公益財団法人 若狭湾エネルギー研究センター
The Wakasa Wan Energy Research Center

研究年報
平成25年度 第16巻
Annual Report of the Wakasa Wan Energy Research Center
Vol.162013

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

―

目

次

―

1. はじめに5

2. 研究成果

6

2.1. 高エネルギービーム利用研究
2.1.1. 品種改良研究
2.1.1.1. 品種改良技術開発

66
6

2.1.1.1.1.

ペチュニア茎頂分裂組織における X 線照射後のγ-H2AX 分布2.1.1.2. 植物・菌類の品種改良研究

672.1.1.2.1.

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

7

2.1.1.2.2.

ガーベラの花色変異体の育成

7

2.1.1.2.3.

サフラン球根の陽子線感受性

82.1.1.2.4.

シアノバクテリア Cyanothece sp. の放射線感受性

82.1.1.2.5.

Paenibacillus sp. FPU-37 株の陽子線照射による高機能化の試み

9

2.1.1.2.6.

クズ(Pueraria lobata)茎由来カルスの X 線感受性

92.1.1.2.7.

新規観賞用園芸植物の育種

102.1.1.2.8.

イオンビームによる新規なバラの育種

102.1.1.3. 植物工場関連技術開発

11

2.1.1.3.1.

植物工場用野菜の栽培システムの開発

2.1.1.3.2.

植物工場用エネルギーシステム実証研究－イオンビームによる植物工場用作物の新系統育成と工場生産法の確立－

2.1.1.3.3.

新規な光合成・光形態形成機構モデル搭載の植物工場用光制御システムの開発

2.1.2. 粒子線がん治療研究
2.1.2.1. 動的照射野形成法開発
2.1.2.1.1.

11
12
12
13
13

ファイバー検出器を用いた陽子線照射野測定手法の開発

2.1.2.2. 治療計画システム高度化研究

13
142.1.2.2.1.

治療計画システム高度化研究

14

2.1.2.2.2.

粒子線治療における品質保証技術の開発

14

2.1.2.2.3.

加速器中性子捕捉療法基礎研究－陽子線・ヘリウム線を用いた放射線脳壊死を有する動物モデルの構築－

2.1.2.3. 粒子線作用の素過程の解明

15162.1.2.3.1.

陽子線による細胞へのダメージ評価による照射線量の適正化研究

16

2.1.2.3.2.

臨床研究に向けた陽子線と X 線の併用照射効果の細胞生物学的な検討

18

2.1.2.3.3.

粒子線に対する生体内の作用機序の解明

192.1.2.3.4.

細胞質への照射によって誘導される細胞応答の解析

192.1.2.3.5.

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

201若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
2.1.2.4. その他の粒子線がん治療研究

212.1.2.4.1.

陽子線がん治療臨床研究

212.1.2.4.2.

粒子線の線質測定技術開発

21

2.1.2.4.3.

粒子線に対する電気陰性度の高い元素の増感作用のメカニズムの解明

222.1.2.4.4.

革新的陽子線がん治療のための腫瘍分子イメージング技術開発

22

2.1.2.4.5.

医療用加速器施設構造材の放射化低減に関する研究

23

2.1.3. ビーム発生分析評価技術開発
2.1.3.1. 加速器分析技術開発

24
24

2.1.3.1.1.

薄膜分析のための重イオン RBS 法の開発

24

2.1.3.1.2.

グロー放電発光分析法（GD-OES）による DLC 膜の水素定量に関する研究

25

2.1.3.1.3.

核共鳴を伴う He 後方散乱を利用した注入 H イオンの深さ分布評価

26

2.1.3.1.4.

PIXE/PIGE-フッ素分析による難分解性のペルフルオロオクタンスルホン酸の電気分解処理のフッ素収支追跡282.1.3.1.5.

フッ化物含有歯科材料によるフッ素の歯質への取り込みと結合状態の分析

30

2.1.3.1.6.

フッ化物含有歯科材料からのあらかじめ脱灰させたエナメル質へのフッ素分布

322.1.3.1.7.

微小領域Ｘ線回折装置の開発

33

2.1.3.1.8.

ダイヤモンド状炭素膜の摩耗率の変化と水素含有率の変化の影響調査

33

2.1.3.1.9.

茶葉中のアルミニウム及びフッ素分布測定

342.1.3.1.10.

イオン注入に立脚する表面ナノ加工法の開発

34

2.1.3.1.11.

TOF-ERDA 法による定量性の検討

352.1.3.2. 材料照射損傷評価技術開発

36

2.1.3.2.1.

加速器を用いた原子炉構造材評価（原子炉構造材料劣化評価）

36

2.1.3.2.2.

人工衛星搭載用半導体ガンマ線検出器の放射線損傷

382.1.3.2.3.

C 型小惑星含有鉱物における太陽風プロトンの影響

40

2.1.3.2.4.

宇宙線照射を模擬した鉱物へのイオン照射実験生成物の評価

42

2.1.3.2.5.

照射された Ni ナノ結晶の粒界近傍での水素捕捉サイト

43

2.1.3.2.6.

酸化亜鉛系電子デバイスの耐放射線特性に関する研究

43

2.1.3.3. 加速器運転技術の高度化

442.1.3.3.1.

若狭湾エネルギー研究センター加速器施設の現状

44

2.1.3.3.2.

偏向電磁石のアライメントエラーによる垂直方向の閉軌道の歪み

462.1.3.3.3.

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

48

2.2. エネルギー開発研究2.2.1. エネルギー・環境材料開発
2.2.1.1. レーザー利用技術開発

49
49
49

2.2.1.1.1.

30kW ファイバーレーザーを用いた厚板鋼材切断試験

492.2.1.1.2.

原子力材料のレーザー切断条件変更による環境等影響試験

50

2.2.1.1.3.

レーザー除染技術開発

51

2.2.1.1.4.

コンクリートのレーザー照射挙動試験

522.2.1.1.5.

レーザー除染装置の開発

52

2.2.1.1.6.

放射線耐性に関する研究

532若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
2.2.1.1.7.

原子炉の汚染部品に対するレーザー除染機試験

2.2.1.2. 極微小駆動材料開発

53
542.2.1.2.1.

高分子薄膜アクチュエータの創製

2.2.1.2.2.

イオンビームによる高分子・化学系アクチュエータのパターン化複合電極材の

54

創製と応用
2.2.2. エネルギー有効利用研究
2.2.2.1. 太陽熱等利用技術開発

54

55
55

2.2.2.1.1.

太陽炉を用いたもみ殻に含まれるシリコンの高温抽出技術活用研究

55

2.2.2.1.2.

太陽炉と太陽熱エネルギー利用研究

56

2.2.2.2. 無機酸化物光機能材料開発

57

2.2.2.2.1.

二酸化炭素の光還元による固定化と有用物質生産

57

2.2.2.2.2.

無機酸化物光機能材料の開発

58

2.2.2.3. バイオ応用環境技術開発

59

2.2.2.3.1.

耐塩性アブラナ識別のための DNA マーカー作製

59

2.2.2.3.2.

微生物を用いた水質浄化研究

612.2.2.3.3.

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

62

2.2.2.4. バイオマスエネルギー技術開発

63

2.2.2.4.1.

バイオマスエネルギー技術開発研究

2.2.2.4.2.

イオンビーム照射による白色腐朽菌高性能株の作出と、

63

セルロース系バイオマス前処理への応用
2.2.3. 原子力関連先端技術開発
2.2.3.1. 原子力応用技術開発

64

65
65

2.2.3.1.1.

環境中における線源位置探査解析手法の現場適用試験

65

2.2.3.1.2.

低減容処理灰化樹脂の均質・均一固化体製作技術調査

66

2.2.3.1.3.

放射線測定技術開発

66

2.2.3.1.4.

放射線源評価手法開発

67

2.2.3.1.5.

基礎架台コンクリート等への放射性物質等の浸透性調査

67

2.2.3.1.6.

セメント素材の環境放射線計測に関する研究

68

2.2.3.1.7.

超高純度金属の精製研究

68

2.2.3.1.8.

レアメタルフリー・高強靭性チタン材の開発とその応用

69

2.2.3.1.9.

塩化セシウム除染分離技術及び CO2 分離技術の開発実用化

69

2.2.3.2. 科学機器利用技術開発

70

2.2.3.2.1.

箔試料放射化法を用いた厚い Be 試料からの 9Be(p,n)中性子の特性評価

702.2.3.2.2.

ウェットプロセスによるシリコンインタポーザ形成技術開発に関する研究

73

2.2.3.2.3.

ケラチン繊維の微細構造解析ならびに成分解析

732.2.3.2.4.

金属および樹脂材料に形成された機能性界面の微細構造解析に関する調査研究

74

2.2.3.2.5.

アルミナゾルの粒径・形状制御技術の研究

74

3若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
2.2.3.2.6.

銅基板状の自己集合膜の表面分析

75

2.2.3.2.7.

摩擦を利用したナノ結晶微細構造表面膜の創製と評価

75

2.2.3.2.8.

高圧有機無機変換合成法で合成された C-N-H 系無機化合物の創製と軽元素高精度組成分析

3. 外部発表、特許、品種登録
3.1. 外部発表
3.2. 特許

76

77
77
83

4

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

1. はじめに
若狭湾エネルギー研究センターは平成１０年１１月開所以来、１６年間を経過しました。この間、平成２５年４月にこれまでの財団法人より公益財団法人に移行し、引き続き高エネルギービーム利用研究やエネルギー開発
研究、技術・研究支援や新事業創出・人材育成支援などの産業支援を行なってきました。
平成２２年度からは、「研究開発」と「産業支援」を２本の柱とした第３期中期事業計画のもとで事業を推進しています。前者の研究開発に関しては研究開発部が、後者の産業支援に関しては企画支援広報部、産業育成部
および国際原子力人材育成センターが担当し、当センター一丸となって第３期中期事業計画を進めています。
研究開発部は加速器室、生物資源グル―プ、粒子線医療研究グループ、エネルギー材料グループ、エネル
ギー開発グループの 5 つのグループより構成されています。加速器室は加速器装置の運転、維持、管理、保守、加速器を使った実験支援、加速器周辺技術開発を、生物資源グループは粒子線を用いた施設栽培用野菜や
観賞用植物の品種改良及び突然変異発生メカニズムの研究を行なっています。また、粒子線医療研究グルー
プは粒子線を用いた、副作用が少なく臓器の形態や機能を維持できる、患者に優しいがん治療法の開発研究を行ない、エネルギー材料グループでは高エネルギーイオンビームを用いた新機能材料の創製、材料改質、照射損傷効果研究やイオンビーム分析技術の開発を行ない、さらに、エネルギー開発グループでは、太陽炉利用研究、レーザーを用いた構造物の切断や放射能除染の技術開発などを行なっています。
本書は、平成２５年度に当センター研究開発部で行なわれた研究成果をまとめた研究成果報告集（研究年報）です。平成２５年度には、当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を用いた高エネルギーイオン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の応用技術に関するエネルギー研究開発を推進してきました。また、特記事項として、
東日本大震災によって被害にあった福島原子力発電所事故に対応するための当センターのプロジェクトに、原子炉の放射能汚染物を除去するためのレーザー除染機の開発、レーザーを利用した原子炉構造物の切断技
術開発、環境中における線源位置探索解析手法の福島現場適用試験などが挙げられます。また、イオンビーム
による極薄膜中の軽元素の深さ分布の高精度測定法の開発が挙げられます。
原子力利用に関する環境は、依然として厳しい状況ではありますが、我が国のエネルギー源としての重要性を認識し、安全と安心な運用のために更なる基礎的・応用的研究と開発が望まれています。平成２５年度においても、当センターにおいて活発な研究活動を推進することができましたことは、一重に皆様方のご支援とご指導によるものであり、厚く御礼を申し上げます。職員一同、これまで以上の努力を重ね、より高度な研究開発とその成果の産業・社会への還元を目指していく所存ですので、皆様方の、今後一層のご支援とご鞭撻のほどをよろしくお願い申し上げます。

平成２６年１０月
公益財団法人 若狭湾エネルギー研究センター
所長

5

中嶋 英雄

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2. 研究成果
2.1. 高エネルギービーム利用研究
2.1.1. 品種改良研究
2.1.1.1. 品種改良技術開発
2.1.1.1.1.
ペチュニア茎頂分裂組織における X 線照射後のγ-H2AX 分布
Localization of γ-H2AX in the Shoot Meristem of Petunia after the X-ray Irradiation
高城啓一*1
Keiichi TAKAGIAbstract
Detection of γ-H2AX at the shoot meristem of petunia was examined after the X-ray irradiation.
要約
X 線照射後のペチュニア茎頂におけるγ-H2AX の検出を試みた。
Ⅰ．緒言
放射線等により DNA 損傷(特に二本鎖切断)が生じると、損傷部位周辺に存在するヒストン H2 のバリアント、
H2AX がリン酸化されてγ-H2AX となることが、哺乳類や酵母などの生物種で知られている。H2AX は植物にも存在し、DNA 損傷によりリン酸化を受ける。これまでに、DNA 損傷変化を適正線量決定の指標とするため、シロ
イヌナズナにおいて粒子線照射後のγ-H2AX の変動とその後の生存率との相関を調べてきた。そしてその結果を他の実用作物へ展開するため、昨年度は、ペチュニア根端でのγ-H2AX の検出を試み検出に成功している。しかし、ペチュニアのような栄養系増殖を行う植物種においては、照射を受けるのは主として茎頂分裂組織
であり、根端を直接的性線量決定判断とすることは難しい。そこで、本年度はペチュニアの側芽茎頂分裂組織
における X 線照射後のγ-H2AX 検出を試みた。
Ⅱ．成果の概要
ペチュニア(Petunia x hybrida, cv.’せと福ホワイトバリエガータ’)のポット苗に X 線を照射し、照射 30 分後のγ-H2AX 検出の可否を、ホールマウント免疫蛍光法を用いて調べた。その結果、固定後細胞壁を消化するために行う酵素処理をシロイヌナズナの場
合よりも延長することにより、ペチュニア茎頂においてもγ-H2AX を検出することが可能であることがわかった(図 1)。照射 30 分後におけるγ-H2AX は、根端の場合と同様に線量の増加とともに増加した。また、茎頂分裂組織内でも、内層の形成中心(Organization
center, OC) と 呼 ば れ る 領 域 付 近 で γ H2AX が特に顕著な細胞が多く存在することがわかった。
Ⅲ．今後の課題と展望
今後はこの結果を元に、茎頂における照図 1 X 線照射 30 分後のペチュニア茎頂分裂組織
射後のγ-H2AX
変化と、生存率やキメラ形
写真は、左列がγ-H2AX、中列がヒストン H3、右列が両者の成率との相関を調査し、γ-H2AX 変化の適合成像(赤:H3, 黄色:γ-H2AX)を、上段が非照射、中段が X
線 5 Gy 照射、下段が X 線 50 Gy 照射を示す。スケールバーは 性線量決定への適用可否に関して検討を行う。
20 µm を示す。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

6

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.1.2. 植物・菌類の品種改良研究

2.1.1.2.1.

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
畑下昌範*1、星野一宏*2
Masanori HATASHITA and Kazuhiro HOSHINO

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、その原料が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。それゆえ、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。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が、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。
今年度は、エタノール発酵糸状菌を用いたリグノセルロースの同時糖化発酵の効率化を目指して、高温発酵能を有する変異株の獲得を実施した。プロトンビーム、カーボンビームをそれぞれ照射した系で、増殖阻害を受ける線量区を主として、40℃以上で増殖する変異株のスクリーニングを行った。53℃で生育する変異株を獲得するとともに、45℃で安定にエタノール発酵できる変異株を最終的に獲得した。
*１（公財）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 富山大学・工学部・生命工学科

2.1.1.2.2.

ガーベラの花色変異体の育成
Production of Flower Color Mutants of Gerbera by Ion Beam Irradiation
畑下昌範*1、西島朋子*2
Masanori HATASHITA and Tomoko NISHIJIMA

ガーベラは国内外での市場規模が大きいが、優良な濃赤色品種が少ない。本研究では、突然変異を効率的に誘発できるとされているイオンビームを用いることにより、黄色味を帯びず、退色しづらい、美しい濃赤色を示すガーベラを作出することを目的とする。赤以外のその他の濃色系の個体についても選抜を行い、それぞれの系統の形質の固定化を図る。
所有する育成系統同士を交配し得られたガーベラの複数の雑種種子の乾燥種子および吸水種子に対し、プ
ロトンビームおよびカーボンビームの照射試験を行った。プロトンビームに関しては、発芽率や生存率の線量反応の解析を行った。雑種間において、生存率に大きな違いが認められた。雑種種子への適正線量を決定し、再度その線量で選抜用の種子を大量照射した。その後播種、育成を始めた。また、ガーベラの植物体に対し、プ
ロトンビームを照射し、その後の植物体の生育度合いから線量反応を把握した。生き残った植物体当代の育成を行っている。今のところ、照射されたものは、生育の遅延という形で変化が認められるが、開花を待って花色や花形の変異を選抜する予定である。
*１（公財）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 株式会社ミヨシ・八ヶ岳研究開発センター

7若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.1.2.3.
サフラン球根の陽子線感受性
Sensitivity of Saffron Bulbs Against the Irradiation of Proton-Beams
細川宗孝*1、柳川開*1、高城啓一*2
Munetaka HOSOKAWA, Kei YANAGAWA and Keiichi TAKAGI
I. 緒言
サフラン(Crocus sativus)は、雌蘂が香辛料や生薬として非常に高価で取引される作物であるが、三倍体で育種が非常に困難である。サフランの開花期変異体を得ることができれば、収穫期までの栽培期間の短縮や、収穫期の延長を図ることが可能で、サフランの生産性を高めることができる。本研究では、開花期変異体を得ることを目標に、まずサフラン球根の陽子線感受性を調査した。
II. 内容花芽形成期前、および花芽形成期のサフラン球根(大分県竹田市産)に対して、種々の線量で陽子線(200MeV, 3 Gy/min)を照射し、それぞれの線量における萌芽形成率、萌芽形成時期、開花数を調べた。その結果、40 Gy 以上の線量を照射した球根では萌芽が全く見られなかった。また、20 Gy では、いずれの時期に照射を行っても、萌芽時期は遅延するものの、ほぼすべての球根で萌芽が見られた。花の形成に関しては、20
Gy 以上の線量では、時期によらず開花が見られなかった。10 Gy 照射区では、開花時期が対照区からおよそ 10 日遅れで開花を開始し、開花数も花芽形成前照射で対照区のおよそ 50%、花芽形成後ではおよそ 35%であった。照射を行った開花株では、花芽形成期前の照射では、雌蘂や雄蘂の数が変動した花が見られた。
今後は、照射個体から分球した球根の形質を追跡するとともに、さらに照射球根を追加して有用形質の選
抜を行う。
*１

京都大学・農学研究科、*2（公財）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

2.1.1.2.4.
シアノバクテリア Cyanothece sp. の放射線感受性
Radiation Sensitivity of Cyanobacteria Cyanothece sp.
吉川伸哉*1、高城啓一*2
Shinya YOSHIKAWA and Keiichi TAKAGI
I. 緒言
ベトナムの水田から単離された淡水性のシアノバクテリア Cyanothece sp. は、保水剤や金属吸着剤として工業利用可能な細胞外多糖(EPS)を分泌する。しかし、この EPS を工業的に利用するためには、Cyanothecesp. の EPS 生産性を高める必要がある。そこで、本研究では、EPS 高生産性変異株を得ることを目的として、
まず Cyanothece sp. の放射線感受性を調べた。
II. 内容培養液に懸濁した菌体に X 線、陽子線(200 MeV)、炭素線(37.5 MeV/u)を種々の線量で照射し、コロニー形成を指標としてそれぞれの線種に対する感受性を求めた。
複数の菌体が EPS に包まれており、完全に単一の菌体とした状態で照射することが困難であるため、結果には大きな分散が見られるが、X 線と陽子線では、500 Gy から 1000 Gy の間で急激にコロニー形成率の低下が観察され、炭素線では、250 Gy から 500 Gy の間で急激なコロニー形成率の低下が見られた。これらの結果から、X 線、陽子線では 750 Gy から 1000 Gy、炭素線では 250 Gy から 500 Gy の間が適正線量ではな
いかと考えられた。
今後は、今回の結果を元に、高多糖生産株の選抜方法を確立し、多量の菌体に対して照射を行い、EPSの生産性が高い変異株や、増殖性の高い変異株など、有用な変異株の選抜を実施する予定である。
*１

福井県立大学・海洋生物資源学部、*2（公財）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

8若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.1.2.5.
Paenibacillus sp. FPU-37 株の陽子線照射による高機能化の試み
Trial for the Improvement of Paenibacillus sp. FPU-37 by means of Proton-Beam Irradiation
木元久*1、高城啓一*2、畑下昌範*2
Hisashi KIMOTO, Keiichi TAKAGI and Masanori HATASHITA

I. 緒言

Panibacillus sp. FPU-37 株は、抗真菌作用を持つ物質を生産するため、真菌性植物疾病に対する抗生物
質生産や生物農薬としての可能性がある。この菌に効率よく抗真菌物質を作らせるため、陽子線照射による突然変異誘導を利用した菌の改良を試みた。
II. 内容効率よく抗真菌物質生産性が高い変異株を選抜するために、リボゾーム変異を選抜指標とすることにした。
細菌のリボゾーム変異の中には、菌の全体的な活性を増加させるものがあり、このような変異は、ストレプトマ
イシンのようなリボゾームに作用する抗生物質を用いて選抜することができる。
陽子線(200 MeV, ca. 3 Gy/min)を 50 Gy, 100 Gy, 200 Gy 照射した菌を、ストレプトマイシンを含む培地に展開し、増殖してコロニーを形成する変異株の選抜を試みた。その結果、ストレプトマイシン耐性を持つ変異株を得ることができた。しかしこの菌株は、同種のリボゾーム変異の自然突然変異率が陽子線照射による変異率の 1/5 程度と非常に高く、得られた変異が容易に失われる可能性が考えられた。そのため、今後は別の選抜方法による高機能化を目指す。
*１

福井県立大学・生物資源学部、*2（公財）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

2.1.1.2.6.
クズ(Pueraria lobata)茎由来カルスの X 線感受性
X-ray Sensitivity of Callus derived from Pedicle of ‘Kuzu’(Pueraria lobata)前田桝夫*1、高城啓一*2
Masuo MAEDA and Keiichi TAKAGI

I. 緒言
クズの茎から誘導したカルスは、葉緑体を保持しているため独立栄養性であり、光合成によるエネルギー生
産に活用できる可能性がある。このカルス細胞を突然変異誘導により高機能化するため、カルスに X 線を
種々の線量で照射し、カルス増殖を指標として X 線感受性を調べた。
II. 内容クズの茎から誘導したカルスは、1 mg/L の 2,4-ジクロロフェノキシ酢酸、0.1 mg/L のカイネチン、2% ショ糖、0.3% ゲランガムを含む培地で、16 時間照明(ca. 4,000 lux)、8 時間暗黒下で維持した。
カルスを直径約 5 mm 程度の小片に切り分けて直径 60 mm プラスチックシャーレ上に配置し、X 線(実効エネルギー48 keV)を線量率 3.5 Gy/min で 20 Gy,40 Gy, 60 Gy, 80 Gy, 100 Gy 照射した。照射後のカルスは、各線量区 6 小片ずつ角型シャーレで培養し、照射後 10 日間の底面積変化を画像解析により求めた。
その結果、カルス増殖は、20 Gy で非照射の 1/2 となり、60 Gy 以上では応答曲線がほぼ横這いとなることがわかった。この結果から、クズカルスの X 線照射による最適線量は 20 Gy か、それよりも低い線量であることがわかった。今後はこの結果を用いて、より葉緑体を多く蓄積するカルス細胞や、より光合成能力の高いカ
ルス細胞の選抜を行う。
*１

福井大学・生命科学複合研究教育センター、*2（公財）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

9若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.1.2.7.

新規観賞用園芸植物の育種
Breeding of Novel Horticultural Plants
藤田和義*1、高城啓一*2
Kazuyoshi FUJITA and Keiichi TAKAGI

I. 緒言
園芸業界では、消費者嗜好の移り変わりが早く、冠婚葬祭時などに用いられる一部の植物を除いては、常に新しい品種が求められている。そこで、人為的に突然変異頻度を高め、望ましい性質を示す突然変異を作り出す突然変異育種、特に、近年盛んとなっている、これまでの突然変異育種では得にくい変異が得られるとされる粒子線育種を試みることを考えた。対象植物は、福花園種苗が多く取り扱っているスターチス類(シネン
シス、シヌアータ、など)、トルコギキョウ類を中心として行うことにした。
II. 内容平成 25 年度は、種子に対する照射を行なった植物の内、ケイトウで照射当代(M1)の花型、花色変異が数種得られた。これらについては、種子を回収し、後代の形質を調査する予定である。トルコギキョウは、特段の選抜を行わず、M2 種子の回収を行った。劣性変異は M2 において顕在化するので、翌年に開花する M2 世
代で選抜を実施する。M1 において花持ち性の改善が見られたものについても後代の表現型を調査する。
スターチス類は、照射を実施した培養苗の栄養系増殖を行い、株別れした個体を純化させた。これらは、
平成 26 年に開花期を迎えるので、花型、花色等を指標として優良形質の選抜を行う。
*１

福花園種苗株式会社、*2（公財）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

2.1.1.2.8.

