(57)【要約】  本発明は、フォノンを生成するデバイスと、原子核を含む凝縮物質媒体とを備える、原子核からの光子放出を生成するシステムに関する。フォノンは、原子核と相互作用し、核にエネルギーを移動させて核に光子を放出させることによって原子核のうちの幾つかの核状態に影響を及ぼす。【選択図】図3A
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォノンを生成するデバイスと、
原子核を含む凝縮物質媒体と、
を備え、
前記フォノンは、前記原子核と相互作用し、前記核にエネルギーを移動させて前記核に光子を放出させることによって前記原子核のうちの幾つかの核状態に影響を及ぼす、原子核からの光子放出を生成するシステム。
【請求項２】
前記フォノンを生成するデバイスは、応力誘導転位運動を介してフォノンを生成する、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記フォノンを生成するデバイスは、前記凝縮物質媒体に応力を印加するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
前記フォノンを生成するデバイスは、前記凝縮物質媒体に熱を印加するように更に構成されている、請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記フォノンを生成するデバイスは、細長プレートと、該細長プレートの第1の端部及び第2の端部にそれぞれ取り付けられた第1のクランプ及び第2のクランプとを備え、該第1のクランプ及び該第2のクランプは、前記細長プレートの前記第1の端部及び前記第2の端部に応力を印加し、前記細長プレート内に転位の運動を引き起こすように構成されている、請求項3に記載のシステム。
【請求項６】
前記凝縮物質媒体は放射性物質を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記凝縮物質媒体は、前記細長プレートの中心に結合された蒸着された57CoCl2のリング状基材を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項８】
前記リング状基材は、エポキシ樹脂で更に被覆されている、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記細長プレートは、108/cm2〜1016/cm2の転位密度を有するスチールを含む、請求項5に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第1のクランプ及び前記第2のクランプは、前記細長プレートの前記第1の端部及び前記第2の端部に約2000 lbsの圧縮応力を印加する、請求項5に記載のシステム。
【請求項１１】
各クランプは、第1のプレート及び第2のプレートを備え、該第1のプレート及び該第2のプレートは、前記細長プレートの上面コーナー及び底面コーナーを覆い、前記2つのプレートによって覆われた前記細長プレートの各エリアが、二等辺三角形を形成するようになっている、請求項5に記載のシステム。
【請求項１２】
前記生成された光子放出は単一エネルギーである、請求項1に記載のシステム。
【請求項１３】
前記生成された光子放出は異方的である、請求項1に記載のシステム。
【請求項１４】
前記生成された光子放出は平行である、請求項1に記載のシステム。
【請求項１５】
エネルギーは、アップコンバージョンを介して前記核に移動される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１６】
エネルギーは、アップ励起移動を介して前記核に移動される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１７】
エネルギーは、サブディビジョンを介して前記核に移動される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１８】
前記フォノンを生成するデバイスはレーザーを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１９】
前記フォノンを生成するデバイスはトランスデューサーを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項２０】
前記細長プレートは、金属、半導体物質、非金属物質、書記素、セラミクス、及びそれらの組み合わせのうちの1つを含む、請求項5に記載のシステム。
【請求項２１】
フォノンを生成することと、
原子核を含む凝縮物質媒体を準備することと、
前記フォノンを前記原子核と相互作用させ、前記核にエネルギーを移動させて前記核に光子を放出させることによって前記原子核のうちの幾つかの核状態に影響を及ぼすことと、
を含む、原子核からの光子放出を生成する方法。
【請求項２２】
フォノンを生成するデバイスと、
原子核を含む凝縮物質媒体と、
を備え、
前記フォノンは、前記原子核と相互作用し、前記原子核からエネルギーを除去して移動させ、除去移動しない場合に予想される前記原子核からの光子放出の抑制を行うことによって前記原子核のうちの幾つかの核状態に影響を及ぼす、原子核からの光子放出を抑制するシステム。
【請求項２３】
フォノンを生成するデバイスと、
第1の原子核グループ及び第2の原子核グループを含む凝縮物質媒体と、
を備え、
前記フォノンは、前記第1の原子核グループと相互作用し、前記第1の原子核グループにエネルギーを移動させて前記第1の原子核グループに第1のロケーションにおいて光子を放出させることによって前記第1の原子核グループの核状態に影響を及ぼし、
前記フォノンは、前記第2の原子核グループと相互作用し、前記第2の原子核グループからエネルギーを除去して移動させ、除去移動しない場合に第2のロケーションにおいて予想される前記第2の原子核グループからの光子放出の抑制を行うことによって前記第2の原子核グループの核状態に影響を及ぼす、特定のロケーションにおける原子核からの光子放出を生成するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［同時係属中の関連出願の相互参照］
本出願は、2017年6月5日に出願された、「Probabilistic Models for Beam,Spot and Line Emission for Collimated X-ray Emission」と題する米国仮特許出願第62/515393号の利益を主張する。この米国仮特許出願の内容は、引用することにより明示的に本明細書の一部をなす。
【０００２】
本出願は、2017年6月7日に出願された、「Probabilistic Models for Beam,Spot and Line Emission for Collimated X-ray Emission」と題する米国仮特許出願の利益を主張する。この米国仮特許出願の内容は、引用することにより明示的に本明細書の一部をなす。
【０００３】
本出願は、2017年11月14日に出願された、「Temperature Change Stimulationof Stress-Induced Nuclear Excitation」と題する米国仮特許出願第62/586144号の利益を主張する。この米国仮特許出願の内容は、引用することにより明示的に本明細書の一部をなす。
【０００４】
本出願は、2018年5月23日に出願された、「Phonon-mediated nuclearexcitation and de-excitation」と題する米国仮特許出願第62/675755号の利益を主張する。この米国仮特許出願の内容は、引用することにより明示的に本明細書の一部をなす。
【０００５】
本発明は、原子核からの光子放出を生成するシステム及び方法に関し、特に、核状態のフォノン媒介励起を介した原子核からの光子放出を生成するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００６】
原子核はエネルギーを吸収することができ、その結果、そのような核は励起状態に置かれる。核の励起を発生させるために、エネルギーは、核の外部から核内に結合させることもできるし、核自体の内部の核反応から生み出すこともできる。異なる核種は異なる離散的なエネルギー準位を示す。離散的なエネルギー準位は、核状態としても知られている。それぞれの核は、一致したエネルギーをそのような核内に移動させることができる場合に、これらのエネルギー準位に励起することができ、また、一致したエネルギーをそのような核から外部に移動させることができる場合に、これらのエネルギー準位から脱励起することができる。所与の核の可能な励起状態に対応するエネルギー準位は、特定の核種の核が含む中性子及び陽子の数等のその内部組成によって決まる。核の可能な励起状態のエネルギー準位は、それらの核の核共鳴としても知られている。核は、励起状態にあるとき、より低い励起状態、又は、核の基底状態としても知られている非励起状態に変化することができる。より高い励起状態からより低い励起状態又は基底状態への移行プロセスは、脱励起として知られている。脱励起の過程において、元の状態と結果の状態との間の差に対応するエネルギー量が核の外部に移動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図1を参照すると、原子核の励起及び脱励起は、通常、それぞれ光子を介したエネルギーの吸収102若しくは放出104、又は、それぞれ中性子若しくは荷電粒子等のエネルギー粒子の吸収101若しくは放出103を通じて起こる。これらの手法は、広範囲の原子力工学の応用を可能にするが、それらに関連した不利点がある。光子又はエネルギー粒子を介した原子核の励起の場合、通常、電磁的手段を通じて粒子を所望のエネルギー準位に加速する粒子加速器等の大規模で高価な資本設備が必要となる。さらには、エネルギーが、励起核から光子及びエネルギー粒子に移動されると、その結果発生する放射は、多くの場合、人間を貫通し、人間に危険であるとともに、利用して、より望ましい形のエネルギーに変換することが困難である。したがって、よりシンプル、より経済的、かつより安全な方法で用いることができる原子核の励起及び脱励起の別の方法が有用である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概して1つの態様において、本発明は、フォノンを生成するデバイスと、原子核を含む凝縮物質媒体とを備える、原子核からの光子放出を生成するシステムを特徴とする。フォノンは、原子核と相互作用し、核にエネルギーを移動させて核に光子を放出させることによって原子核のうちの幾つかの核状態に影響を及ぼす。
【０００９】
