量子ビーム利用の特徴と相補性
用途１
量子質量(MeV)

電荷

エネルギー：観る・調べる：観察・測定

用途２：創る・変える：加工・反応手段

用途３：治す：治療手段

物質との相互作用

発生源（例）
利用例・機能

分解能・精度等

利用例・機能特徴・加工精度等

利用例・機能特徴・適用疾患等

・レーザー顕微鏡① 透過・レーザーX線顕微鏡（細胞の生きたままを観察）

・材料表面の周期構造（X線レーザーに② 反射、干渉よる）
・重力波望遠鏡（マイケルソン干渉計）
測定器
・高速の現象（化学反応、生体での電子・ 非熱加工（リソグラフィ、高精度でや物質の移動現象など）の観測

飛散物の少ない加工などに利用）(*11)

・チタン添加サファイア結晶、半導体、CO2ガスなど

・(*15)の電子エネルギー順位を利用して、電子線や光・３Ｄアトムプローブ元素分析（パルス
レーザー

0.1eV
0

0

③ 励起、電離→原子間結合を切断

レーザー照射の補助によって電界蒸発した原子イオンをTOF型質量分析計によっ～100 eV(*4)

・・元素分析空間分解能

約5nm

レーザーアブレーション加工（パル ・金属板の穴あけや切断

スレーザー光を固体表面に照射すると固 ・5nm程度のSiナノ結晶微粒子を製造

・ レーザーメスとなって爆発的に放出される現象を利用としてとらえる）

して固体表面を加工する方法）(*11)

止血効果を照射して発生。
・自由電子レーザー（FEL）はS極とN極とを交互に体構成物質が原子，分子，プラズマ状態 し、発光素子を作製、てE/M情報付きの電界イオン顕微鏡写真

・

配置した磁場中で加速電子を蛇行させてシンクロト
ロン放射光をだし、この光を光共振器内に閉じ込
め、電子ビームと何百回も共鳴的な相互作用をさせることにより光の波長領域のレーザー発振を行う。

④ 高強度の場合、ターゲット中で強い電場を誘起、この電場で電子が加速され、・ 癌治療用超小型加速器（レーザー駆動粒さらに電子放出によって強い電界が誘起子加速）され陽子や重イオンが加速・放出される⑤ 物質の波としての性質を利用してレーザー光の波で物質の構造等を操作する（量子制御）

・

光散乱法による高分子希薄溶液、分子集合・凝縮系、微粒子分散系などの構造研

・粒子径が数 nm から約 1µm

究、生体分子のサイズ（RMS半径），分子・ 100k程度の分子量を持つ生体分子･

特定の化学反応を誘起し、必要な生成物を効率的に得る量，拡散係数，粒子系分布などの測定
・⑥高密度エネルギー輸送

・

慣性核融合

・ X線健康診断
・X線CT（金属中のガスバブルの3次元的観測）またはラミノグラフィー（電子基板は① 透過

んだ接合部のき裂観察）
・屈折コントラストイメージング（有機材

分解能：1μm＠SP-8
ビーム径：5μm＠SP-8

料や生体組織のエッジ強調撮像）
・X線吸収量測定から液体密度を決定

エネルギー分解能：～10-4@SP8（一般的なビームライン）・ 無機材料の精密構造解析
・ 金属の残留応力解析

・原子位置解析精度：0.1～0.01pm程度
・表面又は比較的浅い内部の情報（残留・ たんぱく質等の構造解析（C、N、O等の 応力解析では70keV放射光X線により鉄② 回折

比較的重い元素に敏感；構造の骨格がわか

鋼材料深部の観察が可能）

る。静止水素位置もわかる）

・ 分子量数万の酸素発生光化学系膜タン・表面X線回折法、微小角入射X線散乱（表パク質に対して分解能1.9Åで構造解析

面構造の解析、薄膜の構造評価）に成功

・X線トポグラフィーによる単結晶材料の結 ・ 分子量１万程度のHiPIPの場合、分解晶欠陥観察能は0.48Åに至った。
・微小角入射X線散乱では数nmの純鉄不導体皮膜の評価を行なった例がある③反射・

反射率測定（膜厚、膜密度や膜構造の解析、表面粗さ測定）

・Ｘ線は、一般に電子を金属ターゲットに照射して発生。
・放射光は光速に近い速度を持つ電子の軌道が磁場で曲げられる時に発生・光共振器が使えないX線自由電子レーザー（XFEL）ではシングルショットでレーザー増幅
X線
放射光

