私の RI 歴書

加速器・放射線との 50 余年

馬場護

Baba Mamoru

2-1

1 ．はじめに

高速中性子実験室（FNL）

中性子発生装置は米国 RDI 社（当時）製の 4.5 MV

筆者にとって加速器や放射線と関わるきっかけ

ダイナミトロンというシングルエンドの静電加速器

は，東北大学物理学科 3 年の時，大学祭の展示公開で，中性子 TOF 用に大電流イオン源とナノ秒パルでシンクロトロンの説明を担当したことであった。

ス化装置を搭載していた。

4 年の研究室配属の際もバンデグラフ加速器を有す

予定より遅れて大学が引き取ったが，加速器本体，る森田右研究室を選び，以来 50 余年にわたって加特にイオン源とパルス化装置はなかなか予定どおり速器と放射線に付き合うことになった。森田研ではに動かず，まずは加速器を軌道に乗せることが最優加速器を用いた原子核物理実験を教わりつつ，イオ先課題であった。この頃，米国アルゴンヌ国立研究ンの荷電変換実験にも取り組んだ。D1 終了後の所が一足先に同規模のダイナミトロンを導入して改1970 年，森田先生の紹介で工学部の原子核工学科良に成功していたので，百田先生は同所の友人ラン（現量子エネルギー工学科）の助手になり，以後，グスドルフ博士をアドバイザーとして招聘された。

静電加速器とサイクロトロンを用いて中性子核デー

同氏の滞在は 3 か月のみであったが，彼の詳細なアタや放射線計測，中性子場の開発，ビーム応用等にドバイスは非常に有益で技術スタッフの努力と相携わった。主な足取りを振り返ってみる。

まって加速器は次第に安定となり，筆者らも実験に取り組めるようになった。同氏は中性子物理の世界的な研究者でもあり，研究の面でも多くを学んだ。

2 . 東北大学工学部時代

このように，加速器にはかなり苦労させられたが，原子核工学科では百田研究室（炉物理）の所属で，順調に動けば自由度が大きく，落ち着いて研究に取高速炉体系での中性子スペクトルと中性子核データり組める等，苦労を補って余りあるものだったと思の測定が研究テーマであった。前者は自作の表面障う。また，加速器トラブルの際は，施設間での経験

壁型 Si 検出器を用いて高効率の Li サンドウィッチの共有が有益で，精神的な支えにもなってくれた。

6

カウンターを製作して順調に進んだが，後者は外部施設を借用しての実験で進展ははかばかしくなく，

2-2

中性子散乱実験

自前の装置が欲しいと考え始めた頃，学科で申請しFNL は名前のとおり高速中性子実験を目的とし，ていた高速中性子実験室（FNL）の建設予算が認め

筆者は TOF 法を用いて中性子の核反応，特に 2 次られ，その建設に加わることになった。

中性子の散乱角ごとのエネルギースペクトル（二重微分断面積：DDX）の実験に取り組むこととした。
中性子 DDX は核融合炉や中性子応用に重要である

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が，実験データは 14 MeV と中重核に限られていた。

実験配置が面倒になるものの効果は非常に大きかっ

筆者は先を行く欧米諸国や旧ソ連邦の後塵を拝するた。のは避けたいとの思いから，手薄な数 MeV の領域

これらはまさにコロンブスの卵で，分かってみれば当たり前のことにも見えたが，1 つの課題を解決での Be, Li 等の軽核から実験を始めた。
しかし，いざ実験を始めてみると，良質の DDXすると次の課題が見えるという具合で，着実に物事データを得るには，2 次中性子を広いエネルギー範を進めることの大切さを学んだ貴重な経験だった。

囲にわたって高いエネルギー分解能で測定する必要

また，この間，融合特定研究やトリウム炉に関すがあり，それには中性子ターゲットや検出器，測定る特別科学研究費から種々の支援を受けられたこと

回路，遮蔽系及び実験データの補正法等，多くの課や，大阪大学に建設された強力 14 MeV 中性子源で題があることが分かってきた。無謀にもいきなり最の高分解能 DDX データに刺激されて研究を加速すも難しい実験に取り組むことになったが，乗りかけることができたこと等の幸運にも恵まれた。こうした船と覚悟を決め，学生諸君に分担してもらいながた中で，キャッチアップ状態を脱し世界のトップグら課題に取り組んだ。一歩ずつではあるが改善を進ループとしての自信を持てるようになった。