イオンビームによる新規なバラの育種
Ion-Beam Breeding of Roses for Producing Novel Cultivars
名本久臣*1、高城啓一*2
Hisaomi NAMOTO and Keiichi TAKAGI

I. 緒言
バラは、キク、カーネーションとともに三大花卉の一つに数えられる花卉類であり、市場価値が高く、常に新しい品種が求められている。そこで、本研究では新しい育種手法であるイオンビーム照射を用いて、新しい花
色や花型、耐病性等の性質を備えたバラを作出することを試みている。
II. 内容これまでに、10 品種以上のバラ穂木に対して陽子線、炭素線を照射し、照射後の経過を観察している。現在のところ葉型に変異が現れたものがあるが、花型や花色に有用な変異が現れたものは得られていない。これらについては、経過を継続して追跡する。昨年度に X 線照射を行った苗で得られた花色変異を示す変異
枝は、今年度の開花期には変異が消失しており、キメラの解消がうまく行かなかったものと考えられる。変異細胞がまだ潜在している可能性があるので、このまま経過を観察し、再び変異花が現れた場合は、枝の切り戻し等を行い、キメラの解消を試みる。
平成 26 年度は、自然変異の頻度が高い品種を中心に、穂木や種子に対する陽子線、炭素線の照射を実施した。これらについても育成を継続し、有望変異の選抜を実施する予定である。
*１

ロザリアン、*2（公財）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

10若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.1.3. 植物工場関連技術開発
2.1.1.3.1.
植物工場用野菜の栽培システムの開発
Development of Cultivation System of Vegetables for Plant Factory
畑下昌範*1
Masanori HATASHITA
Abstract
The plant factory can produce vegetables all year round by artificially controlling the cultivation environment.
The new halophilic vegetable for plant factory was examined. To establish a new light supplement system, thephotometric equipment was developed.
要約
植物工場は、栽培環境を人工的に制御することによって、野菜を周年栽培することができる。植物工場に用いるための新しい好塩性野菜に関して、検討を行った。新しい補光システムを確立するために、測光装置を開
発した。
Ⅰ．緒言
天候や場所を選ばない安定生産や無農薬栽培といった特徴をもつ植物工場で栽培される野菜には高付加価値化、差別化が求められている。植物工場（水耕栽培）によってのみ継続的に栽培可能な野菜として、好塩性野菜が挙げられる。好塩性野菜は海藻と同様に高ミ
ネラル低カロリーであり、陸生植物にはないタウリンなども含んでおり、昨今の健康志向に合致した機能性野菜である。本研究では、こうした特徴を有する好塩性野菜を対象に、その養液条件や照明条件を検討し、生長が早く、機能性成分が高蓄積する栽培条件を見いだす。
また、LED 補光によるフィードバック制御機構を搭載した新規な栽培装置の開発を行う。
Ⅱ．成果の概要
好塩性野菜の各種照明条件による生育状況の解析
から、蛍光灯換算でルクス値 15,000 までは、光強度の増大とともに、植物は高生長を示すことが明らかになった（図１）。また、蛍光灯、白色 LED、赤色 LED では、赤色 LED がより高生長を示した。赤色 LED への青色 LEDの追加は、生長を抑制する方向に働いた。
さらに、好塩性野菜の生長に相関する分子、生理レベルの指標を探索した。照射光の不足分をフィードバッ
クして補光する光制御の開発のために、経時計測型分光放射スペクトル測定装置を試作した（図２）。その装置を用いて、外光の経時変化を追跡した。

図１ 好塩性野菜の生育の相対比（◆：3,000lx, ▲:5,000lx, ●:10,000lx,■:15,000lx）

図２ 開発した測光装置本体

Ⅲ．今後の課題と展望
今後の検討課題としては、赤色 LED に対する青色 LED の添加効果や緑色 LED による栽培試験を行い、植物の生長に関する光波長の作用効果の詳細解析、分子レベルおよび生理レベルにおける指標を用いた栽培条件の検討、 試作した経時計測型分光放射スペクトル測定装置の改良と LED 補光によるフィードバック制御機構を搭載した新規な栽培装置の試作が挙げられる。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県から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研究年報（平成 25 年度）

2.1.1.3.2.
植物工場用エネルギーシステム実証研究－イオンビームによる植物工場用作物の新系統育成と工場生産法の確立－
Experimental Study of Energy System for Plant Factory―Production of New Variety of Vegetable for Plant Factory and Establishment of Cultivation Method―
畑下昌範*1
Masanori HATASHITA

本研究では、栽培条件や LED を主とする光源が葉菜類の生育に及ぼす効果の評価で培った栽培システムを基盤として、施設園芸などで最も多く生産されているトマトを取り上げ、その高機能化、省力化系統の育成および栽培条件や LED 補光条件による高機能化の検討を行う。また、太陽光併用型の植物工場におけるエネル
ギー負荷の低減を図る目的で、地中熱源を活用した温度制御システムの検討を行う。
中玉トマトを材料として、4 系統の雑種種子に X 線または陽子線を照射し、播種、育苗後、ハウスにて試験栽培を行った。その中で、受粉や着果剤処理が不要な単為結果性を示す個体を計 16 個体見いだした。選抜した個体の高温期、低温期における着果状況から、従来品種では、着果剤処理を行わないと正常果が得られないが、選抜個体では、無処理においても正常果が得られることが明らかになった。また、現行品種より高い糖度の果実をつける個体を 10 個体以上見いだし、それらを挿し木により維持した。リコピンやβ-カロテンに関しても、現行品種に比べて含量の高い個体をそれぞれ 4 個体、2 個体見いだした。それらのうち、β-カロテンの含量の高い 2 個体ではリコピンの含量も高かった。さらに、機能成分高蓄積性を示す栽培条件を見いだすために、各種波長の LED 補光を行い、果実重量や機能性成分の蓄積性にについて調査した。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが文部科学省地域イノベーション戦略支援プログラムして実施した。

2.1.1.3.3.

新規な光合成・光形態形成機構モデル搭載の植物工場用光制御システムの開発
Development of New Illuminant Control System Containing Mechanistic Modelof Photosynthesis and Photomorphogenesis for Plant Factory
畑下昌範*1、明石行生*2
Masanori HATASHITA and Yukio AKASHI

近年、天候や場所にとらわれない生産が可能であり、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試みられている。しかし、植物工場で収益を得るためには、環境制御にかかるコストの低減が課題である。植物工場の生産性を向上させるためには、まず、植物を成長させる光の貢献度を光合成と光形態形成の作用感度に基づいて測定し、植物の成長と収穫時期を予測できるようにすることが重要である。
今年度は、赤色・青色・緑色 LED、白色蛍光ランプ、緑色蛍光ランプを用いてレタスの水耕栽培実験を行い、定期的に湿重量、乾燥重量、葉緑素値（SPAD）、葉数、葉長、葉幅、最大葉の葉面積、最大葉の湿重量、最大
葉の乾燥重量を測定することにより、光源の分光放射束とレタスの成長との関係を表すデータベースを構築した。
構築したデータベースを用いて、レタスの機構モデルを構築し、それに基づきフィードバック補光する制御アルゴリズムを改良した。簡易光受容センサーの改良も行い、これらの要素技術を組合せることにより、したインテリア
用レタス栽培システムの量産モデルを開発した。

*１（公財）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 福井大学・工学研究科・建築建設工学専攻
本研究は、公募型共同研究事業として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2. 粒子線がん治療研究
2.1.2.1. 動的照射野形成法開発
2.1.2.1.1.

ファイバー検出器を用いた陽子線照射野測定手法の開発
Development of a Proton Irradiation Field Verification System by Using Fiber Detectors
久米恭*1
Kyo KUME

I. 緒言
陽子線がん治療の高度化に関わる研究開発の一環として、効率的な線量分布取得が可能なファイバー検出器を用いた照射野計測技術を開発している。平成２５年度はオンライン陽子線３次元線量分布測定技術開発の一部として、ファイバー検出器などの発光体をカメラで撮影し、効率的な線量分布測定技術を構築するための基礎検討を行った。
II. 内容線量分布可視化技術の検討を行った。ビーム由来の線量分布は比較的低速なカメラでも取得可能であり、低廉なシステムの開発が可能であることが判明した。同時に装置のシステム開発を行い、オンライン画像処理の開発に着手した。
今後、低廉なカメラを中心に据えた高効率なシステムを構築し、ブロードビーム法やスキャニング法、積層照射法といった、あらゆる粒子線照射法に対応し、また同時に、複雑な照射を実施可能な光子線治療法へも適用可能な装置を開発していく。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.2. 治療計画システム高度化研究
2.1.2.2.1.
治療計画システム高度化研究
Research and Development of Advanced Radiation Therapy Planning System
高田卓志*1,#、前田宗利*1、久米恭*1
Takushi TAKATA, Munetoshi MAEDA 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等と比較して、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。
これまで、陽子線治療を対象として、汎用モンテカルロ輸送計算コードである PHITS コードを用いた検討を行ってきた。若狭湾エネルギー研究センター・がん治療研究装置・水平照射コースでの測定値との比較では、ビームライン機器の計算体系への組み込みや、ビームモデリングに起因する系統誤差などの課題を摘出した。
平成 25 年度は、より自由度の高い実験が可能な同センター・生物照射用コースを対象として、ビームライン機器の計算体系への組み込みやビームモデリング等を実施した。予備的な計算の結果、角度分布を考慮しない
単純なビームモデリングでは、標的内での多重散乱が考慮されているにも関わらず、ビームに垂直な方向への拡がりが過小評価される傾向にあることが確認された。
同コースでは、これまで様々な照射条件での測定が実施されており、データの蓄積がある。今後、それらのデータや新規に測定したデータと計算結果の比較を通して、モンテカルロ法を用いた線量分布計算における課題
摘出、およびその解決策について検討する予定である。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門

2.1.2.2.2.
粒子線治療における品質保証技術の開発
Development of a Quality Assurance Technique in Hadron Therapy
久米恭*1
Kyo KUME
I. 緒言
粒子線がん治療に関わる研究開発の一環として、粒子線治療全般にかかる品質保証技術の開発を実施している。この中で、線量測定法ならびに線量分布測定法の開発や従来の照射法であるブロードビーム法の高品質化を実施している。平成２5 年度はビーム測定技術の開発、ならびにボーラスやコリメータ加工技術の検討を行ったので以下に報告する。
II. 内容ビーム測定技術開発の一環として、大気中ビーム強度測定技術の改良を実施した。ビームライン終端における大気中でのビーム強度測定については、大気中に設置した金属板での電荷計測値と、大型平行平板電離箱
や指頭型電離箱での計測を併用することで、高エネルギーイオンビーム束の同定を行えることを確認した。
今後、さらにビーム強度測定技術を定式化し、より効率的なビーム測定を行うことを目標とする。
ボーラスやコリメータ加工技術開発の一環として、陽子線治療に適した効率的切削用の工具検討のための治療計画画像検証を実施した。平成２４年度までに検討した前立腺がん以外の症例においては、急峻な照射野変化を必要とする症例があり、想定している効率的な切削のこのような症例への適用性を検討した。その結果、前立腺がんの症例で開発した工具（効率的に切削可能なもの）以外に、高精細に切削可能な工具が必要であることを明らかとした。今後、治療計画システムの出力改良等を含め、加工方案の再構築も行っていく。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ

14若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.2.3.
加速器中性子捕捉療法基礎研究－陽子線・ヘリウム線を用いた放射線脳壊死を有する動物モデルの構築－
Basic Research on Accelerator-Based Neutron Capture Therapy- Establishment of Model Animal with Brain Radiation Necrosis by Charged Particle Irradiation 高田卓志*1,#、近藤夏子*2、櫻井良憲*2、田中浩基*2、久米恭*1
Takushi TAKATA, Natsuko KONDO, Yoshinori SAKURAI, Hiroki TANAKA and Kyo KUME
脳腫瘍に対するホウ素中性子捕捉療法（BNCT）では、照射後に正常脳組織に放射線壊死が生じる場合があり、その制御が治療効果の向上において重要な課題となっている。放射線脳壊死の病態解明およびその制御法開発の第一段階として、実験動物モデルの作成手法の確立を目指した研究を実施している。
放射線脳壊死を生じさせるためには、脳の局所に高線量を投与する必要がある。X（γ）線照射と比べて、有限の飛程を有する陽子線やヘリウム線等の荷電粒子線による照射では、脳の深部への照射を避けることができる。これまでに、実験動物としてラット・マウスを想定し、脳（直径１～2 cm 程度）の局所に陽子線・ヘリウム線を照射する技術を確立した。これまでの結果から、脳壊死を生じさせるためには、単一エネルギーの粒子線を照射した際に形成されるブラッグピークでは高線量となる体積が小さすぎることが示唆された。そこで、平成 25 年度は、十分な照射体積を確保するために、拡大ブラッグピーク（SOBP）を用いた局所照射技術の検討を行った。
シミュレーション計算等の結果に基づいて、ラット・マウス体内での飛程を調整するための減速体、およびビー
ムを絞るためのコリメータ、SOBP 作成用の微調整用減速体などの照射野形成機器を準備・作製した。微調整用
減速体は、厚さが段階的に変化するようにポリエステルシートを積層して並べることで作成した。遠隔操作により照射中に厚さを変化させ、且つ、各段の照射量を調節することで深部方向に平坦な線量分布を形成した。
ビームを用いた試験では、フィルム、電離箱線量計を使用して線量・線量分布を測定した結果、目標とした深さ 5 mm 以深では線量がほぼ 0 となること、おおむね平坦な SOBP が形成されていること、コリメータで絞った範囲のみが確実に照射されていることが確認できた。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所、*2 京都大学・原子炉実験所
本研究は、（公財）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研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.3. 粒子線作用の素過程の解明
2.1.2.3.1.
陽子線による細胞へのダメージ評価による照射線量の適正化研究
Estimation of the Exposure Dose with the Evaluation of Cellular Damage by Proton Beams
前田宗利*1、松本英樹*2、高田卓志*1,#、長谷川崇*1,*3、村上雅之*1、久米恭*1
Munetoshi MAEDA, Takushi TAKATA, Takashi HASEGAWA, Masayuki MURAKAMI and Kyo KUME
Abstract
To accumulate the basic data for the advancement of the proton beam cancer therapy based on detailed
biological dosimetry, we estimated the cellular damage induced by proton irradiation with various kinds of
biological analysis.
要約
詳細な生物線量分布に基づく陽子線がん治療の高度化に向けた基礎的なデータの蓄積を目指し、陽子線
飛跡における電離密度分布の解析や種々の生物学的な解析によるダメージ評価を実施した。
I. 緒言
1. 研究の背景と目的
陽子線がん治療では、腫瘍周辺の正常臓器への影響を最小限にする必要性から、患部への治療（照射）回数の低減や周辺部位への被ばく低減が課題となっている。より治療効果が高く、患者への負担の少ない
適正な照射線量を把握することは、福井県陽子線がん治療センターにおける治療技術の最適化・高度化に繋がると考えられる。そこで、本研究では、がん治療に効果的な線量や周辺正常細胞への影響を与えない
線量について研究し、より治療効果が高く、患者への負担の少ない、適正な照射線量を把握するための基
礎的なデータの蓄積を目指す。
2. 研究の意義
日本で陽子線によるがん治療が開始されてから約 30 年が経過したが、比較的高コストの設備投資が必要であることもあり、従来の X 線による治療に比べて治療事例はまだ少ない。一般的に、同じ物理線量を照射した場合の生物効果
は、陽子線は X 線の約 1.1 倍と言われており、治療線量はX 線での治療実績を基に X 線の適正線量の 1/1.1 倍とされている。しかしながら、近年、陽子線のブラッグピーク(図１)以降の飛程末端部（トラックエンド側）では、これまで考えられてきたよりも生物効果が高い可能性が指摘されつつある。
この特徴の詳細な理解は、より治療効果の高い治療線量の
図１ 陽子線と X 線の線量分布設定や治療回数の低減、これに伴う副作用の減少などに繋X 線の場合、体の表面近くで吸収される放がると考えられる。より患者負担が少なく治療を受けやすい
射線量が最も多く、深さと共に次第に減少して行く。陽子線の場合、一定の深さにおいて陽子線がん治療を実現して行く上で、本研究は必要不可欠
放射線量がピークになる特性を持ち（ブラッグであると考えられる。また、基礎的なデータを実際の治療へピーク）、ビームの調整によりこのピークを拡大反映して行くためには、動物レベルでの検証実験を実施す
してがん病巣に合わせて照射する事で、腫瘍る必要がある。陽子線照射が腫瘍および正常組織に与える組織に集中して線量を与えることができる。
影響を詳細に評価することは、陽子線がん治療の高度化に必要不可欠である。さらに、福井県若狭湾エネルギー研究センターは、国内で唯一、動物に対する陽子線照射実験を実際の治療ビームと同等の条件で実施可能な施設であり、陽子線のがん治療効果のメカニズムの解明を効率よく進めることができる。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、*2 福井大学・高エネルギー医学研究センター、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門、*3（同）ハセテック
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。本研究の一部は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと福井大学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研究年報（平成 25 年度）

図２ ブラッグピークおよびトラックエンド側で陽子線を照射したヒト正常細胞とヒトがん細胞の生存率
正常細胞およびがん細胞の双方において、ブラッグピークよりもトラックエンド側で陽子線を照射した場合に細胞致死効果が高かった。また、X 線に対する陽子線の細胞致死効果は一様に高いわけではなく、細胞腫に依存していた。

II. 成果の概要
1. ヒトがん細胞における陽子線ブラッグカーブ内の生物効果の照射位置依存性の評価
平成 24 年度に実施したヒト正常細胞を対象とする検証実験によって、陽子線の物理的な線量が最大となる陽子線のブラッグピークよりも後方（飛程末端側）において細胞死が効率よく誘導される事を明らかにした。
そこで、本年度は、治療の対象であるヒトのがん細胞においてもこの細胞致死効果の拡大が誘導されるかを検証し、ヒトがん細胞においても、この現象が誘導されることを実証した。
(1) 陽子線ブラッグカーブ内の生物効果の照射位置依存性について、照射位置を変えてヒト肺がん由来細胞（A549）およびヒト胎児肺由来正常線維芽細胞（WI-38 細胞）の 2 種類の培養細胞へ陽子線を照射し、細胞死を指標とした定量的な解析を実施した(図２)。その結果、陽子線ブラッグカーブ内の生物効果には照射位置依存性が存在し、ブラッグピークよりもトラックエンド側において高い生物効果が誘導されることが明らかとなった。
(2) (1)における陽子線照射と同様の線量で X 線を A549 細胞あるいは WI-38 細胞に照射し、細胞死を指標として陽子線の生物効果と X 線の生物効果について比較を行った。その結果、X 線に対する陽子線の生物効果が一様に高いわけではなく、細胞種に対する依存性が存在することが明らかとなった。また、この現象には、細胞の遺伝的なバックグラウンドが関与している可能性が示された。
(3) 細胞死を指標として X 線に対する陽子線の相対的な生物学的効果比を算出し、その位置依存性を検証した。その結果、陽子線生物効果の X 線に対する RBE には、陽子線の照射位置への依存性が存在する
事が明らかとなった。また、RBE の観点からもブラッグピークよりもトラックエンド側でより高い生物効果が誘導されることが示された。
2. 動物実験の実施に向けた予備的検討
陽子線照射が腫瘍および正常組織に与える影響を詳細に評価するための動物実験の実施（平成 26 年度
より開始予定）に向けて、動物実験の実施環境を検討、整備すると共に、マウスの受け入れ態勢や飼養環境等のマウス飼養に関する各種プロトコール、マウスに対する放射線照射やマウス臓器摘出、幹細胞増殖能測定等の動物実験に関する各種プロトコール等を検討、整備した。
III. 今後の課題と展望
本研究から、陽子線の物理的な線量が最大となるブラッグピークよりも後方において、細胞死が効率良く誘導されることが明らかになった。しかしながら、この現象の誘導機構は十分に解明されていない。また、陽子線治療では、その飛跡に沿って腫瘍患部前面に位置する皮膚から腫瘍までの間の正常組織に低線量被ばく域が存在するが、これに伴う正常組織の反応動態は十分に解明されていない。今後も、陽子線によるがん治療の更なる発展に向け、モデル動物を用いた腫瘍/非腫瘍組織に対する単回照射および分割照射の耐容線量の測定、正常組織や腫瘍組織の動態解析、モデル動物を用いた治療効果の検証等の基礎的な研究を継続的に推進して行く。
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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.3.2.
臨床研究に向けた陽子線と X 線の併用照射効果の細胞生物学的な検討
Estimation of the Biological Effects by Combination Irradiation with Proton and X-ray Beams
前田宗利*1、高田卓志*1,#、長谷川崇*1,*2、村上雅之*1、久米恭*1
Munetoshi MAEDA, Takushi TAKATA, Takashi HASEGAWA, Masayuki MURAKAMI and Kyo KUME
Abstract
To accumulate the basic data for the advancement of radiation cancer therapy, we estimated the cellulareffects induced by combination irradiation with proton and X-ray beams with various kinds of biological analysis.
要約
陽子線と X 線の混合放射線療法の確立に向けて、陽子線および X 線の併用照射による細胞レベルでの照射効果について種々の生物学的な解析により評価した。
I. 緒言
陽子線によるがん治療に加えて X 線による治療を実施する「陽子線および X 線の併用による混合放射線治療法」は、比較的広範囲に病変が見られる進行がん等に対する新しい治療法として期待されている。福井県立病院陽子線がん治療センターでは、同治療法を用いた臨床研究の検討が進められており、数年以内の開始を目指している。混合放射線治療法の構築に際し、陽子線および X 線の併用照射による細胞レベルでの照射効果および作用機序の詳細は、欠く事のできない重要な情報である。本研究では、細胞生物学的な検討により、陽子線と X 線の併用照射による殺細胞効果およびその分子機構を定量的に評価する。
II. 成果の概要
混合放射線治療法の構築に際し、陽子線および X 線の併用照射による細胞レベルでの照射効
果および作用機序の詳細は、欠く事のできない重要な情報である。本研究では、混合治療の効果を定量的に予測/評価するために、併用照射による正常細胞および腫瘍細胞の殺細胞効果の検証を実施し、同時に、正常細胞および腫瘍細胞における殺細胞効果の作用機序の分子生物学的解析を実施した。

図１ 併用照射による細胞致死効果の予測値と実測値

1. 併用照射による正常細胞および腫瘍細胞の殺細胞効果の検証
ヒト正常細胞およびヒトがん（肺がん）細胞において、陽子線と X 線の併用照射による細胞致死効果が、陽子線および X 線の単独照射による効果の足し合わせとして予測される細胞致死効果よりも高いことを明らかにした（図１）。
2. 正常細胞および腫瘍細胞における殺細胞効果の作用機序の分子生物学的解析
PCR アレイを用いた遺伝子発現解析から、各照射条件における殺細胞効果に関わる細胞内の情報伝達経路を特定し、分子機構の観点からも陽子線と X 線の併用の効果は単純な足し合わせではなく、陽子線の照射効果が優勢に作用することを明らかにした。
III. 今後の課題と展望
本研究から、陽子線と X 線の併用照射による細胞致死効果が、陽子線および X 線の単独照射による効果の足し合わせとして予測される細胞致死効果よりも高い可能性が明らかになった。引き続き、他のがん細胞における併用照射の効果を検証し、臨床応用研究の実施に向けた基礎的データを蓄積する必要がある。また、上述の研究では一定の条件としていたが、併用照射では線量混合比および照射間のタイムインターバル等の様々な可変パラメーターが存在する。混合放射線治療法の更なる高度化に向けた基礎的データを蓄積するためにも、これらのパラメーターに関する検証研究を継続する必要がある。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門、（同）ハセテック
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

*218

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.3.3.
粒子線に対する生体内の作用機序の解明
The in vivo Study of the Particle Beam-induced Biological Responses
前田宗利*1、松本英樹*2、高田卓志*1,# 、長谷川崇*1,*3、村上雅之*1、久米恭*1
Munetoshi MAEDA, Hideki MATSUMOTO, Takushi TAKATA and Kyo KUME
I. 緒言
細胞レベルでの知見を実験動物レベルで検証を行うために、生体内における腫瘍動態を解析するためのモデル動物実験系や実験動物に対する効率的な陽子線照射技術について検討を行った。
II. 内容平成 26 年度以降に予定しているモデル動物を用いた研究（陽子線治療対象の臓器および周辺の重要臓器を対象に耐容線量の測定や高い生物効果を有する陽子線飛程末端を利用した治療効果の検証など）では、モデル動物実験系として、ヌードマウスに腫瘍組織を移植したマウス（担がんマウス）を用いることを検討している。
本年度は、平成 24 年度に引き続き、動物実験の実施に向けて、マウス飼養に関する各種プロトコール、マウスに対する放射線照射やマウス臓器摘出、幹細胞増殖能測定等の動物実験に関する各種プロトコール等
を福井大学と共同で検討、整備した。将来的には、本研究によって構築されたモデル動物実験系を用いて得られた知見を、実際の陽子線によるがん治療へ反映して行くために、動物レベルでの検証実験に加えてその作用機序、すなわち、分子機構についても理解して行く必要がある。そのためには、陽子線特異的な腫瘍応答について分子レベルでも解析を進めて行く必要があると考えられる。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、*2 福井大学・高エネルギー医学研究センター、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門）、*3（同）ハセテック
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと福井大学との共同研究として実施した。

2.1.2.3.4.
細胞質への照射によって誘導される細胞応答の解析
Analysis of the Cytoplasmic Irradiation-induced Cellular Responses
前田宗利*1、小林克己*2、宇佐美徳子*2、松本英樹*3、冨田雅典*4
Munetoshi MAEDA, Katsumi KOBAYASHI, Noriko USAMI, Hideki MATSUMOTO and Masanori TOMITA
放射線の生物影響は、細胞核内の DNA 損傷に起因すると考えられてきたが、これまでの研究から、細胞質への照射によって誘導される応答も、放射線に対する生物応答において重要な役割を果たすことが示唆された。
我々は、独自に開発した X 線マイクロビームによる細胞局所照射手法を用いて、照射領域と細胞応答の関係、細胞質の放射線応答に関わる細胞内の情報伝達について解析を進め、平成 24 年度までに、細胞質のみを照射したほ乳類細胞の細胞死の線量応答を定量し、核内の DNA 損傷が誘導されない状態でも線量に対して直線的に細胞死が増大すること、照射された細胞周辺の非照射細胞（バイスタンダー細胞）における突然変異誘
発頻度の解析から、バイスタンダー細胞群中の不安定な細胞が、一酸化窒素（NO）による情報伝達を介して選択的に排除されることを明らかにした。本年度は、引き続き、DNA 修復関連タンパク質の可視化解析を実施し、細胞質が照射されている場合、照射されていない場合と比べてより低線量域から DNA 修復系が誘導されていることを明らかにした。更に、PCR アレイを用いた遺伝子発現解析から、バイスタンダー細胞群中の不安定な細胞の排除が、NO シグナルによる TP73 の発現亢進を介して誘導されることを明らかにした。以上の結果は、細胞質の放射線応答が、特に低線量域において、細胞の維持・生存に重要な働きをしている事を示している。
これらの成果は、低線量放射線のリスクやヒトへの健康影響の評価において、DNA を標的としたリスクモデルに一石を投じる重要な知見と考えられる。また、更なる研究の推進により細胞質を起点とした情報伝達機構の詳細が明らかになれば、生化学、分子生物学分野への波及効果も期待され、その結果として、ヒトの健康維持、そのための医薬の開発にも繋がると考えられる。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、*2 高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・放射光科学研究施設、*3 福井大学・高エネルギー医学研究センター、*4(一財)電力中央研究所・原子力技術研究所・放射線安全研究センター
高エネルギー加速器研究機構における実験は、放射光共同利用実験審査委員会(2010G040)の承認の下で行われた。本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（一財）電力中央研究所および福井大学と共同で実施した研究の一部である。
本研究の一部は、ＪＳＰＳ科研費 23710076 による助成を受けた。