本発明のこの態様の実施は、以下の特徴のうちの1つ以上を含むことができる。フォノンを生成するデバイスは、応力誘導転位運動を介してフォノンを生成する。フォノンを生成するデバイスは、凝縮物質媒体に応力を印加するように構成されている。フォノンを生成するデバイスは、凝縮物質媒体に熱を印加するように更に構成されている。フォノンを生成するデバイスは、細長プレートと、細長プレートの第1の端部及び第2の端部にそれぞれ取り付けられた第1のクランプ及び第2のクランプとを備え、第1のクランプ及び第2のクランプは、細長プレートの第1の端部及び第2の端部に応力を印加し、細長プレート内に転位の運動を引き起こすように構成されている。凝縮物質媒体は放射性物質を含む。凝縮物質媒体は、細長プレートの中心に結合された蒸着された57CoCl2のリング状基材（「基材」と呼ばれる）を備える。リング状基材は、エポキシ樹脂で更に被覆されている。細長プレートは、108/cm2〜1016/cm2の転位密度を有するスチールを含む。第1のクランプ及び第2のクランプは、細長プレートの第1の端部及び第2の端部に約2000 lbsの圧縮応力を印加する。各クランプは、第1のプレート及び第2のプレートを備え、第1のプレート及び第2のプレートは、細長プレートの上面コーナー及び底面コーナーを覆い、2つのプレートによって覆われた細長プレートの各エリアが、二等辺三角形を形成するようになっている。生成された光子放出は単一エネルギーである。生成された光子放出は異方的である。生成された光子放出は平行である。エネルギーは、アップコンバージョンを介して核に移動される。エネルギーは、アップ励起移動を介して核に移動される。エネルギーは、サブディビジョンを介して核に移動される。フォノンを生成するデバイスはレーザーを備える。フォノンを生成するデバイスはトランスデューサーを備える。細長プレートは、金属、半導体物質、非金属物質、グラフェン、セラミクス、及びそれらの組み合わせのうちの1つを含む。
【００１０】
概して別の態様において、本発明は、以下のことを含む、原子核からの光子放出を生成する方法を特徴とする。以下のこととはすなわち、まずフォノンを生成すること、次いで、原子核を含む凝縮物質媒体を準備すること、及び、その後、フォノンを原子核と相互作用させ、核にエネルギーを移動させて核に光子を放出させることによって原子核のうちの幾つかの核状態に影響を及ぼすことである。
【００１１】
概して別の態様において、本発明は、フォノンを生成するデバイスと、原子核を含む凝縮物質媒体とを備える、原子核からの光子放出を抑制するシステムを特徴とする。フォノンは、原子核と相互作用し、原子核からエネルギーを除去して移動させ、除去移動しない場合に予想される原子核からの光子放出の抑制を行うことによって原子核のうちの幾つかの核状態に影響を及ぼす。
【００１２】
概して別の態様において、本発明は、フォノンを生成するデバイスと、第1の原子核グループ及び第2の原子核グループを含む凝縮物質媒体とを備える、特定のロケーションにおける原子核からの光子放出を生成するシステムを特徴とする。フォノンは、第1の原子核グループと相互作用し、第1の原子核グループにエネルギーを移動させて第1の原子核グループに第1のロケーションにおいて光子を放出させることによって第1の原子核グループの核状態に影響を及ぼす。フォノンは、第2の原子核グループと相互作用し、第2の原子核グループからエネルギーを除去して移動させ、除去移動しない場合に第2のロケーションにおいて予想される第2の原子核グループからの光子放出の抑制を行うことによって第2の原子核グループの核状態に影響を及ぼす。
【００１３】
図面を参照して、同様の符号は幾つかの図面にわたって同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エネルギー粒子又は光子を介してそれぞれ核状態内及び核状態外にエネルギーを移動させることによって原子核を励起及び脱励起するプロセスを示す図である。
【図２】本発明による、フォノンを介してそれぞれ核状態内及び核状態外にエネルギーを移動させることによって原子核を励起及び脱励起するプロセスを示す図である。
【図３Ａ】本発明による、フォノンを介して原子核を励起及び脱励起するのに用いられる一例示的なシステムの側面図である。
【図３Ｂ】図3Aの例示的なシステムの底面図である。
【図３Ｃ】図3Aのシステムに用いられるリング状基材302を有するスチールプレート301の写真である。
【図４】Co-57の核状態及び対応するエネルギー準位並びに崩壊経路を示す図である。
【図５】図4に示すエネルギー準位においてピークを示すCo-57線源のガンマ線/X線スペクトルを示す図である。
【図６】図5に示すガンマ線スペクトルにおけるピークの30日周期にわたる時間履歴データのプロットである。
【図７】ガイガーカウンターのカウントの5日周期にわたる時間履歴データのプロットである。
【図８】Co-57線源のガンマ線スペクトルにおける14 keVの核エネルギー準位からの放出のフォノン媒介増強を示すプロットである。
【図９】Co-57線源についてガイガーカウンターを用いて測定された122 keV及び136 keVの核エネルギー遷移からの放出のフォノン媒介増強を示すプロットである。
【図１０】Co-57線源についてシンチレーション検出器を用いて測定された122 keV及び136 keVの核エネルギー遷移からの放出のフォノン媒介減少を示すプロットである。
【図１１】基材における異なるロケーションA、B、Cを占有するCo-57及びFe-57等の異なる核を示す図である。
【図１２】励起フォノンモードが存在しない場合に、光子放出が、Co-57核によって占有されるロケーションのみから予想されることを示す図である。なお、Co-57は、最終的には励起状態Fe-57*及び基底状態Fe-57に崩壊する。
【図１３】励起フォノンモードが存在する場合に、光子放出が、Fe-57*のフォノン媒介脱励起と、その後にそのロケーションからの光子放出を通じて確率xで基底状態に崩壊する可能性がある基底状態のFe-57核の励起とに起因して、同じ励起フォノンモードに接続された他のロケーションから予想されることを示す図である。
【図１４】所与の核の一般的な場合において、双方の脱励起経路が所与の確率／割合で現れる可能性があることを示す、図12及び図13の可能な脱励起経路をより一般的に示す図である。
【図１５】原子核のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起を（非共鳴励起移動を通じて）生成し、結果として生じる光子放出の対応する非局在化効果を測定する一例示的な装置を示す図である。
【図１６】動作中の図15の例示的な装置を示す図である。
【図１７】原子核のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起を（共鳴励起移動を通じて）生成し、結果として生じる光子放出の対応する角度異方性効果を測定する一例示的な装置を示す図である。
【図１８】動作中の図17の例示的な装置を示す図である。
【図１９】本発明による、フォノンを介して原子核を励起及び脱励起するのに用いられるシステムの別の実施形態の側面図である。
【図２０】図19のシステムを用いて取得されたデータを示す図である。
【図２１】本発明による、フォノンを介して原子核を励起及び脱励起するのに用いられるシステムの更に別の実施形態の側面図である。
【図２２】図3Aの実施形態を側面から見たものの写真である。
【図２３】本発明による、フォノンを介して原子核を励起及び脱励起するのに用いられるシステムの更に別の実施形態の側面図である。
【図２４】図23の実施形態の写真である。
【図２５】本発明による、フォノンを介して原子核を励起するのに用いられるシステムの更に別の実施形態の側面図である。
【図２６】本発明による、フォノンを介して原子核を励起及び脱励起するのに用いられるシステムの更に別の実施形態の側面図である。
【図２７】本発明による、フォノンを介して原子核を励起するのに用いられるシステムの更に別の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、フォノン媒介エネルギー交換を通じて原子核を励起することによって、光子線源等の有用な放射線源を、特定のエネルギー準位において特定の角度方向（例えば、平行）に生成するシステム及び方法に関する。また、本発明は、放射性線源及び励起原子核から熱等の有用なエネルギーを生成するシステム及び方法にも関する。具体的には、本発明は、フォノン相互作用を介して励起核状態内及び励起核状態外にエネルギーを移動させる新規な方法を教示する。
【００１６】
以下の段落では、最初に、フォノン核カップリング（phonon-nuclear coupling）を中心に、原子核のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起の基本となる物理原理を紹介する。次に、フォノン核カップリングに基づくエネルギー交換メカニズムを簡潔に紹介する。最後に、開示された方法及び装置によって示されるような作用中のそのようなメカニズムの巨視的効果及びそれらの効果の可観測性を紹介する。
【００１７】
フォノン核カップリング
フォノンは、固体の原子格子等の凝縮物質内の原子又は分子の周期的弾性配置における原子の集団励起と定義される。フォノンは、振動モードに関連したエネルギーの量子とみなすことができる。振動モードは、接続原子の周期運動の特定の空間的出現を表す。励起モードには、その励起モードの周波数、振幅、及び対応する総エネルギーが関連付けられる。量子力学的には、励起モードの総エネルギーは、フォノンをエネルギーの量子として含むとみなすことができる。フォノンモードという用語は、そのようなモードを指すのに用いられる。フォノンエネルギーは、原子の空間構成に依存するフォノンモードの周波数に比例する。励起フォノンモードにおけるフォノンの数は、励起フォノンモードの総エネルギーをフォノンエネルギーによって除算したものである。励起フォノンモードの総エネルギー（したがって、フォノンの数）は、振動振幅の平方に比例する。原子核の内部状態と、そのような核が関与する励起フォノンモードとの間のカップリングは、フォノン核カップリングとして表される。フォノン核カップリングは、原子核が、振動する構造体の一部であるとき、例えば、それぞれの核が、共通の励起フォノンモードを受ける同じ格子に結合されているときに発生する可能性がある。核は、格子（又は、秩序がない場合には非晶質構造体）の主要構成要素である。格子に振動が存在する場合、振動する核の内部状態は、フォノン交換を介して振動にカップリングすることができる。
【００１８】
フォノン核カップリングがいつどのようにして現れるのかは、変量の数に依存する。励起の場合、元の核状態と結果の核状態との間のエネルギー差は、対応する数のフォノンの形のエネルギー、若しくは他の核からの核励起エネルギー、又はそれらの組み合わせの対応する量によって一致されなければならない。同様に、脱励起の場合、元の核状態と結果の核状態との間のエネルギー差は、格子が受けることができる対応する数のフォノン、若しくは他の原子核の励起、又はそれらの組み合わせによって吸収可能でなければならない。存在するフォノンの数又は特定の凝縮物質環境において受けることができるフォノンの数、及びフォノンのエネルギー準位は、振動モード及び周波数を決定する格子内の原子組成及び配置と、格子を振動させることができる種々のトリガーの存在とに依存する。
【００１９】
図2は、原子核のフォノン媒介励起201及びフォノン媒介脱励起202のメカニズムを概略的に示している。フォノン核カップリングは、励起フォノンモードにおけるフォノンエネルギー及びフォノンポピュレーション、励起フォノンモードのタイプ（バンドヘッドモード及び他の空間的に一様なモード又は自己相似モードが、フォノン核カップリングに基づくメカニズムが現れる可能性を最大にするので好ましい）、並びに励起フォノンモード、核種の配置、それらのエネルギー準位、及びそれらの初期状態による影響を受ける核種等の該当する変量を決定するシステム構成に応じて、強度が変化し得る。フォノン核カップリングの強度を決定する他の変量は、振動する原子間の位相一様度、及び、振動に関与する原子の数（大きなディッケ係数（Dicke factor））である。これらの変量の双方について、より高い値ほど、より強いフォノン核カップリングをもたらす。所与の凝縮物質環境におけるフォノン核カップリングの強度に応じて、フォノン核カップリングは、複数の異なるメカニズム及び対応する効果を通じて現れることができる。