め，1978 年英国での国際会議で Be に関する DDX実験の結果を発表するところまでこぎつけた。この2-3

グリッド電離箱とブラッグカーブカウンター

実験中に米国から Be の DDX に関する論文が出てDDX 実験が軌道に乗ってきた 1980 年代半ばご出鼻をくじかれたりもしたが , 幸いこの発表は好意

ろ，研究室のゼミでグリッド電離箱（以下 GIC）は的に受け止められ研究を続ける元気を得た。

測定試料に対してほぼ 4πの立体角を持ち，陽極かその後，手法の改善を図りながら核種とエネル

らエネルギー，陰極から放出角度に関する情報が得ギー点を拡大し，1990 年代半ばまでに， Li からられることを知った。新しいテーマを考え始めた時

U ま で の 約 30 核 種 に つ い て，0.55 MeV か ら期だったので，GIC を用いて（n，a ）反応の実験に18 MeV までの種々の中性子エネルギーにおいて取り組むことを考えた。（n，a ）反応はターゲットデータを取得したを厚くできないため実験は難しく，重要性にもかか

6,7238。これらのデータは比較的良1-3）

好なエネルギー分解能でほぼスペクトル全体をカわらずデータは貧弱であった。

バーしていたので，国内外で核データの評価や核反そこで，14 MeV 中性子による a 粒子（〜20 MeV）

応 モ デ ル の 検 証 に 利 用 さ れ た。 こ う し た 系 統 的までを測定すべく，学生の伊藤伸夫氏（現 J-PARC

DDX データは世界初でもあり，松山成男氏（現東センター）と 10 気圧までの高耐圧 GIC を設計・製北大学教授）と共に 1995 年度原子力学会特賞を受作して実験を始めた。しかし，Ar ガスでのテスト賞した。

は順調だったものの，本命の Xe ガスでは動作が不こうした成果を得るには様々な工夫が必要であっ安定で実用に耐えなかった。原因はなかなか特定でたが特に重要だったのは，1）中性子発生ターゲットの改良，2）中性子検出器（NE213）の高速化と n・γ

きなかったが，Xe ガスの電子流動速度が小さいた
めに電荷収集が不純物に阻害されるためと推測し，弁別の改良，3）複数ディスクリレベルによる時間

検出器の浄化とガス出し，ガスの純化を丹念に進め分解能の向上，4）ポストチョッパーによるパルスたところ，ようやくほぼ満足できる安定性と分解能幅の改善 ，5）14 MeV 中性子用実験体系の採用，6）を達成することができた 5）。

4）

多重散乱・サンプル依存バックグラウンドの補正法

これによって，数 MeV の閾エネルギーから 14 MeVの開発，等であった。2）, 3）は後のサイクロトロまでの中性子について（n，a ）反応 DDX のデータンでの実験にも非常に有効であり，4）は加速器本を Fe, Ni, Cr. Cu 等の構造材核種 6）と C, N, O 等の生体に手を加えずにパルス幅を改善する試みで 2）,3）体構成元素について得ることができた。後者は測定と相まってエネルギー分解能を飛躍的に改善した。

法を工夫して，薄膜ではなくガス状の試料を用いて

5）はダイナミトロンで 14 MeV 専用加速器以上の得たデータである。この縁で（n，a ）反応に関するエネルギー分解能を得るために，14 MeV 中性子のIAEA（国際原子力機関）の専門家会議（RCM）を場合は 97.5 度方向への中性子を用いる方式であり，1995 年，東北大学で開催した。

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No.77553なお，ガス試料を用いた実験で中性子ビームの形計画が進められていた。中高エネルギー加速器の遮状を知る必要が生じ，CH2 箔とイメージングプレー

蔽ベンチマーク実験を目的としたもので，筆者も中トと組み合わせた方法を試みた。解像度は不十分な性子束測定の担当として，プロジェクトに加わるこがらも実用に耐える画像を得ることができ，コンとになった。

