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The Wakasa Wan Energy Research Centerᐕႎᐔᚑ 22 ᐕᐲ ╙ 13 Ꮞ

Annual Report of The Wakasa Wan Energy Research Center
Vol.13

2010

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1

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目次

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

3

１． ごあいさつ

8２．加速器施設と科学機器設備
２．１．加速器施設
２．２．科学機器設備
２．３．加速器周辺の科学機器設備

9
9
9
11

３．職員・研究員

12

４．研究成果・活動報告
4.1. 高エネルギービーム利用研究

15
15

4.1.1.品種改良研究

164.1.1.1.品種改良技術開発

16

4.1.1.1.1.γ-H2AXの炭素線飛跡に沿った分布

164.1.1.1.2.陽子線が生体内で引き起こす損傷の分布とDNAへの効果

18

4.1.1.1.3.シロイヌナズナのγ-H2AX検出

204.1.1.1.4.イオンビーム照射によるトランスボゾンの移動メカニズムの解明

224.1.1.2. 植物・菌類の品種改良研究

234.1.1.2.1.イオンビーム照射によるキチン分解細菌変異株を用いたN−アセチルグルコサミン製造技術開発23

4.1.1.2.2.イオンビーム照射によるエタノール発酵糸状菌変異株の構築

25

4.1.1.2.3.高温耐性・酵素高発現の酵母の選抜育種

25

4.1.1.2.4.細胞増殖制御可能な工業用動物細胞の育種

264.1.1.2.5.イオンビームによる園芸植物の新品種開発

28

4.1.1.2.6.イオンビームを利用した栄養系花卉植物の新品種開発

28

4.1.1.2.7.イオンビーム照射によるサボテン科植物の育種

294.1.1.2.8.イオンイビームによる新規なバラの育種
4.1.1.2.9.植物無菌栽培法の開発

30
31

4.1.1.3. 植物工場関連技術開発

32

4.1.1.3.1植物工場等への太陽光集光装置の開発

32

4.1.1.3.2.イオンビームによる植物工場用野菜の新品種開発

34

4.1.2.粒子線がん治療研究35

4.1.2.1. 動的照射野形成法開発

35

4.1.2.1.1.陽子線がん治療高度化研究

35

4.1.2.2. 治療計画システム高度化研究

37

4.1.2.2.1.加速器中性子捕捉療法基礎研究

37

3
3

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.2.2.2.治療計画システム高度化研究

37

4.1.2.2.3. 前立腺がんを対象とした陽子線治療用患者ボーラス加工技術高度化

38

4.1.2.3. 粒子線作用の素過程の解明

40

4.1.2.3.1.粒子線に対する生体内の作用機序の解明

40

4.1.2.3.2.陽子線がん治療における低線量被ばくによる正常組織反応の機構解明

414.1.2.4. その他粒子線がん治療研究

424.1.2.4.1.医療用低放射化コンクリートの評価研究

424.1.2.4.2.粒子線がん治療に係わる人材育成プログラム

43

4.1.2.4.3.小動物用の陽子線照射システム開発試験

44

4.1.3.ビーム発生分析評価技術開発

46

4.1.3.1. 加速器分析技術開発

46

4.1.3.1.1.薄膜分析のための重イオンRBS法の開発

46

4.1.3.1.2.TOF-ERDAによる軽元素分析のための反跳断面積の測定

474.1.3.1.3. TOF-ERDAによる水素化物薄膜の分析

484.1.3.1.4.フッ素含有材料からの歯質への短期フッ素取込み量

494.1.3.1.5.FIBを援用した水素イオン注入剥離法による、表面加工の諸特性

50

4.1.3.1.6.PPIXE法による茶葉の二次元元素マッピング

51

4.1.3.1.7. 固体標的C,ＳｉのHe後方散乱実験による共鳴励起関数の評価

52

4.1.3.1.8.組成分析と画像撮影機能を持つ可搬型X線分析装置の開発文化財分析のためのポータブル蛍光X線装置の開発

53

4.1.3.2.材料照射損傷評価技術開発

54

4.1.3.2.1.酸化亜鉛系電子デバイスの耐放射線特性に関する研究

54

4.1.3.2.2.太陽電池の低エネルギー陽子線照射に関する研究

55

4.1.3.2.3. イオン照射を用いた原子炉構造材料劣化に関する研究

56

4.1.3.2.4.原子炉燃料模擬物質の照射損傷評価法の開発

57

4.1.3.2.5.高エネルギーイオン照射によるAlCu合金の表面硬度制御

574.1.3.3. 加速器運転技術の高度化

58

4.1.3.3.1.若狭湾エネルギー研究センター加速器施設の現状

58

4.1.3.3.2. W-MASTシンクロトロンのイオンポンプの更新

59

4.1.3.3.3. シンクロトロンのビームフィードバックループの周波数特性
4.1.3.3.4.W-MASTシンクロトロンの加速高周波制御系の更新

60
62

4.1.3.3.5.超伝導加速器を用いた陽電子ビーム発生法に関する研究

63

4.1.3.3.6.実用型加速器の開発

65

4.1.3.3.7.地球温暖化係数が大きなＳＦ６ガスの完全回収装置に関する研究





66

4
4

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2. エネルギー開発研究68

4.2.1エネルギー・環境材料開発

68

4.2.1.1. レーザー利用技術開発

68

4.2.1.1.1. レーザー除染装置の開発
4.2.1.1.2.原子炉構造物を対象としたレーザー切断技術の確立に向けた研究
4.2.1.1.3. レーザー加工プロセス時に発生する溶融金属熱流動挙動の予備的測定試験

68


70
71

4.2.1.1.4.レーザー切断による気中解体時の粉じん挙動データ取得・調査

73

4.2.1.1.5. ｢ふげん｣灰化樹脂を対象とした廃棄体製作技術のための調査

74

4.2.1.1.6.レーザーによる先進的材料の改質加工技術を普及するための予備的構築
4.2.1.2.次世代半導体製造技術開発



77
79

4.2.1.2.1.半導体鉄シリサイド薄膜創製研究

79

4.2.1.2.2.高エネルギー重イオン照射によるシリサイド半導体中へのナノ金属相作製

80

4.2.1.2.3.イオンビームを用いた新物質創製研究

80

4.2.1.2.4.半導体Ba1-ｘSrｘSi2の結晶成長と薄膜太陽電池への応用

814.2.1.3. 極微小駆動材料開発

82

4.2.1.3.1.窒素イオン注入によるFe-Pt薄膜磁石の保磁力増大

824.2.1.3.2.高分子薄膜アクチュエータの創製

85

4.2.1.3.3.高分子・化学系アクチュエータの複合電極材創製と作動特性に関するイオンビーム照射効果 85
4.2.1.4. その他エネルギー・環境材料開発
4.2.1.4.1.ダイヤモンド状炭素(DLC)膜の組成と摩擦・摩耗特性に関する研究

86
86

4.2.2.エネルギー有効利用研究

89

4.2.2.1.太陽熱等利用技術開発

89

4.2.2.1.1.太陽炉と太陽熱エネルギー利用研究

89

4.2.2.1.2.気泡駆動型循環式ヒートパイプによる熱輸送

91

4.2.2.2. 無機酸化物光機能材料開発

92

4.2.2.2.1.無機酸化物光機能材料の開発

92

4.2.2.2.1.不純物添加酸化チタン薄膜のナノ構造解明による高性能光機能材料の開発

93

4.2.2.3. バイオ応用環境技術開発

94

4.2.2.3.1.バイオ技術による環境浄化

94

4.2.2.3.2.活性汚泥からのリン資源回収に用いる微生物の研究開発

94

4.2.2.3.3.二酸化炭素の光還元による固定化と有用物質生産

95

5
5

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.2.4.バイオマスエネルギー技術開発

95

4.2.2.4.1.バイオマスエネルギー技術開発研究

95

4.2.3.原子力関連先端技術開発

96

4.2.3.1. 若狭湾海洋環境モニタリング研究96

4.2.3.1.1.若狭湾における海洋環境モニタリングシステム等に関する調査研究

96

4.2.3.1.2.「もんじゅ」周辺海域のリアルタイム流況観測に関する調査

99

4.2.3.2. 原子力応用技術開発

100

4.2.3.2.1.放射線源評価手法開発

100

4.2.3.2.2. 野外における放射線源情報評価システムの検証

102

4.2.3.3.科学機器利用技術開発

103

4.2.3.3.1. BN膜の切削工具への応用

103

4.2.3.3.2.アルミナゾルの粒径・形状制御技術の研究

103

4.2.3.3.3. 透過型電子顕微鏡を用いた金属ナノ結晶の構造安定性に関する研究

104

4.2.3.3.4.電池用材料の物性および電気化学的評価・解析







       105

4.2.3.3.5.金属ｶﾞﾗｽのイオン注入法の研究 











4.2.3.3.6. S-TEM（走査透過型電子顕微鏡）による局所分析と最新試料作製技術 
4.2.3.3.7.摩擦を利用したナノ結晶微細構造表面膜の創製と評価





106

       107       108

4.2.3.3.8.透過型電子顕微鏡(TEM)による繊維内部構造の観察技術確立

109

4.2.3.3.9. ケラチン繊維の微細構造解析ならびに成分解析

1104.2.3.3.10. リアルナノ・サブナノ・原子スケール分析を目指した光電子分光および光吸収分光の確立

111

4.2.3.3.11. ソバ等に含まれる抗酸化物質の加工等による活性変化

1124.2.3.3.12. 維持血液透析患者の抗酸化能に関する研究

113

4.2.3.3.13.細胞内で生成する活性酸素種の測定技術に関する研究

114

4.2.3.3.14 透過型電子顕微鏡による生物及び繊維内部構造の観察技術の確立

115

4.2.3.3.15. パルマ藻類のバイオシリカ細胞構築メカニズムの可視化

116

4.2.3.3.16.Ｘ線照射により障害を受けるトラフグの免疫細胞種と耐病性に及ぼす影響117

4.2.3.3.17.イオンビームによる表面修飾を用いたクラゲコラーゲンからなる
再生医療用培養基材の開発

119

4.2.3.3.18.メディエータ修飾プライマーを用いた高感度センシングシステムの開発

121

4.2.3.3.19. 高純度金属の精製研究

122

4.2.3.3.20. 酸化ストレスに対応する新たな一次予防のための食事設計法の提案

123

4.3．産業支援事業

124

4.4．施設利用状況

150

4.4.1．見学者数

150

4.4.2．会議室等施設利用状況

150

6
6

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.4.3．分析装置等科学機器の利用状況

150

4.4.4．加速器の利用状況

150

5．公開成果発表一覧

151

5.1．査読付き論文発表

151

5.2．特許、品種登録

152

5.3．科研費取得状況

154

5.4．最近の査読付き論文、学会発表、特許と品種登録の傾向

155

7
7

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

1.ごあいさつ
年報第 13 巻は、財団法人若狭湾エネルギー研究センター(WERC)が平成 22 年度において行った研究活動をまとめたものです。本報告書は、当センターの研究活動の全貌を見ていただくことを目的として編纂したもので、成果の得られた研究報告と、研究としてほぼ確立した事業の経過や、研究を継続している新たな研究の内容を記載した活動報告とがあります。
平成 22 年度から平成 26 年度までの 5 か年を計画期間とする中期事業計画（第３期計画）がスタートしました。「研究開発」では、これまで培ってきたさまざまな研究等の成果を実用化に向けた研究に発展させ、地域の産業振興・活性化に向け成果を展開するとともに、海外を含めた研究機関などとの共同研究や研究者交流を通じ研究能力の向上を図ることとしています。
当エネルギー研究センターの中核設備であるタンデムおよびシンクロトロン加速器のイオンビーム
を用いる「高エネルギービーム利用研究」と低炭素社会の実現に向けて注目されるエネルギー・環境材
料、太陽・生物等の自然エネルギーおよび原子力応用技術に関する「エネルギー研究開発」を行います。
１．

高エネルギービーム利用研究

イオンビームを用いた植物、菌等の品種改良を行う「品種改良研究」、粒子線を用いたがん治療の高度化、およびイオンを用いた極微量分析や照射による材料の評価・開発を行いました。
（１） 品種改良研究
ア

品種改良技術開発、イ

植物・菌類の品種改良研究、ウ 植物向上関連技術開発（２） 粒子線がん治療研究ア

動物照射野形成法開発、イ

治療計画システム高度化研究、ウ

粒子線作用の素過程の解明、エ 動物照射技術の開発（３） ビーム発生分析評価技術開発
ア２．

加速器分析技術開発、イ 材料照射損傷評価技術開発、ウ 加速器運転技術の高度化

エネルギー開発研究「エネルギー・環境材料開発」、「エネルギー有効利用研究」および「原子力関連先端技術開発」を行いました。
（１）エネルギー・環境材料開発
ア レーザー利用技術開発、イ 次世代半導体製造技術開発、ウ 極微小駆動材料開発（２）エネルギー有効利用研究
ア 太陽熱等利用技術開発、イ 無機酸化物光機能開発、ウ バイオ応用環境技術開発
エ バイオマスエネルギー技術開発（３） 原子力関連先端技術開発
ア

若狭湾海洋環境モニタリング研究、イ 原子力応用技術開発、ウ 科学機器利用技術開発

これらの研究活動に加え、当センターの設備・機器の利用状況の概要およびセンターでの産業・技術・研究支援事業も掲載しました。また、巻末にはセンター職員が前報告集以後に学会等に投稿、出版した論文のリストおよびその他の報告会等の記録も掲載しましたので、参考にしていただければ幸いです。
平成 22 年度において、活発な研究活動等を行うことができましたことは、ひとえに皆様方のご支援とご指導によるものであり、厚くお礼申し上げます。職員一同、これまで以上に努力を重ねてまいる所
存ですので、今後ともなお一層のご指導、ご鞭撻をお願い申し上げます。

平成 23 年 10 月
財団法人 若狭湾エネルギー研究センター所長 小林紘二郎

88若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

２．加速器施設と科学機器設備
２．１．加速器施設
下の図 1 に示される若狭湾エネルギー研究センターの加速器システムは、５ＭＶタンデム加速器を入射器として用い、主加速器として周長３０ｍのシンクロトロンで 2 段階で加速する。陽子で２００ＭｅＶ、炭素イオンで６６０Ｍ
ｅＶまで加速できる加速器システムである。シンクロトロンまで加速されたビームは照射室 3 と 4 で実験などに利用することができる。タンデム加速器は単独でも利用可能で、負イオン源で生成可能な種々の軽イオンから重イオンまでの負イオンからタンデム加速器ではぎ取ることのできる電子数と発生電圧の積となる最終エネルギーまで加速できる。通常陽子で１０ＭeV で炭素で２０ＭｅＶ程度以上となる。タンデム加速器からのビームは照射室 1 と2 で実験などに利用することができる。
タンデムとシンクロトロンとは独立に、大電流の２００ｋＶのマイクロ波正イオン源イオン注入装置を設置している。
ほぼ周期律表のすべての元素のイオン種を原理的に加速可能である。通常利用している気体で入手しやすい
10 種類程度の元素以外にも電気炉を装備しているので低融点の金属などの元素イオンを加速することが可能である。表面改質など多くの産業応用等がこの２００ｋＶマイクロ波正イオン源イオン注入装置で広く利用されている。

図１、若狭湾エネルギー研究センターの加速器システム鳥瞰図。
２．２．科学機器設備
加速器以外での科学機器設備の名称・略名、設置された実験室、メーカ名、型番等を以下に一覧表としてまとめる。
1）誘導結合高周波プラズマ質量分析装置 ICP-MS、実験室 1、日本電子㈱、JMS-Plasma X2２）誘導結合高周波プラズマ発光分光装置 ICP-AES、実験室 1、パーキンエルマー、Optima3300RL
３）高分解能質量分析装置 GC-MS、実験室 2、日本電子㈱、JMS-700
４）電子スピン共鳴装置 ESR、実験室 2、日本電子㈱、JES-TE300

99若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

５）フーリエ変換ラマン分光光度計 FT-RAMAN、実験室 2、パーキンエルマー、Spectrum2000
６）フーリエ変換赤外分光光度計 FT-IR、パーキンエルマー、Spectrum2000
７）蛍光分光分析装置・蛍光分光、実験室 2、㈱日立製作所、F-4500
８）化学物質精密定量分析システム・HPLC、実験室 2、東ソー㈱、DP-8200
９）高速液体クロマトグラフ質量分析装置・LC－MS、実験室 2、Waters、2695,2966１０）原子吸光分光光度計・原子吸光、実験室 2、パーキンエルマー、SIMAA6000
１１）固体用核磁気共鳴装置・固体 NMR、実験室 3、日本電子㈱、JNN-CXM400
１２）フーリエ変換核磁気共鳴装置・NMR、実験室 3、日本電子㈱、JNM-ECP600
１３）タンパク質・ミセル超微粒子分析システム、実験室 4、大塚電子㈱、DLS-7000PH
１ ４ ） タ ン パ ク 質 ・ ペ プ チ ド 最 終 精 製 シ ス テム 、 実 験 室 4 、 アマ シ ャ ム ファ ル マ シ オ バ イ オ テク ㈱ 、 AKTAEPLOERIOS
１５）自動細胞分離解析システム、実験室 4、ベクトンディッキンソン㈱、FACC CAIIBUR
１６）マイクロプレートリーダーシステム、実験室 4、日本モレキュラーデバイス、SpectraMAX Plus
１７）プロテインシーケンサ、実験室 4、パーキンエルマー、494CLC１８）ゲル解析装置、実験室 4、ジェノミックソリューション、GelPrint2000/VGABOX
１９）生物用倒立型顕微鏡システム、実験室 4、オリンパス光学工業㈱、IX70-22FL/PH２０）蛍光顕微鏡画像解析システム、実験室 4、オリンパス光学工業㈱、FV300-P-BX51BGR-SP
２１）遺伝子解析装置・遺伝子解析、実験室 4、パーキンエルマー、ABI PRISM377･877
２２）DNA シーケンサ・DNA シーケンサ、実験室 5、パーキンエルマー、ABI PRISM310-7700
２３）DNA シークエンス入力解析システム、実験室 5、宝酒造㈱、DNASIS-MAC
２４）卓上型超遠心機システム、実験室 5、ベックマン・コールター㈱２５）ハイブリダイゼーションシステム、実験室 5、ストラジン他、VS-410-30 他
２６）エレクトロポレーションシステム、実験室 5、バイオラッド他、Gene Pulser ll 他２７）全自動核酸抽出精製システム、実験室 5、宝酒造㈱ 、TA-100２８）Non-RI 画像解析システム、実験室 5、富士写真フィルム㈱、LAS-1000PLUS
２９）生物用倒立型顕微鏡システム、実験室 5、オリンパス光学工業㈱、IX70-22FL/PH３０）多目的表面改質装置・マクロン、実験室 6、㈱日立製作所
３１）微小領域エックス線回折装置・X 線回折、実験室 7、㈱リガク、PSC-MDG2000
３２）二次イオン質量分析装置・SIMS、実験室 7、CAMECA、IMA-6f３３）電子プローブマイクロアナライザー装置・EPMA、実験室 8、日本電子㈱、JXA-8900RL
３４）走査電子顕微鏡装置・SEM、実験室 8、日本電子㈱、JSM-6340F
３５）オージェ電子分光装置・AES、実験室 8、日本電子㈱、JAMP-7810
３６）触針材表面形状測定器・DEKTAK 実験室 8 、日本真空技術㈱ 、DEKTAK3ST
３７）集束イオンビーム装置・FIB、実験室 9、日本電子㈱、JEM-939FIB３８）薄膜物性評価装置、実験室 9、NEC 三栄㈱、MH4000３９）原子間力顕微鏡・AFM、実験室 9、日本電子㈱、JSPM-5200
４０）超高分解能高圧分析電子顕微鏡装置・TEM、実験室 10、日本電子㈱、JEM-3000F
４１）ソリッドクリエーションシステム・ソリッドクリエーション、試料作成室、㈱ティーメック、SCS-300P
４２）遺伝子発現解析システム、実験室 11、アプライドバイオシステム㈱、3100
４３）高分子結合状態解析システム、実験室 A･B 、XPS、日本電子㈱、JPS-9010MC
４４）赤外線加熱装置・赤外線加熱炉、実験室 A･B、アルバック理工㈱、VHC-P610 CP-S
４５）自動エリプソメーター・エリプソメーター、実験室 A･B、㈱溝尻工学工業所、DVA-36VW-UVIR
４６）超薄膜スクラッチ試験機・スクラッチ試験機、実験室 A･B、RHESCA 社、CSR-O2A４７）粒径分布測定装置、実験室 A･B、㈱日本精機製作所、UPA150
４８）チューナブルレーザー、実験室 A･B、B.M.Industries、Nd:YAG レーザー４９）デジタル型高密度顕微鏡、実験室 A･B、㈱キーエンス 、VH-7000
５０）高品位画像出力システム、研究室 10、日本ポラロイド㈱、PP835W
５１）デジタル CCD カメラ、研究室 18、浜松ホトニクス㈱、C4880-10-14A５２）植物育成室、屋外、㈱服部商会/F
５３）遺伝子導入解析システム（電気泳動装置・ﾊﾟｰﾃｨｸﾙｶﾞﾝ・ﾙﾐﾉﾒｰﾀｰ）、実験室 5･11

 10
10

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

５４）走査電子顕微鏡装置（低真空型）・LV-SEM、実習室１ 、日本電子㈱５５）薄膜硬度測定装置、実習室１、エリオニクス
５６）液体シンチレーション測定装置・液シンチ、放射実験室１、アロカ㈱、LSC-LB5５７）バイオイメージングアナライザー・バイオイメージ、放射実験室１、富士写真フィルム㈱、BAS-5000
５８）ラジカル装置、放射実験室１、日本電子㈱、JES-FR30EX-WC
２．３．加速器周辺の科学機器設備
加速器周辺の科学機器設備を一覧表として以下にまとめる。加速器周辺の科学機器設備の名称、実験室、メーカ名などを以下に記述する。
１）マイクロ波イオン源イオン注入装置
照射室１、㈱日立製作所
２）元素分析･結晶構造解析コース用装置
照射室１、㈱日立製作所
３）物性分析コース用装置
照射室１、㈱日立製作所
４）生物照射コース用装置(中エネルギー)
照射室２、㈱日立製作所
５）イオン分析コース(中エネルギー)
照射室２、㈱日立製作所
６）イオン注入装置(中エネルギー)
照射室２、㈱日立製作所
７）陽子線がん治療研究装置
照射室３、㈱日立製作所
８）生物照射コース用装置(高エネルギー)
照射室４、㈱日立製作所 1111若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

３．職員・研究員
平成２２年１２月 1 日現在での財団法人若狭湾エネルギー研究センターの組織と職員・研究員を以下に列記する。
理事長

旭 信昭

専務理事

来馬克美

事務局長代理

大石 義一

管理部

（兼）部長

大石 義一

次長補佐

松井 秀幸

(兼)主任

角田 憲之

主査

山口 龍史

主事

嶋津 充紘

主事

榊原 陽子

部長

安田 博

技術活用コーディネータ

井田 俊雄

次長補佐

佐藤 正啓

次長補佐

宮本 智司

次長補佐

光川 英雄

主任

角田 憲之

主任

山口 健志

主査

西村 優

技術相談室 （兼）室長

井田 俊雄

（兼）

宮本 智司

（兼）

笹瀬 雅人

（兼）

遠藤 伸之

嘱託

長友 仁郎

部長

三木 安孝

企画支援広報部

産業・人材育成部

産業育成グループ
主任 Gr.リーダー

山口 浩司

主査

中村 暁

主査

中尾 治生

人材育成グループ
主任 Gr.リーダー

楠木 敦

主任

畠中 透

主任

松田 直樹

国際人材育成推進室
（兼）室長

三木 安孝

（兼）

光川 英雄

（兼）

楠木 敦

（兼）

畠中 透

 12
12

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

（兼）

松田 直樹

(兼）

西村 優

所長

小林 紘二郎

研究開発部

部長

峰原 英介

生物資源グループ
主任研究員 Gr.リーダー

高城 啓一

主任研究員

田中 良和

主任研究員

畑下 昌範

主査研究員

遠藤 伸之

植物工場研究室
（兼）室長

峰原 英介

（兼）

佐藤 正啓

（兼）

高城 啓一

（兼）

畑下 昌範

（兼）

中村 暁

粒子線医療研究グループ
主任研究員

久米 恭

研究員

髙田 卓志

エネルギー材料グループ
主任研究員

篠田 佳彦

主任研究員

安田 啓介

主査研究員

石神 龍哉

嘱託

チゥルーンバートル バトチゥルーン

エネルギー開発グループ
主幹研究員 Gr.リーダー

鳥取 章二

主任研究員

笹瀬 雅人

主任研究員

匂坂 明人

主任研究員

西尾 繁

主査研究員

伊藤 英樹

嘱託

重田 達雄

加速器グループ
主任研究員 Gr.リーダー

羽鳥 聡

主査研究員

栗田 哲郎

嘱託

山本 久雄

加速器運転員林

加速器運転員山田 裕章

加速器運転員

小田桐 哲也加速器運転員

島田 麻亜久

加速器運転員

香川 弘成

豊

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13

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

加速器運転員中田 吉則

加速器運転員山口 文良

加速器運転員

淀瀬 雅夫

加速器運転員

長崎 真也

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

４．研究成果・活動報告
4.1. 高エネルギービーム利用研究

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15

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.1 品種改良研究
4.1.1.1 品種改良技術開発
4.1.1.1.1 γ-H2AXの炭素線飛跡に沿った分布
Localization of γ-H2AX along the Tracks of Carbon-Beams
高城啓一*1、畑下昌範*1、久米恭*2、高田卓志*2、長谷川崇*3
Keiichi TAKAGI, Masanori HATASHITA*1, Kyo KUME, Takushi TAKATA*2 and Takashi HASEGAWA*3
Abstract
We investigated the spatial distribution of maker protein for DNA double strand breaks (DSBs), γ-H2AX, incultured animal cell line after the irradiation of carbon beams. After the irradiation, γ-H2AX foci localized asa dotted lines in a nucleus. The direction of the line was the same as the direction of the beams, and thenumber of them in a nucleus was approximately the same as the fluence of the beams. As the liner energy
transfer (LET) of the beams increased, the distance between the foci decreased, and finally the foci fused eachother to form straight lines at around the Bragg’s peak. At around the Bragg’s peak, γ-H2AX distributed as
not only dense straight line, but it also revealed diffused distribution among the whole area of a nucleus.
要約
動物培養細胞を用いて、炭素線の飛跡に沿った DNA 二本鎖損傷(DSB)マーカータンパク質、γ-H2AX の空間分布を調べた。その結果、γ-H2AX フォーカスは細胞核内で、イオンの飛跡に沿った点線状の分布を示すことがわかった。炭素線の線エネルギー付与(LET)が高まるにつれて、フォーカス間の距離は縮まり、ブラッグピーク
付近では、ほぼ直線上の分布を示した。ブラッグピーク付近では、飛跡に沿って強いγ-H2AX シグナルが見られるだけでなく、核全体でγ-H2AX が観察された。
I.
緒言
炭素線などの重イオンビームは、従来のガンマ線や X 線などの突然変異原と比較すると、高い突然変異率や広い突然変異スペクトルを持つと考えられている。このような現象は、重イオンビームの持つ飛跡に沿って高いエネルギー付与を行なうという特性と、それにより DSB が高密度で生じることが一因になっていると考えられている。
本報告では、DSB の指標として、ヒストン 2 のバリアントである H2AX を用いた。H2AX は、DSB を起こした DNAの周辺でスポット状にリン酸化を受ける性質がある(フォーカスと呼ばれる)1)2)。そこで炭素線を細胞に照射し、照射後のリン酸化された H2AX(γ-H2AX)の空間分布を調べた。その結果、γ-H2AX のフォーカスは、炭素線の飛跡に沿った点線状の分布を示すことがわかった。また、高 LET 領域では、γ-H2AX は、他の放射線では見られない特徴的な分布を示すことがわかった。
II.
材料と方法
1. 実験材料
実験材料には、マウスの繊維芽細胞株、 BALB-3T3 を用いた。細胞周期の影響を避けるために、コンフルエ
ントになり、分裂をほぼ停止した細胞を実験に用いた。
2. 炭素線照射
炭素線照射には、W-MAST の高エネルギー汎用照射ビームラインを用いた。炭素線の入射エネルギーはおよそ 500 MeV であった。細胞への照射は、細胞層がビームの入射方向と平行になるように配置して行った。細胞をスライドフラスコの底面に培養し、培地で満たした 2 個のスライドフラスコを、底面を合わせた状態でビーム軸と平行に配置した。照射後一定時間をおいて細胞を固定した。
3. γ-H2AX の検出
γ-H2AX は、一次抗体にミリポア社の抗-γ-H2AX モノクローナル抗体を使用した間接蛍光抗体法で行った。
細胞核は、ヨウ化プロピジウムによる染色を行った。
蛍光の観察は、共焦点レーザー顕微鏡(オリンパス社 FV-300)を用い、Image J を用いて画像解析を行った。
III.
結果と考察
図 1-A に、入射位置で 0.6 Gy の炭素線を照射した際の飛程末端部のγ-H2AX 分布を示す。γ-H2AX は、

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ある領域よりも深い位置では殆ど検出されなくなった。γ-H2AX の蛍光はビームの入射位置からおよそ 4.5 mmの深さまで見られた。これは、450 MeV 炭素線の水中飛程 (4.4 mm)とほぼ一致している。
図 1-B, 図 1-C は、入射位置で 0.2 Gy の炭素線をビーム照射した際の、入射位置付近、および、飛程末端付
近のγ-H2AX 像である。この初期線量の炭素線のフルエンスは、2.2 ions/100µm2 であり、1 つの細胞あたり平均 1 個の炭素線が入射することに相当する。入射位置付近(図 1-B)では、γ-H2AX フォーカスがビームの進行方向と一致した点線状の分布を示しているのがわかる。フォーカスが形成する点線の細胞核 1 個あたりの個数は１ないし 2 本であり、入射フルエンスとほぼ一致している。このことから、DSB は、ビームの通過経路に沿って、飛び飛びに形成されたのではないかと考えられる。

図 1 炭素線照射 30 分後の核内γ-H2AX 局在
A: 入射位置 0.6 Gy 照射時の飛程末端付近におけるγ-H2AX 局在。赤は DNA、黄色はγ-H2AX を示す。スケールバーは 100 µm を示す。B, C: 入射位置 0.2 Gy 照射時における入射位置(B)、および、
飛程末端付近(C)におけるγ-H2AX 局在。スケールバーは、20 µm を示す。D, E: 飛程末端付近における核内γ-H2AX 局在(D, 緑色蛍光)、および、同一位置の核 (E, 赤色蛍光)。
飛程末端付近(図 1-C)では、実線状の強いγ-H2AX 蛍光が観察された。この結果は、DSB が高密度で形成されたことを示唆している。また、飛程末端付近では、核全体でγ-H2AX 蛍光が見られる例も多数見られた。図1-D、図 1-E には、飛程末端付近における核内γ-H2AX 局在(図 1-D)を示した。核内に一本の実線状の強い
γ-H2AX 蛍光が見られる他に、核全体にわたってγ-H2AX 蛍光が生じていることがわかる。核全体にわたって
γ-H2AX が出現する理由は、いまのところ不明である。これが、イオンの通過によって飛散する二次電子によって散発的に生じる DSB によって形成される可能性は、核全体にわたる蛍光がラジカルスカベンジャーの投与によって阻害されないこと(データは示さず)や、極近傍に別の核が隣接した場合において、隣接核内にイオンの通過を示す強い蛍光がない場合には見られないことから、低いのではないかと考えられる。核全体でγ-H2AX が出現するような現象は、DNA 複製を強制停止した場合や 3)、UV 照射を行った場合 3)4)にも見られることが報告されている。しかし、今回実験に用いた細胞は、ほとんどが G1 期で分裂を停止した細胞であることや、出現の時間経過が UV とは異なることから、これらとは異なるγ-H2AX に関する新たな現象である可能性が高い。
IV.
参考文献
1) E.P. Rogakou et al. J. Biol. Chem. 273, 5858 (1998)
2) E.P. Rogakou et al. J. Cell Biol. 146, 905 (1999)
3) I.M. Ward and J. Chen. J Biol. Chem. 276, 47759 (2001)
4) T.M. Marti et al. PNAS 103, 9891 (2006)*１
生物資源グループ、*２粒子線医療グループ、*3 合同会社ハセテック
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県の受託研究として実施した。

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4.1.1.1.2.陽子線が生体内で引き起こす損傷の分布とDNAへの効果
The Molecular Biologic Analysis of the DNA Damage Caused by the Proton Beams.
泉 佳伸*1、松尾陽一郎一*1、高城啓一*2、畑下昌範*2、小嶋崇夫*3、清水喜久雄*4、
Yoshinobu IZUMI, Youichirou MATUO, Keiichi TAKAGI, Masanori HATASHITA, Takao KOJIMA
and Kikuo SHIMIZU
Abstract
This study is intended to elucidate the molecular mechanism of the DNA damage caused by proton beam andHigh or Low-LET ion beam. When we analyzed the survival rate with different radiations, the survival rate was
reduced along with the LET. While the mutation frequencies were enhanced along with the LET. The result
suggests that the DNA damage pass way varies according to difference in quality of radiation
要約
本研究では陽子線そして低 LET および高 LET の粒子線を照射した場合の DNA 損傷について、分子レベルでの解析を行った。結果から、致死率及び突然変異誘発率は LET に依存することが示唆され、線質の違いにより、DNA に生じる損傷形態が異なることが示唆された。
Ｉ．緒言
がん治療をはじめとして、陽子線の医学応用が急速に広がっている。本研究では、DNA の損傷や変異との関係を明らかにし、陽子線治療の有効性の理論的背景を明確に提示することを目的とした。高等生物のモデルとして出芽酵母を用い、低 LET および高 LET の粒子線を照射した細胞の生存率、突然変異率、変異体の塩基配列の解析及び各種修復遺伝子の発現解析を行った。
II.
方法
1. 実験試料・サンプル
実験試料として真核生物である出芽酵母 6FHUHYLVLDH の野性株 S288c を用いた。酵母細胞の培養には YPD培地を用いた。細胞を吸着した滅菌済みニトロセルロースフィルターをペトリディッシュ（50 mmφ）に封入し、ペト
リディッシュの表面を厚さ 7.5 μm のカプトンフィルム®（東レ-デュポン社）で覆ったものを照射サンプルとした。
2. 照射方法
細胞への陽子線の照射は、若狭湾エネルギー研究センター(略称 WERC)の、生物照射コース用装置(高エネルギー)を用いて行った。LET は 0.45 keV/μm、吸収線量は 50 -200Gy とした。
また、炭素線照射による効果と比較するために、WERC の生物照射コース用装置を用いて炭素線照射を行った。LET は 56 keV/μm である。粒子の初期加速エネルギー(以下初期エネルギー)は 55 MeV/u で、吸収線量は
50 -200 Gy である。また、日本原子力研究開発機構 TIARA の AVF サイクロトロンを用いて加速された炭素粒
子線を用いた。イオン種は 12C5+で、粒子の初期エネルギーは 220 MeV/u、LET は 107keV/μm である。さらに、放射線医学総合研究所 HIMAC のシンクロトロンを用いて加速された炭素粒子線を比較のために用いた。イオン種は 12C6+で、加速エネルギーは 290 MeV/u、LET を 13、25、50、75 keV/μm、吸収線量は 50 -200 Gy とした。
さらに、ガンマ線照射による効果と比較するために、大阪大学 産業科学研究所の 60Co によるガンマ線照射を実施した。ガンマ線の LET は 0.2 keV/μm と見積もられる。吸収線量は、50-200 Gy とした。
3. 生存率、突然変異率
生存率は、照射後のメンブレンを固体 YPD 培地へ移し、30 ℃での 24 h 培養後、生育してきたコロニーの計数を行うことによって算出した。陽子線、炭素粒子線、及びガンマ線照射による突然変異率を測定するために、
URA3 遺伝子による選択系を用いた 1)。照射後、細胞を配置したメンブレンを 5-FOA セレクションプレートに移した。30℃で 3 日間の培養後、独立して生残しているコロニーを計数した。
4. シーケンス解析
陽子線による突然変異誘発メカニズムを明らかにするため、シーケンス解析を行なった。突然変異体の選択
は、FOA 培地によるセレクションを用いた 85$ の突然変異細胞から DNA を精製するために、Qiagen®社のTissue kit を使用した。精製した DNA に対し、PCR 法により 85$ 遺伝子(804 bp)を増幅させ、反応産物を
Qiagen®社の PCR Purification Kit により精製し、ABI3100 システムを用いてシーケンス解析を行った。
5. 遺伝子発現量解析
LET の異なる炭素線 (LET:13、56 keV/μm)およびガンマ線を照射した細胞に対し、DNA 二本鎖切断修復遺伝子である 5$' (相同組換え修復に関与)、5$' (非相同末端結合に関与)及びヌクレオチド除去修復に関与する 2** に注目し、各遺伝子発現量を解析した。吸収線量は全てのケースにおいて 100 Gy とした。発現

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量解析にはリアルタイム PCR (iQ SYBR Green Supermix システム, Bio-Rad)を用いた。対照遺伝子（ハウスキーピング）として、放射線照射による応答が少ないと考えられる 85$ 遺伝子(ウラシル代謝に関与)を用いた。
III.
結果
陽子線照射の場合の生存率は、炭素線の場合より高い。生存率が 50 %となるのは、陽子線(LET:0.45
keV/μm)の場合約 150 Gy、炭素線(LET:107 keV/μm)の場合 100 Gy であった。これは陽子線の LET が0.45keV/μm と、他の線種と比較して低 LET であるためであると考えられる。
突然変異率は、LET の上昇に伴って上昇する傾向が確認できた。100 Gy 照射での突然変異誘発頻度を指標にとると、高 LET 炭素粒子線(LET: 107 keV/μm)の場合は自然突然変異頻度の約 90 倍、陽子線の場合は自然突然変異の約 10 倍と、陽子線は炭素線と比較して、突然変異頻度が低いことが分かった。一方で、陽子線照射での結果は、200 Gy までの吸収線量の領域においては、突然変異率にピークは確認されなかった。これは陽子線照射に伴う生存率が 50%となるのが 150 Gy 付近と、重粒子線の場合と比較して細胞致死効果が低いた
め、もしくは突然変異誘発の経路が、他の線種とは異なるためのいずれかであると推測される。
シーケンス解析によって明らかになった、陽子線照射による 85$ 遺伝子上の突然変異誘発部位の特徴として、挿入変異(Insertion)が多い点が挙げられる(70 %)。特にＴ（チミン）塩基の挿入が多い(挿入変異の 57 %)。
我々は過去に炭素粒子線の効果の特徴として、一塩基置換(CG→TA トランスバーション)変異が主に起こることを指摘してきた 2)。これは陽子線照射による DNA 損傷と修復の経路が、より LET の高い炭素粒子線とは異なることを示唆している。また、粒子線照射で過去に観察された、突然変異が局所的な部位で生じる”ホットスポット”
は、陽子線照射場合確認できずの、変異誘発部位の分散傾向はガンマ線と類似していた。
各修復遺伝子の発現量解析の結果を図－1 に示す。炭素線(LET:13 及び 50 keV/μm)とガンマ線では、修復
遺伝子発現量の傾向が異なった。粒子線では 5$' や 5$' 等の DNA 二本鎖切断修復遺伝子の発現量が高い傾向にある。特に、より LET の高い LET:56 keV/μm の炭素線の場合、5$' の発現量は顕著に上昇した。一方、ガンマ線では塩基除去修復の 2** 3)の活性が相対的に高くなる結果となった。これは粒子線とガンマ線では、DNA に生じる損傷形態が異なることを示している。
IV.
考察
結果から、致死率及び突然変異誘発率は LET に依存することが示唆され、線質の違いにより、DNA に生じる損傷形態が明確に異なることが考えられる。LET が比較的高い粒子線では、エネルギー付与の空間構造はトラック構造となり、DNA 鎖への直接的なエネルギー付与（直接効果）が主体となる。直接効果により、DNA 二本鎖切断が優勢となり、損傷の修復のために 5$'、5$' の修復経路が活性化する。一方、LET の低いガンマ線では、励起移動や電荷移動、あるいは OH ラジカル等の中間活性種の拡散に伴う分子衝突を介した間接的なエネルギー付与(間接効果)が主体となる。間接効果の場合、ヌクレオチドプールもしくは DNA 中のグアニン
塩基が酸化的損傷を受け 8-oxo-G が生成することが考えられる。以上のような粒子線及び γ 線の DNA 損傷の特徴を、上述の実験結果は示していると考えられる。
参考文献
1) C. Guthrie and G.R. Fink. “Guide to Yeast Genetics and Molecular Biology”, Academic Press, San Diego(1991).
2) Y．Matuo，S．Nishijima，et al., 0XWDWLRQ5HV. 602, 7 （2006）.
3) M. S. A. Yacoub, M. R. Kelley, et al. 1XFOHLF$FLG5HVHDUFK, 25 4557 (1997)

図－1 遺伝子発現量解析結果*1

福井大学原子力研、*２研究開発部、*3 大阪府立大学放射線研、*4 大阪大学 RI 総合センター
本研究は、公募型共同研究事業として実施した。

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4.1.1.1.3.シロイヌナズナのγ-H2AX 検出
Detection of Arabidopsis γ-H2AX
高城啓一*1、平野智也*2、風間祐介*2、塚田晃代*2、林依子*2、阿部知子*2
Keiichi TAKAGI, Tomoya HIRANO, Yusuke KAZAMA, Teruyo TSUKADA, Yoriko HAYASHI, and Tomoko
ABE
Abstract
We tried to detect phosphorylated H2AX of Arabidopsis thaliana (γ-AtH2AX). Immunoreactivity of γ
-AtH2AX in a root tip of the seedling was markedly rose after the irradiation of X-ray.
要約
シロイヌナズナノリン酸化 H2AX(γ-AtH2AX)検出を試みた。シロイヌナズナ幼苗根端におけるγ-AtH2AX の免疫活性は、X 線照射後に顕著に増加した。
Ｉ．緒言
DNA 二本鎖損傷(DSB)が形成されると、損傷部位周辺に存在するヒストン 2 サブタイプ H2AX がリン酸化をうけることが知られている 1)2)。したがってリン酸化された H2AX(γ-H2AX)は、DSB の存在を示す指標となりうる。粒子線の植物に対する効果を調べる上では、粒子線照射後に植物細胞がうける DNA 損傷、特に DSB の量や分布について知る必要がある。そこで、本研究では、抗体を用いたシロイヌナズナγ-H2AX(γ-AtH2AX)の免疫蛍光法による検出を試みた。その結果、シロイヌナズナ幼苗根端において X 線照射後にγ-AtH2AX 蛍光が顕著な増加を示すことが観察された。
ＩＩ．材料と方法
1. 実験材料
実験材料には、シロイヌナズナ (Arabidopsis thaliana ecotype Columbia)を用いた。種子を 2% スクロースを含む 1/2MS 無菌播種し、播種 3 日目の幼苗に対して、X 線照射を行った。照射した幼苗は、照射 30 分後に、固定した。
2. γ-AtH2AX の検出
一次抗体には、ウサギをホストにして作製した抗γ-AtH2AX ポリクローナル抗体を用いた。この抗体は、AtH2AX の最末端のセリン残基がリン酸化された C 末端 12 アミノ酸からなるリン酸化ポリペプチドを抗原として作製された。二次抗体には、蛍光標識した抗ウサギイムノグロブリン抗体を用いた。核の検出は、抗 H3K4me2
モノクローナル抗体を使用し、蛍光標識した抗マウスイムノグロブリン抗体で検出した。根端においてこれらを検出するために、Sauer らの方法 3)を改変したホールマウント法を用いた。
蛍光の観察は、共焦点レーザー顕微鏡(オリンパス社 FV-300)を用い、Image J を用いて画像解析を行った。
III.
結果と考察
H2AX は、生物間で非常によく保存されたタンパク質であり、人のγ-H2AX に対して作製された抗体は、哺乳動物のみならず、ショウジョウバエや酵母など広い範囲の生物のγ-H2AX を認識することが知られている 2)。しかし、他の研究者からも報告されているように 4) 、これまで用いてきた抗γ-H2AX は、シロイヌナズナのγ-AtH2AX を検出することができなかった。そこで、シロイヌナズナの AtH2AX について、リン酸化された C 末端
アミノ酸を抗原とするポリペプチド抗体を作製し、検出を試みた。
X 線を照射しない状態において、γ-AtH2AX の免疫活性はほとんど観察されなかった(図 1 上段)。根端分裂組織の端部に存在する静止中心付近の細胞でごく弱い蛍光が観察された。しかし、X 線照射を行なって 30 分
後では、γ-AtH2AX の顕著な蛍光が観察された(図 1 中段)。蛍光強度は、静止中心付近で最も強くなっていた。
一次抗体を適用する際に、抗原として用いたポリペプチドを加えると、X 線照射を行った根端であっても免疫蛍光は非特異的吸着による若干の蛍光を残して消失した(図 1 下段)。この結果は、この抗体が、γ-AtH2AX の C
末端配列を特異的に認識していることを示している。免疫蛍光の細胞内局在は、哺乳類細胞のγ-H2AX 局在と同様のフォーカス形成も観察されたが、核全体にわたって強い蛍光を示すものも多かった。この結果は、シロ
イヌナズナの H2AX が、DSB 周囲でリン酸化される以外のメカニズムによってもリン酸化されていることを示唆している。これまで植物のγ-H2AX については、M 期細胞に形成されるフォーカスに関するものが主であった 4)5)6)。
*１
生物資源グループ、*２理化学研究所仁科加速器センター

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しかし、間期細胞についてもγ-AtH2AX の局在に関する詳細を調べる必要があるものと考えられた。
IV.
結語
シロイヌナズナのγ-H2AX を検出することが可能となった。今後は、この手法を用いて、粒子線照射後の DNA損傷分布や、損傷を受けた細胞の回復過程などについての研究を行い、粒子線の生物効果に関する知見を深めると共に、得られた知見をより効率のよい品種改良方法の確立のために活かしたい。

図 1. シロイヌナズナ幼苗根端におけるγ-AtH2AX 免疫活性上段：非照射根端、中段： X 線 80 Gy 照射根端、下段: X 線 80 Gy 照射根端、染色時に吸収ペプチドを投与。
スケールは、それぞれ 25 µm を示す。

V.
参考文献
１）E.P. Rogakou et al. J. Biol. Chem. 273, 5858 (1998)
２）E. P. Rogakou et al. J. Cell Biol. 146, 905 (1999)
３）M. Sauer et al. Nature Protocols 1, 98 (2006)４）J.D. Friesner et al. Mol. Biol. Cell 16, 2566 (2005)５）S. Amiard et al. Plant Cell 22, 3020 (2010)６）C. Charbonnel et al. Plant J. 64, 280 (2010)

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4.1.1.1.4イオンビーム照射によるトランスポゾン移動メカニズムの解明
Analysis of the transposon movement mechanism by the ion beam irradiation
山川喜輝*1、織田康敬*1、畑下昌範*2、沖昌也*1
Yoshiteru YAMAKAWA, Yasutaka OTA, Masanori HATASHITA and Masaya OKI
トランスポゾンは同一細胞内の染色体上を動き回る事の出来る遺伝子であり、近年、細胞の進化の過程で、重要な役割を担っており、また、個々の細胞の特異性を出すための遺伝子発現調節機構にも関与することが報告され注目を集めている。しかし、トランスポゾンの重要性及び関与は明らかになっているが分子レベルでどのように機能し調節しているかは不明な点が多い。我々は出芽酵母 S. cerevisiaeをモデル生物として用い、イオンビーム照射により細胞がストレスを受け、それによるトランスポゾンの動きに関して、分子レベルでのメカニズム解明を目的としている。応用面としては、トランスポゾンの動きを自由にコントロールし、効率の良い変異導入システムの開発を目指している。
二種類のバックグラウンドの異なる出芽酵母 S. cerevisiae に、二種類の異なる放射線を照射し解析を行った。放射線はカーボンビームとプロトンビームの二種類を、照射株には全遺伝子配列決定がされている S288C 株および W303 株を用い、放射線量と生存率の関係を解析した。カーボンビームでは 50Gyの照射で生存率が 10% 以下になり、プロトンビームでは 300Gy の照射で生存率が 10% 以下になった。
興味深いことに、S288C では X 線よりプロトンビームに耐性であり、W303 ではプロトンビームより X
線に耐性であった。この違いは、S288C と W303 の DNA 配列の違いに起因する可能性が高く、現在原因遺伝子を同定することを予定している。
参考文献 １）A.Morillon, L.Beneard et al.: Mol.Cell.Biol. 22 (2002)*1

福井大・院工・生物化学、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ

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4.1.1.2 植物・菌類の品種改良研究

4.1.1.2.1.イオンビーム照射によるキチン分解細菌変異株を用いたN−アセチルグルコサミン製造技術開発
Development of N-acetylglucosamine Manufacturing Technology Using Bacterial Mutant Induced
by Ion Beam Irradiation
木元 久*1，畑下昌範*2，高城啓一*2
Hisashi KIMOTO, Masanori HATASHITA, and Keiichi TAKAGIAbstract
To develop an efficient environment-friendly technology of N-acetylglucosamine production, suitable method
for mutant selection was established, and mutant selection from ion-beam irradiated bacillar population was
examined. Unique chitinolytic bacillar strains, deficient in N-acetylglucosamine uptake, were obtained by thismethod.
要約
環境にやさしいN-アセチルグルコサミン生産法を開発するため、バクテリア選抜手法を確立し、イオンビーム照射による変異体選抜を試みた。この方法により、N-アセチルグルコサミン取り込み能を喪失したストレインを得る
ことができた。
I. 緒言カニやエビなど甲殻類の殻の主成分は，キチンと呼ばれる高分子の多糖である。近年、キチンの分解産物である N-アセチルグルコサミン（NAG）に変形性関節症改善効果や美肌効果が確認され(軟骨や皮膚のヒアルロン酸合成促進作用による)、健康機能性食品として需要が急増している。現在、NAG の市場は 400 億円を超えると推計されているが，その製造工程は煩雑であり、強酸・強アルカリなどの劇薬を多量に使用し、さらに中和工
程で高濃度の塩が大量に生成することから、安全性だけでなく環境負荷が大きな問題となっている。このような現状から、我々は劇薬を使うことなくキチンを直接分解可能な微生物（Paenibacillus sp. FPU-7 株）を福井県内の土壌から新規にスクリーニングした。さらに、NAG の収率向上と製造工程の簡略化による製造コスト低減を目的として、NAG の工業生産に適した変異株の育種をイオンビーム照射により試みた。
II. 方法
FPU-7 株に突然変異を誘発するために、イオンビームを照射した。照射には W-MAST の汎用高エネルギー照射コースを使用し、イオンビームとして 200 MeV の陽子線を 200 Gy 照射した。
照射した菌体は、栄養寒天培地上でコロニーを形成させ、増殖能を有する変異株群を得た。１次スクリーニン
グは，得られた変異株を NAG 含有天然液体培地へ植菌し、資化による NAG の減少を指標に行った。２次スクリーニングは、最少液体培地での増速速度およびキチン含有天然寒天培地上でのキチン分解能力を指標に、１次スクリーニングで得られた変異株の中から，野生株と同等の増殖速度およびキチン分解能力を有する NAG 代
謝能欠損変異株を選別した。このようにして得られた NAG 代謝能欠損変異株に２回目のイオンビームを照射し、レプリカプレート法によるキトビオース代謝能欠損を指標に、キチン代謝能力完全欠損変異株をスクリーニングした。
III. 結果
NAG を菌体に取り込む能力を欠損した NAG 代謝欠損株を得ることができた。得られた NAG 代謝能欠損変
異株は、野生株と同等のキチン分解能力を有していた。この菌株にさらに変異を導入してキチン代謝能力完全欠損株を得ることができた。しかし、キチン代謝能力完全欠損株はキチン分解能力も完全に消失していた。キチン代謝能力完全欠損株のキチン分解能力だけを復帰変異させるために、３回目のイオンビーム照射を行ったが、復帰変異株はいずれもキトビオースの代謝能力も同時に回復していた。
IV. 考察
これらの結果から、NAG 代謝経路とキチン分解経路はリンクしていないが、キトビオース代謝経路はキチン分

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

解経路と密接に関係していることが示唆された。NAG の発酵生産に適した変異株の育種では、キチンの分解能
力には影響を与えず、NAG およびキトビオースの細胞内への取り込みを阻害する必要がある。このような変異株が得られなかった原因は、レプリカプレート法によるスクリーニングの効率が低いことであると推測された。
V.