【００２０】
発生する幾つかのメカニズムのフォノン核カップリング強度が十分に高くなると、以下で説明する巨視的効果を観測することができる。ただし、まず、前置きとして種々のエネルギー交換メカニズムを説明する。
【００２１】
フォノン核カップリングから得られるエネルギー交換メカニズム
フォノン核カップリングは、その発生が、上述した変量を形作る特定の境界条件に依存する、以下の複数の異なるメカニズムを通じて現れることができる。
・励起移動：共通の励起フォノンモードによって媒介されるエネルギーは、励起核から、より低い励起状態又は基底状態にある他の核に移動する。レシーバー核及びドナー核はともに、同じ振動格子に結合されていることに起因して同じフォノンモードと相互作用する。このメカニズムが発生する確率は、レシーバー核及びドナー核のエネルギー準位が一致している場合に高くなる。励起移動は、共鳴することができ、そのように励起された核の核位相コヒーレンスとして現れ、さらに、これは、（核自体が、格子のように整然と配置されている場合に）異方性光子放出をもたらすことができる。比較的高いエネルギーが励起フォノンモードに存在する場合、励起移動は非共鳴となることもでき、一連の励起移動として現れ、可観測の非局在化効果をもたらすことができる。そのような非共鳴励起移動では、オフ共鳴状態（仮想状態としても知られている）が、共鳴励起移動の場合よりも広範囲を占める。そのようなオフ共鳴状態の間、フォノンモードは、移動に関与する核の核状態からのエネルギーの一部を一時的に収容することができる。励起フォノンモードのエネルギーが、所与の構成において更に増加された場合、同じ原理によって、非共鳴励起移動は、利用可能なフォノンモードが原子核とエネルギーを交換するので、アップコンバージョン（又は、励起がシステムに既に存在する場合には、ダウンコンバージョン）に移行することができる。
・アップコンバージョン：アップコンバージョンは、多数の連続した非共鳴励起移動を介して発生する：フォノンは、当該フォノンを受ける振動格子の一部である原子核にエネルギーを移動させる。したがって、移動されたエネルギーは、原子核の励起と、励起フォノンモードにおける同等のエネルギー減少とをもたらす。このメカニズムが発生するには、利用可能な励起フォノンモードが、エネルギーを受ける核を、それらの元の状態からそれらの結果の状態に励起するのに十分なエネルギーを有する必要がある。
・ダウンコンバージョン：フォノンを受ける振動格子の一部である励起原子核からのエネルギーは、それらの核から当該フォノンに移動する。したがって、移動されたエネルギーは、より低い励起状態又は基底状態への原子核の脱励起と、利用可能なフォノンモードの同等のエネルギー増加とをもたらす。このメカニズムが発生するには、振動格子は、脱励起する核の元の核状態と結果の核状態との間のエネルギー差を吸収するのに十分なエネルギーを励起フォノンモードにおいて受けることができる必要がある。
・サブディビジョン：共通の励起フォノンモードによって媒介されるエネルギーは、励起核から、一致していないエネルギー準位を有する基底状態核に移動する。潜在的なレシーバー核がそれらのエネルギー準位に基づいて収容することができるエネルギー量子が、脱励起するドナー核から潜在的に入手可能なエネルギー量子よりも少ない場合、ドナー核から放出されるエネルギーは、2つ以上の受信核に移動することができる。量子コヒーレントプロセスとして進行するには、何らかのエネルギー不一致を（部分的な）アップコンバージョン又はダウンコンバージョンによって作り出す必要がある。
【００２２】
それぞれのメカニズムが現れる条件は、上記で論述した変量に関する特定のシステム構成から結果として得られるフォノン核カップリングの強度に依存する。重要なパラメーターは、励起フォノンモードにおけるエネルギーと、格子における核種の構成（核種の空間分布及びそれらのそれぞれのエネルギー準位／遷移エネルギー）とである。これらの双方は、巨視的なサンプル間で変化し得る（又は、そのように設計することができる）ので、実際は、多くの場合に、複数のメカニズムの重ね合わせを所与の実施態様においてそれぞれの境界条件に応じた正確な比率で観測することができる。実施者の観点からすると、産業への応用に関して、所与の実施態様において可観測な効果をもたらすメカニズムが、一般に最適なものである。
【００２３】
一般的な原理としての励起移動は、上掲のメカニズムの全ての前提条件であり、アップコンバージョン及びダウンコンバージョン等のメカニズムは、多数の非共鳴励起移動の結果として現れることを強調しておく。所与の格子構成において、上記メカニズムのそれぞれの相対的な存在は、上記格子における特定の励起フォノンモード及びそれらの総エネルギーを示すことができる。さらに、核の所与の格子構成において、所与の核遷移に焦点を当てると、どのメカニズムが現れるのかを決定する残りの重要な動作パラメーターは、影響を受ける核の共通の励起フォノンモードのエネルギーである。このエネルギーは、多くの場合、振動の振幅によって求められる。フォノン核カップリング強度とともに（上述した格子構成では、励起フォノンモードのエネルギーの増加とともに）、メカニズムは、次の順序、すなわち、共鳴励起移動、非共鳴励起移動、アップコンバージョン（又は、核励起が既に存在する場合には、ダウンコンバージョン／サブディビジョン）で現れる。したがって、本明細書では、共鳴励起移動等のメカニズムを下位のメカニズムとして記載し、アップコンバージョン等のメカニズムを上位のメカニズムとして記載する。具体的には、他の全ての条件が同じである場合、励起移動等の下位のメカニズムが励起フォノンモードにおいて現れるのに必要なエネルギーは、アップコンバージョン等の上位のメカニズムと比較して少ない。したがって、励起移動に続いて起こる効果を特徴付けるものは、フォノン核カップリング強度に関して凝縮物質環境を診断及び最適化する適した開始点である。
【００２４】
巨視的効果：非局在化
励起移動メカニズムは、対応する放射線放出の非局在化効果及び角度異方性効果をもたらし、それらの効果は、動作中のフォノン核カップリングに基づくメカニズムの適したオブザーバブルになる。非局在化が意味するものは、光子放出の空間分布が変化することである。そのような効果は、上記で前置きとして説明したフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起のフォノン核カップリングに基づくメカニズムとともに、光子放出（放射崩壊）を介した通常の脱励起が、励起核の非ゼロの確率を有する異なる可能性で残っていることから発生する。これは、光子を容易かつ確実に検出することができ、そのような光子は、アプリケーションにおいて用いることができるので、有用である。光子放出を介した核の励起状態の脱励起が、その核自体がフォノン媒介エネルギー交換（例えば、励起移動、アップコンバージョン、又はサブディビジョン）を介して以前に励起された後に発生する場合、脱励起に起因する光子の放出のロケーションは、フォノン媒介エネルギー交換が存在しない場合に光子が放出された箇所と異なる。換言すれば、1つ以上の共通の励起フォノンモードの存在下では、通常ならば励起核も放射性核も含まないロケーションから光子放出が発生する。同様に、1つ以上の共通の励起フォノンモードの存在下では、励起核又放射性核を含むロケーションから光子放出の欠如が発生する。そのような非局在化が巨視的に可観測であるか否かは、励起がこのように移動する距離（移動が繰り返された場合の距離を含む）に依存する。励起移動が非共鳴であるとき、すなわち、他の条件が全て同じである場合に、励起フォノンモードのエネルギーが同等に高いか、又は、影響を受ける核状態エネルギーが比較的低いという条件下では、励起移動の距離が増加し、したがって、その巨視的可観測性が高まる。非共鳴励起移動を示す原子核の所与の構成では、例えば、利用可能なフォノンモードをより高い周波数において励起すること又は振動の振幅を増加させる（フォノンポピュレーションを増加させる）ことを通じて、励起フォノンモードにおいて利用可能なエネルギーを増加させることによって、アップコンバージョンレジームに入ることができる。
【００２５】
非局在化効果が、核の間のフォノン媒介エネルギー交換に続いてどのようにして起こるのか説明図を図11〜図14に示す。図11は、フォノン核カップリングメカニズムを可能にする十分大きなエネルギーの共通の励起フォノンモードを受けることが可能な同じ原子格子内の3つの異なる核（Co-57、Fe-57、及び別のFe-57）のロケーションを例示として示している。この例では、ロケーションAにおける1がCo-57核であり、ロケーションBにおける2がFe-57核であり、ロケーションCにおける3がFe-57核である。図12は、これらの3つのロケーションを考慮したときに、放射崩壊から発生する可観測な光子放出の通常の予想を示している。ロケーションB及びロケーションCからの光子放出は予想されない。ロケーションAでは、Co-57核が、ベータ崩壊を介してFe-57*核、すなわち、励起状態にあるFe-57核に崩壊した後に、光子放出が予想される。その直後に、そのような励起されたFe-57*核は、通常どおり、光子放出を介してその基底状態に脱励起する。結果として生じる光子は、その後、ロケーションAから発生した光子放出1201として観測することができる。上述した励起フォノンモードの存在によって、他の結果が可能になる。そのような可能な結果のうちの1つを図13に例示として示す。Co-57のベータ崩壊後、上記フォノンモードが存在すると、Fe-57*は、光子放出を介して脱励起しないが、フォノン媒介励起移動を介して脱励起する。ロケーションAにおけるFe-57*核の励起エネルギーは、共通のフォノンモードを介して、ドナー核から脱励起した同じエネルギー量子を核励起として収容することができるロケーションBにおける基底状態のFe-57核（受信核）に移動する。これが当てはまる理由は、ドナー核及びレシーバー核の双方が同じ核種Fe-57であることから、それらのエネルギー準位が同一であるからである。図13に示すこの例では、ロケーションBにおいて現在励起されているFe-57*核は、通常どおり（放射崩壊を介して）脱励起し、ロケーションBから光子を放出する。この場合、光子は、装置の動作中、すなわち、上述した励起フォノンモードが存在する場合、予想外にロケーションBにおいて観測され（1301）、予想外にロケーションAにおいては観測されない。図14は、確率的結果のサブセットを考慮して、この特定の例をより一般的に拡張したものである。共通の励起フォノンモードの存在下であっても、ロケーションAにおけるFe-57*核は、特定の確率を有する光子放出を介して通常どおり脱励起することができる。一般的な場合に、通常の脱励起が起こる前に励起移動が繰り返し発生する確率も存在する。
【００２６】
励起移動を介した非局在化の上記前置き及び図11〜図13における例は、個々の核及びそれらの核の光子放出の微視的なロケーションに焦点を当てている。次のセクションでは、巨視的な含意を論述する。
【００２７】
通常の条件下では、巨視的に観測される局在的放出強度は、局在的なCo-57の濃度に比例すると予想される。フォノン媒介非共鳴励起移動が存在する場合、巨視的に観測される局在的放出強度は、もはやCo-57の濃度と一致しない。
【００２８】
