九州大学大学院工学府 エネルギー量子工学専攻 工学研究院エネルギー量子工学部門 English

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原子核・量子線工学講座


陽子、中性子、重粒子、ガンマ線や電子など多様な量子ビームの利用を高度化し、原子核や素粒子が関与する1万分の1ナノメートル以下という超ナノスケールの物理現象を利用することを目指して、原子核反応工学、量子線計測技術、原子核・素粒子反応基礎データ、加速器工学などの教育・研究を行っている。また、加速器・ビーム応用科学センターにおける教育・研究活動の推進に中心的役割を担っている。

Keywords: 原子核・素粒子物理,量子線計測、加速器科学、加速器駆動新エネルギーシステム、ビーム医療応用基礎科学

未来を拓く先進量子線物理計測

教授/石橋健二

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九州大学で得られた小型測定装置による原子炉ニュートリノ強度
当研究室では、 (1)中性子計測および核反応断面積の研究、(2)弱い相互作用の利用のための基礎研究、(3)高分解能の超伝導X線検出器の研究、(4)工学および医療への中性子利用の研究などを行っています。
 ここでは、【弱い相互作用の基礎研究】について説明します。弱い相互作用は、ニュートリノの相互作用や原子核のベータ崩壊などに関与しています。自然界の四つの基本的相互作用の一つであり、現代科学の重要な研究テーマの一つです。その反応機構の概要は標準理論で説明されていますが、長基線ニュートリノ振動現象や極低エネルギーニュートリノ反応など標準理論の適用外の現象もあります。将来的に弱い相互作用を工学的に利用できる可能性がありそうです。原子炉から放出されるニュートリノまたは加速器ビーム核破砕中性子源からニュートリノの相互作用を、画期的な小型装置で調べるために独創的な方法で研究しています。


九大の加速器ビーム科学を推進する

教授/池田伸夫

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九州大学理学研究院原子核実験室で開発された反跳核質量分離器とそれを用いた天体核反応の研究手法
近年、加速器ビームの応用は学問分野の枠を越え急速に拡大しつつある。大学においては、量子ビーム分野の人材を育成し、また大学ならではの独自の量子ビーム研究を展開することが重要である。そのためには大学に特徴的な加速器施設を設置し教育研究を展開することが望ましい。このような観点から、九州大学に既存の理学研究院タンデム加速器を用いて星内における天体核反応や極微量分析法の開発等の研究を行うとともに、伊都キャンパスに新たに建設される加速器施設の整備ならびにそれを用いた教育研究の推進に努めている。


物質の基本「原子核」を変換する

准教授/魚住裕介

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原子核反応データ測定用の大型結晶スペクトロメータ。日本だけでなくロシアなどの加速器施設で実験している
物質の基本単位である原子核は、高エネルギーが照射されると破壊され、性質の異なる物質に生まれ変わる。これは原子核変換とも呼ばれており、新しいエネルギー源への応用や、原子力発電の廃棄物処理としての利用が期待されている。原子核変換に関するデータは医療等でも利用価値が高く精密データが必要となっており、我々はロシアやカナダ等との国際共同研究として、日本や海外の加速器施設においてデータを測定している。また、新しい測定方法の開発や、反応現象の理解を目的とした量子論的分子動力学法および確率微分量子化法による理論的研究も行っている。


超低温動作型放射線検出器の開発

准教授/前畑京介

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超電導相転移端型マイクロカロリメータ
多くの物質は、極低温に冷却すると室温とは全く異なる物理的性質を示す。代表的な例として、比熱の急激な減少や、電気抵抗がゼロになる超伝導現象がある。このような極低温物理学を応用した放射線検出器は、従来の検出器と比較して非常に優れた性能であることが実証され、放射光施設等で利用する次世代型X線分光装置、人工衛星に搭載するX線望遠鏡、「暗黒物質」探索装置などへの応用が期待されている。液体ヘリウムを使用することなく100mK以下の超低温を保持する新型の無冷媒希釈冷凍機を活用して、超伝導相転移端温度計(TES)や特殊なSTO誘電体温度計を応用したマイクロカロリーメータ、低温動作型高速固体シンチレーターなどの新しい方式の放射線検出器を開発している。


放射線分光技術の高度化

准教授/伊豫本直子

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ガンマ線用のマイクロカロリメータ
物質は原子の種類や原子核の種類ごとに特徴的なエネルギーを持つ放射線を放出する。そのため放射線のエネルギー計測技術すなわち分光技術の高度化は、放射性物質の検出の他、さまざまな分析や医療、基礎科学など多くの分野へ波及する。熱計測を利用して放射線のエネルギーを計測するマイクロカロリメータは、電荷計測を利用する従来の方法に比べて1~2桁優れた分光性能を実現可能な、革新的な放射線計測技術である。これまでのX線用マイクロカロリメータ開発での実績を元に、より高いエネルギー帯域での放射線分光技術の高度化を目指して、ガンマ線用のマイクロカロリメータを開発している。


加速器からのビームを利用する

助教/有馬秀彦

加速器とは特定の粒子のエネルギーと方向を制御してビームとして取り出すための装置であり、理工学、医学など様々な分野で利用されている。加速器の性能向上のための要素開発や加速器からのビーム利用に関する研究を行っている。


原子核反応のデータベースを作る

助教/執行信寛

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米国ロスアラモス国立研究所に設置した中性子検出器
加速器駆動未臨界炉による長寿命放射性廃棄物の核変換処理、加速器による放射線がん治療や宇宙ステーションの開発などでは、放射線の人体や装置等への影響を把握するために、GeV程度の中高エネルギー領域の原子核反応断面積などの基礎データ整備が必要不可決である。そのためこのエネルギー領域の陽子入射や中性子入射原子核反応から生成される中性子断面積の測定実験を日本や米国の施設で行っている。また、実験で得られたデータの理論解析と高エネルギー領域の原子核反応機構のモデル化、中高エネルギー核反応断面積データベース構築のための断面積評価に関する研究を行っている。


固定磁場強集束(FFAG)加速器の開発

助教/米村祐次郎

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150 MeV FFAGシンクロトロンの外観
今日、陽子や重イオンといった荷電粒子を高エネルギーまで加速する加速器の利用は、原子核・素粒子物理学の分野にとどまらず、物質・エネルギー科学、医学・生命科学、環境科学等様々な方面で展開されようとしている。このような多岐にわたる研究分野の要求を満たすためには、汎用性の高い加速器が必須である。本研究室では、汎用性という観点からほぼ理想的な加速器である固定磁場強集束(Fixed Field Alternating Gradient, FFAG)加速器の開発を行っている。



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