今後の展開

キチン代謝能力完全欠損変異株のスクリーニング効率を飛躍的に高めるためには、ネガティブセレク
ションであるレプリカプレート法から、ポジティブセレクションである毒性アナログによるスクリーニ
ングへの転換が必要である。今後は，キトビオースの毒性アナログを分子設計し、キチン代謝能力完全欠損変異株の取得を目指す。
*1

公立大学法人福井県立大学、*2 生物資源グループ
本研究は、文部科学省受託事業 都市エリア産学官連携促進事業として実施した。

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4.1.1.2.2イオンビーム照射によるエタノール発酵糸状菌変異株の構築
Construction of Ethanol Fermentation Filamentous Fungi Mutants by Ion Beam Irradiation
星野一宏*1、高野真希*1、畑下昌範*2Kazuhiro HOSHINO, Maki TAKANO and Masanori HATASHITA
近年、原油価格の高騰や化石燃料枯渇への懸念に伴い、再生可能なバイオエネルギーの効率的生産法の開発が急務となっている。特に、注目を集めているバイオエタノールは、世界各国でガソリンへの混合により実用化されはじめているが、その原料は容易に糖分が得られる穀物や糖質原料であるため、食糧との競合に関する問題が顕著化している。それ故、この問題を避けるため未利用なバイオマス資源からのエタノール生産が注目されている。一方、対象となる稲わら中の糖質は、グルコースを主骨格とするヘキソースのみならずペントースなどを多く含むが、これら糖質を全て利用できる野生のエタノール発酵微生物は限られているため、近年では、エタノール発酵に関与する遺伝子やペントース代謝遺伝子を組換えた大腸菌、酵母、コリネ菌などの開発が進んでいる。しかし、このような遺伝子組換え微生物を用いてもグルコースと同程度の効率でエタノールを生産できるものは皆無である。そこで求められるのが，キシロースも発酵できる野生のエタノール発酵微生物”である。このような背景から、我々はペントースを高収率でエタノール発酵できる糸状菌の検索を行ってきた。その結果、接合菌が、好気および嫌気培養の条件下で、グルコースのみならずキシロースも発酵できることを新規に見いだした。しかし残念なことに、キシロース発酵能は弱い。そこで、本研究において発見した接合菌 Mucor sp.の分生子にイオンビームを照射し、キシロースからのエタノール高生産変異株を構築することを目指した。
今までの実験から、高キシロース濃度の条件下で、かつ、25 g/L のエタノールの存在下で生育する変異株
13 株を得ている。また、そのうちの１株については、キシロースを炭素源とした場合、19.3 g/L (60 h)、発酵効率
75.3 %と従来のエタノール発酵微生物として知られている Z.mobilis や Pichia stipitis に匹敵し、さらに生産速度が速いことを明らかにしている。現在、もっとも高生産性を示す変異株に対してさらにイオンビーム照射を実施し、セルロース系バイオマスを加水分解する酵素の分泌促進を検討し、一つの微生物で糖化と発酵を行える高機
能な糸状菌を構築することを検討中である。
*1

富山大学、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ

4.1.1.2.3.高温耐性・酵素高発現の酵母の選抜育種
Breeding of high temperature tolerant and high enzyme expression yeast
仁宮一章*1、畑下昌範*2
Kazuaki NINOMIYA and Masanori HATASHITA
本研究は、エタノール生産酵母のイオンビーム照射による突然変異誘発技術を確立し、バイオエタノール生産に必要となる高セルロース分解能と高温耐性等を有する酵母を育種することを目的としている。
エタノール生産酵母に対して、イオンビームを種々の線量で照射し、増殖率を指標として線量反応を調査した。エタノール生産酵母によるエタノール生産において必須であるセルラーゼの分泌と反応を良好に達成する
高温耐性株の選抜を容易に行うために、色素の分解や着色で選抜可能な実験系を構築し、この実験系を用いて、イオンビーム照射による変異体の選抜を現在実施中である。今後は、選抜された変異体について、高セルロース分解能と高温耐性を指標に変異導入の効果を検証する予定である。イオンビーム照射を利用することにより、高セルロース分解能と高温耐性等を有する酵母を育種できれば、同時糖化発酵におけるエタノール生産速度の向上などが期待できる。
*1

金沢大学、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ

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4.1.1.2.4.細胞増殖制御可能な工業用動物細胞の育種
Establishment of industrial mammalian cell lines using high-energy beam irradiation
寺田聡*1、千田泰史*1、高城啓一*2
Satoshi TERADA, Yasuhito CHIDA and Keiichi TAKAGIAbstract
Mammalian cell culture is widely used for biopharmaceutical production including antibody therapeutics. Since
most of the cell lines used for industry are derived from cancer or malignant cells, they continue to multiply inunregulated manner. Their infinite proliferation occurs overgrowth to inhibit the production. Therefore,
suitable control of the proliferation would improve the productivity. In this study, in order to establish novel
mammalian cell lines whose proliferation should be spontaneously down-regulated so as not to occur the overgrowth, we tried to mutate the cells by high energy beam irradiation.
As an industrial cell line, CHO-DP12, producer of recombinant humanized anti-interleukin-8 antibody, wasirradiated with high energy beam. For selecting the cells having desired mutation, the administration ofhydroxyurea and 5-fluorouracil to the cells was performed. Among six clones obtained, one clone maintained
high recombinant production over the culture and the specific production rate was twice of that of the wild
type.
要約
動物細胞培養はタンパク質医薬品生産で用いられている。これら細胞は無限増殖能をもつため、不必要な増殖による栄養の浪費や、代謝老廃物の蓄積によって、生産性が損なわれる。そこで、必要な細胞数まで増殖できた時点で、それ以上の増殖を抑制することが有用物質の生産性を高めることに有効になる。我々は高エネルギ
ービーム照射を用いて変異を導入することで、自己増殖制御可能な工業用動物細胞株の取得を目指した。
抗インターロイキン 8 抗体を産生するチャイニーズハムスター卵巣細胞 DP-12 株に対し、高エネルギービームを照射し、細胞の変異誘導を行い、抗癌剤であるヒドロキシウレアと５-フルオロウラシルを用いて増殖制御株のス
クリーニングを行った。次に、取得した株について増殖能、物質生産能を評価した。高エネルギービーム照射とそれに続くスクリーニングにより６つの株が樹立された。そのうちミュータント１は細胞が高密度になった後も物質生産能が高く維持されており、その比生産速度は野生株の２倍であった。
I. 緒言これまでは合成化学（有機化学）に基づいていた創薬が、より高い効能を有する「タンパク質医薬品」へと移りかわりつつある。合成化学医薬品では治療できなかった難病に対しても有効であることから、大いに期待されており、2015 年には数十兆円の規模に達し近い将来にはタンパク質医薬品が新薬の過半を占めるであろうという予測までなされている。
これらタンパク質医薬品は、糖鎖付与などの翻訳後修飾などの理由で、ほ乳類細胞培養によってしか生産できない。ほ乳類細胞は大規模な培養が困難であり、多大なコストがかかるため、安価な医薬品を実現するために、
タンパク質医薬品生産に利用される細胞を改良して生産性を向上することが期待されている。
生物化学工学の立場から、生産量の増大は、次のような考え方で取り組まれてきていた。すなわち、（１）培養全体での「細胞数の時間積分(IVC)」の増大、あるいは（２）「１細胞が単位時間辺りに生産する有用タンパク質量(ρ)」の増大、もしくは（３）これら両者の併用、である。本研究では、特に細胞数の時間積分を大きくできるような細胞株を樹立することで、生産性の向上を目指した。
現在工業的に利用されている動物細胞株は無限増殖能を備えた株である。これは細胞の安定的な供給や、生産される物質の恒常性（同一性）保持の点で有効である。ところが、無限増殖能を備えた細胞は増殖を繰り返し、培養環境が限界を超えると速やかに死滅してしまう。すなわち、利用される細胞が無限増殖能を持つことは、有用物質生産において必須なことであるのだが、過剰な増殖はかえって有害となる。過剰な増殖は、培地成分の浪費や急速な培養環境悪化を招き、結果的に細胞が急速に死滅して培養が短期間で終了してしまい、生産性が低下することになるからである。したがって、効率的な生産を行うためには、何らかの方法で増殖制御を行う必要がある。しかし、運転者が他律的に増殖制御を行うことは、大きな負担となり、生産プロセスへの負荷もそれだけ大きなものとなることが懸念される。
*1

株式会社岐孝園、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ。

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そこで我々は、必要な細胞数まで細胞が増殖できた時点で、それ以上の増殖を自律的に抑制することができれば、有用物生産に有効になるのではないか、と考えた。無駄な増殖が抑制されれば、培養環境悪化が穏やかとなり、結果的に細胞死滅が抑制されてその培養期間が大幅に延長されることになる。そして細胞のタンパク質生産能力が一定であるならば、培養期間延長が、そのまま生産量の増大に直結するからである。
II. 材料と方法
組み替えタンパク質医薬品の工業用動物細胞として広く世界中で利用されているのは、ハムスターの卵巣由来細胞株 CHO 細胞である。そこで、この細胞を対象に、突然変異を誘発し、その中から、細胞密度が低い場合には増殖し、細胞密度が必要レベルに到達した適切なタイミングで増殖抑制される細胞株を選択することとした。
細胞の薬剤生産能力への影響を評価するために、あらかじめ抗インターロイキン 8 抗体産生遺伝子を組み込んだ細胞(CHO-DP12)を用いた。
細胞への変異誘導法としては、X 線、陽子線などの高エネルギー線法を選択した。変異誘発には、アルキル化剤の利用、紫外線照射など様々な手法が知られている。その中で、高エネルギー線照射は、DNA 二本鎖損
傷に伴う欠失等が生じやすく、本研究が目的とする変異導入に、より有効であると考えられる。
細胞密度が必要レベルに到達した適切なタイミングで増殖抑制される細胞株を選択するためにヒドロキシウレ
ア(HU)と、5-フルオロウラシル(5-FU)を用いた二段階選抜を用いた。HU、および、5-FU はともに、主として S 期細胞に作用する薬剤であるが両者の作用機序は異なる。HU は、5-FU と比較すると細胞毒性が低く、穏やかに作用する。これらの薬剤を用いて高密度条件下でなお増殖を継続する細胞を排除することで、高密度培養下で増殖を停止した細胞を選抜した。
III. 結果と考察
HU と 5-FU を用いたスクリーニングにより、1x106 個の細胞から、コンフルエント状態では増殖を止めていると思
われる 6 つのクローン(M1〜M6)が得られた。得られたクローンはその後数回の 5-FU スクリーニングを経ても生き残った。得られた 6 つのクローンのうち増殖速度が比較的早い３つのクローンを目的細胞株の候補として細胞特性を検討することとした。
これらクローンを目的細胞株の候補として、増殖、抗体産生能力を非照射株細胞株と比較した。その結果、最大到達密度に違いが生じていた。非照射株と一つのクローンは培養プレートのウェル上で細胞が重層して増殖を続けており、適切な増殖抑制がかかっていないと考えられた。しかし、２つのクローンは単層状態から重層した状態に移行することがなく、細胞増殖が制御されていることが期待された。さらに、非照射株と増殖曲線や細胞周期を比較したところ、非照射株に比べ早期に増殖が停止していることが示唆された。
続いて抗体産生能力を検討したところ、単層で増殖されたクローンのうち片方(クローン M1)が培養中長期間にわたって高い比抗体生産速度を示した。このことから、クローン M1 は増殖制御されているために培養環境が安定しており細胞の比抗体生産速度が高く状態で保たれているものと期待された。
実生産では fed-batch 培養や連続培養を用いて有用生理活性物質生産が行われている。この生産体制のモデルとして培養中に培地交換を行い、細胞の長期培養を試みた。その結果、クローン M1 は一月以上の長期間にわたって高い比抗体生産速度を示した。一方で非照射株は高密度に増殖後、比抗体生産速度が急激に低下し、回復することは無かった。一ヶ月培養後のクローン M１の比抗体生産速度は非照射株の３倍以上であり、培養全体の総抗体生産量も非照射株を上まわっていた。培養期間を延長することで、総抗体生産量はさらに差がつくと思われる。
これらの結果から、早期に増殖が停止することで、増殖に無駄なエネルギーを消費せず、物質生産に特化した細胞が育種できたものと思われる。
IV. 結語
以上のことから、増殖が制御され、高密度に培養後も抗体生産能が低下しない工業用動物細胞株が作成されたと思われる。今回はこの手法の有効性を示す目的で、アッセイの容易な既に特定の遺伝子が組み込まれた
CHO 細胞で検討を行った。このような成果が得られたことから、これに基づいて、今後は遺伝子の導入されていない CHO 細胞を対象として同様の手法によって増殖制御株を作成することで、汎用的な工業用生産細胞を樹立していきたい。

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4.1.1.2.5.イオンビームによる園芸植物の新品種開発
Development of Commercial Varieties of Horticultural Plants by Ion Beam Irradiation
井村裕治*1、畑下昌範*2、高城啓一*2
Yuji IMURA, Masanori HATASHITA and Keiichi TAKAGI
植物の品種改良は、農業の生産性の向上や生活の豊かさに大きな役割を果たしてきた。現在もなお、農産物などは産地間競争や海外との競争、その他消費者ニーズの高まりもあって、植物の育種目標は多様化する傾向があり、品種改良となる母材の重要性はより高まってきている。その元となる遺伝資源は、その収集が各地で行われているが、世界環境会議において、自国遺伝資源に関して主権的権利を有することが規定されてからは、遺伝資源への権利意識が各国に広まった。このような背景の中で、多様な遺伝資源を自らの手により作出し、保存するために、我々は、モデル植物において従来の変異原よりも突然変異率が高いことおよび変異スペ
クトルが広いことが確かめられているイオンビームを用いて、育種母材となりうる有用な変異形質の作出を試みている。現状では、ナスにおいて、果実のへた、葉、茎においてトゲの発生しないナスの新系統を作出している。
後代の検定において、その形質が安定していることを確認している。エダマメについては、甘み成分を維持した
まま、粒径の大きい系統を作出している。複数回の継代においても、形質は安定しており、形質固定できたと思われる。その他、新しい材料として、トウガラシ、オキザリス、マツバギク、エゾギク、カナリアナス、行者ニンニクなどを加えて、種子繁殖もしくは栄養繁殖で材料を展開し、形質の変化したものを選抜している。
*1

福井シード株式会社、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ


4.1.1.2.6.イオンビームを利用した栄養系花卉植物の新品種開発
Development of Commercial Varieties of Flowering Plants by Ion Beam Irradiation
鈴木勝久*1、水野隆*1、畑下昌範*2、高城啓一*2
Katsuhisa SUZUKI, Takashi MIZUNO, Masanori HATASHITA and Keiichi TAKAGI
栄養繁殖系の植物材料を用いることにより、照射当代において枝変わり変異を選抜することができれば、それらの変異体を挿し木や組織培養等の方法によって形質が安定な状態で増殖することで、短期間での新品種育成が期待できる。我々は、ビンカ（Catharanthus roseus）の吸水種子に、カーボンビームを照射、その後の変異体の選抜を行うことにより、新品種の作出を試みた。その結果、花に刷毛目状の斑が入った花色変異体を２系統選抜し、それらの特性調査を行い、形質の安定性も確認した上で、せと福 CAMR およびせと福 UMR として、品種登録を行ってきた。
花の販売においては、シリーズ化が重要なポイントである。しかし、現状では、同一花型に１種類の斑入り変
異体しかない。そこで、斑入り変異体でシリーズ化を図るため、せと福 CAMR の植物体へのイオンビーム照射を行い、斑入りのタイプの異なる変異体の作出を試みた。その結果、２種類の斑入りのタイプの異なる変異体を獲得した。これら２品種の特性調査および形質の安定性の確認を行った後、これらを品種登録出願（せと福 CAP
およびせと福 CAMRM）した。
*1

ハクサンインターナショナル株式会社、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ

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4.1.1.2.7.イオンビーム照射によるサボテン科植物の育種
Breeding of cacti by Ion Beam Irradiation
加藤孝義*1、畑下昌範*2、高城啓一*2
Takayoshi KATO, Masanori HATASHITA and Keiichi TAKAGI
従来、世界各国で発表された園芸植物は、種苗会社によっていち早く情報がとらえられ、国内の生産者やホームセンター、その後消費者に流通される形態がとられていたが、近年の情報化社会の進展とともに、新品種や希少品種に関する情報は、すべての段階の人々が同じタイミングで受け取るようになってきた。このために、種苗会社は以前にもまして特徴のあるオリジナル品種を開発、所有する必要性が生じてきた。また、サボテン科
植物については、多くは国内に持ち込まれたもので、その後品種改良した例はほとんどない。こうした背景のもと、我々が所有するサボテン科植物を素材として、新しい突然変異原として期待されているイオンビームを用いて、新品種の育成を行うことを計画した。今年度においては、まず、サボテン科植物のイオンビームに対する感受性を調査するために、数種の種子と数種の植物体を材料として、種々の線量でプロトンビームを照射した。その後の育成結果から、変異誘発のための大量照射用の適正線量を見極めた。品種間でイオンビームに対する感受性に大きな差異があり、これは他の園芸植物の品種間差に比べても大きく、新しい材料を試験する場合には、その都度感受性試験を行う必要性があることが明らかにとなった。
*1

株式会社岐孝園、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ


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4.1.1.2.8.イオンビームによる新規なバラの育種
Breeding of Novel Rose Cultivar by Means of Ion-Beam Irradiation
名本久臣*1、高城啓一*2、畑下昌範*２
Hisaomi NAMOTO, Keiichi TAKAGI, and Masanori HATASHITA
Ｉ．緒言
バラは、三大花卉の一つであり、高い需要を持つ園芸作物である。育種の歴史は広く、これまでに様々な品種が作られているが、現在でも、さらに多くの品種が望まれている。本研究は、新しい育種法であるイオンビーム
育種を用いて、新規花色や耐病性獲得を目標とした品種改良を行なうことを目的とする。本年度は、バラ種子や、休眠芽に炭素線照射を行い、イオンビーム照射感受性に関する調査を行った。
ＩＩ．結果と考察
イオンビーム照射には、W-MAST の高エネルギー汎用照射ビームラインを用いた。照射した炭素線のエネル
ギーはおよそ 500 MeV であった。
休眠芽に関しては、γ線照射で有効性が報告されている線量 30 Gy を 20 品種、各 10 個前後の休眠芽について照射を行い、照射後に台木への植つぎを行ったが、ほとんどの芽が枯死してしまい有効な結果を得ることが出来なかった。後述するように、種子においても 30 Gy では、ほとんどの個体が死滅しており、30 Gy という線量が高すぎたのではないかと考えられる。また、摘出した休眠芽を他の枝に移植する方法の是非についても再検討を要する。
種子については、品種 N-5(ノイバラ X 群星の交配品種)の種子に対して 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60 Gy の照射を行った。照射後種子を播種したところ、線量に応じた発芽率や生残率、生長量減少が見られた(図 1)。生残率や生長量は 10 Gy から 20 Gy の間で急激に減少した。播種試験から判断される N-5 に対する適正線量は 10〜15 Gy ではないかと考えられた。今後は、決定した線量で多数の種子を照射し、有望な個体の選抜を行なう。

図 1 炭素線照射後の幼苗
*1

ロザリアン、*2生物資源グループ

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4.1.1.2.9 植物無菌栽培法の開発
Development of Plant Sterile Culture for Ornamental Use
高城啓一*1、奥野信一*2、前田桝夫*２
Keiichi TAKAGI, Shin-ichi OKUNO, and Masuo MAEDA
Ｉ．緒言
無菌的に培養条件下で栽培した植物は、病院や、飲食店など、衛生環境への要求性が高い現場に適用可能で、数カ月間メインテナンスフリーで栽培維持可能であるという特性をもつ。しかし、これを鑑賞用として適用するためには、適切な植物や、培養法の開発、および、鑑賞に適し、かつ、培養物を長期維持可能な容器の開発が必要となる。
本研究では、無菌栽培植物を観賞用として利用するための、植物の探索、培養方法の研究、および、培養容器の研究を行なっている。
ＩＩ．結果
対象植物として、ラン科でオンシジウムに近縁の Psygmorchis pusilla を選択した。この植物は、大きくなっても
草高 6 cm 前後の小型のランであり、培養条件下でも室温環境下で不定期に開花するため、鑑賞目的としては、最適であることがわかった。
この植物を、内面に防滴処理を施した球形のガラス容器で培養したところ、最低 3 ヶ月、条件が良ければ 1
年以上にわたって無菌状態で育成できることがわかった。
この植物は、福井シード株式会社を通じて販売した。
今後は、消費者嗜好の変遷に対応してバリエーションを増やすため、適用可能な植物の増加を目指したい。

図 1. 福井シードを通じて、東急ハンズで販売された無菌栽培の Psygmorchis pusilla*1

生物資源グループ、*2 福井大学教育地域科学部



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4.1.1.3 植物工場関連技術開発
4.1.1.3.1植物工場等への太陽光集光装置の開発
Development of a Solar Collector for a Plant Factory and Other Lighting Applications
峰原英介*１
Eisuke J. MINEHARA
石英光ファイバーを用いた太陽光・人工光併用自動照明装置を植物工場などに応用する開発研究、またこれ以外の植物工場関連技術の検討開発を行った１）。石英光ファイバー伝送太陽光集光装置を太陽熱発電装置へ応用する可能性を検討した。
レーザーでは 10μｍ径の石英光ファイバーに１０ｋＷ以上が伝送可能である。石英光ファイバーを用いた太陽光集光装置以外の手段を用いた太陽光集光装置は昔からエネルギー危機が叫ばれるたびに開発が繰り返し行われてきた．H21 年度から、それらを上回る実用的で、安価な大規模システムの可能性を、石英光ファイバー伝送装置を用いた数種類の１ｋＷ級までの樹脂製球面鏡の試作と集光パワー計測、追尾モデル計算によって再確認した。H22 年度は消費電力０．13ｋＷから２．５ｋＷに相当する人工光と太陽光の自動切換を含めた最小単位要素の試作と計測実験、それらのスケールモデル等でアウトリー
チや広報も含めた研究活動を行う。これ以外の温度湿度炭酸ガス濃度など植物工場内環境調節などの関連機器の検討と開発を行った。石英光ファイバー伝送太陽光集光装置を太陽熱発電装置へ応用する可能性を確認する作業を行った。H23 年度以降に新しい光ファイバーとして、より結合損失が小さな、入射角が大きく取れるフォトニッククリスタルファイバーの利用を計画している。
H21 年度は、植物工場等への太陽光集光装置の開発のために、準備、試作、計算、特許出願などを行った。日本生物環境工学会植物工場部会（ＳＨＩＴＡ研究会）、この関連研究会地方支部例会、関連展
示会への参加、発表、宣伝を行った。小規模太陽光人工光併用光源装置の試験とモデル作成とモデル実験を行った。これらの広報・アウトリーチ活動も行った。石英ファイバー耐熱被覆やフォトニッククリ
スタルファイバーなどの開発と樹脂製球面鏡開発で其々、三菱電線・信州大学・湖北工業、ＮＡＣ－Ｋ
Ｓ社と共同研究或いは協力を行予定で立案と打診を行った。
H22 年度は、アウトリーチ活動としてＡＰＥＣ閣僚会議や展示会での宣伝を考えたが、残念ながら若狭湾エネルギー研究センターはこれと兼用の小規模集光装置の試験とモデル作成とモデル実験を行う。
スターリングエンジン３）を用いた広報・アウトリーチ活動も行う。植物工場用照明装置２）の特許出願 1件、石英ファイバー耐熱被覆開発で三菱電線と協力、ＮＡＣ－ＫＳ社と共同研究で樹脂製球面鏡開発試
作１０種類などを行った。
日本生物環境工学会植物工場部会（ＳＨＩＴＡ研究会）、この関連研究会地方支部例会、関連展示会への参加、国際会議発表、学会発表、宣伝、特許出願と取得、植物工場関連の論文投稿、解説記事、解説書の出版などを行った。
H23 年度は、消費電力０．13ｋＷから 2.5ｋＷ相当の人工光の自動切換を含めた最小単位要素の試作と計測実験、それらのスケールモデル等でアウトリーチや広報も含めた研究活動を行う予定である。温度湿度炭酸ガス濃度など植物工場内環境調節などの関連機器の検討と開発を計画している。これらにより石英光ファイバー伝送太陽光集光装置を太陽熱発電装置へ応用する可能性を確認したい。前述のように、石英ファイバー耐熱被覆やフォトニッククリスタルファイバーなどの利用を図りたい。
図１は広報・アウトリーチ活動のためのハロゲンランプを集光して駆動中のスターリングエンジン装
置外観写真で、図 2 は、この装置の光反射用円筒を外したスターリングエンジンと駆動試験用ダミー光源の装置の写真である。
１

研究開発部

本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが、其々三菱電線工業 (株)、 (株)NAC-KS との協力及び共同研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

図１、広報・アウトリーチ活動のためのハロゲンラン
プを集光して駆動中のスターリングエンジン装置と温調機の外観写真。

図２、使用したスターリングエンジンと駆動試験用ダ
ミー光源の装置の写真。青い線は過熱防止のための制御用熱電対温度計でこれで表面温度を制御した。

参考文献
１）峰原英介:若狭湾エネルギー研究センター年報平成 21 年度第 1２巻８２頁, (2009)。
２）峰原英介：特許出願：植物工場照明装置、出願番号２０１０８５６８０。
３）峰原英介:若狭湾エネルギー研究センター年報平成21年度第1２巻８１頁, (2009)。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.1.3.2.イオンビームによる植物工場用野菜の新品種開発
Development of new varieties of green vegetables which are suitable for the green factory by ion beam
breeding*1*2
畑下昌範 、大城閑 、高城啓一*1、明石行生*3、井村裕治*4
Masanori HATASHITA, Shizuka OHKI, Keiichi TAKAGI, Yukio AKASHI and Yuji IMURA
近年、天候や場所にとらわれない連続生産が可能であり、無農薬、高栄養価などの高付加価値の作物を作る植物工場による農業生産が行われてきている。こうした人工的な栽培環境の制御下において作物を周年生産するシステムにおいては、環境制御にかかるコストを低減することが課題であるが、品種毎による栽培条件や植物工場に適した品種の選択については、未着手の状態である。本研究においては、葉菜類などの野菜に対する組織培養技術とイオンビーム育種技術とを組合せた新しい育種技術及び栽培環境条件の最適化などにより、短期間で高生長する植物工場に適した高生産性品種を開発する。こうした取り組みを通じて、工業化された植物生産にかかる環境負荷の低減を図る。
組織培養条件を確立したレタス６品種について、無菌栽培した個体を用いて葉片を 7,900 カット、再分化最適培地に置床し、イオンビームを照射した。その後再分化を促し、幼苗を得た。約 7,000 個体の再生個体の中から、生育の早い系統を選抜し、照射第 2 世代を採種した。それらの種子を系統別に播種し、その中から形質に分離がみられず、従来品種に比べて 2 割程度の高生長性を示す系統を 8 系統選抜した。
光源（LED）のスペクトルを変えて、生育指標の実験データを取得した。リーフレタスの生育に必要なスペクト
ルやその照射光量を明らかにした。その結果を基に光合成と光形態形成の機構モデルの構築を行い、光合成と光形態形成による相対効果を表す新たな指標 PPE(Photosynthetic and Photomorphogenesis Effect; 照射光における光合成と光形態形成の効果)を考案した。この指標は従来の光合成有効光量子束密度 PPFD
（Photosynthetic Photon Flux Density）よりも乾燥重量に対し、高い相関を示した。
若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ、*2 福井県立大学、*3 福井大学、*4 福井シー
ド株式会社
*1

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34

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4.1.2粒子線がん治療研究 

4.1.2.1 動的照射野形成法開発
4.1.2.1.1.陽子線がん治療高度化研究
（陽子線治療用スキャニング照射システムの開発）
Development of a scanning irradiation system for proton therapy
久米恭＊、高田卓志＊、長谷川崇＊
Kyo KUME, Takushi TAKATA and Takashi HASEGAWA
Ⅰ．緒言
シンクロトロン加速器の陽子線の高度 3 次元照射野形成法に関する研究を行い、その一環としてスキャニング法に対応した陽子線照射制御システムを開発したので、本節では以下これについて報告する。
Ⅱ．方法
スキャニング法では、患者への一回照射線量を照射時に分割し（これを分割線量と定義）、分割線量ごとに照射野形成機器を設定し、一つの分割線量を満了した際には加速器からのビーム出射を高周波出射制御で停止し、次の分割線量に備えて照射野形成機器を設定し直す。これを繰り返して、一回照射線量を終了した際に、高周波出射制御とビームストッパでビーム出射を完全停止する。本研究では、高度照射野制御システムの開発を実施した。同システムは、一回の全線量を指定して全線量で加速器を停止するとともに、状態表示システムでの状態表示や高度照射野形成制御システムとの連携を可能とするシステムである。機能については以下に示した。
a. モニターサブシステム
線量を設定し、スケーラーと接続し、線量未達の間は加速器ビームシャッターを開け続ける。
b. 下位システムとの連携
状態表示システム、高度照射野形成制御システムと連携する。
b-1.状態表示システムの開発
一回の全線量をスポット毎の照射条件に分割するシステムを開発した。機能については以下に示す通りである。
b-1-1.状態表示機能の開発
高度照射野制御システムから一回線量、照射途中の線量と一回線量の比率、ビームプロファイル情報を受信し、表示する。
b-1-2.スポット毎の照射条件設定機能の開発
スポット毎の飛程調整体設定値とスキャニング電磁石電流設定値を高度照射野形成制御システムへ送信
し、高度照射野形成制御システムから設定結果を受信する。
b-1-3.スポット線量判定回路の開発
スポット線量を状態表示システムから入力し、線量モニターのカウント値に達するまで加速器高周波出射制御装置へ出射信号を送信し続ける。また状態表示システムからスポット線量判定回路にスポット線量値を設定する。
＊1
研究開発部・粒子線医療研究グループ
この研究は福井県受託事業の一部である。

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b-2 高度照射野形成制御システムの開発
スポット毎の照射条件を制御するシステムを開発した。機能については以下に示す通りである。
b-2-1.飛程調整サブシステムの開発
飛程調整体を設定し、その戻り値を表示する。
b-2-2.電磁石制御サブシステムの開発
スキャニング電磁石電源の励磁電流値を設定し、その戻り値を表示する。
Ⅲ．結果と考察構築した高度照射野制御システムの全系図を図１に示した。このシステムは線量を電離箱によりモニターしながら、スポットごとの設定線量を満了する度に、スキャニング電磁石によりビーム位置はスキャンされ、飛程調整体によりエネルギーも変更可能である。
今後、既存加速器制御システムとの連携試験を実施し、実用性を検証する予定である。

図 1高度照射野制御システム全系図

Ⅳ．まとめ
陽子線治療高度化研究の一部として、スキャニング照射システムの構築を実施した。今後は既設システムにおける検証を行って実用性を評価していく予定である。

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4.1.2.2 治療計画システム高度化研究
4.1.2.2.1加速器中性子捕捉療法基礎研究
Research on accelerator-based neutron capture therapy
髙田卓志*1、久米恭*1、櫻井良憲*2、田中浩基*2、土田秀次*3、丸橋晃*2
Takushi TAKATA, Kyo KUME, Yoshinori SAKURAI, Hiroki TANAKA, Hidetsugu TSUCHIDA
and Akira MARUHASHI
中性子捕捉療法（NCT）では、正常組織への傷害を十分に低減しつつ、腫瘍に高線量を投与することが可能である。そのため、Ｘ線等の既照射症例を扱うことも少なくない。また、近年では、NCT での線量分布不均一性を補うために、X 線や陽子線の前・追照射の試みもなされている。
複数のモダリティーを用いて治療を行う場合、治療効果や副作用の正確な把握のためには、モダリティー間で整合性の取れた線量評価を行うことが重要であり、その手法の開発が本研究の目的である。今年度は、陽子線に対する NCT 用線量計の応答について検討した。
NCT において中性子とγ線の弁別測定に使用される対電離箱を用いて、200MeV 陽子線の水ファントム中での線量分布測定を行った。基準となる線量分布は、陽子線用電離箱線量計と半導体検出器を使用して測定した。基準線量分布に対して、対電離箱で測定された分布はよく一致しており、対電離箱は陽子線と NCT 照射場
に対して同じ応答を示すことが確認できた。
このデータをもとに、今後は NCT 照射場と陽子線の生物学的効果の違いも考慮し、整合性の取れた線量評
価法について検討を進めていく予定である。
*1

研究開発部 粒子線医療研究グループ、*2 京都大学原子炉実験所、*3 京都大学大学院工学研究科

本研究は、財団法人若狭湾エネルギー研究センターと京都大学原子炉実験所との共同研究である。

4.1.2.2.2治療計画システム高度化研究
Research and development of advanced radiation therapy planning system
髙田卓志i、久米恭*Takushi TAKATA and Kyo KUME
放射線治療を行うにあたって、事前に線量分布を予測計算することにより、ターゲットへの投与線量の決定や周辺臓器線量が耐容線量以下であることの確認を行うことは、効果的かつ安全な治療を行うために非常に重要なプロセスである。当然のことながら、線量分布の予測計算には正確性が求められる。計算アルゴリズムの一つであるモンテカルロ法では、従来のペンシルビーム法と比較して、肺等の不均一領域においても正確な計算が可能であり、臨床での利用が期待されている。
本研究では、モンテカルロ法を用いた陽子線の線量分布計
算について基礎的な検討を行った。陽子線を扱える計算コード
として PHITS コードを使用した。若狭湾エネルギー研究センタ
ーのがん治療用ビームラインの簡易モデル化を行い、計算結
果を実測と比較した。計算と実測は、拡大ブラッグピーク近傍においては概ね一致したが、プラトー領域では差が大きい結果となった。これは、ビームラインのモデル化が不十分であるためと考えられる。
今後は、モンテカルロ法による陽子線線量計算について、よ







り詳細な検討を行い、最終的には、X 線や粒子線といった多様
飛程末端からの距離(cm)な治療モダリティーを統一的に扱うことのできる治療計画システ
ムの開発を目指している。
図 陽子線線量分布1

研究開発部 粒子線医療研究グループ

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4.1.2.2.3. 前立腺がんを対象とした陽子線治療用患者ボーラス加工技術高度化
Improvement of a fabrication process of a patient bolus used for proton therapy of a prostate cancer
久米恭＊1、高田卓志＊、長谷川崇＊2、武本泰夫＊3、久保卓哉＊4、坂本靖＊5
Kyo KUME, Takushi TAKATA, Takashi HASEGAWA, Yasuo TAKEMOTO, Takuya KUBO and Yasushi
SAKAMOTO
Ⅰ．緒言
日本国内において粒子線治療施設はさらに普及が進んでおり、平成 23 年 9 月現在、陽子線治療専用施設は
6 施設、炭素線治療専用施設は 2 施設、陽子線治療・炭素線治療併用施設は１施設が稼働している。粒子線治療施設が全国に普及することに伴い、一般社会における粒子線治療の認知度がさらに進むことが予想され、一施設あたりの患者数のさらなる増加が見込まれる。そのため、効率的に患者を受け入れる手法の開発が求められることとなる。今般、患者受け入れにあたって必要となる患者ボーラスの加工手法高速化を検討したので、その経過を報告する。
Ⅱ．方法
患者ボーラスは３次元切削加工機において樹脂を加工することが一般的であり、今回はこの加工手法を再検討することにより高速化をはかるものとした。内容は、切削ピッチを荒くすること、ならびに加工速度を加工機に最適化することによる方法である。またこれらの目的にあわせ、新たにエンドミルを開発した。比較のために、従来の切削ピッチと加工速度によりボーラスも製作し、新規の加工技術によるボーラスと、加工時間および陽子線線量分布の比較を実施した。なお、増大が見込まれる部位として前立腺を対象として選択肢、実際の患者の治療計画出力を検証対象とした。
Ⅲ．結果と考察
従来の加工法では２時間以上を要したボーラス加工が、新規の加工法では最短で15分ほどに短縮され、圧倒的な高速化が達成された。また200 MeV陽子線線量分布では新規のボーラスも従来のボーラスも明確な差異がなく、同一の線量分布を与えることが示された。
従来の加工法では２時間以上を要したボーラス加工が、新規の加工法では最短で15分ほどに短縮され、圧倒的な高速化が達成された。また200 MeV陽子線線量分布では新規のボーラスも従来のボーラスも明確な差異がなく、同一の線量分布を与えることが示された（図１）。
この結果をもとに、福井県立病院における陽子線治療を開始することとなった。
Ⅳ．まとめ
前立腺がんの陽子線治療用ボーラスの加工を高速化するため、新規のエンドミルを開発し、加工方案を再検討することにより、加工時間を従来の 1/10 まで短縮することに成功した。この際の線量分布が従来の加工方法と全く差異のないことを確認した。この成果を福井県立病院において更に臨床用途に展開している。

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図 １、200 MeV 陽子線に対する深部線量分布。各加工方法により製作した患者ボーラスを使用して比較した。
×：治療計画出力、菱：従来加工方法、■と×：新規加工方法。ボーラスの測定結果は相互に差異がない。

＊1

研究開発部・粒子線医療研究グループ、＊2 ハセテック、＊3 瑞穂工業（株）、＊4 八十島プロシード（株）、＊5
日立ツール（株）
この研究は（財）若狭湾エネルギー研究センター、瑞穂工業（株）、八十島プロシード（株）、日立ツ
ール（株）間の共同研究として実施した。

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4.1.2.3 粒子線作用の素過程の解明
4.1.2.3.1 膵臓がんに対する粒子線の殺細胞効果と機序の検討
Antitumor Effect of Ion Beam Irradiation to Pancreatic Cancer
藤永晴夫＊1*2，久米恭＊3，高田卓志＊3
Haruo FUJINAGA, Kyo KUME and Takushi TAKATA
Ⅰ．緒言
膵臓がんは最も治療が困難ながんの一つであり，根治することが可能な治療方法は外科的切除のみであるが，発見した時にはすでに進行がんであることが多く，手術が可能であるのは一部の症例のみである。そのため新し
い有効な治療方法の出現が望まれている。このような状況を背景として，放射線照射による周囲組織への影響を最小限とし，局所への高線量の照射が可能となる陽子線，炭素線などの粒子線を用いた膵臓がんの臨床的な研究が進みつつある。しかしながら，頭頚部がんや前立腺がんなどの他部位のがん組織に比べると，膵臓がんの粒子線による分子生物学的な研究は，未だ不十分な状況である。
Ⅱ．方法
膵がん細胞株（MIAPaCa, Capan-1, Capan-2）の 3 種の細胞株に対して，陽子線，炭素線，Ｘ線の照射を行い，Colony assay による生存率の評価を行った。また照射後のアポトーシスの評価を，Flow cytometry による
Apoptosis assay にて行った。さらに照射後の細胞より経時的に RNA の抽出を行い，DNA microarray による発現遺伝子の検索を行った．またヌードマウスの右下肢へ MIAPaCa の皮下注射を行って Xenograft model を作成
し，陽子線，Ｘ線の照射を行い，照射後の生存率，腫瘍径の評価，並びに経時的に RNA の抽出を行った．さらに MIAPaCa に対して陽子線，Ｘ線照射後の細胞に対して，陽子線，あるいはＸ線の再照射を行ない，Colony
assay による生存率の評価，並びに経時的な RNA の抽出を行った。
Ⅲ．結果と考察Colony assay の結果からは，他の細胞種における報告と同様に，陽子線と X 線では同程度の RBE（相対的生
物学的効果比）を呈し，炭素線ではより高い RBE を呈する傾向を認めた。DNA microarray によるクラスター解
析では，MIAPaCa の in vitro の実験において陽子線照射とＸ線照射にて分類される傾向にあり，また照射線量よりも照射からの経過時間でさらに分類される傾向を認めた。in vivo の実験では，Ｘ線照射を行った群では生存率の向上への寄与は確認できなかったが，陽子線照射を行った群においては生存率の向上を認めた。腫瘍径については，陽子線照射の群，Ｘ線照射の群のいずれにおいても照射による発育遅延の効果を認め，陽子線照射においてより強い効果を認めた。また照射後細胞への再照射を行った実験では，陽子線の再照射では陽子線照射後の細胞よりも X 線照射後の細胞においてより高い感受性を認めたが，X 線の再照射では両細胞間の感受性に差を認めなかった。臨床でも，膵癌の X 線照射後の再発に対して，陽子線の再照射という治療の有効性が期待できるかもしれない。
Ⅳ．まとめ
今後は DNA microarray の結果を元に， RT-PCR による RNA の発現解析を進めていく。また陽子線，X 線照
射後の細胞を用いた Xenograft model を作成し，陽子線，ないしは X 線の再照射を行い，治療効果，発現遺伝
子などの解析を行っていく。
＊1