巨視的なエリアを考えるとき、統計も同様に考えなければならない。この場合、上記微視的な例において推論されるような予想される光子放出の絶対的存在又は不在を引き起こすのではなく、非局在化効果は、特定のエリアにおいてフォノン媒介脱励起が支配的である場合には、そのエリアの平均光子放出の減少として現れ、特定のエリアにおいてフォノン媒介励起が支配的である場合には、そのエリアの平均光子放出の増強として現れる。したがって、潜在的なドナー及びレシーバーが、そのエネルギーが、幾つかの実施形態における開示された装置の動作中のように、フォノン核カップリングに基づくメカニズム及び効果を可能にするほど十分大きい共通の励起フォノンモードに接続されている限り、フォノン核カップリング関連メカニズムの存在は、幾つかの場合には、高密度の励起核と低密度の基底状態の潜在的なレシーバー核とを有するエリアからの光子放出の減少を通じて観測することができ、幾つかの場合には、低密度の（of）励起核と高密度の基底状態の潜在的なレシーバー核とを有するエリアからの光子放出の増加を通じて観測することができる。その結果、励起フォノンモードの存在下における光子放出の空間分布の変化は、フォノン核カップリングに続いて起こる効果であり、原子核のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起を観測、診断、及び使用するのに用いることができる。本発明では、これが該当する。
【００２９】
巨視的効果：角度異方性
フォノン核カップリングに基づくメカニズムを再現可能に用いて、巨視的に可観測な効果を引き起こす別の方法は、フォノン媒介共鳴励起移動から得られる角度異方性を通じたものである。換言すれば、作用中のフォノン核カップリングメカニズムは、通常の脱励起（放射崩壊）から放出される光子の角度分布の変化をもたらす。この効果は、共鳴励起移動の場合のように、共通のフォノンモードを通じて励起されるとき、励起核の位相が一致していることに起因して予想される。したがって、励起核は、その場合、同一の核整列にあり、光子が通常の脱励起（放射崩壊）を通じて放出されるとき、同一角度の光子放出をもたらす。その結果、フォノン媒介共鳴励起移動によって引き起こされる核励起からの光子放出は、多くの場合に平行になっている。特に単一エネルギー準位にある平行な光子放出は、X線リソグラフィー及びマイクロマシニング等の複数の産業上の利用を有する。
【００３０】
特殊な取り扱いが行われない場合、励起状態核の通常の脱励起からの光子放出は、等方的である、すなわち、その角度分布が一定であると予想される。その理由は、放出核の核整列がランダムであり、放出核が多数ある場合、統計は、所与の立体角にわたって一定の放出分布になるからである。平行化及びビーム形成の巨視的な観測結果は、多数の光子放出核がフォノン媒介共鳴励起移動を介して励起されているときに発生することができる。このように励起されている光子放出核のサブセットが小さい場合、そのようなメカニズムは、光子放出の角度分布の変化として巨視的に現れる。具体的には、所与の立体角にわたって観測される放出は、その場合、依然としてランダムな方位を有するとともに一定の角度分布で光子を放出する幾つかの核からの放出と、フォノン媒介エネルギー交換を通じて整列されているとともに光子を平行に放出する他の核からの放出との重ね合わせである。その結果、励起フォノンモードが存在する場合、光子放出の角度分布の変化は、フォノン核カップリングに続いて起こる効果であり、原子核のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起を観測、診断、及び使用するのに用いることができる。本発明では、これが該当する。
【００３１】
アップコンバージョンの結果として、核位相コヒーレンス及び光子放出の対応する平行化を達成するには、凝縮物質媒体内に共鳴励起移動も発生することができる領域を有することが必要である。アップコンバージョンは、自動的かつ必然的に平行放出をもたらすものではない。アップコンバージョンが起こる凝縮物質媒体内のロケーションと比較して、共鳴励起移動ロケーションは、共鳴励起移動を支配的にするために、比較的弱いフォノン核カップリング強度を有する必要がある。より低いフォノン核カップリング強度は、上記で論述したフォノン核カップリング強度を決定する変量を調整することによって達成することができる。このことから、アップコンバージョンからの平行光子放出のための産業用デバイスは、各領域において異なるフォノン核カップリングに基づくメカニズムが支配する少なくとも2つの領域（初期励起移動のためのアップコンバージョン及び平行化のための共鳴励起移動等）を必要とする。双方を組み合わせると、その場合、既に励起された状態なしで核状態のフォノン媒介励起から平行光子放出を得ることができる。
【００３２】
他の巨視的効果
異なるフォノン核カップリングに基づくメカニズムの相対的な存在に依存した他の巨視的効果としては、通常予想されたものよりも高い準位又は低い準位の光子及びエネルギー粒子の放出と、影響を受ける凝縮物質環境における通常予想されたものよりも高いフォノンエネルギー及びポピュレーションとがある。後者は、通常、巨視的には熱として現れる。そのような巨視的効果は、多くの用途において有用であり得るし、本開示によって明らかに包含されているものである。しかしながら、他の、多くの場合により曖昧で単に定量的にすぎない変化とは対照的に、励起移動からの原子核のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起によって誘導される非局在化及び角度異方性に関連した定性的変化に起因して、以下で説明する例示的な実施形態は、定性的に現れる巨視的効果に特に注目する。
【００３３】
最後に、核状態とフォノンモードとの間の量子力学的相互作用は、（媒体内の核の利用可能なエネルギー準位と比較して）中間のエネルギー準位においていわゆる混合状態を更にもたらすことができる。そのような混合状態も、励起及び脱励起することができ、混合状態が提供することができる特定のエネルギー準位が所望される場合に有利であり得る。
【００３４】
貢献の再表示
本発明は、原子核のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起を再現可能で可観測に用いるシステム及び方法を提供する。これを行うために、本発明は、フォノン媒介励起移動によって引き起こされる非局在化効果及び角度異方性効果を利用する。提示された方法及び装置は、フォノン核カップリングと、これに続いて起こる提示されたエネルギー交換メカニズムとの再現可能で可観測な存在を初めて確立するものである。したがって、本発明は、原子力技術者のツールボックス内の新たなツールと、より一般的には、フォノンに基づく原子力工学の新たな分野との基礎を築くものである。
【００３５】
これらの説明は、より広い本発明の主題の1つ以上の特定の実施形態の理解を提供するために十分詳細に提示される。これらの説明は、本発明の主題を明示的に説明された実施形態及び特徴に限定することなく、それらの特定の実施形態の特定の特徴を詳しく述べるとともに例示している。これらの説明を考慮して検討を行うことによって、本発明の主題の範囲から逸脱することなく、追加の及び同様の実施形態及び特徴が誘発される可能性がある。用語「ステップ」は、プロセス又は方法の特徴に関連して明示的に用いられる場合もあるし、暗示される場合もあるが、順序又はシーケンスが明記されていない限り、そのような明示又は暗示されたステップの間の特定の順序もシーケンスも意味するものではない。
【００３６】
図面及びこれらの説明に明示又は暗示された寸法は、例示を目的として提供されている。したがって、図面及びこれらの説明の範囲内にある全ての実施形態が、そのような例示的な寸法に従って構成されるとは限らない。図面は、必ずしも一律の縮尺であるとは限らない。したがって、図面及びこれらの説明の範囲内にある全ての実施形態が、図面における相対的な寸法に関して図面の見掛けの縮尺に従って構成されるとは限らない。ただし、各概略図面について、少なくとも1つの実施形態は、図面の見掛けの相対的な縮尺に従って構成される。
【００３７】
システムアセンブリ
システムの一例示的な実施形態の概略図を側面図で図3Aに示す。図3Bは、同じ例示的な実施形態を底面図で示している。システム300は、サンプルアセンブリ310、ロケーションBにおけるX線検出器304、シンチレーション検出器305及びガイガーカウンター306を備える。サンプルアセンブリ310は、プレート301、及びプレート301の端部を支持する2組のクランプ303を備える。1つの例では、プレート301は、細長プレートであり、3インチ×6インチ×5/32インチの寸法を有する。1つの例では、プレート301は、圧延低炭素鋼材（McMaster-Carr社部品番号1388K546）から作製されたスチールプレートである。そのようなスチールプレートは、約108/cm2〜約1016/cm2程度の転位密度を有することが知られている。転位は、機械的応力が印加されると、凝縮物質格子内を運動する結晶学的欠陥である。運動転位は、その結果として、局在的な格子振動、すなわち、上記セクションにおいて論述したような励起フォノンモードを生成及び散乱する。そのような励起フォノンモードのエネルギーは、対応する振動の周波数及び振幅に依存する。低速の運動転位は、既に存在するフォノンの散乱に効果的であり（非等方分布及び非平衡分布をもたらす）、新たなフォノンを作り出すことにも効果的である。計算に基づくと、運動転位は、THzレジームにおける高周波数フォノンを散乱することが予想される。そのような高周波数は、その結果として、高いフォノンエネルギーをもたらす。転位運動は、圧縮応力、引張応力、及び／又はせん断応力の印加中等に塑性変形によって引き起すことができる。
【００３８】
スチールプレート301の中心点には、放射性基材302が配置される。具体的には、約250 μCiの放射能を有する0.1 M HCl溶液（Eckert & Ziegler社からのもの）による57CoCl2の0.05 ml液滴が用いられる。この溶液の液滴は、蒸着させるために1時間にわたって放置され、スチールプレートの表面上に約12 mmの直径を有するグレーのリングを形成する。サンプルアセンブリは、この時、図3Cに示すように、下層にあるスチールプレートに結合された、蒸着された57CoCl2溶液のリング状基材302を備える。基材302は、核励起の線源として動作する、数が減少していく放射性Co-57核を含む。基材302は、Co-57核の崩壊の結果生じる安定した短寿命の存在の励起Fe-57*核と、以前のCo-57崩壊から得られた基底状態にあるFe-57核も提供する。更なる基底状態のFe-57核は、鉄にある自然発生したFe-57に起因して、下層にあるスチールプレート301に存在する。蒸着された溶液から得られたリング状基材302は、エポキシ樹脂（J-B Weld社の50112 Clear 25 ml ClearWeld Quick-SettingEpoxy Syringe）によって覆われる。基材の上部の円形形状のエポキシ樹脂層は、直径が約30 mmであり、厚さが約0.5 mmである。この段落で説明したサブシステムは、サンプルとして以下で参照される。
【００３９】
そのような構成における別のフォノン源は摩擦である。直前の段落で説明したサンプル等のシステムが応力を受けると、プレートと基材との界面、基材とエポキシ樹脂との界面、及びプレートとエポキシ樹脂との界面等の境界（物質間の境界、粒界等を含む）において、摩擦が発生する。