数eV
0

0

～100 keV

利得が得られるよう、低エミッタンスで高輝度の電子ビームと十分な長さのアンジュレータ（S極とN極とを交互に配置した磁場）を用いる。
LCLS, SACLAなど。
・X線レーザーは高出力レーザーを金属表面に照射して発生。
・ＥＲＬによる電子バンチとレーザー光の逆コ
ンプトン散乱によるＸ線発生も研究されてい・小角散乱による高分子の構造解析
・X線光子相関分光法（誘電体ドメイン
ゆらぎなど材料の構造の運動性を評価）
・2体相関分布関数（PDF）法（短～中④ 弾性散乱距離（約1～200Å程度）レンジの構造解
析
・X線タイコグラフィ（XPG）（薄い試料や生体軟組織の内部構造イメージン

・Ｘ線は、一般に電子を金属ターゲットに照射・例えば、5μmビームを使って直径50して発生。

μm毛髪をスキャンし、得られた小角散乱データから毛髪構成タンパクフィラメ

・放射光は光速に近い速度を持つ電子の軌道がントの配列を研究した例がある。

磁場で曲げられる時に発生・高分解能XPGでは分解能10nm程度＠
SP8・光共振器が使えないX線自由電子レーザー

グ）
X線
放射光

（XFEL）ではシングルショットでレーザー増幅利得が得られるよう、低エミッタンスで高輝度

数eV
0

0

の電子ビームと十分な長さのアンジュレータ（S・コンプトン散乱（固体中の電子運動量～100 keV分布の測定）
・磁気コンプトン散乱（スピン磁気モーメントの定量測定）⑤ 非弾性散乱・共鳴非弾性X線散乱（RIXS：電子励起や電子状態の観測）
・非弾性X線散乱（IXS：電子励起、結合状態、フォノンや物質の動的構造の観極とN極とを交互に配置した磁場）を用いる。
・コンプトン散乱や磁気コンプトン散乱

LCLS, SACLAなど。

では100keV以上の高エネルギーX線を利用・X線レーザーは高出力レーザーを金属表面に照・エネルギー分解能は放射光ビームライ

射して発生。

ンや装置による。SP8では最高でmeV
オーダー

・ＥＲＬによる電子バンチとレーザー光の逆コ
ンプトン散乱によるＸ線発生も研究されてい測）る。
・硬X線光電子分光（HAXPES）では固・ 光電子分光（元素の電子構造）⑥ 光電離、光電効果

・ 光電子イメージング(光電子ホログラ
フィや光電子顕微鏡；物質中の原子の結合状態を3次元的に観測)

体内部の電子状態の観測が可能
・角度分解光電子分光（ARPES）ではバンド構造やフェルミ面の詳細を測定

・ リソグラフィー

解像度70nm・光電子顕微鏡（PEEM）はスピンの向きの空間分布を調べられる。空間分解能
は20数nm＠SP8

・ 微量元素分析（XRF蛍光X線分析）

・Lab. X線なら、0.1%程度の組成を分析

・可能、１～２mm程度のビーム径

EDS（X線誘起特性X線分光）による数cmバルク元素分析⑦ 励起、吸収（元素に特有：元素の種類に応じて異なるエネルギーのＸ線などを放出）

・ SRなら、非破壊的にppm以下の微量

・X線吸収微細構造解析（XAFS）による 元素を分析、μm以下の領域
着目元素の局所構造（EXAFS）や価数、 ・SRではマイクロビーム（＜1μm）を配位構造等（XANES）の決定

用いた走査型X線顕微鏡により、左記情・磁気円二色性測定（MCD）による元

報の空間分布が得られる。100nm以下の素選択的磁気状態研究

ナノビームによる観測も可能@SP8

・

バリアン社では1.3mLINACで加速した電子（4～23MeV）をターゲットに照射し、Ｘ線（4～22MeV ）を発生させる。三菱重・⑧ 励起、電離→原子間結合を切断