金沢大学医学部恒常性制御学分野，＊2 協力研究員，＊2 研究開発部・粒子線医療研究グループ

本事業は金沢大学と（財）若狭湾エネルギー研究センターとの共同研究の成果の一部である。

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4.1.2.3.2陽子線がん治療における低線量被ばくによる正常組織反応の機構解明
―それによるがん細胞死の促進機構の解明―
Mechanisms of Normal Tissue Responses induced by Exposure to Low Dose Protons-Stimulation of Cell Death by the Responses松本英樹*1、畑下昌範*2
Hideki MATSUMOTO and Masanori HATASHITA
Ｉ．目的
本研究においては、ヒト正常線維芽細胞（AG1522 細胞）、ヒト非小細胞肺がん細胞（H1299 細胞）の正常型
p53 遺伝子導入細胞（H1299/wtp53 細胞）、ICR マウスおよびヒト腫瘍担がんマウスを用い、低線量陽子線被ば
くによる放射線感受性の修飾、細胞周期調節因子の誘導動態、細胞死あるいは細胞増殖調節因子の誘導動態等を放射線生物学的、分子生物学的および細胞生物学的に解析し、低線量陽子線被ばくにより誘発される
正常組織反応の機構を明らかにすることを目的とする。
Ⅱ．内容マウス個体における粒子線誘発バイスタンダー応答
陽子線、炭素線またはアルゴン線を ICR マウスに対して、全身照射、上半身(剣状突起より頭側全て)照射、あるいは下半身(剣状突起より尾側全て)照射を行い、小腸および精巣での TUNEL 陽性細胞を計数することによりアポトーシス誘導を評価し、マウス個体におけるバイスタンダー応答について解析した。
陽子線、炭素線またはアルゴン線の上半身照射により ICR マウスの小腸および精巣において、バイスタンダ
ー応答による TUNEL 陽性細胞の増加が顕著に認められた。このアポトーシス誘導は一酸化窒素（NO）消去剤である c-PTIO の照射前投与により部分的に抑制された。小腸および精巣において TUNEL 陽性細胞が認められたのは、それぞれの臓器において幹細胞が存在するとされる部位であり、組織幹細胞がアポトーシスを起こしていることが示唆された。これらの結果は、被ばく個体の非被ばく組織において NO を介するバイスタンダー応
答により防護的な応答が誘導されていることが示唆された。
*１

福井大学高エネルギー医学研究センター、*２若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グルー
プ

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4.1.2.4. その他粒子線がん治療研究

4.1.2.4.1.医療用低放射化コンクリートの評価研究
Performance evaluation of low-activation concrete for medical facility
髙田卓志*1、久米恭*1、木村健一*2、福田茂一*3
Takushi TAKATA, Kyo KUME, Kenichi KIMURA and Ｓｈｉｇｅｋａｚｕ ＦＵＫＵＤＡ
高エネルギー加速器を使用する粒子線治療施設では、粒子線が構造物等を衝撃することにより、中性子が発生するため、重厚なコンクリート遮へいが使用されている。コンクリート遮へいを構成する元素の同位体の中には、中性子との核反応により長寿命の放射性同位体となるものもあり、医療従事者の被爆の原因となり、また、施設廃止時の放射性廃棄物が問題となることが予想される。
これらの問題を解決するために、放射化を低減したコンクリートの開発が行われており、本研究ではその放射化量や遮へい能力の評価を行うことが目的である。放射化量を推定するためには、コンクリート内での中性子束分布の情報が必要となる。そこで、数種のコンクリート材料に対して中性子照射を行い、分布の測定を行っている。
実験では、タンデム加速器で 8MeV に加速した陽子をベリリウムターゲットに衝撃させて発生する中性子を利用して照射を行っている。コンクリート内に金箔やアルミ箔等を設置し、これらの放射化を利用して中性子束分布の測定を行っている。現在、測定データを下に評価を進めているところである。
今後は、遮へい体を構成する他の材質についても検討を進めていく予定である。

*1
*2
*3
研究開発部 粒子線医療研究グループ、 株式会社フジタ（現：協力研究員）、 放射線医学総合研究所
本研究は、財団法人若狭湾エネルギー研究センターと株式会社フジタとの共同研究である。

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4.1.2.4.2.粒子線がん治療に係る人材育成プログラム
The OJT (On the Job Training) program of particle therapy human resource
久米恭＊1、高田卓志＊、長谷川崇＊1
Kyo KUME, Takushi TAKATA and Takashi HASEGAWA
Ⅰ．緒言
若狭湾エネルギー研究センターにおいては、国内の粒子線がん治療関連施設・団体と協同で、「粒子線がん治療に係る人材育成プログラム」に参画し、陽子線治療に携わる医学物理士養成を実施している。本節ではこれについて報告する。
Ⅱ．方法
粒子線治療は国内での普及が進んでおり、それに携わる人材の確保が課題となっている。当センターでは国内の粒子線がん治療関連施設・団体と協同し、平成１９年度から文部科学省から「粒子線がん治療に係わる人
材育成プログラム」を受託している。当センターでは医学物理士に対して講義と研修を実施してきた。同プログラ
ムの参加機関は次に記す通りである。
（１）（財）医用原子力技術研究振興財団（２）（独）放射線医学総合研究所重粒子医科学センター（３）国立大学法人 筑波大学陽子線医学利用研究センター（４）国立がん研究センター東病院（５）静岡県立静岡がんセンター（６）（財）若狭湾エネルギー研究センター（７）兵庫県立粒子線医療センター（８）国立大学法人 大阪大学医学部附属病院
平成２２年度においては、福井県立病院陽子線がん治療センターに採用された医学物理職職員に対し、他参
加機関と共同で、講義ならびに研修を実施した。
Ⅲ．結果と考察講義については他参加機関との共同により、計画した内容すべてを参加者が受講した。研修においては陽子線も使用し、研修内容の高度化をはかった。これらの結果、参加者のうち一名が医学物理士として認定され、もう一名も医学物理士受験資格を得ることとなった。これにより福井県立病院における陽子線治療の開始に寄与
した。
Ⅳ．まとめ
粒子線医療に係わる人材育成の一環として医学物理士の養成にとりくみ、医学物理士一名の認定を受けるな
ど、福井県立病院での陽子線治療の開始に寄与した。
＊1

研究開発部・粒子線医療研究グループ
本事業は文部科学省の科学技術人材養成等委託事業による委託業務として、（財）若狭湾エネルギー
研究センターが実施した平成２２年度「粒子線がん治療に係る人材育成プログラム（若狭湾エネルギー
研究センター粒子線医療研究グループにおける OJT）」の成果の一部である。

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43

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.2.4.3.小動物用の陽子線照射システム開発試験
Development of a proton irradiation system for in vivo experiments
久米恭＊1、高田卓志＊1、長谷川崇＊2
Kyo KUME, Takushi TAKATA and Takashi HASEGAWA
Ⅰ．緒言
粒子線治療の臨床評価手法の一つとして、粒子線とレーザー光線併用の治療・診断法の確立を目指し、小動物を対象とした陽子線照射試験場を開発した。本節ではこの内容について報告する。
Ⅱ．方法
実験装置として、若狭湾エネルギー研究センター(WERC)の高エネルギー生物照射装置(HE)を使用した。HE
においては、最大エネルギー200 MeV の陽子線を WERC 多目的加速器の陽子シンクロトロン(PS)から大気中に輸送して実験研究に使用可能である。今回の研究においては、陽子線エネルギーを 200 MeV とした。PS は高周波出射方式(RFK)を採用しており、本研究のために出射時間中のビーム時間構造を平坦化するため、HE に設置した線量測定用の平行平板電離箱の出力をフィードバックして、高周波出射制御器（RFK）での線量制御を実施した。また PS の電流強度は、ビーム時間構造を優先して出射した場合には陽子線で 3 nA 程度である。
HE においては、水平励磁用と垂直励磁用のウオブラー電磁石の一対とタングステン散乱体によってブロードビーム法による照射野形成が可能である。今回の研究においては、陽子線照射領域を限局するために、コリメータを設置した。コリメータは真鍮製で、外形は幅 180 mm、縦 180 mm、奥行き 55 mm とし、ここに照射領域に合致するように幅 100 mm、縦 15 mm の貫通穴を設けた。このコリメータの開口部下流において、100 mm x 15 mm
部分において±4%の平坦度を得るようにウオブラー電磁石の励磁量と散乱体厚を決定した。ビーム進行方向において、ウオブラー電磁石の一対の中心にあるタングステン散乱体から、被照射体までの距離は 1700 mm とした。
陽子線の線量測定には、ファーマ型電離箱 PTW30013 と線量計 RAMTEC1000D を使用した。これらの検出器
は、ビーム進行方向から見て、コリメータ下流に設置した（被照射体の位置）。
以上の設定により、陽子線を使用して線量分布測定と線量測定を実施し、小動物への照射が可能かどうかを
検証した。

Ⅲ．結果
マウスを被照射体として使用する際の照射条件として、コリメータ開口部における線量分布が±5%以内で均一であることを目標に、2 次元イオンチェンバアレイを使用して照射野形成試験を実施した。その結果、ウオブラー
電磁石の励磁量が水平 125.5 A、垂直 164.3 A、散乱体厚を 0.40 mm とすることで、コリメータ開口部の 100 mm
x 15 mm 部分において±4%の平坦度を得た。
被照射体への陽子線照射については、おおむね 2 Gy／分が必要とされるものと考えられる。PTW30010 とRFA1000D により、線量率は 2 Gy/分であることを確認した。
Ⅳ．考察

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44

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

線量分布の測定結果については、複数匹の被照射体（マウス）を同時に腫瘍のみを狙って一様な陽子線照射を実施できることを示した。これは、PS からのビーム出射中のビーム時間構造を安定化させたことや、照射野形
成機器（ウオブラー電磁石と散乱体）の調整が十分に実施できたことを示す。線量率の測定結果については、実験で必要とされる線量率が確保できることを示した。
現在、併用するためのレーザー照射部分を構築中であり、今後の研究展開の中で小動物へのレーザー・陽子
線併用照射システムを実現する予定である。

V．まとめ
粒子線がん治療の臨床評価のためのレーザー・粒子線併用の治療・診断法の確立のための課題解決として、レーザー・陽子線併用実験場の構築を実施し、今年度は小動物用の陽子線照射システム開発試験と線量測定を実施した。その結果、小動物を実験対象とした場合に十分な照射性能を得るシステムを構築したことを確認した。今後、開発を継続し、レーザー・陽子線併用照射システムを実現する予定である。
＊1

研究開発部・粒子線医療研究グループ、＊2 ハセテック
本事業は厚生労働省科学研究費補助金「粒子線治療の有効性、適応、費用対効果に関する総合的研究」（鎌田班班研究）による委託業務として、（財）若狭湾エネルギー研究センターが実施した業務の成果の一部である。

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4.1.3.ビーム発生分析評価技術開発



4.1.3.1. 加速器分析技術開発
4.1.3.1.1.薄膜分析のための重イオンRBS法の開発
Development of Heavy Ion RBS Measurement System for Thin Film Analysis
安田啓介*1、
Keisuke YASUDA
I.
緒言
近年、半導体デバイスやハードディスク記憶装置において厚さが数 nm の極薄膜が使用されるようになってきており、このような極薄膜の元素分析を行うことができる手法が求められている。本研究では、薄膜分析や重元
素不純物高感度測定に資することを目的として、極薄膜を高感度で分析可能な重イオン RBS 法の開発を行っている。従来の RBS 法では主にエネルギーが数 MeV のヘリウムビームを用いて、散乱イオンを半導体検出器を用いて検出する。従来法での深さ分解能は 5～20nm 程度、測定感度は 0.001～10at%程度である。これに対して重イオン RBS 法では入射ビームに炭素イオン等の重イオンを用い、散乱イオンに対してイオン透過型検出器を用いた飛行時間測定を行う。深さ分解能が 1nm 程度、測定感度についても従来法より 1～2 桁の向上を目指している。平成 22 年度は金薄膜試料の測定試験を行ったので、これについて報告する。
II.

実験
実験は平成 22 年度に構築した TOF-RBS 測定系で行われた。この測定系はイオン透過型検出器とシリコ
ン半導体検出器（SSD）それぞれ 1 台ずつで構成され、散乱イオンの飛行時間測定を行う。図－１に測定系の概略図を示す。測定にはタンデム加速器で加速された
2 MeV の 12C+イオンビームを用いた。測定試料には金をシリコン基板上に厚さ 1.1 nm でコーティングした試料
を用いた。

大型散乱槽

イオンビーム

測定試料

TOFパイプ

透過型検出器III.
測定と結果
シリコン半導体検出器
測定で得られた飛行時間スペクトルを図－２に示（SSD）す。金による散乱のピークが見られており、正しく測図－１ 測定系の概略図定ができていることを確認した。ピークの幅から時間分解能を求めたところ、3.5ns(FWHM)という値が得られた。この値から式－１を用いてエネルギー分解能を求めたところ、126 keV となった。
（式－１）
8( 3
'(
'W
PO 2
これから深さ分解能を求めたところ 7.9nm という値が得られた。これは計算で予想された値（1.5nm）と比較して 5 倍以上大きい値である。その原因は SSD の時間分解能が悪いためと考えている。一般にイオン透過型検出器の時間分解能は 0.2～
0.3ns であるが、SSD はその数～10 倍程度の値である。SSD をイオン透過型検出器に置き換えることによって時間分解能が向上し、深さ分解能が改善されると考えられる。平成２３年度に SSD をイオン透過型検出器に置き換えることを予定している。
*１
図２, 測定で得られた飛行時間スペクトル
研究開発部 エネルギー材料グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力、北陸電力、日本原子力発電の受託研究として
実施した。

 46
46

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

  4.1.3.1.2. TOF-ERDAによる軽元素分析のための反跳断面積の測定
Measurements of recoil cross sections for light element analysis by TOF-ERDA
安田啓介*1、石神龍哉*1、チュルーンバートル バトチュルーン*1
Keisuke YASUDA, Ryoya ISHIGAMI and Batchuluun CHULUUNBAATAR
要約
飛行時間測定反跳弾性粒子検出法による軽元素の定量分析のための反跳断面積を実験的に求めた。4.9MeV～5.7MeV の 4He ビームを入射したときの 14N による散乱断面積を測定し、運動学的計算によって反跳断面積を求めた。測定で得られた反跳断面積はラザフォード断面積と同程度の大きさであるが、その入射エネルギー依
存性は大きく異なることが分かった。
I.
緒言
我々 は飛行 時間測定 反跳弾 性粒子検 出（ TOF-ERDA） 法による軽元 素分析法の開 発を行 っている。
TOF-ERDA 法ではエネルギーが数～数十 MeV のイオンビームを試料に照射し、入射ビームによって反跳された粒子のエネルギーと飛行時間を同時に測定する。複数元素の深さ分布を同時に測定することが可能であり、水素から酸素程度の軽元素の分析に用いる。入射ビームとしては、RBS 等のイオンビーム分析で一般的な He
ビームを用いる。He ビームを用いる利点としては、1) 重イオンビーム照射に比べて試料の損傷が少ない、2) 分
析可能な深さ領域が広い、3) He ビームは RBS 等のイオンビーム分析で一般的に用いられているため多くの加速器施設で測定可能、といった点が挙げられる。TOF-ERDA 測定で元素濃度の定量分析を行うには反跳断面積のデータが必要となる。He と軽元素の反跳断面積は核力の影響を受けるため、ラザフォード散乱断面積からずれることが知られており、実験によって求める必要がある。我々は MeV 領域において He と Li から O までの元素の反跳断面積の系統的な測定を計画している。本報告では He を N に衝撃させた際の反跳断面積について報告する。
実験
実験は若狭湾エネルギー研究センター放射線研究棟照射室 2 のイオン分析コースで行った。タンデム加速器で加速された 4He ビームを窒化シリコン薄膜試料（厚さ:200nm）に入射し、83.5°に散乱された 4He イオンをシ
リコン半導体検出器（SSD）で検出した。ビームエネルギーを 4.9MeV～5.7MeV の間で 60～100keV ステップで変化させて測定を行った。4He の散乱角 83.5°は 14N の反跳角が 40°に相当する。実験では 4He が 14N によって散乱された時の散乱断面積を測定し、これから運動学的計算によって反跳断面積を求めた。
250
III.
結果
200
測定で得られた反跳断面積を図－１に示す。誤差には統計誤差と収量を求めるためにエネルギースペクトルをフィットした際の誤差が含150
まれている。反跳断面積はラザフォード断面積と同程度の大きさであるが、その入射エネルギー依存性は大きく異なることが分かる。今回の測100
定範囲では入射エネルギーが 5.2～5.3MeV で反跳断面積がおよそ200mb/sr となる。これはラザフォード断面積の１．３倍程度の値である。
50
今後は入射エネルギーが 2～5MeV の範囲での測定を行うとともに、窒0素以外の軽元素（Li、B、C、O）の反跳断面積測定を計画している。
4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

E (MeV)*１
エネルギー材料グループ
図－１ 反跳断面積の測定値。実線は
本研究は、科学研究費補助金の助成を受けて実施した。
ラザフォード断面積を示す。
Recoil Cross Section (mb/sr)

II.

 47
47

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.3.1.3 TOF-ERDAによる水素化物薄膜の分析
The Analysis of Hydride Thin Film by mean of TOF-ERDA
日比章五*1、安田啓介*2
Shogo HIBI and Keisuke YASUDA*1

25

r1201(20,50,20,50)

第1層TiHx20

第2層TiHx15
yie lds

TOF-ERDA は軽元素分析法として有力な手法の 1 つである。また水素についてはストッパフォイル法に比べて深さ分解能の改善が期待できる。今回若狭湾エネルギー研究センターで開発が進められている TOF- ERDA 法 1)を用いて、深さ分解能評価を目的に水素化物の多層薄膜中の水素分析を行った。TOF-ERDA 測定装置にてタン
デム加速器からの 10MeV 炭素イオンを用いて分析を行った。分析試
料 は Si 基 板 上 に RF ス パ ッ タ 蒸 着 法 に よ り 作 製 し た
Pd(20)/TiHx(50)/Pd(20)/TiHx(50)/Si（カッコ内は膜厚（nm））を用いた。分析結果を図１に示す。計算から見積もられる水素スペクトルの位置が第 1 層については良い一致であったが、第 2 層目は明確に検出されなかった。また定量のための十分な収量が得られなかった。イ
オン種、エネルギー等の測定条件の最適化よる深さ分解能向上および収量向上のための検出効率の改善が今後の課題である。
参考文献
１） K.Yasuda et al.:若狭湾エネルギー研究センター成果報告（平成20 年度）

10

5

0
90

100

110
120
channel130140

図１．水素の TOF-ERDA スペクトル豊田中央研究所 *2 研究開発部 エネルギー材料グループ

 48
48

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4.1.3.1.4.フッ素含有材料からの歯質への短期フッ素取込み量
Short-term Fluorine Uptake into Tooth from Fluoride-containing Materials
小松久憲＊２，山本洋子＊３，安田啓介＊１、能町正治＊４、菅谷頼仁＊４
Hisanori KOMATSU, Hiroko YAMAMOTO, Keisuke YASUDA, Masaharu NOMACHI and Yorihito SUGAYA
Ｉ．緒言
フッ素含有材料周囲の歯質は，材料からフッ素を取り込むことで耐酸性が向上し，齲蝕の進行が抑制されると考えられている．本研究では，若狭湾エネルギー研究センター設置の PIGE/PIXE 装置を用いて，各種フッ素含有材料から周囲歯質へのフッ素の取込み量を検討してきたが，材料と歯質の接蝕が短期の場合のフッ素挙動が明確でなかった。そこで，接蝕期間 1 ヶ月におけるフッ素の取込み量を検討した。
ＩＩ．材料と方法
フッ素含有材料 6 種をそれぞれヒト抜去歯に充填後，水中保存し，フッ素測定日に合わせて、材料部を含むように頬舌的に切断，厚さ約 1mmに研磨調整した。測定は材料充填 1 ヶ月後に行った．材料周囲歯質のフッ素濃度分布を，PIGE/PIXE 装置を用い，フッ素とカルシウム濃度測定により算出した。材料から離れた歯質カルシウム含有量の 90%を示した
部位を材料・歯質界面と規定した。測定領域は材料部（M）を含む 1000
x 1000μm の範囲（A, B）とし，A（エナメル質）部では水平に，B（象牙質）部では垂直に線分析を行った（写真）。
Ⅲ．結果および考察
図１に材料充填 1 ヶ月後における窩壁からの距離（μm）に対するフッ素濃度（ppm）分布を示した。
エナメル質窩壁では，フッ素の取り込みは材料との界面である窩壁表層に限定していた。また，フッ素の取り込みを確認できなかった試料があり，SI では全ての試料で確認できなかった。我々の材料充填
1 年後での測定では今回使用した全材料でフッ素の取り込みを確認していることから、SI では，充填 1
ヶ月間のフッ素の歯質移行量が少ないと思われる。SI を除いたすべての材料間で表層の取り込み量に相違はなかった。象牙質窩壁では，すべての材料でフッ素の取り込みを確認できた。材料間で比較すると，
窩壁表層でのフッ素濃度ばかりでなく、フッ素の歯質への浸透深さにも相違が認められた。この相違は材料から供給されるフッ素量の違いによるものと考えられる。また，材料からのフッ素供給量が同量と考えられるにもかかわらず，象牙質窩壁ではエナメル質窩壁よりも多いフッ素取り込み量を示した。フ
ッ素と歯質の無機成分である水酸化アパタイトの OH 基と置換することで歯質は耐酸性を獲得するが、アパタイト含有量が象牙質で少ないことを考慮すると，象牙質内のフッ素がすべて OH 基と置換したものとするには疑問があり，検出されたフッ素がすべて耐酸性の向上に寄与しているかは明確ではない。
Ⅳ．結語
本研究で，PIGE/PIXE 装置を用いてフッ素含有材料からの歯質へのフッ素の取り込みを検討し，材料間の相違を明確にできたが，耐酸性の向上に関してはさらに検討が必要である。今後，PIGE/PIXE 装置を活用して材料間の相違を検討することで，フッ素含有材料の適切な選択基準の確立が可能と思われた。

25000
フッ素取り込み量（ppm）

25000

20000

20000

15000

15000

10000

10000

5000

5000

FS
FE
FF
RI
TM
SI

0

0
0

50

100

150

200

窩壁からの距離（Pm)

0

50

100

150

200

窩壁からの距離（Pm）

図１ フッ素含有材料からの歯質への平均フッ素取り込み量 FE：FUJI IX GP EXTRA、FS：Fuji VII、
FF：Fuji IX GP FAST、RI：RIVA S/C、TM：Teethmate F-1、SI：松風社試作品（SI-R20607）
本研究は、＊１本センターと＊２北海道大学大学院歯学研究科、＊３大阪大学大学院歯学研究科、＊４大阪
大学大学院理学研究科との共同研究である。

 49
49

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4.1.3.1.5.FIBを援用した水素イオン注入剥離法による、表面加工の諸特性
Effect of Surface- Block-Tearing by FIB Assisted Hydrogen Exfoliation
岩田博之*1、石神龍哉*2、安田啓介*2、高木誠*１、徳田豊*1
Hiroyuki IWATA*1, Ryoya ISHIGAMI*２, Keisuke YASUDA*２, Makoto TAKAGI*1, and Yutaka TOKUDA*1
Abstract

We suggest a new approach to form many nano-size structures caused by annealing of hydrogen
implanted silicon with FIB grooving. Annealig causes peels off of surface with pressured implantedhydrogen gas. At the intersection of grooving, the tearing off of surface was not found. At the intersection
area, the depth reaches the ion-implanted layer. However, only one-way groove area, the tearing off wasoccurred. The shape of the teared off pieces have uniformed shape.
高ドーズ水素イオン注入とアニール処理を組み合わせ、瞬時に表面を薄膜として切り出す手法は水素注入剥離法と呼ばれる１）,2)．この手法は厚さを正確にコント
QPRQHZD\),%GHSWK 
ロール可能であり、破断面の粗さは数 nm オーダーに収まり、結晶品質が高い超低アスペクト比の加工であEORFNる。一方 Ga イオンビームを用いる収束イオンビーム（FIB）は、試料表面を精度良く任意の形状に加工でき、
高アスペクト比の溝加工等を容易に実現する。この両者を併用して立体構造を同時に大量に作製する手法の検討を行っている。
ここでは(100)Si 結晶に、80KeV で H イオン(5～10×1016[H/cm2]) 注入した試料（水素注入ピークは深さ
Fig. 1 AFM image of surface grooved by FIB
800nm）を基に、FIB を用いて表面の掘り下げ加工、溝加工を施した試料を準備した。イオン注入後の試料は700℃でアニールしながら光学顕微鏡その場加熱観察を行った。アニール前後の試料断面の欠陥分布を断面 TEM、表面のブリスタ・クレータの個数・面積を SEM、
ブリスタ・クレータの高さ・深さを AFM および LSM で評価比較した。加熱その場観察と加工後の表面形状計
測結果について報告する。
FIB 加工における Ga イオン照射により生じる実用上の試料ダメージは、水素注入によるダメージに比べ大きく、それによる表面粗度はイオン注入剥離による断面粗度に比べ 10 倍以上の差が生じる。深さ 200nm程度の表面の掘り下げで水素剥離等の現象は生じなくなることがわかった。これは本来水素空乏内に留まる
Fig.2 LSM image of as annealed
水素がダメージ箇所から漏洩しているためである。深さ
surface.
300nm 溝加工を施工間隔を変化させた試料では、その間隔により剥離等の現象が促進あるいは抑制される現象が起こることがわかった。FIB 加工条件を適切に設定すれば、効率的に大量の立体構造体を作製できることがわかった。



参考文献
１）M. Bruel, Electronics letters, 31, 1201,(1995),
２）Q.Y. Tong, R.W. Bower, MRS Bulletin 23,40, (1998)*１

愛知工業大学、*２研究開発部
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターと愛知工業大学が共同研究として実施した。

 50
50

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4.1.3.1.6.PPIXE法による茶葉の二次元元素マッピング
Elemental Mapping of Tea Leaves by PPIXE
春山洋一*1、斉藤学*1、高橋希佳*1、安田啓介*2
Yoichi HARUYAMA, Manabu SAITO, Kiyoshi TAKAHASHI and Keisuke YASUDA
茶樹やアジサイはアルミニウムのハイパーアキュムレーターとして古くから知られている。アルミニウムは酸性
土壌環境における主要な植物毒であることから，これらの植物はアルミニウム耐性機構の研究対象として多くの研究が行われてきた．しかし，そのメカニズムについては未だに十分解明されてはいない。
我々はアルミニウム蓄積植物中のアルミニウム分布測定を通して，アルミニウム耐性研究に寄与することを目的としてきた．本研究センターのマイクロビーム装置を用いてアジサイや茶のアルミニウム濃度測定及び元素マッピングを試みてきた．その結果，アジサイのアルミニウムは葉肉中に広く分布するが，茶のアルミニウムは主に表側の表皮に集中して存在していることを見出した．これは，アルミニウム耐性機構が一つだけではないことを示唆している．
茶葉中のアルミニウムが表皮に局在するということは，始め葉肉中に輸送されたアルミニウムが何らかの機構
で表皮に輸送もしくは排除されることを意味する．今期は，葉の成長に伴うアルミニウム濃度と分布の変化を把握することを目的とした．そのため，京都府茶業研究所で測定用の株を提供して頂き，新芽が出てからマークしてきた葉を対象にして測定を行った．その結果，茶葉では，5 ヶ月付近で濃度や分布に変化が生じるという結果を得た．以前から新茶など若い葉にはアルミニウムが少なく，番茶では高いアルミニウム濃度が観測されていた．
濃度変化は単純に時間と共に増加するのではなく，2～3 ヶ月の葉のアルミニウム濃度は顕著な変化を示さないが，5 ヶ月附近で急激な変化をしめした。また，2～3 ヶ月の葉ではアルミニウムは葉肉全体に薄く分布をしているが，濃度変化が見られた 5 ヶ月附近では，まだ，葉肉全体に分布しているものの，葉の表側に明瞭に高い濃度が観測され，局在の前駆的な様相を示した．十分に成長した 10 ヶ月になるとアルミニウムの殆どが表表皮に移動することから，アルミニウムの局在はこの 5 ヶ月辺りの段階で始まることが分かった。
アルミニウム毒の解毒機構として，有機酸によるキレート説が有力であるが，他元素の共存で解毒するという説もある．そのような元素として，フッ素，シリコン，マンガンなどが取り上げられている．今回，10 ヶ月の茶葉中の元素分布を調べたところ，ケイ素も表表皮側に顕著な局在をしめし，それらの分布が酷似していることが観測された．
*１

京都府立大学生命環境科学、 *2 研究開発部 エネルギー材料グループ.
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが京都府立大学との共同研究として実施した。

 51
51

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4.1.3.1.7. 固体標的 C,Ｓｉの He 後方散乱実験による共鳴励起関数の評価
Evaluation for Excitation Function on C and Si targets on He Backscattering
戸崎充男*1、安田啓介*2、石神龍哉*２
Mitsuo TOSAKI, Keisuke YASUDA and Ryoya ISHIGAMI
要約
若狭湾エネルギー研究センターで He の入射エネルギーを数 keV 単位で変え、He+C と He+Si の共鳴励起関数を、後方散乱で観測される共鳴ピークプロファイルを利用して評価した。
Ｉ．緒言
我々は、He ビームを用いて炭素およびシリコンとの核共鳴現象を利用することにより、注入イオンの深さ方向の濃度分布測定法の確立を目指している。この核共鳴現象を利用した実験のためには、入射エネ
ルギーを変化させて応答（共鳴）を調べる必要がある。これまで若狭湾エネルギー研究センターでは、エネルギー可変の実験は積極的に行われてない。そこで現状で可能な加速電圧変更の方法で、エネルギ
ー可変の測定が実用かどうか、He の 2 つの核共鳴反応を利用して調べた。その結果を報告する。
Ⅱ．実験方法・結果
入射 He イオンと 12C との複合核共鳴反応 1）（共鳴エネルギー4.265MeV：半値幅 32keV）と 28Si との複合
核共鳴反応２）（共鳴エネルギー5.374MeV：半値幅 10keV）に着目し、RBS スペクトル上に観測される共鳴ピークプロファイルを、He イオンの入射エネルギーを変化させ詳細に調べた。それぞれ結晶性の固体標的を用い、入射エネルギーを共鳴エネルギー前後の 3-24keV の幅で振り、散乱角 160 度の RBS スペク
トルを測定した。炭素による RBS の結果を図-1(a)に、シリコンによる RBS の結果を図-2(a)に示す。
Ⅲ．結論
炭素とシリコンの RBS スペクトル図-1(a)及び図-2(a)は入射エネルギーで異なるスペクトルを示すが、共鳴ピークに着目すれば、それぞれ対応するエネルギーでその断面積（表面散乱）は等しくなる。そこ
で各共鳴ピークプロファイルを、そのエネルギーと規格化した断面積でつなぎ合わせた結果が図-1(b),図-2(b)である。この共鳴ピークプロファイルの包絡線が励起関数を示すことが分かる。また、加速器の設定した入射エネルギー値は、報告されている共鳴エネルギーより、炭素の共鳴（4.265MeV）から 10keV、Si の共鳴（5.374MeV）から 8keV、高い方へシフトしていることが分かった。

図-1 (a)：He+HOPG の RBS スペクトル（ｂ）：共鳴励起関数のプロファイル

図-2 (a)：He+Si の RBS スペクトル（ｂ）：共鳴励起関数のプロファイル

参考文献
１） A.F. Gurbich: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B160-163(2000)125-129.
2) Cheng Huan-sheng et al.: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B85(1994)47-50.
＊１
京都大学 放射性同位元素総合センター、＊２研究開発部 エネルギー材料グループ。

 52
52

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.3.1.8.組成分析と画像撮影機能を持つ可搬型X線分析装置の開発-文化財分析のためのポータブル蛍光X線装置の開発
Development of Portable X-ray Fluorescence Spectrometer with Radiography Function
安田啓介*1、チュルーンバートル バトチュルーン*1、川越光洋*2
Keisuke YASUDA, Batchuluun CHULUUNBAATAR and Mitsuhiro KAWAGOSHI
I.
緒言
X 線を用いた材料分析は測定対象を破壊せずに内部の様子や組成を測定することができ、考古学的な資料や埋蔵遺物の科学的な分析に威力を発揮する。本研究では小型で持ち運びができ、電池駆動も可能なポータ
ブル X 線分析装置を製作した。また、これを用いて埋蔵遺物等の文化財資料の科学的な分析を行った。
II.

装置の概要
開発した可搬型 X 線分析装置は X 線発生器、X 線検出器、X 線カメラ、および制御用 PC で構成される。X
線検出器には Si-PIN 検出器である Amptek 社の XR-100CR を用いた。この検出器の素子面積は 6 mm2、入射ベリリウム窓の厚さは 12.5Pm である。検出器のエネルギー分解能は 5.9 keV の Mn KD線に対して 161 eV と測定された。検出器からの信号処理には同じ Amptek 社の PX4 を用い、これを USB 経由で PC から制御した。X
線カメラには Rad-icon 社の RadEye-HR を用いた。このカメラの有感領域は 27 mm×36 mm であり、入射ベリリ
ウム窓、シンチレーター、および CCD カメラで構成される。入射ベリリウム窓を通してシンチレーターに入射したX 線が可視光に変換され、これを CCD カメラで撮影する。この X 線カメラはエネルギーが 5 keV から 90 keV の
範囲の X 線の撮影が可能である。制御は X 線検出器の信号処理モジュール（PX4）と同様に USB 経由で PC から行う。X 線発生器には W ターゲットを用いた管球型の Mini-X（Amptek 社）を用いた。これらの機器はケース内に設置する。ケースの材質、厚さは X 線が装置外部に漏れないように選定した。X 線発生器は 9V、X 線検出器と X 線カメラは 5V の電圧でそれぞれ動作する。そこで、装置本体には 9V の電圧を供給することとし、X 線発生器にはこれから直接、X 線検出器と X 線カメラには自作した電圧変換回路を通すことによって 5V に降圧された
電圧をそれぞれ供給した。装置本体には AC アダプタ、あるいは 9V バッテリーから電圧を供給する。バッテリーには三洋電機株式会社の KBC-9VS を用いた。このバッテリーを用いることによって１時間以上の連続測定が可能である。制御用 PC には DELL 社のノート PC である Vostro 1200（Celeron 540 プロセッサー、1GB メモリ、
Windows XP）を用いた。装置本体、PC ともにバッテリーで動作させることができるため、本測定装置は商用電源が利用できない場所でも使用することが可能である。
III.
文化財資料の測定試験試作した X 線分析装置を用いて一乗谷朝倉氏遺跡から出土したガラス玉の測定を行った。試料の写真、X 線
透過画像、蛍光 X 線スペクトルを図－１に示す。X 線透過画像では試料部分に濃淡が見られ、内部の密度の違いを測定できていることが分かる。また、蛍光 X 線分析では鉛が検出され、ガラス玉が鉛ガラスでできていることが明らかになった。

図－１ 遺跡から出土したガラス玉の写真（左上）と X 線透過
画像（左下）、および蛍光 X 線スペクトル（右）。
*１エネルギー材料グループ、*２福井県立一乗谷朝倉氏遺跡資料館
本研究は、福井県立一乗谷朝倉氏遺跡資料館との公募型共同研究として実施した。

 53
53

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.3.2.材料照射損傷評価技術開発
4.1.3.2.1.酸化亜鉛系電子デバイスの耐放射線特性に関する研究

飽和ドレイン電流 照射前の値をとした

端子間抵抗（照射前の値をとしたRadiation Hardness of ZnO-Related Semiconductors and Devices
矢野満明*１、小池一歩*１、佐々誠彦*１、權田俊一*１、石神龍哉*2、久米恭*2
Mitsuaki YANO, Kazuto KOIKE, Shigehiko SASA, Shun-ichi GONDA, Ryoya ISHIGAMI and Kyo KUME
Ｉ．緒言
高い放射線耐性が期待できるが研究例が少ない ZnO 系半導体について、8MeV あるいは 200MeV に加速したプロトンビームを照射したときの特性劣化を調べた。また、ZnO/Zn0.7Mg0.3O ヘテロ接合膜と Ga0.7Al0.3As/GaAs
ヘテロ接合膜で高電子移動度電界効果トランジスター（HEMT）を作製し、照射による劣化特性を比較した。
ＩＩ．内容
実験に供した試料は、ZnO バルク単結晶、分子線エピタキシー法で D 面サファイア基板上へエピタキシャル成
長させた ZnO 単層膜と ZnO/Zn0.7Mg0.3O ヘテロ接合膜、比較のための GaN バルク単結晶と Ga0.7Al0.3As/GaAs
ヘテロ接合膜の 5 種類である。何れも n 型伝導を示し、室温におけるキャリア密度は ZnO 単層膜と 2 つのバルク単結晶が 1017cm-3 台の前半、ZnO/Zn0.7Mg0.3O ヘテロ接合膜が 1012cm-2 台後半、Ga0.7Al0.3As/GaAs ヘテロ接合膜が 1012cm-2 台前半であった。HEMT に加工した 2 つのヘテロ接合膜のキャリアは、接合界面で 2 次元電子ガスを形成している。8MeV のプロトン照射は真空中で行い、試料温度の上昇を避けるために 0℃に保った冷却ステージに試料を配置した。200MeV のプロトン照射は大気中で行い、ビーム密度が 2 桁以上低いので試料ス
テージは冷却しなかった。
*D1バルク単結晶*D1基板
図 1 に、8MeV のプロトンビームを照射中に測=Q2基板*D$O$V*D$V=Q2薄膜
定した電気抵抗の変化（照射中の抵抗をそれ
ヘテロ構造膜=Q2バルク単結晶=Q2=Q0J2ヘテロ構造膜

ぞれの試料の照射前の抵抗値で規格化）を示$O*D$V*D$Vヘテロ構造膜す１）。抵抗の上昇が損傷の進行を表わしている。
2 つのバルク単結晶を比較すると、ZnO の放射=Q2薄膜
線耐性は GaN よりもさらに 1 桁高いことが判る。
一方、ZnO バルク単結晶を ZnO 単層膜やZnO/Zn0.7Mg0.3O ヘテロ接合膜と比較すると、
=Q2=Q0J2伝導電子が 2 次元化するにつれて耐性が高く
ヘテロ構造膜なっている。同様な次元依存性は GaAs 系を始 めとする他の半導体でも観測されており、損傷
(
(
(
(
(
(







0H9プロトンビーム照射量SFPの 3 次元的な拡がりに対する伝導キャリアの局
在効果のためである。このことから、GaAs バル
図-１ 8MeV プロトンビーム照射による抵抗増加
ク単結晶の耐性は Ga0.7Al0.3As/GaAs ヘテロ接
合よりも低いと考えられ、バルク単結晶の放射線耐性は ZnO＞GaN≫GaAs の順に高いと判断できる。なお、照射初期における ZnO 単=Q2系+(07
層膜と ZnO/Zn0.7Mg0.3O ヘテロ接合膜の抵抗減少は、吸着していた水分の脱離に伴う表面空乏層幅の増加によるもので、ZnO の表面敏
感性が高いことを反映している。
*D$V系+(07
図 2 は、200MeV のプロトンビームを照射した HEMT の飽和電流の
変化（照射前の値で規格化）で、ZnO/Zn0.7Mg0.3O HEMT の耐性が
Ga0.7 Al0.3As/GaAs HEMT よりもはるかに高いことを示している２）。こ




の結果は 8MeV プロトン照射の結果と一致するが、別途、チャネルを
0H9プロトンビーム照射量 SFP形成する ZnO/Zn0.7Mg0.3O ヘテロ接合膜自体は実験範囲の 200MeV
図‐2 200MeV プロトンビーム照射にプロトン照射で全く劣化しないことも判明した。そこで、1014p/cm2 以
よる HEMT の出力電流変化
上における ZnO/Zn0.7Mg0.3O HEMT の若干の劣化は、ゲート絶縁層に用いた HfO2 の帯電あるいはソース・ドレイン電極のオーミック特性の劣化（高抵抗化）に起因すると思われる。
参考文献
１）K.Koike, M.Yano et al.: SIMC XVI, June 19-23, 2011, Stockholm
2) S.Sasa, K.Koike et al.: IEEE IMFEDK2011, May 16-18, 2011, Osaka*１
大阪工業大学ナノ材料マイクロデバイス研究センター、*２若狭湾エネルギー研究センター研究開発部
本研究は、大阪工業大学が（財）若狭湾エネルギー研究センターの公募型共同研究として実施した.

 54
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若狭湾エネルギー研究センター成果報告（平成 22 年度）

4.1.3.2.2.太陽電池の低エネルギー陽子線照射に関する研究
Study on Low-Energy Proton Irradiation Effects on Space Solar Cells
今泉 充*1，チュルーンバートル バトチュルーン*2，安田啓介*2
Mitsuru IMAIZUMI, Batchuluun CHULUUNBAATAR and Keisuke YASUDA
Abstract
Radiation resistance of the newly-developed InGaP/GaAs thin-film space solar cell for low-energy protons isdiagnosed. Protons with energies of 50-150keV have been irradiated on the cell. The derived remaining factorsof short-circuit current, open-circuit voltage and maximum power at the fluence of 1×1012 cm-2 are comparedwith the results obtained at JAEA. The degradation tendencies obtained at WERC and JAEA show good
agreement.
要約
新規開発した InGaP/GaAs 宇宙用薄膜２接合太陽電池に対し，50～150keV の陽子線を照射し耐放射線性を検証した．その結果，フルエンス＝1×1012 cm-2 照射した場合の短絡電流，開放電圧，最大電力の保存率が求められ，その傾向は原子力機構高崎で得られた同程度のエネルギーの陽子線照射の結果とよく一致した。
I. 緒言
宇宙空間において太陽電池を劣化させる原因となるのは主に電子と陽子であり，そのエネルギーと飛来量の関係は宇宙空間の位置により異なる．従って，宇宙機に用いられる太陽電池の劣化を予測し太陽電池パドルを設計するには，使用する太陽電池の放射線劣化の振舞いを正確に知る必要がある。
本研究は，特に損傷効果の大きい 150keV 以下の低エネルギー陽子線による宇宙用太陽電池の放射線劣化の評価を目的とする．今回は新規開発した InGaP/GaAs 宇宙用薄膜２接合太陽電池の低エネルギー陽子線に対する耐放射線性を検討した。
II. 実験JAXA が 21 年度に開発した，宇宙用 InGaP/GaAs 薄膜２接合タンデム太陽電池（サイズ：2cm×2cm）に対し，マイクロ波イオン源イオン注入装置を用いて低エネルギー陽子（1 価水素イオン）を照射した。エネルギーは 50，
100，および 150keV とした。ビームは走査せず，拡散ビームの中心 3cm×3cm を照射領域とした。ビーム電流は100nA とし，このときのフルエンス率は 6.9×1010 p+/cm-2sec である。フルエンスは電流積算器を用いて測定，制御した。なお，照射時の試料温度は室温，成行で，実測値は約 28℃である。太陽電池の出力特性は，JAXA 筑
波宇宙センターの宇宙太陽光シミュレータを用いて照射前後で測定し，その差から保存率（照射後の値の初期値に対する率）を求めた。
III. 結果と考察
図―１に，得られた短絡電流（Isc），開放電圧（Voc）および最大電力（Pmax）の保存率（WERC と記載）を，原子力機構高崎にて実施した照射試験から得られた結果（JAEA と記載）と重ねて示す。本実験の低エネルギー領
域では保存率は JAEA の結果とよく一致しており，保存率すなわち劣化量に対する信頼性が得られた。また，
JAEA では微小スポットビームの走査で照射しており，拡散ビームの照射とで有意な差，影響はないことが確認された。さらに，従来の宇宙用 InGaP/GaAs/Ge３接合太陽図―１ 薄膜２接合太陽電池における出力値劣電池と比較して，薄膜２接合太陽電池の耐放射線性の化の陽子線エネルギー依存性
優位性が認められた。
参考文献
1)M. Imaizumi et al., Proc. 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., Philadelphia (2009), CD.