【００４０】
次に、2つのクランプ303は、図3Bに示すように、動作中に機械的応力を提供するようにスチールプレートの対向するコーナーに緩く取り付けられている。各クランプ303は、寸法2インチ×6インチ×1インチの2つの合板を備え、クランプによって覆われたスチールプレート上の各エリアが、約1.5インチの2辺の長さを有する二等辺三角形を形成するように、スチールプレート301のコーナーを覆っている。3つの7mmのホール307が、各合板に穿孔されている。これらのホールは、図3Bに示すように、三角形を形成するように位置決めされる。次に、6つの1/4-20ボルト308及び対応するナット309並びにワッシャー311がねじ留めされ、各クランプ303の双方の合板を接続する。ナット309及びボルト308は、十分に締め付けられて、クランプ303を所定の位置に保持するが、この時点、すなわち、動作前においては付加的な応力を作用させない。
【００４１】
スチールプレート301と、エポキシ樹脂に覆われた蒸着基材302と、スチールプレートのコーナー上のクランプ303とを備えるサンプルアセンブリ310全体は、次に、3つの検出器304、305、306が固定位置に取り付けられたシンプルなマウンティングラックに配置される。
【００４２】
サンプルの物質組成及びその微細構造は重要であり、この例示的な実施形態では、それに応じて選ばれている。第1に、サンプルは、励起又は脱励起される核に影響を及ぼす励起フォノンモードにおいて十分なフォノン及び十分に高いフォノンエネルギーを受けることができる必要がある。このセクションに提示される例示的な実施形態の場合、これには、上述したサンプルアセンブリ、具体的には、スチールプレート、基材、及びエポキシ樹脂カバーの凝縮物質環境が該当する。第2に、サンプルは、物質内にフォノンを生み出すことが可能である必要がある。このセクションに提示される例示的な実施形態では、フォノンは、応力誘導転位運動及び摩擦を介して生成される。第3に、関与する物質の離散エネルギー準位と、励起及び脱励起に関連した結果のエネルギー量子とを考慮する必要がある。核の励起が起こるには、励起フォノンモード若しくは他の励起核、又は双方の組み合わせのいずれかによって十分なエネルギーを提供する必要がある。核の脱励起が起こるには、フォノンモード若しくは他の核、又は双方の組み合わせが、脱励起から解放されるエネルギーを吸収可能である必要がある。このセクションにおいて提示される例示的な実施形態では、Fe-57核のエネルギー準位は、この点に関して中心的役割を果たす。図4は、Fe-57核のエネルギー準位400を示している。Fe-57核は、基底状態（0 keV）と、14 keVの励起状態及び136 keVの励起状態の2つの励起状態とを示す。Co-57核の崩壊の結果、136 keVの高側の励起状態に励起されたFe-57*核が生じる。この励起核は、その後、136 keVの励起エネルギーを放出して基底状態に直接脱励起する（401）こともあるし、122 keVの励起エネルギーを放出して、14 keVの低側の励起状態に脱励起し（402）、第2のステップにおいて、この14keVの低側の励起状態から基底状態に脱励起する（403）こともある。その結果として、14 keV、136 keV、及び122keVの離散エネルギー量子が、原子核の励起又は脱励起に関与するものとして利用可能である。サンプルには基底状態のFe-57核が多数存在するので、サンプルは、それによって、エネルギー準位が潜在的なドナー核と一致する多数の潜在的なレシーバー核を含む。この潜在的なドナーエネルギー準位及びレシーバーエネルギー準位の一致によって、励起状態にあるFe-57と基底状態にあるFe-57との間でフォノン媒介脱励起及びフォノン媒介励起が発生する確率が高まる。このセクションに提示される例示的な実施形態の場合、所望の反応が発生する確率を最大にするために、エネルギー放出及びエネルギー吸収の容量の一致がこのように考慮されている。
【００４３】
検出
図12〜図14に示すように、フォノンが存在しない場合、励起核は、通常どおり光子放出を介して脱励起すると予想することができる。Fe-57が関与する例示的な実施形態では、14 keV、136 keV、及び122 keVの解放されるエネルギー量子は、その後、以前のCo-57核（ベータ崩壊後はFe-57*核）の箇所から放出されたエネルギー光子として観測することができる。そのような光子の観測は、ガンマ線/X線分光計304によって生成される光子エネルギースペクトルを通じて行われる。1つの例では、ガンマ線/X線分光計304は、Amptek社のX123分光計である。別の例では、ガンマ線/X線分光計344は、Ortec社の高純度Geガンマ線分光計である。そのような光子エネルギースペクトル500（ガンマ線/X線スペクトル）は、図5に示すように、Co-57の通常の核脱励起から得られる光子放出からの14 keVのエネルギー準位501、136 keVのエネルギー準位503、及び122 keVのエネルギー準位502においてピークを示す。本明細書では、Fe-57の14 keVの遷移を低側エネルギー核遷移と記載し、Fe-57の122 keVの遷移及び136keVの遷移を高側エネルギー核遷移と記載する。
【００４４】
同様に、そのような放出光子は、ガイガーミュラー（GM）カウンター306を用いてカウントとして観測される。GMカウンター306は、検出器がカバーする立体角内の光子の存在を検出し、それらの光子をカウントする。一方、GMカウンター306は、光子のエネルギーを解明しない。毎秒の検出カウントを検出器から取り出し、タイムスタンプを割り当て、記憶することができる。エネルギーの解明を欠いているにもかかわらず、GMカウンター306は、非局在化効果及び角度異方性効果によって引き起こされるような特定の立体角内の光子放出の変化の検出に有用である。励起されたFe-57*からの上述した光子放出の場合に、ほとんどのGMカウンターは、14 keVにあるより低いエネルギー光子と比較して122 keV及び136 keVのエネルギー準位にあるより高いエネルギー光子に最も高い感度を有する。
【００４５】
このセクションに提示された例示的な実施形態では、動作中にサンプルの放射線反応及びその変化を監視するために、3つの検出器304、305及び306が、サンプルアセンブリ310の上方及び下方の3つの別々のロケーションに配置される。この例では、図3Aに示すように、シンチレーション検出器305及びGMカウンター306は、サンプルアセンブリ310の上方に配置され、ガンマ線/X線検出器304は、サンプルアセンブリ310の下方に配置される。全ての検出器は、それぞれの側においてスチールプレートの表面から約1インチ離れた法線角度に配置される。これらの3つの検出器については、以下でより詳細に説明する。
【００４６】
ロケーションBにおけるガンマ線/X線検出器304は、リング状基材の外縁に向いており、0.5 milのBe窓及び6 mm2の検出エリアを有するAmptek社のX-123 Si-PINガンマ線/X線分光計である。検出器304は、1keV〜28 keVのエネルギー範囲にわたり、毎秒1つの累積スペクトルを連続記録し、2048個のチャネルを通じてそのようなスペクトルを解明する。時間依存データ解析について、図8に示すこの検出器304からの時間履歴データは、Fe-57の14.4 keV線の60個のチャネル（788 eV幅のエネルギー範囲に対応する）の合計に基づいている。
【００４７】
スチールプレート301の裏面（すなわち、サンプルアセンブリ310の上方であり、リング状基材302に直接向いていない）には、シンチレーター検出器305がガンマ線分光測定に用いられる。この検出器305は、図3Bに示すように、プレート301の他方の側においてリング状サンプル基材302の上方に同心円状に配置されたロケーションYに位置決めされる。この検出器305は、250 μmのZnS（Ag）シンチレーターと、Hamamatsu社の3インチ直径を有する光電子増倍管（モデルR6233）とを用いる。Radフィルムカバーが、可視光を遮断するのに用いられる。この検出器は、Gamma Spectacular社のGS-2000-PRO高電圧ドライバーによって駆動され、結果として得られるアナログ信号は、Focusrite社の192 KHz低ノイズUSBアナログデジタル変換器を介してデジタル化される。結果として得られるデジタル信号は、オープンソースソフトウェアTheremino MCAを介してスペクトルに変換される。これらのスペクトルにおいて、2048個のチャネルは、約5 keV〜200keVのエネルギー範囲を解明するのに対して、シンチレーターの選択は、検出器をより低いエネルギー光子に対して最も高感度の状態に維持する。スペクトルは、この検出器を用いて累積され、毎分1回記録され、他の検出器と同様に、タイムスタンプを割り当てられる。この検出器は、より低いエネルギーに高感度であり、表側の励起されたFe-57*核から放出される14 keVの光子がほとんど貫通することができないスチールプレートの裏側に向いているので、この検出器は、リング状サンプル基材からの122 keV線及び136 keV線等のより強力なガンマ線によって引き起こされるスチールプレートの裏側におけるX線蛍光効果に最も高感度である。したがって、この検出器は、検出器がカバーする立体角のほぼ全体にわたって、プレートの裏側におけるより高いエネルギー光子の代わりとなるものとみなすことができる。
【００４８】
スチールプレートの裏側（すなわち、リング状基材302に直接向いていない）では、GMカウンター306が、立体角のこの部分において、大部分がより強力なガンマ線をカウントするのに用いられる。この検出器306は、図3Bに示すように、スチールプレートの露出したコーナーのうちの1つ（クランプがないコーナーのうちの1つ）の上方のロケーションZに位置決めされる。GMカウンターは、Ludlum社の2350-1データロガーに接続されたLudlum社のモデル44-88アルファベータガンマ線検出器プローブである。Ludlum社のデータロガーは、この検出器から毎秒約1回カウントを読み取り、タイムスタンプを割り当て、値を記録する。
【００４９】
動作及び反応
このセクションに提示された例示的な実施形態の動作は、サンプルにおける核状態のフォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起を引き起こすフォノンの生成を含む。動作の効果を示すために、動作中及び動作外において、データが取得される。
【００５０】
動作外においてGMカウンター306によって取得された時系列データを図7に示す。図7のグラフは、約5日の期間にわたるデータを示している。この期間中、放出光子の数は、既知のCo-57崩壊率と一致して、徐々にかつ一貫して減少している。この減少は、時間の経過とともに、Fe-57への崩壊がますます進むにつれて、残っているCo-57核の数が減少することから予想される。グラフにおける直線は、文書によって十分に立証されたCo-57の半減期に基づいて予想されるカウントの減少を示している。図6は、同様の写真を示している。図6のグラフは、動作外においてX123検出器304によって測定された光子の数を示している。上記と同様に、測定された光子の数は、Co-57の既知の半減期と一致して減少する。図6及び図7は、新規なメカニズム又は効果が起こらない場合に、この構成から予想されるデータを示している。
【００５１】