軟X線「分子メス」（内殻電子励起）によるサイト選択的な化学結合切断

・ 癌治療（電子線をターゲットに照射して 工業ではCバンド小型電子リニアック(長得られるX線によるDNA鎖の切断）および

さ：30cm、重量10kg）を使って、O-ring型

DNA損傷修復機構の研究

ガントリーを実現し、患者を動かすことな
く強度変調放射線治療、動体追尾、Ｘ線線照射精度誤差0.1mmを達成。

・ 放射光メスバウアー分光法（放射性同位元素の利用が困難な元素に対するメ⑨ 核励起

スバウアー分光）・

核共鳴非弾性散乱（物質の格子振動と電子状態の観察）

・・60Co,123Raなどの線源から出るガンマ線または加速器から得られるガンマ線を照射して試験体の透過像を撮る。分解能：約・ 厚み計（紙、フィルム等）
・ 非破壊検査（溶接部検査、航空機エンジ① 透過

ン検査、建築物など）
・ 核医学診断（ガンマカメラ、SPECT、PETなど）

・患部に集積した99mTcなどから放射されるガンマ線をガンマカメラ、SPECT
で計測して画像診断に利用
18・

F-BPA, 18F-FDGを使ったPET診断では18Fの陽子が中性子にかわり陽電子と電子ニュートリノを放出し、陽電子
はまわりの陰電子と対消滅してガンマ線を２個１８０度方向に放出したものを検
出。

・
131

・
ガンマ線

0

I(甲状腺癌治療)、 Mo 崩壊生成 よって製造された放射線核種自身からγ線を出物の99mTc(骨・がん・心筋検査),

数10 keV0～2.4 GeV(*5)

原子炉または陽子サイクロトロンなどに

99

81

Rb

す。

崩壊生成物81mKr(肺換気検査)、201Tl(心 ・ 加速器により６ＭＶ，９ＭＶのエネルギーを持つγ線を出してＣＴ解析に提供する企業も筋血流検査)等を利用。99mTc-MDP,
99m

Tc-HMDP, 99mTc-sestaMIBIのよう・ 高分子合成・架橋と崩壊（燃料電池膜、な患部に結合する薬剤開発が重要。192Ir

有用・有害金属捕集材、生分解性プラス② 励起、電離→原子間結合を切断

チック、ラジアルタイヤゴム等）(*12)

・ 半導体素子や高分子材料等の劣化評

・ 品種改良（イネ等；ガンマフィールド）価（原子力、核融合、宇宙用）

・ 食品照射（ジャガイモの芽止めなど）ある。

を封入して低線量率の針状線源とし、口60

原子炉で製造した Co線源などを使 ・ 癌治療・検査（医療用RI線源）

・う。

・ 脳腫瘍等の治療（ガンマナイフ）

腔内、舌、咽頭、食道などにできたがん治療に利用。
200程度の60Coの線源を頭の形状に・ 医療品の滅菌・・ 害虫駆除（ウリミバエの不妊化等）

並べ、これらの線源を精密に制御して脳病変部にピンポイントでガンマ線を集中照射する（精度：0.2～0.5mm程度）。
個々の線源からのガンマ線は細く弱いが、病変部は大きな線量となり、効果を上げることができる。

③ 光核反応（逆コンプトンγ線の場合）

・ 素粒子の内部構造(*5)①透過

ほとんど相互作用をしないで物質を透過。

ニュートリノ
(ν)

?

0

数MeV

・ ニュートリノ振動(νμ→ντ)を観・加速器（陽子）ターゲットからの２次粒子と～数GeV

測→νに質量があるか？（質量、宇宙創して；超新星の爆発②種々の崩壊様式

生の起源の探索、素粒子物理の標準理論の見直し）① 反射、透過・ 電子顕微鏡・TEM, SEM

・

空間分解能：XX nm

・ 表面原子配列・ 結晶構造解析：回折パターンによる結晶対称性の解析、② 回折

・・EBSDによ結晶粒の精密結晶方位解析、結 ・
晶粒界解析、結晶相分布解析（材料の塑性

EBSDによる結晶粒サイズ：10nm

程度

加工特性の研究、応力腐食割れ感受性の研究などへの利用）③ 弾性散乱、非弾性散乱④ 励起、電離（元素に特有：元素の種類に電子(e-)

数eV
0.511

-e

応じて異なるエネルギーのＸ線などを放～101 GeV(*6) 出）・ EELS（電子の非弾性散乱）による電子構造や結合の解析 表面電子状態

・エネルギー分解能：

EDS（電子線誘起特性X線分光）による10μm表面元素分析,
・ AES(電子誘起オージェ電子分光)による・フィラメントからの熱電子放出

表面元素分析,・ リソグラフィー、集積回路製造（電子ビーム描画）・ 高分子合成・架橋と崩壊（燃料電池
膜、有用・有害金属捕集材、生分解性プ⑤ 励起、電離→原子間結合を切断

