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今月のキーワード
温室効果気体/エアロゾル/カオス/双極子トラップ/燃料電池/触媒の被毒/X線天文学


温室効果気体[green house gas]
地球の気候は,太陽からの太陽放射(波長が短いので短波放射ともよばれる)と地球から宇宙に向かって放射されている地球放射(地球の温度に対応して波長が赤外領域に存在するので長波放射ともよばれる)の平衡で決定される。この地球から放射される赤外放射を吸収し,再度,地表に向けて放射を行い地表を暖める機能をもつ気体を温室効果気体とよぶ。もともとは,太陽放射を透過し地表からの放射を吸収するという意味あいで,温室を模して温室効果という言葉が使われた。しかしながら,実際の温室が暖かいのは,放射を吸収するというよりは,寒気の移流を止めるという効果のほうが大きいといわれている。(p.66「海水温上昇にみられる地球温暖化」)

エアロゾル[aerosol]
大気中に浮遊する固体または液体の粒子状の物質のことをよぶ。普通は,0.001mmから100mm程度の大きさの粒子を含める。大きな粒子は重力により早く落下し,小さな粒子は長く大気中を浮遊する。具体的には,黄砂などの土壌粒子や,焼畑などに伴う生物を燃焼させたときに発生する炭素系の粒子,また,工業活動に伴い発生する硫黄酸化物,あるいは,車の排気ガスに含まれる窒素酸化物などである。地球温暖化に関連して,大気中のエアロゾルによる太陽放射を散乱させる直接効果(大気汚染を想像してもらいたい)や,雲をつくり出して影響を与える直接効果が注目されている。(p.66「海水温上昇にみられる地球温暖化」)

カオス[chaos]
決定論的な発展方程式(微分方程式や写像力学系)に従う系であっても,不規則で複雑な挙動を示す場合があり,確率的な乱雑さとは区別し,カオスとよばれている。カオスとなる系では,その系に内在する非線形性によって,相空間の軌道が引き伸ばされたり,折りたたまれたりし,ほんのわずかな初期値の違いが未来の状態を大きく左右する。そのため,こうした系の予測は原理的に困難であって,天気の長期予報が難しい理由の1つもこの点にある。(p.69「カオスを飼い慣らすフィードバック」)

双極子トラップ[dipole trap]
中性原子は,定常状態では電気双極子モーメントをもたないが,電場E(r)中では双極子モーメントp=aE(r)が誘起され,U(r)=−aE2(r)/2のエネルギーシフト(シュタルクシフト)が生じる。原子の共鳴周波数よりも低周波数の(レーザー光による)振動電場中では,誘起双極子モーメントは電場と同相で振動するから分極率a>0となり,電場強度のもっとも強いところ,つまり,ガウス型のビーム形状をもつレーザー光ではそのフォーカスした位置に,3次元的なポテンシャルエネルギーの極小点ができ,原子のトラップが形成できる。このような光トラップ中では,シュタルクシフトによる遷移周波数変化のためにトラップ原子の光散乱が減少することがあり,これをダーク(暗い)トラップとよぶ。(p.72「光トラップでボース‐アインシュタイン凝縮を達成」)

燃料電池[fuel cell]
水素と酸素のもつ化学エネルギーを電極反応によって電気エネルギーに変換する装置。水素は触媒反応によって炭化水素から,酸素は空気で代用される。一般の電池と異なるところは水素と酸素(炭化水素と空気)が外部から供給されることで一種の発電機ともいえる。電解質の種類,動作温度によって5種類のタイプがある。発電時の反応生成物は水であり,環境性に優れ,また効率も熱機関に比べて高い。(p.76「燃料電池の電解質として有望な固体酸」)

触媒の被毒[catalyst poisoning]
被毒とは触媒表面の活性点に反応ガス中の不純物が強く吸着し本来の触媒反応が阻害されること。燃料電池の場合に問題となるのは炭化水素から水素をつくる場合に一酸化炭素が含まれ,これが電極触媒(白金)に強く吸着して水素の触媒への吸着を妨げることである。そこで一酸化炭素を10ppm程度まで低減するための方法(選択酸化法など)やRuなどを加えた耐被毒触媒の開発が進められている。(p.76「燃料電池の電解質として有望な固体酸」)

X線天文学[X‐ray astronomy]
X線は,数百万度から数千万度といった超高温のガスから発せられたり,非常にエネルギーの高い粒子から発せられたりする。宇宙に存在する大量の超高温ガスや,ブラックホール近傍等で起こる高エネルギー現象が,X線天文学の観測対象となっている。X線は大気にさえぎられて地表に到達できないため,観測は人工衛星を用いて行われている。わが国のX線天文学グループも,これまで4機のX線天文学衛星を軌道に投入し,大きな学問的貢献をしてきている。(p.79「アストロEの悲劇からの再起」)


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