*１

宇宙航空研究開発機構 研究開発本部，*２研究開発部 エネルギー材料グループ
本研究は、（独）宇宙航空研究開発機構と若狭湾エネルギー研究センターの共同研究としてとして実施した。
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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

  4.1.3.2.3. イオン照射を用いた原子炉構造材料劣化に関する研究
Research on Irradiation Effects of Nuclear Reactor Structure Material
by Ion Beam*1
石神龍哉 、チュルーンバートル バトチュルーン*1、大谷暢夫*2、福元謙一*3
Ryoya ISHIGAMI, Chuluunbaatar BATCHULUUN, Nobuo OHTANI and Ken-ichi FUKUMOTO
要約
ステンレス鋼試料をイオン照射し、硬度試験装置を用いた極微小領域変形試験と透過型電子顕微鏡装置を用いた観測によって、照射された試料における硬度の変化、及び、転位の発生とその伝播を観測する技術を確立した。又、中性子照射をイオン照射で模擬する手法について、中性子とイオンで損傷の原因となる核反応を比較評価するとともに、陽子線照射において、照射後の試料中への水素の残存の有無を、加速器を用いた測定実験によって確認した。
Ⅰ．目的
軽水炉材料の照射による劣化の一つとして、照射誘起応力腐食割れ(IASCC : Irradiation Assisted Stress
Corrosion Cracking)があり、高経年化および高燃焼度化による原子炉構造の劣化事象として懸念されている。
IASCC は、中性子による照射欠陥の蓄積で、従来とは異なる塑性変形機構による変形が生じることに起因する。
本研究では、IASCC に係る局所変形と転位チャンネルの発生の機構を解明し、軽水炉材料の余寿命評価等、
高経年化に対応する為の評価手法を開発する。
原子炉材料の中性子照射損傷にかかわる評価・研究を、中性子照射実験によって実施することは、近年、益々困難となっており、イオンビームを用いた実験研究が不可避である。ここでは、イオンビーム照射によって中性子照射を模擬する手法について、その課題を評価する。
Ⅱ．内容
１．照射試料における転位の発生・伝播に関わる実験手法の確立
予備的な実験結果に基づいて、ヘリウムイオンについて適切な照射量を評価し、ステンレス鋼試料に照射した。結晶の方向に対して適切な荷重方向を決定し、顕微鏡画像によって選択された荷重点の極微
小領域に荷重した。変形した領域を透過型電子顕微鏡で観察する事によって、転位の発生と伝播を確認した。
２．中性子照射をイオン照射で模擬する手法についての評価
照射損傷の原因となる中性子または陽子の散乱反応(核反応）のデータを用いてシミュレーションを行
い、照射損傷を評価する際に用いられる同一の dpa 値でも、中性子による反応と陽子による反応で、はじき出し反応に 3 倍程度の差がある事を確認した。
イオン注入装置によって陽子線照射されたステンレス鋼試料中への水素ガスの残存を、加速器で得られるヘリウムビームによる ERDA 法で分析し、注入された陽子(水素ガス）が、試料中に残存しない事を確認した。
*１

研究開発部 エネルギー材料グループ、*２協力研究員、*3 福井大学大学院
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力・日本原子力発電・北陸電力の 3 社から受託し、福井大学と共同で実施した。


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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.3.2.4.原子炉燃料模擬物質の照射損傷評価法の開発
Development of radiation damage characterization method for nuclear fuel simulation materials
笹瀬雅人*1、石川法人*2
Masato SASASE and Norito ISHIKAWA
本研究は、高エネルギー粒子を照射することにより、原子力燃料模擬セラミックス (CeO2)中に形成される損
傷度および損傷寸法の定量化、および高照射量領域での複雑な損傷状態の組織観察を系統的に行うことにより、燃料体の損傷評価法を開発することを目的とする。
H22 年度は、酸化物セラミックス (CeO2)に、高エネルギー粒子を照射することによって損傷が形成する挙動
を透過型電子顕微鏡観察により直接観察した。また、高照射量領域での損傷評価を行うことで、損傷同士のオーバーラップによる効果を定量化し、本研究を通して構築した損傷評価法の有効性を検証することを目的とする。
CeO2 セラミックス薄膜（厚さ約 0.3μm）に対して、日本原子力研究開発機構・東海研究開発センターの 20 MV
タンデム加速器から供給される高エネルギー重イオン Au, Xe,イオンなど)を高照射量（1x1013 ions/cm2 レベル）まで照射した。
若狭湾エネルギー研究センターにおいて、照射後試料の損傷状態の評価を可能にするために、微細加工方法を工夫し、照射後電顕観察用試料の作製にまでこぎつけることができた。その試料に対して、透過型電子顕微鏡を用いて、照射損傷状態、特に高エネルギーオン照射時に特有な欠陥、すなわちイオントラックを観察し、定性的な評価を行った。その結果、酸化物セラミックス CeO2 中での高密度電子励起効果と損傷を表すイオント
ラックとの定性的な相関について明らかにすることができた。
H23 年度には、構築した損傷評価法の信頼性を向上させるとともに、 上記の相関についての定量的な評価を行う予定である。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 日本原子力研究開発機構
本研究は、若狭湾エネルギー研究センターが日本原子力研究開発機構と共同で実施した研究の一部である。

4.1.3.2.5. 高エネルギーイオン照射によるAlCu合金の表面硬度制御
Modification of Surface Hardness of AlCu Binary Alloy by Using High Energy Ion Irradiation
岩瀬彰宏*1、光田智昭*１、久米恭*２、石神龍哉＊２
Akihiro IWASE, Tomoaki MITSUDA, Kyo KUME, Ryoya ISHIGAMI
固溶限以上の濃度の添加元素を過飽和に含む金属合金においては、高エネルギー放射線照射によって、分散状態にあった過飽和固溶元素が析出し、微小析出物が形成されることがある。この現象は、放射線照射によって形成された格子欠陥の熱拡散にともなって、それと相互作用をする添加元素の拡散が、熱拡散が生ずる温度よりもずっと低温で起こるためである。この現象は、照射促進偏析（radiation enhanced segregation）と呼ばれ、過酷な放射線環境下で使用される合金材料においては、それによる材料の脆化が問題となる。しかし、熱平衡下では起こりえない低温での溶質原子の拡散や、それによる析出を利用して、材料の硬度を部分的に制御できる可能性も、この現象は秘めている。そこで我々は、若狭湾エネルギー研究センターのタンデム加速器を利用して、AlCu 軽合金に水素やヘリウムイオン照射を行い、試料表面の硬度を、マイクロビッカース硬度計を用いて評価した。実験に用いた AlCu 合金は、アーク溶解を用いて純アルミ、純銅を原材料に用いて作製したものである。
試料作製後、温度を４００℃に保ち数時間熱処理して Cu 原子を試料内に均一に分散させたのち、０℃の水中へと急冷したものを照射実験に用いている。照射およびビッカース硬度測定の結果、主に２つの結果が得られた。
まず１つは、硬度がイオン照射量とともに増加していくことである。これは、イオン照射量を変えることにより、合金の硬度を自由に制御できることを示している。２番目の重要な結果は、表面数ミクロンｍまでの硬度のみがイオン照射により増加していることである。このような局所的な硬度制御は従来の熱処理や強加工法では実現できないものである。これらイオン照射に特有な硬度制御法を用いることにより、表面は硬くて耐摩耗性がすぐれており、一方内部は靱性を保っているといった傾斜材料を容易に作成できることを本実験結果は示している。
＊１
大阪府立大学、 ＊2 研究開発部・粒子線医療研究グループ、エネルギー材料グループ。
本研究は、若狭湾エネルギー研究センターが大阪府立大学と共同で実施した研究の一部である。

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4.1.3.3. 加速器運転技術の高度化
4.1.3.3.1.若狭湾エネルギー研究センター加速器施設の現状
Current status of the accelerator facility at the WERC
羽鳥聡 、栗田哲郎 、林豊*1、山田裕章*1、島田麻亜久*1、小田桐哲也*1、中田吉則*1、山口文良*1、
淀瀬雅夫*1、長崎真也*1、香川弘成*1、山本久雄*1、峰原英介*1、福本貞義*1
Satoshi HATORI, Tetsuro KURITA, Yutaka HAYASHI, Hiroaki YAMADA, Mark SHIMADA,
Tetsuya ODAGIRI, Yoshinori NAKATA, Fumiyoshi YAMAGUCHI, Masao YODOSE, Shin’ya NAGASAKI,
Hiroshige KAGAWA, Hisao YAMAMOTO, Eisuke J. MＩＮＥＨＡＲＡＩ and Sadayoshi FUKUMOTO*1*1

2000 年より実験研究にビーム供給をはじめた若狭湾エネルギー研究センター加速器施設は 10 年という節目を迎えた。加速器施設はがん治療のための臨床照射研究という大きな目標があり、2002 年から 2009年 11 月までに 62 人の治療照射を行った。しかし、加速器の利用目的はがん治療にとどまらないため、加速器の保守・運転体制を少しずつ拡充し、一日を複数の研究テーマでシェアし、タンデム加速器の総発電
時間は年間 4000 時間を越えるまでになってきた。臨床照射は 2009 年度で終了し、福井県立病院に新設される施設に舞台を移した。2010 年は新たな 10 年の始まりの年であった。
しかし、実験供用開始に先立つ 1998 年、日新ハイボルテージ社（現 NHV コーポレーション）工場で発電を開始して以来、一度も、その絶縁構造物の交換を行うことなく、高周波整流型タイプのタンデム加速器としては最高電圧、発電時間ともトップレベルの稼働を強いられてきた。’08 年に発電用倍電圧多段整流回路の組み上げられている絶縁コラム内部で整流回路を短絡するような損傷が発生し、高周波発振回路の共振特性悪化を引き起こし、整流回路、発振器に損傷を与えた。絶縁コラム表面も整流回路をバイパスするような無数の放電痕に覆われ、発電効率がそこなわれた。’10 年度はその放電痕除去のため、運転開始
が 6 月にまで遅れることとなった。
長年の発電により、劣化した絶縁性能を回復するために絶縁コラムを全て交換することとした。その作業のため、加速器利用実験は 12 月で終了した。そのため、タンデムの発電時間は 2000 年以降最も短い
2838 時間に留まった。
シンクロトロン利用実験は、医療照射が行われなくなった時間だけ圧縮される形となった。しかし、今後、
重イオンビームのシンクロトロン加速の需要が考えられる。そのため、シンクロトロン内の真空度の向上をめざすべく、排気速度、総排気量の落ちたイオンポンプをすべて交換した。空気中に含まれたりタンデムで荷電変換ガスとして用いられるアルゴンの影響を排除するために、希ガスの排気に対応したポンプとした。
さらに、加速高周波の制御をフィードバックループを含め完全にデジタル化しノイズに強いシステムを構

図１ タンデム運転時間（発電時間）の推移＊

研究開発部・加速器グループ。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

築する研究を行っている。加速高周波制御系のデジタル化、遠隔化に関する開発、デジタル化のため
フィードバックループの解析に関する研究、および真空系更新に関しては稿を割き、さらに詳しく報告す
る。



4.1.3.3.2. W-MAST シンクロトロンのイオンポンプの更新
Upgrade of Ion Pumps of W-MAST Synchrotron
栗田哲郎*、羽鳥聡＊、林豊＊、香川弘成＊、長崎真也＊、中田吉則＊、小田桐哲也＊、島田麻亜久＊、山田裕章＊、
山口文良＊、淀瀬雅夫＊、峰原英介＊
Tetsuro KURITA, Satoshi HATORI, Yutaka HAYASHI, Hiroshige KAGAWA
Shinya NAGASAKI, Yoshinori NAKATA, Tetsuya ODAGIRI, Mark SHIMADA, Hiroaki YAMADA,
Fumiyoshi YAMAGUCHI, Masao YODOSE, and Eisuke MINEHARA
現在、W-MAST のシンクロトロンの真空度の改善しカーボンビームの出射電流量の増強に取り組んでいる 1)。その一環として、老朽化した
イオンポンプ ANELVA 140L/s を ULVAC アクターポンプ 220L/s に交換した。交換前後の真空度の分布を図−1 の赤線に示す。イオンポン
プで測定される真空度は向上したため平均の真空度の 7.5×10-6[Pa]になった（図−１赤線）。
しかし、イオンゲージで測定される真空度は変化していないため、実際のビームが通る領域での真空度はほとんど変化していない可能性がある。
イオンポンプ交換による真空度向上のビーム 図−1：真空度の分布。青:対策前の真空度、緑:クライオポ
ンプ導入, O-ring 交換, ベーキング実施後, 赤:イオンポン
電流への評価が待たれている。
プの排気速度向上後

参考文献 １）栗田哲郎 他、若狭湾エネルギー研究センター成果報告書、112, 14, (2011)＊

研究開発部・加速器グループ。

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4.1.3.3.3. シンクロトロンのビームフィードバックループの周波数特性
Frequency Characteristics of Beam Feedback Loop of the Synchrotron
栗田哲郎*1
Tetsuro KURITA
Abstract
The RF control system of the synchrotron of W-MAST have been upgraded. Transfer functions of beam
feedback loops of the system are introduced. The frequency characteristics and the stability of the beam
feedback are estimated.
要約
現在開発中の W-MAST のシンクロトロンの加速高周波制御系のフィードバックループの伝達関数および周波数特性を計算した。それによって、ビームフィードバックの安定性を評価した。
現在、W-MAST のシンクロトロンの加速高周波の制御系を更新し、発振器である DDS を本体室から制御室に移動し、フィードバック信号を ADC で取り込み DDS の出力に反映させるシステムを構築している 1)。
制御室から本体室への高周波信号の伝送および ADC による時間遅れによるフィードバックループの安定に性への影響を確認する為に、図−1 のモデルで計算を行った。
各ループの伝達関数は次のように記述できる 2)。

*0H  /F / G VV
V 2  3H / F VV  ZVc2(1)

9Uc Z V2  'H  2/ F  /G V
9U V 2  3H / F VV  Z V2

(2)

'X(V)
9Q

'5(V)
9Q

Z V2*0H  /F / G V
KKZ U V 2  3H / F VV  ZVc2[SZVc Z V 1  'H  2/  / V , 3
F

'

G

(3)

*0* S J S ,*0 1 U [ S JU
KKZ U

図−1：フィードバックループの計算モデル

ここで、P 0 [rad]

加速 RF の位相の変化

P E [rad]

ビーム位相の変化* S [V/rad] phase detector の特性。

1 U [V/m]*0 [(rad/s)/V]
JS±5V/±180 度
ポジションモニタの特性。
0.22 V/mm
フィードバック信号と周波数の変換。1MHz/5V
Δφフィードバックのゲイン

JU

JU0

V  Z1V

Z V [rad/s]
Z U [rad/s][ S [m]ΔR フィードバックのゲイン
シンクロトロン周波数〜1.5kHz
周回周波数。計算では 2 MHzとした。
ポジションモニタの位置での分散/F ケーブルによる時間遅れ/G〜0.5μsec
ADC による時間遅れ〜10μsecである。
ポジションモニタによって検出される位置信号のループをΔR ループ、ビームと高周波の位相差信号のルー
プをΔφループと呼ぶ事にする。式(1)はΔφループの閉ループ伝達関数、式(2)はΔR ループの一巡伝達関数、式(3)はΔR ループの閉ループ伝達関数である。
最適なΔφフィードバックゲイン J S は、Δφループの閉ループ伝達関数（式（1））の臨界制動の条件より求め

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

られ 〜0.015 とした。必要なΔR フィードバックのゲイン は、 9Uc 9U V 0 ! 1 の条件より求められる。必要な JU は

周回周波数 Z U が高くなると大きくなるので、フラットトップの周回周波数(5MHz)で決定し JU0 〜-0.019 とした。

以上のフィードバックゲインにおける各伝達関数のボード線図を図−2,3,4 に示す。赤線がフィードバックが無い場合の周波数特性であり、フィードバックを動作させた場合の周波数特性が緑線である。
図−2 はΔφループの閉ループ伝達関数のボード線図である。フィードバックにより、シンクロトロン振動の周波数の位置にあったピークが抑制されている、すなわちシンクロトロン振動が抑制できていることがわかる。
図−3 はΔR ループの一巡伝達関数のボード線図である。この図より、ΔR フィードバックの安定性が判別できる。位相余裕は 90 度、ゲイン余裕は 26dB 程度であるので、安定条件を満たしている。また、Δφフィードバック
をオフにした場合（赤線）、シンクロトロン振動周波数に位置にピークが現れる。すなわち、ΔR フィードバックにはΔφフィードバックが必要なことがわかる。
図−4 はΔR ループの閉ループ伝達関数のボード線図である。フィードバックによりピーク特性が抑えられていることがわかる。外乱 9Q のビーム位置ΔR への影響は、最大で '5 9Q ~ 0.15 [m/V]程度である。フィードバ
ックが無い場合に比べて半分以下に抑えられている。周波数が低くなればさらに小さくなる。
いずれのボード線図でもシンクロトロン振動の周波数の数倍の領域から AD 変換による時間遅れの影響で位相遅れが顕著になるが、ゲインにピーク特性は現れていないため、安定した制御が行えると期待できる。
実際にビームを使用した試験が待たれている。

図−3： ΔR ループの一巡伝達関数

図−2：Δφループの閉ループ伝達関数

図−4：ΔR ループの閉ループ伝達関数

参考文献
２）栗田哲郎“W-MAST シンクロトロンの加速高周波制御系の更新”,若狭和エネルギー研究センター成果
報告集 13, (2010)３）二宮重史 “陽子シンクロトロンの高周波加速装置”, OHO’89, (1989)＊

研究開発部・加速器グループ。

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4.1.3.3.4. W-MAST シンクロトロンの加速高周波制御系の更新
Upgrade of the RF Control System of W-MAST Synchrotron
栗田哲郎*1
Tetsuro KURITA
従来の W-MAST のシンクロトロンの加速高周波の制御系は、主発振器として Direct Digital Synthesizer(DDS) が使用され、Digital Signal Processor (DSP) によって制御されていた。ビームフィードバック成分の副発振器として VCO が用いられ、DDS の出力に周波数加算されていた。このシステムは次のような問題を抱えていた。
xDSP および DDS が放射線環境下であるリング内に設置されており、 放射線の影響で頻繁にエラーによる停止もしくは動作の異常が発生する。
xフィードバック信号が制御室から本体室まで搬送されており、その間でノイズが重畳する。このため、ビーム
フィードバックが動作していない捕獲中や出射中に不安定性がある。
xハードウェアおよびソフトウェアが古く、メンテナンスおよび改良ができない。
このため、次のような改良を施した加速 RF 制御系を開発中である。
xDSP/DDS を制御室に移し、放射線環境下から退避させる。
xフィードバック信号は ADC（100kHz） で DSP で取り込み、DDS の出力に加算する。発振器 は PLL によって水晶発振器にロックし、VCO は使用しない。
さらに、次のような機能を盛り込む。
x２倍高調波の制御出力を統合し、DDS の出力に追随させる。
xB-Clock ではなく、DSP の T-Clock によって、周波数の更新を行えるようにする。
以上の加速 RF 制御系の更新の様子を図 1 に示す。現在、このシステムのインストールを完了した、ビーム試験が待たれている。

図−1：シンクロトロンの加速高周波制御系の概念図＊

研究開発部・加速器グループ。

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4.1.3.3.5.超伝導加速器を用いた陽電子ビーム発生法に関する研究
Developmental Research Program of the Positron Beam Source
Utilizing A Superconducting Accelerator System
峰原英介＊
Eisuke J. MINEHARA
産業技術総合研究所つくばの極微欠陥計測グループと共同して超伝導加速器を用いた陽電子ビーム発生法の共同研究を行ってきた。陽電子顕微鏡、陽電子微小欠陥計測器などの最先端陽電子ビーム計測
性能限界を極限まで拡大するため、その隘路であった偶然の同時計数誤差が大きなパルスビームをやめて最適なＣＷビーム発生可能な超伝導加速器システムの開発研究を行っている。必ずしもＣＷでなくても擬似的にＣＷと見做せるか、その性能劣化が少ないほど尖頭電流値が大きくない場合は含めることにしている。併せてこの超伝導加速器システムを産業利用可能で、安価で、使い易い、可搬型とする開発研究も行ってきた。
超伝導加速器を用いて陽電子ビームを発生するための技術的な検討を行い、その陽電子発生システムの最適設計や、陽電子顕微鏡などの最先端陽電子ビーム計測機器など各種構成デバイスのより実用的な仕様についてまとめた。
陽電子発生システム、陽電子顕微鏡などの最先端陽電子ビーム計測機器と超伝導加速器装置は産業技術総合研究所つくば中央サイトに設置し、冷凍装置の設計検討は若狭湾エネルギー研究センターにおいて実施した。また東工大原子炉工学研究所が主導した、ビーム光学設計検討成果をこの研究開発にも利用する予定である。 Ｈ２１年度は伝導加速器を用いた陽電子ビーム発生法の概念設計、準備、検討を行った。陽電子顕微鏡などの最先端陽電子ビーム計測性能限界を極限までの拡大するため、その隘路であったビーム発生を最適にできる超伝導加速器システムの具体的検討を行った 1)。Ｈ２２年度は陽電子ビーム発生用超電導加速器システムの冷凍機、加速器本体モジュールなどの要素技術の開発改良を行い、下の図のように冷却能力試験を行った 2)。Ｈ２３年度は電子源やＲＦ源等の要素技術の開発改良を行い、電子加速の準備試験を行う予定である。
この開発が成功すれば、超伝導加速器を用いた陽電子ビーム発生法の実用化が期待される。ＣＷ加速
は同時計測を行う陽電子計測に最適であり、飛躍的に高い精度や計測効率などの実現が期待される。こ
れらの成果により、超ＬＳＩなど極微細構造物の極微欠陥検査に使用できる陽電子ビームの利用が可能となると期待される。図１は、冷却成功直後の超伝導加速器で、図 2 は、定常的に液体 He 温度まで冷却に成功した超伝導加速装置の記念写真である。図３は、超伝導加速器モジュールとシールド冷凍機固定架台及び周辺機器の全景写真である。

図１、冷却試験直後の超伝導加速器と周辺機器。

図２、定常的に液体 He 温度まで冷却に成功した超伝導加速装置。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

図３、超伝導加速器モジュールとシールド冷凍機固定架台及び周辺機器。
参考文献
１）峰原英介:若狭湾エネルギー研究センター年報、平成 21 年度第 1２巻 18 頁, (2009)。
２）B. E. O’Rourk(AIST), E. Minehara(WERC), et.al.,: Rev.Sci.Instruments, Accepted,, “Simulations of slow
positron production using a low energy electron accelerator”.

＊

研究開発部・加速器グループ。
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが（独）産業技術総合研究所との共同研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.1.3.3.6.実用型加速器の開発
Development of the Superconducting Accelerator Module Usable for Industrial Applications
峰原英介＊
Eisuke J. MINEHARA
東京工大原子炉工学研究所と産業技術総合研究所つくばと協力して実用的な小型超伝導加速器について総合的な開発をおこなっている。特に超伝導加速器の利用を拡大するため、その隘路であった冷凍機と空洞共振器を安価に簡便に利用できる超伝導加速器システムの新規の開発研究を行った。併せてこれを産業利用可能で、可搬型とする開発研究も行った。
この共同研究で、目標或いは内容としたのは次の 3 点である。
①医療・産業用電子線照射装置の小型化・効率化による超伝導加速器の利用可能性の調査。
②クライオスタット（極低温冷凍装置）熱履歴故障低減技術と冷凍機低速運転とコールドメンテによる省エネ技術の開発。
③実用的な小型超伝導加速器概念設計 1)と内製化技術開発。
上記目標或いは内容３点は、①が応用をまず医療・産業用とし、小型化効率化で利用可能性調査 2)を行
うこと、②はこの技術で隘路となる冷凍装置と冷凍機についての開発を挙げて，③では実用化のまえに
概念設計とコスト的にネックとなる高価な部品の内製化に必要な技術について研究開発を行った。
この研究は、H21 年度から進めており、初年度は、東工大と可能性試験調査の実施と冷却試験成功、共同で加速器の整備、医療・産業分野における超伝導加速器の利用可能性の調査、H22 年度は複数の国
内外特許出願対応、共同で加速器の試験準備整備、国内外学会発表、国際加速器会議と電子源と光源の上海ﾜｰｸｼｮｯﾌﾟ 3)などで発表、研究会発表、論文 1)等。医療用超伝導電子線加速器の可能性試験調査の実
施、複数の国内外特許出願、国内外学会発表、国際会議発表、研究会発表、論文等の作業を行った。
H23 年度は、①医療・産業用超伝導電子線照射装置の小型化・効率化、その応用可能性調査 ②熱履
歴低減、冷凍機低速運転、コールドメンテなど極低温省エネ技術の開発③実用的な小型超伝導加速器概念設計と内製化技術開発を行う予定である。図１は冷却試験前の液体ヘリウム貯槽、予冷用液体窒
素の移送管など周辺機器の整備で、図 2 は液体 He 温度まで急速冷却を行う簡易冷凍装置試験の様子である。

図１、冷却試験前の液体ヘリウム貯槽、予冷用液体 図２、液体 He 温度まで急速冷却を行う簡易冷凍装
窒素の移送管など周辺機器の整備。
置試験の様子。
参考文献
１）B. E. O’Rourk(AIST), E. Minehara(WERC),and N.Hayashizaki(TIT) et.al., Rev.Sci.Instruments, Accepted,,“Simulations of slow positron production using a low energy electron accelerator”.
２）峰原英介:若狭湾エネルギー研究センター年報平成 21 年度第 1２巻 19 頁, (2009)。
３）E.J. Minehara(WERC): Abstracts Book of China-Korea-Japan Joint Workshop on electron/photon sources
and applications, “The Compact Superconducting rf Linac based FEL Technologies and Applications for
Nuclear Decontamination, Eisuke Minehara (WERC, Japan)”.
＊
研究開発部・加速器グループ。本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが（独）産業技術総合研究所と東京工業大学との共同研究として実施した。

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4.1.3.3.7 地球温暖化係数が大きなＳＦ６ガスの完全回収装置に関する研究
A Full Recovery System for SF6 Gas as A High Global Warming Potential
峰原英介＊
Eisuke J. MINEHARA
１．目的
この共同研究の目的は、温暖化ガスであるＳＦ６ガスの環境への放出を完全にゼロとするため、極低温吸着真空ポンプ（機械式クライオポンプとモレキュラーシーブス等の液体窒素など液冷媒冷却クライ
オソープションポンプ）を用いたＳＦ６ガス完全回収装置を開発することである。特に、若狭湾エネル
ギー研究センターを含めて、静電加速器は、残留するＳＦ6 ガスの放出が大きく、温暖化に大きく寄与するので、通常型のＳＦ６ガス回収装置に付加し、完全回収するため、実用的なＳＦ６ガス容量の試験と将来の実用的な規模のシステムの試作と実用化の研究を進めた。
２．内容
開発内容は、主に以下の 2 点である。
①極低温吸着真空ポンプ（機械式クライオポンプとモレキュラーシーブス等の液体窒素など液冷媒冷却
クライオソープションポンプ）を用いたＳＦ６ガス完全回収装置開発に必要な試験や技術的な問題の検討とその解決を行う。これによりＳＦ６ガス完全回収装置技術を実用化する。
②ＳＦ６ガス完全回収装置システムの最適設計や、各種構成デバイスの実用的な仕様についてまとめる。
この温暖化ガスであるＳＦ６ガスの環境への放出を完全にゼロとする、世界に類例のないＳＦ6 ガス
完全回収システムを実用化できると考えられた。安価に簡便に利用できる同システムの大規模システムの設計検討がであり、これに必要な主要要素の製造検討を行った。 初歩的確認として、1 気圧 200L
程度の SF6 ガスの吸着と 200L の容積で数トール程度の減圧時の吸着排気速度が数時間以内であることを確認できた｡
SF6 ガスの提供と実用化のための種々の回収試験を株式会社ＡＴＯＸが担当して、システム設計開発、試験方法の開発は若狭湾エネルギー研究センターが担当して実施した。
Ｈ22 年度に温暖化係数２４０００と最も影響の大きな温暖化ガスの一つであるＳＦ６ガスの環境への放出を完全にゼロとするため、借用した極低温吸着真空ポンプ（機械式クライオポンプ）を用いたＳ
Ｆ６ガス完全回収装置に関する大容量吸着研究を行った。モレキュラーシーブス等の液体窒素など液冷
媒冷却クライオソープションポンプを用いるシステムを設計検討した。特に通常型のＳＦ６ガス回収装
置に付加するため、実用的なＳＦ６ガス容量の試験と将来の実用的な規模のシステムの試作と実用化の準備研究を行った。1 気圧 200L 程度の SF6 ガスの吸着に成功した｡数十 L の容積で数トール程度の減圧時の吸着時間（吸着速度）が数時間以内であることを確認した｡ＬＰＧボンベを接続して 300L-600Lの試験容器を準備した｡ＡＭＳ研究会やタンデム加速器研究会で発表を行った。
Ｈ２３年度に温暖化ガスであるＳＦ６ガスの環境への放出を完全にゼロとする、世界に類例のないＳ
Ｆ6 ガス完全回収システムを実用化できると考えられる。安価に簡便に利用できる同システムの大規模システムの設計検討が可能である。これに必要な主要要素の製造検討を共同で行った。温暖化ｶﾞｽの完全回収では､具体的には以下の機器類に対して完全回収やガスの乾燥や高純度化などの付加的性能を付与できると考えられる。
① 変電所発電所大型電気設備でのガス絶縁切替機のガスの回収。
②静電加速器の絶縁ガスの完全回収。
③これらのガスの乾燥と高純度化。
研究内容を、一言でまとめると、H22ＳＦ６ガス完全回収装置の実用化に必要な試験と開発研究を行った。今後、H23 年度以降の進展に応じて実用化を進める。減圧時の排気速度が目標値２００L を(数時間以内）を上回ることを確認し、本装置販売と完全回収サービスを進展に応じて行予定である。
実験装置や実験の様子を以下の図に載せる。
図１は、吸着用クライオポンプ、計測装置、試験装置など全景で、図 2 は吸着量を計量するためのバッグに入れたＳＦ６ガスの写真である。図３は、回収試験に使用した借用品の吸着用クライオポンプとＳＦ6 ガス計測バッグなどの写真で、ＳＦ6 ガス量をバッグとバルブの重量を風袋引きでガス重量を計量しておこなった。図４は、模擬試験用１５０Ｌ容積ＬＰＧボンベ 4 個でこれを用いてＳＦ６ガス回収の模擬試験を行った。

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図１、試験に使用した借用品の吸着用クライオ
ポンプ計測装置試験装置など全景。

図２、吸着量を計量するためのバッグに入れたＳＦ６ガス。

図３、試験に使用した借用品の吸着用クライオ
ポンプとＳＦ6 ガス計測バッグなどの写真。

図４、模擬試験用ＬＰＧボンベ 4 個でこれを用いてＳＦ
６ガス回収の模擬試験を行った。

参考文献
１）特許出願、名称「ＳＦ6 完全回収装置」、出願番号２０１０－１５０４０５。
２）峰原英介:若狭湾エネルギー研究センター年報平成 21 年度第 1２巻１７頁, (2009)。
３）峰原英介：第 23 回タンデム加速器研究会要旨集 89 頁、(2010)7 月 2-3 日「静電加速器の絶縁ガス
性能と絶縁ガス取り扱い方法」。
４）峰原英介：第 13 回 AMS シンポジウム報文集 55 頁、(2011)1 月 28-29 日「静電加速器の絶縁ガス取り扱い方法」。

＊

研究開発部・加速器グループ。

謝辞 本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが 株 ＵＬＶＡＣクライオとの協力研究として実施した。ク
ライオポンプをデモ用として提供くださった 株 ＵＬＶ$Ｃクライオ殿に感謝いたします。

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4.2. エネルギー開発研究4.2.1エネルギー・環境材料開発
4.2.1.1. レーザー利用技術開発
4.2.1.1.1. レーザー除染装置の開発
Development of the Laser Cleaner for Decontamination at Nuclear Power Reactors
峰原英介＊
Eisuke J. MINEHARA
この研究課題においては、レーザー除染装置を種々のレーザー発振器装置とその周辺機器を用いて実現する可能性について研究開発を行ってきた。フェムト秒自由電子レーザー１）、水噴流導光レーザー、Q スイッチ YAG、ファイバーレーザーなどを用いて行った。レーザーを集光して昇華するために十分なエネルギー面密度にするのでどのレーザーを用いても表面深く、溶融することなく除去が出来て、RIを用いない汚染模擬体での除染率はきわめて高いものが得られた。これを実用とするために、レーザー除染装置を試作開発する計画を進めて来た２）。
開発内容は、レーザー除染装置に使用する、今まで使用されてきたレーザーとは異なる形式の種々のレーザー発振器を用いて、さらに異なる方式の光輸送系等の開発を行ってきた。小型のハンディタイプ
から比較的大型の定置式、さらに大型蒸気発生器専用のレーザー除染機などのホットコールド試験、サービス、概念設計検討などを行い、実用化を進めて来た。
モデル事業での小型レーザー除染機試作によるホット試験、試験サービスに参加する予定である。レ
ーザー除染機に対する今までとは異なる形式のフラクタルレーザー、ＦＥＬ、最も安価な産業用レーザ
ーなど種々のレーザー発振器、異なる方式の集光系、光輸送系等の各種部品の開発を行った。現状の除染機の適応対象である原子炉 1 次系の重度の汚染から、2 次系、保管設備、ホットラボ、原子燃料加工
設備、原子力事故に伴う汚染など軽度の汚染へ適用範囲を広げるために開発を行った。
各機関、企業との共同研究の立上げ、必要な機器の借用先、異なる適用分野の専門部署、機関と共同研究を行う予定で準備を行ってきた。今後計画中のマルチファンドと次年度のモデル事業などマッチン
グファンドに対応しない研究開発部分を協力関係にある教育機関、特に大学、研究機関、企業と協力して実施した。
H21 年度は、レーザー除染特許を出願し４）、可能性試験調査の実施とその重要な一部であるふげんの原子炉 1 次系配管のホット除染試験に成功した３）。H22 年度のモデル事業にて、除染用レーザー発振器
機器調査と除染用レーザー発振器借用機器による実験を実施、これにより小型レーザー除染機の試作に成功し、コールド試験にてウエットサンドブラスト除染と同等の 0.5-1g 毎分の実処理速度を確認、さらに４０ｇ－１００ｇ毎分処理速度の可能性を評価により確認した。今後、複数の国内外特許出願と取得予定、国内外学会発表、国際会議発表、展示会発表、論文、解説記事等を予定している。
H23 年度は、レーザー除染試験サービス、実施特許出願、特許意匠権登録商標取得、原子力学会等研図１、小型レーザー除染機製作開発 図２、参考にしている定置式大型サンドブラスト除染装置の製品の参考にしているレーザー塗装剥離 外観。
機の製品。
究会等発表、国際会議等発表、県内国内外展示会発表、定置式レーザー除染機・蒸気発生器除染機概念

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

設計調査、ふげんと敦賀 1 号機など実際の発電用原子炉における小型レーザー除染機ホット実験を予定している。図１は、小型レーザー除染機製作開発の参考にしているレーザー塗装剥離機の製品の使用状
況、図 2 は、やはり参考にしている定置式大型サンドブラスト除染装置の製品外観である。

図３、定置式レーザー除染機と類似の機能を持 図４、高速で除染を模擬しているレーザー表面剥離
つレーザー加工装置の例。
中の模擬サンプルの様子。
図 3 は、定置式レーザー除染装置で、図 4 は、高速で除染を模擬しているレーザー表面剥離中の模擬サ
ンプルの写真である。
参考文献
１）Ｅ．Ｊ．Ｍｉｎｅｈａｒａ et al.: Development and Operation of the JAERI superconducting Energy Recovery Linacs,
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A557(2006) 16-22.
２）峰原英介:若狭湾エネルギー研究センター年報平成 21 年度第 1２巻７９頁, (2009)。
３）峰原英介:若狭湾エネルギー研究センター年報平成 21 年度第 1２巻８０頁, (2009)。
４）特許出願、名称「除染装置及び除染方法」 、出願番号２００９１０９０６２。
＊

研究開発部・エネルギー開発グループ。
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが（株）西日本クリエイト、若狭技研工業（株）、（株）ＡＴＯＸ，（独）日本原子力研究開発機構との共同研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）


4.2.1.1.2.原子炉構造物を対象としたレーザーｰ切断技術の確立に向けた研究
Development of a Solar Collector for a Plant Factory and Other Lighting Applications
峰原英介＊
Eisuke J. MINEHARA
原子炉構造物を対象としたレーザーｰ切断技術の確立に向けた研究を行った。これに先行して数年前からファイバーレーザー装置を整備して、原子炉廃止措置に必要となる遠隔薄板切断、気中厚板切断、水中切断を先行研究として行い、これで大型構造物の水中切断を模擬した実験などに大きな成果を上げたが課題も残った。
この課題の解決と、解決までは至らないまでもより実用的な原子炉廃止措置に必要な技術開発を進めるためにこの研究開発を進めた。特に厚板の切断に対してはステンレス鋼の切断は性能的に不十分で、新たな切断概
念と技術開発が必要である。
この共同研究の目的は、厚板など切断幅の大きな原子炉構造物に対するレーザー切断技術の確立を目標とし，これに向けた共通・補完的な技術的基礎課題を解決するための研究を実施するものである。
具体的な内容は、例えばレーザー照射条件などをパラメータとした実験において，試験片レーザー切断時の空間温度分布計測および溶融金属排出挙動観測を行うとともに，アシストガス墳流の 3 次元流動
状況の定量評価を行い，ここでの結果を踏まえてアシストガス墳流ノズル構造の最適性の評価を行うことであった。さらに，ファイバーレーザーによる原子炉構造物切断時に多量に発生するドロス抑制・制御技術の高度化に向けて，次年度以降の共同研究内容の策定を行った。
実際に実験や作業を行う場所や主体は、共同研究を担う JAEA,およびレーザーックス社と若狭湾エネ
ルギー研究センターである。関連する機関は随時、必要に応じて商業的あるいは非商業的に共同研究に参加した。
Ｈ22 年度は、レーザー照射条件，アシストガス噴流条件などをパラメータとした実験および数値解析によるそれらの最適化，構造物切断過程の現象論的把握などを通じ，ファイバーレーザーによる原子炉
構造物切断時のドロス抑制・制御・回収技術の高度化を図るための準備研究を行った。特に計測・評価
方法に関する検討を行い，次年度の実施項目を検討した。
レーザー照射条件，アシストガス噴流条件などをパラメータとした実験および数値解析によるそれらの最適化，構造物切断過程の現象論的把握などを通じ，ファイバーレーザーによる原子炉構造物切断時のドロス抑制・制御・回収技術の高度化を図るための準備研究を行った。特に金属試験片を用いてレー
ザー切断を行った際の挙動を実験的に観測し，切断時のパラメータ評価を行った。
H22 年度は、計測・評価方法に関する検討を行い，平成 23 年度の実施項目を検討した。H23 年度は、
レーザー切断時のドロス挙動に影響を及ぼす因子などの定量評価を行う予定である。
図１は５ｋＷファイバーレーザー気中切断写真で、図 2 は、５ｋＷのファイバーレーザーを用いて切断中のふげんのカランドリア管の写真である。

図１、５ｋＷファイバーレーザー気中切断写真。

図２、類似のファイバーレーザーを用いて切断中のふげんのカランドリア管の写真。

＊

研究開発部・エネルギー開発グループ。

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 4.2.1.1.3. レーザーｰ加工プロセス時に発生する溶融金属熱流動挙動の予備的測定試験
Preliminary measurement study of the melting metal behavior by irradiating a laser
篠田佳彦＊
Yoshihiko SHINODA
Abstract
This study is aimed for the measurement of various data which are necessary in evaluation of the behavior
when the laser are irradiated to the structure materials surface. The structure materials surface by irradiatinga laser shows the characteristic and very complicated behavior with surface melting at the laser irradiatingarea. Therefore the systematic measurement is not performed.
要約
本試験は，構造材の表面にレーザーが照射された際の溶融物の熱流動挙動を評価するために必要な種々の情報を測定することを目的としている。レーザーが照射された部材表面は，溶融に伴って非常に複雑な挙動を示すため，その測定困難さからこれまで系統的な測定は行われていなかった。
Ⅰ. 緒言
レーザー加工技術は，原子力産業や各種の一般産業への大規模な展開が期待できる。しかしながら、
レーザー加工技術の広範な利用を実現する上では，レーザー照射を受けた構造部材の各種特性を把握し，加工精度の評価などを行っておくことが重要となる。そこで，レーザーによる溶接や切断などの加工技術の高度化を目指し，構造部材にレーザーが照射された際の表面挙動の評価に必要な各種データを測定
し，測定手法の有効性評価とその確立を目的とした予備的測定試験を実施した。
Ⅱ．実施項目本件は平成 22 年度から新規に実施したものであり，ファイバレーザー装置（株式会社 レーザーック
ス本社：2kW）を使用して金属試験片の表面に上方からレーザーを-垂直照射し，表面の溶融・変形挙動を可視化すると共に表面の過渡温度分布を計測した。得られた結果に基づき，測定手法の有効性評価とその確立，切断・溶接などの加工精度向上への反映を目指す。実施項目を以下に示す。
A）試験片表面過渡温度分布の計測
B）照射部過渡挙動の可視化，撮影
C）凝固状態の観察，記録
金属試験片は，20mm x 20mm x 5t の矩形形状の炭素鋼，SUS304 の 2 材料を用いた。レーザー照射
中に表面温度過渡挙動の計測およびビデオカメラ，高速度カメラによる照射部過渡挙動の撮影を行った。
また，照射後の凝固形状をデジタルマイクロスコープで観察，記録した。
Ⅲ．実施結果実施項目 A)において，レーザー照射中の温度計測として，金属試験片表面に貼り付けた熱電対による
温度過渡挙動の測定（図 1 に結果の一例を示す），赤外線サーモグラフィ装置による非接触での表面過渡温度分布計測および 2 色式温度計測手法を適用した高速度カメラの撮影画像の処理による過渡温度分
布計測を実施した。実施項目 B)において，濃淡諧調レベルの高い高速度カメラに外乱光を除去するバン
ドパスフィルターを付加することで溶融池（レーザー照射によって金属が溶融した領域）を中心とした領域を可視化した。図 2 に結果の一例を示す。実施項目 C)では，デジタルマイクロスコープを用いて，レーザー照射後の凝固状態を 3 次元で記録した。図 3 に測定の一例を示す。
これらの測定実験より，レーザー照射挙動を観測・評価するための計測手法の有効性を確認できた。
＊

研究開発部・エネルギー材料グループ、
本研究は、(財)若狭湾エネルギー研究センターが日本原子力研究開発機構の受託研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

照射時間 1.5秒
SUS304 50W
0.45φ

紫 --1mm
緑 --2mm
黄土--3mm
青 --4mm
水色--5mm
赤 --6mm
黄色--側面

試験片 形状：20 x 20 x 5t
データロガGL900 出力，サンプリング周期1ms
図1

図2

SUS304，50W（レーザースポット径 0.45mm)照射における熱電対による表面温度の測定

炭素鋼，1500W （レーザースポット径 0.45mm)照射における溶融池の様子（高速度カメラ撮影）

図3

炭素鋼，1000W （レーザースポット径 0.45mm)1 秒間照射後における変形測定。

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 4.2.1.1.4.レーザー切断による気中解体時の粉じん挙動データ取得・調査
Behavior Data Acquisition and Research of the Cutting Dust by Laser Cutting Methodin the Air for Decommissioning of Fugen Decommissioning Engineering Center
重田達雄＊1、笹瀬雅人＊1、遠藤伸之＊2、長友仁郎＊3
Tatsuo SHIGETA , Masato SASASE , Nobuyuki ENDO ,and Jinro NAGATOMO
原子炉廃止措置研究開発センター新型転換炉原型炉施設（以下、「ふげん」という）における、原子炉領域解体作業の被ばく評価等に係る安全評価に資するために、レーザー切断時の諸条件が粉じん挙動に与える影響を調査し基礎データを取得するため、原子炉構造材の模擬材を対象としてレーザー切断試験を実施した。
平成 18 年度から昨年度まで実施してきた水中プラズマ切断試験及び水中高圧水ジェット（AWJ）切断試験に引き続き、今年度は気中レーザー切断試験を実施して、捕集した気中浮遊物及び落下固形物の重量分析及び成分分析を実施した。レーザー発振機は WERC 所有機を使用し、切断対象材料は Zr 合金製圧力管・カランド
リア管及び SUS304・炭素鋼・アルミニウム板のコールド材である。変化させた切断試験条件は、切断材板厚（1.9～30mm）、レーザー出力（4～6kW）、スタンドオフ（2～5mm）、焦点距離（0～10mm）、ヘッド供給ガスの種類と量、切断速度（40～3,000mm/min）、切断長（50～120mm）等である。切断試験で生じた粉じん等二次生成物の分析
は、SEM・EPMA・ICP-MS 等の科学機器を用いて WERC が実施した。図－１にレーザー加工ヘッド先端部と試
験体、図－２に試験体移動装置、図－３に気相フィルターと真空ポンプを示す。
改造あるいは新作した切断試験装置を使用して計 60 ケースの切断試験を実施し、気中浮遊物・落下固形物の量及び性状が各種切断条件により様々に変化することを確認した。
試験結果から確認されたことは、たとえば次のとおりである。
・ 気中浮遊物は 0.01μm 程度の微粒子であり、過去の水中切断時と比較するとおよそ 1/10～1/100 の大きさである。
・ 切断速度を変えた場合の気中浮遊物重量割合は、板厚によりその傾向が異なる。
・ 切断方向を変えた（水平方向と垂直方向）場合の気中浮遊物重量割合は、大きな差は無い。
・ 圧力管切断時の落下固形物は、直径が 30μm 程度の球形で内部が空洞であり、厚み 1μm 程度の外殻は酸化物 ZrO2 で形成されている。
これらのデータ取得･調査によって、「ふげん」の炉心を構成する材料に対するレーザー気中切断時における粉じん挙動に係る基礎データを取得調査することができた。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、＊2 研究開発部・生物資源グループ、＊3 企画支援広報部
本研究は、(財)若狭湾エネルギー研究センターが日本原子力研究開発機構の受託研究として実施した。

試験体保持・
可動部

試験体

加工ヘッド先端部

図－1 レーザ加工ヘッド先端部と試験体

図－2 試験体移動装置

図－3 気相フィルターと
真空ポンプ

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4.2.1.1.5.｢ふげん｣灰化樹脂を対象とした廃棄体製作技術のための調査
Nuclear Waste Material Processing of the Spent Ion-Exchange Resin Ash
Used at the FUGEN Heavy Water Reactor
峰原英介＊1、遠藤伸之＊2、長友仁郎＊3
Eisuke J. MINEHARA, Nobuyuki ENDO and Jinro NAGATOMO（財）若狭湾エネルギー研究センターは、日本原子力研究開発機構の受託研究として｢ふげん｣灰化樹脂を対象とした廃棄体製作技術のための調査を実施した。原子炉の  次系などの系統除染や化学除染を行うと除染廃液を処理した  次廃棄物であるイオン交換樹脂が大量に発生する。これを低圧酸素プラズマを用いた焼却装置で灰化し、減容してセメントで固化して廃棄体として保管する技術の調査である。
本調査は、日本原子力研究開発機構敦賀本部原子炉廃止措置研究開発センター（以下、「ふげん」という。）において発生した使用済みイオン交換樹脂等を、安全かつ効率的に放射性廃棄物として処理・処分するため導入を計画している減圧酸素プラズマ方式による減容安定化処理方式（以下、「ICP 処理」という。）の調査の一環として、行った。調査では、本方式により処理したイオン交換樹脂の残渣（以下、「灰化樹脂」という。
）の廃棄体製作技術の選定に資するため、固化阻害物質を含んだ灰化樹脂を対象としたセメント固化試験を実施し、その結果を報告した。具体的には、「ふげん」では貯蔵している使用済イオン交換樹脂（以下、「廃樹脂」という。
）を、ICP 処理装置を用いて処理を行い、処理後の灰化樹脂をセメント固化体として埋設処分することが予定されている。
この灰化樹脂に含有する金属元素を成分としたセメント固化を阻害する化合物（以下「固化阻害物質」という。
）が含まれる場合を想定して、これらを未使用のイオン交換樹脂に添加(以下、「模擬樹脂」)後、ICP 処理により灰化樹脂とし、セメントにより混練固化して供試体を製作し、各種の試験・分析を行う
ことにより、埋設処分への適合性等を調査した。
「ふげん」の実灰化樹脂中の金属元素分析結果等より、含有濃度が比較的高かった B、Zn、Cr を成分とする化学形態の固化阻害物質を、実灰化樹脂中の金属元素分析値に対して十分に高い濃度を模擬樹脂に添加して廃棄体の製作試験を行った。
この固化試験の結果、セメント混練後、いずれの供試体も固化することが確認され、本試験範囲においては、固化阻害物質による固化阻害の影響は無いことが確認できた。供試体の圧縮強度は、7 日経過後において 8.3～15.9N/㎜ 2 で、埋設基準値である 1.5N/㎜ 2 を十分に満足するものであった。
分析においては、各固化阻害物質は、分析値等を基に設定した添加濃度に対して十分な濃度で模擬樹
脂に添加されていること、Ｃ，Ｈ，Ｎ，Ｓ分析より、イオン交換樹脂が十分に灰化されていること等を確認し、上述の固化試験の条件が成立していることを確認した。また、灰化樹脂試料及び灰化樹脂とセメントとの混練固化試料について、各々XPS（X 線光電子分光分析装置）、EPMA（電子プローブマイクロ
アナライザー）、PIXE（粒子線励起 X 線放出分析装置）での分析を行い、両試料中の各元素の化学形態、各元素分布、代表的各元素の原子数比などのデータが得られた。ただし、今回の固化試験では全ての条件で埋設基準を満足する強度の固型化に至ったことから、固化阻害物質の影響や化学形態変化に着目した要因分析には至らなかった。
上述のとおり、今回の調査において、「ふげん」の実灰化樹脂中に含有される濃度よりも十分高い濃度を添加した保守的な条件下においても、固化阻害物質による固化阻害は確認されず、埋設基準を満足する固型化の見通しを得ることができた。
図１は、元素分析に使用したＩＣＰ－ＭＳ装置外観写真、図２は、元素分析に使用した CHNS/O 元
素分析装置の写真である。
図３は、灰化に使用したＩＣＰ装置外観写真、図４は、基本固化試験分析装置外観写真である。
図５は、元素分析に使用したＩＣＰ－ＭＳ装置外観写真、図６、元素分析に使用した CHNS/O 元素分析装置の写真である。
図７は、強度試験前の試験体外観写真、図８は、強度試験後の試験体外観写真である。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、＊2 研究開発部・生物資源グループ、＊3 企画支援広報部
本研究は、(財)若狭湾エネルギー研究センターが日本原子力研究開発機構の受託研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