19若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.3.5.
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
Mechanism Elucidation of Proton Beam Specific Cellular Response for Radiation Therapy
畑下昌範*1
Masanori HATASHITA
がん治療用放射線照射装置の進歩・照射方法の工夫および治療後の患者の優れた QOL により放射線がん治療が高い評価を得ているが、さらに放射線腫瘍学的および放射線生物学的なアプローチによる治療成績の向上が望まれている。本研究では、陽子線によるがん治療に関して、その照射による細胞応答の面から解析し、治療成績の向上を目指すことにしている。
ヒト細胞における陽子線照射と X 線照射との違いについて、突然変異誘発と変異スペクトルの観点から検討した。細胞死は、陽子線照射と X 線照射とにおいてほぼ同等であった。一方、突然変異率には違いが見られ、
X 線照射区に比べて陽子線照射区のほうが突然変異率は低かった。さらに、エクソン別の欠失パターンにおいても、両者で異なる結果が得られた。照射後の細胞から mRNA を抽出し、cDNA を作製した。この cDNA による
リアルタイム PCR アレイを用いた網羅的遺伝子発現解析により、種々の放射線照射後の DNA 損傷・修復シグナル因子の発現動態を解析したところ、陽子線照射区の遺伝子発現量が X 線照射区のそれに比べて著明に低くなる遺伝子を 10 遺伝子見いだすことができた。また、著明に高くなる遺伝子を 1 遺伝子見いだすことができた。これらの結果は、陽子線照射と X 線照射とは、同じ生物学的効果比を示すにもかかわらず、変異誘発においては量的、質的な差異があること示唆している。
*１（公財）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、JSPS 科研費 23591854 の助成を受けた。

20

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.4. その他の粒子線がん治療研究
2.1.2.4.1.
陽子線がん治療臨床研究
Clinical Trial of Proton Therapy
山本和高*1,*2、前田宗利*1、高田卓志*1,#、久米恭*1
Kazutaka YAMAMOTO, Munetoshi MAEDA, Takushi TAKATA and Kyo KUME
I. 緒言
若狭湾エネルギー研究センターに設置されている多目的シンクロトロン・タンデム加速器の高エネルギー陽子線を使用した医療分野における応用研究の一環として、平成 13 年度から平成 21 年度まで陽子線臨床研究を実施した。前年度までに引き続き、平成 25 年度も経過観察を行った。
II. 内容臨床研究を実施した期間に受け入れた患者 62 名の経過観察を行い、平成 25 年度までに次の累計を得た。
前立腺がん患者 55 名は、他病死 1 名を除く 54 名が生存している。血中 PSA 値が再上昇し、転移と診断されたのは 1 名である。前立腺がんについては局所制御できているものと思われる。直腸出血等の有害な晩発事象が発生したのは 10 名（グレード 1 は 7 名、グレード 2 は 2 名、グレード 3 が 1 名）である。肝臓がん患者 6 名については全員が死亡した。死亡した 6 名の死因は、肝内再発・転移による原病死が 4 名で、他病死が 2 名であるが、陽子線がん治療対象部位は全例で局所制御できていた。肺がん患者 1 名は、肺がん自体は制御されていたが、他病死した。
今後も引き続き経過観察を行い、県立病院での陽子線がん治療の更なる円滑な実施に貢献していく。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、*2 福井県立病院・陽子線がん治療センター、#現 京都大学
・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門

2.1.2.4.2.
粒子線の線質測定技術開発
The Development of Measurement Technical for the Particle Ion Beam Quality
松尾陽一郎*1、安田仲宏*1、泉佳伸*1、高田卓志*2,#、久米恭*2、Youichirou MATUO, Nakahiro YASUDA, Yoshinobu IZUMI, Takushi TAKATA and Kyo KUME
I. 緒言
粒子線を用いた治療計画システム高度化を目的として、粒子線の線質測定技術開発に資する入射核・標的
核破砕反応によるがん治療時の余剰線量測定を行う。また DNA や RNA を構成する単位でもある「オリゴヌクレ
オチド」と「蛍光物質」を結合させた物質を用いて、直接的に放射線による生体物質の損傷量及び線量を評価する新しい技術を開発する。
Ⅱ．内容
余剰線量の比較実験について、陽子、ヘリウム、炭素線による核破砕反応比較研究をするためのデータ取得を開始した。今年度は、陽子とヘリウムの標的核破砕による余剰線量比較を行った。これらは粒子線がん治療における２次がんなど副作用を検討する基礎データとなる。ヘリウムにおいては、入射粒子自体にビーム照射系からと思われる２次粒子が観測されため、この検証も含めて今後さらに統計を稼ぐための実験を継続する。本テー
マはフランス国立原子力科学技術学院（INSTN）からのインターンシップ学生の研究の一部として行い、修士論
文として成果をまとめた。
オリゴヌクレオチドを蛍光修飾したサンプルに対し、陽子線を照射する実験を行った。また比較のために、大阪大学産業科学研究所のコバルト 60 照射施設の 60Co 線源を用いてガンマ線を照射した。陽子線ならびにガン
マ線の吸収線量の増加に伴って、狙い通りに蛍光物質の蛍光強度が増大することを確認した。これは低線量放射線による生体分子の切断量が蛍光を介して評価できることを示唆している。本結果は第 28 回固体飛跡研究会(2014 年 3 月 28、29 日、神戸大学)にて報告した。
*１

福井大学・附属国際原子力工学研究所、*2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・
原子炉実験所・放射線生命科学研究部門
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと福井大学との共同研究として実施した。

21

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.4.3.

粒子線に対する電気陰性度の高い元素の増感作用のメカニズムの解明
Clarification of Enhancement Mechanism of Electronegative Elements in Particle Therapy
久米恭*1、高田卓志*1,#、長谷川崇*2、三好憲雄*3
Kyo KUME, Takushi TAKATA, Takashi HASEGAWA and Norio MIYOSHI

I. 緒言
がん治療法において粒子線治療法と光線力学療法の併用が治療結果に対して相乗効果をもたらす可能性がある。そのための実験的な検証を行うための準備を行った。
II. 内容若狭湾エネルギー研究センターの高エネルギー生物照射装置において、粒子線治療法と光線力学療法が併用できるよう、ビームライン上に光線力学療法実施用のレーザー固定用治具を設置した。また、光線力学療法で用いられる電気陰性度の高い元素が粒子線治療に対して増感作用を持つか否かを調べるため、ラジカル測定装置の再整備を行った。今後は、粒子線治療法と光線力学療法の組み合わせについて本質的に考察を行った上で、本項の実験研究の意義について検討する予定である。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門、（同）ハセテック、*3 福井大学・医学部
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと福井大学との共同研究として実施した。
*2

2.1.2.4.4.

革新的陽子線がん治療のための腫瘍分子イメージング技術開発
Tumor Molecular Imaging for Innovative Proton Therapy
岡沢秀彦*1、清野泰*1、森哲也*1、久米恭*2、高田卓志*2,#
Hidehiko OKAZAWA, Yasushi KIYONO, Tetsuya MORI, Kyo KUME and Takushi TAKATA

I. 緒言
陽子線がん治療の効果を治療開始早期に予測することは、治療戦略の決定や患者の QOL 向上のための重要な因子となる。本研究では、細胞増殖能を反映する分子イメージングプローブである 18F-FLT を用いて、陽子線治療の治療効果予測に利用可能であるかを、細胞および実験動物を用いて基礎的に検討した。
II. 内容大腸がん細胞株である Colon-26 細胞に 0、0.1、0.5、1、5、10Gy の陽子線および炭素線を照射した。照射翌日に 18F-FLT の細胞への集積量を調べたところ、陽子線、炭素線ともに 1Gy 照射群から 18F-FLT の集積量が 0Gy 照射群に比較して有意に低下していた。また、照射線量が大きくなるに従い、集積量が低下するという照
射線量依存的な集積パターンが観察された。次いで、この Colon-26 細胞をマウスの肩に移植したがん細胞移
植マウスに対して、0、0.5、1、5Gy の陽子線および炭素線照射を行った。照射翌日に、マウスに 18F-FLT を投与
し、PET 撮像を行った。その結果、陽子線、炭素線ともに 0Gy 照射群に比べ、0.5Gy 照射群から有意に 18F-FLTの集積量が低下していることが明らかとなった。また細胞実験の結果と同様に、照射線量依存的な集積パターンが観察された。さらに PET 撮像後１週間かけて腫瘍の体積を測定したところ、1Gy および 5Gy 照射群では、
0Gy 照射群に比べ、有意に腫瘍体積が小さかった。これらの結果は、陽子線照射後に早期に 18F-FLT PET を行うことにより、陽子線の治療効果を予測可能であることを示唆している。
*１

福井大学・高エネルギー医学研究センター、*2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと福井大学との共同研究として実施した。

22

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.2.4.5.

医療用加速器施設構造材の放射化低減に関する研究
Reduction of Induced Radioactivity in Structural Materials for Medical Accelerator Facilities
高田卓志*1,#、木村健一*1,*2、久米恭*1
Takushi TAKATA, Ken-ichi KIMURA and Kyo KUME

加速器を使用する放射線医療施設では、放射線がターゲットやビームライン構成機器を衝撃することにより、中性子が発生する。施設の構造材や構成機器に含まれる元素の同位体の中には、中性子との核反応により放射化し、長寿命の放射性同位体となるものもあり、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。
そのため、構造材や機器類の放射化低減を目指した研究を実施している。
これまで、特に廃棄時の減容が求められる遮へいコンクリートの放射化低減について、低放射化コンクリート
や中性子遮へい材を用いる方法の基礎検討を進めてきた。平成 24 年度から、放射化が問題となると予想される中性子捕捉療法の照射室壁について計算評価を開始している。中性子捕捉療法では低エネルギー中性子を使用するため、中性子遮へい材が有効と考えられる。これまで、中性子遮へい材として炭化ホウ素含有樹脂を使用した場合について、照射室形状を単純化した球体系で評価を行ってきた。平成 25 年度は、より現実に即した立方体体系での評価を実施した。
計算評価の結果、普通コンクリート中の Eu-151 の放射化により生じる Eu-152 について、厚さ 20mm、炭化ホ
ウ素含有量約 10wt%の樹脂を照射室壁面に設置した場合、設置しない場合と比べてコンクリート壁面付近で約1/20、深部では 1/5 程度に誘導放射能濃度が低減できることが確認できた。その他、Co-59 の放射化により生じる Co-60 についても同様の結果を得た。
*１*2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門、（株）フジタ・技術センター

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3. ビーム発生分析評価技術開発
2.1.3.1. 加速器分析技術開発
2.1.3.1.1.
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、中田吉則*1
Keisuke YASUDA and Yoshinori NAKATA
Abstract
Measurements of Au thin films were performed by means of the TOF-RBS method. Depth resolutions at thesurface and interface were 1.6nm and 3.3nm, respectively.
要約
金薄膜の飛行時間測定ラザフォード後方散乱（TOF-RBS）測定を行った。厚さがおよそ 10nm の金薄膜試料に対して、表面および界面での深さ分解能としてそれぞれ 1.6nm、3.3nm という値が得られた。
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２５年度は金薄膜試料の測定を行った。
Ⅱ．測定
測定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われた。図 1 に TOFRBS 測定システムを示す。タンデム加速器で加速されたエネルギーが 2MeV の C+イオンビームを試料に照射し、散乱イオンの TOF スペクトルを TOF-RBS 測定系で測定した。試料には厚さが約 5nm と 10nｍの金薄膜試料を
用いた。
Ⅲ．結果
厚さがおよそ 10nm の金薄膜試料の測定で得られたデプスプロファイルを図 2 に示す。表面、および界面の立上り、立下りから深さ分解能を評価し、それぞれ 1.6nm、3.3nm という値が得られた。
大型散乱槽

サンプル

イオンビーム135°
TOFパイプ

透過型検出器A

SSD

チェンバー

透過型検出器B

図 2 金薄膜のデプスプロファイル

図１ TOF-RBS 測定システムの概略図

１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力株式会社、日本原子力発電株式会社、北陸電力株式会社からの受託研究として実施した。

24

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.1.2.
グロー放電発光分析法（GD-OES）による DLC 膜の水素定量に関する研究
Quantification of Hydrogen in DLC with Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GD-OES)
高原晃里*1、岡好浩*2、安田啓介*3、石神龍哉*3
Hikari TAKAHARA, Yoshihiro OKA, Keisuke YASUDA and Ryoya ISHIGAMI
Abstract
Quantification of H with GD-OES was studied for DLC film samples. The relationship between H intensity by
GD-OES and H composition by ERDA were investigated for various H contents in DLC films, and H-implanted
Si wafers as reference materials. GD-OES H intensities in DLC films showed a linear relationship below 20 at%
in H content. The relationship showed agreement to the H contents in H-implanted Si wafers. However, GDOES H intensity in DLC films drastically increased to be out of the relationship above 20 at% in H content. It
was considered that the intensity correction was necessary for high H contents in DLC film with GD-OES.
要約
GD-OES による DLC 膜の水素の定量分析を検討した。H 濃度の異なる DLC 膜と水素注入シリコン試料について、GD-OES の H 強度と ERDA の H 組成の相関を調べた。DLC 膜について得られた GD-OES の H 強度
は、H が低濃度の場合は、ERDA の H 組成と一次の相関を示した。これは水素注入シリコンに関して得られた相関と一致した。しかし H が高濃度の DLC 膜では、H 強度が急激に増加し、一次の相関からのずれが認められた。GD-OES でも DLC の水素の定量は可能であるが、高濃度の場合に強度補正が必要であると考えられる。
I. 緒言
ダイヤモンドライクカーボン（DLC）は、高硬度、低摩擦係数、耐化学性などさまざまな特長を有し、その特性は膜中に含まれる水素量に大きく影響を受けることが知られている。一般に DLC 膜に含まれる水素量の分析はイオンビームを利用した弾性反跳粒子分析法（ERDA）により行われている。本研究は、より簡便な手法としてグ
ロー放電発光分析法（GD-OES）を用いた水素分析について、詳細な検討を行うことを目的とした。膜組成、密度、膜厚が異なる DLC 膜試料を RF 高電圧パルス重畳 PBIID 法により作製し、ERDA および GD-OES の測定
結果を比較した。また GD-OES 法で定量を行う際の標準試料として、水素を注入したシリコン試料を検討した。
II. 実験方法
DLC 膜試料はプラズマイオン注入成膜装置（栗田製作所製）により作製した。原料ガスとしてトルエンを用い、1 から 10 kV の負の高電圧パルス下でシリコン基板上に成膜を行った。シリコン基板への水素注入は若狭湾エネルギー研究センターで行い、H2+を 30 kV（飛程 300 nm）、ドーズ量が 5E16～5E17 at/cm2 とした。ERDA 測定
は若狭湾エネルギー研究センターのタンデム加速器を用いた。GD-OES 測定は GDA750（リガク/SPECTRUMA製）を用いた。高周波モードを用い、放電ガスには Ar、測定スポットは直径 4 mm とした。
III. 実験結果
水素注入シリコン試料において、GD-OES で得られた H 平均強度は、ERDA で求めた H 組成に対して一次の相関を示した。DLC 膜試料における GD-OES の H 平均強度と ERDA の H 組成の関係は、H 濃度が低い場
合（≦20%）には水素注入シリコン試料において得られた相関と一致した。しかし、H 濃度が高くなると（＞20%）、GD-OES の H 強度が急激に増加し、低濃度における相関からのずれが認められた。高水素濃度の DLC 試料
では GD-OES のスパッタリングレートの急激な増加が示唆され、このことが H 強度の増加に関与すると考えた。
IV. 結言DLC 膜における GD-OES の H 強度は、H が低濃度のとき ERDA の水素組成に対して一次の相関を示した。
この相関は水素注入シリコンにおける相関と一致した。しかし、高濃度になると（＞20%）GD-OES の H 強度が急激に増加し、低濃度で得られた相関からのずれが認められた。水素注入シリコンを標準試料として DLC 膜中のH の定量を行う場合には、高い水素濃度領域で強度補正をする必要があると考えられる。
*１（株）リガク・X 線機器事業部、*2 兵庫県立大学・工学研究科、*3（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが兵庫県立大学、（株）リガクと共同で実施した研究成果の一部である。

25

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.1.3.

核共鳴を伴う He 後方散乱を利用した注入 H イオンの深さ分布評価
Depth Profiles of H Ion-implanted Silicon Using Nuclear Resonance of He + 28Si
戸崎充男*1、安田啓介*2、石神龍哉*2
Mitsuo TOSAKI, Keisuke YASUDA and Ryoya ISHIGAMI

Abstract
We have evaluated a depth profiling of implanted carbon ions in a silicon substrate by the analysis of change
of a peak profiling of the Si nuclear resonance observed in the He backscattering. We tried to apply this method
to a hydrogen depth profiling, however, could not measure the change of the peak profiling due to the small
number of events.
要約
これまでの研究で、炭素イオンを注入したシリコン基板の注入イオンの深さ方向の濃度分布を、He 後方散乱で観測される Si との共鳴ピークプロファイルの変化の解析から評価できることがわかった。炭素イオン注入で成功した手法をもとに、H（水素）イオンを注入した試料でも同様に共鳴ピークプロファイルの変化が観測されて注入 H イオンの深さ分布評価を試みたが、注目事象が極めて少なくて変化は測定できなかった
I. 緒言
シリコン基板に注入した炭素イオンの深さ方向の濃度分布は、入射 He イオンと 28Si との複合核共鳴反応（共鳴エネルギー5.374MeV：半値幅 10keV）の後方散乱で観測される共鳴ピークを、入射エネルギーを数 keV 単位
で変えて測定し、そのピークプロファイルを解析することで評価できる。この手法（評価法）は、共鳴散乱収率（断面積）の変化に対応して共鳴ピークプロファイルの変化を示す、つまり注入イオンによって基板シリコンの構成原子の状態が変化したことに対応する現象として観測される。我々は、炭素イオン注入と同様に水素イオンをシリコン基板に注入し、後方散乱スペクトル上に観測される共鳴ピークのプロファイルを詳細に調べた。
II. 実験・結果
マイクロ波イオン源イオン注入装置で炭素イオン（100、180keV）および水素イオン（90,110keV）をシリコン基板に注入した試料を作成し He 後方散乱測定実験をおこなった。He と基板 Si との共鳴ピークプロファイルの測定結果（図 1 に炭素注入（100keV）試料、図２に水素注入（110keV）試料）を示す。図中では、同じ条件で測定したイオンを注入した場合としない場合のシリコン基板のデータを重ねて示す。図１より、最小収率の共鳴ピークの
位置は注入イオンの平均の深さに対応し、プロファイル変化の包絡分布幅からイオンの深さ分布を評価することが出来る。包絡分布（負ガウス分布と仮定）が注入炭素イオンの分布に対応（ピーク位置と幅は、注入イオンの飛程とその揺らぎに対応）している。この 100keV 炭素イオンの結果は、深さが 0.275μm（±5%）、幅は 0.220μm（±6%）で、対応する SRIM コードの計算結果（飛程（深さ）0.283μm、揺らぎ（幅）0.199μm）とよい一致を示す。
一方、図２の水素注入試料の結果は、水素注入の深さ（１μm）付近で共鳴ピークのプロファイルの変化は観測されなかった。
III. 結論
我々の手法は、間接的ではあるが注入イオンの分析が基板シリコンとの共鳴ピークの変化で評価可能となる。
炭素イオン注入の場合と同様に水素イオンを注入した試料に対して測定実験を行ったが、共鳴ピークプロファイ
ルの変化は観測できなかった。収率の変化は注入イオンの阻止能に依存し、エネルギー損失の有効な厚さに原因があることが解析の結果判明した。今後、さらに別のイオン（N, Ar）を注入した場合について、濃度分布の評価の限界（分解能）に関する詳細な研究を進め、総合的に評価法の有効性を検討していく予定である。

*１

京都大学・放射性同位元素総合センター、*2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと京都大学との共同研究として実施した。

26

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

炭素イオン(100keV)注入

深さ 0.28μm

Energy [kev]図１ 炭素イオン(100keV)注入試料の共鳴ピーク

Energy [kev]図２ 水素イオン（110keV）注入試料の共鳴ピーク27若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
2.1.3.1.4.
PIXE/PIGE-フッ素分析による難分解性のペルフルオロオクタンスルホン酸の電気分解処理のフッ素収支追跡
Examination of Fluorine Mass Balance in the Electrolysis of Perfluorooctane Sulfonate Using PIXE/PIGE
藤川陽子*1、橋口亜由未*2、谷口省吾*3、米田稔*2、安田啓介*4、高田卓志*5,#、久米恭*5
Yoko FUJIKAWA, Ayumi HASHIGUCHI, Syogo TANIGUCHI, Minoru YONEDA,
Keisuke YASUDA, Takushi TAKATA and Kyo KUME
Abstract
Perfluorinated chemicals (PFCs) have been widely used in various household products. Because of inactive
C-F bond within its structure, most PFCs cannot be biologically degraded and tend to accumulate in theecosystems, necessitating low-cost treatment technologies for PFCs. We have worked on the application ofelectrolysis for degradation of PFCs, and found that perfluorooctane sulfonate (PFOS), considered to be themost recalcitrant chemical among PFCs, was decomposed by electrolysis. However, the decomposition productsof PFOS electrolysis were not identified in the electrolyzed solution in spite of various advanced analytical
instruments (combustion ion chromatograph, UPLC-Tof-MS, HPLC-MS/MS and GC-MS/MS) applied. The
generation of gaseous fluorine compounds during the electrolysis was suspected. We therefore used low
temperature activated charcoal (AC) to trap the hypothetical gaseous compounds emanated during theelectrolysis and lost from the solution, and applied non-destructive PIXE/PIGE to determine the fluorine
contents of the AC.
要約
有機フッ素化合物(PFCs)は、日用品等に広く使われてきた。PFCｓはその構造内不活性な C-F 結合を持つことから環境中で生物学的に分解されず生態系内に蓄積する傾向があり、低コストな処理法の開発が望まれる。
我々は電解法を PFCs 処理に適用することを試み、本法で PFCs の中でも最も難分解性と言われるペルフルオ
ロオクタンスルホン酸(PFOS)が分解できることを見出した。しかしながら様々な高度な分析機器(燃焼イオンクロ
マトグラフ、UPLC-Tof-MS、HPLC-MS/MS、GC-MS/MS)を適用したにも関わらず PFOS 電解の生成物が同定できなかった。電解時にガス状のフッ素化合物が発生した可能性が考えられた。そのため電解時に低温の活性炭(AC)でこのガス状化合物をトラップし、PIXE/PIGE によるフッ素分析に供した。
Ⅰ.緒言
本研究では難分解性の有機フッ素化合物である PFOS 処理における電解法の有効性を確認することが最終目的である。特に、電解による生成物の化学形から電解の機構を明らかにしたい。これまで行ってきた燃焼イオ
ンクロマトグラフによる全フッ素分析では、電解前後でのフッ素収支が取れず大部分のフッ素の行方が不明であった。このことから、燃焼イオンクロマトグラフ法では、化学形が未知で不安定物質の可能性もある含フッ素化合物の分析は困難と判断された。非破壊的な PIXE/PIGE による全フッ素分析で、まず電解後に生成物が液相・気相のいずれに分布するかを同定し、電解前後のフッ素収支を明らかにすることを目指すことにした。
Ⅱ．試験方法
1. 電解方法および PFOS 測定方法
50mmol/L NaHCO3 または Na2SO4 溶液に PFOS（和光純薬）または 13C8-PFOS（Wellington Laboratories、以下 M8PFOS）を添加し、気密な電解セル（液量 250ｍＬまたは 12.5ｍＬ）にて表面積 265 mm2 もしくは 377 mm2の 2 本の白金電極で 1 時間電解した。電解時は直流電源から最大 33V の電圧を印加、電流は１Ａ程度とした。
電解中に発生するガスは 0.3Ｌ/分の流量で高純度窒素ガスによりパージし、未知のガス状化合物をトラップする
ため、AC を 60mg を充てんしたカラムを-100℃としたものに流した。また、-100℃の AC 充てんカラムの出口のガスを液体窒素に浸漬した AC 充てんカラムに流す操作も行った。ガスを流す配管は一部の接続部を除いてス
テンレス管とし、可能な限り発生ガスの漏れを防止した。電解セルは当初ガラスを用いたが、フッ素ガスが発生した場合ガラスを腐食し結果としてフッ素収支がとりにくくなることも考えられたため、ポリプロピレンもしくはポリエ
チレン製とし、セルの蓋の電極を挿入する部分は気密を保てるように接着した。
電解終了後の電解液は、直ちにポリプロピレン容器に採取し、HPLC-MS/MS (AB Sciex, 3200Q Trap)によりMＲＭ（multiple reactions monitoring）モードにて PFOS を定量した。また、PFOS の容器壁への吸着損失を評価*1

京都大学・原子炉実験所、*2 京都大学・工学研究科、*3 大阪産業大学、*４（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー
材料グループ、*5 同・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと京都大学の共同研究として実施した。

28

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）するため、PFOS を添加した電解液を電解セル内に入れ、電流を流さずに 4 時間静置し、液中のＰＦＯＳを定量した。容器への吸着損失は 12.5ｍＬのセルで 9.6％程度であった。
2. PIXE/PIGE 分析の方法および試料調製
WERC の大気圧 PIXE/PIGE 測定システムを利用した。2.5ＭｅＶの陽子ビームを用い、ビーム電流は 2nA,
1.4nA および 6nA でそれぞれ 2012 年、2013 年、2014 年にそれぞれ分析を実施した。試料設置部の窓材は200nm 厚さの窒化ケイ素（Silson Ltd.)、検出器は 3 インチ×3 インチの BGO で、19F(p,αγ)16O 反応による 6.1、
6.9 および 7.1MeV の γ 線を測定した。入射ビーム量の指標としては窓材のケイ素由来の K-X 線を用いた。
PIXE/PIGE 用の試料は高純度 AC をマトリックスとした。フッ素の標準としては、AC500mg をメノウ乳鉢で微量天秤で測定した所定量の PFOS と共に粉砕し、フッ素の質量濃度にして 334 から 65597mg-F/kg (518 から101700mg-PFOS/kg)の範囲としたものを準備した。これらを 7.5μm 厚みのカプトン®（ポリイミド）フィルムを窓とする銅製のセルに充てんして測定に供した。未知のＰＦＯＳ分解生成物をトラップしたＡＣも同様に銅製セルに充てんして測定した。
Ⅲ．試験結果1. PFOS 電解結果
例えば濃度 1mg/L の PFOS を含む純水溶液に NaHCO3 を電解質として添加して 1 時間の電解後の PFOＳ
残存率は 6 回の繰り返し試験の平均値として 2.6％であった。試料を高温で燃焼し吸収液に吸収させてフッ化物イオンとなったフッ素を定量する方式の燃焼イオンクロマトグラフによる全フッ素分析では、当初の 20-60％のフッ素が溶液中に残存しており、残りの 40-80％のフッ素は行方不明との結果になった。また、電解後の溶液中をイオンクロマトグラフィで測定した結果、フッ化物イオンは検出できなかったが、ギ酸と類似の保持時間に大きな電気伝導度のピークを持つ化合物が生成していた。PFOS 電解由来のギ酸生成を疑い、12C-PFOS および
M8PFOS の電解後の液を HPLC-MS/MS で分析・比較したが、溶液中には PFOS 電解に由来していれば生成するはずの 13C を持つギ酸は見いだせなかった 1)。このことから、イオンクロマトグラフィで検出されたギ酸と類似の保持時間を持つ物質はギ酸ではないと考えられた。PIGE 分析に供した電解実験の試料では PFOS 分解率
は 2013 年度は 93％および 46％、2014 年 1 月は 33%であった（50mmol/L Na2SO4 約 0.5Ｌ中で初期濃度約4mg/L PFOS 電解時、フッ素量にして 1.5mg-F）。30 から 90％の PFOS 分解率が得られた場合に電解で生成したフッ素化合物全てが揮発性で AC60mg に捕捉されたとすると AC のフッ素濃度は 8000 から 14000mg/kg でPIGE で分析可能と考えた。
2. PIXE/PIGE の分析結果
未使用の AC、ビーム射出孔の 2ｍ上流のビームストッパーのところでビームを止めた時（スペクトル F1=2012 年時、スペ
クトル F2=2013 年時）、タンデム加速器のファラデーカップのすぐ後ろでビームを止めた時（スペクトル T、2014 年時）について、フッ素の 5.5 から 8MeV の ROI におけるカウントを比較したものを図 1 に示す。スペクトル T はほとんどカウントがないのに比べてスペクトル F1, F2 には若干のカウントがあり陽子がビームラインを通る際に高エネルギー光子を発生しバッ
クグランドへの寄与があることが判る。また、未使用の AC のスペクトルにフッ素の PIGE のスペクトルと類似の形状が認められた。この活性炭からは燃焼イオンクロマトグラフではフッ素は検出されないものの、今後精製について検討が必要な可能性もある。この活性炭についてのフッ素の検出下限は44mgF/kg となった。一方 2013 年、2014 年ともに低温でのAC のトラップにフッ素は検出されず(図 2 に 2013 年の結果を示す)、現在溶液中に燃焼イオンクロマトグラフで分析できないフッ素化合物があると考えて検討を進めている。
参考文献
1) A. Hashiguchi et al.: Int. J. PIXE, in press29

図 1 異なる場所でビームを止めた時のス
ペクトルと未使用 AC のスペクトル比較

図 2 電解時のガスを通気した AC と未使用 AC のスペクトル比較

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.1.5.