バーターを変えてサイクロトロンでも利用できた。

そこで，FNL で経験のある PRT の試験を始めた

GIC で，グリッド・陽極間距離を陰極・グリッドが，20 MeV 以上の領域では陽子検出器を中性子ビー間距離より十分狭めると，陽極信号の形状がその粒ムから遮蔽する必要のあることが分かった。そこで，子のブラッグカーブを反転したものになり，ブラッ陽子検出器を中性子ビーム軸上に置いてシャドーグカーブカウンター（BCC）として利用できる。

バーで遮蔽し，アニュラー形状の CH2 板をシャドー

BCC の波形信号を解析すると，粒子のエネルギーバー周辺に置くアニュラージオメトリーなる配置をと電荷，質量を単一の検出器で求めることが可能と考えた。この配置では検出効率とエネルギー分解能なり，後にサイクロトロンの実験で重粒子の測定にを高く保つことができる。TOF 法を併用すること利用した。

で 40〜90 MeV 陽子に対する中性子束と中性子スペクトルを導出した 8）。この値は遮蔽ベンチマーク実

2-4

中性子校正場の開発とその利用

1986 年，サイクロトロン・ラジオアイソトープ

験はじめ，中性子検出器の校正や中性子による放射化等この場を用いた実験の基準として用いられた。

センター（CYRIC）に中村尚司先生が着任され，FNL での単色中性子を中性子検出器の特性試験に使いたいというお話があり，中性子のエネルギーや4 ．CYRIC へ

強度，バックグラウンド等，場の特性測定を中村研

1999 年 10 月，CYRIC に移り放射線管理研究部と共同で進めた。中性子束の測定には，検出効率がを担当することになった。CYRIC9）はサイクロトロ

よく分かっていて広いエネルギー範囲に対応できるンの多目的共同利用を目的とする学内共同教育研究

平行平板型のU 核分裂計数管（FC）を用い，も施設で，理学（x2），薬学，医学，工学の分野からう 1 種の検出器とのダブルチェックを行った。新たなる学際的組織である。CYRIC では理工学分野となエネルギー点も加えて，8 keV から 15 MeV の 7 エ

共に PET を用いた生命科学の共同利用研究が活発

ネルギー点について値付けを行い ，利用に供した。に進められていた。放射線管理研究部は工学研究科

この中性子場は，中村研の他，国内の研究機関やの協力講座になっており，それまで担当していた学検出器メーカーに利用された。当時，国内の第 1 次

生・院生も一緒に移籍できたので，研究を継続する標準場は電子技術総合研究所（現産業技術総合研究上で誠に幸いであった。

2357）所）に設置されており，FNL は第 2 次標準場といCYRIC は放射線管理に関する東北大学の元締役でもあり，放管は CYRIC のみならず学内全般の放う位置づけであった。
なお，15 MeV 中性子の値付けには反跳陽子テレス

射線管理，教育訓練等の学内の調整や対外的な窓口コープ（PRT）を用いたが，相反する検出効率とエも担当した。このため，大学等放射線施設協議会やネルギー分解能の両立を図るため，陽子ラディエー規制当局への大学側窓口等の対外的な役割も担ってタと陽子検出器を位置敏感型として，0 度近傍の反いた。学内放射線管理の実務は放射線管理室が担っ跳事象を選別する方法を試み有効性を確認した。てくれたが，学内での RI のトラブル等の際は窓口として胃の痛い場面も少なくなかった。こうした時

3 ．TIARA サイクロトロンでの実験に全国の放射線関連機関や主任者部会等との繋がりがあることは有益で救いでもあった。

1980 年代末頃に日本原子力研究所高崎研究所（現また，当時は 2004 年の国立大学法人化を控えて量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所）でいた時期であったので，全学の安全管理体制の変更

建 設 中 の イ オ ン 照 射 研 究 施 設（TIARA） に 40 〜等についての学内の調整や大学側との折衝等様々な90 MeV の Li（p, n）単色中性子発生装置を設置する作業が必要であった。放射線障害防止法の大規模な

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改正への対応とも重なり，2000 年代初頭は多忙な

4-2

サイクロトロン BNCT の設計研究

BNCT は原子炉中性子を用いて行われていたが，時期であった。
筆者が CYRIC に異動した当時，大型サイクロト立地や中性子エネルギーの最適化，他の治療法とのロンの更新と PET 用小型サイクロトロンの新設，併用等の観点から加速器ベースの BNCT が要望さ