 4.2.1.1.6.レーザーｰによる先進的材料の改質加工技術を普及するための予備的構築
Feasibility Study and Applications of Surface Modification Technologies Utilizing Pulsed and CW Lasers
峰原英介＊
Eisuke J. MINEHARA（財）若狭湾エネルギー研究センターは、日本原子力研究開発機構の受託研究として｢レーザーｰによる先進的材料の改質加工技術を普及するための予備的構築｣と名付けられた調査を実施した。調査内容は、レーザーを用いた表面改質技術の開発を進めるにあたって初年度に予備的構築として検討と準備を行ったものである。
原子炉内の各種構造材を構成する材料は、製造時の冷間加工や温間加工時に材料の表面に多種多様の劣化や表面残留引張応力など、材料劣化の元となる粒内・粒界周辺のナノ構造が発生する。さらに長時間暴露される放射線場や高温高圧により、これらの劣化が大きく進展し、孔食の発生、応力腐食割れや金属疲労などの材料の劣化が進み、材料の長期健全性を損なうこととなる。材料劣化のもととなる材料
結晶粒/粒界のナノ構造の発生を改質により防止する、或いは劣化の元を発生させずに加工できる超高出力極短パルスレーザーや長パルスレーザーを用いることにより、最先端の性能を持つ難加工材に適用可能で、且つ孔食や割れなど原子炉運転環境下での劣化を大きく抑制できる、あるいは防止できる革新的な材料加工・材料改質技術が求められて来た。
このレーザーによる先進材料の改質加工技術の開発の成果を広く、原子力の研究開発分野、さらに広く産業界に普及することを目的とし、腐食、金属疲労、応力腐食割れなどが起きない、高品質の加工・改質された表面を持つ新材料の創出を実現するための予備的な検討と準備を行った。
ここで産業界に広く普及すると述べた具体的な産業応用の例として、１）「越前打ち刃物工業組合におけるレーザーの応用」と２）原子炉の冷却水１次系などで良く知られた「応力腐食割れの防止への応用」をまとめた。種々の劣化が問題となる材料が知られているが、ここでは少数の対象物質と定められたステンレス鋼 SUS304,316 とアルミ合金 A5052 に対する各種レーザー試験、各種分析、各種検討などを実施した。
レーザー試験の一部を紹介する。図１は各種材料のピーニングに用いたＬＤ励起 Q スイッチ YAG レ
ーザー本体。可搬式でファイバーで伝送するもので、図 2 はピーニング表面処理された SUS304 板、アルミ A5052 板の写真である。
図３は、SUS304 気中と水中レーザーピーニング処理された材料の写真で、図４は、Q スイッチファ
イバーレーザーによる水中レーザーピーニングされた SUS304、SUS430, A5052 材の写真である。
図５は、高繰り返しフェムト秒レーザー加工システムで、図６はこのシステムを用いたピーニング試
験の様子である。SUS304 板上の水中にプラズマ光と気泡が見える。

図１、各種材料のピーニングに用いたＬＤ励起 Q 図２、Q スイッチ YAG レーザーによるピーニング
スイッチ YAG レーザー本体。可搬式でファイバー 表面処理された SUS304 板、アルミ A5052 板。
で伝送する。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

図３、SUS304 気中と水中レーザーピーニング処
理された材料。

図４、Q スイッチファイバーレーザーによる水中レー ザ ー ピ ー ニ ン グ さ れ た SUS304 、 SUS430,
A5052 材。

図５、高繰り返しフェムト秒レーザー加工システ
ム。

図６、高繰り返しフェムト秒レーザー加工システ
ムを用いたピーニング試験。SUS304 板上の水中にプラズマ光と気泡が見える。

参考文献 １）「レーザーによる先進的材料の改質加工技術を普及するための予備的構築」調査報告書(2011)。

＊（財）若狭湾エネルギー研究センター研究開発部・エネルギー開発グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが日本原子力研究開発機構の受託研究として実施した。

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78

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.1.2.次世代半導体製造技術開発
4.2.1.2.1.半導体鉄シリサイド薄膜創製研究
Formation of atomically flatβ-FeSi2/Si(100) interface using ion beam techniques
笹瀬雅人＊
Masato SASASE
本研究では、格子整合条件の制約を大幅に緩和する方法として、イオンビームにより改質した基板表面を介した成長方法を提案し、環境半導体鉄シリサイド薄膜の作製を通して、成膜におけるイオンビーム技術とその照射効果の有効性について、透過型電子顕微鏡による微細構造観察を基に検討を行った。そして、イオンビームが作り出す「柔らかい（長周期的な結晶構造を保ちつつ一定の割合で欠陥や転位を含む）層」が、ヘテロ界面
創製に非常に有効であることを検討した。
平成 21 年度は、イオンビームスパッタ蒸着(IBSD)装置を用いて薄膜作製条件の最適化をはかるとともに、成長メカニズムの検討を行った。さらに、薄膜中に存在する欠陥の種類及び挙動を調べた。その結果、IBSD 法により成膜した場合、1 keV, Ne+、照射量 3 x 1016 ions/cm2 が成膜の最適な処理条件であることが分かった。この条
件は結晶性及び表面構造を損なわない適度な欠陥層が基板表面に生成し、円滑な相互拡散を促し、基板と急峻な界面を持つ結晶性の良好な薄膜が得られたものと考えられる。一方、生成したヘテロ界面は、まだ原子オーダーでは、微細な歪み及び欠陥の混入が認められる。我々が目的としている原子オーダーに制御されたヘテ
ロ界面の生成にはまだ至っていない。また、近赤外発光特性を持つ鉄シリサイド薄膜の発光について、まだ測定することができていない。そこで、平成 22 年度は、以下に示す 3 点を軸に研究を進めた。
1) 原子オーダーに制御された界面構造の創製
2) 近赤外発光の確認
3) 急峻なヘテロ界面の成長メカニズムについて定量的な評価・検討
その結果、原子オーダーに制御されたヘテロ界面の生成を、イオンビームによる前処理法を用いることで達成することができた。また、近赤外発光特性を持つ鉄シリサイド薄膜の発光について、PL 測定により、300 K での発光を確認した。
一方、発光特性を確認することができたが、室温での発光を達成することはできず、まだ発光材料としての可能性を証明したにすぎない。今後、発光特性を上げるために、様々な工夫が必要となる。
＊（財）若狭湾エネルギー研究センター研究開発部・エネルギー開発グループ。
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力、北陸電力、日本原子力発電の受託研究として実施した内容の一部を含んでいる。

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79

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.1.2.2.高エネルギーｰ重イオン照射によるシリサイド半導体中へのナノ金属相作製
Structural change in the nano-region of iron disilicide ( -FeSi2) thin films by high-energy heavy ion irradiation.
笹瀬雅人*1、岡安 悟*2
Masato SASASE and Satoru OKAYASU
本研究では、鉄シリサイド薄膜に対し高エネルギー重イオンビームを照射することで、高密度電子励起状態を作り、相転移を引き起こさせ、半導体中にナノダーの金属相や絶縁相を作製し、オールシリコン一体型デバイス作製を目指すものである。高エネルギー重イオン照射によりナノ領域における三次元の構造相転移が可能となれば、オールシリコン一体型デバイス作製への道が拓け、同時に超高集積化・極微細化に伴い問題となっている信号伝達の遅延を抜本的に解決するための大きな指針となる。
平成 22 年度は、半導体鉄シリサイドに対し高エネルギー重イオンビームを照射することで、高密度電子励起状態を作りE (半導体 D 金属 相転移を引き起こさせ、半導体中にナノオーダーの金属相を作製した。併せて高分解能透過型電子顕微鏡を用いて高エネルギー重イオン照射によるナノ領域の微細構造観察を行い、シリサイド半導体中での高密度電子励起効果と相転移との相関について調べた。
E-FeSi2 薄膜（厚さ約 0.1μm）に対して、日本原子力研究開発機構・東海研究開発センターの 20 MV タンデム加速器から供給される高エネルギー重イオン(Au, Xe,イオンなど)を低照射量 1x1010 ions/cm2 照射した。
その結果、電子エネルギー付与量 25 keV/nm で、シリサイド中に円柱状欠陥を生成し、構造変化を確認した。
さらに極微電子線回折法により、ナノ領域での照射によるE 半導体 からD 金属 相 への相変態現象を確認した。
今後、さらに照射パラメータ (エネルギー・イオン種・照射温度など)を変化させて円柱状欠陥のサイズの制御を試み、微細構造の詳細な観察により相変態現象のメカニズムを明らかにする予定である。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 日本原子力研究開発機構
本研究は、日本原子力研究開発機構と共同で実施した研究の一部である。

4.2.1.2.3.イオンビームを用いた新物質創製研究
Synthesis of new materials by ion beam techniques
笹瀬雅人＊
Ｍａｓａｔｏ ＳＡＳＡＳＥ
金属ナノ粒子が絶縁体中に分散した材料は、可視光領域において、大きな非線形感受率と、ピコ秒レベルの応答性を有している材料であるため、全光化された大容量高速伝送化に対応した次世代スイッチング素子材料として期待されている。一方、ナノ構造制御による動作波長の調整、ナノ粒子の相安定性などがその特性向上に不可欠である。
イオンビームは照射エネルギー・照射量などのパラメーターを制御し、局所的に高エネルギーを付与することが可能であるため、物質中のナノ構造制御に有効な手法の一つである。
本研究では、ガラス母相中に金ナノ粒子が規則正しく配列した試料に対して、高エネルギー重イオン照射によりナノ構造制御を試みた。
イオン照射前の Au ナノ粒子の形状は、ほぼ球形であり、大きさは直径 30 nm で、母相内に整列している。一方、200 MeV Au イオンを 5 x 1013 ions/cm2 まで照射すると、Au 粒子が分散するとともに、その形状が大きく変化した。照射後の Au ナノ粒子の電子顕微鏡像から、照射後の粒子はイオン入射方向に伸びたロッド状となることが明らかとなった。
H23 年度では、ナノ粒子の形状変化に及ぼす高エネルギー重イオン照射によるエネルギー付与量について議論する予定である。
＊

研究開発部・エネルギー開発グループ。
本研究は、日本原子力研究開発機構と共同で実施した研究の一部である。

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4.2.1.2.4. 半導体 Ba1-ｘSrｘSi2 の結晶成長と薄膜太陽電池への応用
Epitaxial growth and photoresponse properties of BaSi2 layers toward Si-based high-efficiency solar cells.
笹瀬雅人*1、末益崇*2
Masato SASASE and Takashi SUEMASU
BaSi2 は、資源が豊富な元素で構成され、禁制帯幅が約 1.3eV の間接遷移型半導体であるが、1.5eV 帯において大きな光吸収係数(105cm-1)を持つなど、従来の太陽電池材料には無い優れた特徴をもった新しい半導体材料である。原料の省量化が可能で、資源が豊富で社会的受容性が高い安全・安心な材料だけを利用した
半導体を用いて、SiO2 基板上でも高品質薄膜結晶成長が可能で、且つ、デバイスの動作原理が明確な太陽電池を目指す。具体的には、Si/SiO2 基板上に光吸収層の膜厚が 1Pm 程度の pn 接合を形成し、エネルギー変
換効率 20%を目指す。
BaSi2 は、Si(111)面にエピタキシャル成長可能であるが、BaSi2/Si ヘテロ界面には電子親和力の差に起因する大きなバンド不連続があるため、BaSi2/Si ヘテロ界面を介して光電流を取り出すことが難しいという問題があった。この問題を、ヘテロ界面に n+-BaSi2/p+-Si トンネル接合を形成することで解決した。しかし、トンネル接合上に形成したアンドープ BaSi2 膜にトンネル接合から Sb が拡散したために、分光感度特性が期待にくらべて極端に小さくなった。そこで、Sb の拡散を抑制する成長方法を見出すことを目標に実験を行った。
n+-BaSi2/p+-Si トンネル接合上に、500℃から 600℃の範囲で成長時の基板温度を変えてアンドープ BaSi2を成長し、二次イオン質量分析法にて Sb の深さ方向密度分布を評価した。しかし、期待に反して、Sb の拡散を抑えることはできなかった。500℃よりも低温で BaSi2 薄膜の成長を行うと、結晶性が極端に劣化するため、単に成長時の基板温度を下げるだけでは、この問題は解決しない。そこで、Si MBE 成長時の Sb のデルタドーピン
グに関する過去の研究成果を参考にして、シリサイド半導体で Sb の拡散を抑制する成長方法を見出した。具体的には、トンネル接合形成後、基板温度を室温まで下げて、アモルファス Si 膜(10nm)を堆積し、600℃で 1min
アニールすることで固相成長させ、c-Si を得る。この c-Si 層に Ba を照射して熱反応堆積法により BaSi2 種結晶を形成し、この上に、BaSi2 膜を MBE 成長する方法である。この手法により、アンドープ BaSi2 膜中の Sb 密度を、SIMS の検出限界以下に下げることに成功した。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 筑波大学
本研究は、筑波大学と共同で実施した研究の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.1.3. 極微小駆動材料開発
4.2.1.3.1.窒素イオン注入によるFe-Pt薄膜磁石の保磁力増大
Increase in Coercivity of Fe-Pt Thin Film Magnets by Implantation with Nitrogen Ions
石神龍哉＊１
Ryoya ISHIGAMI
Abstract
We investigated Fe-Pt thin films implanted with nitrogen ions followed by a heat treatment under vacuum at 650º
C and a further treatment in hydrogen gas of 0.1 atm at 350ºC. Energies of the implanted N2+ ions are 120 or
130 keV. In-plane and out-of-plane coercivities of the Fe-Pt films after the heat treatment at 650ºC without
the N2+ ion implantation are 9.8 and 7.7 kOe respectively. The in-plane coercivity for an implanted N dose of
3.5×1017 atoms/cm2 increases to 13.3 kOe after the heat treatment at 650ºC under vacuum and increases to15.4 kOe after the heat treatment at 350ºC in hydrogen gas. The out-of-plane coercivity for the same dose
increases to 12.7 and 14.4 kOe after these heat treatments respectively. Backscattering spectrometry with 6.0
MeV 4He ions provides that nitrogen contents in the films after the implantation are equal to the amount of
nitrogen implanted to the films before the heat treatment, and decrease below a detection limit after the heat
treatment at 650ºC.
要約
Fe-Pt 薄膜永久磁石の保磁力を向上させるため、Fe-Pt 薄膜に窒素イオンを注入した後、真空中 650ºC15 分間および 0.1 気圧水素中 350ºC30 分間の熱処理を行った。注入した N2+イオンのエネルギーは 120 keV または 130 keVとした。N を注入せずに 650ºC の加熱を行った Fe-Pt 膜の試料面水平方向および垂直方向の保磁力はそれぞれ
9.8 および 7.7 kOe であった。N を 3.5×1017 atoms/cm2 注入した Fe-Pt 膜の、真空中 650ºC の加熱後の水平方
向および垂直方向の保磁力はそれぞれ 13.3 kOe および 12.7 kOe であり、水素中 350℃の加熱後の水平方向および垂直方向の保磁力はそれぞれ 15.4 kOe および 14.4 Oe であった。6.0 MeV の 4He イオンビームを用いた後方散乱分光測定から、N 注入直後には注入された N は全て Fe-Pt 膜中に存在するが、650ºC の加熱により N の密度は検出限界以下まで減少した。
I.
緒言
鉄白金(Fe-Pt)系永久磁石は、性能は希土類磁石よりやや劣るが鍛造が可能で精密加工でき、耐食性に優れることから、高級な永久磁石として知られている。数ナノメートルの粒子が成膜基板上に島状に点在する形状にすることで、保磁力を 70 kOe 程度にまで向上させることができるが 1)、マイクロ・ナノアクチュエータの駆動源、磁気センサーのバイアス磁場発生源等として用いる場合には必要な磁束密度を発生させるため、膜を厚くしなけ
ればならない。そのため、島状に点在させることによる保磁力の増大方法には制限がある。そのため、Fe-Pt 磁
石に Au2)、Cu3)、N4-7)、B8)など他の元素を添加することで保磁力を増大させる実験が多数行われている。
N の添加による保磁力増大実験はいくつか報告されているが、N は単体で固体ではないため膜厚計など堆積量から添加量を推定する方法は用いることができない。本研究では、Fe-Pt 膜中にイオン注入法により N を添加する手法を用いた保磁力増大実験を行った。N の添加量をイオン注入における電流密度と照射時間から計算し、添加量と保磁力との関係を得た。また、真空中での熱処理に加え、水素ガス中での熱処理も行った。
II.
実験
Fe-Pt 薄膜は、電子ビーム加熱蒸着装置を用いて作製された。成膜基板には厚さ約 120 nm の酸化層を形成した Si ウェハーを使用した。この成膜基板への Fe-Pt 膜の吸着力を向上させるため、最初に成膜基板を 600ºCに加熱した状態で Pt を 10 nm 蒸着し、100ºC まで温度を下げた後、Fe 層と Pt 層を交互に蒸着した。Fe/Pt の 2
重層は 17 周期堆積し、全体の厚さは断面 SEM 像から 110±5 nm であった。Fe-Pt 膜の組成は、SEM に付属のエネルギー分散 X 線分光装置およびラザフォード後方散乱法により、Fe54Pt46 であることが分かった。
注入した N2+イオンのエネルギーは、N の飛程が Fe-Pt 膜の厚さの約半分となるように 120 または 130 keV とした。Fe-Pt 薄膜の試料面水平方向と垂直方向のヒステリシス曲線が試料振動型磁力計によって測定された。
1

研究開発部エネルギー材料グループ。
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力、北陸電力、日本原子力発電の受託研究として実施した内容の一部を含んでいる。

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III.
実験結果および考察
図―1 (a)および(b)にそれぞれ、N の注入量に対する試料面水平方向および垂直方向の保磁力を示す。真空中で 650ºC15 分間の加熱を行った Fe-Pt 膜では、注入量 3.5×1017 atoms/cm2 まで保磁力が増加し、最大で13.3 kOe になった。さらに 0.1 気圧の水素中で 350ºC30 分間の加熱を行うことで、最大で保磁力が 15.4 kOe
16000

16000

(a) 面水平方向(b) 面垂直方向

14000

12000

12000

10000

10000

保磁力 (Oe)

保磁力 (Oe)

14000

8000
6000
真空中650ºC15分後

4000

8000
6000
真空中650ºC15分後

4000

真空中650ºC15分+水素中350ºC30分後

真空中650ºC15分+水素中350ºC30分後
2000

2000
0

0

0

1

2
17

3

4

0

2

N注入量 (×10 atoms/cm )

1

2
17

3

4

2

N注入量 (×10 atoms/cm )図 1 N の注入量に対する、真空中 650ºC15 分間の熱処理後、および水素中 350ºC30 分間の熱処理後の Fe-Pt
薄膜の保磁力。(a)が試料面水平方向、(b)が試料面垂直方向である。
に増加した。試料面垂直方向でも同様に、注入量が 3.5×1017 atoms/cm2 で保磁力がそれぞれ 12.7 kOe および 14.4 kOe まで増加した。
N の注入量が 1.6×1017 atoms/cm2、3.2×1017 atoms/cm2 の試料の、注入前、注入後、650ºC15 分間の加熱
後の後方散乱スペクトルから、Fe-Pt 膜中の N の面密度を求めた。その結果、注入後の N の密度は誤差の範囲
で注入量と一致した。これは、注入した N は全て Fe-Pt 膜中に留まっていることを意味している。また、加熱することで N の密度は誤差の範囲で 0 まで減少した。
N を含有する Fe-Pt 薄膜を加熱すると N が放出され、膜中に残された格子欠陥を介して Fe および Pt 原子の拡散が促進されるため、保磁力が大きい強磁性体である面心正方格子の L10-FePt 構造への変態が進むと考えられている 4,5)。You らはアルゴンと窒素の混合ガスを使い、DC マグネトロンスパッタ法により厚さ 80 nm で保磁力 16.4 kOe の Fe56Pt44 薄膜を作製している 6)。その実験では、N の添加による保磁力の増加割合は約 20%である。一方ここでの実験では、N の注入と水素中での加熱により、試料面水平方向で 57%、垂直方向で 87%保磁力が増加した。イオン注入法では熱平衡状態での濃度を超えて N を添加することができるため、他の添加方法と比較して保磁力の増加割合が大きくなったと推測される。また Asthana らは、低い真空度で Fe-Pt 膜を作製すると O(酸素)を多く含んでしまうため L10 構造への変態が抑制されると結論付けている 9)。この実験で水素中での加熱により保磁力が増加したのは Fe-Pt 膜中の O が放出されたためと考えられる。
IV.
結語
Fe-Pt 薄膜に窒素イオンを照射した後、真空中 650ºC15 分間および 0.1 気圧水素中 350ºC30 分間の熱処理を行った。注入を行わなかったときの、650ºC 熱処理後の試料面水平方向および垂直方向の保磁力はそれぞれ
9.8 および 7.7 kOe であった。N を 3.5×1017 atoms/cm2 注入した Fe-Pt 膜の、真空中 650ºC の加熱後の水平方
向および垂直方向の保磁力はそれぞれ 13.3 kOe および 12.7 kOe であり、水素中 350℃の加熱後の水平方向および垂直方向の保磁力はそれぞれ 15.4 kOe および 14.4 kOe であった。また、650ºC の熱処理により Fe-Pt 膜中の N は抜けてしまうことが分かった。
参考文献
１） T.Shima, K.Takanashi et al.,: Appl.Phys.Lett., 85 (2004) 2571.
２） F.T.Yuan, S.K.Chen et al.,: Appl.Phys.Lett., 85 (2004) 3163.
３） T.Maeda, T.Kai et al.,: Appl.Phys.Lett., 80 (2002) 2147.
４） V.Phatak, A.Gupta et al.,: Acta Materialia, 58 (2010) 979.
５） H.Y.Wang, W.H.Mao et al.,: J.Appl.Phys., 95 (2004) 2564.
６） C.Y.You, Y.K.Takahashi et al.,: J.Appl.Phys., 98 (2005) 013902.
７） H.H.Hsiao, R.N.Pamda et al.,: J.Appl.Phys., 91 (2002) 3145.

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83

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

８） Y.M.Lee, B.S.Lee et al.,: J. Magn. Magn. Mater., 310 (2007) e918.
９） A.Asthana, Y.K.Takahashi et al.,: J. Magn. Magn. Mater., 320 (2008) 250.

 84
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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.1.3.2 高分子薄膜アクチュエータの創製
Development of the Polymer-Thin-Film Actuators
庄司英一*1、畑下昌範*2
Eiichi SHOJI and Masanori HATASHITA
化学系アクチュエータは数ボルト程度の低電圧駆動で大きな屈曲運動を発生し、自重の数十～千倍の物を動かすことができる駆動素子である。1,2) また、素材自身が動力源であり、やわらかく成型が容易であること、軽量であることを生かして、必要とされる運動をさせるための素子構造を自在にデザインすることができる。このような駆動素子は、可動部分を持つ精密機器や生体を取り扱う福祉機器などへの利用が見込まれている。 1,2) 化
学系アクチュエータにはイオン性高分子膜型、導電性高分子膜型、誘電エラストマー等いくつかの種類が存在しているが、中でもイオン性高分子膜を用いたアクチュエータはもっとも実用化に近いものと考えられている。従来、このイオン性高分子膜にはパーフルオロスルホン酸ポリマーが広く用いられてきた。その一方で、それ以外のイオン性高分子膜に関する検討はほとんど行われてこなかった。
本研究では、従来検討があまり行われてこなかった切り口として、高分子の分子構造がどのようにアクチュエータの運動性能に影響を与えるかの系統的な検討である。従来の問題を解決する新しい複合電極材からなるアクチュエータの創製と電気化学的制御への系統的な基礎と応用に関する総合研究の一つとして進めている。
今回はイオン性高分子膜として高い熱安定性、機械的強度、化学的性質が期待される高分子に着目し、これら高分子の合成を実施した。複数のモノマーの組み合わせにおいて、高分子の合成に成功した。その中の１種類の高分子を用いてイオン性高分子膜アクチュエータを作製し、それらの運動性能について評価した。
参考文献
１）E. Shoji, D. Hirayama : Polym. Adv. Technol., 18, 346 (2007)．
２）E. Shoji, D. Hirayama et al. : Polym. Adv. Technol., 17, 53 (2006)．
*1
福井大・院工・知能システム工学専攻、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力、北陸電力、日本原子力発電の受託研究として実施した内容である。

4.2.1.3.3高分子・化学系アクチュエータの複合電極材創製と作動特性に関するイオンビーム照射効果
Effects of Ion Beam Irradiation on the Fabrication and Performance of the Composite Electrodes
for Chemical Actuators
庄司英一*1、畑下昌範*2
Eiichi SHOJI and Masanori HATASHITA
高分子膜にイオン照射することにより、特に、膜表面の化学構造が変化し、結果、膜表面の親水性や疎水性のバランスの変化や、膜の荒さなどモルフォロジーの変化が期待出来る。こうした変化による『改質』効果から、膜の物性や無電解めっき性にどのように影響するかについて検討し、以下のような新知見が得られた。
（１）イオンビーム照射による表面改質効果の理解
イオンビームを照射することで、膜表面の化学構造の変化、モルフォロジーの変化を整理した。膜の表面改質効果の新しい知見を得た。
（２）高分子膜への無電解めっき性のコントロール
この表面改質により無電解めっきされる部分とされない部分のメカニズムを明らかにした。この方法から、めっき性がコントロール可能となった。
（３）イオンビーム照射量と無電解めっき性の理解
イオンビームの照射・非照射部分の選択により無電解めっき性が大きく変化した。最適な照射量について検討した。
（４）高分子膜上への電極層のパターン化
イオンビームの照射は非接触に簡便に行える特徴がある。これらの特徴を踏まえ、めっきをパターン化出来る新しい技術として見出した。
*1
福井大・院工・知能システム工学専攻、*2 若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・生物資源グループ。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.1.4 その他エネルギー・環境材料開発
4.2.1.4.1ダイヤモンド状炭素(DLC)膜の組成と摩擦・摩耗特性に関する研究（福井工大）
Friction and Abrasion Properties of Hydrogen Contained Diamond-Like Carbon
神田一隆*1、岩井善郎*2、橋本賢樹*3、石神龍哉*4、安田啓介*4
Kazutaka KANDA, Yoshiro IWAI, Masaki HASHIMOTO, Ryoya ISHIGAMI and Keisuke YASUDA
Abstract
Friction and abrasion properties of diamond-like carbon (DLC) film change by a kind of DLC. However, thereason of this change does not become clear. To clarify this reason, 32 kinds of commercially available DLC
film were prepared. For these DLC, H content measurement, and hardness evaluation, micro-slurry-jet
erosion (MSE) evaluation, heating examination and Raman spectroscopic analysis were carried out. The wear
rate of the MSE evaluation shows a tendency to increase with the increase of H content in DLC. In theheating examination, a rise in 10-20% of hardness was observed about 325 degrees Celsius for DLC made byplasma-assisted chemical vapor deposition (PCVD) method, and gradually softened in higher than 500 degrees
Celsius. In contrast, for DLC made by unbalanced magnetron sputtering (UBMS) method gradually softened inhigher than 400 degrees Celsius. As for the H content, both DLC film made by PCVD and UBMS did notchange by heating up to 600 degree Celsius.
要約
ダイヤモンド状カーボン（DLC）膜の摩擦・摩耗特性は DLC の種類によって変化するが、その理由が明らかになっていない。本研究では、その理由を明らかにするため、市販の DLC を 32 種類準備し、それらについて、H
含有率の調査、硬さ評価、マイクロスラリージェットエロージョン（MSE）試験、加熱試験、およびラマン分光分析を行った。MSE 試験では、DLC 中の H 含有率の増加とともに、膜の摩耗率が増加する傾向が見られた。硬さ試
験では、PCVD 製の DLC は加熱によって約 325℃で 10～20%硬さが増加し、500℃以上で徐々にそれが低下した。これに対して、アンバランスドマグネトロンスパッタリング（UBMS）製の DLC は硬さが上昇せず、400℃以上で徐々に低下した。DLC の水素含有率は PCVD 製が 600℃まで、UBMS 製が 400℃まで、ともに加熱によって H
含有率が変化することはなかった。
Ⅰ. 緒言
近年の環境問題への意識が高まりつつある中で、自動車、家電、製造業などのエネルギーを多く消費する産業分野を中心に、省エネルギー、環境保護の取り組みが行なわれている。これらの分野では省エネルギー対策の一環として耐摩耗特性や潤滑特性に優れた DLC 膜採用の動きが高まっている。DLC は高硬度であり、無潤滑下でも耐摩耗性が高く、低摩擦係数を示すことから切削工具、金型、各種摺動部品など多彩な用途で実用化され、一部では自動車部品への適用も始まっている。しかしながら、DLC は製造法によって様々な形態のものが生成され、それらは種類によって耐摩耗性や摩擦係数が大きく異なるが、その理由は明らかでない。
そこで、本研究では様々な市販の H 含有 DLC を入手し、弾性反跳陽子検出（ERDA）法でそれらの組成を測定するとともに、DLC の H 含有量と摩耗特性との関係を明らかにするため、MSE 法による摩耗試験を行なった。
また、DLC は熱に弱く、摩擦すると摩擦熱で軟化し、摩耗が早く進行すると一般には考えられている。また H を含有する DLC は、加熱により膜中の H が脱離し組成が変化するという報告と、加熱しても H が脱離しないという報告がある。そこで本研究では、DLC 膜の加熱による特性変化を把握するため、形成法の異なる 2 種類の H 含
有 DLC 膜を大気雰囲気中で加熱し、その硬さ、H 含有率およびラマンスペクトルの変化を調べた。
Ⅱ. 実験方法
1.MSE 試験
MSE 試験装置の概略を図-1 に示す。純水に濃度 3%で平均粒径 1.2μm の不定形アルミナ粒子を混在させた試験液を水槽内で攪拌しながら吸水口から吸い上げ、これを圧縮空気によってノズル内で加速させ、ノズル端から噴射し試験面に衝突させる。ノズルの形状は 3×3 mm2 の正方形で、ノズル端から試験片までの距離を10mm、圧力を p = 0.4 MPa、衝突角度を 90°とした。摩耗面の形状を触針式粗さ計で計測し、処女面からの最大摩耗深さを求め、摩耗量の評価パラメータとした。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

2.加熱による DLC 膜の組成変化の評価
DLC 膜は、熱に弱く、摩擦試験を行うと摩擦熱で DLC が軟化し、摩耗が早く進行すると一般には考えられている。また H を含有している DLC 膜は、熱により膜中の H が脱離し組成が変化するという報告と、加熱しても H が脱離しないという報告がある。本研究では、摩擦熱による DLC 膜の特性変化を把握するため、形成法の異なる 2 種類の H 含有
DLC 膜を大気雰囲気中で加熱し、その硬さ、H 含有率およびラマンスペクトルの変化を調べた。

図-1 MSE 試験装置の構成図
1006866.+
&+
&+
+IUHH+IUHH
0HWDO0HWDO([SHFWHGYDOXH
10-1:HDUUDWHPPPLQ

Ⅲ.実験結果ERDA 法で求めた DLC の H 含有率と摩耗速度の関係を
図-2 に示す。摩耗率は DLC の H 含有率の増大に伴い増加するが、H 含有率が 15%以上では著しく増加するとともにばらつきが大きくなる。DLC の H 含有率と硬さは相関があり、
DLC 膜の硬さが低下することに伴い摩耗率が増加するためと考えられる。この関係から大きく外れる DLC はラマン分
光分析や微小硬さ測定でも特異な挙動を示すことがわかった。
図-3 に PCVD 法および UBMS 法で成膜された DLC 膜を大気中で 600s 加熱した後，室温で測定したビッカース硬さを示す。PCVD 法で成膜された DLC 膜は 325℃以上の加熱で硬さが上昇する。DLC の耐熱温度を、元の硬さを維持している間とすると、約 500℃が PCVD 法で成膜されたDLC の耐熱温度に相当し、UBMS 法で成膜された DLCの方はこれが約 400℃となる。
PCVD 製および UBMS 製の DLC の加熱による H 含有率の変化を図-4 示す。これより、PCVD 法で成膜した H 含
有 DLC は 600℃まで膜中の H 含有率が減少しないことがわかった。これは、従来の H 含有 DLC の H は加熱で減少するという説を覆すものである。
Ⅳ.結言
水素含有 DLC 膜の MSE 試験、加熱試験および ERDA
による H 含有率測定から以下の結論を得ることができた。
(1)DLC 膜の MSE 試験による摩耗率は H 含有率の増加とともに大きくなる傾向が見られたが、H 含有率 15%以上
ではばらつきが大きくなった。
(2)PCVD 法で成膜された H 含有 DLC は 325℃以上の加熱で硬さが上昇し、約 500℃以上の耐熱性があった。これに対して、UBMS 製の膜は 300℃以上で軟化した。
(3)PCVD 製の DLC は 600℃まで加熱しても膜中の H 比率が減少しなかった。

研究発表(1) ダイヤモンド状カーボン膜の水素含有率と摩擦係数の関係; 神田一隆,他，福井工業大学研究紀要，第40号 (2010) p.96-104.
(2) ダイヤモンド状炭素膜の水素含有率と摩擦係数; 橋
本賢樹,他,日本トライボロジー学会，トライボロジー会議予稿

10-2

10-3
0

5

10
15
20
25
+\GURJHQFRQWHQWDW

30

図-2 DLC 膜の H 含有率と摩耗率の関係

図-3 加熱による DLC 膜の硬さ変化

図-4 加熱による DLC 膜の H 含有率変化

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

集 (2010) p.459-460.

＊１

福井工業大学、 ＊2 福井大学、＊3 福井県工業技術センター、 ＊4 研究開発部・エネルギー材料グループ。
本研究は、若狭湾エネルギー研究センターが、福井工業大学、 福井大学、福井工業技術センターと共同で実施した研究の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.2.エネルギー有効利用研究

4.2.2.1.太陽熱等利用技術開発
4.2.2.1.1.太陽炉と太陽熱エネルギー利用研究
The Solar Furnace and the Research about Utilization of Solar Thermal Energy
重田達雄*1、篠田佳彦*2
Tatsuo SHIGETA and Yoshihiko SHINODA
Abstract
Regarding “the Solar Furnace” with which the super high temperature was produced by collecting clean andunlimitedly existing sunlight with the Fresnel lens, we carried out improvement of various equipment, andstarted the research on extraction of Si or SiC from the rice husk. Additionally, we succeeded in the operationof the device that invented the electrical energy by combining the solar furnace with Stirling engine.
要約
クリーンで無尽蔵な太陽光をフレネルレンズで集光すること
により超高温を作り出す「太陽炉」について、各種装備の充実化を図りながら、もみ殻からの Si 及び SiC 生成研究に着手した。加えて、太陽炉とスターリングエンジンを組み合わせることによって電気エネルギーを生み出す装置の運転に
成功した。
I.

緒言
地球上にあまねく降り注ぎクリーンかつ無尽蔵なエネルギー源である太陽光を、透過型のフレネルレンズで集光して超高温場を作り出す「太陽炉」研究は、平成 17 年度から当センターで開始され、図－1 に示すような大型太陽炉（10ｋ
図－1 10kW 大型太陽炉（奥）とはんたか 2 号
Ｗ）や小型太陽炉はんたか（1.4kW、0.7kW、0.3kW）を製作
し、附属する装備を充実させる作業を実施して来た。そして、その太陽炉で得られる 2,000℃以上の超高温を利用する研究では、昨年度まで実施して来た海綿鉄製造に区切りをつけて、農業廃棄物であるもみ殻から Si あるいは SiC を生成する研究に本格的に着手した。
II. 装備の充実
今年度に実施した太陽炉装備の充実策のうち、主なものは次のとおりである。
1. レンズ交換他
11 月に新品レンズへの交換作業を実施し、位置調整方法を工夫することによって、従来よりも 9 枚レンズの焦点位置を合わ
せこむことができた。3 月には各部メンテナンスと全塗装工事を終えたが、レンズ前面遮光保護シートの電動シャッターへの変更
改造は、技術的観点から見送りとした。

図－2 大型炉用ロータリーキルン

2. 大型炉用ロータリーキルン（図－2 参照）
前年度に作り上げた内容積約 0.5ℓ～1ℓの電動回転式サガー
を、軸方向の往復動作についても電動化させ、これを利用することによって、微量ではあるもののもみ殻燻炭からの SiC 生成を確認した。
3. 大型炉用太陽光絞り機構（図－3 参照）
図－3 大型炉用太陽光絞り機構
被加熱部分の温度制御について、従来は光路途中の遮光幕
開度を手動で調整あるいは焦点位置からの距離を変化させるという方法で対処してきたが、この遮光幕開閉部

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89

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）分をボールねじとハンドルを使ってより微妙な温度調整が可能となるような太陽光絞り機構を完成させた。来年度に予定する電動化及び自動制御化と併せて、特許申請を予定している。
III. もみ殻からの Si、SiC 生成
はんたか(1.4kW)を用いて、もみ殻由来のシリコン酸化物(SiO2)と SiC 試薬を混合した供試体を加熱した。ごく微量の金属状の粒が生じ、X 線回折による物質同定により、シリコンであることを確認した。Ⅱ．2 で示したように、
シリコン酸化物の還元反応に必要な SiC も生成できることを確認しており、もみ殻に約 20％含まれているシリコン
酸化物から、太陽炉の高熱による還元反応でシリコンを生成しうる目途を得た。
IV. スターリングエンジンによる発電
太陽炉により得られる熱エネルギーを電気エネルギーに変換することで、多方面での使用が可能となる。そこで前年度からスターリングエンジンによる発電に着目し、百瀬機械設計㈱の協力を得て小型太陽炉と組み合わせることとした。はんたか２号に発電機一体の小型スターリングエンジン（500℃の入熱によって 1,500rpm で出力 200W が可能）を組み合わせ、内部鏡面の曲管を用いて熱移送することでエンジン受熱部を加熱するという方法によって、ごく短時間ではあるものの運転に成功した。
図－4 に運転時の写真を示す。
V. 対外活動他
例年同様に、太陽炉設備は多くの見学対応を行った。また、
図－4 はんたかスターリングエンジン
大型太陽炉が出演した主なテレビ番組として、TBS の科学番組（６月）と NHK の正月特別番組（１月）があり、各種高温溶解実験の様子が紹介された。小型太陽炉については、「あっとほうむ」の催し物（7 月）と「エネ研てんこもり」（8 月）にて実演を行った。
一方、「はんたかスターリングエンジン」試運転の様子はテレビ番組で紹介され（６月、NHK ローカル）、「APEC エネルギー大臣会合関連イベント」（６月、敦賀市内）と「クリーン発電＆スマートグリッドフェア 2010」（７月、横浜）では運転なしで展示のみを行った。図－5 および図－6 に展示ブースの写真を示す。
また、㈱共和製作所に製造販売権を与えているはんたかの今年度販売実績は 2 台であり、期末の受注残が１台ある。
VI. まとめ
本研究では各種装備の充実を図りながら、はんたか２号に発電機一体スターリングエンジンを組み合わせた運転に成功し、新規分野として微量ながらもみ殻燻炭からの Si 及び SiC 生成を確認した。次年度以降はこれらをさらに先へ進めて行く予定である。






図－5 APEC エネルギー大臣会合
関連イベント

図－6 クリーン発電＆スマートグリッドフェア 2010





＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 研究開発部・エネルギー材料グループ。
本研究は、若狭湾エネルギー研究センターが実施した研究の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.2.1.2.気泡駆動型循環式ヒートパイプによる熱輸送Heat Transport of Bubble-Actuated Circulating Heat Pipe (BACH)
鳥取章二*1、永井二郎*2、大西東洋司*１、池田倫史*３、森秀幸*4Shouji TOTTORI, Niro NAGAI, Toyoji OHNISHI, Tomofumi IKEDA and Hideyuki MORI
要約
気泡駆動型循環式ヒートパイプについて熱輸送の特性を把握するための実験を行い、また実証試験を実施している。
II.
緒言
未利用エネルギーや廃熱等を利用するために効率的な熱輸送技術の開発が求められており、無動力で熱を輸送するヒートパイプは重要な機器である。本研究が対象とする気泡駆動型循環式ヒートパイプ(Bubble-Actuated Circulating Heat Pipe：BACH)は、若狭湾
エネルギー研究センターが発明したものである。（図－１） （特許第 4771964 号）
Ⅲ.
地熱利用の実証試験
福井大学、地元企業と協力して地熱利用の実証のため、ＢＡＣＨを内蔵したカーブミラー
を当センター敷地内に平成 22 年３月に設置した。支柱は、地下 1.5ｍ、地上 2.6ｍで、その上に直径約 0.8ｍのミラー２個が設置されており、各ミラーに地下 1.5
図－１ ＢＡＣＨ概念図
ｍから熱を輸送するための閉ループのヒートパイプが取り付けられステンレスミラー
アクリルミラーている。ただし、各ミラーにおいて左右半面の内の一方の半面のみの背面にパイプが取り付けられている。（図－２）パイプ（内径 23ｍｍ）の内部には冷媒を充填している。地上部の支柱内に断熱材が投入され、腕部分のパイプ等に断熱材が取り付けられている。
平成 22 年 11 月からの冬季にミラー各部の温度測定や夜間のミ
ラー面の観察を行った。ミラー表面の曇り防止の効果が現われた時（2 月 5 日夜～翌日朝）の画像の例を下に示す。（図－３）ステンレス（裏面の赤い点線位置に取付）
ミラーについては BACH が取り付けられた左半面のほぼ全域に曇り
図－２ ミラ－への BACH 取付位置防止の効果が表れているのに対し、アクリルミラーについてはＤの字型に曇り防止効果が現われており、アクリルの低熱伝導性等のためと考えられる。なお、常にこのような曇り防止効果が表れるわけではない。この夜のアクリルミラーの左右半面の中央の背面の温度の推移を図－４に示す。
この時の地下１．５ｍ地点の温度は約５℃～６℃であった。
パイプの取り付け位置、取り付け方や断熱材の取り付けについて改良が必要と考えられる。
アクリルミラー背面の温度;２月５日夜～２月６日朝）

ϱ
ϰ

温度（℃）

ϯ

ａ

Ϯ

ｂ

ｂ点
ａ点

ϭ
Ϭ
Ͳϭ

23 時 31 分

６時 37 分図－３ 曇り止めの効果

18:00

21:00

0:00

3:00

6:00

9:00

時 刻

図－４ ミラー背面の温度（左右）上は地下の熱を地上に輸送する例を示しているが、ＢＡＣＨの配管や容器の配置を工夫することにより、地上の熱を地下に輸送（冷房）することも可能であり、今後は下方向への熱輸送についても研究を進めていく。
＊

１研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 福井大学、＊３共和製作所、＊４ナック・ケイ・エス
本研究は、文部科学省委託事業「都市エリア産学官連携促進事業（ふくい若狭エリア）」の一部として、福井大学、共和製作所、ナック・ケイ・エスと協力して実施した。

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4.2.2.2. 無機酸化物光機能材料開発
4.2.2.2.1無機酸化物光機能材料の開発
Research and Development of Novel Photofunctional Materials
西尾繁*1
Shigeru NISHIO
本事業はエネルギー・環境問題解決に大きく寄与できる材料、特に光エネルギー利用材料（可視光水分解光触媒）及び光エネルギー発生材料（発光材料）の開発を目指したものである。
V2O5 が可視光の照射によって可逆的に着色することは以前から知られている。この現象は以下に示すように表面に吸着した水の光分解を内包している（つまり光触媒作用を示す）と推測されてきた。
・明反応（着色過程）：V2O5（橙）+ xH2O → H2xV2O5（黒）+ 0.5xO2↑・暗反応（脱色過程）：H2xV2O5（黒） → V2O5（橙）+ xH2↑
V2O5 が可視光光着色の効率は極めて低い。しかし、もしこの感度を大幅に高められれば、実用的な可視光水分解が実現すると期待される。そこで可視光光着色の効率向上と水分解の実現を目指した。
発光材料分野ではレアメタルを含まない経済的な酸化物発光材料を開発すること、あるいはその新規な合成方法を開発することを目指した。
検討の結果、可視光光着色の感度を大幅に向上させることに成功した。しかし、近赤外ラマン分光を用いた解析の結果、着脱色は以下に示すように水分解と無関係であることが分かった。
・明反応（着色過程）：V2O5（橙）+ xH2O → V2O5・xH2O（黒）・ 暗反応（脱色過程）：V2O5・xH2O（黒） → V2O5（橙）+ xH2O
発光材料分野では、新しいレアメタルフリー発光材料を見いだすことは出来なかったものの、実用レベルの輝度を持つチタン添加酸化ジルコニウム発光材料（青緑色の発光を示し、残光が長い）の簡便な製造方法を開発することが出来た。この方法では通常の合成法で必要な、混合、加圧成型、粉砕のプロセスが全て不要である。
しかも 1000℃程度の比較的低温で合成することが可能である。今後、性能向上検討（輝度を希土類含有発光材料並に引き上げる。残光を長くする）を継続し、実用発光材料への応用を図る。
*1
研究開発部・エネルギー開発グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県の受託研究として実施した。

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4.2.2.2.2.不純物添加酸化チタン薄膜のナノ構造解明による高性能光機能材料の開発
Development of High-photofunctional Materials by Investigating Nanostructureof Titanium Dioxide Films with Impurities
笹瀬雅人*1、鷹野一朗*2
Masato SASASE, and Ichiro TAKANO
酸化チタン(TiO2)は環境に無害で安価であることからエコマテリアルや環境材料としてのみならず，さらにはSi 系の太陽電池に代わる将来のクリーンエネルギー材料として期待されている。TiO2 の代表的な特性としては
光触媒効果が挙げられるが，一方で TiO2 の優れた電気的特性は高誘電率で n 型半導体性を示し，製造エネル
ギーを抑えた安価なセンサーや太陽電池として応用することが期待されている。本研究ではその特性を生かし，無機材料、特に酸化チタンを用いた可視光シフト型のデバイス創製を目指す。
可視光領域での光機能特性の改善を目的として，反応性スパッタリング法で作製した TiO2 薄膜の表面に厚さ0.4nm から 2.5nm までの金属 W を付与した。付与した W は，TiO2 から酸素供給を受け一部 WO3 へ移行する。
TiO2 より狭いバンドギャップを持つ W 酸化物を形成することで，TiO2 が持つ吸収波長より長波長側での光反応が可能になると考えた。また，WO3 の価電子帯，伝導帯は，TiO2 より正側に位置しており，TiO2 部で励起した電子は WO3 側へ移動することが可能である。W 添加することによって，光学バンドギャップを可視光側へ 0.1eV シ
フトすることと，可視光領域での触媒効果を未添加試料の 2 倍にすることを目標とした。
その結果、TiO2 薄膜の表面にＷ層を付与すると，W の膜厚が薄い領域では酸化物となり，厚くなるとＷ金属に移行することが分かった。W 膜が薄い場合は，成膜後の空気中での酸化ではなく，W が TiO2 から O を奪い酸化物を形成していることが XPS より確認された。光触媒特性では，Ｗ酸化物によるバンドギャップの狭窄化より
紫外光での効率低下が顕著であったが，可視光においては金属 W の付与による電子と正孔の分離効果が強く働くことが明らかとなった。特に可視光照射においては 1.7nm の W 層付与において最も高い効果が得られた。
光伝導特性では，0.4～1.7nm の W 付与により光学バンドギャップが縮小し導電率 Δ が上昇した。太陽光の可視光領域で反応するセンサーとして使用できる可能性を得ることができた。光触媒特性では反応対象物と接しその効果を表し，光伝導特性は光を受けた W 付与 TiO2 自体が変化するため，それぞれの特性を改善するためには膜構成を変えることが必要である。なお，光学バンドギャップは 0.5eV，可視光の光触媒効果は 1.2 倍の改善であった。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 工学院大学
本研究は、工学院大学と共同で実施した研究の一部である。

