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固体なしでガスおよび真空を分けた超音速渦、15mmの開いた穴で圧力比200を作った

2026.08.29 グローバルブリーフィング

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日本のリケンと長岡技術科学大学の研究チームは、固体膜なしで超音速ガス渦だけで二つの空間を分ける「渦流窓」の圧力比を最大約200まで高めました。直径15mmの穴は開いたままで光や粒子ビームが通過することができます。

一方の大気と宇宙のような完全な真空をすぐに接続したという意味ではありません。約200は低圧・低流量のシングルデバイス実験値であり、2つのデバイスを直列にした場合、約4,550という値は実験ではなく、シングルデバイス性能で計算した予想値です。

ガスがどのように窓として機能するのか

自由渦では、中心に近いほど流れが速く、圧力が低くなります。研究者は超音速ガスジェットを振り回して、高圧側と低圧側の間に圧力勾配を作りました。固体がないため、強いレーザーや粒子ビームが窓を加熱したり壊したりする問題を回避できます。

従来の方式は、周囲圧力差を計算上理想的な渦の圧力差に合わせ、圧力比が約5でした。新しい方法は、より高圧側をさらに押し、低圧側をさらに引いて、わざと大きな違いを作りました。するとガス流が自ら経路と広さを変えて約70、低圧条件では最大約200を維持しました。

約200は、実際の単一デバイスで測定された最大圧力比です。両方のデバイスを直列に配置すると、約4,550が可能であるという値は、この測定値に基づく理論評価です。複数のステージがあった場合、フローが安定していることを確認するには、次の実験を行います。

今はリケンの次世代中イオン加速器に入るガスストリッパを小さくする基盤技術です。研究者は半導体EUV光源周辺の粒子遮断、真空分析装置、宇宙実験装置も可能性として聞いた。ただし、どちらのアプリケーションも商用機器で検証されたステップではありません。

空気だけでなくアルゴンやヘリウムでも圧力比の向上を確認しましたが、長時間運転やガス回収、ビーム品質、多段接続安定性が残っています。論文とその後のリケン試験では、実際の多段圧力比と保持時間を確認する必要があります。核心は壁を立てずに流れ自体が境界になったという点です。