周辺装置の更新等が最終段階にあり，ほどなく実験れてきた。低エネルギー加速器を用いた計画がいくを 開 始 す る こ と が で き た。 新 サ イ ク ロ ト ロ ン はつか進められたが，ターゲットや中性子発生量の問TIARA と同じ住友重機械 930 型で軽重イオンを加題から実現に至っていなかった。

速でき，ビームの間引き装置，ビームスウィンガー

筆者らは数 10 MeV 以上の陽子を用いれば中性子と中性子 TOF 設備を完備していた 。そこで，筆発生効率が大幅に高まることに着目し，CYRIC の者は 1）サイクロトロンビームによる中性子生成，新サイクロトロンを含む既存の加速器を前提に，シフラグメント（Ｚ≧ 3 の 2 次粒子）生成，放射化等

ミュレーションと実験によって設計研究を進めた。の核反応データ，2）サイクロトロンのビームを用

正常組織に損傷を与える高速中性子成分を抑制しついた加速器 BNCT（ホウ素中性子捕捉療法）の開発

つ深部腫瘍や非開頭での治療のために熱外中性子をと半導体素子の照射試験，及び 3）放射線計測法の109 個 s-1cm-2 以上の強度で得ることが鍵であった。

高度化の 3 つを研究の柱に据えた。3）ではフラッ検討の結果，〜30 MeV 以上の陽子を Ta, W 等のシュADC を用いたデジタル信号処理手法の導入と重核ターゲットに入射させ，90 度近傍への中性子応用，高速ガスカウンターや放射線分布測定法の開を，Fe 減速材と熱外中性子場用に多用されている発，医療に伴う被ばく線量評価等を進めた。

FLUENTAL という中性子整形体で減速することで9）条件を満足でき，更に垂直入射等治療にも有利とな4-1ることを示した 14-16）。この設計では，ビームの飛程中性子核反応データの測定研究

ビームスウィンガーと TOF 設備を用いて，20〜より薄いターゲットを用いてターゲットの熱負荷を70 MeV 領域での（p,n）,（d,n）反応による中性子低減すると共に熱的・機械的安全性も確認し 15），更の角度ごとエネルギースペクトルを系統的に測定しに減速材の模擬体系を用いた実験でシミュレーショた。この TOF システムは実に強力で，スペクトルン結果を確認した。これらの成果は，CYRIC 他研全体を良好なエネルギー分解能でカバーした新しい究部，医学系研究科，三菱重工グループとの共同研

質のデータを得ることができた。データは，加究によって可能となったが，特に当時大学院生で速器 BNCT の設計で用いる Ta, W（p,n）反応や核あった米内俊佑氏（現放射線医学総合研究所）によ融合炉材料試験中性子源 IFMIF 設計用のLi, C,るところが極めて大きい。これらの成果にもかかわを含み , 反応モデルの改らず，実用化プロジェクトの実現の前に退職となっFe, Cu 等の（d,n）反応11）10,11）

nat,7てしまったことは返す返すも残念である。

良にも利用された。
また，2-3 に述べたブラッグカーブカウンター

加速器 BNCT としては，京都大学複合原子力研（BCC）の波形信号にデジタル信号処理法を適用し究所等で開発が進められていたシステムが 2020 年て，粒子のエネルギー，電荷，質量を導出する方法

医療機器及び医薬品の製造販売承認を取得し，部分を開発し，エネルギー・TOF 法を組み合わせるこ的ながら治療の保険適用が認められたとのことであとで，数 10 MeV の陽子，中性子による Li, Be 等る。このシステムもやはりサイクロトロンのビームのフラグメントのスペクトルデータを初めて求めるを用いるもので，長年の努力に敬意を表すると共に，ことができた