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4.2.2.3. バイオ応用環境技術開発



4.2.2.3.1.アブラナの水面栽培による水質浄化
Water Purification by Brassica Growing at the Water Surface
高城啓一*1、畑下昌範*1
Keiichi TAKAGI and Masanori HATASHITA
Ｉ．緒言
三方五湖や北潟湖といった、福井県内の湖沼では水質の富栄養化が問題となっている。生物を用いてこのよ
うな富栄養化した湖沼を浄化する方法については、これまでも種々の試みがなされてきているが、浄化に用いた生物の適切な処理法がないことや、従来の水生生物生態系への影響などが問題となっている。
本研究では、本来水生ではではない陸生の有用植物を、水面で栽培することにより、水中の富栄養化物質を吸収し、有用物質を生産する方法の開発を目指している。
ＩＩ．結果
対象植物として、アブラナを選択し、湖沼を模した実験水槽での野外栽培を試みたところ、水上栽培は可能であった。野外での栽培を行った場合、初夏から夏にかけては、虫害等により、栽培困難になるが、秋期、冬期、春期では、水上で生長し、富栄養化の原因となる硝酸イオンや、リン酸イオンを旺盛に吸収することがわかった。
汽水域での適用を行なうため、イオンビーム照射による耐塩性系統の選抜や、栽培手法による耐塩性付与を試みたところ、50〜100 mM の NaCl を含む水上では、栽培可能であることがわかった。しかし、礫耕を行った場
合は、栽培槽上部の塩分濃度が水域の塩分濃度よりも高くなるため、栽培槽に関しては、開発要素が残る。
今後は、実際の適用環境により近い状況での栽培試験を行うとともに、汽水域への適用に関しても研究を行なっていきたい。
*1 研究開発部・生物資源グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県の受託研究として実施した。

4.2.2.3.2. 活性汚泥からのリン資源回収に用いる微生物の研究開発
Research and Development of Microorganisms Used for Phosphorus Recovery from Activated Sludge
田中良和*1
Yoshikazu TANAKA
リンは、生物が生きていく上で必須の元素であり、現在の食糧生産を維持するために欠かせないものであるが、日本で産出されないリン鉱石の埋蔵量は世界中で約４０～５０年分と予測され、その価格は近年２～５倍に高騰している。一方、下水処理場から排出される余剰汚泥は、日本の年間輸入量に匹敵するリンを含有しながらも、その殆どが未利用のまま廃棄されている 1)。本研究では、下水処理場の活性汚泥中からリン資源を回収するため、リンの固定に関わるリン蓄積細菌を選抜し、リン蓄積能力が飛躍的に向上した変異体細菌の作成を行うこと
により、資源の有効利用および環境保全に資することを目的とした。昨年度からの継続として、敦賀市内の河川及び土壌を採取後に DNA を抽出し、リン蓄積細菌に特異的な DNA 配列から作成した合成 DNA プライマーを用いた Polymerase Chain Reaction (PCR)によって土壌中に存在するリン蓄積微生物の検出を行った 2)。その結果、複数の土壌試料中から DNA 断片の増幅を確認することが出来た。さらに denaturing gradient gelelectrophoresis（DGGE）法による解析の結果、これらの増幅 DNA 中には異なる種類のリン蓄積微生物由来のものが含まれることを確認した。また、ポリリン酸合成に関わる遺伝子の改良を目的として、関連遺伝子の１つである PhoU 遺伝子を大腸菌からクローニングした。現在この遺伝子に対して変異導入を行っている。今後さらに別の関連遺伝子の単離および変異導入を実施して、高いリン蓄積能を示す菌体の作成を行っていく予定である。
参考文献
1) 黒田章夫、滝口昇他 J.Environ.Biotechnol., 4, (2) 87 (2005)
2) Gregory C, Philip P et al.: Appl. Environ. Microbiol., 66: 1175 (2000).
*1 研究開発部・生物資源グループ 本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県の受託研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.2.3.3. 二酸化炭素の光還元による固定化と有用物質生産
Useful Substances Production by Photo-Chemical Reduction of CO2
遠藤伸之*
Nobuyuki ENDO
現代社会は化石燃料にエネルギー源の大半を依存しており、資源の枯渇や化石燃料の使用によって排出される二酸化炭素の環境への影響が大きな問題となっている。化石燃料からの脱却は究極の目標であるが、目標に至るまでの道のりは遠く、暫定的であっても環境と調和したクリーンエネルギーの開発が望まれている。このような社会的ニーズの増加の中で、地球温暖化の原因として排出削減が必須となっている二酸化炭素を固定化し、炭素源として他の物質と反応させて利用し、有用な資源に変換して利用する技術開発の研究を実施している。二酸化炭素の反応には光を利用し、エネルギー投与を極力小さくすることで環境負荷が低いクリーンなエネ
ルギーとして生産することを目標にする。本研究では安価で単純な構造の化学種を組み合わせることで低コスト化を目指している。本年度は二酸化炭素の存在下で光によって活性分子を生成する蛍光物質を見出し、これまで報告のない、単純な構造の分子で二酸化炭素の光還元を起こしている可能性が示唆された。二酸化炭素を反応系に投与する方法として、アルカリ溶液に二酸化炭素を吹き込み、中和した溶液を反応系に追加するといった非常に簡単な方法が有効であった。この方法は二酸化炭素の回収効率は下がるが、吸収液を処理することなく反応プロセスに組み込むことが可能で、投入エネルギーを少なくする本研究の目的に対して適した方法である。また、既製化合物から類縁化合物を合成、反応比較を行い、置換基の違いで大きく特性が変化することがわかり、反応活性が増大する分子の合成に成功した。今のところ二酸化炭素の低減効果は確認できていないが、今後炭素が付加する反応の探索を実施する。
*研究開発部・生物資源グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県の受託研究として実施した。

4.2.2.4.バイオマスエネルギー技術開発
4.2.2.4.1. バイオマスエネルギー技術開発研究
Research and Development of Energy Production from Biomass
遠藤伸之*1、田中良和*1
Nobuyuki ENDO and Yoshikazu TANAKA
バイオマス資源は、化石燃料資源の代替として利用することで二酸化炭素排出が抑制でき、環境調和型の新エネルギーとして期待されている。特に木質系バイオマスは、食糧と競合しない植物資源で、狭い国土で大半が森林を占める我が国では重要な資源である。しかし、現状では木質系バイオマスのエネルギー化は直接燃
焼して熱源として利用する以外には実用化段階になく、利便性が高いメタン・アルコール等への変換技術開発が強く求められている。本研究では大規模な熱源や設備投資を必要としない微生物・酵素反応を応用し、生物化学的処理によって高効率変換プロセスを構築することを目的としている。前年度までに得られた成果をもとに、改良微生物の更なる高機能化・高効率化を、主にセルロース分解酵素遺伝子に対して変異の導入を試みることによって進め、野生株に比べて酵
素の分泌能力が向上したと思われる菌株を得ることが出来た。
また、微生物を利用する反応に適したシステムの構築として、連続して反応が継続する反応装置の改良、反応量の大型化と高機能化を目指した改良と微生物反応への適合化を試み、実際の木片から、改良微生物による分解を行い、非常にわずかの量ではあるが純度の高いエタノールの回収に成功した。今後、反応の持続力と、効率を高める改良を微生物・反応装置双方から
図 1， 試作した反応装置
進めていき、生産性の向上を図る。
*1 研究開発部・生物資源グループ。
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県の受託研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.原子力関連先端技術開発
4.2.3.1. 若狭湾海洋環境モニタリング研究4.2.3.1.1 若狭湾における海洋環境モニタリングシステム等に関する調査研究
Study on Marine Environment Monitoring System for Wakasa Bay Area
鳥取章二*1、伊藤英樹*1、
Shouji TOTTORI and Hideki ITO
Abstract
Several numbers of nuclear power plants are generating electricity in Wakasa bay area. The plant operatingcompanies and local government agency are monitoring radioactivity in the environment. In such monitoring
activities, it is often pointed out that the monitoring in ocean is not speedy in data acquisition in comparison
with the ones on land. This study started to give a solution to the problem in 2007 and will last until 2011.
The study in 2010 made a detailed survey in center part of the bay following the previous survey conducted
over the bay in 2007. A computer analysis methods and simulation model were also investigated based on the
results obtained in the surveys.
要約
多数の原子力発電所が立地する若狭湾の沿岸部では、事業者及び地方自治体等により環境放射線モニタリングが実施されているが、陸上における環境放射線モニタリング体制に比べて、海洋における環境放射線モニタリングの現状は、リアルタイムにデータが得られず、迅速性に欠ける点がある。このため、各種モニタリング技術を駆使し、若狭湾における海洋環境モニタリングシステムの構築に資する調査研究を 2007 年度からの 5 ヶ年計画で開始している。本年度は若狭湾の概要を調べるために行った湾全体の調査結果を踏まえて、同湾の中央部を詳細に調査し、その結果を踏まえて長期の海洋環境のシミュレーションを行う解析モデルの構築を行った。
I．
緒言
若狭湾は国内でも有数の好漁場であるとともに、その沿岸部には多数の原子力発電所が立地しており、我が国の原子力発電所立地地域
として先駆的な役割を果たしてきた。今後も原子力の平和利用を推進する上では、地域住民から一層の信頼を得ることが必要不可欠であり、迅速な情報提供と住民の安全確保を図るために、海洋環境におけるモニタリング体
制を充実させることは重要である。
これを受けて、本研究では平常時における若狭湾の海洋環境の安全性を確認するために、放射能の現状値の把握と、万一の事故等に備えた海洋への放射性物質の移行・拡散状況の把握に関する中長期予測モデルを開発することを目的とし、平成 22 年度は若狭湾中央部を中心とした調査及びモデル構築を行った。
II．

採取年度
36°00′N

200

250

100

300

H19年
H20年
H21年
H22年

越前岬
250

D^ͲϳϬ

D^Ͳϳϱ

250

D^ͲϴϮ D^Ͳϴϳ

越前

D^Ͳϲϵ
200 D^Ͳϳϰ

D^Ͳϴϲ

200

D^Ͳϴϭ
150

48′

D^Ͳϲϴ

D^ͲϴϬ D^Ͳϴϱ

D^Ͳϳϯ

50

150

100
50

D^Ͳϲϳ

経ヶ岬

D^Ͳϳϵ

D^ͲϳϮ

D^Ͳϴϰ

100

敦賀

D^Ͳϳϭ

D^Ͳϳϳ

D^Ͳϲϲ

50

D^Ͳϴϯ

50

美浜

36′
50

宮津

^^Ͳϯ
^^Ͳϭϯ ^^Ͳϭϰ

舞鶴

24′
135°00′E

12′

^^Ͳϭϱ
0

24′

36′

小浜

^^ͲϮ
10

20km

48′

136°00′E12′

図１, 若狭湾地域における海洋調査位置(2010 年度)

調査及び解析モデルの開発

若狭湾地域における放射能等の現状値を把握するため、平常時の詳細な元素分布図を作成するとともに、陸域起源物質が海底堆積物に及ぼす影響を地域別に推定する。平成 22 年度は、若狭湾中央部の地域を重点的に観測した。調査実施場所を図１に示す。
*1 研究開発部・エネルギー開発グループ
本研究は、文部科学省のエネルギー対策特別会計委託事業
による委託業務として、（財）若狭湾エネルギー研究センターが実施した平成 22 年度「若狭湾における海洋環
境モニタリングシステム等に関する調査研究」の成果の一部である。
分析に供する試料として、若狭湾の中央部海域において 20 点の海底堆積物を採取した。また 5 河川の河口

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

付近について川底の表層堆積物を採取した。 採取した試料については、粒度組成、含水率、強熱減量、元素分析、有機態炭素、無機態炭素、オパール態ケイ酸、全リン、全窒素の分析･測定を実施した。
海底堆積物の堆積速度の調査では、図－１に示す MS-67 及び MS-68 より不撹乱柱状採泥器（離合社：ＨＲ型）を用いて柱状試料を採取し、γ 線計測法による鉛－210 法 1)にて堆積速度を測定した。なお、測定にはバッ
クグラウンドの低減を目的に、遮蔽体の改良及び反同時計数法の最適化を組み合わせた極低バックグラウンド仕様のゲルマニウム半導体検出器を用いた。
放射性物質の中長期的な移行・堆積に関する解析モデルの構築については、中長期用流動モデルとして、流量収支が厳密に保たれる MAC 法（Marker and Cell Method）2)を若狭湾に適用した。水温・塩分の初期分
布及び境界流速については、JCOPE（日本沿海予測可能性実験計画）データのうち、2003 年から 2006 年までの４年間平均値を用いることとし、定常または準定常に達するまで計算を行い、若狭湾の基本流動場を得ている。
放射性物質拡散計算については、OECD/NEA（経済協力開発機構原子力機関）3)のモデルを用いることとした。パラメータ類は OECD/NEA の値に加えて、調査で得られた実測値を用いた。対象核種は 137Cs，90Sr とし、敦賀半島先端を放出点とし、期間は 30 年として計算を試みた。
III．
結果及び考察（１）若狭湾地域における海洋環境調査
ａ．陸域及び海域の元素分布特性
若狭湾における底質は平成 19 年度から 21 年度までの調査結果から、概ね砂質または砂泥で占められており、湾口付近中央の大陸棚斜面域及び湾奥付近に泥質が存在していた。これらの分布は過去の知見 4)5)から大きく変化していなかった。
本年度の調査結果では、含泥率は小浜湾湾口付
近から水深 100m 付近にかけて低く、水深が 70ｍ程度からおよそ 10m 程度まで浅くなっている
通称浅礁や東グリと呼ばれる測点では礫が 20%以上含まれていた。また、若狭湾湾口中央部の水深 150m 以深では、含泥率が 80%以上と高くなっていた。これら以外の水深 150m 以浅の海域
では、概ね砂質の堆積物が広がっていた。
珪藻などの植物プランクトンの指標となるオパー
ル態ケイ酸は、湾口及び湾外側で高く、河川堆積
物には、過年度と同様にほとんど含まれていなかった。貝殻や石灰質の殻を持つ生物の指標となる
図２ 若狭湾の 137Cs 濃度分布
主に炭酸カルシウム中の炭素である無機態炭素は、含泥率が低く砂質が多い岸寄りの調査点で多く含まれ、河床堆積物にはほとんど含まれていなかった。また、カルシウムの分布についても、無機態炭素の分布と同様であり、炭酸カルシウムの供給源が陸上側ではなく比較的浅い海域側であることを示している。
人口放射性元素では、 137Cs のみ検出され（図－２）、その他の核種は検出されなかった。検出された
137Cs 濃度は、全国の発電所周辺海域における海洋環境放射能測定結果の変動範囲内であった。
b.海底堆積物の堆積速度
若狭湾中央部海域の堆積速度の測定については、
MS-67 の平均堆積速度が0.692cm y-1、MS-68 の平均 堆 積 速 度 が 0.410cm
y-1（図３）であった。

図３

海底堆積物の堆積速度（左：MS-67，右：MS-68）

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）（２）放射性物質の中長期的な移行・堆積に関する解析モデルの構築
平成 21 年度までに得られた若狭湾の基本流動場を基に、測定結果から求めた堆積速度等のパラメータを設定し、30 年にわたる放射性物質の拡散計算を試みた。
海底層における 137Cs の濃度分布は、放出点の近傍で高く、遠方になるほど小さくなる傾向を示し、また、若狭湾内の流れの状況を反映した結果となっている。さらに、海底層における 137Cs 濃度と 90Sr 濃度を比較すると後者が 1 オーダーから 2 オーダー小さくなっており、分配係数の差に起因しているものと推測された。
IV．
まとめ
本研究は、若狭湾における元素分布特性の現状を把握するとともに、若狭湾沿岸部に立地する原子力発電所を対象として海域の放射性物質の移行・拡散状況を予測するシミュレーションモデルの開発を行い、海洋環境モニタリングシステムの充実を図るものである。これらの海洋調査のデータは、若狭湾域の漁業関係者への海流や水質に関する情報や水産資源の保護、育成、変動予測などへの活用が期待されることから、本研究が、わが国の原子力の平和利用促進に資するのみならず、若狭地域の産業振興の一助になれば幸いである。
V．
謝辞
最後に、原子力産業と立地地域の産業振興に貢献できる研究の機会を与えて頂いた文部科学省のエネル
ギー対策特別会計委託事業に感謝するとともに、同事業における委員会でご指導を頂いた委員の先生方、更にご協力とご支援を頂いた地域の漁協関係団体、福井県水産課の方々に心から御礼を申し上げます。
参考文献
１）文部科学省科学技術･学術政策局原子力安全課防災環境対策室 (1992) ゲルマニウム半導体検出器によるガンマ線スペクトロメトリー 放射能測定法シリーズ 7２) 小林紘士，和田明，角湯正剛：数値流体実験,朝倉書店, (1989)
３) 和田明：海洋環境水理学、丸善株式会社 (2007)４)林 勇夫, 志岐常正 (1985) 若狭湾(1)地質．日本全国沿岸海洋誌，日本海洋学会沿岸海洋研究部会編，
東海大学出版会，pp.947-957．
５）志岐常正, 西田史朗 (1987) 海洋地質．日本の地質，日本の地質「近畿地方」編集委員会編，共立出版，pp.183-191．

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.1.2「もんじゅ」周辺海域のリアルタイム流況観測に関する調査
Study of Sea Radar on Remote Sensing Method of Ocean Current at Surrounding Areas of Monju Site
鳥取章二*1、伊藤英樹*1、
Shouji TOTTORI and Hideki ITO
要約
もんじゅ周辺海域を含む「白木海域」において、海洋レーダーによる遠隔リアルタイム流況観測の実用性および適応性について検討を行った。
海洋レーダー観測設備を、白木海域が一望できる小樟（ここのぎ）地区と甲楽城（かぶらき）地区の2 地点に設置し、2010 年 12 月 28 日から 2011 年 1 月 30 日の間に連続の流況観測データを取得することができた。また、2010 年 12 月 13 日には海洋レーダー観測範囲内の 8 点で船舶による現場流況調査
を行った。
I．
緒言
従来の流況調査では、船やブイを利用するため観測範囲が限定的または局所的（点）で、かつ得られる観測データは間欠的なデータとなっていた。近年、国内では電力及び海洋関係の研究機関等において、
海洋レーダーを用いた広範囲かつリアルタイムで連続観測できる技術の研究が進められている。この海洋レーダーを用いて海洋環境調査への適用性及び有用性を検討するとともに、広域にわたる観測データの取得、かつ観測の効率化及び信頼性向上を図ることができる実用化技術の開発に資する。
II．
調査内容
海洋レーダーによる流況観測および海洋レーダーにより観測された海表面の流向・流速値と現場 流況調査による結果（ADCP、Compact-EM）との比較を行った。
III．
調査結果
観測時期が海洋条件の比較的悪い冬季であったが、図－１に示すようにもんじゅ前面を含む海域で安定した流況データを取得することができた。船舶による流況調査結果との比較では、測定水深が近い電磁流速計（Compact-EM）と良い対応を示した（図－２）。
海上風36°00′NEM

5m/s

20cm/sec

小樟(北側：A局）

ADCP1200(0.5m)

20cm/s54′

250

ADCP300(2.5m)

150
200
甲楽城
（南側：B局）

20cm/s

100

48′

50

ブイ観測点

42′

0

図１

海洋レーダーによる観測例

36′
42′

図２

48′

54′

3

136°00′E6km

06′

レーダー観測値と現場流況との比較

IV．
まとめ
本年度の海洋レーダー観測結果より、若狭湾海域での利用の可能性に見通しを得た。今後も海洋レーダーの精度を検証する現場流況調査を継続するとともに、観測対象域周辺の海洋気象データ等を蓄積し、海洋レー
ダーとの関係性について評価する予定である。
*1
研究開発部・エネルギー開発グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが日本原子力研究開発機構の受託研究として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.2. 原子力応用技術開発

4.2.3.2.1. 放射線源情報評価手法調査
Development of a New Detection System of Positions and Directions of Radioactive Sources
久米恭＊1、高田卓志＊1、大谷暢夫＊2、長谷川崇＊3
Kyo KUME, Takushi TAKATA, Nobuo OHTANI and Takashi HASEGAWA
Ⅰ．緒言
本調査では、原子力施設の異常時・事故時に環境大気中に漏えいする放射性物質について、大気中の分布を測定する技術を評価してまとめた。
大気中の放射線源の分布を測定する技術として、アンフォールディング計算技術を用いた評価手法を調査・検討した。この手法を適用して放射線源を評価する為の検出器システムを試作し、機能を確認するとともに、検出装置の課題を摘出した。この放射線源情報評価システムを、「もんじゅ」とその周辺のモニタリングポストにおける放射線計測を模擬した体系に適用し、線源情報の計測の可能性と課題を評価した。
Ⅱ．アンフォールディング計算技術を用いた放射線源評価手法調査と検討（１）方法
昨年度、開発を進めた放射線源情報評価システムに適用される検出器について更なる検討を加えた。本シス
テムの検出器を原子力施設周辺のモニタリングポストに設置する場合、多数の検出器が必要となるが、そのコストを抑える事を目的として、検出素子(NaI 結晶)の最適な形状を評価した。又、線源情報の評価精度を向上する事を目的として、放射線の飛来する方向を検知する機能を持つ検出器を検討した。
（２）結果・考察
放射線源情報評価システムでは、放射線計測装置として NaI 検出器を用いるが、検出器に用いる NaI の結晶
は、その大きさによって価格が大きく異なる。多数の検出器を複数のモニタリングポストに配置する事を考慮して、合理的な結晶の形状を評価した。NaI 結晶は円筒形状であるが、評価システムが対象とする放射線源の位置、
即ち、放射線が飛来する方向は限定されており、放射線感度の方向依存性の小さい、球状に近い結晶を用いる事が必ずしも必要とは言えない。評価の結果、対象とするエネルギーも限定されている事から、断面が正方形に近い結晶と比較して、円筒軸方向の長方形断面の面積が同等な、即ち、体積の小さい結晶で同等の感度が得られる事が確認された。
Ⅲ．放射線源情報評価システムの検証（１）方法
放射線源情報評価システムを小型の線源を用いた測定の実験データによって評価し、課題を摘出した。本システムでは、地表に設置された検出器の放射線測定結果から、離れた大気中の線源強度の分布を評価するが、ここでは既知の線源に対して測定を行い、検出器の応答から、その線源の位置が評価できるかを検証した。
本年度は実験施設規模のやや大きな体系（産業技術総合研究所の標準コバルト場）で、高強度の線源を用いた測定実験を行った。
（２）結果・考察
放射線源を用いた測定試験によって、評価システムの機能を検証した。本報告では、屋外に解放された構造の施設において、より強い線源を用いて試験を実施した。評価システムにおいて測定値は、検出位置における放射線の線束評価と線源位置の評価の 2 段階で処理される。線束評価においては、上記の検出装置の課題が明らかになったと共に、測定を行う周辺のコンクリート壁等の構造物や地面による放射線のエネルギー減衰や反射が、観測される事が確認された。評価システムで複数の放射線源を扱う場合には、高いエネルギーの放射線のエネルギー減衰が、別の放射線源から放出される低いエネルギーの放射線の測定値と重なる可能性がある。
検出器を設置する周辺の構造物等の状況を事前に評価に反映しておく必要がある。
＊1
研究開発部・粒子線医療研究グループ、 ＊２研究開発部嘱託、＊３ハセテック
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが日本原子力研究開発機構の受託研究として実施した。

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線源位置については、測定試験で得られた放射線スペクトルデータを用いて、評価システムによる線源位置についての評価結果を検討した。評価システムにとって最適な検出器配置に対して、いくつかの配置を対象として解析をおこない、検出器の配置に必要な条件と評価結果の配置依存性を確認した。実際の運用に際しては、
モニタリングポストの配置を自由に選べる訳ではないので、現実的な制限を取り入れた評価が必要である。
Ⅳ．「もんじゅ」に対する放射線源情報評価システムの適用性評価（１）方法「もんじゅ」を念頭においた位置的条件を模擬し、本システムの適用性を評価した。即ち、「もんじゅ」の安全評価で想定されている放射能の漏えいについて、周辺のモニタリングポストに配置された本システムの検出器によって、その位置等が評価できるかを確認した。
（２）結果・考察
評価システムを「もんじゅ」の周辺の地形的な位置関係を考慮した体系に適用した場合のふるまいを評価した。
評価システムが対象とすると考えられる放射性の希ガスが放出されたとして、「もんじゅ」とその周辺のモニタリン
グポストの位置を模擬した体系について計算を行い、モニタリングポスト位置の測定データから、「もんじゅ」で放出された放射線源の位置（即ち、「もんじゅ」位置）が同定できる事（図１）、線源が南北に 500m 移動した際に、その移動が検出器で得られるデータの処理によって確認できる事、放出放射能の量が数十%の精度で評価できる事等が確認された。一方、各検出器のバックグラウンドのレベルに対する放出された放射能による放射線のレベ
ルが、評価システムの適用性において重要であるとの評価を得た。大気中に放出された放射線源のふるまいは、
気象とも関連して複雑であり、適切な仮定の設定と評価が不可欠である。
Ⅴ．まとめ
本研究により、放射線源情報評価システムの基本的な機能と課題を明らかにした。
X：-50～50m、Y：-50～50m、Z：225～275m
0.5～0.6MeV：6.47×109 Bq
1.0E+101.0E+09-1.0E+10
1.0E+08-1.0E+09
1.0E+07-1.0E+08

1.0E+09

1.0E+06-1.0E+07
1.0E+05-1.0E+06
1.0E+04-1.0E+05

1.0E+07

1.0E+06

1.0E+05

1

3

5

7

9

21

19

17

15

Xメッシュ（100m幅）

13

11

9

7

5

3

1

1.0E+04

21
19
17
15
13
11

Yメッシュ （100m幅）

線源強度(Bq/メッシュ)

1.0E+08

もんじゅサイトを模擬した放射線源情報解析結果（CASE1)

図１ 「もんじゅ」を模擬した放射線源情報解析結果の例

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.2.3. 野外における放射線源情報評価システムの検証
A Stability Examination of a New Detection System of Positions and Directions of Radioactive Sources
久米恭＊1、高田卓志＊1
Kyo KUME and Takushi TAKATA
Ⅰ． 緒言
別報で報告した放射線源情報評価システムについて、野外環境での試用運転により実運用に対する課題摘出の一助とするものとした。本節ではこの結果について報告する。
Ⅱ． 方法
放射線源情報評価システムを特徴的なガンマ線を測定可能な極地に設置し、その実用性を検証するものとした。今回は極地として富士山（剣が峰）山頂（標高 3776 m）の富士測候所および山頂近くの浅間大社奥宮、久須志神社の 3 カ所を選定し、放射線源情報システムを構成する 3 台の NaI 検出システムを 1 カ所につき 1 台設
置して、7 月初旬から 8 月下旬までの約 2 ヶ月間の連続運転を試みた。
本来の放射線源情報評価システムは 1 カ所ごとに NaI ガンマ線検出器、プリアンプ併設型の高電圧印可装置、
リストモードでのデータ取得可能なマルチチャンネルアナライザー、データ収集用コンピュータから構成されるが、これらに加え、本検証では 3 カ所の同時性を担保するために各検出システムに GPS を接続して検出時刻を同期した。また停電に備えて無停電電源も接続した。その他、遠隔からの装置状況監視のため、モデムも接続した。
運転期間中は装置状況確認のために 1 週間に 1 度程度現地を訪問した以外は無人運転とした。
Ⅲ． 結果と考察
試運転期間中、富士山頂では晴天が長続きせず、頻繁に停電等が発生した。富士山頂周辺は商用電源のバックアップが乏しく、悪天候になれば送電が停止する時間が長くなることが多いことから、用意した無停電電源の容量をこえて停電が続くことも多くあった。最終的には、測定データを取得できた日数は 7 週間のうちの 2 週間程度であり、野外における無人運転における課題が明らかとなった。
電源の問題については、無停電電源を重層化するほか、非常用電源を用意する必要があることも明らかとなった。
IV． まとめ
放射線源情報評価システムを野外で試用し、運用上の課題を摘出した。
＊1

研究開発部・粒子線医療研究グループ
本事業は文部科学省の科学技術人材養成等委託事業による委託業務として、（財）若狭湾エネルギー研
究センターが実施した平成２２年度「粒子線がん治療に係る人材育成プログラム（若狭湾エネルギー研
究センター粒子線医療研究グループにおける OJT）」の成果の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.科学機器利用技術開発

4.2.3.3.1. BN膜の切削工具への応用
Cutting Tool Application for Boron Nitride Films Prepared by Dry Process
笹瀬雅人＊
Masato SASASE
本研究は、磁界励起型イオンプレーティング法で成膜した c-BN 膜の微細構造が、成膜条件によりどのように変化するかを透過電子顕微鏡 (TEM)の分析により明らかにし、機械応用可能な c-BN 膜の微細構造を明確にすることである。さらに、この最適化された c-BN 膜について、金型等や電子部品への応用について検討する。
H22 年度は、以下の検討を行った。
① c-BN 膜の成膜条件と微細構造との関係
Si 上に成膜した c-BN 膜を用いて TEM 観察のための試料作製方法を検討する。また、FIB 法とイオンミリング
法による試料前処理を確立する。さらに電子線回折法により c-BN 膜の膜構造の決定を行う。
② 機械応用可能な c-BN 膜の微細構造の再現性
機械応用可能な c-BN 膜を N/B=1.0 に近い膜を作製する。
その結果、以下の点が明らかとなった。
① X 線回折(XRD)分析により c-BN が合有する試料について、TEM 分析方法の検討を行った。
その結果、FIB 法、イオンミリング法による試料作製は可能であることが明らかとなった。さらに、c-BN 膜の膜構造は、3 層が確認できた。基板より、アモルファス層→h-BN 系層→h-,c-BN 混合層と思われる。今後詳細な結晶方位等の検討が必要であることが明らかとなった。
② c-BN 膜の組成をより N/B=1.0 に近くする検討を行った。
成膜条件中の放電出力を 50V 30A,35A,40A と変化させた。膜組成比は、50V 30A で N/B=0.65 であったが50V 40A では、N/B=0.75 と増加した。今後この組成変化した試料に対しても構造評価を実施する予定である。
また、50V 40A で成膜した膜は、800℃の耐酸化性と、アルミ溶騰に対する耐性を持つことが判っている。
＊1
研究開発部・エネルギー開発グループ.
本研究は、新港精機株式会社と共同で実施した研究の一部である。

4.2.3.3.2.アルミナゾルの粒径・形状制御技術の研究
Control Techniques of Grain Size and Shape for Alumina Sol by Sol-Gel Method
笹瀬雅人＊
Masato SASASE
アルミニウムアルコキシードを原料とするゾルゲル法によって得られるアルミナゾルは、透明性が高く、蒸留精製したアルミニウムイソプロピレートが原料であるため化学的純度が高いという特徴がある。これまで粒子形状制御を目的として共同研究を進め、粒状粒子だけでなく、板状および柱状粒子を選択的、且つ高濃度で合成することが可能になった。
そこで、この粒子形状制御技術を用いて、排気ガス浄化用触媒担体用のバインダーとして非常に高い評価を得ている柱状粒子を有するアルミナゾルの高濃度化を行う。さらに形状制御されたアルミナゾルを用いてバイン
ダー以外の用途（フィラー、表面処理剤、インク受容層、フィルムなど）への応用展開を目指す。
H22 年度は、柱状粒子を有する高濃度アルミナゾルの工業化に向けて、パイロット製造装置での製法確立について検討を行い、以下の結果が得られた。
① ラボ検討結果と同様に、安定剤の投入前に熟成工程を実施することにより、粒子の結晶成長を促すこと
で濃度アップが可能になった。
② 各工程での透過型電子顕微鏡 (TEM)での粒経・形状観察結果から、スケールアップしたゾルは、ラボ試作品と同等の柱状粒子であることが確認できた。
柱状粒子は排気ガス浄化用触媒担体用のバインダーとして非常に高い評価を得ている。その柱状粒子を有する高濃度アルミナゾルのスケールアップをパイロット製造装置にて実現できた。その結果、排気ガス浄化
触媒バインダー用途としての拡販が望める。
＊
研究開発部・エネルギー開発グループ、本研究は、川研ファインケミカル㈱と（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

 103
103

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.3. 透過型電子顕微鏡を用いた金属ナノ結晶の構造安定性に関する研究
Structural Stability of Nano-Crystalline Metal Prepared by Gas Deposition Method
笹瀬雅人*1、稲見 隆*2Masato SASASE and Takashi INAMI
結晶粒径が 10 nm のオーダーであるナノ結晶は優れた力学特性を示すが、一般には熱的に不安定とされている。この熱的に不安定か安定かは工学的に重要な問題である。ガスデポジション法で作製した金ナノ結晶は極めて良い熱的安定性を示した。この方法で作製したナノ結晶は、結晶粒が柱状晶の強い配向を示し、かつ粒径が均一である特徴を有している。これらの特徴が高い熱的安定性を示す原因と考えられる。さらに、金ナノ結晶の透過型電子顕微鏡（TEM）観察で、ナノオーダーのバブルが多数確認された。このバブルも熱的安定性の要因の一つと考えられる。このバブルは、He ガス気流中で生成した金ナノ粒子にヘリウム（He）原子が付着またはデポジション中のナノ結晶に混入して生成した He バブルである可能性がある。しかし、一般に、金属と不活性ガスは弾性相互作用が大きく，結晶中には殆ど含有されないとされている。もし、バブルに多量の He が含まれているとすると、ナノ結晶特有の性質の一つと考えられ、He がどのようにして吸収され、どのような挙動を示すか
興味ある問題である。
また、 バブル中の He の有無および熱的安定性との関連など不明な点が多い。そこで、透過型電子顕微鏡
観察によりバブルの構造および分布状態を調べる。さらに、X 線回折法による粒径サイズおよび分布状態を調べる。また、昇温試験よる He ガスの放出温度および放出量を求め、He バブルと金ナノ結晶の熱的安定性との関連を検討する。
ガスデポジション法で平均粒径が 10～40nm である種々の金ナノ結晶を作製し、He 放出量および放出温度の粒径依存性について昇温試験を行った。電顕観察により He バブルの存在場所および大きさなどを調べ、He
バブルと熱的安性の関連を検討した。平均粒径が異なる 17 および 38nm の金ナノ結晶を TEM 観察及び X 線
回折で調べた結果、バブルは粒径が小さいほど数多く、その殆どが結晶粒界に存在していた。また、粒径が小
さい程熱的安定性が良いことが分かった。これらの試料を昇温試験により He ガスの放出量および放出温度を調べた結果、He 放出温度は金の融点であり、このことはナノ結晶のバブルは極めて安定であり、バブルが熱的安定性に強く関連していることを示唆している。He ガスの放出量と粒径依存性を調べると、平均粒径の小さい
17nm の試料からの放出量がより平均粒径の大きい 38ｎｍより多いことが分かった。平均粒径が小さい金ナノ結
晶は粒の大きい試料に比べて多量の He が存在しており、この結果は TEM のバブル数の観察結果と一致している。バブルの数つまり He の量が多い程熱的安定性は良く、He が熱的安定性に強く奇与していることを示唆している。また、ナノ結晶作製過程で生成された金ナノ粒子の透過電顕観察では粒内に He バブルが確認されなかったことから、金ナノ結晶に含まれる He は、ナノ粒子が基板に吹き付けられてナノ結晶薄膜に堆積する過程
で取り込まれることが示唆された。
今までに整理された熱的安定性の平均粒径依存性から、He バブルの存在が大きな影響を与える要因の一つであることが分かった。また、金属中の He 挙動は原子力材料の問題と関連しているので、He の存在状態および挙動の研究を更に発展させる必要がある。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 茨城大学
本研究は、茨城大学と（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

 104
104

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

  4.2.3.3.4.電池用材料の物性および電気化学的評価・解析
The Powder Properties of Cathode Active Materials Relations Electrochemical Behavior.
笹瀬雅人＊
Masato SASASE
電池材料において、素材の電子状態や化学結合状態は性能に直接影響することが知られている。従来は粒径や形状・結晶構造など素材としての物理的な特徴と、実用としての電気化学的評価を比較することで開発を行っていた。
本研究では、電池性能の向上を図るため、Li イオン電池用正極材料について田中化学研究所にて電気化学的特性を評価し得られた情報と、本研究センター所有の、XPS、SEM, TEM などの結晶構造、電子状態、化学結合状態を直接分析できる装置で得られた解析結果をリンクさせ、評価技術法の確立を目指す。最終的には得られた評価技術を基に新規素材開発や生産条件に反映させる。
H21 年度は、通称 3 元系と呼ばれるニッケル・コバルト・マンガンから構成されるリチウムイオン電池用素材について、粒子内の結晶サイズ（粒界）の大きさや粒界単位での結晶方位及びそのばらつきに関する情報を取得する技術を開発した。H22 年度はこの技術を活用し、充放電に伴うリチウムイオンの挿入・脱離における活物質の結晶の変化についての知見を得ることを目的とした。
3 元系と呼ばれるニッケル・コバルト・マンガンから構成されるリチウムイオン電池用素材について、充放電に伴う粒子内の結晶サイズ（粒界）の大きさやその結晶方位に関する情報の取得を行った。
充放電させた粒子を正極板の状態で取り出したのちイオンビームにより切断し、平滑な断面出しを行なった。
この断面に対し FE-SEM を用いた反射電子観察を行なったところ、充電時には結晶が収縮したと推定される空隙が、粒界にそって生じていた。さらに放電状態では空隙は観察されなかった。
＊

研究開発部・エネルギー開発グループ,
本研究は、㈱田中化学研究所と（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

 105
105

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.5.金属ｶﾞﾗｽのイオン注入法の研究
Ion Induced Structural Modification and Nano-Crystalline Formation of Zr-Al-Ni-Cu Metallic Glasses
笹瀬雅人*1、永田晋二*2
Masato SASASE and Shinji NAGATA
金属ガラスは結晶金属に比べ高強度、低ヤング率、優れた耐食性など独特な機械的性質を持つ新素材である。イオン注入法は、原子の強制的な混合過程と非平衡状態で添加された元素の化学的効果が期待されることから、金属ガラスの表面改質プロセスとして有望である。
本研究では、イオン注入法を任意に制御可能な局所構造生成法として積極的に応用することで、金属ガラス
合金へのイオンによる、構造・微細組織・組成変化や、相安定性に与える影響を調べとともに、原子衝突および元素添加の効果を明らかにすることを目的とした。
金属ガラス相を形成しやすい合金では貴金属の混入によって金属ガラス相の安定化、すなわち過冷却領域の拡張や、耐摩耗性の向上が期待されている。これまでは、イオン注入によるナノ結晶形成を中心に観察してきたが、H22 年度はガラス形成能が高いとされる ZrNiAlCu 合金試料に対し、Au,Ag,Pt などの貴金属イオン注入を行い、透過・走査電子顕微鏡観察により局所構造変化を観察するとともに、Ｘ線回折による長周期の構造
変化、さらに基板との界面におけるイオンミキシングの影響について調べた。とくに二体衝突にもとづくシミュレーションで予想されるはじき出し量と回折ピーク強度との比較、ラザフォード後方散乱実験で得られる界面での混合原子数との比較を行い、核的衝突効果と拡散その他の効果について検討を行った。
数百 keV から 1 MeV 程度の貴金属イオンを ZrNiAlCu 結晶合金表面に室温で数 at.%―1016/cm2 程度注入することで、非晶質化が認められた。イオン注入ではピコ秒のオーダーでカスケードが形成されるので、局所的な溶融、急冷と同等の効果が現れたと考えられる。また、ZrCu2 の回折ピーク強度は計算されるはじき出し量にほぼ比例して増加することから、衝突によるはじき出し効果が非晶質化の重要なパラメターであることが示された。断面 SEM 観察ではスパッタで作成した非晶質薄膜が柱状構造を持っていることがわかるが、イオン照射を行うと、より微細な組織へと変化する。合金の構成元素である Zr,Ni,Cu 原子はわずかに基板側へと入り込んでいる一方、 基板である Si 原子の薄膜合金への流入はほとんど見られない。この結果は拡散を考慮しない衝突
のみのシミュレーション結果と類似しており、ZrNiAlCu 系への室温イオン注入では衝突過程が支配的であると考えられる。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 東北大学金属材料研究所、本研究は、東北大学・金属材料研究所と（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

 106
106

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.6. S-TEM（走査透過型電子顕微鏡）による局所分析と最新試料作製技術
Local Analysis for Thin Films by Scanning Transmission Electron Microscope (STEM)
笹瀬雅人＊
Masato SASASE
透過型電子顕微鏡 (TEM)は、結晶構造から電子構造までをナノスケールで解明できる装置として進化し続けている。このような大きなポテンシャルを持った透過型電子顕微鏡 (TEM)を材料科学に有効利用することは、材料科学の進歩に欠かせない。一方、透過型電子顕微鏡 (TEM)は高度に発達した装置であり、そのオペレー
ションにはハードに対する深い理解が必要であり、さらに得られた結果の解釈には高度の専門知識が必要である。また、観察する材料の薄片化も原子オーダーの制御が必要となり、難易度が高い。
本研究では、最先端分析手法である走査透過型電子顕微鏡(STEM)による局所分析手法を学び、その分析手法に用いる、高分解能観察が可能な電顕試料の試料作製技術手法を開発する。
その結果、鉄シリサイド薄膜とシリコン基板の原子オーダーの界面観察を行うために、イオンミリング法及びト
ライポッドポリッシャー法を用いて、非常に薄い電顕試料を、再現性良く薄片化することに成功した。さらに本電顕試料を、京都大学化学研究所にて STEM 法による界面状態の観察を行った。
その結果、H22 年度はシリサイド/シリコン界面において、従来の電子顕微鏡では観察できなかった、原子オーダーのずれの視覚化に成功した。
H23 年度は、構造によるずれと同時に、電子状態を「その場」で観察を行い、物性値を同時に明らかにすることを目指す。
＊

研究開発部・エネルギー開発グループ、本研究は、京都大学・化学研究所と（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

 107
107

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.7.摩擦を利用したナノ結晶微細構造表面膜の創製と評価
Friction-Induced Ultra-Fine and Nanocrystalline Structure on Metal Surfaces in Dry Sliding
笹瀬雅人*1、加藤寛敬*2
Masato SASASE and Hirotaka KATO
金属の摩擦表層は、バルク材と全く異なる特性を持ち耐摩耗性に優れると考えられる。その根拠は、ある条件下で摩擦の影響を受けた金属表面は、巨大塑性ひずみや熱の発生、材料移着などにより組織が微細化・ナノ結晶化し、高硬度化しているためである。そこで本研究では、摩擦表層の金属学的調査（トライボメタラジー、
Tribo-metallurgy）により、摩擦条件と表層組織との関係を明確にし、ナノ結晶化・組織微細化する摩擦表層の生成条件・生成メカニズムやその物性を明らかにすることを目的とした。また、その摩擦を利用した超微細組織
金属表層の摩耗特性を評価し、耐摩耗性・耐凝着性に優れた摩擦表層を開発してトライボロジ－分野への応用の可能性を探る。
具体的には、（１）ピンオンディスク方式の摩擦により得られる金属表層組織と摩擦条件との関係を明らかにし、摩擦による金属表層が組織微細化・ナノ結晶化する摩擦条件（雰囲気・材料組成・すべり速度・面圧）を明確にする。（２）光顕、SEM、高分解能 TEM、微小領域硬さ試験、EDS、XRD などの手法により、摩擦表層の金属学的性質（組織、材料組成、結晶構造（結晶粒径、結晶方位）、生成形態（厚さ）、力学特性（硬さ））を明らかにする。
H22 年度には、ディスク材料として炭素鋼 S45C、ピン材料として純 Cu を用いて、真空中(9.9×10-4Pa 以下)
で摩擦速度 0.1m/s、荷重 19.6N、回転回数は 3/4～924rev の範囲で変化させてピンオンディスク摩擦試験を行い、摩擦後のピンおよびディスク表面を詳細に観察した。その結果、3/4 回転させた試験片には、１回の接触で既に相互移着膜（S45C ディスク上に Cu 膜、Cu ピン上の Fe 膜）が生成し、Cu ピン上の Fe 膜（厚さ約 6μm）では粒径が 30～700nm のナノ結晶微細組織が形成され、表面付近は緻密で下方に従い粒径が大きくラメラ構造になる傾向にあった。一方、S45C ディスク上の Cu 膜（厚さ 1～2μm）では微細粒は観察されなかったが、Cu 膜直下の S45C 界面では微細なラメラ構造が形成された。また、多数回（924 回転）摩擦させた Cu ピン試験片表面
では、厚さ 5.3μm の範囲で微細組織（粒径 15～300nm）が形成され、1μm 程度の Fe 粒子の混入も認められた。
また、相手材の S45C ディスク上には粒径が 20～180nm のナノ結晶 Cu 膜が生成された。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 福井工業高等専門学校、本研究は、福井工業高等専門学校とと（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。


 108
108

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.8.透過型電子顕微鏡(TEM)による繊維内部構造の観察技術確立
Technology Establishment for the Internal Structure Observation of Fibers
Using Transmission Electron Microscopy.
笹瀬雅人
Masato SASASE
近年、カーボンナノチューブ(CNT)等の機能性粒子を樹脂中に複合化させた材料を繊維化し、新規の機能性を持つ繊維の研究開発が行われている。その研究開発を円滑に行うためには、複合繊維中の機能性粒子の分散状態や樹脂－粒子界面の状態を詳細に観察する必要性が増している。一方、分散状態や界面状態の微細構造を解析するためにはナノレベルでの観察技術が必要であり、主として透過型電子顕微鏡 (TEM)を用いる必要がある。さらに、観察をおこなうためには、目的にあった試料作製技術、観察技術と解析技術が必要であり、特に試料作製には多くのノウハウが必要になる。
本研究では、TEM 試料作製法及び前処理技術の検討、条件の最適化、そして樹脂材料（繊維材料）における TEM 観察・解析技術の検討を行った。
H21 年度は、CNT 複合繊維の TEM 観察用超薄膜切片作製技術を習得し、TEM（加速電圧 300kV）を用い、繊維軸方向および繊維断面方向における延伸（一軸配向）の有無による CNT の分散状態観察を実施した。その結果、以下の点が明らかとなった。
(1) CNT と樹脂の硬度差の減少を目的として、四酸化ルテニウムおよび四酸化オスミウムによる樹脂の染色硬化をミクロトーム加工の前処理に実施し、2 μm の範囲を平滑面とした試料の作製に成功した。
(2) FIB 加工を用いて、全面が平滑である超薄切片の作成に成功した。
(3) TEM モードにおいて、明瞭に樹脂中の CNT 像を観察する為には、200kV の加速電圧が有効である事を確認した。
(4) 樹脂の配向状態の変化により、樹脂に複合された CNT の配置および方向に明瞭な変化が生じる事を確認した。
本共同研究で得られた成果は、導電糸開発において、導電性発現機構解明の一助となる。さらに基礎段階であり、今後の応用へ向け、技術開発を進める計画である。
＊