装置は、フォノンを生成することによって動作する。このセクションに提示された例示的な実施形態では、フォノンは、凝縮物質サンプル内の応力誘導転位運動及び摩擦を通じて生成される。具体的には、これは、サンプルアセンブリのコーナーにあるクランプ303を、各クランプにある3つのナット309及びボルト308を介して締め付けて、約2000 lbsの通常の圧縮応力をスチールプレート301の各コーナーに生成することによって行われる。クランプ303によって誘導された応力は、スチールプレート301にわたって応力場をもたらし、スチールプレート301にわたって転位運動を引き起こす。クランプ303及びプレート301の幾何形状に起因して、応力場は、圧縮成分、せん断成分、及び伸張成分を有する。運動転位は、プレートの多くの部分に局在的なフォノンの生成及び散乱をもたらす。これらのフォノンは、その後、上述したように、フォノン核カップリングを通じて原子核と相互作用することができる。どのフォノン核カップリングに基づくメカニズム（共鳴励起移動、非共鳴励起移動、アップコンバージョン、ダウンコンバージョン、サブディビジョン）が現れるかは、（一般的には）フォノン核カップリングの強度によって決定され、この特定の実施形態では、励起フォノンモードのエネルギー（例えば、印加される応力が大きくなると、振動の振幅とともに増加する）と、対象となる核状態とによって決定される。後者の点に関して、励起フォノンモードにおける所与のエネルギーでは、より高次のメカニズム（非共鳴励起移動等）は、低側エネルギー核遷移（Fe-57の14 keV遷移等）とともに現れる傾向があるのに対して、より低いエネルギーメカニズム（共鳴励起移動等）は、より高側エネルギー核遷移（Fe-57の136 keV及び122keV遷移等）とともに現れる傾向がある。また、励起フォノンモードにおける利用可能な総エネルギーが増加された場合には、より高次のメカニズムは、高側エネルギー核遷移とともに現れることもある（及び、増加の規模に応じて、更により高次のメカニズムが、より低いエネルギー遷移に対して更に現れることがある）。これは、（上記で論述し、図3Aに示すような、現在論述している例示的な実施形態に続いて）別の例示的な実施形態において、特定の核遷移を伴うアップコンバージョン、ダウンコンバージョン、又はサブディビジョンをどのように実施することができるかということである。
【００５２】
図25は、動作中のアップコンバージョンを示すそのような別の例示的な実施形態を示している。この実施形態では、放射性基材がスチールプレート上に配置されていない。機械的応力は、2000 lbsから開始し、励起フォノンモードにおけるエネルギーが、アップコンバージョンメカニズムの出現を可能にする十分な大きさになるまで、徐々に増加される。これには、スチールプレートにおけるFe-57核が励起され、通常の脱励起（放射崩壊）からの対応する光子放出を観測することができるときが該当する。
【００５３】
図3Aに示すような例示的な実施形態の詳細な説明に戻ると、基材に近接した場所では、フォノンは、励起されたFe-57*核の脱励起及び基底状態のFe-57の励起を、励起移動を通じて媒介することができ、放出の空間分布の変化（非局在化）及び放出の角度分布の変化（角度異方性）をもたらすことができる。非局在化効果及び異方性効果は、検出器では、検出光子の減少及び増加として現れる。図8は、装置の動作中の、すなわち、クランプを介して応力を印加した後の、ロケーションBにおけるX123ガンマ線分光計304からの14keVのエネルギー範囲における時間依存光子カウントを示している。図8のグラフは、残っているCo-57核の崩壊から予想される光子放出の安定し一貫した減少に近づくまで徐々に減少する、ロケーションBにおける14 keVの光子放出の増強を示す。ロケーションB、すなわち、リング状サンプル基材のエッジにおける光子放出の増強は、このエリア内への核励起のフォノン媒介移動によって引き起こされる。1回限り印加され、所定の箇所に維持された機械的応力の印加から生じる転位運動は時間とともに減少し、これは、コールドフロー又はクリープとして説明されてきた。転位運動及び摩擦が徐々に減少するとともに、フォノンの生成又は散乱も減少し、その結果、フォノン媒介励起及びフォノン媒介脱励起の効果も減少する。図8のグラフの終了時までに、ロケーションBにおける検出器によって記録することができる可観測な非局在化効果は、もはやほぼなくなる。
【００５４】
図15及び図16の概略図は、14 keVの光子放出の観測される増強の原因を更に示している。これらの2つの概略図において、参照符号321は、核が14 keVの光子を放出するエリアを示している。具体的には、図15は、動作前の例示的な装置を示している。図16は、動作中の装置、すなわち、機械的応力の印加によって生成されたフォノンを有する装置を示している。フォノンが存在する場合、基材内のCo-57のロケーションから通常どおり光子を放出する励起のうちの幾つかは、フォノン媒介脱励起を通じて脱励起され、近傍の基底状態のFe-57核のうちの幾つかは、フォノン媒介励起（非共鳴励起移動によって駆動される）を通じて励起される。その結果、多くの潜在的なドナー核に近接した多くの潜在的なレシーバー核を有するエリアからの光子放出は、フォノン媒介エネルギー交換を可能にする励起フォノンモードにおける十分に高いエネルギーの存在下において上昇する。この特定の例示的な構成では、Amptek社のX123ガンマ線分光計304が、リング状サンプル基材302に直接向いているプレート301の底部側にある唯一の検出器である。スチールプレート301が、14 keVの光子から裏側の検出器をシールドするので、ガンマ線分光計304は、Fe-57核の14 keV核準位を伴う励起及び脱励起の変化を追跡するこの例示的な構成設定において唯一の検出器である。プレート301の裏側にある検出器305、306については、表側における14 keV放出からシールドすることによって、これらの検出器が、136 keV及び122 keVがより低い状態に遷移することを伴う変化を特に追跡することが可能になる。その上、裏側の2つの異なるロケーションに2つの検出器305、306が存在することによって、より強力なガンマ線の放出の変化に関する追加の空間情報が提供される。図9は、ロケーションZに位置決めされたGMカウンター306におけるより強力なガンマ線の時間依存光子カウントを示している。動作中、グラフは、残っているCo-57核の崩壊から予想される光子放出の安定し一貫した減少に近づくまで徐々に減少する、ロケーションZにおけるより強力なガンマ線放出の増強を示す。上述したように、そのような実施形態では、システムが力学的に平衡になり、転位運動が低速になり、フォノン生成が減少するにつれて、フォノン核カップリングに基づくメカニズムからの効果は、時間とともに減少する。ロケーションZにおける増強と対照的に、ロケーションYにおける検出器305は、図10に示すように、動作（フォノン生成）中の放出の減少を示す。図17及び図18の概略図は、ロケーションY及びロケーションZにおける122 keV及び136keVの光子放出の観測される増強及び減少の原因を更に示している。図17は、動作前の例示的な装置を示している。参照符号322は、核が、Fe-57*核の136 keVエネルギー準位の通常の脱励起から122 keV及び136 keVの光子を放出するエリアを示している。図17における光子放出は、基材322の周囲に等方的である。図18は、動作中の装置、すなわち、機械的応力310の印加によって生成されたフォノンを有する装置を示している。フォノンが存在し、共鳴励起移動が現れると、サンプル基材内の励起されたFe-57*のうちの幾つかは、フォノン媒介脱励起を介して脱励起され、基底状態のFe-57核のうちの幾つかは、フォノン媒介励起を通じて励起される。その結果、フォノン媒介励起を通じて励起さ��た核は、それらの核整列に整列し、それらの核が通常どおり（放射崩壊を通じて）脱励起すると、それらの光子は同等の放出角度で放出される。巨視的には、これは、光子放出の全体的な角度分布の変化（全立体角における幾つかの部分では増強、及び、他の部分では減少）として現れる。図18に示すように、光子放出は、特定の角度に集中する。図17及び図18は、動作中に、光子放出の角度分布の変化が、ロケーションZ及びロケーションYにおける検出器の観測結果のそれぞれ増強及び減少をどのようにもたらすのかを示している。この装置のこの特定の実施形態の動作及び提示された方法の実施からの上述した効果は、異なる検出器、異なる検出器ロケーション、及び異なるサンプルを用いることを含めて、非常に多くの回数、再現及び確認された。したがって、この実施形態、基本となる方法、観測された効果及び関連するメカニズムは、再現可能性が非常に高く、非常に有効であるとみなすことができる。
【００５５】
図19を参照すると、別の実施形態では、サンプルアセンブリ300は、クランプ303から機械的応力を受けている間加熱される。50 Wの加熱電力を有するシリコーンゴム加熱パッド312が、プレートの裏面に取り付けられ、プレートのエッジにおける2つの小さなばねを通じて所定の位置においてスチールプレートと接触した状態でこのパッドを維持するように押下される。動作中、この実施形態では、上述したように、機械的応力がクランプ303に印加される。ここでの相違は、動作中に、プレート301が、3時間以上のDC熱パルスを通じて加熱され、この加熱が、スチールプレート301の熱膨張と、膨張したスチールが固定クランプ303を押圧することに伴う機械的応力の増加とを一時的にもたらすということである。1つの例では、スチールプレートの温度上昇は75℃である。この手法によって、（機械的応力の増加に起因した）フォノン生成の増加に対する光子放出応答の本来の位置での測定が可能になる。換言すれば、プレートアセンブリを実験所及び検出器から運び去る必要なく、機械的応力は増加される。図20は、そのような実施形態からのデータを示している。この実施形態では、データにおける核応答を、その機械的原因により直接的にリンクさせることができる。
【００５６】
図21を参照すると、別の実施形態では、放出の空間分布の変化を更に観測することができる。ピンホールとしても知られている小さな開口314は、サンプル上の異なるロケーションにおける光子放出及びその変化を測定するのに用いられる。開口314として機能するために、1.5インチ×1.5インチ×0.25インチの寸法を有するアルミニウムプレート313が、基材302の上部に配置される。アルミニウムプレート313は、1 mmの直径のホール314を含む。Amptek社のX123等のガンマ線分光計が、ピンホールの上部に配置され、フォノンが、上述したように、熱的に誘導された応力パルスを介して本来の位置で生成されている間、時間履歴スペクトルを記録する。これらの測定は、フォノン生成中に、核からの光子の放出が、サンプルの幾つかの特定のロケーションにおいて減少し、サンプルの他のロケーションにおいて上昇することを示している。これは、フォノン生成中に非共鳴励起移動の非局在化及び出現を更に示す。
【００５７】