日本独自の技術として更なる発展を期待したい。

6,7

7,8。このデータは 4-3 で述べる宇宙

12,13）

線中性子による半導体素子の誤作動（ソフトエラー）の原因として関心が持たれていたものである。この

4-3

半導体素子のイオン・中性子照射試験

研 究 で， 萩 原 雅 之 氏（ 高 エ ネ ル ギ ー 加 速 器 機 構

イオン照射試験は宇宙関連企業の友人から CYRIC（KEK）），佐波俊哉氏（同）と共に平成 22 年度日の軽重イオンビームを宇宙用半導体素子の試験に使

本原子力学会論文賞を受賞した。

えないかという話から始まった。大気中照射を目指して共同研究を始めた。素子を破壊しない程度の弱Isotope News

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No.77555く一様なビームを得るために，ビームの整形機器とラッシュADC はまだかなり高価であったが，信号モニター，電流計測器等を整備し，加速器グループ処理における新たな可能性を開いたように思う。の協力を得て，陽子から Xe までの軽重各種イオンによる照射を実現し，試験に提供した。
また，半導体素子の高密度化によって宇宙線起源中性子による誤作動（ソフトエラー）が地上レベル医療に伴う被ばくの評価でもいくつかの成果があったが，筆者が事務局を仰せつかった PEM（乳房用 PET）の開発プロジェクトでは，実質的な貢献ができず，申し訳なく残念であった。

でも問題となっており，CYRIC での中性子照射試験の希望が寄せられていた。7Li（p,n）中性子を用いて 30〜70 MeV 領域での照射試験を第 5 ターゲット室で開始したが，試験効率を上げるために，中性子強度の大幅な増大が望まれるようになった。

5 ．退職後の 10 余年と福島第一原発事故等
2008 年 3 月に東北大学を定年退職したが，残務もあって 3 年ほどは大学に通い，国内外の学会や会議等にも出席した。そろそろ一区切りをつけようと

4-4

大強度 Li（p,n）中性子源の整備
717）

前述の事情により，当時空いていたビームポート思っていた時に，東日本大震災と福島第一原子力発電所事故が起こった。

を利用して大強度の Li（p,n）中性子源を新しく設筆者にとって福島原発事故は大きな衝撃であり，置する計画を立てた。測定器研究部の岡村弘之教授

その後の生活でも大きな比重を占めた。5〜6 月は（故人）の全面的協力を得て，世界トップの中性子福島の原子力災害現地対策本部に足を運び，事故対強度を実現し照射試験の効率を大幅に高めることが応の状況を目の当たりにした。初夏頃からは一般市できた。これは，固定遮蔽体厚さを最小限として中民や小中高生，教員等を対象に事故と放射線につい性子強度を稼ぎ，必要に応じて遮蔽を追加・変更でて講演や出前授業を行う機会が多くなった。

7

きるようにモジュール構造を採用することで可能と

当時，ネットやメディアでは，「放射線は少なくなった。当初の遮蔽体で十分な質も達成でき，またても害がある」，「低線量被ばくの影響は分からない」

モジュール構造によって荷電粒子による照射も可能等の意見が幅をきかせ，放射線の影響を懸念する声となる等，特色あるビームコ−スとなったのは幸いがあふれていた。このような状況で何をどう伝えるである。

べきか，考えさせられた。筆者なりの結論は，原子・原子核ではなく身近なレントゲン写真から話を始め

4-5て，自然放射線と人体の修復力や免疫力に触れ，少放射線計測の高度化進展が目覚ましく実用域に入っていた高速フラッ

しずつの被ばくの影響は少ないことを述べるというシュADC（FADC）を導入して，波形データを収集流れで説明しようということであった。言葉と題材して解析することで，波高信号だけでは不可能な多を選びながらであるが，小学校低学年から大人まで，様な情報を得るデジタル信号処理手法（DSP）を開

この流れで話を進めた。幾分でも伝わったことを願発すると共に，検出器自体を高速化して核融合プラいたい。

ズマや大強度パルスビームの計測に必要な MHz 以

福島原発事故から約 2 年半後の 2013 年 10 月，茨上の高速計数等の実現を目的とした。これらは筆者

城県東海村の J-PARC センターに勤務することにが参加した特定領域科研費等で要請された課題でもなった。J-PARC では同年 5 月，装置の誤作動でごあった。

く微量ながら放射性物質が施設外へ漏洩し，運転停検出器としては，平行平板型雪崩検出器（PPAC）止を余儀なくされており，事故からの回復の支援がをベースに，位置敏感型やマイクロメガ型を新たに筆者に与えられた任務であった。事故原因は「リス製作し，基本特性を測定し，実用化を進めた。