フッ化物含有歯科材料によるフッ素の歯質への取り込みと結合状態の分析
Research of Fluoride Binding with and Uptake to Tooth from Fluoride-containing Dental Materials
奥山克史*1、松田康裕*1、小松久憲*1、山本洋子*2、安田啓介*3、佐野英彦*1、能町正治*4、菅谷頼仁*4
Katsushi OKUYAMA, Yasuhiro MATSUDA, Hisanori KOMATSU, Hiroko YAMAMOTO, Keisuke YASUDA,
Hidehiko SANO, Masaharu NOMACHI and Yorihito SUGAYA

Abstract
Fluoride uptake and fluoride binding to tooth structure from fluoride-containing dental materials were
evaluated by means of micro PIGE/PIXE. The result of this research was showed that parts of fluoride frommaterials were bound with tooth.
要約
フッ化物含有歯科材料から歯質に取り込まれたフッ素量および、歯質とフッ素の結合状態をマイクロ
PIXE/PIGE 装置を用い測定、検討したところ、取り込まれたフッ素の一部が歯質と結合していることが確認された。
I. 緒言
歯質へと取り込まれたフッ素の働きとして、歯質の無機成分である水酸化アパタイト Ca10(PO4)6(OH)2 の OH 基と F-が置換し、酸に対する溶解性の低下、歯質の耐酸性を向上させることで、う蝕抑制効果を発揮している。材料から取り込まれるフッ素濃度は経時的に増加することが確認されているが、この取り込まれたフッ素がすべてOH 基と置換しているか不明である。本研究では、フッ化物含有歯科材料から歯質に取り込まれたフッ素量を若狭湾エネルギー研究センター設置のマイクロ PIXE/PIGE 装置を用いて測定を行うとともに、歯質とフッ素の結合状態を検討した。
II. 材料と方法
フッ化物含有歯科材料として、フッ化物含有歯面塗布剤２種(Clinpro XT Varnish: CL; 3M ESPE, PRGバリアコ
ート: PR; 松風)とグラスアイオノマーセメント(Fuji IX: FN; GC)を用いた。コントロールとしてフッ素を含まないボンディ
ング材（クリアフィルメガボンド: MB; クラレメディカル）を使用した。各材料をヒト抜去歯象牙質面に塗布し、水中保存
1日後および7日後に材料を除去した。材料が除去された象牙質試料を歯軸に平行に半切するようにしてそれぞれ
厚さ500 µmに試料を調整した。半切した向かい合う薄切試料の一方は処理をせず、もう一方は試料を1MKOHに24時間浸漬振盪後、水洗を行った。KOH処理を行うことで、歯質表層に付着しているフッ化カルシウム等を除去し、歯質に結合しているフッ素のみが残ることになる。それぞれの試料のフッ素およびカルシウム濃度を測定し、象牙質部のフッ素濃度分布を算出した。象牙質最表層は健全象牙質の5%カルシウム濃度の位置と規定し、フッ素の取り込み
は表層と表層から50µmの深さにおけるフッ素濃度で比較検討した。
III. 結果および考察
図に材料適用 1 日間および 7 日間の象牙質表層および 50µm 下における KOH 処理前後のフッ素濃度を示す。フッ化物含有材料である CL, PR, EX はフッ化物を含まない MB よりも高いフッ素濃度を示した。また、材料を適用１日後除去した群と比べ、７日後に除去した群が高いフッ素濃度を示した。このことから、これまでの報告
同様、材料が象牙質面に保持されている期間が長いと、歯質のフッ素濃度が高くなることが示唆された。また
KOH 処理後は処理前よりも小さいフッ素濃度を示した。減少の程度などは材料により異なっていた。材料から取り込まれたフッ素の全てが F-に置換されるわけでなく、CaF2 などとなり歯質に付着し、結合に関わらないものも含まれていることが考えられる。

*1
北海道大学・歯学研究科、*2 大阪大学・歯学研究科、*3（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*4 大
阪大学・核物理研究センター
本研究は（公財）若狭湾エネルギー研究センターと北海道大学、大阪大学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研究年報（平成 25 年度）

図 材料適用 1 日間および 7 日間の象牙質表層（上）および 50µm 下（下）における KOH 処理前後のフッ素濃度

IV. 結語本研究では、マイクロ PIXE/PIGE 装置を用いフッ化物含有歯科材料から歯質に取り込まれたフッ素量および、歯質とフッ素の結合状態を検討したところ、取り込まれたフッ素の一部が歯質と結合していることが確認された。
フッ化物含有歯科材料によるう蝕抑制効果には、歯質に結合しているフッ素と歯質に付着しているフッ素が関与していることが示唆された。
V. 謝辞
本研究は日本学術振興会科学研究費補助金基盤研究（C）（課題番号 23592878）によって行われた。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.1.6.
フッ化物含有歯科材料からのあらかじめ脱灰させたエナメル質へのフッ素分布
Fluorine Distribution from Fluoride-containing Dental Materials in Pre-demineralized Enamel
奥山克史*1、松田康裕*1、山本洋子*2、小松久憲*1、安田啓介*3、佐野英彦*1、能町正治*4、菅谷頼仁*4、
佐藤隆博*5、江夏昌志*5
Katsushi OKUYAMA, Yasuhiro MATSUDA, Hiroko YAMAMOTO, Hisanori KOMATSU, Keisuke YASUDA,
Hidehiko SANO, Masaharu NOMACHI, Yorihito SUGAYA, Takahiro SATO and Masashi KOHKA
Abstract
Fluoride-containing dental materials were filled into cavity, which has pre-demineralized enamel, and thenfluorine distribution in enamel was analyzed and evaluated using by micro PIGE/PIXE. The result of this study
was indicated that differences of fluorine distribution were depending on fluoride-containing dental materials.
要約
フッ化物含有歯科材料をあらかじめ歯質を脱灰させた窩洞に充填し、材料周囲エナメル質へのフッ素の分布をマイクロ PIGE/PIXE 装置で分析、検討したところ、使用する材料により分布の形態が異なることが認められた。
I. 緒言
フッ化物含有歯科材料により溶出されるフッ素は歯質に浸透し、抗う蝕性を発揮することが歯科臨床では重要なことである。脱灰された歯質はスポンジ状の形態となり、その性質は存在する口腔内環境に左右される。本研
究ではあらかじめ脱灰させたエナメル質にフッ化物含有歯科材料を適用させたときのフッ素の分布を高崎量子応用研究所所有のマイクロ PIXE/PIGE 装置を用いて分析、検討した。
II. 材料と方法
ヒト抜去臼歯咬合面に窩洞を形成し、窩洞の内面を含め歯の表層を pH4.5 に調整された脱灰溶液に７２時間保存した。その後脱灰された窩洞にフッ化物含有歯科材料３種（Fuji IX Extra: EX; GC, Fiji IX: FN; GC, Fuji
VII: VII; GC）を充填した。コントロールとして、フッ化物を含まない歯科材料（AP-X; Kuraray）を使用した。試料を pH7.5 に調製した PBS Buffer に２４時間保存後、歯軸に平行に歯科材料を含むように切断し、厚さ 200 µm に調製した。マイクロ PIGE/PIXE 装置を用い、試料のフッ素およびカルシウム濃度を測定し、エナメル質部のフッ素濃度分布を算出した。
III. 結果
図にフッ化物含有歯科材料を適用した試料のフッ素分布の様子を示す。コントロール群ではフッ素を検出できなかったため、図示していない。EX は他の２材料（FN、VII）よりもエナメル質表層で多くのフッ素浸透を認めたが、窩壁でのフッ素分布は少なかった。FN 群はエ
ナメル表層のほか、窩壁エナメル質でもフッ素の分布を認めた。VII 群は窩壁でのみフッ素の存在を認めた。

図：各種フッ化物含有歯科材料充填後の歯質へのフッ素分布

IV. 考察窩洞に充填されたフッ化物含有歯科材料より徐放されるフッ素の歯質への移行には、２つの経路が考えられる。１つは材料に接する歯質へ直接取り込まれるものと、もう１つは PBS 溶液を通して取り込まれることである。２つ目の経路は材料からのフッ素が一度口腔内へ出て、歯質表層に取り込まれることが想定される。今回の結果
より、これらフッ素の取り込まれ方が、材料により異なることが考えられる。ひいては、フッ化物含有歯科材料より取り込まれるフッ素の取り込み経路の違いにより、材料によるう蝕抑制効果に違いがあることが示唆された。
V. 結論
今回の研究でフッ化物含有歯科材料でも材料によりフッ素の分布に相違のあることが認められた。
*1

北海道大学・歯学研究科、*2 大阪大学・歯学研究科、*3（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*4 大
阪大学・核物理研究センター、*5(独)日本原子力研究開発機構・高崎量子応用研究所
本研究は（公財）若狭湾エネルギー研究センターと北海道大学、大阪大学、(独)日本原子力研究開発機構等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研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.1.7.
微小領域Ｘ線回折装置の開発
Development of Micro X-ray Diffractometer西尾繁*1、江場宏美*2
Shigeru NISHIO and Hiromi EBA
Ｘ線回折は結晶質の相同定、配向分析のために最も頻繁に用いられる分析手法である。しかし、一般に空間分解能が悪いため、例えば、互いに組成/配向の異なる結晶粒を固めたような組織を持つサンプルを分析した
場合、1cm2 程度にわたる領域の平均的な情報しか得られない。
光学系に X 線レンズを用いれば、空間分解能を大幅に高められるため、サンプル表面の結晶粒を個別に分析出来るようになる。それだけでなく、Ｘ線の吸収を補正出来る範囲において、深さ方向の情報を得ることも可能になる。本事業は X 線レンズを用いた微小領域Ｘ線回折装置の開発を目指して実施している。
H25 年度は、４軸（x-y-z-2θ）ステージ制御用ソフトウェアを開発した。開発したソフトウェアのスクリーンショットを図１に示す。このソフトウェアは所定位置への移動、所定領域のラスター
スキャンを実施するものである。スキャン軸の数、スキャン軸の優先順位、ステップ幅はユーザー側で自由に設定出来る。このソフトウェアを実際に駿河精機製の自動ステージ４台に接続して意図した通りに動作することを確認した。
今後、このソフトウェアに X 線管球制御機能、シンチレーショ
ンカウンタ制御機能を組み込み、完全なかたちの微小領域Ｘ線
図 1 開発したソフトウェアのスクリーンショット
回折ソフトウェアへ発展させる。
*１（公財）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、*2 東京都市大学・工学部・エネルギー化学科
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと東京都市大学との共同研究として実施した。

2.1.3.1.8.
ダイヤモンド状炭素膜の摩耗率の変化と水素含有率の変化の影響調査
Reproducibility of Hydrogen Content of DLC Film due to Manufacturing Method
神田一隆*1、岩井善郎*2、安田啓介*3、石神龍哉*3
Kazutaka KANDA, Yoshiro IWAI, Keisuke YASUDA and Ryoya ISHIGAMI
I. 緒言
環境問題や資源問題に関連し、自動車や家電などの省エネルギー化が求められている。その改善の有効な手段として、摺動部へのダイヤモンド状炭素(DLC)膜の適用があり、一部ではすでに応用が始まっている。しかしながら、DLC 膜は製造法によって様々な物性のものが作られるため、その評価法が求められている。このような中で、本研究者らは DLC 膜の評価法として、マイクロスラリージェットエロージョン（MSE）法 1)を提案している。
この方法でこれまでに様々な種類の DLC 膜の評価を行ってきたが、同じ商品名の DLC 膜であっても摩耗率が大きく異なることがあったので、その成膜の再現性を水素含有量の面から調査した。
II. 内容DLC 膜としては 2010 年 10 月から 2013 年 8 月までの間にコーティング加工会社３社に依頼して作製された試験片 5 種類を各 2～4 個ずつ準備した。３社のうち 1 社は物理蒸着法（PVD 法）でコーティングし、他の２社はプラズマ援用化学蒸着法（PCVD 法）でコーティングしている。それらについて、ERDA 法を用いて各 DLC 膜の
水素含有率を測定した。その結果、調査した期間のバッチが異なる DLC の水素含有率の変化の幅は、PVD 法
が 35％、一方の企業の PCVD 法が 20%、他方の企業の PCVD 法が 7～15%であった。
この結果から、DLC の組成変動は PVD 法で成膜されたものの方が PCVD 法で成膜されたものより大きく、これが MSE 試験における摩耗率の大幅変動に繋がっていることがわかった。また、ERDA 法による水素含有率測定と MSE 法による摩耗率測定はともに非常に安定しており、両者とも有効な DLC 評価手法であることが分かった。
参考文献 1) Y.Iwai et al.: Wear, 251,861 (2001)*１

福井工業大学、*2 福井大学、*3（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センター、福井工業大学、福井大学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研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.1.9.
茶葉中のアルミニウム及びフッ素分布測定
Elemental Distribution of Aluminum and Fluorine in Tea Leaves
春山洋一*1、斉藤学*1、藤原嗣久*1、吉田泰輔*1、安田啓介*2
Yoichi HARUYAMA, Manabu SAITO, Tsuguhisa FUJIWARA, Taisuke YOSHIDA and Keisuke YASUDA

I. 緒言
植物毒であるアルミニウムの高度蓄積植物であるチャのアルミニウム蓄積・耐性・解毒機構については細胞内部位・濃度や分布の動態など現象論的な側面においても十分理解されていない。我々はマイクロビーム PIXE
法を用いて、茶葉中のアルミニウム濃度や分布の変化について測定し、成長に伴う濃度増加が単調でないこと、成熟に伴いおもて表皮にアルミニウムが局在することなどを明らかにしてきた 1,2）。今年度は、表皮細胞内の元素分布についてより詳細に調べた。
II. 内容成熟した茶葉を試料として、マイクロ PIXE でアルミニウムからカルシウムまでの細胞内分布を調べた。また、新たな取り組みとしてマイクロ PIGE を用いて細胞内のフッ素分布を調べた。従来、細胞内のアルミニウムは細胞壁に固定されているという観測結果が報告されていた。しかし，我々の測定結果は、成熟した茶葉ではアルミニウ
ムは細胞質側に多く分布し、大きな塊として存在していることを示唆している。また、以前の測定でアルミニウムとの共存の可能性を指摘したシリコンもアルミニウムと分布が良く似ていることが分かった。今回 PIGE 法により新たに測定したフッ素については、アルミニウムと同様に表皮細胞に局在すること、細胞質側に多く分布することが強く示唆され、アルミニウム耐性や解毒機構にシリコンのみならずフッ素も関与している可能性が示された。
参考文献
1) K. Takahashi et al.: IJPIXE, 22, 225(2012)２）S.Uomori et al.: IJPIXE, 23,13 (2013)*1京都府立大学、*２（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと京都府立大学との共同研究として実施した。

2.1.3.1.10.
イオン注入に立脚する表面ナノ加工法の開発
Nano Fabrication Caused by High Dose Ion Implantation
岩田博之*1、石神龍哉*2、安田啓介*2、高木誠*３、徳田豊*1
Hiroyuki IWATA, Ryoya ISHIGAMI，Keisuke YASUDA，Makoto TAKAGI and Yutaka TOKUDA

I. 緒言
高ドーズの軽元素イオン注入と試料内部の局所加熱を組み合わせることにより、高精度、ドライ、デブリフリー、
省資源、清浄などの特徴を持つ表面ナノ加工手法を開発している。
II. 内容高ドーズイオン注入を要素技術とする、表面に並行に高精度かつ結晶品質の高い薄膜剥離技術は既に知られている。この技術に局所加熱に起因する表面に垂直な加工を組み合わせることにより、高精度でデブリの発生がない 3 次元表面加工法とそのメカニズム解明を行った。
試料の調製条件により、内部応力ならびに転位の存在が剥離の発生頻度および形状に影響を与え、切断、
溝加工、局所剥離の促進および抑制が発現した。表面加工へ応用することにより、周期的襞構造の形成と堤状隆起の使い分けが可能となった。現状、高さ数十ｎｍ、周期数ミクロンの加工に優位性が得られている。断面の結晶構造解析から発現メカニズムの解明を並行して進めている。
*１
愛知工業大学・工学部・電気学科、*2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*3 愛知工業大学・工学
部・機械学科
本研究は、（公財）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。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.1.11.
TOF-ERDA 法による定量性の検討
Study of Quantitative by TOF-ERDA Method
日比章五*1、安田啓介*2
Shogo HIBI and Keisuke YASUDA

飛行時間型弾性反跳粒子検出法（TOF-ERDA）法は原理的には全元素の検出が可能で、特に軽元素分析の有力な手法である。これまで測定システム等の最適化を進めてきたが、平成 25 年度は定量性について検討を開始した。組成既知である化合物を TOF-ERDA 法で分析し、スペクトルシミュレーションと比較した。実験条件
は以下のようであった。プローブビーム：2MeV He、反跳
角：40°、 測定試料：ポリイミド（C22H10O5N2）膜、水素注
入シリコン（注入量：1×1015cm-2）等。図１はポリイミドの炭素スペクトルの例である。上記組成を用いて計算を行い、実験値と比較すると、表面から 160nm あたりまでは実験を再現していた。これより深部は検出効率が著しく低下していたために計算と実験で大きな乖離が見られたと考えられる。今後は組成既知の材料の TOF-ERDA 測定によりH、Li 等の軽元素の検出効率を評価し、TOF-ERDA の定 図 1 TOF-ERDA の炭素スペクトル例（ポリイミド）
量評価技術の確立を図る。
*１

株式会社豊田中央研究所、*2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、株式会社豊田中央研究所と（公財）若狭湾エネルギー研究センター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研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.2. 材料照射損傷評価技術開発
2.1.3.2.1.
加速器を用いた原子炉構造材評価（原子炉構造材料劣化評価）
Estimation of Nuclear Reactor Structure Material by Using Accelerators (Degradation Estimation of Nuclear
Reactor Structure Material)*1
石神龍哉 、安永和史*1、アナンダ クマー ダス*2、福元謙一*3
Ryoya ISHIGAMI, Kazufumi YASUNAGA, Ananda Kumar DAS and Ken-ichi FUKUMOTO
Abstract
Surfaces of stainless steel were irradiated with proton beams with five kind of energies, incident angles, andfluences in order to develop a method to form a homogeneously damaged layer. The TRIM code was used todetermine the irradiation condition. A sample was irradiated so that the damage density in the layer was 1 dpa.
TEM observation showed that a homogenously damaged layer was formed from the sample surface to a depth of
1 μm. It was found that hardness of a homogeneously damaged layer can be measured more accurately thanthat of an inhomogeneously damaged layer.
要約
イオンビーム照射により均一に損傷を受けた領域を形成する手法を開発するため、エネルギー、入射方向、照射量を変えてステンレス鋼表面にプロトンビームを５段照射した。照射条件は TRIM コードを用いたシミュレー
ションで決められた。損傷密度が 1 dpa になるように照射された試料を透過型電子顕微鏡で観察した結果、表面から深さ 1 μm 付近まで、均一な損傷領域が形成されていることが分かった。また、均一な損傷領域が形成されている試料では、押し込み硬さ試験において硬さがより正確に測定できることが分かった。
I. 緒言
原子炉内ではステンレス鋼製の構造物が多く使われており、核分裂により発生した中性子にさらされるステンレス鋼も存在する。中性子照射によってステンレス鋼内部には、化学組成の空間的分布が変化する微細化学変化と、転位、ボイドといった結晶欠陥が蓄積する微細構造変化が生じ、応力腐食割れが促進される。この現象が照射誘起応力腐食割れであり、軽水炉の高経年化において考慮しなければならない最も重要な材料劣化現象の一つである。
照射誘起応力腐食割れには、微細構造変化によって生じた転位チャンネルと呼ばれる、転位運動が極端に集中した領域で発生する現象が関係していると推測されている。すべりによる粗大な転位が粒界に蓄積し、粒界剥離が発生すると考えられている。このような現象を解明するには様々な条件で中性子を照射する実験が必要であるが、中性子照射施設での実験には手続き、準備、費用の面で負担が大きく、また試料が放射化するため専門の知識と設備が必要となる。そのため中性子照射をイオンビーム照射で模擬する手法の開発が必要とされている。しかし、照射損傷実験で利用されるイオンビームは中性子より飛程が短く、特定の深さに幅の狭い損傷領域が形成される。転位チャンネルが試料表面から内部に向かって存在する場合、損傷領域とすべり面は、その幅の狭い領域でしか交わらない。転位ループなどの格子欠陥と転位チャンネルとの相互作用を観察するには、損傷領域をより厚く形成する必要がある。
本研究では、イオンビーム照射で均一な損傷を受けた領域を形成する手法の開発を行っている。24 年度は入射エネルギーと入射方向を変えてヘリウムイオンを 3 回照射することにより、表面から深さ 500 nm 付近まで均
一な損傷領域を形成することができた。25 年度はプロトンの複数回照射により深さ 1 μm 程度までの均一な損傷領域を形成する実験を行った。また、損傷が均一になることによる押し込み硬さ測定への影響も調べた。
II. 内容1. TRIM コードによるシミュレーションとプロトン照射
プロトンビームは同じエネルギーのヘリウムイオンビームと比較して、飛程が長く、より深い部分まで損傷領域を形成できる、試料内部から拡散、放出されバブルを作らないという長所がある。ここでは、若狭湾エネルギー研
究センターに設置されている 200 kV マイクロ波イオン源で安定して発生できるエネルギーの範囲で、エネルギ
ーと入射方向を変化させて SUS316 中で生じる弾き出し原子の分布を TRIM コードによりシミュレーションした。
図 1 に、照射条件を変えてプロトンを 5 回照射し、均一な損傷密度の領域を形成するシミュレーションを行った*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*2 バングラデシュ原子力委員会・シャバール原子力研究所・
原子力科学技術研究所、*3 福井大学・附属国際原子力工学研究所
本研究は、（公財）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。

36

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
結果を示す。図 1 から、入射エネルギーと入射角がそれぞれ 190 keV 0º、190 keV 40º、140 keV 50º、140 keV
70º、60 keV 70º、の照射を、照射量の比で 1 : 0.9 : 0.5 : 0.4 : 0.3 としたとき、深さ 800 nm まで均一な損傷密度となることが分かる。図 2 に、機械研磨、溶体化熱処理、電解研磨した SUS316 に、室温においてこの条件で 1
dpa まで照射を行った後に得られた透過型電子顕微鏡（TEM）写真を示す。図 2 から、深さ 0.3 μm 付近にやや白い領域が存在するが、表面から深さ 1 μm 付近までほぼ均一に損傷領域が形成されていることが分かる。
2. 押し込み硬さ試験への影響
SUS316 試料に対して深さ約 1 μm 付近まで 0.01、0.1、0.3、0.5、1.0 dpa の均一な損傷を与えた試料と、190
keV のプロトンを試料表面に対して垂直方向（入射角 0º)から照射して深さ 800 nm での損傷量が 1、1.5、3 dpa（深さ 100 nm でそれぞれ 0.12、0.18、0.37 dpa）になるまで照射した試料の押し込み硬さ試験を行った。圧子の最大押し込み深さは、80、150、250 nm とした。
図 3 に、それぞれの最大押し込み深さに対する、押し込み深さを測定した結果を示す。圧子の先端が理想的な三角錐ではないことにより、最大押し込み深さが減少すると測定で得られる硬さが増加することが知られている。図 3 から、最大押し込み深さが減少すると硬さが大きくなっていることが分かる。図 4 には、最大押し込み深さを 80 nm から 150 nm に変えたときの硬さの減少率を、190 keV 0º で照射した試料に対する値も合わせて示した。ここで、190 keV で 1 回照射した試料の損傷量は、深さ 100 nm での損傷量とした。図 4 から、1 回照射の場
合には 0 dpa から 0.37 dpa まで直線的に 0 に近づいてゆくことが分かる。これは、圧子の先端が理想的な三角錐の形状ではないことによる減少量と、照射により生じた深さ 800 nm 付近の損傷層による硬さの増加量が打ち消し合っていると推測される。一方、5 回照射の場合には、得られた値は 0.07 から 0.16 までばらついているが、全体的に見て大きな変化は無い。これは均一な損傷領域が形成された効果であり、損傷量に対する硬さが正しく測定できていることを意味していると考えられる。
0.007①x0.4+②x1+③x0.9+④x0.5+⑤x0.3①140 keVH-70°②190 keVH-0°③190 keVH-40°④140 keVH-50°⑤60 keVH-70°

Number /(Å- atom)