・ 半導体素子や高分子材料等の劣化評価

ラスチック、ラジアルタイヤゴム等）

・ 癌治療（電子線をターゲットに照射しX（原子力、核融合、宇宙用）(*12)

線に変換して用いる）

・ 電子線不融化（SiC繊維、マイクロチューブ製造）・ 有害物質分解除去（排煙中の硫黄・窒素酸化物、ダイオキシン等）⑥ 電子━陽電子衝突

・ 素粒子物理・ 結晶構造解析（透過型陽電子顕微鏡、陽電子チャネリング）① 反射、透過・表面欠陥解析（陽電子再放出顕微鏡）
・元素組成・化学結合状態解析（PELS:陽電子エネルギー損失分光）

・ 表面第１層の原子配列決定（TRHEPD：
全反射高速陽電子回折、ポジトロニウム回

② 回折

折）
・表面の原子配列決定（LEPD：低速陽電子
回折）・欠陥解析では、原子１個の抜けた孔か・ 欠陥構造解析*（PALS：陽電子寿命測らナノサイズの構造欠陥まで検出可能。

定）[*:原子空孔（結晶格子から原子が抜け

また、ppb以下の微量欠陥、微量元素をた孔）、ナノ欠陥、転位、自由体積、微量検出可能。（原子炉圧力容器脆化機構の元素、活性種など]解明等に利用）・市販線源（22Na等）のβ+崩壊・加速器（電子）ターゲットでの電子・陽電子対生
成・ 電子構造解析*（2D-ACAR：２次元消滅 ・表面解析では、最表面（表面第１層）

陽電子(e+)

0.511+e

γ線角度相関測定、CDB：陽電子消滅同時の原子配列決定、電子状態解析、元素分

meV

計数ドップラー拡がり測定）[*:電子運動量析が可能。

～101 GeV(*6)

密度分布、バンド構造、フェルミ面、微量③ 電子と対消滅元素による構造欠陥など]
・ 表面第１層の元素分析（PAES：陽電子

・18F-BPA, 18F-FDGを使ったPET診断

消滅誘起オージェ電子分光）など(18Fの陽子が中性子にかわり陽電子

・高分子などの構造解析（陽電子励起質量と電子ニュートリノを放出。陽電子はま・サイクロトロンや原子炉等を用いて生成したβ+エ
ミッターのその場利用

・突然変異機構解明など（低速陽電子照射

・対消滅を利用して低エネルギーで原子・によるDNA切断）

分子をイオン化できる（～meV）。

・β+エミッターによる診断（消滅γ線による患部位置検出）・治療（β線によるDNA・腫瘍、がん切断）同時利用分析*）[*:対消滅及びポジトロニウム形成に わりの陰電子と対消滅して光子を２個１より低エネルギーでイオン化・切断ができ

８０度方向に放出。)

る]

能：

・

検出位置分解1mm程度

PET（ポジトロン・エミッション・ト

モグラフィー）④ 電子━陽電子衝突

・ 素粒子物理（対称性の破れなど）
・宇宙物理（ビッグバン模擬）・素粒子物理（反水素*創生、量子電磁力学検証）[*:反陽子-陽電子]⑤水素様原子形成

・最表面電子状態解析（Ps-TOF：ポジ
トロニウム*飛行時間分光）[*:電子-陽電子]

