ クレイグ・ライオンズ（2020年9月29日）「ミシガン州立大学の7億3000万ドル規模の希少同位体ビーム施設が連邦政府の指定を取得」ランシング・ステート・ジャーナル。
  17. ^ 「初のFRIB実験の提案は国家の優先事項と一致し、FRIBの完全な機能を網羅」frib.msu.edu 2021年2月24日2023年9月3日閲覧。
  18. ^ 「FRIBプロジェクトチーム、破片分離装置の焦点面に初のビームを照射」frib.msu.edu 2022年1月25日2023年9月3日閲覧。
  19. ^ 「DOE-SCプロジェクト評価局、2月1～2日にFRIB CD-4レビューを開催」frib.msu.edu 2022年2月2日2023年9月3日閲覧。
  20. ^ 「希少同位体ビーム施設が発見への扉を開く」frib.msu.edu 2022年4月11日2023年9月3日閲覧。
  21. ^ 「FRIBの初の実験が成功裏に終了」frib.msu.edu 2022年6月14日. 2023年9月3日閲覧。
  22. ^ Crawford, HL; et al. (2022). 「N=28を越えて中性子ドリップラインへ：FRIBにおける半減期の初測定」. Physical Review Letters . 129 (21) 212501. Bibcode :2022PhRvL.129u2501C. doi : 10.1103/PhysRevLett.129.212501 . PMID  36461950. S2CID  253600995.
  23. ^ Biron, Lauren (2022年11月14日). 「FRIB実験、元素の限界に挑戦」. Berkeley Lab News Center .

参照

参考文献

  • 「ミシガン州立大学、7億6500万ドル規模の原子力研究施設を2021年に開設予定」。Crain 's Detroit Business . AP通信. 2019年8月5日。
  • マーク・ジョンソン（2019年7月29日）「希少同位体ビーム施設、92%完成」ランシング・ステート・ジャーナル
  • RJ・ウォルコット（2018年8月15日）「10年後、希少同位体ビーム施設の所長はゴールラインを目にしている」ランシング・ステート・ジャーナル
  • アメリカ極低温協会（Cryogenic Society of America, Inc.、2018年1月8日）「ミシガン州立大学、FRIBに極低温イニシアチブを設立」Cold Facts。2019年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年8月5日閲覧。
  • RJ・ウォルコット（2017年12月22日）「ミシガン州立大学、FRIBの新棟建設と技術追加に3500万ドルを計画」ランシング・ステート・ジャーナル
  • エイドリアン・チョー (2017年11月24日). 「金の宇宙起源を探る地球規模の探査」 . Science . 358 (6366): 981–982 . Bibcode :2017Sci...358..981C. doi :10.1126/science.358.6366.981. PMID:  29170212.
  • MSU Today (2017年11月16日)。「MSU、加速器科学者・エンジニアの全国的な不足に対処するため、研修プログラムを設立」。Fox 47。
  • スティーブ・カーモディ（2017年9月24日）「ミシガン州立大学のFRIBプロジェクトが節目を迎える」ミシガン・ラジオNPR
  • ギャレット・エリソン（2015年12月17日）「ミシガン州立大学の原子力研究施設に1億ドルが投入される」MLive
  • ニコール・チャドウィック (2015年9月21日). 「Inside the FRIB」. WILX TV-10 . 2019年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年8月5日閲覧。
  • ユージェニー・サミュエル・ライヒ（2011年8月30日）「同位体工場が加速」Nature誌。2016年3月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年3月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  • ロリ・ヒギンズ（2011年1月18日）「核研究でミシガン州立大学は大喜び」デトロイト・フリー・プレス
  • マリサ・シュルツ（2008年12月12日）「ミシガン州立大学、5億5000万ドルの同位体研究室建設を受注」デトロイト・ニュース
  • エイドリアン・チョー（2008年12月11日）「ミシガン州立大学、50億ドル規模の加速器に選定」『サイエンス』誌。 2013年6月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年12月6日閲覧。
  • 希少同位体ビーム施設
  • FRIBユーザー組織
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