別の実施形態では、高感度（ISO 1000以上）の写真フィルムが、図21のピンホール314上に光を通さないエンベロープに配置される。用いられるフィルムは、Ilford 1200であり、2インチ×2インチの寸法を有し、3インチ×3インチの光を通さない黒色のプラスチックのエンベロープ（B&H Videoが提供している）に包まれている。フィルムのエンベロープは、断熱層及び熱電冷却を介して一定の室温に保たれる。フィルムは、サンプルアセンブリへの加熱が行われていない間、すなわち、動作前に、24時間の間露出される（画像A）。動作中、20℃の温度上昇が、加熱パッド312を介してサンプルアセンブリ内のスチールプレート301に印加され、熱的に誘導された応力及びフォノン生成を引き起こす。動作が続いているとき、同じ種類の未露出のフィルム（画像B）を有する新たなフィルムのエンベロープが、別の24時間の間、ピンホールの上方の同じロケーションに配置される。双方のフィルムは、Ilford社から提供される標準的な手順に従って開発され、フィルムスキャナーを用いてデジタル化される。デジタル化された画像は、明度が正規化されたビットマップに変えられ、幾何学的に重ね合わされる。画像Bから画像Aを減算すると、上述したように、核放出の分布のフォノン誘導変化が示される。
【００５８】
別の実施形態では、サンプルアセンブリ310は、2次元のコンピューター制御されたステージに取り付けられる。このステージは、プログラマブルで繰り返しに適した位置にある検出器304及びピンホール314に対してサンプルの階段状の直線的な位置決めを可能にする。1つの例では、3 μmの最小ステップサイズを有する2つのParker 404XRリニアステージが、XZ構成で用いられる。このステージは、次に、プレートアセンブリ上の基材の上部の100×100個の位置がスキャンされるように、サンプルアセンブリを検出器に対して移動させてラスタースキャンを行うことができる。タイムスタンプ及びロケーションマーカーを有する1分間のスペクトルが各点において取得される。これらのデータから、核線のみ等の種々のエネルギー準位について放出の空間分布を測定することができる。フル画像は、固定レベルの機械的応力において取得される（画像A）。次に、動作が開始し、機械的応力が、本来の位置で（上述したように、加熱パッドを通じて熱的に）増加される。その結果、動作中、より多くのフォノンがプレート内に生成される。この状態において、もう1度フルスキャンが実行され、その結果、別のフル画像（画像B）が得られる。結果として得られる100×100のピクセル画像（画像Bから画像A）を減算し、種々のエネルギー帯（14 keV帯、122 keV帯、及び136 keV帯等）における核放出の空間変化を観測することができる。
【００５９】
更に別の実施形態では、サンプルは、図24に示すように、回転ステージ316上に配置され、Ortec社の高純度Geガンマ線分光計344等のガンマ線分光計の前方において回転される。回転は、手動で行うこともできるし、コンピューターによって制御されて行うこともできる。回転ステージ316は、サンプルを検出器304に対して種々の角度に配置する。1つの例では、ステージ316は、サンプルを、検出器に対して180度の角度をカバーする等距離の18個の異なる角度に配置する。スキャンが、固定レベルの機械的応力を用いて着手され、スペクトルが各角度において記録される。次に、上述したように、機械的応力を増加させる（すなわち、より多くのフォノンが生成される）ことによって動作が開始し、スキャンが繰り返される。異なる光子エネルギー帯における光子放出の角度分布を比較することによって、フォノン核カップリングメカニズムに起因した異方性効果及び平行化効果が実証される。
【００６０】
更に別の実施形態では、フォノンは、レーザー（THzレジームにおける高周波レーザー、高周波ビート周波数を有するデュアルレーザー構成、又は高速パルスレーザー／超高速レーザー／極超高速レーザーのうちの1つ）を介して生成される。レーザーを用いて凝縮物質材料内にフォノンを生成するとき、レーザー光と凝縮物質材料との間のカップリングに注意を払う必要がある。これを行うために、種々の表面増強技法が用いられる。その上、そのような構成では、スチールに加えて別の物質が、より高い光吸収特性にとって好ましい。図26を参照すると、原子核との間のフォノン媒介エネルギー移動を目的としてフォノンを凝縮物質媒体内に生成するのにレーザーが用いられる一例示的な実施形態が、レーザービーム331をプレートアセンブリ上に誘導するレーザー330を備える。プレートアセンブリは、スチールプレート等のプレート301上に基材302を含むことができる。レーザー330は、高周波レーザー、高周波ビート周波数を有するデュアルレーザー構成、又は超高速レーザーとすることができる。レーザービーム331は、エネルギー光子を有するサンプルアセンブリの表面に当たり、凝縮物質媒体内にフォノンを生成する。これらのフォノンは、上述したように、フォノン核カップリング効果を出現させることができる。図26における例示的な実施形態は、（励起移動又はダウンコンバージョン等を介して）エネルギーを移動させることができる初期核励起状態を提供する放射性線源が存在する場合のレーザー誘導フォノン生成を示している。レーザーの特性と、フォノン核カップリング強度（上記で論述した変量を決定する）に対するそれらの影響とに応じて、誘導フォノン生成は、放出の非局在化及び異方性等の上記で論述したような効果をもたらすことができる。図27は、僅かに異なる構成を示している。この構成では、初期励起状態が存在せず、レーザー誘導フォノン生成は、アップコンバージョン、すなわち、既に励起された状態の対応する脱励起なしで、基底状態からの核状態又は混合状態の励起に用いられる。また、そのような構成では、利用可能な核状態及び混合状態は、凝縮物質媒体323の工学設計された組成及び構造と、フォノン核カップリング強度に対するそれらの影響とに依存する。
【００６１】
他の実施形態は、次のものの1つ以上を含む。用語「フォノン生成」は、フォノン、すなわち、凝縮相における量子化された振動を生成する様々な既知のプロセスを示す機能的な意味で用いられる。第1の実施形態は、この目的のために木製クランプからの機械的応力を用いる。この物質は容易に入手可能であり、この手法は容易に実施可能である。本開示の主題に適したフォノンを生成する他の方法及びフォノンを担持する他の構造が利用可能である。光子放出の生成及び増強に用いることができる他のフォノン生成技法の例は、とりわけ、レーザー、電流、トランスデューサー、固溶液内の溶質の拡散及び粒子ビームボンバードメント、ガンマ線照射を含むが、これらに限定されるものではない。用いることができる媒体の他の物質は、スチール以外の金属、半導体物質、並びに、グラフェン、セラミクス、及び複数の物質の組み合わせ等の非金属物質を含むが、これらに限定されるものではない。用いることができる他の微細構造体及びナノ構造体は、フィルム、メンブレン、ワイヤー、超格子構造体等の人工ナノ構造体、及びナノ粒子を含むが、これらに限定されるものではない。フォノンポピュレーションに影響を及ぼし、物質科学者による影響を受け得る他の関連する変量は、結晶／粒子サイズ、欠陥のタイプ及び密度、並びに表面の特性（例えば、表面ナノ構造化／表面ナノパターン化等を通じた増強）である。
【００６２】
上述した発明の用途には、次のものの1つ以上が含まれる。フォノンは、特定のエネルギー準位にある核状態及び／又は混合状態を励起して、単一エネルギー光子線源を得るのに用いられる。フォノンは、励起されたHe-4等から核励起状態エネルギーを脱励起し、その結果、巨視的に、ガンマ線放出ではなく熱を得るのに用いられる。
【００６３】
フォノンは、Hg-201等の水銀核を励起するのに用いられる。結果として生じる低エネルギー光子は、特に平行化されると、X線リソグラフィー及びマイクロマシニング等の用途に用いることができる。フォノンは、100keV未満の核状態を有する他の核を励起するのに用いられる。結果として生じる低エネルギー光子は、特に平行化されると、X線リソグラフィー及びマイクロマシニング等の用途に用いることができる。フォノンは、核が種々の崩壊系列を通して崩壊することを可能にするために、それらの核を他の状態に励起又は脱励起するのに用いられる。フォノンは、エネルギーを蓄積するために長寿命の準安定状態を励起するのに用いられる。フォノンは、蓄積されたエネルギーを取り出すために長寿命の準安定状態を脱励起するのに用いられる。フォノンは、核を核分裂に導くより高い不安定な状態にこれらの核を励起する（excite）のに用いられる。このプロセスは、コヒーレント分裂（coherent fission）、フォノン媒介核分裂（phonon-mediatednuclear fission）、又はショートフォノフィッション（short phonofission）と呼ばれる。放射線反応のフォノン媒介変化は、検知／センサーの用途、並びに、フォノン核カップリングに基づく用途において用いられる凝縮物質環境の設計、開発及び最適化に用いられるような凝縮物質材料内のフォノン関連特性を測定するのに用いられる。
【００６４】
特定の用途に関連したフォノン核カップリングに基づくメカニズム及び効果に適合させることを目標として、凝縮物質環境及び結果として生じるフォノン特性の様々なものを論述してきた。多くの用途では、フォノン核カップリングに基づくメカニズム及び結果として生じる効果は、所望の結果（幾つかの特定のエネルギー又は幾つかの特定の角度方向における光子等）である。他の用途では、フォノン核カップリングに基づくメカニズム並びに非局在化効果及び角度異方性効果等の結果として生じる効果は、代理の効果又は中間の効果として、例えば、基礎をなす凝縮物質環境及びその変化を特徴付ける診断として用いることができる。そのような用途は、他のフォノン核カップリングに基づく用途を考慮した凝縮物質環境の設計、試験、及び最適化において有用であり得る。これらの用途は、より一般的には、例えば、応力、ひずみ、及びクリープ／コールドフローの高感度検知を伴う用途の場合には、凝縮物質環境を特徴付けるのにも有用であり得るし、加えて、より一般的には、フォノンの寿命、エネルギー、及び散乱メカニズムを含む物質、ナノ構造体、及びデバイスにおけるフォノンの振る舞いの理解を深めるのにも有用であり得る。
【００６５】
原子核の励起及び脱励起は、多くの産業用途に関連し、それらの用途において有用である。幾つかの用途では、基底状態核を励起するために、基底状態核にエネルギーを移動させる取り組みがなされている。例えば、これには、核共鳴蛍光、単一エネルギー光子線源、又は光核反応に関連した用途が該当する。他の用途では、多くの場合に先行する核反応又は核崩壊の結果としての既に励起された核からのエネルギーは、熱又は電気等のより有用な形のエネルギーに変換される。例えば、これには、原子力電池及び原子炉が該当する。
【００６６】
本発明の幾つかの実施形態が説明された。それにもかかわらず、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができることが理解されよう。したがって、他の実施形態も添付の特許請求の範囲の適用範囲内にある。
【符号の説明】
【００６７】
201：原子核のフォノン媒介励起        
202：フォノン媒介脱励起        
300：システム        
301：スチールプレート        
301：プレート        
302：リング状基材        
302：蒸着基材        
302：放射性基材        
303：クランプ        
304、305、306：検出器        
304：ガンマ線/X線分光計        
304：線検出器        
305：シンチレーション検出器        
306：GMカウンター        
306：ガイガーカウンター        
306：ガイガーミュラー（GM）カウンター        
307：ホール        
308：ボルト        
309：ナット        
310：サンプルアセンブリ        