・宇宙線ミュオンラジオグラフィ（ピラ① 透過

ミッドの内部、溶鉱炉の内部、火山内部、福島第１原発の溶融核燃料の計測な分解能：最小10cm程度

ど）

②回折

・透過型顕微鏡（開発中）・静的および動的磁性

・0.2eV～50 MeV(加速ミュオン

105.66±e

器)・数GeV(宇宙③磁気的相互作用（スピン偏極ミュオンの利用（µSR法））

線）④水素様原子形成

・局所磁場の大きさとゆらぎ

・磁場1μT-10T

・超伝導状態の解明（磁場侵入長、時間反・ゼロ磁場測定可能

転対称性の破れ、スピン対称性、磁性との・観測時間窓MHz-GHz

共存競合）

・打ち込み深さ可変（表面近傍でnm分・一次元鎖における電子伝達

解能）・④ 負ミュオン原子形成

ミュオン特性X線による非破壊元素分析 ・打ち込み深さ可変（分解能µｍ）
・⑤ 種々の崩壊様式⑥ 素粒子としてのミュオン

・

素粒子物理（稀崩壊の探索と超対称性）

・

素粒子物理（異常g-2値、超微細構造定

数、EDM探索など）

・

加速器（陽子）のグラファイトターゲット

２次粒子として取り出す

性能劣化機構解明

・

地表に届く宇宙線の中に多く存在から出るπ中間子が崩壊して生成されるので、半導体や誘電体での水素不純物による・非破壊で内部の分析

・・ミュオン触媒核融合によるエネルギー生
産・低温でも起こる核融合・実用化に向けての研究が進行・骨粗鬆症の診断等の試みがある。

中間子
（K±）

220 MeV493.68±e① 種々の崩壊様式に大差があるのか？）の検証
・質量、宇宙創生の起源の探索

・ パイ中間子による癌治療が検討されたこ・加速器（陽子）ターゲットからの２次粒子と

とがある

して

・ CP対称性の破れ（なぜ粒子と反粒子の数

中間子
（B±）

～1.6 GeV・ CP対称性の破れ（なぜ粒子と反粒子の数

5279

±e

数GeV

① 種々の崩壊様式・エネルギーの異なる高エネルギー電子と陽電に大差があるのか？）の検証（B+とB-の崩子との衝突

壊時間の差を検出）①・① 透過

結晶構造解析（チャネリング）(*10)

・ 陽子線ラジオグラフィー
・ 表面近傍元素の深さ分布（RBS：ラザ
フォード後方散乱）(*10)
・ 陽子線ラジオグラフィー・ 表面元素分析（SIMS：２次イオン質量② 弾性散乱、非弾性散乱

分析）(*10)・ 表面近傍元素の深さ分布（RBS：ラザ
フォード後方散乱）(*10)③ 励起、電離（元素に特有：元素の種類に応じて異なるエネルギーのＸ線などを放陽子

keV
938.27+e出）

・ 細胞等の微小な領域の微量元素分布

・（PIXE：粒子線誘起X線放出）(*10)

・水素ガスを電離させて発生させた水素イオン～0.98 TeV(*7)

を加速・④ 励起、電離、弾き出し

イオン源装置で水素分子から陽子を取・ 半導体素子の劣化評価（宇宙用、地・癌治療（ブラッグピークの活用によってり出し、シンクロトロンで光速の６０％程

上用）

体内病変部に集中的にエネルギーを放出度まで加速し、治療部（ガントリー）で患・ 材料損傷評価

し、病変部細胞を殺す）者の腫瘍に合わせて360°どの方向からも陽子線を当てることができる。

・ ADS：加速器駆動核変換（長寿命核種の⑤ 核反応

・ 半導体素子の劣化評価（宇宙用、地短寿命化）(*13)

上用）

・ PET診断用RIや放射性薬剤等の製造(*14)⑥ 陽子━（反）陽子衝突

・ 素粒子物理・ 中性子ラジオグラフィー（植物内の① 透過

空間分解能：30μm@JRR-3

物質移動や燃料電池等機器・エンジン内 100μm@J-PARC部の構造・動作状況の非破壊観察）

動画時間分解能：0.5ms@JRR-3

・ たんぱく質、メタンハイドレート、
燃料電池材料等の構造解析や他の分子と（Hやプロトンの位 ・ 分解能：0.01nm程度、単位格子
長：a,b,c=最大13.5nm程度置に敏感。 Li等の比較的軽い元素に敏の結合場所の同定

② 回折

感。）

・

Δd/d=0.016%@SHRPD

・リチウムイオン電池材料の構造解析

・

応力分解能：30MPa(Fe),（Li原子位置やMo,Co,Ni原子の混合状10Pa(Al)、空間分解能：約1mm3態に敏感。）
・ 構造物の残留応力解析
・ 水素吸蔵合金の水素結合状態解明
・③ 小角散乱・全散乱

小角散乱S(q)測定による高分子の構 ・

造解析
・

④ 反射

・

分解能：Δq/q=10% 程度

全散乱S(q)測定による結晶構造の乱 ・れや非晶質構造の解析

空間スケール：1nm-10μm、波数
PDF解析によって原子間距離、配位数を解析。

反射率測定による膜構造解析・界面

構造解析
・ 格子振動、磁気励起、結晶場等の動的解析

meV（冷中性子）
中性子

939.570・⑤ 準弾性散乱、非弾性散乱～数100MeV（高速中性子）・エネルギー分解能：約0.1meV

超伝導等の機構解明（磁気的ゆらぎ ・観測・エネルギーギャップ観測）

・振動モード解析による水素結合相手・ 半導体磁気デバイス構造解明

元素の同定

・ 水素吸蔵合金の水素結合状態解明

・エネルギー分解能：約neV

・ 高分子・生体構造等の動的観察(*8)