研究開発部・エネルギー開発グループ、 本研究は、KB セーレン株式会社と（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

 109
109

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.9. ケラチン繊維の微細構造解析ならびに成分解析
Microstructural Analysis and Component Analysis of a Keratin Fiber
笹瀬雅人＊
Masato SASASE
ヒトの毛髪はケラチン繊維で構成されており、大きく分けてミクロフィブリル、それが束となったマ
クロフィブリル、それらを包むように最外層に鱗状のキューティクルが 5～6 層重なっており、断面から観るとほぼ真円状である。そのヒトの毛髪は身近な生体由来繊維であるにもかかわらず、その微細組織は未だ明らかにされていないのが現状である。そのため毛髪へのカラーリング（毛染め）施術やパー
マネントウエーブ施術に用いられる酸化還元反応を利用した薬剤処理による変化についても毛髪を構成している各組織での化学変化・構造変化までの議論は少なく、今後薬剤の最適化を図る上で検討が必要である。
本研究では、ミクロトーム法による毛髪の電顕試料作製法を確立し、その後透過型電子顕微鏡 (TEM)を用いて毛髪断面の微細構造を詳細に観察することによって、毛髪の微細構造及び薬剤処理による構造変化の解明を目的とする。
H22 年度は、ヒト毛髪組織のカラー施術やパーマ施術による各薬剤の浸透度合いや各薬剤処理における各組織の微細構造変化を測定するために、施術毛髪の断面方向ならびに縦方向の切片を TEM にて観察した。
また、国立大学法人福井大学が所有する TEM（JEM-2100TM）との観察画像の比較検討、各種金属染色剤による観察画像比較検討を行い、最適化を実施した。
その結果、毛髪断面の観察では、キューティクルの層構造およびマクロフィブリルとその間隙に存在する CMCが見られ、さらには、薬剤処理による構造的な欠落、いわゆる、ダメージが観察された。すなわち、TEM 観察は薬剤処理ダメージの観察に適していることが分かった。また、カラーやパーマ処理のダメージを緩和する処理剤を使用した毛髪では、処理剤のダメージ緩和効果を TEM により観察することができた。
さらに、毛髪（生体試料）の観察においては、加速電圧の低い JEM-2100TM の方が、観察中のダメージが低く、長時間の観察に向いていることが判った。金属染色剤として、管理が容易であるリンタングステン酸ならびにガド
テル酸メグルミンなどを検討中であり、観察目的ならびに毛髪の観察部位により使い分けが可能であることが判った。
＊

研究開発部・エネルギー開発グループ、 本研究は、日華化学株式会社と（財）若狭湾エネルギー研究セン
ターが共同研究で実施した研究の一部である。

 110
110

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.10. リアルナノ・サブナノ・原子スケール分析を目指した光電子分光および光吸収分光の確立
Application of Photo-emission and Absorption Spectroscopy
to Characterization of Atoms, Clusters and Nanoparticles
笹瀬雅人*1、高廣克己*2
Masato SASASE and Katsumi TAKAHIRO
ナノ粒子から構成される新規機能性材料の創製が注目されているが、その分析法は、従来通り透過型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡等の直接観察が主流である。これらの方法は、研究室レベルで非常に有用な分析法であるが、試料作製の困難さや、観察領域の制限があるため、すべての研究者に対して有用な分析法ではない。
本研究では、以上の問題点を克服すべく、光電子分光および光吸収の分光学的手法により、簡便、迅速かつ正確に原子レベルのクラスターからナノ粒子に至る広範囲のサイズ領域のキャラクタリゼーション法を開発・確立することを最終目標にして、その基礎研究を行った。
分析対象を銅酸化物 CuO ナノ粒子とした。平成 21 年度に、X 線光電子分光測定中の CuO ナノ粒子の還元を見出したので、平成 22 年度では、X 線照射による CuO ナノ粒子還元の機構を明らかにするとともに、還元の効果を考慮した粒子サイズ評価法の構築を目指した。光電子スペクトルのみならず、X 線励起オージェ電子ス
ペクトルに着目した解析を行った。
AFM と SEM による表面観察により、基板の種類と Cu 蒸着量に依存して、平均サイズ 8～150 nm のナノ粒子が生成したことを確認した。X 線連続照射により、Cu 2p3/2 主線は低結合エネルギー側へとシフトし、衛星線／主線の強度比は低下した。一方、Cu LMM オージェ電子スペクトルでは明瞭な変化が見られなかった。これは、オージェ電子の脱出深さ（~1.6 nm）が光電子のそれ（~ 0.8 nm）に比べて深いことに起因するためであり、還元がナノ粒子の極表面（< 0.8 nm）で生じたと考えられる。衛星線／主線強度比および Cu 2p3/2 主線の位置の X 線照
射量依存性を表すグラフから、照射量ゼロ（本来）の値が求められるが、測定を行ったサイズ範囲では、それらの明確なサイズ依存性は認められなかった。また、サイズ 8～26 nm の CuO ナノ粒子のオージェ電子の運動エ
ネルギーは、バルク値に比べて 0.3～0.8 eV 程度低く、平均サイズが大きくなるにつれてバルク値に近づくことが分かった。このように、Ｘ線励起オージェ電子分光は、光電子分光に比べて CuO サイズに敏感であり、CuO ナノ粒子の分析に有用であると考えられる。
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ、 ＊2 京都工芸繊維大学
本研究は、京都工芸繊維大学と（財）若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

 111
111

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.11. ソバ等に含まれる抗酸化物質の加工等による活性変化
Processing Effect on the Antioxidant Activity of Buckwheat Seeds
遠藤伸之*1、粟津原理恵*2
Nobuyuki ENDO and Rie AWATSUHARA
ソバは、血管強化や抗酸化性などの生理作用を有するルチンを多く含む唯一の穀物であることから、近年、
健康食品素材としての期待が高まっている。ルチンの機能性研究の進展とともに、高ルチン系統ソバ種の開発
研究が進み、これらの利用法開発に期待が寄せられている。しかし、ソバの加工利用研究に関する報告は少な
く、ルチン含量を高めることによるソバ加工品の品質および機能性への影響は不明な部分が多い。我々は、タン
パク質へのタンニン活性を検討してきた経緯から、同じポリフェノールであるルチンとソバ食品に混合されるタンパク質との相互作用に着目した検討を続けている。本研究課題では、ヒトの健康増進に有効なソバ食品の加工条件を見出すことを目指した。
ふつうソバと高いルチン含量で知られる韃靼ソバでソバ茶をつくり、抽出条件を変えて得たソバ茶中に含まれるルチン含量、抗酸化活性（ORAC）値、活性酸素消去活性がどのように変化するかを調べた。ソバ２種について、水の種類（水道水、蒸留水、ミネラルウォーター等）が異なる４通りの抽出を行い、ルチン含量、ケルセチン
含量、ORAC 値、ヒドロキシルラジカル消去活性、スーパーオキシードアニオンラジカル消去活性の６種の評価を行った。前年度の予想通り、ソバ２種については韃靼ソバが抽出する水の種類に関わらずふつうソバよりも高い機能性を有した。水の種類によって、抗酸化活性、フリーラジカル消去活性に差が認められ、ルチン・ケルセ
チン含量との相関は有意に認められなかった。未知の成分、ルチンの他分子への結合等が影響していると考えられ、今後検討する予定である。
*１

研究開発部生物資源グループ、*２金沢学院短期大学
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターと金沢学院短期大学が共同研究として実施した。

 112
112

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.12. 維持血液透析患者の抗酸化能に関する研究
Research on Serum Antioxidant Capacity in Patients with Chronic Kidney Ｄisease
遠藤伸之*1、大和田滋*2
Nobuyuki ENDO and Shigeru OOWADA
腎不全患者の主要死因として血管合併症があり、腎不全では動脈硬化が促進されている。酸化ストレスはこれらの病態形成に関与し、その臨床指標の確立は合併症予防や死亡率を減少させる意味で重要であることが知られている。これまでに様々な方法によって酸化ストレスを臨床指標として用いる検討がなされている。これまでに、血清のヒドロキシルラジカル消去能について電子スピン共鳴(ESR)装置を用いて評価し、健常人と透析患者では有為に差が有ることを見いだしている 1)。本研究では、更に種々の活性種について消去活性を評価し、健常人と血液透析患者の透析前後から得られる血清試料の抗酸化能を精度よく評価する手法を確立することを目的とした。また、坑酸化能を有する成分を分離分析し、坑酸化能の差が生じる理由の解明を目指した。
健常人および透析患者の血清を試料とし、各種フリーラジカルの他、一重項酸素や過酸化水素などの活性酸素種についての消去活性を、新しい試薬 CYPMPO2)を用いたスピントラッピング ESR 法で測定しデータ蓄積を図った。また、従来の蛍光法等既存の測定法に対して、ESR 法は活性種に関する詳細な知見が得られるものの、生体物質を対象にした場合誤差が大きくなりやすい問題がある。誤差を小さく簡便に測定できるよう新しいプロト
コール（測定法・手順）を検討した。
前年度同様に腎不全患者由来の血清試料は、健常者とフリーラジカル消去作用で明確な差異が認められたものの、現状ではその原因物質は同定できていない。
参考文献 1) N. Endo, S. Oowada et al.: J. Clin. Biochem. Nutr, 45, 193-201 (2009)2) M. Kamibayashi, S. Oowada et al.: Free Radic. Res., 40, 1166-1172 (2006)*1 研究開発部

生物資源グループ、*2 医療法人あさお会
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターと医療法人あさお会が共同研究として実施した。

 113
113

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.13.細胞内で生成する活性酸素種の測定技術に関する研究
Detection of Reactive Oxygen Species in Living Cell
遠藤伸之*1、荒井俊之*2
Nobuyuki ENDO and Toshiyuki ARAI
好気性生物は酸素を利用して生命を維持しているが、エネルギー生産の過程で大量の活性酸素種と呼ばれる酸素由来の高反応分子を生成している。これらは免疫や殺菌など有益な働きにも利用される一方、老化や発ガンなど生体への障害も引き起こすことが知られている。活性酸素種は反応性の高さ故に寿命が短く、生体内での生成や消去の機構など詳細な挙動は推測でしかない場合が多い。一般的には活性酸素種の同定定量は発光試薬を用いた化学発光量の測定、蛍光試薬による蛍光強度の変化等を測定して実施しているが、これらの方法は特異性が低く、活性酸素に由来しない変化を観測している場合も多い。また、種々の活性酸素種のうちどれであるかを特定することは困難である。ESR 装置の利用は短寿命な活性酸素種を選択的に同定定量する手法として着目されている。しかしながら操作が煩雑で測定結果解析の難易度が高い ESR 法は、生命科学分野への利用はあまり浸透していないのが実情である。本研究では、細胞内で活性酸素が原因で引き起こされている作用と推定されているが、既存の測定法では活性酸素の測定ができず、詳細について解明できない系に ESR測定を実施し、活性酸素の影響があることを明らかにすることを目的とした。本年度はこれまでに報告例の少ない一重項酸素の細胞への影響の解明を目指した。ヒト由来培養細胞に、一重項酸素を生成する薬剤を投与して培養し、細胞死や増殖能といった生理作用と、細胞内に生成する一重項酸素を含む活性酸素種に対するESR 測定を併せて行い、細胞の生理作用と薬剤の効果比較を実施した。これにより、一重項酸素が細胞死を誘発すること、一重項酸素を消去する薬剤が存在し、その投与によって細胞死を抑制できることを明らかにした。
*１

研究開発部生物資源グループ、*２京都大学医学部付属病院
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターと京都大学が共同研究として実施した。

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114

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.14 透過型電子顕微鏡による生物及び繊維内部構造の観察技術の確立
The Establishment of an Oservation Method for Soft Materials using by Transmission Electron Microscope
笹瀬雅人*
Masato SASASE
最近、日華化学㈱や KB セーレン㈱などの県内企業から、毛髪や細胞等の生物系材料及び繊維や高分子などのソフト系材料の組織観察の要求が非常に増えており、今後、その研究開発結果により県内企業の活性化を促すことが期待される。一方、エネ研現有の JEM-3000F では、ソフト系材料の組織観察で期待される低倍率及び軽元素の高コントラスト化が非常に難しく、その要求に応えられる性能を出すことができない。また、我々のグループでは生物やソフト系材料の電顕観察のための試料薄片化技術について、未熟であり、多くの改善点を抱えている。
本研究では、福井大学にある低倍率から高倍率まで高いコントラストで良質な組織像が観察できる透過型電子顕微鏡 (JEM-2100TM JEOL 製)を用いて、生物やソフト系材料の電顕試料の試料作製及び観察技術手法の習得を試みた。H22 年度は、KB セーレンのブレンドアロイを対象として研究を行った。
PET(ポリエステル)/PA(ポリアミド)系ポリマーアロイ繊維の相構造における TEM 像のコントラスト改善を図るた
め、前処理工程である染色方法の検討を実施した。また、他ポリマーアロイ(PET/PE(ポリエチレン)、PET/PPS(ポリフェニレンスルフィド))の TEM 観察を行った。
その結果、PET/PA 系アロイ繊維の相構造観察において、金属染色工程での染液の温度を上げることで(常温⇒60℃)、コントラストの良好な TEM 像が得られた。一方で、温度上昇によるコンタミの増加が生じたが、染色後の洗浄を検討することで改善が得られた。また、PET/PA 系アロイ繊維の繊維軸方向への TEM 観察を行い、繊維軸方向に沿って、島相が配向している様子が観察できた。さらに、数百 nm の PA6 ナノファイバー集合体繊
維の TEM 観察を実施し、コントラストの良好な TEM 像が得られた。
その他のポリマーアロイ組み合わせとして、PET/PE、PET/PPS 系の TEM 観察を検討した。
*

研究開発部エネルギー開発グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターと福井大学と KB セーレン㈱が共同で実施した研究の一部であ
る。

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115

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.15. パルマ藻類のバイオシリカ細胞構築メカニズムの可視化
HRTEM-Analysis of Silicon Biomineralization Process during Cell Wall Formation in Parmales Algae
笹瀬雅人*1、大城香*2，桑田 晃*3
Masato SASASE, Kaori OHKI and Akira KUWATA
海産の不等毛植物門パルマ藻の細胞壁バイオシリカ（生物が形成する二酸化ケイ素）形成制御因子を明らかにすることを最終目的に、細胞におけるバイオシリカの挙動を追跡した。本藻は、バイオシリカを主成分とした複雑かつ規則性のある形状を持つ複数の殻が組み合わさった細胞壁を持つ。超高分解能分析電子顕微鏡装置（HRTEM）を用いて細胞中バイオシリカ局在性を可視化することで、細胞壁構築のメカニズムを探り、さらに構築を制御する因子の探索を行い、その因子の材料工学分野への応用の可能性を探る。
パルマ藻と系統的に近縁で 1)，2 枚のバイオシリカ細胞壁を持つ珪藻類では，細胞壁は細胞分裂面に存在する小胞に Si 分子が集積し細胞壁合成が開始される。パルマ藻でも類似メカニズムで細胞壁が形成されているという作業仮説をたて、この仮説を検証するために、パルマ藻細胞中にしばしば観察される小胞構造に着目し，昨年度まで用いた TEM 法だけでなく、コントラスト差が画像に反映する HAADF-STEM 法を用い、超薄切片の厚さを変えてバイオシリカ主成分である Si と O の検出を試みた。
一部の試料の細胞中の小胞に含まれる不定形の電子密度の高い構造体から、HAADF-EDS 点分析および線分析法により、Si と O の存在が検出された。しかし、HAADF-EDS 面分析法では、O は検出されたものの、Si は検出されなかった。
元素分析で Si のシグナルは、細胞の染色固定に用いたオスミウムのシグナルに近接して現れ、オスミウムが Si
シグナル検出を妨害している可能性があるため、オスミウム酸染色固定を行わない試料を作成したが、まだ測定には至っていない。
今回観察されたパルマ藻細胞内小胞の不定形の電子密度の高い構造体は、前駆物質の可能性が考えられた。
１）Ich inomiya,M., Yoshikawa,S., Kamiya,M., Ohki,K., Takaichi,S., Kuwata,A.
Isolation and characterization of Parmales (Heterokonta/Heterokontophyta/Stramenopiles) from the
Oyashio region, Western North Pacific. J. Phycol. 47. 144-151 (2011)
＊１

研究開発部・エネルギー開発グループ, ＊2 福井県立大学, *3 水産総合研究センター東北区水産研究所
本研究は、福井県立大学・水産総合研究センター東北区水産研究所と財団法人若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

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116

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.16.Ｘ線照射により障害を受けるトラフグの免疫細胞種と耐病性に及ぼす影響
宮台俊明*1、高城啓一*2
Toshiaki MIYADAI and Keiichi TAKAGIAbstract
Fish culture industries have been commercially threatened worldwide by infectious diseases with bacteria,
viruses and parasites. To prevent the massive loss of cultured fish, the immunological defense of fish against
the pathogens should enhance by some sort of artificial methods. However, critical roles of each lineage ofleucocytes to eliminate the pathogens have not been well known yet. In this study, we irradiate X-ray totorafugu, Takifugu rubripes, to destroy the hematopoietic cells. Fifty percent of fish irradiated with X-ray of
10 Gy were died in 25 days post inoculation. None of differentiating haematocytes in the kidney, which ishaematopoietic organ of fish, were observed under microscope. We also cDNA-cloned CD34 and c-kit, which
are cell surface maker proteins of haemopoietic stem cells. Both of the works will provide for the investigationon the function of leucocytes of fish.
要約
感染症は世界の魚類養殖の利益を損なう大きな要因となっている。養殖環境は自然環境とは異なるため、養殖魚の感染症を予防するためには、人為的に魚の免疫力を向上させる必要がある。しかし、魚類の免疫に関する知見は少なく、特に白血球の役割に関する研究は緒に就いたばかりである。本研究では、トラフグにＸ線を照射して白血球を破壊し、免疫力が低下するかどうかを調べた。その結果、10Gy を照射すると２５日以内に半数の魚が死亡した。また、造血器官である腎臓内の白血球像を検鏡したところ、分化途上の細胞を認めることができなかった。本研究では、造血幹細胞の細胞マーカーの cDNA クローニングを行った。その結果、CD34 と c-kitの２つの遺伝子のクローニングに成功した。これらの結果を踏まえ、今後は感染実験を組み合わせて、どの細胞種が感染症予防に主要な役割を果たしているかを探索する研究に進む。
I.

緒言
近年、魚類は健康食品として優れていることが知られるようになり、魚類の需要は世界的な増加をみせている。
漁獲量の減少と排他的経済水域の設定などによって、獲る漁業は衰退し、養殖業がこれらの需要を賄う産業として発展傾向にある。しかし、家畜や農産物とは異なり、魚類養殖では、養殖に適した品種を育種するまで技術が成熟したおらず、天然魚の形質を保持した魚類を生簀内で集約的に飼育しているのが実態である。自然環
境とは異なる状態で生育させるため、予期しない疾病が多発し、全国規模にまで感染症が流行して、壊滅的な被害を蒙ったこともあった。その対策として、抗生剤が多用されたが、安全食品に対する社会的関心が高まるな
か、使用規制は強化される傾向にある。北欧、北米ではワクチン開発が進んでいるが、病原体によっては効果的なワクチンの作製に成功しないことも多い。
魚類の感染症予防を、研究が進んでいる哺乳類の免疫機構と同一と仮定すると、免疫学的に説明できないことがしばしばある。そこで、我々は魚類の免疫機構に関する研究を続けてきた。魚類は抗体を産生する動物として初めて地球上に出現した。ヒト・家畜に接種するワクチンは抗体産生を促進させる働きがある。適応免疫といわれるこの免疫システムは、原始的体制に留まっていると考えられる。一方、無脊椎動物にも存在している貪食
細胞、レクチン（細菌の凝集を起こすタンパク質）などの免疫システムは魚類にも存在している。魚類免疫では自然免疫が優位に機能している点で哺乳類と異なっているのではないか、と予測されるが、未だに予測の域を出ていない。
本研究では、どの細胞種が魚類の主要な免疫を担っているかを調べるため、以下のような実験を行った。
① X 線のトラフグに対する半数致死照射量、 ② 半数致死照射量の X 線照射における、造血組織（腎臓）における血球種の変化、③ 造血幹細胞の細胞表面マーカーの cDNA クローニング。
今後は、既に検出している細胞マーカーと、本研究で明らかにしたマーカーを用い、X 線障害によって、失われた細胞を特定し、感染症に対する耐性の減少と対照シードの細胞種が感染症に対して大きな防御効果を発揮しているのかを検証する。
II.方法
＊１

福井県立大学, ＊2 研究開発部・生物資源グループ
本研究は、福井県立大学と財団法人若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

トラフグの造血器官である腎臓への照射を試みた。トラフグの腎臓は体表からおよそ 2 cm の位置にある。そこで、水深 2 cm の位置での線量を照射線量とした。深さ方向の線量分布を測定したところ、腎臓位置の線量は体表のおよそ 75% となる。また、底部における線量は、体表の 50% 以下になると推定される。横方向の線量
分布は、中心から半径 5 cm 以内で、ほぼ平坦な線量分布となった。1、5、12 分間の照射を行った。各照射線量は約 1、5、10 Gy/個体となる。各照射線量につき、４個体を用いた。照射後、38 日間飼育して生死を観察し、一部の個体の末梢血、腎臓、脾臓の血球をメイギムザ染色して血球種の観察を行った
ヒト・マウスの血球幹細胞のマーカー遺伝子と相同の配列をトラフグのゲノムデータベースから選抜し、トラフグの腎臓 mRNA 中にそれらの遺伝子が発現しているかどうかを、RT-PCR 法によって検出した。さらに RACE 法によって cDNA をクローニングし、各臓器における遺伝子の発現解析を行った。

脳

鰓

胸腺

脾臓

体腎

頭腎

III.結果と考察（１）X 線による造血障害
10Gy の X 線を照射することによって、半数の個体が２５日までに死亡した。生存した個体の血球を観察したところ、末梢血では好中球などの顆粒球は全く観察されなかった。リンパ球数も激減した。非照射個体の赤血球の細胞質には網状構造が観察され、哺乳類の未分化赤血球に類似しているが、照射個体の赤血球の細胞質は均一な単黄色に染色され、あきらかに非照射個体の赤血球とは異なっていた。また、腎臓には分化途上の血球が多数観察される一方、照射個体には未分化白血球はほとんど観察されず、分化した赤血球だけが観察された（図 1）。これらの結果から、腎臓が位置する部位に体外からＸ線を照射することにより、造血が阻害されることがわかった。特に顆粒球の減少が顕著であったことから、感染症に対する顆粒球の役割を検討できるものと考えられる。
（２）造血幹細胞マーカーの遺伝子クローニング
我々は抗体産生細胞のマーカー、T 細胞のマーカーのクローニングを行ってきた。しかし、血液幹細胞のマーカーは全魚種を通じて c-kit 以外でクローニングされていない。造血幹細胞は X 線照射に感受性が高いといわれていることから、血液幹細胞の動向を掌握するためにも、複数のマーカーを入手する必要があった。トラフグ
造血幹細胞のマーカー候補を検索した結果、2 種類の CD34 をクローニングすることができた。哺乳類の CD341)とｃ-kit は全ての造血幹細胞で発現し、分化が進行すると消失する。トラフグの c-kit はすでに Williams ら(2002)2)
によって遺伝子が特定されている。組織別発現解析を行ったところ、CD34a および c-kit が腎臓と胸腺に発現していることが明らかになった（図２）。今後は血球を分離して in situ ハイブリダイゼーションを用いて発現細胞と特定する必要がある。また、造血幹細胞だけを障害するＸ線線量を照射し、生存した細胞による免疫活性を測定することにより、感染におよぼす免疫細胞の役割を明らかにしたい。

CD34a
CD34b
c-kit
E-actin

図１ 腎臓の白血球。矢印は赤血球を示す。X 線照射により、赤血球以外の細胞の多くは消失した。

図２ 造血幹細胞のマーカー遺伝子の発現。造血器官である腎臓に CD34a と c-kit の発現がみられた。

IV.謝辞
本研究は若狭湾エネルギー研究センターの研究費により遂行したものであり、同財団には心からの感謝と敬意を表する。
V. 参考文献
1)S. Matsuoka, Y. Ebihara et al. : Blood ,997, 419-425 (2001).
2)H. Williams, S. Brenner, et al. : Gene, 295: 255-264.( 2002).

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4.2.3.3.17.イオンビームによる表面修飾を用いたクラゲコラーゲンからなる再生医療用培養基材の開発
Development of Jellyfish Collagen-Modified Biomaterial as a Scaffold for Regenerative Medicine
by Surface Modification Using Ion-Beams
柳原佳奈＊1、寺田聡＊1、番戸博友＊2、高城啓一＊3、畑下昌範＊3、チウルーンバートル バトチウルーン＊4
Kana YANAGIHARA, Satoshi TERADA, Hirotomo BANKO, Keiichi TAKAGI, Masanori HATASHITA, andChuluunbaatar BATCHULUUN*4
Abstract
The effects of jellyfish collagen on the differentiation of mesenchymal stem cells were examined. Jellyfish
collagen effectively enhanced the differentiation of mesenchymal stem cells into osteogenic cells.
To achieve stable coating of collagen on the surface of a matrix, ion-beams were irradiated prior to theapplication of collagen. Ion beam irradiation improved the surface reactivity of the matrix.
要約
クラゲ由来コラーゲンが間葉系幹細胞の分化に与える影響を調べた。その結果、クラゲコラーゲンが間葉系幹細胞の骨分化を促進することがわかった。
コラーゲンを培養基質に安定的に被覆するために、イオンビーム照射による基材の前処理を試みた。イオンビーム照射は基質表面の化学反応性を改善することがわかった。
Ｉ．緒言
再生医療における幹細胞培養技術では、細胞の足場となる培養基材が重要となる。既存の生分解性合成高
分子基材は、安全性が高く、取扱いが容易であるものの、細胞に対する効果が低いという欠点がある。そのため、基礎研究では、哺乳類由来のマトリックスタンパクを表面被覆することが多い。しかしながら、臨床応用を考慮した場合、哺乳類由来因子を用いることは、コスト高で、かつ、人畜共通感染症を引き起こす病原性物質の混入が懸念される。
そこで、我々は哺乳類由来因子の代替として、クラゲから抽出したコラーゲンに着目した。これまで、我々はク
ラゲコラーゲンが株化細胞および正常細胞に対して有効であることを見出している。これらの知見をふまえて、
本研究では生体由来因子としてクラゲコラーゲンを用い、イオンビームを用いて基材を改質する技術を組み合わせることで、合成高分子と生体由来因子の特性を兼ね備えた足場基材を構築する。
ＩＩ．方法
1. 再生医療用細胞に対するクラゲコラーゲンの効果～間葉系幹細胞の骨分化に対する効果
300μg/ml のクラゲコラーゲンコートした 6well プレートに、ラット骨髄より単離した間葉系幹細胞を 20 万cells/well で播種し、骨分化培地で 14 日間培養した。このとき 3 日おきに培地交換した。細胞増殖の測定は、トリパンブルー排除法にて生細胞および死細胞を計数した。細胞の骨分化は、細胞の石灰化沈着をアリザリン染
色法で評価し、さらに Image J を用いて赤斑点占有率 (赤斑点面積/全面積)を数値化した。
2. イオンビームを用いた支持体へのカルボキシル基の導入法の確立
イオンビーム照射にはマイクロ波イオン源イオン注入措置を用いた。ポリエチレン(3cm×3cm、厚さ 0.5mm)にア
ルゴンイオン(100 keV)を 1×1012 個/cm2(0.5 µA)、1×1013 個/cm2、1×1014 個/cm2(1 µA)でそれぞれ 4 枚ずつ照射した。その後、80％アクリル酸溶液に 62℃で 30 分間浸潤し、カルボキシル基を導入した。導入したカルボキシル基の量は、トルイジンブルーで測定した。
3. カルボキシル基へのコラーゲンの固定化法の確立
カルボキシル基が結合している 96well プレートに NHS を終濃度 0.26g/l、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピ
ル)カルボジイミド塩酸塩（EDC）を終濃度 0.08～8.0g/l で添加し、ブタ由来Ⅰ型コラーゲンを終濃度 0.22g/l になるように添加して、24 時間室温で振とうし、コラーゲンを架橋した。固定化されたコラーゲン量は、コラーゲンの抗体を用いて免疫染色し、その後コラゲナーゼで剥がして上清中の蛍光強度を測定することで評価した。
＊1

福井大学大学院工学研究科、＊2 日華化学株式会社、＊3 生物資源グループ、*4 エネルギー材料グループ
本研究は、公募型共同研究事業として実施した。

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Ⅲ．結果
1. クラゲコラーゲンの間葉系幹細胞分化に対する効果
間葉系幹細胞の骨分化に対するクラゲコラーゲンの効果を検討したところ、哺乳類由来コラーゲン上よりもクラゲの難溶性コラーゲン画分上で細胞の石灰化沈着が促進されており、骨分化が促進されていた。このように、クラゲコラーゲンは哺乳類由来因子を代替するだけでなく、再生医療に用いられる細胞に対してより高機能な足場となることを見出した。
2. ポリエチレンフィルムへのアルゴンビーム照射
アルゴンイオンを 1×1014 個/cm2 で照射することで、ポリエチレンフィルムへのカルボキシル基をある程度導入できた。今後、この技術をポリ乳酸などの生分解性高分子へ適用し、照射条件および化学修飾の反応条件を最適化することで、フィルム上のカルボキシル基量を精密に制御する。
3. コラーゲンの基材への結合
カルボキシル基へのコラーゲンの固定化法に関しては、架橋剤の濃度を変化させることによって、コラーゲンの固定化量をある程度制御することができた。この架橋法と、イオンビームによるカルボキシル基の導入技術を組み合わせ、クラゲコラーゲンを固定化した機能性足場基材を構築する。
Ⅳ．今後の展望
今期の検討では、研究を達成するために３つの重要な成果を得ることができた。今後は、これらの技術をふまえて、生分解性高分子へのクラゲコラーゲンの固定化量を調節し、さらに見出した再生医療用細胞に有効なクラゲコラーゲン画分を用いることで、幹細胞に対して高効率な足場基材を創製する。

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120

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.18.メディエータ修飾プライマーを用いた高感度センシングシステムの開発
High-Sensitivety Electrochemical Biosensor using a Mediator Modified Primer
末 信一朗*1、高城啓一*2
Shin-ichiro SUYE and Keiichi TAKAGI
Ｉ． 緒言
近年、有害微生物による健康被害の増加が問題となっており、早期の検出が重要視されている。微生物の検出には培養法や免疫法が一般的であるが、時間を要すること、感度が低いこと、一部の微生物しか検知できないことなど多くの問題がある。著者等は既に有害微生物の DNA レベルでの検出方法としてメディエータであるフェロセン修飾プライマーを用いて遺伝子増幅（ＰＣＲ）を行い、カーボンナノチューブを電極素材の一部として用いることで従来の約 50 倍の感度でのフェロセン誘導体の検出を可能とした。本研究では、最終的にＰＣＲ過程を省き細胞 1 個から 10 個レベルでのＤＮＡを検出できることを最終的な目的として、より高感度で安定なカーボン
ナノチューブ（NWCNT)の交互積層法による電極修飾行うことでより高感度なＤＮＡ検出系の構築を目指した。
ＩＩ． 内容カーボンナノチューブ（CNT）が高い導電性などを有する特性を活かして、これと耐熱性脱水素酵素を交互積層法によって電極に積層しフェロセン誘導体の電気化学的応答を測定した。積層数を検討したところ積層 20 回
で最も大きい応答が得られた。次に修飾電極の長期安定性を向上させるため、材料となる CNT の洗浄等の前処理法を検討した結果、交互積層電極は作製から 57 日後において、電極調製直後と比較して 48～72%の応答を維持することができた。20 層の MWCNT-L-ProDH 交互積層電極のフェロセン誘導体に対する検出限界は 10
pmol であり、さらに 10 pmol のフェロセン誘導体を逐次添加していくと 100 pmol まで直線性を示すことがわかった。カーボンナノチューブと酵素を交互積層（20 層）することにより、10～100 pmol オーダーでのフェロセン誘導体の検出が可能となった。これは、我々が既に開発したスクリーンプリント電極を用いる方法と組み合わせることで、フェムトモルオーダーのフェロセン誘導体の検出が期待される。今後ＰＣＲ不要のＤＮＡ検出システムの構築を目指していく。
参考文献
１）H. Zheng, K. Takagi S. Suye et al.: Beilstain J. Nanotechnol., 1, 135-141 (2010).
*1

福井大学大学院工学研究科、*2 研究開発部・生物資源グループ
本研究は、福井大学大学院工学研究科と財団法人若狭湾エネルギー研究センターが共同で実施した研究の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.19. 高純度金属の精製研究
High Purity Metal Development
笹瀬雅人*
Masato SASASE
わが国で開発された「超高純度金属材料」は、強度、靭性、耐食性、並びに経年安定性に優れた革新的金属材料であり、従来の金属材料を圧倒する優れた特性がもつ。この超高純度金属材料を用いることで、優れた特性を持ち、環境負荷低減を実現する素材開発が可能になる。一方、超高純度金属を精製するためには、現状、高価な高純度素材を原料とし、材料コストが高いため各種製品に広く利用されることは難しく、精製方法も確立されていないのが現状である。そこで、工業規格での低コスト、量産化を図るために、低コスト原料を用いた新規精製技術の研究開発は不可欠である。本研究では、低コストを念頭に、各種の超高純度金属材料について精製手法の技術開発を目標とする。
平成 22 年度は、低コスト原料から効率的な精製を目指し、縦型高真空帯溶融精製技術の開発を行った。本
手法は、試料を縦型に設置して、加熱には電気抵抗加熱炉（および高融点金属の銅、マンガン等には高周波加熱）を用い、静かに、効率よく溶融帯を移動させ、不純物を分離させる精製法である。さらに本装置では、超高真空化による不純物の除去、特に従来取り除くのが難しかったガス性不純物の除去を行うことで、より良質な超高純度材料の創製を可能とする。
その結果、帯溶融精製法と超高真空溶解を併用した、“縦型高真空溶融精製装置”を試作した。さらに分配係数 k<1 と k>1 の不純物を分離する目的で、帯溶融精製法と、超高真空溶解法を併用した縦型超高真空溶融精製装置を用いて、アルミニウムの高純度化を図った。その結果、平均残留抵抗比約 5000 のアルミニウムが、残留抵抗比 20000 の均一なアルミニウム塊が得られた。以上の結果から、縦型帯超高真空溶融精製装置の有用性が明らかとなった。また、本研究で得られたアルミニウム塊は全体が単結晶で、簡便な方法で大型単結晶を育成することができた。
一方、今回試作したアルミニウムの溶解は、1 時間程度の溶解で、1 桁以上の残留抵抗比の向上は得られなかった。溶解時間を長くすることで超高真空溶解の効果が得られるので、次年度は、残留抵抗比の向上が期待できる。
*

研究開発部・エネルギー開発グループ
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力、北陸電力、日本原子力発電の受託研究として実施した内容の一部を含んでいる。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4.2.3.3.20. 酸化ストレスに対応する新たな一次予防のための食事設計法の提案
Proposal of Meal Design Method for New Primary Prophylaxis against Oxidant Stress
遠藤伸之*1、佐藤久美*2、長尾慶子*2
Nobuyuki ENDO, Kumi SATO and Keiko NAGAO
老化、発ガンおよび生活習慣病などの一要因は、体内で過剰生成した活性酸素種が影響していると言われている。活性酸素種による酸化ストレスから身体を守るためには、食品中の抗酸化成分の摂取が不可欠である。
近年、抗酸化成分は五大栄養素、食物繊維に次いで「第七の栄養素」と呼ばれ注目されている。各所で一次予防が強く推進される中で、これからの管理栄養士・栄養士の技術の一つとして酸化ストレスに対応した食事設計
力が要求されるであろう。食事提供の詳細な現状を調査・認識するとともに、抗酸化能を高める食事設計法を具体的に提案することを目指し、調理法、食品選択法を変化させながら料理および食事献立単位での抗酸化能を多面的に解析し、摂食者の QOL 向上にむけての献立評価に資する研究を実施した。
壮年期の健常者を対象として和食の基本献立を作成・調理後、全てをミキサーにより磨砕し凍結乾燥する。
乾燥試料から水系、アルコール系の抽出液を得て抗酸化能測定試料とした。抗酸化能はペルオキシラジカル
捕捉活性（化学発光法）、スーパーオキシードアニオンラジカル捕捉活性（ESR 法）、ヒドロキシルラジカル捕捉
活性（ESR 法）、および ORAC 測定を行い、多面的に評価した。基本献立を対照に、料理の加熱操作法（例えば煮る、蒸す、焼くなど）および下処理法を変えた場合、また料理に使用する食品を変えた場合の抗酸化能を同様に測定し比較した。
８種の基本献立（単品メニュー）、３食分料理について調理法を変えて各種測定を実施した。試料数は各検体に対して３回同様のものを作成し、それぞれ３回以上の測定を行った。同じ食材であっても調理法によって坑酸化活性は有意に変化することが認められた。
*１

研究開発部、*２東京家政大学
本研究は、（財）若狭湾エネルギー研究センターと東京家政大学が共同研究として実施した。


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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

4．3． 産業支援事業（財）若狭湾エネルギー研究センターでは、世界に開かれた拠点として研究者・技術者や県民との交流を推進するとともに、地域に根ざした研究機関として地域産業の振興を目指し、地域の企業に対する支援の充実・強化を図ってきた。
さらに、平成 17 年 7 月には、「エネルギー研究開発拠点化推進組織」を設置し、福井県が策定した「エネルギー研究開発拠点化計画」を推進するエンジン役として、「研究開発機能の強化」、「人材の育成・交流」、「産業の創出・育成」などの施策にかかる事業を展開し、これまで以上に、当センターが地域の恒久的な発展に貢献するよう取り組んできたところである。
以下に、平成２２年度において当センターが実施した産業支援等にかかる事業について、その概要を示す。
１）技術相談や研修会による地域産業との技術連携・支援（資料１参照）
地域の企業との連携を促進し、地域産業の活性化を図るため、当センターの高度な科学機器の取扱いについての研修会を開催するとともに、これらの機器を用いた分析技術の相談や指導等を行い、地域企業の製品開発や品質管理等を積極的に支援した。
２）国内外の研究者・技術者等との交流（資料２参照）
センターの研究開発の高度化を図るため、関係する研究者等を招聘して研究情報の交換を行うとともに、技術交流や研究協力を行うなどにより、研究者・技術者との交流拠点の形成に取り組んだ。
３）国等の公募型研究資金による研究開発の推進（資料３参照）
都市エリア産学官連携促進事業（一般型）については、平成２２年度は本事業の最終年度として、各テーマにおいて試作品製作に重点を置き実用化・製品化に向けた研究開発を行った結果、N-アセ
チルグルコサミンの製品化や植物工場用野菜の高成長性を示す品種登録候補選定などの成果が得られた。
また、ヒートポンプを用いた農業ハウスの環境制御について補完研究を実施した。
さらに、戦略的基盤技術高度化支援事業について、「家庭用固体高分子形燃料電池の高耐食性
金属セパレータの開発」（平成２２年度～平成２４年度）および「電子線照射等により界面接着力を向上させたアラミド等有機繊維強化樹脂による耐衝撃性に優れた軽量構造部材の開発」（平成２２年度～平成２３年度）について、それぞれ事業管理者、中核機関、調整役機関として取り組んだ。
４）産学官連携による技術移転体制の構築（資料４参照）「エネルギー研究開発拠点化計画」、「最先端技術のメッカづくり基本指針」における産業の創出・育成を推進するため、平成１７年度から「ふくい未来技術創造ネットワーク推進事業」を実施しているが、産学官連
携体制を強化するとともに、研究開発段階から販路開拓までを対象に企業の事業化を促進するため、平成
２０年７月に「ふくい未来技術創造ネットワーク推進協議会」を設置し、「放射線利用・材料開発」、「環境適合性材料・エネルギー開発」、「保守技術・検査技術開発」、「海洋資源・生物資源活用」の４研究会を立ち上げている。
これらの研究会活動のほか、県内企業と原子力プラントメーカー等との展示商談会、技術展示会への出

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

展、セミナー開催等を通じて、県内外の企業、大学、公設試験研究機関等からなる産学官連携ネットワークを強化するとともに、参加企業の新事業創出、販路開拓を支援した。
５）「福井県国際原子力人材育成センター」の設置に向けた検討「アジアの安全技術・人材育成への貢献」を目指し、原子力先進県の本県を国際的な原子力人材育成の拠点としていくため、県とともに「福井県国際原子力人材育成センター」の設置に向けた検討を行った。
なお、文部科学省の補助事業を活用し、センターの実施体制、研修の実施体制およびカリキュラム等を整備した。
６）県内企業の技術者の技能向上に向けた技術研修の実施（資料５参照）「原子力関連業務従事者研修」として、原子力産業への参入や県内企業の技術力向上のため、原子力施設の設備保守の入門・基礎等を内容とした一般研修や技術の取得、技術レベルの向上を目的とした専門研修を実施するとともに、研修受講企業を対象とした視察研修や県内原子力施設の元請企業との情報交換会を実施した。また、「原子力関連業務人材育成実務研修」として、資格取得に向けた実務研修等を関西電力と共同で実施した。さらに、原子力発電所における設備の信頼性の向上、安全・安心の確保に資することを目的に、従事者の技能レベルを客観的に評価する「福井県原子力保修技術技量認定制度」に基づき、「あと施工アンカー作業」、「配管締付継手作業」、「電線結線・端末処理」の認定試験を実施した。
７）原子力・エネルギー教育の充実（資料６参照）
県内をはじめ関西・中京圏等の大学院生等を対象に、原子力への理解を深め、将来を担う原子力技術者を育成するとともに、大学間の連携を促進するため、「敦賀『原子力』夏の大学」を福井大学、（独）日本原子力研究開発機構、（財）若狭湾エネルギー研究センターの３者主催で開催した。
また、高校生を対象に、エネルギーや科学に関する知識を普及し、関心と理解を深めるため、科学実験研修等を実施した。
８）情報発信および広報活動（資料７参照）
マスメディアによる放送・報道、さらにホームページへの掲載等を通じ、賛助会員や来館者をはじめ、広く県民の方々にセンターの活動内容にかかる情報を提供し、センターの事業運営に対する理解と協力を得るように取り組んだ。
また、企業等のセンター施設の利用促進を図るとともに、できるだけ多くの方々に施設や財団の事業活動を認知、理解していただくために、随時、施設見学等を行った。

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

資料１

技術相談や研修による地域産業との技術連携・支援（Ｈ２２年度）○ 主な技術支援（全 313 件）
No

件

名

使用機器

1

バクテリアの形状観察

SEM

2

海水飛沫飛散の調査

EPMA

3

フロートスイッチ不良原因の調査

EPMA、AES

4

繊維中の金属含有量分析

ICP-AES5

廃液中に含まれる金属の定量分析

ICP-AES6脂肪酸の分析

GC-MS

7

合成薬品の構造解析

NMR

8

高分子材料の劣化分析

ESR

9

触媒の性能試験ESR

10

セラミックス製金型の深さ方向の元素分布調査

AES

11

メッキの深さ方向の元素分布分析

AES

12
13
14
15

化成品の劣化試験
真空中加熱による線材の表面改質試験
環境水に含まれる農薬の分析
有機膜中の元素結合状態分析

蛍光分光分析装置
赤外線加熱装置
LC-MS
XPS○ 分析･評価技術研修
実施日
H22.10/26
H22.11/9-10
H22.11/30-12/1
H23. 1/18
H23. 2/15-16
H23. 3/1
H23. 3/17-18

内 容
LV-SEM（走査型電子顕微鏡装置（LV 型））技術研修【1 回目】
FE-SEM（走査型電子顕微鏡装置（FE 型））技術研修
EPMA（電子プローブマイクロアナライザー装置）技術研修
LV-SEM（走査型電子顕微鏡装置（LV 型））技術研修【2 回目】
AES（オージェ電子分光装置）技術研修
XRD（X 線回折装置）技術研修
XPS（高分子結合状態解析システム）技術研修

参加者数
5名
5名
5名
3名
5名
5名
5名

講師
日本電子㈱

㈱リガク
日本電子㈱

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126

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

資料２

国内外の研究者・技術者等との交流○ 国内外研究者等との交流
日 時
3/29（火）内 容
オーストラリア クイーンズランド大学
・エネルギー・材料の研究に関する意見交換

参加者数・場所
10 名
第 5 研究室○ 国外研究者の研修日 時
H21/9/9(水)～6/23（水）9/8（水）～
H23/6/22（水）内 容スリランカ米研究開発研究所
Munasingha Jayasundara Mudiyanselage Priyanthi Kumararathna 氏
・放射線の農業利用（品種改良）
南ベトナム農業科学研究所（IAS）
Nguyen Ngoc Quang Tam 氏
・放射線の農業利用（品種改良）○植物工場研究会
日 時
9/27(月)11/29(月)1/20(木)内 容
第 1 回植物工場研究会開催
テーマ「植物工場の研究開発とその運営」
第２回植物工場研究会開催
テーマ「植物工場用照明の研究開発」
第３回植物工場研究会開催
テーマ「植物工場の作物として何を狙うか」

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

資料３

国等の公募型研究資金による研究開発の推進○ 都市エリア産学官連携促進事業（ふくい若狭エリア）の運営
月/日(曜日)◇都市エリア産学官連携促進事業（ふくい若狭エリア）（平成 20 年 7 月 1 日事業着手）
核となる研究機関
財団法人若狭湾エネルギー研究センター、国立大学法人福井大学
その他参画研究機関
公立大学法人福井県立大学、学校法人金井学園福井工業大学、独立行政法人日本原子力研究開発機構、福井県衛生環境研究センター、福井県工業技術センター、福井県農業試験場
参画企業
アイテック株式会社、ウラセ株式会社、株式会社エル・ローズ、関西電力株式会社、株式会社共和製作所、清川
メッキ工業株式会社、株式会社原子力安全システム研究所、株式会社寿傳、ナック・ケイ・エス株式会社、日華
化学株式会社、日本原子力発電株式会社、福井資源化工株式会社、福井シード株式会社、株式会社フクセン、株
式会社ホクコン、北陸電力株式会社、北陸ヒーティング株式会社、有限会社松本鉄工所
4/12（月）・第 5 回事業化戦略会議分科会・研究現場訪問（福井大学、福井県立大学)
4/14（水）5/11（火） ・第 4 回責任企業訪問（ウラセ、日華化学、福井シード）
8/27（金）・第 6 回事業化戦略会議分科会・研究現場訪問（福井大学、福井県立大学)
8/30（月）9/21（火）9/27（月） ・第 5 回責任企業訪問（日華化学、福井シード、アイテック、清川メッキ工業、フクセン、ナック・
9/29（水） ケイ・エス、ウラセ）
10/1（金）・第４回研究開発テーマ別検討会、第 4 回異業種交流会（ホテルフジタフクイ）：参加者 45 名
12/1（水）①成果紹介
WG1-1「イオンビームによる植物工場用野菜の新品種開発」
WG1-2「白色腐朽菌を用いたダイオキシン類処理システムの開発」
WG1-3「繊維の難燃加工剤を分解し無害化するシステムの開発」
WG1-4「イオンビーム照射によるキチン分解細菌変異株を用いた N-アセチルグルコサミン製造
技術開発」
WG2「気泡駆動型無動力循環式ヒートパイプの開発と実証展開」
WG3「サーモハイドロサイクルによる水素製造、利用技術開発」
WG4「極限環境における水素マネジメント技術の開発」
・交流サロン
1/21（金） WG1-4 の研究成果である「みんナノグルコサミン」発売
・第 4 回事業推進委員会（福井商工会議所）
2/22（火） ・第 4 回事業化戦略会議（福井商工会議所）
・第 3 回外部評価委員会（福井商工会議所）