311：ワッシャー        
312：シリコーンゴム加熱パッド        
312：加熱パッド        
313：アルミニウムプレート        
314：ピンホール        
314：小さな開口        
316：回転ステージ        
323：凝縮物質媒体        
330：レーザー        
331：レーザービーム        
344：高純度Geガンマ線分光計        
400：Fe-57核のエネルギー準位        
401：136 keVの励起エネルギーを放出して基底状態に直接脱励起する        
402：122 keVの励起エネルギーを放出して、14 keVの低側の励起状態に脱励起        
403：第2のステップにおいて、この14 keVの低側の励起状態から基底状態に脱励起する        
501：14 keVのエネルギー準位        
502：122 keVのエネルギー準位        
503：136 keVのエネルギー準位   
【００６８】
図面訳
図1
101  Particle absorption  粒子吸収
102  Photon absorption  光子吸収
103  Particle emission  粒子放出
104  Photon emission  光子放出
図2
201  Phonon emission  フォノン放出
202  Phonon absorption  フォノン吸収
図3A
301  steel plate  スチールプレート
303  wood blocks  木製ブロック
304  Amptek X-123 x-ray detector  Amptek X-123 X線検出器
305  Location Y  ロケーションY
Scintillation detector  シンチレーション検出器
306  Location Z  ロケーションZ
GM counter  GMカウンター
2000 pounds ofcompressional stress  2000ポンドの圧縮応力
Location B  ロケーションB
図4
271.74 days  271.74日
Beta decay  ベータ崩壊
excited  励起
ground state  基底状態
X-ray  X線
図5
Counts  カウント
Energy  エネルギー
Spectrum  スペクトル
図6
X123 Gammaspectrometer at Location B; before operation  ロケーションBにおけるX123ガンマ線分光計；動作前
sec  秒
図7
Ludlum GMcounter at Location Z; before operation  ロケーションZにおけるLudlum GMカウンター；動作前
Geiger countercounts/hour  ガイガーカウンターカウント/時間
sec  秒
図8
801  Phonon-mediated enhancement of 14 keV emission at location B  ロケーションBにおける14 keV放出のフォノン媒介増強
802  Expected emission per half-life  半減期ごとの予想放出
X123 Gammaspectrometer at Location B; during operation  ロケーションBにおけるX123ガンマ線分光計；動作中
14.4 keVcounts/6 hours  14.4 keVカウント/6時間
sec  秒
図9
901  Phonon-mediated enhancement of 122 and 136 keV emission at location Y  ロケーションYにおける122 keV放出及び136keV放出のフォノン媒介増強
902  Expected emission per half-life  半減期ごとの予想放出
Ludlum GMcounter at Location Z; during operation  ロケーションZにおけるLudlum GMカウンター；動作中
Geiger countercounts/30 min  ガイガーカウンターカウント/30分
sec  秒
図10
1001  Phonon-mediated reduction of 122 and 136 keV emission at location Z  ロケーションZにおける122 keV放出及び136keV放出のフォノン媒介減少
ScintillationGamma spectrometer at Location Y; during operation  ロケーションYにおけるシンチレーションガンマ線分光計；動作中
Scintillator/PMT10-20 keV counts/30 min  シンチレーター/ PMT 10 keV〜20 keVカウント/30分
sec  秒
図11
Nucleus atLocation A  ロケーションAにおける核
Nucleus atLocation B  ロケーションBにおける核
Nucleus atLocation C  ロケーションCにおける核
initialcondition  初期状態
図12
304  Amptek X-123 x-ray detector  Amptek X123 X線検出器
Nucleus atLocation A  ロケーションAにおける核
Nucleus atLocation B  ロケーションBにおける核
Nucleus atLocation C  ロケーションCにおける核
initialcondition  初期状態
final condition  最終状態
図13
304  Amptek X-123 x-ray detector  Amptek X123 X線検出器
Nucleus atLocation A  ロケーションAにおける核
Nucleus atLocation B  ロケーションBにおける核
Nucleus atLocation C  ロケーションCにおける核
initialcondition  初期状態
final condition  最終状態
図14
Nucleus atLocation A  ロケーションAにおける核
Nucleus atLocation B  ロケーションBにおける核
Nucleus atLocation C  ロケーションCにおける核
initialcondition  初期状態
final condition  最終状態
図15
304  Amptek X-1 x-ray detector  Amptek X-1 X線検出器
Focus onemission from 14 keV nuclear state; before operation  14 keVの核状態からの放出に焦点を当てたもの；動作前
Location B：ロケーションB
図16
304  Amptek X-1 x-ray detector  Amptek X-1 X線検出器
Focus onemission from 14 keV nuclear state; during operation  14 keVの核状態からの放出に焦点を当てたもの；動作中
2000 lbs of compressional stress on each side  それぞれの側への2000 lbsの圧縮応力
Location B：ロケーションB
図17
Focus onemission from 136 keV nuclear state; before operation  136 keVの核状態からの放出に焦点を当てたもの；動作前
305  Location Y：ロケーションY
306  Location Z：ロケーションZ
図18
Focus onemission from 136 keV nuclear state; during operation  136 keVの核状態からの放出に焦点を当てたもの；動作中
305  Location Y：ロケーションY
306  Location Z：ロケーションZ
2000 lbs of compressional stress on each side  それぞれの側への2000 lbsの圧縮応力
図19
303  wood blocks  木製ブロック
304  Amptek X-123 x-ray detector  Amptek X-123 X線検出器
305  Location Y  ロケーションY
Scintillation detector  シンチレーション検出器
306  Location Z  ロケーションZ
GM counter  GMカウンター
2000 pounds ofcompressional stress  2000ポンドの圧縮応力
Location B  ロケーションB
図20
Fe K counts/2 hours  Fe Kカウント/2時間
Fe-57 14.4 keVcounts/2 hours  Fe-57 14.4 keVカウント/2時間
sec  秒
図21
303  木製ブロック
304  Amptek X-123 x-ray detector  Amptek X-123 X線検出器
305  Location Y  ロケーションY
Scintillation detector  シンチレーション検出器
306  Location Z  ロケーションZ
GM counter  GMカウンター
2000 pounds ofcompressional stress  2000ポンドの圧縮応力
Location B  ロケーションB
図23
344  Ge Gamma spectrometer  Geガンマ線分光計
図25
Emission energyrange dependent on plate materials; during operation  プレート物質に依存した放出エネルギー範囲；動作中
>> 2000 lbs of compressional stress on each side  それぞれの側への2000 lbsより十分に大きい圧縮応力
305  Location Y：ロケーションY
306  Location Z：ロケーションZ
図26
Emission energyrange dependent on substrate and plate materials; during operation  基材及びプレート物質に依存した放出エネルギー範囲；動作中
図27
Emission energyrange dependent on plate materials; during operation  プレート物質に依存した放出エネルギー範囲；動作中
【図１】
2020522899.tif 000003
【図２】
2020522899.tif 000004
【図３Ａ】
2020522899.tif 000005
【図３Ｂ】
2020522899.tif 000006
【図３Ｃ】
2020522899.tif 000007
【図４】
2020522899.tif 000008
【図５】
2020522899.tif 000009
【図６】
2020522899.tif 000010
【図７】
2020522899.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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