0.006
0.005
0.004

プロトン入射方向

SUS316

0.003
0.002

損傷層 1μm

0.001
0
0

200

400

600

800

2μm

1000

Depth (nm)測定で得られた硬さ (N/mm2)6000

図 2 エネルギー、入射方向、照射量を変えて損傷
密度が 1 dpa になるようにプロトンビームを照射した
SUS316 の断面 TEM 写真

深さ800 nmまでの損傷量5000

0 dpa
0.01 dpa
0.1 dpa
0.3 dpa
0.5 dpa
1.0 dpa

4000
3000
2000

SUS316押し込み硬さ試験
H+ 5段注入

1000
0
0

50

100
150
200
250
圧子の押し込み深さ (nm)

0.18
照射なし
プロトン1回照射
プロトン5回照射0.16測定で得られた硬さの減少率

図１ エネルギーと入射角を変えて SUS316 にプロトンを照射したときの弾き出し原子の深さ方向分布と、5 つの分布を重ね合わせた分布

0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
0.0

300

図 3 深さ 800 nm まで均一な損傷を与えた SUS316 の押し込み硬さの最大押し込み深さ依存性
37

0.2

0.4
0.6
0.8
1.0
深さ100 nmでの損傷量(dpa)1.2

図 4 最大押し込み深さを 80 nm から 150 nm に変更
したときの、測定で得られた硬さの減少率

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
2.1.3.2.2.
人工衛星搭載用半導体ガンマ線検出器の放射線損傷
Radiation Damages of Gamma-Ray Detectors aboard Space Satellites
米徳大輔*1、若島雄大*1、米持元*1、高田俊介*1、瀬田大樹*1、羽鳥聡*2、久米恭*3、高田卓志*3,#、長谷川崇*3,4
Daisuke YONETOKU, Yudai WAKASHIMA, Hajime YONEMOTI, Shunsuke TAKATA, Hiroki SEtA,
Satoshi HATORI, Kyo KUME, Takushi TAKATA, and Takashi HASEGAWA
Abstract
We report some experimental results about radiation damage of semi-conductor devices and activation ofheavy metal elements used in space satellites. We investigated the radiation damage of a Multi Pixel Photon
Counter (MPPC by Hamamatsu Photonics), and found significant reduction of sensitivity for 1 photon readout
while it is possible to readout the scintillation photons from scintillators. We also investigated the activationlevel of tungsten and CdTe devices, and concluded our observation will not be disturbed by the backgroundphotons from activated materials.
要約
平成２５年度に実施した実験により、人工衛星搭載を目指した半導体検出器の放射線損傷の評価と、検出器に使用する重元素の放射化試験について報告する。MPPC と呼ばれる放射線検出器は、シンチレータからの発
光は十分に読み出せるものの、１光子検出に対する感度が著しく減少することを見出した。また、タングステンおよびテルル化カドミウム半導体検出器の放射化レベルを確認したところ、宇宙空間での観測には大きな影響を与えないことを確認した。
I. 緒言
我々は将来の人工衛星搭載を目指した観測装置の開発を行なっている 1), 2)。１つはガンマ線偏光観測装置
で、コンプトン散乱の散乱異方性を測定できるシステムである。MPPC と呼ばれる半導体検出器を利用し、プラス
チックシンチレータおよび CsI シンチレータの発光を読み出すシステムを構成している。この MPPC は宇宙空間で利用された実績が無いため、あらかじめ陽子線照射実験を行い、放射線耐性を調べておく必要がある。また、もう１つの検出器として、テルル化カドミウム(CdTe)半導体検出器とタングステン符号化マスクを利用した広視野
ガンマ線バースト撮像検出器を開発している。CdTe およびタングステンは、いずれも重元素で構成されるため、あらかじめ放射化レベルを評価し、観測に影響が無いことを確認しておく必要がある。そこで、本実験では、宇宙線を模擬した 200 MeV 陽子線および 220MeV アルファ粒子線を利用し、上記の評価を実施した。
II. 方法
人工衛星の軌道を高度 500km, 軌道傾斜角 30 度とした場合、通常観測時に平均的に晒される宇宙線フラッ
クスは約 108 proton/cm2/s/yr である。また、南大西洋異常帯(SAA)と呼ばれるヴァン・アレン帯の一部を通過す
ることを考慮すると、その 30 倍程度の粒子線に晒されることになる。宇宙線の主な構成要素は陽子であり、次いでヘリウムが 107 helium/cm2/s/yr となっている。平均的な粒子エネルギーとしては数 100 MeV 程度であるため、200 MeV 陽子線および 220 MeV アルファ粒子線の照射を実施した。
一様な照射を行なうために、スポットサイズを直径 5 cm と広く設定
し、MPPC 素子、CdTe 半導体検出器およびタングステン素材に照射した。図１に MPPC へ照射した際のセットアップを示す。右上の 2×2 の領域に一様に照射されている。
以上のような状況で、衛星軌道上における 100 年分までの照射を断続的に行い、MPPC と CdTe については照射量ごとの性能劣化を測定した。また、CdTe とタングステン素材については 100 年分以上を短時間で照射し、ゲルマニウム検出器を用いて、放射化した同位体からの核ガンマ線を測定した。これら同位体の半減期を見積り、軌道上で予想される放射平衡状態でのバックグラウンドレベ
図１．セットアップの概略図
ルを勘定した。
*1

金沢大学・理工研究域・数物科学系、*2(公財)若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・加速器室、*3 同・粒子線医療研究グループ、#現
京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門、*4（同）ハセテック

38

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
Ⅲ．結果
図２に MPPC の特徴である１光子弁別に関する性能劣化を示す。この実験では極少量の可視光光子をパルス状に照射できる装置を用いて測定を行なった。図２のギザギサした山状のスペクトルが、左から順に１光子、２光子などの状態を示し、入射した光子数を分離して検出できていることを示している。照射量が１年未満の場合はあまり性能劣化が見られないが、１年を越えると４光子以上の弁別が事実上不可能となっている。したがって、MPPC の機能（各ピクセルにおける増幅率の一様性）は劣化していると言える 3)。
しかし、我々が開発しているガンマ線偏光検出器では、シンチレータが発光した多量の光子を読み出すため、光電子増倍管の代用品としての性能には大きな劣化は見られないと判断している。
今後もこの放射線損傷について注意深く測定し、理解を深める予
定である。

2000

照射量
0
0 年分
1y
3y
1 年分
10 y
3 年分
30 y
10100
年分
y
30 年分
100 年分0

1000

Counts3000

4000

図２．MPPC の１光子スペクトルの劣

20

40

60

Energy (keV)

図３．(左) ゲルマニウム検出器で測定した放射化 CdTe からのガンマ線スペクトル。エネルギーおよび半減期の測定から、主な同位体は識別できている。(右) 放射化 CdTe 検出器で測定した 241Am のスペクト
ル。読み出しのエネルギー閾値はほとんど変化しないが、30 年分の照射あたりからゲインの減衰が見られた。
図３（左）には、軌道上 100 年分以上の照射を行ない、放射化した CdTe をゲルマニウム検出器で測定したス
ペクトルを示す。各色は照射後からの経過時間を示しており、放射化レベルが減衰していることがわかる 4)。ライン核ガンマ線に対応する同位体を同定し、それぞれの半減期を測定した。本測定における幾何学的配置を考慮し、各同位体の絶対生成量を知ることで反応断面積を計算した上で、放射平衡時のバックグラウンドフラック
スを勘定した。その結果、CdTe 素子からのバックグラウンドガンマ線は、10-4 counts/cm2/s 程度のフラックスであり、宇宙からの背景 X 線放射や銀河面からの広がった X 線放射等のバックグラウンドフラックスと比較して十分に無視できることを確認した 4)。同様にタングステンについても検討したが、こちらも観測に支障の無い程度の放射化レベルであることを確認することができた。
図３（右）には、放射化した CdTe そのもので測定した 241Am のスペクトルを示している。照射量が 30 年分と100 年分のスペクトルでは、ゲインが減少していることがわかる。これは格子欠陥の増加に伴い、電子-正孔対の収集効率が減少しているためと考えられる 4)。しかし、変化量は大きくはないため、軌道上での較正試験を実施すれば補正できるレベルであると考えている。また、低エネルギーの閾値はほとんど変化していないため、観測性能の劣化も小さいと判断している。
Ⅳ.まとめ
本実験により、宇宙空間における半導体検出器の放射線損傷と放射化の影響について調査した。引き続き、実験を行うことで理解を深める必要があるが、現時点では観測性能に大きな影響は与えないと判断している。
次年度は、読み出し集積回路についても詳細な検討を行い、衛星搭載フライトモデルの開発を進めたい。
参考文献
１） D. Yonetoku et al., SPIE, 9144-99 (2014)２） D. Yonetoku et al., UNISEC Space Takumi Journal, Vol.5, No.2, 19-27 (2014)３） 米持元 修士論文 (2014)４） 若島雄大 修士論文 (2014)39若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.2.3.
C 型小惑星含有鉱物における太陽風プロトンの影響
Influence of the Solar Wind Proton in Minerals Contained C-Type Asteroids
仲内悠祐*1、安部正真*2、土`山明*3、北里宏平*4、安田啓介*5
Yusuke NAKAUCHI, Masanao ABE, Akira TSUCHIYAMA, Kohei KITAZATO and Keisuke YASUDA
Abstract
We simulated the solar wind irradiation on the minerals that might be contained in C-type asteroids. The Ctype asteroid is the target of HAYABUSA-2 project. The 3 m region of reflectance spectra of minerals
contained in C-type asteroid was altered by proton implantation.
要旨
はやぶさ２プロジェクトのターゲットである C 型小惑星含有鉱物への太陽風照射を模擬した実験を行った。照射によって反射スペクトルの 3m 領域に変化が見られた。
I. 緒言
現在の太陽系がどのようにして形成されたのかについては未だ解決されていない謎が多い。その中でも、水素化合物が固体として存在できない snow line 内側での水の形成過程について多くの事がわかっていない。近年、水星探査機 Messenger や月探査機 Chandrayaan により、本来水は存在しないと考えられていた水星や月に、水の存在を示唆する観測結果が報告された 1-4)。観測された水は、太陽風プロトンと天体表面の鉱物中の酸素が反応し形成されたと考えられている。しかし、太陽風に依る水形成についての実験的研究は少なく（図１）5,6)、
鉱物中での生成率や存在状態について詳しい事はわかっていない。実験室における再現実験を行う事により、太陽風による水形成について詳しい知見が得られ、原始太陽系星雲等の我々が観測し得ない太陽系において水が普遍的存在か否かの重要な知見が得られると期待している。
平成 26 年末に打ち上げ予定である小惑星探査機はやぶさ２では、小惑星上での物質進化過程等の多くの謎が解明される事が期待される。
はやぶさ２において最も重要な目的は、熱変成や水質変成の影響が少ない始原的特徴を残す物質を採取し地球に持ち帰る事である。サンプ
ル採取地点の決定は、探査機に搭載された近赤外分光計(NIRS3)で取Apollo サ
得した太陽光反射スペクトルにより表面物質が推定に基づき行われる。 図１ 吸着水を飛ばした+
ンプルにHを照射し、照射前後
2
しかし、物質の光学特性等を変化させる宇宙風化作用の影響を観測デの反射率の比をとったところ OH
ータから取り除く事が出来なければ、真に始原的な物質を探し出す事が基や H2O の存在を示す波長(3m
出来ない。故に、実験室で宇宙風化を再現し、物質状態の変化と光学付近)の吸収が増加した 5)。
特性の変化をよく理解する必要がある。
本研究では、小惑星に存在すると考えられる鉱物に対し太陽風を模擬した水素イオンビームを照射し、反射
スペクトルや結晶構造の変化を実験的に解明する事を目的とした。
II. 実験手法
本実験は、若狭湾エネルギー研究センターのマイクロ波イオン源イオン注入装置を用いて、C 型小惑星に存在すると考えられる鉱物に太陽風を模擬した H2+イオンビームを照射し、反射スペクトル形状の変化を調べた。イ
オンビームは太陽風プロトンを想定し、10keV の H2+ビームを鉱物サンプルに照射した。照射は 1×10-5Pa 以下の環境で行い、全照射量は水素原子数で 1018ion/cm2 であった。
鉱物サンプルは、含水鉱物の Antigorite と Saponite に加え、無水鉱物の Olivine を用いた。サンプル間の重要な違いは、Antigorite は結晶中にヒドロキシル基として水を持ち、Saponite はヒドロキシル基と層間水として水を持つ。本実験では、サンプルをペレット状にし、ビーム照射領域と未照射領域を意図的に作成した(図２)。この２領域の反射スペクトルを取得し、未照射領域に対する照射領域の比（alteration ratio : Ri/R0）をとる事で、吸着水の影響を無視出来る解析を行った。測定は同センターの FTIR 分光計(Perkin Elmer Spectrum 2000)の拡散*1
総合研究大学院大学、*2（独）宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所、*3 京都大学、*4 会津大学、*5（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと（独）宇宙航空研究開発機構との共同研究として実施した。

40

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

反射アタッチメントを用いて行った。
III. 結果
測定結果を図３に示す。赤外領域 (2.5 - 4.0m) では、本来 Olivine は目立った吸収を持たない。しかし、未照射領域と照射領域の相対比を比較すると、3m 帯における吸収強度が照射領域では未照射領域に比べ吸収強度が増加している事がわかった(図 3a)。この吸収強度の増加は H2+ビーム照射により OH 基や H2O が新たに生成されている事を示している。
Antigorite と Saponite でも、Olivine と同様に照射領域に吸収強度の増加が見られる。Antigorite と Saponite では特定の波長においてスパイク状の変化も見られる。これらの波長は、OH 基の伸縮振動(2.72m)や-OH…HOH 間の水素結合(2.77m)やOH…HOSi 間の水素結合(2.85m)に由来する変化であると考えられる。

1cm
図２ Olivine のサンプ
ルペレットと FTIR 測
定点。R0 と R1 は未照
射領域、R2 と R3 は照射領域である。

IV. 考察本実験結果から以下の示唆を得た。
・ C 型小惑星含有鉱物と太陽風プロトンの相互作用により、OH 基や H2O が新たに生成する。
・ OH 基や H2O の存在状態により、スペクトルの変化が大きく異なる。
(ア) 鉱物ごとに大きく変化する波長が異なる。
(イ) ケイ酸塩鉱物では水素イオンと反応するのは Si-O の結合である。
上記の事から、太陽系形成初期から多く存在したと考えられているケイ酸塩鉱物では、太陽風と反応する事で普遍的に水が生成されていた事が考えられ、太陽風プロトンと鉱物の相互作用は小惑星表面鉱物の推定において無視できない事がわかった。

1.15
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8

2

2.5

3
wavelength(m)

3.5

4Alteration Ratio of Saponite

Alteration Ratio of Antigorite
1.4

alteration ratio (normalized by contnuum)

Unalterated Region No.1
Alterated Region No.2
Alterated Region No.3

1.2

alteration ratio (normalized by contnuum)alteration ratio (normalized by continuum)

Alteration Ratio of Olivine
1.25

Unalterated Region No.1
Alterated Region No.2
1.3
Alterated Region No.3
1.2
1.1
1

↑

0.9
0.8

↑
↑
2

2.5

3

3.5

wavelength(m)4Unalterated Region No.1
Alterated Region No.2
Alterated Region No.3

1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7

↑
2

2.5

3

3.5

4

wavelength(m)

図 3 a:Olivine の R0 に対する他３点の比。3m 付近におけるなだらかな吸収の変化は H2O が新たに生成された事を示している。 b:Antigorite の R0 に対する他３点の比。照射領域(Altered Region)でスパイク状の変化が見られる。これらの波長は OH 基や H2O の存在状態に依存している。 c : Saponite の R0 に対する他３点の比。変化量の違いはサンプルが絶縁体であるため生じたビームの不均一と考えられる。

参考文献
１） C.M.Pieters et al.: Science, 326, 568 (2009)２） J.M.Sunshine et al.: Science, 326, 565 (2009)３） R.N.Clark et al.: Science, 326, 562 (2009)４） T.B.McCord et al.: JGR, 116, E00G05 (2011)５） A.S.Ichimura et al.: EPSL, 90 – 94, 345 (2012)６） G.G.Managadze et al.: Icarus, 215, 449 (2011)41

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.2.4.
宇宙線照射を模擬した鉱物へのイオン照射実験生成物の評価
Ion Irradiation Experiments into Minerals as an Analogue of Cosmic Ray Irradiation
土`山明*1、瀧川晶*1、松本徹*1、松野淳也*1、安田啓介*2、中田吉則*2、藤昇一*3、福永啓一*4
Akira TSUCHIYAMA, Aki TAKIGAWA, Toru MATSUMOTO, Junya MATSUNO, Keisuke YASUDA, Yoshinori
NAKATA, Shoichi TOH and Keiichi FUKUNAGA
Abstract
Run products of He and H ion irradiation experiments for simulating solar wind and cosmic ray irradiation onto
minerals were examined using TEM/STEM. Surface rim structures on olivine particles were similar to those on
Itokawa particles collected by the Hayabusa spacecraft.  (or ’)-alumina formed on -alumina is consistent
with pre-solar alumina grain structures.
要約
太陽風や宇宙線の照射を模擬した He, H イオン照射実験生成物の TEM/STEM による詳細観察をおこなった。はやぶさサンプル粒子に見出された表面層とほぼ同じものがカンラン石表面に見られた。α-アルミナ表面
はγ（θ’）-アルミナ化し、星間粒子と考えられるプレソーラーアルミナ粒子の表面構造を説明できる。
I. 緒言
小惑星や月のような大気のない天体表面では、太陽風照射により宇宙風化がおこることがはやぶさ計画やアポロ計画で採取された小惑星イトカワや月サンプルの分析で知られている 1,2)。一方、星間空間においても超新星爆発により加速されたイオン粒子が星間塵粒子に照射され、鉱物の非晶質化などがおこる。我々の研究グル
ープは、このような宇宙風化作用を理解することを目的として、宇宙でのイオン粒子の照射を模擬した実験をおこなっている。平成 25 年度は実験生成物の TEM によるキャラクタリゼーションに主眼を置いて研究をおこなった。
II. 方法
小惑星を模擬した実験ではカンラン石（(Mg,Fe)2SiO4）を、星間空間を模擬した実験ではアルミナ（α-Al2O3）を照射ターゲットの鉱物試料として用いた。照射実験は若狭湾エネルギーセンターのイオン注入装置を用いて、
4
He+,H2+,H+を 10-50 keV のエネルギーで 1016-1018 ions/cm2 照射した。京大において FE-SEM により照射前後のサンプル表面の微細構造変化を観察した後、FIB により超薄片を作成し、京大およびファインセラミックセンタ
ーにおいて TEM/STEM によるサンプル表面付近の断面観察・分析をおこなった。
III. 結果および考察
カンラン石表面はイオンの打ち込みにより非晶質化され（深さ：100 nm 程度）、照射量が多い場合には照射イオンが集積して水ぶくれ構造（ブリスター）が生成された。本年度の研究により、非晶質層には金属鉄と考えられ
る数 nm の粒子が観察されるとともに、Mg/Si 比や Fe/Si 比が減少しており、Mg や Fe は Si に比べて失われやすいことがわかった。このようにイトカワ粒子表面で観察された表面構造 2)をほぼ再現できた。とくに鉄ナノ粒子
は天体の観測によって得られる反射スペクトルの変化の主な原因と考えられているが、FIB で用いた Pt がナノ粒子として存在している可能性を完全に否定できないため、今後 Pt を使用しない TEM 試料作製が必要である。
アルミナの表面層にもブリスター構造が観察された。非晶質化は認められなかったが、α- Al2O3 以外の反射が出現し、γ- Al2O3 あるいは類似の構造をもつθ’- Al2O3 となっている。EELS の結果からは，Al2O3 からのプラ
ズモンピークの低エネルギー側に、He の K エッジ（21.2 eV）に対応していると考えられる肩が出現した。また、O,
Al の EELS スペクルのピークが基盤からわずかに低エネルギー側にシフトしており、α- Al2O3 からの構造変化を支持している。このようなγ（θ’）-アルミナ化は、始原隕石中に微量含まれている星間粒子と考えられるプレソーラーアルミナ粒子の表面構造を説明できる。
IV. 参考文献
1) C. R. Chapman: Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 32, 539 (2004)
2) T. Noguchi et al.: Meteoritics & Planetary Science, 49, 188 (201４)*１
京都大学・理学研究科・地球惑星科学専攻、*2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*3 福岡大学・理学部、*4（一財）ファインセラミックスセンター
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと京都大学の共同研究として実施した。

42

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.2.5.
照射された Ni ナノ結晶の粒界近傍での水素捕捉サイト
Hydrogen Trap Sites at Grain Boundaries in Radiation-Irradiated Nanocrystalline Ni
土田秀次*1、堤弘法*2、水野翔平*2、安田啓介*3
Hidetsugu TSUCHIDA, Hironori TSUTSUMI, Syohei MIZUNO and Keisuke YASUDA
照射損傷は、材料の特性を変化させるため、放射線環境下で用いられる材料において、損傷が出来る限り低減できるものを開発することが重要である。ナノ結晶材料は、結晶粒界が多く存在するため、照射損傷耐性を示すことが知られている。一方で、中性子照射場の核反応生成物として生じる水素やヘリウムなどの不純物気体が、粒界面等の欠陥に蓄積することによって、その耐性に影響をもたらすと予想される。本研究では、ナノ結晶の粒界近傍の照射損傷過程を調べるため、中性子照射した試料に水素を吸蔵し、粒界近傍での照射欠陥と水素との相互作用を陽電子寿命測定法により調べた。
用いた試料は平均粒径 30nm の Ni ナノ結晶で、これに中性子を 1.8×10-3 dpa まで照射した。その後、照射した試料に液体窒素温度で水素を吸蔵させた。粒界面等の欠陥にトラップした水素量を調べるため、陽電子寿命測定を行い、液体窒素温度から室温まで温度領域における陽電子寿命値のアニール挙動を調べた。ナノ結晶の界面は２種類存在し、それぞれの水素捕捉サイトを調べた結果、複数個の結晶粒界が隣接する界面において、水素の捕捉サイトが存在することが分かった。これは、照射によってこの界面にできた欠陥に水素が捕捉されたと考えられる。一方、粒界が互いに接する界面では、照射損傷は生じ難く、更に、水素との相互作用が弱いことが分かった。このように、水素捕捉サイトは界面状態に依存することが明らかとなった。
*１

京都大学・工学研究科・附属量子理工学教育研究センター、*2 京都大学・工学研究科・原子核工学専攻、*3（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は（公財）若狭湾エネルギー研究センターと京都大学の共同研究として実施した。

2.1.3.2.6.

酸化亜鉛系電子デバイスの耐放射線特性に関する研究
Radiation Hardness of ZnO-related Semiconductor Devices
矢野満明*1、小池一歩*1、佐々誠彦*1、權田俊一*2、石神龍哉*3、久米恭*4
Mitsuaki YANO, Kazuto KOIKE, Shigehiko SASA, Shun-ichi GONDA, Ryoya ISHIGAMI and Kyo KUME
I. 緒言
当研究グループは、酸化亜鉛（ZnO）系半導体とそれを用いたヘテロ接合電界効果トランジスタ（HFET）について、8MeV ならびに 200MeV に加速したプロトンビームを照射して放射線耐性を調べてきた。昨年度までに、
当該半導体が高い放射線耐性を有することや、窒化ガリウム（GaN）と比較して熱処理による損傷回復が早いことを明らかにした。本年度は、２次元半導体材料として注目されている三酸化モリブデン（MoO3）について、放射線耐性を ZnO と直接比較して調べた。なお、MoO３の放射線耐性に関する報告はほとんどない。
II. 内容我々の今までの研究から、ZnO＞GaN＞燐化ガリウム（GaP）＞砒化ガリウム（GaAs）の順で放射線耐性が高い
ことが分かっている 1～3)。今年度は、我々が分子線エピタキシ法で作製した MoO3 薄膜に対象を拡張し、8MeVに加速したプロトンビームを照射して放射線耐性を調べた。ZnO 薄膜の劣化が始まる 1015p/cm2 まで照射してもMoO3 薄膜には構造および光学特性の変化が見られなかった。このことは、高い放射線耐性を誇る ZnO と比較
しても、MoO3 はさらに高い放射線耐性を有することを示している。得られた知見は、2014 年 7 月に阪大工学部
で開催の材料学会半導体エレクトロニクス研究会で発表した。
参考文献 1）K.Koike et al.: Phys.Stat.Sol., C,9-7, 1577 (2012)
2）K.Koike et al.: MRS Symp.Proc., 1432, DOI:10.1557/opl.784 (2012)3）矢野満明 他、機能材料:32, 12，4（2012）*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 大阪大学・産業科学研究所、*3（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*4 同・粒子線医療研究グループ
本研究は、大阪工業大学が（公財）若狭湾エネルギー研究センター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研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.3. 加速器運転技術の高度化
2.1.3.3.1.
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*1、栗田哲郎*1、*1*1*1
林豊 、山田裕章 、小田桐哲也 、廣戸慎*1、山口文良*1、淀瀬雅夫*1、長崎真也*1、山田和彦*1、清水雅也*1
Satoshi HATORI, Tetsuro KURITA,
Yutaka HAYASHI, Hiroaki YAMADA, Tetsuya ODAGIRI, Makoto HIROTO, Fumiyoshi YAMAGUCHI,
Masao YODOSE, Shin’ya NAGASAKI, Kazuhiko YAMADA and Masaya SHIMIZU
Abstract
In 2012, we restarted the utilization of the accelerator system. We had to operate the tandem accelerator
putting the limit of the acceleration high tension at 4 MV. During the operation of the tandem accelerator in
2013, humidity in the insulation gas SF6 is controlled for the steady generation of the maximum high tension of
5 MV. The feature of reduction of the moisture contents in the SF6 gas was added to the recirculation systemof the SF6 gas in order to recover the insulation performance without the use of the transfer system of theinsulation gas. The tandem accelerator was operated for 195 days for the 156 experimental days. The operation
time amounted to 4248 hours.
要約2012 年度に加速器利用を再開したが、タンデム加速器は加速高電圧は最高性能で運転することはできなかった。絶縁ガス SF6 の含有水分量を抑えることにより、恒常的に 5 MV の最高電圧での運転が可能となった。絶
縁ガス循環ラインに水分除去ラインを増設し、自動運転化された充排気装置の吸着塔を使わずに、マシンタイ
ム期間中でも絶縁性能の回復を行うことが可能となった。マシンタイムは 156 日が予定され、タンデム加速器の運転は 195 日に亘り、高圧発生は 4248 時間に達した。
I. 緒言
エネ研の加速器施設はタンデム加速器を 2012 年 7 月に復旧し、マシンタイムを再開した。再開前の昇圧試験
では、加速電圧の上限を 4.0 MV に設定せざるを得なかった。定期点検で昇圧回路が組み込まれている絶縁コラム上での沿面放電痕の存在と昇圧回路の損傷を発見したが、絶縁ガスの露点が通常より高い状態で運転を急いだことが原因であると考えた。絶縁ガス SF6 の水分含有量を下げる方法を検討・実施した。現在、タンデム加速器の加速電圧は 5 MV 超を回復し、2013 年度のマシンタイムでは期間を通じて安定して高電圧を発生している。SF6 の含有水分量の常時モニター、管理とマシンタイム期間中の改善を目的として絶縁ガス循環システムに水分除去ラインをあらたに設けた。
SF6 の取扱に関しては、絶縁ガス充排気装置の自動運転化の取り組みや、ガス移送やその準備のための数々ある工程で SF6 が環境へ放出される可能性について再確認を行い、放出を抑える取り組みをおこなっている。
シンクロトロンに関しては、偏向電磁石のアライメントエラーの蓄積によって発生した垂直 COD の補正方法を検討した。これは稿を割き詳細に報告する。
2013 年度のマシンタイムで予定され実験は全て行うことができた。シンクロトロンの入射エネルギーは再び定格の運転が実現し、陽子で 200 MeV、重イオンで 55 MeV/u の加速エネルギーも定格通り運転をし、ビームを供給した。2012 年度に引き続き、7 月下旬から 8 月の期間は軽イオンのタンデム加速のみを行う計画とした。
II. タンデム加速器絶縁ガス含有水分管理
SF6 に含まれる水分が絶縁構造物表面での沿面放電を引き起こしやすくする原因のひとつと考えられている。
また、絶縁構造物に温度勾配がうまれることにより電界の不均一性をうみ、それが放電の起こしやすさの原因の一つにあげられる。加速器タンク内の温度の均一化を実現するため、SF6 の循環冷却を行っている。
循環冷却システムは露点を測定し水分含有量のモニターが可能であるが、水分除去用の吸着塔を備えたバイ
パスラインを新設した。吸着塔には有効細孔径 4 Å の合成ゼオライト（東ソーゼオラム A-4）10 kg が装荷され流*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・加速器室
加速器保守や運転は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託事業（指定管理）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研究年報（平成 25 年度）