・⑥ 磁気的相互作用

・ 超伝導等の機構解明（磁気的ゆらぎ観
測）・ 半導体磁気デバイス構造解明

・ 半導体素子の劣化評価（宇宙用、地⑦ 弾き出し上用）
・ 材料照射（原子力材料損傷評価）

・

500meV程度の鉄マグノン励起測定からmeV程度の励起

原子炉内でのウラン核分裂による中性子、加速器（陽子、重陽子、イオン）ターゲット（Li, Be, Hgなど）からの２次粒子としての中性
子、252Cf, 124Sb-Beからの自発核分裂中性子や241磁性体の磁気スピン構造と相関運動の解明

・

Am-Beでの(α, n)反応による中性子

・

30

31

Si(n,γ) Si,

31>> P 反応を使い均一で高い濃度制御が可能
・

超寿命核（99Tc,129I )・ＭＡ

(Np,Am,Cm)の半減期の万年オーダーを千年
オーダーの元素に換える・ シリコンドーピング（パワーデバイス用 ・・ NAAでは小片にして原子炉炉心を通⑧ 核反応・核変換（放射化)・ 放射化元素分析(NAA)・ 即発γ線分析(PGA)のシリコン半導体製造）

原子炉では235U+n→99Mo + 137Sn(核分裂法)、98Mo(n,g) 99Mo (中性子放射化す必要があるが、ppm～ppt領域の微量 ・ 長寿命放射性核種の短寿命化のための核 法)、加速器では100Mo(n,2n) 99Mo の反応を・核反応により放出されるアルファ粒子の・ がん治療（BNCT：ホウ素中性子捕捉療
変換
飛程距離（約10μm）以内にあるがん細胞
元素の分析が可能
利用。崩壊生成物99mTcを骨・がん・心筋検
・ PGAでは非破壊的にppb～％範囲の微 ・量元素を分析、最小でmm程度の領域

99

Mo等の医療・診断用放射線源の製造

・ 工業用・医療用アイソトープ（

192

法による脳腫瘍・皮膚がん等の治療）

査に利用

Ir等） ・の生産を損傷する

Irを原子炉で熱中性子照射して192Irを製造する。工業用では、放出される0.37MeVのガンマ線を厚みが比較的薄い検査物体のラジオグラフィに利用する。医療用では口腔内、舌、咽頭、食道などにできたがん患部に刺入される低線量率の治療用線源として利用。

① 透過（直進性が良い）・ チャネリング、SIMS, RBS, PIXE (*10)

・ 孔あけ（高耐久性水素燃料電池膜等）

・ チャネリング、SIMS, RBS, PIXE (*10)
・ 水素等軽元素の深さ分布解析（ERDA：② 弾性散乱、非弾性散乱

反跳原子解析）軽イオン～③ 励起、電離（元素に特有：元素の種類に重イオン
He(A~4)（研究分野によって定義が異なる。医学・バイオ分野では炭素以上のイオンを応じて異なるエネルギーのＸ線などを放～Bi(A~209)・ チャネリング、SIMS, RBS, PIXE (*10)

出）-e(*1)

数10 eV～+e(*2)～

質量は、およそ931.5× ～+Ze(*3)
(質量数)

・

0.1 TeV/核子(*9)④ 励起、電離、弾き出し（局所的に大きなエネルギーを付与）

MeV

・ 半導体素子の劣化評価（宇宙用）

・ 孔あけ（高耐久性水素燃料電池膜等）

・ 年代測定（炭素14原子の崩壊による・ 新規有用遺伝子資源創出（新品種花卉、・ 癌治療等（ブラッグピークの活用によっ 程度まで加速し、治療部（ガントリー）でベータ線の検出、または加速器質量分析

環境耐性植物等；突然変異誘発率が高い）て体内病変部に集中的にエネルギーを放出患者に照射できる。炭素イオンエネル（AMS）による炭素14原子の直接定量分

・ DNA二重鎖切断（損傷修復機構解明）

し、病変部細胞を殺す）(#2)