ク評価と対応策が不十分だったこと」と分析され，DSP 手法に関しては，BCC の波形データの収集

安全管理体制の見直しと安全文化の定着が基本的課と解析を実用化すると共に，シンチレータを用いた
n・γ 弁別やパイルアップ信号とノイズの識別・除題であった。安全文化は一見当たり前のことながら，去等の処理をソフト的に可能とした。当時，高速フ学や研究機関で安全意識が十分でなかったことは否

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結局は安全意識の定着度の問題となるが，日本の大定できない。そのため，この面で先行している欧米学教員冥利に尽きるもので，これによって新しいこの研究施設や国内企業の努力を参考に，安全の担保とに取り組むことができたと思う。に向けて日常の行動を点検する毎日で，筆者も最先端の研究に触れながら，多くのことを学んだ。

また，研究者になり立ての頃から右肩上がりの時代となり，研究費や機会等に恵まれたことも非常な2015 年に仙台に戻り，以前と同じように学協会幸運であった。現在は逆の厳しい状況と聞くが，研に参加し海外出張もこなしながら，出前授業や講演究教育は国の礎であり，優先的に対処されることをを行った。また，福島で住宅内外の放射線量を測定切望したい。

して結果を説明する活動にも新しく参加した。この最後に今回の機会を与えていただいた本誌編集委員

中で住民から聞いた話には身につまされるものがい会に，毎号の興味ある記事と共に感謝申し上げます。

くつもあり，事故影響の深刻さを改めて感じた。また，多くの人が楽しみにしている山菜やキノコの多参 考 文 献

くが，食材の放射性物質基準のために食卓に載せら

1） S. Chiba, et al., J. Nucl. Sci. Technol., 22（10）771-787（1985）
2） M. Baba, et al., ibid., 27（7）, 601-616（1990）
3） M. Baba, et al., ibid., 31（8）, 757-767（1990）
4） S. Matsuyama, et al., Nucl. Instrum. Methods, A348,34-40（1994）
5） N. Ito, et al, ibid., A337, 474-485（1994）
6） M. Baba, et al., J. Nucl. Sci. Technol., 31（7）, 745-747（1994）
7） M. Baba, et al., Nucl. Instrum. Methods., A376, 115-123（1996）
8） M. Baba, et al., ibid., A428, 454-465（1999）
9） 織原彦之丞 , Isotope News, 722, 42-46（2014）10）T. Aoki, et al., Nucl. Sci. Eng., 146, 200-208（2004）11）M. Hagiwara, et al., Fusion Sci. Technol., 48, 1320-1328（2005）
12）M. Hagiwara, et al., Radiat. Prot. Dosim., 126, 104-108（2007）
13）M. Hagiwara, et al. J. Nucl. Sci. Technol., 49, No 5-6,571- 587（2012）14）S. Yonai, et al., Med. Phys., 30（8）, 2021-2030（2003）15）S. Yonai, et al., J. Nucl. Sci. Technol., 45（5）, 378-383（2008）
16）Y. Tahara, et al., ibid., 43（1）,9-19（2006）17）M. Baba, et al., Radiat. Prot. Dosim., 126, 13-17（2007）

れなくなっており，早急に改められるべきものと感じた。福島事故については，海外や国際会議でも話をする機会があったが，台湾国立大学での食材汚染に関するシンポジウムは，懐疑派の消費者団体を招待し，また日本からの輸入食品による内部被ばくを詳細に検討し µSv オーダーと評価した報告等，ユニークな取組みが印象的であった。近年このような機会はめっきり少なくなったが，風化のためではな
く復興の進展によるものであることを願いたい。
昨今はコロナ禍で様々な活動が抑えられており，一日も早い終息を切に願う。

6 ．おわりに振り返ると随分いろいろなことに手を染めてきたと思う。中には筆者は単にアイデアを出しただけというものも少なくないが，このような多くに関われたのも人と環境に恵まれたからに他ならず，お名前を割愛させていただいた方々を含め，お世話になった方々に心から感謝申し上げたい。中でも，研究室で一緒に苦労してくれた学生諸君の協力には感謝しかない。多くの優秀な学生諸君に恵まれたことは大（東北大学名誉教授）

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