量 12 m3/h で循環することにより水分を除去する。SF6 の冷却が必要な通常運転時には流量は 60 m3/h 以上を確保している。したがって、水分除去は停止時に行う。7 時間でタンク内の SF6 は吸着塔を通過するので、週末の停止期間中に十分除去が可能である。従来は充排気装置による回収・充填を行い、充填工程で吸着塔を透過させることを利用して水分除去を行っていたが、マシンタイム計画に大きく影響した。現在はマシンタイム計画の変更なしに、SF6 の絶縁性能を回復することが出来る。3 日間のバイパスラインの運転により露点−30℃の SF6から水分を除去し、露点—61℃にまで改善することができる。
III. 絶縁ガス充排気装置自動運転化
絶縁ガス充排気装置を運転する時は、タンデム加速器のメンテナンスや緊急の調査・修理のために加速器タンクを大気解放する必要があるときである。回収工程は正味 20 時間の運転時間であるが、移送流量調整のためや、慣性移送回収、圧縮機支援回収、真空ポンプー圧縮機連結回収と工程をすすめる上でのバルブ操作、機器の運転操作を手動で行っていたため、実際には 35 時間の作業時間を計画しなければならなかった。メン
テナンスや事故対応に速やかに移行し、多くの時間をつかえるようにするために、回収工程を始めとするすべての工程において自動化を進めた。
また、全行程において地球温暖化ガス SF6 の環境放出量について再確認を行った。回収工程において最終回収残圧 50 Pa を大気に放出する量が 260 g である。真空ポンプおよび圧縮機や吸着塔に残る SF6 が放出される可能性があり、それぞれにおいて、タンク残圧の放出量の 5 倍程度の量が見込まれる。我々の施設では真空ポンプ-圧縮機の系を真空仕様にすること、真空ポンプ自身を真空排気可能にすること、また、配管内に残るSF6 はすべて回収するなどの取り組みにより、他の 5 MV タンデム施設の 1/10 程度に放出を抑えている。
IV. 2013 年度マシンタイム
2013 年度は 156 日の実験が計画され、コンディショニングも含め、タンデム加速器の昇圧運転は 195 日、4248
時間であった。最大運転時間 4540 時間に達した 2007 年度は実験予定日 191 日、昇圧日 204 日であった。照射室の直上流のビームシャッターを開いている時間（利用系時間）は 2007、2013 年度でそれぞれ、1668、1301
時間であり、１実験日あたりの利用系時間はそれぞれ 8.9、8.6 時間である。しかし、2007 年度は医療照射を行っており、医療照射以外の利用系時間は１日当たり 7 時間である。2013 年度は１日のうちにシンクロトン、タンデ
ムビームの両方を利用する計画を回避することができ、効率のよい運用が可能となった。
また、2012 年度からのこころみとして、電力需要の大きな 7 月中旬から８月末まではシンクロトロンビームや重イオンビームを利用しない期間としたが、この期間は１昇圧日あたりの利用系時間を 5.4 時間にまで押し下げてしまった（2007 年度は 8.2 時間）。2014 年度はタンデム加速による重イオンビーム利用を検討する。
V. まとめ2012 年度に再開した加速器運転と加速器ビーム利用は 2013 年において加速器運転時間、利用時間、加速器の性能が 2007 年以前に復旧した。
タンデム加速器の絶縁ガスの取扱にいくつかの取り組みを行っている。絶縁ガスの循環によりタンデム加速器の温度分布の一様化による絶縁性能の向上をめざしている。絶縁ガスの露点測定による含有水分量の把握にくわえ、新設した水分除去ラインによる水分量の管理も行うことが可能となった。
絶縁ガス充排気装置の自動運転化により、メンテナンスや緊急対応に割ける有効な時間を増やすことが可能となった。絶縁ガスに用いられる SF6 は地球温暖化係数の非常に大きな（CO2 の 23900 倍）ガスであるので、工程において放出されるガス量を再確認した。運用方法の再確認や装置仕様により、ほぼ回収時に加速器タンクに残留する 260 g のみに抑えている。これは他の 5 MV タンデムから放出される量の 1/10 程度である。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.1.3.3.2.
偏向電磁石のアライメントエラーによる垂直方向の閉軌道の歪み
The Closed Orbit Distortion for Alignment Errors of Bending Magnets
栗田哲郎*1
Tetsuro KURITA
Abstract
In 2003, it was found that the vertical closed orbit distortion (COD) of the synchrotron at the WERC haschanged from the former state. The changes of the alignments of the bending magnets may generate new verticalkicks in the ring.
The sources of the vertical kicks are estimated and the method of the COD correction is investigated.
要約2013 年に、若狭湾エネルギー研究センターのシンクロトロンにおいて、垂直方向の閉軌道の歪み(COD)が以前と変化している事が発見された。偏向電磁石のアライメントエラーの変化し、垂直方向のキックが変化した事が原因と推測される。
新たなキック源の推定と、補正方法の検討した結果を報告する。
I. 垂直 COD の現況
若狭湾エネルギー研究センターのシンクロトロンでは、垂直方向の閉軌道の歪み(COD)を発生させるキック源として、出射セプタム電磁石 SM1,SM2 の電流フィードラインが発生させる磁場と偏向電磁石(BM)と変化と比例して変化するエラー磁場があることがわかっている。
これらのエラー磁場による COD を補正する為に、３台のステアラが用意されている。2 台(STV1, QD3V)は、時間変化しない静磁場を発生させる電磁石で、時間変化をしない SM1,2 に起因する COD の補正に用いている。
もう一台(QD2V)は、パターン運転を行える電磁石で、偏向電磁石と比例するエラー磁場による COD の補正に用いている。なお、QD2V と QD3V は四極電磁石のバックレッグコイルとして設置されている。
COD の測定のために、垂直方向のビーム位置の測定が行える静電型のビーム位置モニタが２台(BPM3,
BPM6)が用意されている。フラットベースでの COD の測定に２台のワイヤー型プロファイルモニタ(PR1,PR2)をあわせて用いる。
2013 年に、垂直 COD がこれまでと変化している事が発見された。SM1,2 に起因するエラー磁場は変化が無く、偏向電磁石に比例して変化するエラー磁場が変化していた。
図 1 に SM1,2 およびすべての垂直ステアラを OFF にした時の、フラットベースの垂直 COD を示す。2006 年と 2013
年で違いがあることがわかる。また、2013 年の COD を再現
する QD2V のキックを最小自乗法に求めた物を図 1 の点線に示す。QD2V では、2013 年の COD をうまく再現できない。COD 補正はステアラで COD を再現するキック角を求め、その逆極性の COD を発生させることによって、エラー
磁場による COD を打ち消すことによって行う。QD2V では
COD 補正が行えなくなったことがわかる。
COD が変化した原因として考えられるのは、偏向電磁石 図 1 2006 年と 2013 年の垂直 COD の比較。SM1,2のアライメントの変化である。次節で述べるように、偏向電 とすべてのキッカーを OFF。
磁石は、s 軸周りおよび x 軸周りの回転が、垂直方向のキックを発生する。
II. 偏向電磁石のスキュー角と垂直方向のキック角
図 2 のような、偏向電磁石が s 軸周りにピッチ角θp および x 軸周りにチルト角 θt の微小な回転角を持って据え付けられていると考える。このアライメントエラーによって発生する垂直方向のキック角は次式で表すことができる。

dy cos t sin  p cos  1  sin  t sin ds*1（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・加速器室46

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III. 偏向電磁石のアライメントの変化による COD の変化の再現
偏向電磁石のアライメントエラーが変化している事を確認する為に、偏向電磁石上面に設置されているアライ
メント用基準板のレベルの差を測定した。基準板はビーム軸に沿って３つ設置されており、３つのレベルの違い
から偏向電磁石の回転角を評価できる。測定は、光学マイクロメータ付きオートレベルを用いて行った。
図 3 に上流の基準板からの中央部、下流部の高さを示す。また、2006 年にレーザートラッカーを用いて測定された結果もあわせて示す。
BM1,3,5 に大きな変化がみられる。BM1,3,5 のキック角の差から得られる COD と、2006 年と 2013 年の CODの差分の比較を図 4 に示す。BM1,3,5 のキック角の変化から、おおよその COD の変化を再現することができる
ので、偏向電磁石のアライメントの変化が COD が変化した原因であることを強く示唆している。
IV. 対応策
図 1 に示した通り、QD2V では、現状の COD を補正することができないので、あらたなステアラを設ける必要がある。検討の結果、図 5 のように四極電磁石 QD1 の位置でのキックで 2013 年の COD を再現できる。すなわ
ち、QD1 の位置にステアラを移設できれば COD 補正が行える。QD1 にバックレッグコイルを巻き、QD2V に接続している電源を接続し直すことによって、COD 補正を行うことを計画している。

図 2 偏向電磁石の回転によるアライメントエラー

図 3 偏向電磁石のレベル測定
各偏向電磁石の上流を基準

図 4 2006 年度 2013 年の垂直 COD の変化を
BM1,3,5 でのキック角の変化で再現

図 5 2013 年度の COD を QD1 の位置でのキックで再現

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2.1.3.3.3.
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
A Positron Generator using A Superconducting Linear Accelerator
峰原英介*1
Ｅｉｓｕｋｅ ＭＩＮＥＨＡＲＡ
超伝導加速器を用いた陽電子ビーム発生法の研究を行った。特に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拡大するため、その隘路であった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た。併せてこれを産業利用可能で、安価で、使い易い、可搬型とする開発研究も行った。
H21 年度は伝導加速器を用いた陽電子ビーム発生法の検討を行った。特に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検討を行った。H22 年度は特に冷凍機、加速器本体などの要素技術の開発改良を行い、冷却能力試験を行った。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った。
しかしながら 2011.3.11 地震による RF 窓の破損が確認され、これを部品交換して回復を図ることとなった。H24
年度は、ドイツの RI 社から技術者を呼んで RF 窓の修理と交換を行った。交換後真空試験を行い、冷却試験を行った。H25 年度は、長期間液ヘリの保持に成功して、電子ビーム加速にも成功した。
この研究によって半導体や微細構造物の欠陥が容易に発見され、これらの製品の歩留まりや実用性が改善され劇的に向上すると考えられる。地震による RF 窓部品修理交換を行ったが、加速器低温性能の確認は終了した。地磁気による電子ビーム損失があるのでヘルムホルツコイルなどで軌道を修正して電子線通過効率を上げる必要がある。必要があれば、４K 予冷の関連特許を出願する予定であり、産総研と共同で論文、および報告を提出する予定である。
*１（公財）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、（公財）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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2.2. エネルギー開発研究2.2.1. エネルギー・環境材料開発
2.2.1.1. レーザー利用技術開発
2.2.1.1.1.
30 kW ファイバーレーザーを用いた厚板鋼材切断試験
Laser Cutting of Thick Steel with 30 kW Fiber Laser
田村浩司*1 石神龍哉*2、山岸隆一郎*3
Koji TAMURA, Ryoya ISHIGAMI and Ryuichiro YAMAGISHI
Abstract
Laser cutting of thick steel plates was studied with a 30 kW fiber laser, and the cutting performances of steel
plates with thickness of more than 100 mm were demonstrated.
要約30 kW ファイバーレーザーを用いた気中鋼材切断試験を行った。その結果、板厚 100 mm を超えるステンレス
鋼や炭素鋼の切断が可能であることを確認した。
Ⅰ．緒言
高経年化が進む全国の原子力プラントについて、今後の廃止措置に向けた解体技術の確立が求められている。既存の技術に比べ、特有の利点の多いレーザー技術には、現場のニーズに応じた研究開発を進めることにより、様々な成果展開が期待される。特に、近年高出力化が進むファイバーレーザーはレーザー切断法への適用に最も適しており、その導入により廃止措置に望まれる厚板鋼材切断能力の向上が期待される。
本試験では、30 kW ファイバーレーザーを導入し、鋼材の気中レーザー切断試験を試みた
Ⅱ．成果の概要
図 1 に試験配置を示す。ファイバーレーザー（IPG 社製 YLS-30000）出力光をプロセスファイバー（コア径 300µm, 20 m）を介して加工ヘッドに導入し、ヘッド光学系により集光して鋼材試料に照射した。試料寸法は 100
mm×50 mm×板厚 t mm、材質はステンレス鋼(SUS304)および炭素鋼(SM490A)を用い、10 mmφ の貫通孔を設けてある。アシストガス（空気）流量は 320 L/min で、1 軸移動機構により試料を定速で掃引することにより気中切断を行った。切断速度は 20 mm/min である。
図２に t=160 mm の炭素鋼の切断試験の様子を示す。本試験により、ステンレス鋼で t=120 mm, 炭素鋼で
t=160 mm までの切断が可能であることを確認した。
Ⅲ．今後の課題と展望
本試験により、高出力ファイバーレーザーの導入が厚板鋼材切断に有効であることが確認された。今後は、水中環境下での切断試験や遠隔切断技術の開発を計画している。

図１ 試験配置

図２ 切断試験の様子*１*2（公財）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、 同・研究開発部・エネルギー材料グループ、*3 同・企画支
援広報部
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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2.2.1.1.2.
原子力材料のレーザー切断条件変更による環境等影響試験
Influence Test on Environment
when Cutting Materials used in Nuclear Facilities with Various Conditions by Laser
重田達雄＊1、田村浩司＊1、遠藤伸之＊2、山岸隆一郎＊3
Tatsuo SHIGETA, Kouji TAMURA, Nobuyuki ENDO, Ryuichiro YAMAGISHI
Abstract
We performed steel plates Laser Cutting Test under the water with a small laser head, and acquired shift dataor behavior data of the particulate materials which are produced by Cutting Test.
要約
水中において小型レーザーヘッドによる鋼材の切断試験を行い、各種切断条件が粒子状物質の発生挙動に与える影響を調査した。
Ⅰ. 緒言
日本原子力研究開発機構敦賀本部レーザー共同研究所からの委託により、小型のレーザーヘッドを用いて各種鋼材を切断した際に発生するドロスや粒子状物質の挙動と各切断条件との関係を調査し、粒子状物質の拡散を防止することを目的として、水中においてレーザー切断を行った際の粒子状物質の気中及び水中への移行量及び移行率等のデータを取得した。

Ⅱ. 試験方法及び結果
平成 18 年度から前年度まで、水中プラズマアーク切断試験・水中
高圧水ジェット切断（略称 AWJ）試験・気中／水中レーザー切断試験を実施して、捕集した気中浮遊物や沈降／落下固形物等の重量分
析及び成分分析を実施してきた。今年度は小型レーザーヘッドによる
水中レーザー切断試験を主に行うこととし、WERC 所有のレーザー発振器を使用し、切断対象物の Zr 合金製配管材・SUS 鋼板・アルミニウ
ム板・炭素 鋼板切断時 に発生する 粒子状物質 の分析は、SEM・
EPMA・ICP-MS 等の科学機器を用いて WERC が実施した。
既存の水中レーザー切断試験装置に水槽上部拡張等の改造を施し、図 1 に示すような小型レーザーヘッド（先端部はストレート型または L 字型）を主に計 53 回の切断試験を実施、気中浮遊物及び沈降
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、主に以下のとおりである。
 気中浮遊物重量割合については、アルミニウム板が他材質と比べて突出して大きく、Zr 合金製配管材が最も小さい。SUS
鋼板及び炭素鋼板は、ほぼ横並びである。
 水槽上部拡張ありの方がなしよりも、気中浮遊物重量と同重量割合が小さくなる傾向であり、ともに 2/3 程度の値になる。
 汎用ヘッドの方が小型ヘッドよりも、気中浮遊物重量と同重量割合が小さくなる傾向であり、ともに 1/2 程度の値になる。
 気中浮遊物の粒径は、直径 0.1 以下～0.2μm 程度の球状であり、切断対象物の違いによる大きな差はない。（図 2 参照）
本調査により、原子炉を構成する材料を対象として、小型レーザー
ヘッドによる水中レーザー切断時の発生物挙動に係る基礎データを取得することができた。

φ75mm×470mm(水槽内ヘッド先端含む)
図 1 試験水槽側壁外部に取付けられた小型レーザーヘッド

図 2 フィルターに捕捉された
気中浮遊物の SEM 写真（Zr 合金製配管材、10000 倍）*1（公財）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、*2 同・研究開発部・生物資源グループ、＊3 同・企画支援広報部
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが(独)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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2.2.1.1.3.
レーザー除染技術開発
Developmental Works of Laser Decontamination Technology
峰原英介*1
Eisuke MINEHARA
Abstract
Developmental works of the laser decontamination technology for decommissioning nuclear power reactors
under consigning contracts with Fukui prefecture is briefly described below.
The fully-automated laser
decontamination system with the 40m long fiber coupled single mode fiber lasers has successfully been developed
here.
要約
以下の文章は、公益財団法人若狭湾エネルギー研究センターが福井県から平成２５年度委託契約により実施したレーザー除染技術開発の成果をまとめたものである。主な成果としては４０ｍ長の伝送が可能なシングル
モードファイバーレーザーを装備したロボットレーザー除染システム等の開発に成功した。
Ⅰ．緒言
本事業の目的は、福島第一原子力発電所の事故対応やふげん等の原子炉廃止措置の解体作業等において、原子炉建屋内の高線量部分（燃料デブリ、がれき、床壁天井面、１次冷却水系、蒸気発生器、圧力容器内機器等）の除染作業や放射性廃棄物処理に実用的に利用できるロボットレーザー除染装置の開発１－3）である。レー
ザー除染技術は、事故現場のニーズや作業用途に応じた利用が可能で、機械的反力が無く、2 次汚染がほとんど無いこと等、既存の技術にはない特有の利点が多い。この技術の産学官連携による実用化開発を行った。
更に福島の事故対応や全国の廃止措置等で実際に活用できる技術として普及を図った。事業の概要は、①レーザー除染ヘッドおよび関連機器の開発、実証、②各機器の耐放射線性能の向上、③ロボットなど遠隔装置の開発、④実汚染物を用いたレーザー除染実証試験等であった。
Ⅱ．成果の概要
高速増殖炉サイクル技術研究開発推進交付金「高度レーザー技術研究開発事業」業務は、（公財）若狭湾エ
ネルギー研究センターが受託して行った。 委託事業の内容は、福島の事故対応やふげんの解体作業等において、建屋内の高線量部分の除染に適用できるレーザー除染装置の開発を行うために以下の開発・研究を行った。①レーザー除染ヘッド、集塵機、レーザー発振器（１ｋW×2）、レーザー伝送装置、ロボット遠隔装置等の開発、実証を行った。レーザー伝送試験を実施し、シングルモードでの伝送距離を 40m からさらに 100m に延伸した。②電子線照射装置及びγ線照射装置を用いて、各機器の耐放射線性能の向上を図った。③ロボットアー
ム機構等の遠隔装置開発を行い、3D データによる平面認識と連動して制御を行うためのインターフェース作成
およびプログラミングを実施した。④模擬コンクリート壁を用いて、ロボットレーザー除染機の性能を確認した。除染ヘッドについてコンクリートで深さ 300μm 以上の剥離を確認するとともに、遠隔装置については壁面認識、対象選択、除染動作を継続して実施するプロセスを確認した。
Ⅲ．今後の課題と展望
本研究では、各装置機器の性能確認を進めながら、高い除染性能のロボットレーザー除染システムの開発を進め、廃炉措置関連機器を製作販売している福井県内企業等と協力してこの技術の普及を図る。また、今まで未整備であった移動運用手法を今後、開発整備し、実用化に向けた取り組みを進める。
参考文献
1) 特許出願 : 名称「レーザー除染装置」 、2011/10/25 出願番号 2011-234385。
2) 峰原英介 ： 「原子力発電所やその他の関連施設のためのレーザー除染装置の開発」、デコミッショニング
技報 2012,No45,pp.10-18.
3) 峰原英介他：「高濃度の放射性物質に汚染された原子炉 1 次冷却水系ステンレス鋼のレーザー除染」、
デコミッショニング技報 2013,No48,pp.47-55.
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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2.2.1.1.4.
コンクリートのレーザー照射挙動試験
Study on the Response of Concrete to Laser Irradiation
西尾繁*1
Shigeru NISHIO
コンクリートの加工におけるレーザーの利用と、レーザー照射時にコンクリートが示す挙動の理解は、現在のところ極めて限定的である。本研究では、コンクリートに対するレーザー照射挙動の理解を深めることを目的として、コンクリートの主要な構成材料であるモルタルにレーザーを照射した際にモルタルが示す挙動を調査した。
細骨材が互いに異なる３種類のモルタル試験片（細骨材：石英、石灰石、那智黒石）に対し、５条件のレーザー照射パワー密度（試験条件：100、200、300、400、500W/cm2）、５条件のレーザー照射時間（試験範囲：0.2〜
40 秒）、合計 75 条件のレーザー照射試験を行った。実験の結果、レーザー照射によって３種類のモルタルは熔融したが、熔融に必要なレーザーパワー密度は細骨材の種類に大きく依存することが分かった。石灰石を用いたモルタルを熔融させるには、石英、那智黒石を用いたモルタルよりも大きなレーザーパワー密度が必要だった。
このうちの 15 条件については、レーザー照射初期の１秒間、高速度ビデオカメラを用いて、レーザー照射中に試験片が示す挙動の詳細なその場観察も行った。
さらに、上記の３種類のモルタル試験片と３条件の試験片移動速度（試験条件：10、50、100mm/秒）を組み合わせた合計９条件について、500W/cm2 のレーザー照射パワーで試験片を移動させながらレーザー照射試験を行った。試験の結果、レーザー照射によって３種類のモルタル試験片全てにカマボコ形の溝が出来た。溝の凹
凸と深さは細骨材の種類に大きく依存した。細骨材が石灰石の場合、凹凸の少ない深い溝が出来たが、細骨材が石英、那智黒石の場合、熔融物による大きな凹凸のある浅い溝が出来た。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（独）日本原子力研究開発機構からの役務契約として実施した。

2.2.1.1.5.
レーザー除染装置の開発
Developmental Works of Laser Decontamination Devices
峰原英介*1、田村浩司*1、Ｅｉｓｕｋｅ ＭＩＮＥＨＡＲＡ and Ｋｏｕｊｉ ＴＡＭＵＲＡ
レーザー除染装置に使用する、今までとは異なる形式の種々のレーザー発振器、異なる方式の光輸送系等の開発を行った。ハンディタイプから定置式、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、概念設計検討を行い、実用化を進めた。さらに溶射被膜除去、塗装剥離、ケレン作業など一般加工分野での応用を検討し、運用方法を開発した。
H23 年度で終了し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、試験サービスを計画した。シングルモードファイバーレーザーの伝送距離を長くするために１ｋW 100m の伝送試験を行った。JAEA のふげん
で実汚染物の除染試験を行い、レーザー除染の優位性を確認する計画を立案した。現状の除染機の適応対象である原子炉 1 次冷却水系の重度の汚染から、2 次冷却水系、保管設備、ホットラボ、原子燃料加工設備、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。溶射被膜除去、塗装剥離、ケレン作業など一般加工分野での応用を検討し、実施した。
H25 で１ｋW 100m 伝送に成功したが、ラマン散乱によるレーザー品質の劣化が 0.9ｋＷ以上で見られた。JAEAのふげんで実汚染物のレーザー除染試験を行う予定であったが、関係各所の了解が得られず、また ATOX 社の福島対応の為作業者が確保できずに中止した。国内外特許出願と取得、国内外学会発表、国際会議発表、展示会発表、論文、解説記事、解説書等を出した。
H24 年度に H23 年度に出願した特許の 19 条補正を行った。H25 年度に審査請求を行った。別個に国際
PCT 出願を行い、独自の特許であるとの評価を得た。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（株）西日本クリエイトとの協力研究として実施した。

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2.2.1.1.6.
放射線耐性に関する研究
Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔｅｎｃｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
峰原英介*1
Eisuke MINEHARA
I. 緒言
関西電子ビーム株式会社の電子線加速器を主に用いて、放射線耐性に関する研究をするため、ロボットレーザー除染機部品の放射線耐性に関する研究を行った。特にロボットレーザー除染機の機械部品や電子部品とファイバーなどレーザー関連機器の部品に対する放射線耐性計測を行った。
II. 内容①関西電子ビーム株式会社の電子線加速器を用いて、ロボットレーザー除染機の機械部品や電子部品に対する放射線耐性計測を行った。②関西電子ビーム株式会社の電子線加速器を用いて、ファイバーなど
レーザー関連機器の部品に対する放射線耐性計測を行った。③最後にまとめと報告を行った。
関西電子ビーム(株)では、最大照射となる 32ｋGy/回（約 10 秒間照射）の照射で、温度上昇を避けるために 10 分間隔を取って繰返し照射を約 1 時間照射した。これと Co-60 のガンマ線との比較を行った。現在
は、電子線とガンマ線の照射効果を比較して、耐放射線試験を短時間で行う方法を確立する段階である。
最終的には 10MGy 以上の線量照射に耐える必要がある。廃炉措置や原子炉事故などで使用する機器類の耐性を上げて、寿命の長いレーザー除染システムの完成が期待される。研究期間が短く、照射期間が長い、この研究に必要不可欠な極高線量計が入手できないなどいくつかの困難があった。東電福島第 1 発
電所 1 号機 2 号機 3 号機のデブリを回収するためには高い耐放射線性能が必要である。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電子ビーム株式会社との共同研究として実施した。