ギー：

し、LINACとシンクロトロンで光速の84％

・ガスや金属表面等を電離させ発生させたイオンを加速

130～400MeV、物理線量率：

2Gy/min(RBEを考慮すると4.8GyE/min)析）

重イオンと分

イオン源装置で炭素原子をイオン化類）⑤ 物質注入（エネルギーを変えることによ・ イオン注入（半導体製造等）

り、撃ち込む深さを制御できる）

・ 血管再狭窄予防（

133

Xeイオン注入ステント）

・ ポジトロン（陽電子）放出核種生成⑥ 核反応（異なる元素に変換）→ポジトロンイメージング（植物中の物
質動態解明やPET診断など）
・超重元素合成(#1)

A：原子量、Z：原子番号*1：原子に１個電子が付着した状態（負イオン）。*2：原子から１個電子を剥ぎ取った状態。*3：原子からすべての電子を剥ぎ取った状態（フルストリップイオン）。
*4：半導体レーザー等では0.1~数eV、自由電子レーザー(FEL)では~数10 eV、X線レーザーでは~100 eV。
*5：本来的には原子核から放出される光子をガンマ線と呼び、エネルギーは数MeVまで。ただし、電子と陽電子とが対消滅して放出される光子も消滅γ線と呼び、また、高エネルギー電子とレーザー（光子）を正面衝突させ、光子が電子からエネルギーをもらうことによって得られる高エネルギー光子を逆コンプトンγ線と呼ぶ。SPring-8を使って得られた2.4 GeVの逆コンプトンγ線を水素を含むターゲットに照射することによって、ペンタクォーク（５つのクォークから成る新素粒子）が発見された。
*6：101 GeVはCERNのLEPで達成。
*7：0.98 TeVはFermilabのTEVATRONで達成（2007年にはCERNのLHCで7 TeVを予定）。
*8：LANLのWNR,（800MeV）あるいはPSIのSINQ（590MeV）で材料照射が実施されている。入射陽子エネルギーと同等の最大中性子エネルギーを有するスペクトル場を形成。
*9：0.1 TeV/核子はBrookhavenのRHICのAuイオンで達成（2008年にはCERNのLHCのPbイオンで2.76 TeV/核子を予定）。
*10：Heなどの軽イオンを使うこともある。
*11：極短パルスであれば蒸発で発生する熱が周囲に伝わるよりも早く加工が終了し、加工させようとしたところ以外に熱の影響を与えない。材料に熱の影響を与えない加工方法。
*12：γ線や電子線を高分子に照射すると励起・電離により原子間の結合が切れて自由な結合手ができる。側鎖が切れて結合手同士が結びつくと架橋（橋かけ）が起こり高分子は硬く強くなる。また、自由な結合手に他の分子が結びつくとグラフト（接木）が起こり新たな機能が付与される。例えば、結びつく分子が導電性の場合には電池用の電解質膜が、金属と親和性のある場合は金属捕集膜ができる。大体において、かさのある材料を対象とする場合は透過性の高いγ線が、薄物や表面だけを対象とする場合は電子線がそれぞれ使われる。主鎖が切れると分子の崩壊に至る。
*13：陽子を一次粒子として核破砕反応で中性子を生成し、中性子増倍系を形成して中性子核反応による核変換する。
*14：PET用RIの生成では、18O(p,n)18F反応によりフッ素18を生成し、FDG（フルオロデオキシグルコース）を標識。
*15：チタンを極わずか添加したサファイア結晶や半導体、CO2などのガス媒体。
#1：理化学研究所では放射性同位元素(RI)のイオンを加速（RIビームファクトリー）。

#2：放射線医学総合研究所のHIMACなど。

参考：この表は、ＲＡＤＡ前理事長の岡田漱平が作表したもの（岡田漱平、原子力eye、Vol.52,No.8(2006)、pp.2-7）を下敷きとし、ＲＡＤＡ森井幸生、石井慶信が原表の”物質との相互作用”および”利用例・機能”を再整理したうえで、新項目としてその”分解能・精度等”を追加したものである。その後更に、量子科学技術研究開発機構小西啓之氏、片山芳則氏、綿貫徹氏、日本原子力研究開発機構髭本亘氏、㈱千代田テクノル岡田
漱平氏、ＲＡＤＡ澤井友次氏の協力を得て改訂した。（2017.5-12）