3/18（金）・成果報告会（ユアーズホテルフクイ）：参加者 146 名①事業概要説明研究統括 小林紘二郎②成果報告
WG1-1「イオンビームによる植物工場用野菜の新品種開発」
WG1-2「白色腐朽菌を用いたダイオキシン類処理システムの開発」
WG1-3「繊維の難燃加工剤を分解し無害化するシステムの開発」
WG1-4「イオンビーム照射によるキチン分解細菌変異株を用いた N-アセチルグルコサミン製造
技術開発」
WG2 「気泡駆動型無動力循環式ヒートパイプの開発と実証展開」
WG3 「サーモハイドロサイクルによる水素製造、利用技術開発」
WG4 「極限環境における水素マネジメント技術の開発」③成果を踏まえた今後の展開
科学技術コーディネータ 井田俊雄

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

第 4 回研究開発テーマ別検討会、第 4 回異業種交流会

成果報告会○ 施設園芸における夜間冷房システム他の作物収率への影響評価研究
月/日(曜日)◇平
平成２０年度低炭素社会に向けた技術シーズ発掘・社会システム実証モデル事業の補完研究
研究機関
三菱電機株式会社、岩谷産業株式会社、関西電力株式会社、株式会社環境総合テクノス、
財団法人若狭湾エネルギー研究センター
協力機関
福井県、福井県農業試験場
目的及び目標現在、加温設備を持つ施設園芸用ハウスは平成 17 年の国内実績で 22,712ha に及んでおり、石油炊ボイラーが96.2％を占めている。これにより二酸化炭素の総排出量は 595 万トンに及び標準的な 1,000 ㎡のハウス１棟では年間 107 トンの二酸化炭素が排出されている。このため石油消費量の減少と低炭素化を目指しヒートポンプ(HP)を用いた高効率な大空間空調システムを開発するとともに、日照時間が少なく、かつ、寒冷な環境条件的に厳しい福井県嶺南地域において、重油ボイラーの代替としてのヒートポンプの導入ならびに最適な運転制御システムの構築について技術検討を行う。
研究結果
本事業により開発した施設園芸用のヒートポンプ空調システムに関し次のような成果を得ることができた。
（夜間空調システムの構築）○ 夏季夜間冷却により、外気温度－5℃を実現
高温時期栽培による年間収穫量・品質向上の可能性○ ヒートポンプ空調機と油焚暖房機の併用システムでの良好な収量結果

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129

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）＜空調システムの概略図＞
ｾﾝｻｰﾈｯﾄﾜｰｸ
による環境監視

循環扇
+3

+3

遠隔監視・
制御

制御装置
ｼｰｹﾝｻ
（自動制御）&2発生装置
+3

HP

+3

循環扇

ﾎﾞｲﾗｰ
空間内対流風速制御

ＨＰ、既存ﾎﾞｲﾗｰの運転制御

主な日程・成果発表等
日 付
内 容
5/22(土)
「ふくい環境フェア２０１０」（福井駅東口広場）（事業紹介と実証試験で栽培したトマトを配布）
6/16(水)「国際ヒートポンプミーティング２０１０in 福井」（県民ホール）・『農業ハウス用ヒートポンプ空調システムの開発と実証試験について』プレゼンテーション
・参加者 240 名
10/21,22
北陸技術交流テクノフェア２０１０への出展（福井県産業会館）(木,金)
トマト配布：約 1000 人、実証風景写真等

環境試験用栽培ハウス

ヒートポンプ（室内機）

循環扇

ＣＯ２発生装置

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130

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）○ 家庭用固体高分子形燃料電池の高耐食性金属セパレータの開発
月/日(曜日)◇平
平成２２年度戦略的基盤技術高度化支援事業「家庭用固体高分子形燃料電池の高耐食性金属セパレータの開発」（平成 22 年 9 月 24 日事業着手）
研究機関
アイテック株式会社、株式会社西村金属、株式会社ケミックス、国立大学法人福井大学、
学校法人金井学園 福井工業大学、福井県工業技術センター、財団法人若狭湾エネルギー研究センター
目的及び目標近年、燃料電池発電技術は、CO2 の大幅削減を可能とさせる次世代エネルギーの有力な候補であり、特に固体高分子形燃料電池（PEFC）は家庭用燃料電池、燃料電池自動車、さらには携帯小型モバイル用燃料電池として研究が進められており、普及段階では巨大な市場が形成されると予想されている。PEFC の主要部品であるセパレータは、PEFC 構成部材のコストの大半を占め、これを大幅に低コスト化し、高効率、高耐久性でコンパクトなシステムを開発することが、普及の条件となっている。今回取り組む金属セパレータは、低価格で加工性に優れた汎用の金属を使用し、これに腐食性と耐久性を大幅に改善する新しい表面処理技術とプレス加工技術の高度化を図ることにより、量産化が可能で、大幅な低コスト化、コンパクト化が期待できるものである。本研究開発では、耐酸、耐アルカリ性に優れた GaN 等のⅢ族窒化物に着目し、この薄膜をステンレスに被覆することにより導電性、耐久性に優れた高信頼性セパレータの製造技術を開発することを目的とする。
研究結果
本研究開発に関し、次のような成果を得ることができた。
○結晶性薄膜作製方法の検討および物性評価
MOCVD 法による InGaN の成膜条件を検討、電気抵抗率および耐食性の両方を満たす皮膜を検出初年度技術目標値である皮膜の体積抵抗率 10mΩ・cm 以下を達成○耐食性・寿命評価と寿命に関する加速試験方法の検討必要となる専用電気化学セルを作製
アノード分極およびカソード分極の両分極種での測定の必要性
溶出金属種の分析、溶解速度測定すべき金属種を推定○精密プレス加工法の検討とその形状評価・セパレータの試作
プレス加工により金属セパレータを試作、深さ・流路幅・接触面幅を確認
必要な溝深さと流路接触面積を確保○発電環境下でのセパレータの耐食性、寿命の評価
小型セルの集電板に表面処理、発電環境下での性能を評価
初期発電性能として、ステンレス製セパレータに対する優位性を確認
主な日程・成果発表等
日 付
内 容
4/22(木)平成 22 年度戦略的基盤技術高度化支援事業 提案書提出
6/19(土)福井環境エネルギー先端技術セミナー「温暖化問題と新エネルギー技術の現状」（福井商工会議所 コンベンションホール）
・技術講演テーマ「燃料電池の現状と将来」 ・参加者 160 名
9/24(金)平成 22 年度戦略的基盤技術高度化支援事業 委託契約締結
9/27(月)
平成 22 年度戦略的基盤技術高度化支援事業 再委託契約締結
10/13(水
第 1 回事業推進委員会（福井大学 文京キャンパス 産学官連携本部 ３Ｆ 研修室）
10/21,22
北陸技術交流テクノフェア２０１０への出展（福井県産業会館）(木,金)①燃料電池関連部品（PEFC、DMFC スタック、構造説明用カットモデル・キットの発電実演）②DMFC 用電解質膜③燃料電池自転車・参加者 17,621 名（北陸技術交流ﾃｸﾉﾌｪｱ 2010 入場者数）
12/12(火)第 2 回福井クールアース技術セミナー（福井県国際交流会館 多目的ホール）
・テーマ「次世代自動車開発の現状と未来」 ・参加者 70 名
2/10(木)第 2 回事業推進委員会（福井市地域交流プラザ 会議室５０１）
2/18(金)平成 22 年度戦略的基盤技術高度化支援事業 中間検査
3/10(木)平成 22 年度戦略的基盤技術高度化支援事業 中間検査
3/31(木)平成 22 年度戦略的基盤技術高度化支援事業 実績報告書提出

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131

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）使用したＭＯＣＶＤ装置

耐食性評価試験用アクリル製電気化学セル

燃料電池自動評価装置

固体高分子形燃料電池

福井環境エネルギー先端技術セミナー

北陸技術交流テクノフェア２０１０

第２回福井クールアース技術セミナー

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

資料４

産学官連携による技術移転体制の構築(1) ふくい未来技術創造ネットワーク推進事業○ネットワーク形成事業
月/日(曜日)協議会

参加者数◇ふくい未来技術創造ネットワーク推進協議会（平成 20 年 7 月 7 日設置）
原子力･エネルギー関連技術等を活用し、福井県における新たな産業クラスター形成を目指すため、本県を中心とする多様な企業群と大学、公設試験研究機関等の連携の下、本協議会を設けることにより、県内企業の事業化促進や販路開拓のための産学官連携体制を整え、産業創出に向けての取組み促進を図るため、次の事業を行う。
・産学官連携による研究会活動
・新商品開発、新事業創出に係る研究開発支援
・新商品、新事業に係る販路開拓支援
・新商品開発、新事業創出に係る情報提供
会長：堀 照夫（福井大学 教授）
会員：企業／139 社、大学等／10 機関、研究機関／14 機関（平成 23 年 3 月末現在）
8/11（水）総会
・平成 22 年度事業計画

約 120 名ふくい未来技術創造ネットワーク推進協議会 総会○新事業創出支援事業
月/日(曜日)研究会

参加者数◇放射線利用・材料開発研究会（平成 20 年 8 月 18 日設置）
活動方針：放射線等を利用した高分子･繊維材料への耐久性、染色性、吸着性等の機能付加による商品開発、事業化に向け、技術課題等の解決を図る。
会長：堀 照夫（福井大学 教授）
会員：企業／28 社、大学等／4 機関、研究機関／3 機関（平成 23 年 3 月末現在）
10/1（金）

3/8（火）

第１回
・平成 22 年度の研究会活動について・可能性試験調査研究、嶺南新産業モデル事業について
・「電子線照射施設利用促進研究グループ」の取組みについて
第２回・可能性試験調査研究、嶺南新産業モデル事業について
・平成 23 年度の研究会活動について 他

30 名
他
30 名

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133

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）◇環境適合性材料・エネルギー開発研究会（平成 20 年 8 月 22 日設置）
活動方針：生分解性を有する材料、未利用バイオマスエネルギー等の利用による商品開発、事業化に向け、技術課題等の解決を図る。
会長：畠山 兵衛（福井工業大学 教授）
会員：企業／19 社、大学等／4 機関、研究機関／4 機関（平成 23 年 3 月末現在）
11/26（木） 第 1 回・リグニンの利用について
・可能性試験調査研究について
・平成 22 年度の研究会活動について 他
3/11（木） 第 2 回
・バイオディーゼルと副産物について・可能性試験調査研究について
・平成 23 年度の研究会活動について 他

20 名

25 名

◇保守技術・検査技術開発研究会 （平成 20 年 8 月 21 日設置）
活動方針：保守･補修、検査･モニタリング等に関わる技術を利用した商品開発、事業化に向け、技術課題等の解決を図る。
会長：服部 修次（福井大学 教授）
会員：企業／30 社、大学等／3 機関、研究機関／5 機関（平成 23 年 3 月末現在）
11/25（木） 第 1 回・電子線照射施設の有効活用について
・可能性試験調査研究について
・平成 23 年度の研究会活動について 他
2/23（水） 第 2 回・可能性試験調査研究について
・平成 23 年度の研究会活動について 他

28 名

29 名

◇海洋資源・生物資源活用研究会（平成 20 年 8 月 25 日設置）
活動方針：海洋資源･生物資源の利活用技術と原子力発電所資源の利用による商品開発、事業化に向け、技術課題等の解決を図る。
会長：広石 伸互（福井県立大学 教授）
会員：企業／15 社、大学等／4 機関、研究機関／5 機関（平成 23 年 3 月末現在）
12/21（火） 第 1 回・セリシンの利用について
・可能性試験調査研究について
・平成 23 年度の研究会活動について
3/23（水）

24 名
他

第2回
・可能性試験調査研究について
・平成 23 年度の研究会活動について 他

25 名◇可能性試験調査研究事業
市場拡大が見込まれる分野における事業化、新商品開発等を促進するため、県内企業を含む産学、産官等のグループにて取り組む可能性試験調査研究への助成制度
募集期間：6/7（月）～6/30（水）・金属材料の実用的耐熱・耐食性シリカコーティングの開発
・貝生類焼成プラント開発における電気炉の構造検証および炉材の調査
・未利用食品素材（へしこ糠エキス）の健康維持増進物質としての有効利用
・バイオエタノール生産技術におけるバイオマスの循環利用の研究調査
・アラミド・エポキシ複合樹脂に対する電子線照射による改質・魚腸可溶化物を用いた海洋肥沃化研究
・電場指紋照合法を用いた配管減肉オンラインモニタリングの適応研究Ⅱ
・原子力発電設備サーボ制御用作動油劣化要因特定
・電子線グラフト重合法によるアラミド繊維の染色性・耐光性改善

9件

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）◇嶺南地域新産業創出モデル事業補助金
嶺南地域の企業等が将来の製品化、事業化を目指し、原子力・エネルギー関連技術を活用して行う研究開発を支援する補助制度
募集期間：4/19（月）～5/17（月）
基礎研究枠
・電子線照射によるエチゼンクラゲとキトサンを活用したハイドロゲル材の開発
・電子加速器を利用した水化学試験装置の基礎技術開発
・ヒートパイプを用いた苛性タンク凍結防止装置の開発および検証
実用化研究枠・幅変式伸縮全天型膜体上屋実用化の研究・未利用昆布の酵素分解液化・パウダー化技術の開発
・小型レーザー除染装置の試作開発・現場作業記録支援装置の開発
・鉄骨建物基礎のＳＲＣ構造化
・端材を利用した環境に優しい新素材による若狭塗箸の開発

3件

6件◇嶺南企業新産業創出シーズ発掘調査補助金
嶺南地域の企業等が将来の製品化、事業化を目指し、原子力・エネルギー関連技術を活用して行う研究開発のためのシーズ・ニーズ調査等を支援する補助制度
募集期間：1 年を通じ随時
・鉄スクラップのリサイクル方法の開発調査
・植物由来プラスチックの動向と事業化可能性調査
・悪臭環境改善対策
・県産品を活用した入浴剤等の開発調査・炭による土壌の活性化研究開発
・鉄リサイクルのための電炉メーカー等の調査
・太陽電池の応用に関する調査
・炭素繊維複合材料の事業化可能性調査
・メンテナンス用シート製品化可能性調査

9件○販路開拓支援事業
月/日(曜日)概要◇原子力プラントメーカーとの情報交換会
原子力産業への参入を目指す福井県内の企業のために、原子力プラントメーカーとの情報交換会を実施
6/10（木）

［出展社］
［来場社］

県内企業３０社
三菱重工業（株）、三菱電機（株）、（株）東芝、（株）日立製作所、
関電プラント（株）（株）木内計測、（株）クリハラント、原電事業（株）、
高速炉技術サービス（株）、太平電業（株）、（株）ＴＡＳ、日本建設工業（株）、
その他原子力プラントメーカーの関連企業など約４０社の１６０名［実施方法］県内企業がブース出展、各ブースにて原子力プラントメーカーや原子力施設の保守業務に携わる元請企業等と情報交換を行った。
［開催場所］プラザ萬象（福井県敦賀市東洋町１番１号）

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）
月/日(曜日)

技術展示会

入場者総数

◇技術展示会への出展
研究会活動等を通じ開発された技術・製品、産学官共同研究の成果等の展示
6/5 (土)産学官連携推進会議 京都国際会館（京都市）

約 5,100 名

10/15(金)しんきんビジネスフェア 2010

約 8,700 名

10/21(木)～22(金)
11/10(水)北陸技術交流テクノフェア

11/19(金)ふくい新技術・新工法展示商談会

三菱自動車工業（株）（愛知県岡崎市）

約 650 名2/3(木)～4(金)ふくい新技術・新工法展示商談会

三菱電機（株）（兵庫県尼崎市）

約 1,200 名

ＦＩＴネット商談会

石川県産業会館（金沢市）

福井県産業会館（福井市）

福井県産業会館（福井市）

約 18,000 名
約 3,500 名

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

原子力プラントメーカーとの情報交換会

しんきんビジネスフェア

ＦＩＴネット商談会

ふくい新技術・新工法展示商談会○情報提供事業
月/日(曜日)セミナー、技術シーズ発表会

参加者数◇セミナー、技術シーズ発表会等の開催
企業等を対象としたセミナー、県内大学等による研究成果の発表会等を開催
8/11（木）9/3（金）
10/1（金）
10/28（木）

未来技術創造セミナー
・平成２１年度の成果発表
未来技術創造セミナー（ふくい元気企業フェア）
・講演「新瀬長戦略、自然エネルギーの最新動向と課題の分析」
電子線照射技術セミナー
・講演「繊維分野への電子線照射利用」他
第 12 回研究報告会
・若狭湾エネルギー研究センターの共同研究を中心に成果報告

109 名
約 30 名
145 名
82 名

 137
137

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

資料５

県内企業の技術者の技能向上に向けた技術研修の実施○ 原子力関連業務従事者研修
分
類
入門研修
一
基礎研修

般
研
修
視察研修

専
門
研

修

情報交換会
合
計

研 修 名
受講者数
原子力発電所全般に関する基本的な知識・技
２１名
術の習得
放射線取扱基礎
１６名
原子力施設品質保証基礎
１２名
原子力施設内作業安全に関する関連法令
１６名
原子力施設電気基礎（ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽ基礎）
４名
原子力施設電気基礎（測定技術）
５名
原子力施設電気基礎（ｼｰｹﾝｽ制御）
２５名
原子力施設電気基礎（ｼｰｹﾝｻｰﾌﾟﾛｸﾞﾗﾐﾝｸﾞ基礎）
２０名
原子力施設機械基礎（仕上技能基礎）
４名
原子力施設機械基礎（機械組立技能基礎）
２２名
原子力施設機械基礎（伝動装置・簡易診断技
１１名術）
原子力施設機械基礎（油圧装置基礎）
９名
原子力施設非破壊検査基礎７名
九州電力㈱玄海原子力発電所他
１３名
原子力施設非破壊検査（PD2-基礎）
３５名
原子力施設低圧モータ分解点検
６名
原子力施設体感研修
１４名
原子力施設現地計器点検（検出器・伝送器）
２名
原子力施設現地計器点検（制御器・制御弁）
３名
原子力施設一般弁分解組立
１６名
原子力施設横型ポンプ分解組立
８名
原子力施設竪型ポンプ分解組立
６名
原子力施設の技術基準に基づく溶接施工管理
１１名
原子力施設非破壊検査（UT1-基礎）
５名
原子力施設非破壊検査（UM1-基礎）
５名
原子力施設回転機器（センターﾘﾝｸﾞ・ﾊﾞﾗﾝｼﾝ
７名
ｸﾞ）
原子力施設非破壊検査（UT2-基礎）
２名
原子力施設設備診断技術
１５名
高速増殖炉基礎講座
２名「もんじゅ」でのＯＪＴ
２名
廃止措置基礎講座
３名
廃止措置専門講座
３名「ふげん」でのＯＪＴ
２名
原子力施設現場作業安全
９名
放射線管理技術Ⅰ
３名
原子力施設品質ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄシステム（入門編）
１３名
放射線管理技術Ⅱ
３名
原子力施設品質ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄシステム（活用編）
５名
原子力施設品質ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄシステム
８名（継続的改善編）
原子力施設工事・作業管理
４名
３７名
３７７名

回数
２回

備 考
福井、敦賀で各１回

２回
２回
２回
１回
１回
３回
２回
１回
２回
２回

〃
〃
〃
敦賀
敦賀
福井２回、敦賀１回
福井で２回
敦賀
福井、敦賀で各１回
〃

１回
１回
１回
４回
２回
３回
１回
１回
３回
２回
１回
１回
２回
１回
１回

福井
敦賀
11/9～10敦賀 2 回、高浜２回
高浜
〃
〃
〃
〃
〃
〃
敦賀
敦賀 1 回、高浜１回
高浜
〃

１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
２回
１回
２回
２回

敦賀
敦賀
敦賀
〃
福井
敦賀
〃
〃
〃
福井、敦賀で各 1 回
敦賀
福井、敦賀で各１回
福井、敦賀で各１回

１回
1回
６２回

敦賀
福井
情報交換会は含まず

 138
138

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）○ 原子力関連業務人材育成実務研修
分
類
実務研修

ＯＪＴ研修
技量認定

合

研 修 名
非破壊試験技術者(PD2-筆記)受験講座
非破壊試験技術者(PD2-実技)受験講座
非破壊試験技術者(UT1-筆記)受験講座
非破壊試験技術者(UT1-実技)受験講座
非破壊試験技術者(UT2-筆記)受験講座
非破壊試験技術者(UT2-実技)受験講座
２級電気工事施工管理技士(学科・実地)受験講座
１級電気工事施工管理技士(学科)受験講座
１級電気工事施工管理技士(実地)受験講座
２級管工事施工管理技士(学科・実地)受験講座
１級管工事施工管理技士(学科)受験講座
１級管工事施工管理技士(実地)受験講座
第２種電気工事士（筆記）受験講座
第２種電気工事士（技能）受験講座
第１種電気工事士（筆記）受験講座
第１種電気工事士（技能）受験講座
プルサーマル（ＭＯＸ燃料）研修
第２種放射線取扱主任者受験講座
第１種放射線取扱主任者受験講座
原子力施設モックアップ訓練
技量認定講習・試験「あと施工アンカー作業」
技量認定講習・試験「配管締付継手作業」
技量認定講習・試験「電線結線・端末処理」

計

受講者数
３５名
１９名
３名
３名
４名
３名
４名
３名
６名
７名
８名
４名
５名
２名
６名
８名
２０名
１９名
５名
１８２名
３名
１１６名
１０４名
４４名
６１３名

回数
４回
２回
２回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
１回
２回
１回
１回
１２回
３回
６回
６回
４回
５６回

備

考

○ 技量認定試験認定者
研 修 名
技量認定講習・試験「あと施工アンカー作業」
技量認定講習・試験「配管締付継手作業」
技量認定講習・試験「電線結線・端末処理」
合 計

認定者数
１０４名
８８名
３３名
２２５名

備

考

○ 非破壊検査技術研修
分 類
ＰＤ２
合 計

研修名
非破壊検査技術研修（ＰＤ２－基礎）

受講者数
１０名
１０名

講師等
新日本非破壊検査㈱

 139
139

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）［原子力関連業務従事者研修］［原子力関連業務人材育成実務研修］［非破壊検査技術研修］

 140
140

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

資料６

原子力・エネルギー教育の充実○ 「敦賀『原子力』夏の大学」の開催
月 日
9/6(月)～11(土)

内容

参加者数・場所
２４６名
ホール他

開講式
理解度テスト（研修前、研修後）講義
・軽水炉核燃料サイクル（プルサーマル）の現状と今後の見通し
・軽水炉の安全性と社会的受容（PA）研究
・仏国高速炉（PHENIX & Super-PHENIX）における運転経験（安全運転とトラ
ブル経験）
・高速増殖炉概論
実習・高速増殖炉運転訓練シミュレータ体験、ナトリウム取扱体験、供用期間中
検査技術（ISI）体験等
見学
・日本原電 敦賀 3、4 号機建設準備工事現場及び PR 館
・若狭湾エネルギー研究センター
・原子炉廃止措置研究開発センター「ふげん」、高速増殖原型炉「もんじゅ」
・関西電力 美浜発電所及び PR 館
討論会
・グループ別にテーマを決めて英語討論・グループ別に分かれ、原子力全般事項について「もんじゅ」研究･技術者と質疑応答及び議論
一般公開講座・「もんじゅ」の性能試験と今後の展開（独）日本原子力研究開発機構 高速増殖炉研究開発センター部長
弟子丸 剛英・次世代原子炉（超長寿命小型炉）の開発世界戦略
テラパワー社

主任技術者

博士

ジョン・マックワーター

・次世代原子炉（小型高速炉（4S））の開発（株）東芝 電力システム社 原子力事業部

技監

尾崎

章

・仏国における原子力教育の体制と課題
フランス原子力庁（CEA）本部
原子力教育研修部長 博士 クラウド・デュエット
地元交流会「原子力と地域との共生を考える」

 141
141

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）
敦賀「原子力」夏の大学○小中高校生への科学知識の普及
日 時
7/16 (金)9:30～17:30

交 流 先 ・ 内 容
科学実験研修：藤島高校２年生① 環境水等に含まれる微量金属分析② 熱－電気エネルギー相互交換③ 電子顕微鏡による織物組織の観察④ 宇宙線の速度測定⑤ アルデヒド脱水素酵素の遺伝子型判定⑥ 放射線と物質の相互関係⑦ 細胞分裂像の観察

8/18(水)
9:30～17:30

科学実験研修：武生高校１年生① 環境水等に含まれる微量金属分析② 熱－電気エネルギー相互交換③ 電子顕微鏡による織物組織の観察④ 宇宙線の速度測定⑤ アルデヒド脱水素酵素の遺伝子型判定⑥ 放射線と物質の相互関係⑦ 細胞分裂像の観察

9/29(水)
9:30～17:30

科学実験研修：高志高校２年生① 環境水等に含まれる微量金属分析② 熱－電気エネルギー相互交換③ 電子顕微鏡による織物組織の観察④ 宇宙線の速度測定⑤ アルデヒド脱水素酵素の遺伝子型判定⑥ 放射線と物質の相互関係⑦ 細胞分裂像の観察

参加数
２２名

３８名

３７名

スーパーサイエンススクール 科学実験研修（微量金属分析）

アルデヒド脱水素酵素の遺伝子型判定

 142
142

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）○ 情報発信及び広報活動

資料７○ 研究成果報告会
日

時

Ｈ２２．
１０/２８ (木)13:00～16:40

内 容
第１２回研究報告会（福井大学およびふくい未来技術創造ネットワーク推進協議会の共催）
開会挨拶
国立大学法人

理事長
福井大学長

旭
信昭
福田
優

備

考

等

福井大学
総合研究棟Ⅰ
１３階会議室参加 約９０名

報告会「陽子線がん治療臨床研究の成果」
粒子線医療研究グループ

山本和高「イオンビーム照射によるキチン分解細菌変異株を用いた
N-アセチルグルコサミン製造技術開発」㈱エルローズ
能登 亜有美 氏「イオンビームによる植物工場用野菜の新品種開発」
生物資源グループ畑下昌範「太陽熱エネルギー利用による熱交換器設計要素技術の検証試験」
三菱重工業㈱大久保 剛 氏
「高分子電解質および電極構造の制御による化学アクチュエータの創製」
福井大学 准教授
庄司 英一「低酸素領域がん幹細胞を標的とした陽子線がん治療」
福井大学 准教授

吉井裕「細胞増殖制御の可能な工業用動物細胞の育種」
生物資源グループ高城

啓一「放射性同位元素分析によるズワイガニの年齢評価」
元協力研究員

今

攸

閉会挨拶

小林

紘二郎

所長

○ 研究成果報告集
発行月
年報

平成２１年度

内
第１２巻

容

備

（第１２巻）
・成果
Ｈ２２．
１２月発行

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)

加速器関連研究開発
粒子線医療研究開発
品種改良育種関連技術開発
分析・照射・物質創成研究開発
エネルギー開発研究

７件
３件
１２件
１７件
１４件

考

等

（発行）
１０００部
（配布先）
財団関係者
賛助会員
研究報告会参加者
センター来館者

・産業・技術・研究支援事業
・施設利用状況・公開発表一覧

 143
143

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）○施設一般公開日 時
8/21(土)
9:00～17:00

内

容

参加者数

エネ研てんこもり１１
約７００名
①施設見学
・加速器・照射室
・太陽炉「10ｋｗ・はんたか」・スターリングエンジン②工作・科学体験教室
・太陽炉「10kw・はんたか」実演
・ボトルフラワー工作 （協力：福井大学）
・工作教室（協力：関西電力）
・工作教室（協力：日本原電）
・実験教室（協力：原子力機構）
・実験教室（協力：敦賀短大）
・ガラス工房工作教室 （協力：KEIS 庵）
・ペーパークラフト教室
・顕微鏡観察
③エネ研体験クルー
・研究紹介（パネル・模型展示）
・粒子線医療ブース
・エネ材料ブース
・生物資源ブース・エネ開発ブース・加速器室ブース
・拠点化計画ブース
・はやぶさ関連ブース（協力：JAXA、サカセ・アドテック、
ユアーズホテルフクイ）④子供向け企画
・風船配布
・ゲームラリー・エネルギーキャンプ⑤その他
・屋台（お好み焼き、焼きそば、カレーライス）

エネ研てんこもり１１

144

はやぶさ（縮小版）展示

ボトルフラワー工作

太陽炉実演

工作教室

 144

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）○ マスメディアによる情報発信日 時
5/8(土)
17:25～17:45
5/9(日)
7:40～8:00
7/10(土)
17:25～17:45
7/11(日)7:40～8:00
9/4(土)
17:25～17:45
9/5(日)
7:40～8:00
11/6(土)
17:25～17:45
11/7(日)7:40～8:00
1/1(土)
17:25～17:45
1/2(日)
7:40～8:00
2/12(土)
17:25～17:45
2/13(日)7:40～8:00
3/26(土)
17:25～17:45
3/27(日)7:40～8:00

内容

ＦＢＣラジオキャンパス ～いいもの探検隊～（福井放送）「第３期中期事業計画について」
企画広報支援部 次長補佐
牧 信男
ＦＢＣラジオキャンパス ～いいもの探検隊～（福井放送）「原子力・エネルギー関連技術の地域産業への移転促進について」
企画支援広報部 原子力技術活用コーディネータ
井田 俊雄
ＦＢＣラジオキャンパス ～いいもの探検隊～（福井放送）「エネ研での学位取得とこれからの陽子線がん治療研究」
研究開発部 粒子線医療研究グループ 研究員
高田 卓志
ＦＢＣラジオキャンパス ～いいもの探検隊～（福井放送）「エネ研の太陽エネルギー利用研究について」
研究開発部 エネルギー開発グループ 主任研究員 篠田 佳彦
ＦＢＣラジオキャンパス ～いいもの探検隊～（福井放送）「エネルギー研究開発拠点化計画について」
企画広報支援部 次長補佐
光川 英雄
ＦＢＣラジオキャンパス ～いいもの探検隊～（福井放送）「レーザーを用いた原子炉解体技術の開発について」
企画広報支援部 主任
山口 健志
ＦＢＣラジオキャンパス ～いいもの探検隊～（福井放送）「福井県の陽子線がん治療について」
研究開発部 粒子線医療研究グループ 主任研究員 久米 恭

○ ホームページによる情報発信
随時

ホームページの更新
講演会、イベント等の開催案内
エネルギー研究開発拠点化推進組織の取組状況 等

アクセス数
約８０００件／月

 145
145

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

展示会等への出展
月 日
5/22(土)
6/ 5(土)

6/10(水)6/19(金)～20(土)
6/19(金)～20(土)
7/14(水)～16(金）
10/15(金)10/21(木)～22(金)
11/10(水)11/17(水)～19(金)
11/19(金)

2/3(木)～4(金)
2/26(土)～27(日)
3/2(水)～4(金)内 容ふくい環境フェア 2010
・小型太陽炉展示
科学・技術フェスタ in 京都（産学官連携会議）
・研究紹介パネル展示
・マイクロフローラ、ヒートパイプ、小型太陽炉等展示
ＡＰＥＣ記念「原子力関連企業との展示商談会」
ＡＰＥＣ大臣会合関連インフォメーションコーナー
ＡＰＥＣ記念「みんなで体験！ＡＰＥＣ」
クリーン発電＆スマートグリッドフェア（CSF）2010
・研究紹介パネル展示
・小型太陽炉による太陽熱発電装置、ヒートパイプ展示
しんきんビジネスフェア 北陸ビジネス街道 2010
・研究紹介パネル展示
・ヒートパイプ、N-アセチルグルコサミン含有製品、レーザー解体
技術、低伸縮性和紙、小型太陽炉、植物工場関係等展示
北陸技術交流テクノフェア 2010
・研究紹介パネル展示
・加速器施設模型、ヒートパイプ、小型太陽炉等展示
第 6 回 FIT ネット商談会
・研究紹介パネル展示
・加速器施設模型、ヒートパイプ、小型太陽炉等展示
HOSPEX Japan 2010
・研究紹介パネル展示
・N-アセチルグルコサミン含有製品等展示
ふくい新技術・新工法展示商談会(三菱自動車、愛知県岡崎市)
・研究紹介パネル展示
・加速器施設模型、レーザー水中切断試験金属片、小型太陽炉展示
ふくい新技術・新工法展示商談会(三菱電機、兵庫県尼崎市)
・研究紹介パネル展示
・加速器施設模型、レーザー水中切断試験金属片、小型太陽炉展示
つるが環境フェア・研究紹介パネル展示
・ヒートパイプ、小型太陽炉等展示
エコハウス＆エコビルディング EXPO
・研究紹介パネル展示
・ヒートパイプ等展示

参加者数
入場者総
約 15,000 名
入場者総数
約 5,100 名
入場者総数
約 160 名
入場者総数
約 330 名
入場者総数
約 330 名
入場者総数
約 42,000 名
入場者総数
約 8,700 名

入場者総数
約 18,000 名
入場者総数
約 3,500 名
入場者総数
約 35,000 名
入場者総数
約 650 名
入場者総数
約 1,200 名
入場者総数
約 4,000 名
入場者総数
約 90,000 名

 146
146

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）○施設見学等 147
147

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

 148
148

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

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149

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）


４．４．施設利用状況
４．４．１．見学者数（単位：人）
月
人

４

５

６

７

８

９

15

184

35

58

65

155

１０

１１

１２

１

２

３

合 計

285

395

41

58

9

69

1,369

数

月
人

数

４．４．２．会議室等施設利用状況（※）（単位：件）

月

４

５

６

７

８

９

10

11

12

１

２

３

合 計

件 数

27

25

33

39

96

72

59

80

139

39

30

22

661

※ 貸出施設：ホール、特別会議室、交流室（１，２）
、研修室（１、２、３，４）、会議室（１、２、３）、実習室（１、２、３）
４．４．３．分析装置等科学機器の利用状況（外部利用件数）
年間利用件数：216 件
利用装置別内訳
・電子顕微鏡等観察装置：

99 件（46％）

・元素等分析装置

：8 件（ 4％）・物質構造分析装置：

97 件（45％）・その他：

12 件（ 5％）

利用者の所在地域別内訳
県内 113 件（52％）、県外 103 件（48％）
４．４．４．加速器の利用状況
年間利用時間：

2,036 時間（設備使用料徴収対象（減免含む）の利用時間）

利用目的別内訳
・農業利用 ：

228 時間（15％）

・工業利用 ：

747 時間（51％）

・医療利用 ：

505 時間（34％）（その他…照射実験等 ： 556 時間）

 150
150

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

５．公開成果発表一覧
５．１．査読付き論文発表
平成２２年度の査読付論文は、全部で１９編であった。以下に題名,著者, 雑誌名,巻番号/受理状況を記載する。
1)Improvement and induction property of radiation-responsive promoter through DNA shuffling of 5′-flanking
regions of the human p21 gene, G. Kagiya, R. Ogawa, J. A. Cook, R. Choudhuri, M. Hatashita, Y. Tanaka, B.
G. DeGraff, and J. B. Mitchell, Journal of Bioscience and Bioengineering, VOL. 110 No. 1, 118 -- 123, 2010.
2) Analysis of rice RNA-dependent RNA polymerase 1 (OsRDR1) in virus-mediated RNA silencing afterparticle bombardment, Hui Chen,Yoshikazu Tanaka., Journal of General Plant Pathology, Volume 76, Number
2, 152-160, 2010.
3) Production of cordycepin by a repeated batch culture of a Cordyceps militaris mutant obtained by proton
beam irradiation. M. masuda, S.K. Das, S. Fujihara, M. Hatashita and A. Sakurai, ,J Biosci Bioeng., 111(1),55-60 (2011).
4) Nitric Oxide Is a Key Molecule Serving as a Bridge between Radiation-Induced Bystander and Adaptive
Responses., H. Matsumoto, M. Tomita, K. Otsuka, M. Hatashita and N. Hamada, Curr Mol Pharmacol. Dec
14. [Epub ahead of print] (2010).
5) 漬物の抗酸化性及び品質に及ぼす調整条件の影響, 小松 あき子、原田 和樹、遠藤 伸之、永塚 規衣、
長尾 慶子, 日本調理科学会誌, 44 (2011) 128-136.
6) Is the Oxygen Radical Absorbance Capacity (ORAC) Method a Peroxyl-radical Scavenging Assay, Y.
Sueishi, D. Yoshioka, S. Oowada, N. Endo, S. Kohri, H. Fujii, M. Shimmei, Y. Kotake, Zeitschrift für
Physikalische Chemie, 224 (2010) 921–928.
7) Edaravone directly reacts with singlet oxygen and protects cells from attack. Y. Nishinaka, H. Mori, N.
Endo, T. Miyoshi, K. Yamashita, S. Adachi, T. Arai, Life Sciences, 86 (2010) 808–813.
8)Electrochemical behavior of dye-linked L-proline dehydrogenase on glassy carbon electrodes modified bymulti-walled carbon nanotubes. Haitao Zheng, Leyi Lin, Yosuke Okezaki, Ryushi Kawakami, Haruhiko
Sakuraba,Toshihisa Ohshima, Keiichi Takagi, and Shin-ichiro Suye, Bellstein Journal of Nanotechnology,
Accepted.
9) Localization of γH2AX Fluorescence along Tracks of Argon Beams. K. Takagi, T. Tsukada, M. Izumi, K.
Kazama, Y. Hayashi, and T. Abe, RIKEN Accel. Prog. Rep. 43, vii-viii.
10) Radiation Effects for film formation and nano- structural change of iron dicilicide thin film, M.Sasase, H.
Yamamoto, S. Okayasu, NIMB 2011, in press.
11) Structural change of ion-induced carbon nanofibers by electron current flow, M. Zamri, P.Ghosh, M.
Sasase, A. Hayashi, Y. Hayashi, M Tanemura,

JVST B 2011, in press.

12) Increase in Irradiation Beam Intensity by Using a Hybrid Target System in Cyclotron-Based Neutron
Capture Therapy, Takushi TAKATA, Hiroki TANAKA, Yoshinori SAKURAI and Akira MARUHASHI, Journalof NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 47, No. 7, pp. 575-581,201013) A method of neutron energy evaluation by using an imaging plate and cone-like acryl converters with ageometrical modulation concept”, A. Nohtomi, N. Sugiura, T. Itoh, G. Wakabayashi, T. Sakae, T. Terunuma,

 151
151

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

K. Yabuta, M. Tamura, T. Fujibuchi, T. Takata, K. Kume, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research Section A, Vol. 633, Issue 1, pp. 36-45, 2011.
14) Depth resolution of TOF-ERDA using a He beam, K. Yasuda, C. Batchuluun, R. Ishigami and S. Hibi,
Nucl. Instr. and Meth. B, Vol. 269,1019-1022 (2011).
15) Progress of in-air microbeam system at the Wakasa Wan Energy Research Center, K. Yasuda, M. Nomachi,
Y. Sugaya, H. Yamamoto, and H. Komatsu, Nucl. Instr. and Meth. B, accepted.
16) FLUORIDE UPTAKE INTO HUMAN TEETH FROM AN F-RELEASING THIN LAYER AFTER A LONGPERIOD OF FILLING, HIROKO YAMAMOTO , YUKITERU IWAMI and SIGEYUKI EBISU, HISANORIKOMATSU, MASAHARU NOMACHI and YORIHITO SUGAYA, KEISUKE YASUDA, Int. J. PIXE, accepted.
17) Present Status of Proton Therapy Project at the Wakasa Wan Energy Research Center, K.Kume,
T.Hasegawa, J.Uenishi, T.Takata and K.Yamamoto, Japanese Journal of Medical Physics, Vol.30
Supple.No.2(2011) 95-96.
18)報告 原子力レアメタル利用の可能性「核燃料サイクルの物質・放射線利用」研究専門委員会 分担

執筆, 藤井靖彦 ， 黒崎健 ，藤田玲子 ， 吉田朋子 ， 篠田佳彦, 原子力学会誌, Vol 52, No.9, pp563～
567 (2010).
19) Simulations of slow positron production using a low energy electron accelerator, B. E. O’Rourke,1, a) N.
Hayashizaki,2 A. Kinomura,1 R. Kuroda,1 E. Minehara,3 T.Ohdaira,1 N. Oshima,1 and R. Suzuki1,
Rev.Sci.Instruments, accepted.
５．２．特許、品種登録
平成２２年度の特許と品種登録を以下にまとめる。
特許出願
特許出願は１１で、以下の表５．２．１．に記載する。
表５．２．１．特許出願の一覧。
発明

発明の名称

出願人

出願日

公開日

1

植物工場照明装置

WERC

H22.4.2（未公開）

2

ポリイミド系高分子アクチュエータ、及びそ 関電、原電、北陸電
H22.7.5の製造方法
力、WERC、福大

（未公開）

3

液体レンズを用いた太陽光集光器

WERC

H22.5.17（未公開）

4

光分析装置の拡散反射用ｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ

WERC

H22.6.24（未公開）

5

液冷却式の集光型太陽電池

WERC

H22.7.26

（未公開）

№

6
7

WERC、福井県、福物体の存在領域の検知方法および物体検知シ
井原子力工業㈱、志 H22.4.21
ステム並びに無線送受信集合装置
水英二
バルク超伝導体臨界電流密度制御方法、及びWERC
H22.12.9
アンジュレータ用バルク超伝導体の製造方法

8

ＳＦ６完全回収装置

WERC

9

冬虫夏草の突然変異体及びその変異体の培養
WERC、福大
法

備考

（未公開）
（未公開）

H22.6.30（未公開）

H19.8.1

H21.2.19

エネ研
追加

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152

若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

10

金属メッキ材料の製造方法

WERC、福大H23.3.5（未公開）

11

熱輸送方向を切替可能なヒートパイプ

WERC、福大H23.3.30（未公開）

品種登録 出願登録済み
以下は全品種出願の記録で、１，４，５番目が品種登録済である。平成２２年度は、１３と１４番目の品種が出願された。
表５．２．２．
、品種登録 出願登録済み一覧。
№

植物の種類

出願人

出願日

1

ﾍﾟﾁｭﾆｱ属

WERC、ﾊｸｻﾝ

H19.1.11

2

ﾈﾒｼｱ

WERC、ﾊｸｻﾝ

H19.9.25

3

ﾈﾒｼｱ

WERC、ﾊｸｻﾝ

H19.9.25

4にちにちそうWERC、ﾊｸｻﾝ

5にちにちそう

6

確定
№

登録日

17653

H21.3.2

H19.9.25

18576

H21.11.26

WERC、ﾊｸｻﾝ

H19.9.25

18577

H21.11.26

ﾍﾟﾁｭﾆｱWERC、ﾊｸｻﾝ

H19.9.25(拒絶)7

ﾍﾟﾁｭﾆｱWERC、ﾊｸｻﾝ

H19.9.25(拒絶)8

ﾍﾟﾁｭﾆｱWERC、ﾊｸｻﾝ

H19.9.25

(拒絶)

9

ｺﾘｳｽ

WERC、ﾊｸｻﾝ

H20.3.14

10

ｺﾘｳｽ

WERC、ﾊｸｻﾝ

H20.3.14

11

ｺﾘｳｽ

WERC、ﾊｸｻﾝ

H20.3.14

12

ｺﾘｳｽ

WERC、ﾊｸｻﾝ

H20.3.14

13にちにちそうWERC、ﾊｸｻﾝ、ﾌﾟﾗﾝﾂﾌｧｰﾑ SETO

H22.6.24

14にちにちそうWERC、ﾊｸｻﾝ、ﾌﾟﾗﾝﾂﾌｧｰﾑ SETO

H22.12.1

特許取得
今まで取得された特許は、以下の４つで３，４番目の特許が平成２２年度に取得された。
表５．２．３．
、今まで取得された特許の一覧。
No.

発明の名称

出願人

出願日

公開日

確定日

1

分離型ｽﾉｰﾄを有する粒子線治療装置

WERC

H13.4.11

H14.10.22

H21.11.6

2

イオンビームを用いた炭素分析方法

WERC

H15.10.17

H17.5.12

H21.1.93

発光装飾器具

WERC

H19.2.9

H20.8.28

H22.5.14

4

金属材料中のﾍﾘｳﾑ含有量計測方法

JAEA
WERC

H21.1.29

H21.1.29

H22.9.10

５．３．科研費取得状況
平成 22 年度の若狭湾エネルギー研究センターの獲得した科学研究費補助金は以下の表５．３．１．
の上半分の 2 件でした。これは研究者当り約 10％平均獲得率で、応募した数が少ないと考えられますので比較的良い成績と思われます。平成 22 年度に申し込んで平成 23 年度に新たに採択が決まった科研費

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

は表５．３．１．の下半分の 2 件です。
エネ研研究者による科研費の獲得比率
平成２２年度

１０％

平成２３年度（現時点）

１９％

研究者人数 ２１名（所長、部長、研究員、嘱託研究員）
表５．３．１．若狭湾エネルギー研究センターの獲得した科学研究費補助金。
年度

件 名

期 間

H22 予算

全体予算

H22
実施中

ＴＯＦ－ＥＲＤＡによる軽元素分析のための反跳断面積の測定

Ｈ２２～Ｈ２４

１９５万円

４５５万円

H22
実施中

レーザー衝撃パルスによる高密度格子欠陥の新導入プロセスと高度制御

Ｈ２１～Ｈ２３

１５６万円

４６８万円

H23
新規

放射線がん治療における陽子線特異的細胞応答の機構解明

Ｈ２３～Ｈ２５

ー

５２０万円

H23
新規

ナノ欠陥を利用した機能性ヘテロ界面の創製

Ｈ２３～Ｈ２５

ー

５２０万円

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若狭湾エネルギー研究センター年報（平成 22 年度）

５．４．最近の査読付き論文、学会発表、特許と品種登録の傾向
図５．４．１.のように統計開始の平成 9 年度から平成 22 年度までの１４年間の論文、学会発表、特許と品種登録の傾向をグラフで表示した。このグラフから、若狭湾エネルギー研究センターの論文、学会発表、特許と品種登録は着実に増加していることが分かる。
図５．４．１.、今までの査読付き論文、学会発表、特許（品種登録を含む）の傾向。

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