2.2.1.1.7.
原子炉の汚染部品に対するレーザー除染機試験
Laser Decontamination Device Trials for Radiologically-contaminated Parts in Nuclear Power Reactors
峰原英介*1
Ｅｉｓｕｋｅ ＭＩＮＥＨＡＲＡ
現在、敦賀本部レーザー共同研究所では、レーザー技術の原子力施設への展開を図る技術の開発を進めている。本共同研究は、原子力施設におけるレーザー技術を用いた新たな除染技術を開発することを目的としている。対象を現在から将来の重水炉や軽水炉の 1 次系の廃止措置や定期点検などで必要となる除染技術と考えて、レーザー除染が現在の機械的方法や化学的方法に代わる除染方法として、除染機費用、除染処理費用、除染処理速度、除染率、2 次汚染量などの評価パラメーターをあきらかにすることである。敦賀本部レーザー共同研究所が進めている原子力施設へのレーザー技術のひとつとして新たな展開に期待するとともに、若狭湾エネルギー研究センターにおいても、この技術の応用範囲は広く一般産業界への展開技術として期待している。
H24 年度に JAEA 原子炉廃止措置研究開発センターの放射線管理区域内において、放射能に汚染された実機材を用いてレーザー汚染の実地試験を実施し、除染係数、除染速度、2 次汚染率、2 次廃棄物発生量などのデータを採取した。JAEA のふげんで 1MBｑ/㎏の汚染物のレーザー除染試験を行い、検出限界以下まで除染可能であることを確認した。H25 年度は、初めて大型実汚染物を直接除染することを計画したが、関係各所の了解が得られず、また残念ながら、福島対応のために、ATOX 社の汚染対応の専門家が不足して年度末対応ができなかったので、今年度の除染試験は中止した。来年度以降に実汚染物の検出限界化までの除染を再度実行したい。
国内外特許出願と取得、国内外学会発表、国際会議発表、展示会発表、論文、解説記事、解説書等を出した。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（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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2.2.1.2. 極微小駆動材料開発
2.2.1.2.1.
高分子薄膜アクチュエータの創製
Development of the Polymer-Thin-Film Actuators
畑下昌範*1
Masanori HATASHITA
高分子アクチュエータは、成型が容易である、マイクロ化が可能である、軽量であるという特徴を有し、生体環境に直接触れうるデバイスや、遠隔操作型のパーソナルロボットのアクチュエータとして用いられることが期待されている。従来の高分子アクチュエータの研究では、高分子電解質にナフィオン（デュポン社）を用い、それに白金を電極として接合した接合体のみが用いられてきた。ナフィオンはイオン交換容量（単位重量あたりのイオ
ン性基数）が低いために、屈曲の原理であるイオン移動が少ないことから、動作性能を十分に発揮していないことが予想される。
本研究では、より高いイオン交換容量を有する高分子を作製し、さらに電極構造および接合条件も含めて検討を行うことで、新しい高分子アクチュエータを設計、開発することを目標としている。
今年度は、ポリイミドスルホン酸高分子の合成スキームの確立と各種分光分析による構造解析を行った。さらに、イオン注入法による電極パターン化のために、イオン注入による高分子の構造変化を X 線光電子分光により解析した。無電解めっき後の白金電極層の形成を SEM、EPMA により確認した。最後に、ポリイミドスルホン酸
高分子アクチュエータを従来のナフィオンによる高分子アクチュエータと比較し、その運動性について、考察した。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力株式会社・日本原子力発電株式会社・北陸電力株式会社の 3 社からの受託研究として実施した。

2.2.1.2.2.
イオンビームによる高分子・化学系アクチュエータのパターン化複合電極材の創製と応用
Development and Application of Chemical Actuators with Patterned Multiple Electrode by Ion Beams
畑下昌範*1、庄司英一*2
Masanori HATASHITA and Eiichi SHOJI
イオンビーム照射と無電解めっき法により、膜材の表面構造の改質から無電解めっきのパターン化が可能となる。この独自のパターン化方法により、曲面が制御できる新しい高分子アクチュエータの創製について検討を行った。パターン化アクチュエータを制御する制御システムの設計についても検討を行った。
高分子アクチュエータの膜材としてナフィオン膜を利用し、この膜材に無電解めっきにより白金および白金以外の金属種についてめっき条件を検討した。無電解めっき条件として還元反応の温度、還元剤の濃度を検討し、安定に白金がめっき出来る方法と、めっき厚の制御方法について条件を整理した。白金以外の金属種のめっき条件については、金属錯体との浸漬時間､還元反応の温度､還元剤の濃度などを検討した｡めっき条件がめっき
速度や核成長に与える効果について整理した。
μTAS への応用を具体的に検討した。マイクロポンプシステムの設計と試作を行い、電極形状と運動性について考察した。アクチュエータがダイヤフラムとして湾曲運動できるようにマイクロポンプに組み込み、それにより液送が行えることを確認した。流量に与える知見を集積した。低電位作動による無音、無振動なマイクロポンプを製作することができた。
*１（公財）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 福井大学・工学研究科・知能システム工学専攻
本研究は、公募型共同研究事業として実施した。

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2.2.2. エネルギー有効利用研究
2.2.2.1. 太陽熱等利用技術開発
2.2.2.1.1.
太陽炉を用いたもみ殻に含まれるシリコンの高温抽出技術活用研究
Study on the high temperature extraction technology using solar furnace- applicationｓ of silicon in rice husk
篠田佳彦*1、重田達雄*1
Yoshihiko SHINODA and Tatsuo SHIGETA
Abstract
We researched a high temperature reduction process by using solar furnace to extract silicon or silicon carbide
from silica included in the rice husk that was a waste of the rice farming.
要約
太陽炉を用いた高温技術を活用して、稲作農業の廃物であるもみ殻からシリコンや炭化ケイ素を抽出するための高温還元（炭素熱還元）技術に関する研究を実施した。
Ⅰ．緒言
若狭湾エネルギー研究センターの太陽炉に関する知見を活用して、稲作農業の廃物であるもみ殻からシリコ
ンや炭化ケイ素を抽出する技術を確立し、もみ殻処分に関わる環境影響の低減とシリコンや炭化ケイ素の低コスト化生成および安定供給の実現を目指した。
Ⅱ．成果の概要
実施内容：もみ殻から抽出したシリカによる炭化ケイ素の反応プロセスを明らかにした上で生成条件の最適化を図り、太陽炉による実証実験を行う。同時に、シリカからシリコンを得るために、還元材としてマグネシウムを適用した実験を行う。
実施結果：太陽炉に石英管型密閉加熱炉を組合せてシリカの炭素熱還元反応実験を行った。長時間の加熱安定性等に多少の問題があり、有意量の炭化ケイ素の生成には課題を残したが、十分な適用性があると評価した。
また、還元温度の低下を目論み、還元剤としてアルミニウムやマグネシウムの適用性を評価した。アルミニウムで1300℃程度、マグネシウムでは 1000℃程度で、シリコンが生成されることを確認した。また、アルミニウムについては、太陽炉で還元性能実証実験を行い、シリコン生成を確認した。実用化においては還元材としてアルミニウ
ムやマグネシウムを用いた場合にはシリカの還元反応で生じるアルミニウムやマグネシウム酸化物を再度還元する必要がある。マグネシウムの還元においては現在進行中の豊富な研究があり、かつ現実性の高いものである
ことから、（シリカ＋マグネシウム）→（シリコン、マグネシウム酸化物）の反応と（マグネシウム酸化物＋炭素）→（マグネシウム、一酸化炭素）の反応（1200℃程度）を 2 段階に組み合わせることで実現可能は十分にある。
結言：もみ殻から高純度シリカを抽出し，非酸化雰囲気＋高温環境下でシリコンや炭化ケイ素に還元できることを確認し，太陽炉を用いたもみ殻に含まれるシリコンの高温抽出技術活用に目途を得た。しかし、数年前の太陽電池級シリコン（純度 6N 程度）の供給不足状況から脱し、現時点で太陽電池級シリコンが数千円/kg 程度の安価で取引されている。この状況において、設備投資のみで燃料費のかからない太陽炉を用いた高温還元技術を活用しても経済的に採算の取れる価格帯でシリコンを生産することは難しい状況にある。このことから本研究は平成 25 年度で終了することとした。
Ⅲ．今後の課題と展望
今後は、もみ殻をバイマス・エネルギー資源として捉え、灰（主にシリカ）の活用を含めた徹底活用システムを探求し、「もみ殻処分労力の低減」、「未利用バイオマスによる CO2 発生量の削減」などを目指していく。
参考文献
1) 篠田佳彦、太陽炉を用いた農業廃棄物中のシリコン抽出技術活用研究業務報告書 (2011)2) 篠田佳彦、太陽炉を用いた農業廃棄物中のシリコン抽出技術活用研究業務報告書 (2012)3) 篠田佳彦、太陽炉を用いた農業廃棄物中のシリコン抽出技術活用研究業務報告書 (2013)*1（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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2.2.2.1.2.
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*1
Tatsuo SHIGETA and Yoshihiko SHINODA
Ⅰ． 緒言
自然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、大型太陽炉（10ｋＷ）や小型太陽炉はんたか（1.4kW、0.7kW、0.3kW）を完成かつ熟成して来た。今年度の主な研究内容と設備性能維持については以下のとおりである。
Ⅱ． 研究内容もみ殻由来シリカの炭素熱還元による炭化ケイ素やシリコンの生成および化学剥離グラフェンの修復に集光した太陽熱を活用するためには、1800℃以上の高温耐力と加熱雰囲気を制御する機能を有したソーラー反応器が必要になる。平成 24 年度に製作した「石英管密閉加熱炉」をソーラー反応器として随時改良しながら、実験研究を進めた。このソーラー反応器は、長時間の耐熱性や断熱性には多少の課題は残したが、1800℃以上の高温耐力と機密性能を両立させることができた。このソーラー反応器を用いて、シリカの還元実験を試みたが、揮発成分の石英ガラス面への付着による太陽光入射阻害の影響を完全に阻止できなかったことによる加熱温
度不足で十分に反応は進展しなかった。化学剥離グラフェンの修復は、揮発成分による影響がなく、十分な温度を確保することに成功し、太陽熱によってグラフェンが修復できることを確認した。詳細は、本年報「太陽炉を用いたもみ殻に含まれるシリコンの高温抽出技術活用研究」および平成２５年度「公募型共同研究事業」成果報
告「太陽炉を用いた酸化グラフェン高温処理による高品質グラフェン大量製造技術の探索」に述べている。
Ⅲ． 設備性能維持
大型太陽炉について、レンズ遮光幕／中間遮光幕の更新を行い、設備設置後初めて焼損した仰角調整用
モーター内蔵ブレーキ用コイルの交換修復作業を実施した。
*1（公財）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

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2.2.2.2. 無機酸化物光機能材料開発
2.2.2.2.1.
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*1
Nobuyuki ENDO
Abstract
To reduce carbon dioxide (CO2), we are developing technologies that make convert CO2 into useful resource
reacting as raw material with other materials. The energy load necessary for the reaction of CO2 is by using lightenergy. To increase the amount of the reaction product, several photosensitizers fixed to resin were synthesizedand evaluated.
要約二酸化炭素の削減に活用する技術として、光反応を用いて二酸化炭素を固定化して有用な物質を生産する
反応剤の開発を実施した。反応生成物の量を増やすため、光増感剤を固相に固定化したものを合成し、評価を
行った。
Ⅰ．緒言
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。本研
究では、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有用な資源に変換し利用する技術を開発する。
安価で単純な構造の化学種を組み合わせ、エネルギー投与が小さくできる光反応によって二酸化炭素を他の分子と反応させて固定化し、有用物質を生産する研究を行い、地
球温暖化の原因である二酸化炭素の排出削減に寄与することを目的とした。
Ⅱ．成果の概要
前年度までの研究で見出した可視光で二酸化炭素を活性化する反応剤（光増感剤）を用い、廃棄物など価値の低い成分との反応を試みた。二酸化炭素存在下で光照射時の反応解析を行い、クロマトグラフ、質量分析装置で生成する反応物の分析を実施した。高分子鎖を切断して低分子化できる（図１）などの反応を見出したものの、反応量は非常に少なく、詳細を明らかにすることができなかった。反応
生成物の量を増やすため、光照射下で繰り返し反応が持続できるよう、効果のあった光増感剤をシリカゲルや樹脂に固定化したものを合成し（図２）、連続して繰り返し反応のできる装置の試作を行い、投入エネルギーが低い有用物質
生産システムの構築を目指した。その結果、反応量は非常に少ないものの、これまで報告例のない新しい反応系を見出した。

図１ 糖鎖化合物+二酸化炭素+光増感剤溶液の光反応前（上）後（下）の LC-MS 質量スペクトル

図２ 樹脂に結合させた光増感剤３種
Ⅲ．今後の課題と展望
反応量が少なく、大量の排出される二酸化炭素の低減化技術としての活用にはすぐには至らないが、酵素反応や電気化学反応などの他の反応系と組み合わせることで反応量の増加や新しい有機物を創出するなど、新しい反応系として活用できる可能性がある。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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2.2.2.2.2.

無機酸化物光機能材料の開発
Research and Development of Oxide-based Novel Photofunctional Materials
西尾繁*1
Shigeru NISHIO

チタン添加酸化ジルコニウム発光材料、チタン添加酸化ハフニウム発光材料は、無害で、さらに明るいという特長を持つ発光材料である。しかし、残光時間が中途半端に長いために、非常用蓄光標識（非常に長い残光が要求される）にも、反対に動画再生用ディスプレイ（非常に短い残光が要求される）にも不向きである。またその明るさも現在主流のレアアース含有発光材料の半分程度である。本事業は、チタン添加酸化ジルコニウム発
光材料、チタン添加酸化ハフニウム発光材料の輝度をレアアース含有発光材料に高め、さらに残光時間を長くすることを目指して実施したものである。H25 年度は、結晶構造と発光特性の相関を調査するため、その準備段階として粉末 X 線構造解析ソフトウェアとして国内で事実上の標準となっている「Rietan-FP1）」を半自動で運転するソフトウェアを独自に開発した。これにより従来半日程度かかっていた操作を最短数分程度に短縮することが出来た。今回開発したソフトウェアは繰り返し回数と構造パラメータ、誤差の関係をリアルタイムでプロットする機能やバッチファイルの書き換えと復帰を自動で行うなどの特長を持っている。
参考文献 1) F. Izumi and K. Momma: Solid State Phenom., 130, 15(2007).
*１（公財）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

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2.2.2.3. バイオ応用環境技術開発
2.2.2.3.1.
耐塩性アブラナ識別のための DNA マーカー作製
Preparing DNA Makers to Identify Salt Resistant Mutant of Rapeseeds
高城啓一*1
Keiichi TAKAGIAbstract
To analyze offspring of salt resistant mutant of a rapeseed and to estimate mutated regions, generated by theirradiation of carbon-beams, two DNA markers were prepared by means of RAPD method, each of which canidentify a mutant or an original strain, respectively.
要約
炭素線照射によって作出した耐塩性アブラナの後代を解析し変異部位を推定するため、RAPD 法により 2 種類の DNA マーカーを作製した。これら 2 種の DNA マーカーは、それぞれ変異体、あるいは親品種を識別することができる。
Ⅰ．緒言
これまでに、汽水湖沼で、水上栽培による水質浄化を実施
す る た め 、 炭 素 線 照 射 (37.5
MeV/u, 20 Gy)を行ったアブラナ種子から耐塩性変異体
C20SALT05 を選抜した。この変
異体は、照射第４世代(M4)においても in vitro で明らかな耐塩性を示していた(図１)。この変異
体の遺伝特性を調べるためには、戻し交配等の交配試験を行い耐塩性がどのように後代に伝わるかを調べる必要がある。そ図１ 耐塩性アブラナ第 4 世代 C20SALT05M4 の in vitro 耐塩性の際に、意図した交配が確実に
写真は 200 mM NaCl を含む培地上で 44 日間培養後の親品種(左)、お行われていたかどうかを確認す よび変異体(右)の植物像を示す。
るためや、変異した DNA を推定するために、変異体や親品種に特異的な DNA マーカーが必要である。
そこで、本研究では RAPD (randomly amplified polymorphic DNA)法という手法を用いて、変異体、あるいは親品種に特異的に現れる DNA 断片を検索し、それぞれを識別可能な DNA マーカーを作製した。
Ⅱ．成果の概要
照射第 4 世代の変異体 C20SALT05M4、および親品種の葉からゲノム DNA を抽出し、それぞれを鋳型として
16 塩基からなる 52 種類のプライマーを用いて PCR(polymerase chain reaction)を実施し、現れる DNA 断片のパターンを変異体と親品種で比較した。
PCR には、TaKaRa 社の SpeedSTAR HS DNA polymerase を用いた。PCR 条件の探索は、TaKaRa 社の PCR
Thermal Cycler Dice Gradient を用い、適切なアニーリング温度の探索を行った。アニーリング温度の決定後は、Applied Biosystems 社の GeneAmp PCR System 2700 を用いて有効プライマーの探索を行った。
52 種類のプライマーの探索を実施したところ、プライマー9 からプライマー12 をプライマーとして用いた場合、750 塩基対付近で変異体に特異的な DNA 断片が見られることがわかった。この中で最も明確に DNA 断片が形成されたプライマー10 を変異体識別のためのプライマーとし、このプライマーを用いた場合に現れる 750 塩基対付近の DNA 断片を変異体識別のための DNA マーカーとすることとした。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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プライマー43、およびプライマー44 を用いた場合には 1700 塩基対から 1800 塩基対の間に、親品種でのみ増幅される DNA 断片が見られた。そこで、プライマー43、あるいはプライマー44 を親系統識別のためのプライマーとし、このプライマーを用いた時に 1700 塩基対から 1800 塩基対に現れる DNA 断片を親品種識別のためのDNA マーカーとすることにした。
図２にプライマー10、およびプライマー44 を用いて PCR を実施した時の、親品種(W)、変異体(M)、戻し交配(変異体と親品種との交配, M x W)個体、同系交配(C20SALT05M4 同士の交配)個体での DNA 断片パターンを示す。プライマー10 を用いた場合、親品種以外の全てで 750 塩基対付近に DNA 断片が見られた(図２青枠内)。
一方で、プライマー44 を用いた場合、1700-1800 塩基対に現れる DNA 断片は、戻し交配個体、および親系統
個体で出現し、変異体や同系交配個体では現れなかった(図２黄枠内)。以上の結果は、プライマー10 を用いた時に現れる 750 塩基対付近の DNA 断片は変異体特異的であり、プライマー44 を用いた時に現れる 1700-1800
塩基対の DNA 断片は親品種に特異的であることを示している。

図２ 変異体、および親品種特異的な DNA 断片
写真最上段には、使用したプライマーの種類、写真外左右両端には DNA の塩基長を示した。プライマー名の下は、鋳型 DNA の種類を示した。W, M, M x W、同系交配は、それぞれ親品種、変異体、戻し交配個体、同系交配個体を示す。これらの表記下の数字は、個体番号を示す(それぞれ別個の個体の DNA を用いた)。第 3,
第 12,および第 21 レーンに現れる同一のハシゴ状断片パターンは、DNA サイズマーカーを示している。
Ⅲ．今後の課題と展望
今後はこれらの DNA マーカーを用いて、戻し交配個体の遺伝子型と表現型(耐塩性)の関係を調べる。また、
さらにプライマーの種類を増やし、変異体特異マーカーや、親品種特異マーカーの種類を増やす予定である。
本研究の結果得られた変異体特異 DNA 断片や、探索プライマー数を増やして得られる新たな変異体特異DNA マーカーは、かならずしも耐塩性変異とリンクしているわけではない。このことを調べるため、戻し交配個体に対してさらに交配試験を行い、耐塩性表現型と DNA マーカーとの連鎖解析を行う。もし、耐塩性と DNA マー
カーが高度に連鎖していた場合は、塩基配列解析を実施して、耐塩性変異の実態に迫りたいと考えている。

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2.2.2.3.2.
微生物を用いた水質浄化研究
Study of Improvement of Water Quality by Photosynthesis Bacteria
畑下昌範*1
Masanori HATASHITA
Abstract
A water purification technique using photosynthesis bacteria was examined to improve water quality in wideclosed water area polluted by waste water. To apply photosynthesis bacteria modified by ion beam, the embeddingof them by polymer gel was performed.
要約
水質の悪化した湖沼の光合成微生物による浄化について研究を行った。イオンビームで改良された光合成
微生物の適用を図るために、それらの高分子ゲルによる包埋に関して検討を行った。
Ⅰ．緒言
福井県の三方五湖や北潟湖では富栄養化による水質悪化が問題となっており、対策を求められている。生物を用いた環境浄化には、環境に優しく、大がかりな装置を必要としないという利点があるが、その一方で、用いた生物の利用法が少なく、処理に困るという問題点がある。本研究では、微生物を用いた水質浄化と有用物質生産とを両立する方法の開発を目指している。一つの手法として、リン肥料の原料となるポリリン酸や生分解性プラ
スチックの原料であるポリヒドロキシブチレートを光合成微生物の改質改変によって高蓄積させることにより、水質浄化とポリリン酸やポリヒドロキシブチレートの回収を同時に行う方法が考えられる。
従来の研究より、三方五湖や北潟湖から集積培養により光合成微生物を 41 系統単離した。これらのうちの数系統の光合成微生物に対しイオンビーム照射を行い、その後、高リン酸塩選抜培地下で選抜試験を行い、リンの代謝系が変化した変異体を X-リン酸による呈色反応により簡便に検出することができた。本手法は、個々のコロニーをクロマト分析することなく、有用な変異体の候補を一度に選抜することができるため、選抜の有効な手法であると考えられた。次に、こうした改良微生物を実際の湖沼に適用した場合に、環境への影響を最小限にする必要が生じる。今研究では、微生物の高分子ゲルへの包埋を検討し、湖沼に適用可能な浄化システムの構築を試みた。
Ⅱ．成果の概要
水質浄化とその後の有用物質回収を目的とした三方五湖、北潟湖由来の光合成微生物の性質改変は今後も継続して実施する予定であるが、その一方で、微生物を利用した浄化を実現するには、浄化システムの構築が必要である。平成 25 年度は、浄化システムの構築にあたって、光合成微生物の１重包埋固定化を試行した。
その結果、１重では微生物の漏れ出しが認められた。合成高分子による２重包埋化により、微生物の漏れ出しがなくなることが明らかになった。環境への影響を最大限考慮し、光合成微生物の天然高分子を用いた２重包埋
固定化およびそれによる微生物の漏れ出しの有無を検討した。その結果、微生物を天然高分子の２重ゲルに包埋固定化することにより、微生物の漏出を防止した状態で浄化可能であることが示された（図１）。
Ⅲ．今後の課題と展望固定化したカプセルビーズから光合成微生物の漏出が皆無であれば、光合成微生物の湖沼への投入による環境への影響を考慮する必要がな
くなるだけでなく、湖沼から光合成微生物を容易に分離することができる。そうすれば、光合成微生物からの有用物質回収も可能となる。今後は、実地に即した浄化ユニットの設計、試作が課題である。
図１ 天然高分子ゲルからの微生物の漏出（左：１重ゲル、右：２重ゲル）*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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2.2.2.3.3.
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
Abstract
To promote recovery and recycling of phosphates from wastewater sludge, polyphosphate‐accumulating
bacteria from soils were isolated and introduced random mutation, and it was estimated the ability of phosphate
accumulation from sewage.
要約
リン資源の回収および再利用化を目指して、土壌試料から単離したリン蓄積能を示す菌株に対して変異導入を行い、汚泥中からのリン回収能を評価した。
Ⅰ．緒言
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、リン鉱石の埋蔵量が世界中で約４０～５０年分とする試算から、その枯渇が問題視されていた。日本は世界有数のリン消費国であるがリン鉱石を産出せず、その全てを輸入に依存している。一方、我が国の下水処理場から排出される余剰汚泥は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)。
本研究は、下水処理場の活性汚泥中からリン資源を回収して再資源化するために、リン蓄積細菌の変異株を作出し、これを用いて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ものである。
Ⅱ．成果の概要
平成２５年度は、これまでに得られたリン蓄積能を示す遺伝子組換え変異体株と、変異処理を行った土壌由
来菌株に対して変異処理を繰り返し行い、高濃度（培地中濃度で１００mM）のリン存在下でも吸収能を示す菌株を得た（図 1）。この菌株に対して昨年度に作成した土壌試料由来のゲノミック DNA ライブラリーを導入したとこ
ろ、さらにリン蓄積能が向上した菌株を得ることが出来た。また、高濃度のリンを添加した土壌培養物から新たな菌体を分離し、これにニトロソグアニジン処理を行ったところ、高濃度にリンを蓄積する菌株を得ることが出来た。
PAO１NTG と命名した土壌由来菌株の変異体は、モデル汚水に投下後、約４時間で８０％のリンを吸収し、１２
時間後におけるリン含有量は菌体重あたり約１２％を示した（図 2）。PAO１NTG を同定する目的で１６s rDNA の部分配列を調べた結果、本菌はシュードモナス属であることが明らかとなった。
Ⅲ．今後の課題と展望
今回土壌から得られた PAO１NTG は、遺伝子組換えを行っていないことから、菌体の封じ込め操作が不要であり、既存のリン回収施設などでも利用できる可能性が高い。本菌をもとに更にリン蓄積能が向上した変異菌株を作製し、菌叢内での競合関係などを調べ実用化に近づけることが今後の課題である。

図１ 土壌からの分離した菌体の選抜100ｍM KH2PO4 添加 PDA 培地

図２ モデル汚水を用いた各変異体菌株のリン吸収能評価

参考文献
1) 黒田章夫、滝口昇他 J.Environ.Biotechnol., 4, (2) 87 (2005)*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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2.2.2.4. バイオマスエネルギー技術開発
2.2.2.4.1.
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
Nobuyuki ENDO
Abstract
We investigated the microwave digestion for the woody biomass on various conditions, and examined the effectfrom the product analysis.
要約
木質バイオマス試料に対して種々の条件下でマイクロ波加熱分解を試み、生成物分析から分解の効果を評
価した。
Ⅰ．緒言
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や農業廃棄物、非食用海藻類などは、食糧と競合しない植物資源で、狭い国土でエネルギー用農産物の生産が難しい我が国では重要な資源である。本研究では大規模な熱源や設備投資を必要としない小規模の反応システムを構築し、木質系を中心とした未利用バイオマスでは重要な問題となる回収コストを低減化する地産地消型エネルギー需給システムを構築することを目的とし、幅広い原料に対応できるマイクロ波急速過熱分解と誘導加熱方式による熱化学変換反応を用いたバイオ燃料製造に必要な技術開発を実施した。
Ⅱ．成果の概要
実在するバイオマス資源に対し、搬送が容易な液状の分解物を効率よく生じる条件の検討・探索と、マイクロ波急速熱分解を行う際にマイクロ波を熱に変換する効率を向上させる機能性マイクロ波吸収材の評価、並びに連続分解処理が可能なフロー処理装置の開発に必要となる、効率よく分解処理を行うための試料形状や混入物に関するデータを蓄積し、液状分解物の生成に適した試料処理手法を調査した。
１．マイクロ波急速熱分解での成分分析
木質バイオマスのマイクロ波分解によって、通常の外部加熱（ヒーター
加熱）では起こらない分解反応が生じ、セルロースからの糖分解物やリグニンからのフェノール化合物が生成することを確認した。主要な生成物は木質試料の種類によって大きな差は認められなかった。
２．マイクロ波分解の効率向上に関する調査
220℃までのマイクロ波加熱処理では、多くが固体残さとして残るが、おが粉のような粉末試料と水を混合して処理すると、木粉が更に微粉砕化されて、試料の見かけ上の流動性が向上し、取り扱いが容易になることを明らかにした（図１）。酸化カルシウムや水酸化カルシウムなどカルシウム塩を添加してマイクロ波加熱することで熱に変換される効率は向上
するが、カルシウム塩は不溶で残渣を固めるため連続的な処理を行う反応システムに使用する添加剤としては不適であった。

図１ おが粉・水混合物のマイクロ波
加熱処理前（左）と処理後(右)の試料の様子

Ⅲ．今後の課題と展望
流動性の向上は見られたものの、含水率が高いことから、処理生成物をそのまま燃料として利用することは困難である。分解生成した低分子の有機物の生成量は従来の加熱法よりも多く、化成品・医薬品原料を回収することで廃棄物から有用資源を回収できる可能性がある。流動性の向上により可搬性が向上し、回収コストの低減化も図れることから、廃棄物を減容処理するとともに、生物由来の有用成分を回収し化学原料として活用する技
術に活用できる。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井県からの受託研究として実施した。

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2.2.2.4.2.
イオンビーム照射による白色腐朽菌高性能株の作出と、セルロース系バイオマス前処理への応用
Development of High-Performance White-Rot Fungus by Ion Beam Irradiation
and Application to Pretreatment of Cellulosic Biomass
畑下昌範*1、櫻井明彦*2
Masanori HATASHITA and Akihiko SAKURAI
化石燃料の枯渇や地球温暖化、原子力エネルギー代替などの観点から、バイオ燃料への期待が高まっている。特に、木材などの非可食バイオマスを原料とする第２世代バイオ燃料の実用化が望まれている。第２世代バ
イオ燃料は、木質中のセルロースやヘミセルロースなどの多糖類を加水分解する糖化工程と、得られた糖をエタ
ノールなどに変換する発酵工程からなり、糖化工程の効率化が実用化に向けた最重要課題である。
本研究では、安価かつ省エネルギーに木質（セルロース系）バイオマスの糖化を行うための前処理方法として、
白色腐朽菌が生産するリグニン分解酵素の利用を試みた。具体的にはイオンビーム照射によるリグニン分解酵
素高生産株の育種と、リグニン分解酵素による木質バイオマスの糖化前処理を検討した。
白色腐朽菌（変異株）にカーボンビームを照射したところ、1000Gy 照射したものからリグニン分解酵素を生産するが、セルラーゼを生産しない変異株（セルラーゼ活性欠失株）が得られた。この変異株を用いてセルロース
系バイオマスの前処理を行ったところ、リグニンは分解するがセルロースは分解しないため、野生株の約２倍の糖化効率が得られた。
さらに、白色腐朽菌が生産したマンガンペルオキシダーゼを用いて糖化前処理（リグニン分解）を行う際に、稲わら中の脂質を取り除くことによって、マンガンペルオキシダーゼの反応効率を向上させ、後工程であるセル
ラーゼによる糖化効率を向上させることが可能になった。
*１（公財）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 福井大学・工学研究科・生物応用化学専攻
本研究は、公募型共同研究事業として実施した。

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2.2.3. 原子力関連先端技術開発
2.2.3.1. 原子力応用技術開発
2.2.3.1.1.
環境中における線源位置探査解析手法の現場適用試験
On-site Application Evaluation of Radiation Source Detection Method in Environment
高田卓志*1,#、大谷暢夫*1、久米恭*1、長谷川崇*2、眞田幸尚*3、鳥居建男*3、杉田武志*4
Takushi TAKATA, Nobuo OHTANI, Kyo KUME, Takashi HASEGAWA, Yukihisa SANADA, Tatsuo TORII and
Takeshi SUGITA
Abstract
A radiation source evaluation system using the method of inverse problem analysis has been carried out inenvironment as an on-site application in Fukushima area.
要約
逆問題解法を用いた線源位置探査解析手法を福島県内の環境中の実地において取得したデータについて適用し、評価した。
I. 緒言
本試験では、日本原子力研究開発機構が無人ヘリコプターを用いて上空 50 m 及び 70 m で測定した放射線測定データに対し、逆問題解法を適用することにより、地表面に沈着した放射性物質の分布を計算評価し、計算結果を実際の地表面における測定値と比較する事によって、逆問題解法の適用性を評価した。
II. 方法
無人ヘリコプターによる測定が実施された福島県双葉郡双葉町の 3 か所のエリアについて、詳細な地表面（主として農地内）の線量率分布を測定した。上空で測定された放射線分布で観測された 100 m 程度の間でみられる線量率の大きな位置的変化が、地表における測定でも確認された。又、上空における測定で高い線量率が確認された山林とその近傍についても線量率を測定した。
地表面においては、その場所の状態（農地内のアスファルト道路、民家の庭先の砂地、樹木の根もと、土質、枯草の状態、農業用水路、野生動物による掘り返し等）によって線量率が大きく変化し、その評価においてはデータのバラツキの扱いを考慮する必要がある。これらの考慮すべき点に配慮し、上空の測定値に逆問題解法を適用して地表の放射性物質の分布を評価する計算解析を実施した。
III. 結果
地表面の測定で確認された線量率分布のピークが上空のデータから良好に再現される地点が存在し、無人ヘリコプターを用いた測定とその逆問題解法を適用したデータ処理が広い範囲の放射性物質分布を評価する手法として非常に有効であることが判明した。
IV. 考察地表面の測定で確認された線量率分布のピークが上空のデータから良好に再現され、本手法が有効である
事が確認できる地点が存在する一方、放射線分布の凹凸が小さくてなだらかに変化している場合には逆問題解法の解が期待された値に収束せず、測定データの選択や数値計算法に課題がある事も確認された。
V. 結語
日本原子力研究開発機構が無人ヘリコプターを用いて上空 50 m 及び 70 m で測定した放射線測定データに対し、逆問題解法を適用することにより、地表面に沈着した放射性物質の分布を計算評価し、計算結果を実際の地表面における測定値と比較する事によって、逆問題解法の適用性を評価した。地表面の測定で確認された線量率分布のピークが上空のデータから良好に再現され、本手法が有効である事が確認できる地点が存在する一方、放射線分布の凹凸が小さくてなだらかに変化している場合には逆問題解法の解が期待された値に収束せず、測定データの選択や数値計算法に課題がある事も確認された。今後の改良点を示唆するものである。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門、（同）ハセテック、*3（独）日本原子力研究開発機構・福島研究開発部門・福島環境安全センター、*4（有）科学システム研究所
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（独）日本原子力研究開発機構から請け負った役務契約として実施した。

*265

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2.2.3.1.2.
低減容処理灰化樹脂の均質・均一固化体製作技術調査
Analytical Surveillance on Production Methods of Homogeneous and Uniform Solid Materials from Spent Ion
Exchange Residuum after Ion Coupled Plasma Volume-Reduction Process
大谷洋史*1、水井宏之*1、東浦則和*1、坂東文夫*2、遠藤伸之*3、山岸隆一郎*4、久米恭*5、
Hiroshi OTANI, Hiroyuki MIZUI, Norikazu HIGASHIURA, Fumio BANDO, Nobuyuki ENDO,
Ryuichiro YAMAGHISHI and Kyo KUME
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が、廃棄体化処理設備として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の調査の一環として、減容安定化処理の試験装置によりイオン交換樹脂を低減容処理した残渣を用いて、セメント混練固化に関する手法の調査及び試験を行った。
実施内容及び結果は以下のとおりである。
(1) 粉砕による脱気処理を低減容処理灰化樹脂に施した上でセメント混練を行い、膨張の発生が無いことを確認するとともに、セメント混練固化体について各種試験を行い、均質・均一なセメント固化体が得られること
及び強度条件も満足することを確認した。
(2) 脱気処理した低減容処理灰化樹脂を用いたセメント混練物に、化学混和剤（減水剤）を添加することで、流動性が 25%以上増すことを確認した。
(3) 化学混和剤を添加したセメント混練固化体について各種試験を行い、均質・均一なセメント固化体が得られ、強度条件も満足することを確認した。
(4) 低減容処理灰化樹脂及びセメント混練固化体からの溶出試験を行い、各々、脱気処理及び化学混和剤添加による影響はないことと、セメント混練固化することによって溶出が抑制されることを確認した。
以上の結果から、低減容処理灰化樹脂に対して粉砕による脱気処理及び化学混和剤の適用したセメント混練
固化体は、廃棄体の技術要件を満たす見通しが得られた。
*１（独）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、*2（公財）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、*3 同・研究開発部・生物資源グループ、*4 同・企画支援広報部・技術開発室、*5 同・研究開発部・粒子線医療研究グルー
プ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（独）日本原子力研究開発機構から請け負った役務契約として実施した。

2.2.3.1.3.
放射線測定技術開発
Research and Development of Radiation Measurement
西尾繁*1、久米恭*2、高田卓志*2,#
Shigeru NISHIO, Kyo KUME, Takushi TAKATA
本研究は、受光面に塗布することによって放射線検出素子（フォトダイオード）の検出性能を簡単に引き上げられるシンチレータペーストの開発を目指すとともに、放射能可視化により効率的な大面積放射能分布測定を可能とする技術を開発することを目指して実施したものである。
シンチレータ材料開発分野では、まず、本事業で見いだした ZrO2:Ti、HfO2:Ti シンチレータの放射線-光変換
効果を最大限に引き出し、放射線検出素子（フォトダイオード）の有意な検出性能向上効果を確認するために、バインダを用いずにシンチレータ粉末を放射線検出素子上に固定する技術を開発した。続いてこの技術を用いて放射線検出素子を試作し、放射線検出性能が有意なレベルで向上するか調査したが、性能の有意な向上は認められなかった。
放射能分布測定分野では、これまでの知見を踏まえて蛍光板と高感度の光学素子を組み込んだオンライン
放射能分布評価システムのプロトタイプを試作し、様々な環境でその性能を調査した。野外における試験から、日陰の場所さえあれば、本システムでサンプル中の数十 kBq から数 MBq 程度までの強度の線源位置を同定可能と分かった。
*１（公財）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、*2 同・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実
験所・放射線生命科学研究部門
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力株式会社・日本原子力発電株式会社・北陸電力株式会社の３社からの受託研究として実施した。

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2.2.3.1.4.

放射線源評価手法開発
Development of a radiation source position evaluation method
久米恭*1、高田卓志*1,#、長谷川崇*1,*2、鴨川仁*3
Kyo KUME, Takushi TAKATA and Takashi HASEGAWA

I. 緒言
逆問題解法を用いた放射線源情報評価手法の実地での応用の一例として、自然界でのフィールド試験を実施した。
II. 内容平成 24 年度に引き続き、特異的な放射線源として考えられる自然環境に、原子力事故モニタリング用の測定機器を設置し、継続的に測定することにより、自然界の環境モニタリング装置としての実用性評価を行った。
特異な放射線源として考えられる自然環境（高山、ならびに海沿い）に、原子力事故モニタリング用の開発機器を設置した。夏季の高山は障害物のほとんどない特異的な場所であり、またモニタリング機器の性能限界試
験としても合理的な場所である。冬季の海沿いの野外においては、自然現象に起因する高エネルギーX 線モニ
タリング試験を行った。
また従来の NaI 検出器よりもさらに大面積の測定を行うために、比例計数管を組み込んだ計測システムの開発も実施した。今後、自然環境における連続測定への適用するために試験を進めていく。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実験所・放射線生命科学研究部門、（同）ハセテック、*3 東京学芸大学
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが東京学芸大学との共同研究として実施した。
*2

2.2.3.1.5.
基礎架台コンクリート等への放射性物質等の浸透性調査
Estimation of radioactive substance penetration in basement concrete
水井宏之*1、藤田義彦*2、久米恭*3
Hiroyuki MIZUI, Yoshihiko FUJITA and Kyo KUME

I. 緒言
本調査では、「ふげん」廃止措置に伴う廃棄物等の取扱いに関連して、基礎架台コンクリート等の表面やひび割れ部から放射性物質等が浸透する挙動を想定し、ひび割れ深さと浸透深さに係る相関関係を整理することによって、「浸透範囲が必ずしも否定できない範囲」を特定・分離するロジックの評価・検討を行った。
II. 内容まず、各測定・試験を行うためのコンクリート供試体（ひび有・ひび無供試体）を製作した。次いで、ひび割れ
範囲を非破壊で特定するため、上記の各供試体を用いて、超音波測定装置及び高出力 X 線 CT 装置により供試体内部のひび割れ深さ測定を行った。また、コバルト-60 の浸透挙動を模擬した元素を含む溶液（非放射性の硝酸コバルトの飽和溶液）にひび有・ひび無供試体を一定期間浸漬した後、粒子励起 X 線分光法（PIXE）及び電子線マイクロアナライザ（EPMA）により、各供試体内部へのコバルト（安定）の浸透範囲を特定した。さらに、各供試体のひび割れ深さについては、切開加工した後に電子顕微鏡による詳細な観察も合わせて行った。
以上の検討結果に基づき、ひび割れ深さと浸透範囲の相関関係を整理することで、コンクリートへの「浸透汚染が必ずしも否定できない範囲」を保守的に特定・分離するロジックを定量的に構築した。
*１（独）日本原子力研究開発機構・原子炉廃止措置研究開発センター（ふげん）・技術開発部・開発実証課、*2（公財）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、*3 同・粒子線医療研究グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（独）日本原子力研究開発機構からの役務契約として実施した。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.2.3.1.6.
セメント素材の環境放射線計測に関する研究
Environmental Radiation Dosimetry from Cement Materials using Germanium Gamma Ray Spectrometer
峰原英介*1
Eisuke MINEHARA
I. 緒言
敦賀セメント株式会社がもっているセメントとその副産物の製造技術と若狭湾エネルギー研究センターが開発している放射線計測装置とその運用技術を組み合わせて、セメントとその副産物などの「放射線計測」基
礎技術の開発を行った。これにより、セメント工場における「放射線計測」基礎技術を確立することが可能になると考えられる。クリンカー、クリンカーダスト（CD）、セメントなどの計測を約２年間行い、クリンカーダストに多く集まることが明らかになった。放射性 Cs の約 78%(焼成時間の最適化後ほぼ 100％)の分離と千分の一の減容(最適化後も不変)に利用できる。
II. 内容セメント工場における「放射線計測」基礎技術を確立するために以下の 3 点について共同研究を行った。
①セメントの放射線計測技術の開発 通常の Ge 検出器で検出できた。濃縮されている CD の場合、低 BG
型は特に必要ないことが明確となった。② セメントの製造検査技術の開発、CD で０．０９－０．０５Bq/ｇ程度濃度を得た。時折、CD で検出限界以下が見られた。③ 知的財産(特許出願)の取得と開発結果のまとめと報告（原子力学会 2012 年-2013 年で報告）。
H23 年度は、セメント、クリンカーは検出限界以下、クリンカーダストで 0.1Bq/g 程度、H24 年度は、セメント、
クリンカーは検出限界以下、クリンカーダストで 0.09－0.05Bq/ｇ程度濃度の放射性 Cs を計量した。H25 年
度は H24 年度と同様の傾向で、検出限界以下が散見された。
*１（公財）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、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが敦賀セメント株式会社との共同研究として実施した。

2.2.3.1.7.
超高純度金属の精製研究
Preparation of Ultra Pure Alloy
西尾繁*1、安永和史*2
Shigeru NISHIO and Kazufumi YASUNAGA
I. 緒言
原子力施設等で使用される金属材料には、高温腐食、磨耗、応力腐食割れ、照射誘起応力腐食割れ等に対する高い耐久性が求められる。金属の耐久性を向上させるための有効な手法の一つが「高純度化（不純物元素を可能な限り除去すること）」で、既に様々な金属で高純度化が試され、耐久性の向上が実証されている。ステンレス鋼もその一つで、原子力施設構造材用途の超高純度ステンレス鋼が既に開発されている。
現行の超高純度ステンレス鋼は２段階の高純度化工程を経て製造されている。１段目の高純度化工程では溶
融金属原料を電磁気的に浮遊させ、２段目の工程では電子ビームを利用する。そのため製造コストが極めて高い。本研究は、坩堝を使用した安価な超高純度ステンレス鋼の精製技術開発を目指して実施したものである。
II. 内容減圧アルゴン雰囲気中でステンレス鋼（SUS316）を高周波熔解し、溶解前後の不純物濃度を測定、比較した。
実験条件は坩堝の種類（２水準）、最大高周波電力（２水準）、熔融速度（２水準）を組み合わせて、合計８条件とし、不純物濃度はグロー放電質量分析（GD-MS）と脱ガス分析（IGA）を組み合わせて測定した。実験の結果、減圧アルゴン雰囲気中での高周波熔解によって、1800ppm 程度の不純物元素が含まれる原料ステンレス鋼中から、最大 20％程度不純物を除去することが出来た。
ステンレス鋼において高純度化の効果が顕著に現れる不純物濃度<100ppm 以下を目指して、今後、精製雰囲気の変更等を試す予定である。
*１（公財）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、*2 同・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力株式会社・日本原子力発電株式会社・北陸電力株式会社の３社から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研究年報（平成 25 年度）

2.2.3.1.8.
レアメタルフリー・高強靭性チタン材の開発とその応用
Development of Rare Metals Free and High Toughness Titanium Material
安永和史*1
Kazufumi YASUNAGA
I. 緒言
高い強度と延性を併せもち、廉価でリサイクル性に優れた酸素(O)添加 Ti 材が開発されている。今回、5wt%TiO2 添加 Ti 材の O 分布を 3 次元アトムプローブ(3DAP)法により明らかにすることを目的とした。さらに、
TEM を用いた内部微細組織観察および TEM-EDX 分析をおこなった。
II. 内容5wt%TiO2 添加 Ti 材を FIB 法で結晶粒界を含む直径約 100 nm の針状試料に加工後、構成元素の 3 次元分
布を原子レベルの分解能で 3DAP により測定した。針状試料には結晶粒界を境に 2 つの結晶粒が含まれているが、それぞれの結晶粒内には Ti および O は一様に分布していた。さらに、結晶粒界近傍の元素の濃度プロ
ファイルを定量的に評価した。解析範囲は、結晶粒界を中心に含む領域(17×20×37 nm)である。解析の結果、結晶粒界を境に半値幅 4.5 nm の領域において O の僅かな濃度低下(1atomic%未満)が確認された。TEM を用いて内部微細組織を暗視野法により観察した結果、板状の析出物と考えられる直径約 100 nm の白いループ形状のコントラストを含む結晶粒を存在割合は低いが確認した。さらに、TEM-EDX 分析においても 3DAP の分析
結果と同様に、結晶粒内に O の存在が確認された。これらの結果から、ループ形状のコントラストは O と Ti の結合した Ti 酸化物の可能性が高いと考えられた。Ti 酸化物と考えられるコントラストは結晶粒内に一様に分布しており、粒界に偏析する傾向がみられないことから、結晶粒界の脆化には寄与しないと考えられた。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが関西電力株式会社、日本原子力発電株式会社、北陸電力株式会社からの受託研究として実施した。

2.2.3.1.9.
塩化セシウム除染分離技術及び CO2 分離技術の開発実用化
Developmental Works for the Radioactive Cesium Chloride Separation and Decontamination,
and CO2 Enrichment
峰原英介*1、高田卓志*2,#
Eisuke MINEHARA, and Takushi TAKATA
I. 緒言
株式会社ナカテックがもっている焼却炉やその関連部品や関連熱設計技術と若狭湾エネルギー研究センターが開発している焼却炉を用いた塩化セシウム除染分離・減容技術を組み合わせて、塩化セシウム除染分
離・減容技術の開発・実用化の研究を検討した。この技術の完成により、焼却炉を用いた塩化セシウム除染
分離・減容技術を確立することが可能になると考えられる。併せて株式会社ナカテックとゼオライトによる CO2 の脱吸着による濃縮を用いた CO2 分離技術の開発実用化研究を行った。この 2 点の研究開発の現状を報告する。
II. 内容
焼却炉を用いた塩化セシウム除染分離技術を開発する。併せてゼオライトによる CO2 の脱吸着による濃縮を用いた CO2 分離技術を開発する。そのために以下の技術開発と作業を行う。①塩化セシウム除染分離技術の開発研究と実用化研究, ② CO2 分離技術の開発実用化研究, ③関連する知的財産の取得と開発結果のまとめと報告。本年度は、前年度に引き続き、(株)ナカテックが保持する技術による抽気装置を検討した。
また若エネ研と協力してナカテックは焼却炉の煙道における気体と固体との分離機であるサイクロンや電気集塵機などを用いて、実験を行う計画を検討した。ナカテックが可能性調査研究で購入した装置を借用してゼオライトの直径或いは厚みと着脱量の変化計測を破砕片を用いて行った。着脱量が増える傾向はあるが粒径がそろっておらず、且つ不十分な着脱量であった。
*１（公財）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，＊２同・粒子線医療研究グループ、#現 京都大学・原子炉実
験所・放射線生命科学研究部門
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが（株）ナカテックとの協力研究として実施した。

69

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2.2.3.2. 科学機器利用技術開発
2.2.3.2.1.
箔試料放射化法を用いた厚い Be 試料からの 9Be(p,n)中性子の特性評価
Characterization of Neutrons from a Thick Target 9Be(p,n) Reaction
by Multiple Foil Activation Technique for Practical Applications
モハンマド・シュジャ・ウディン*1,*2, 久米恭*1, 高田卓志*1,# , 長谷川崇*3
Mohammad Shuza UDDIN, Kyo KUME, Takushi TAKATA and Takashi HASEGAWA
Abstract
The neutron spectrum in the energy range of 0.1 to 5.85 MeV in the 0o with respect to incident proton beam
accelerated in a Tandem Accelerator of the Wakasa Wan Energy Research Center (WERC), has beencharacterized using the multiple foil activation technique. Flux mapping of thermal and epithermal neutrons at
0o, 20o, 40o and 60o at downstream of the beam has also been carried out. The fast neutron spectrum averaged
cross sections of several threshold reactions were measured. Two monitor reactions, 58Ni(n,p)58Co and115
In(n,n’)115mIn, were used to determine the fast neutron flux.
要約
若狭湾エネルギー研究センターのタンデム加速器において、複数種類の箔放射化により、入射陽子に対して
0 度方向の中性子の 0.1 MeV から 5.85 MeV までのエネルギー幅のエネルギースペクトルを同定した。また 0度、20 度、40 度、60 度方向の熱中性子束ならびに熱外中性子束を評価した。箔中の複数の核反応のしきい値を考慮することにより、速中性子の反応断面積も測定した。58Ni(n,p)58Co 並びに 115In(n,n’)115mIn の二つの核反応をモニター用の核反応とし、速中性子束の決定に用いた。
I. 緒言
加速器中性子源は、昨今の社会情勢を鑑み、新規に中性子線を得るための手段として重要性を増している。
本研究では、若狭湾エネルギー研究センター(WERC)タンデム加速器からの入射陽子を用い、9Be(p,n) 反応による中性子エネルギー分布ならびに中性子束の評価を箔放射化法により行うこと、ならびに 6 MeV 以下の既存の実験データとの比較により、複数のしきい値付近での反応断面積を求めることを目的としている。
II. 方法WERC タンデム加速器からの 7.685 MeV 陽子線を WERC 中エネルギーイオン注入装置に輸送し、9Be(p,n)
反応によりエネルギー分布を持つ中性子線を発生させた。試験装置は図 1 に示す通り、直径 35 mm 厚さ 1 mmの Be 箔を中性子発生ターゲットとしている。
中性子測定に用いた金属箔は、Al, Ti, Fe, Ni, Mo, In, Au であり、それぞれ直径 1.5cm であり、0o 方向に並べた。また Au 箔、Cd で覆われた Au 箔も 0o, 20o, 40o, 60o に配置した。金属箔の配置を図 2 に示す。
照射時間は 4 時間 30 分で、ビーム強度は 0.91 A であった。
照射後に、各金属箔から放出されるガンマ線のエネルギー分布を高純度ゲルマニウム半導体ガンマ線検出器(HPGe, ORTEC GEM20-P)により測定した。測定効率はチェッキングソースにより校正した。
このようにして得られたガンマ線スペクトルから、各試料における核反応のしきい値以上での反応について放射能を求め、励起関数から速中性子のエネルギースペクトルをアンフォールディングにより得た。
まず、115In(n,n’)115mIn 反応による中性子束は 0.37 MeV 以上の中性子の全体の線束を示すモニターとして用い、また 58Ni(n,p)58Co 反応を相補的に 0.5 MeV 以上の中性子線束を確認するモニターとした。その結果、
58
Ni(n,p)58Co 反応は 90 mb, 115In(n,n’)115mIn 反応は 182 mb として、アンフォールディングにより中性子のエネ
ルギースペクトルを計算し、速中性子線束を決定した。
その他、27Al(n,p)27Mg, 46Ti(n,p)46Sc, 47Ti(n,p)47Sc, 54Fe(n,p)54Mn, 92Mo(n,p)92mNb, 113In(n,n’)113mIn についてはスペクトル全体での平均的な反応断面積を求めた。
熱中性子束については、197Au(n, )198Au 反応を用い、Cd 箔により熱外中性子の寄与を除去することによって
決定した。
*１

（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・粒子線医療研究グループ、*2 バングラデシュ原子力委員会、#現 京都大学・原子炉実
験所・放射線生命科学研究部門、*3（同）ハセテック

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
III. 結果
以上の測定によりアンフォールディングで得られたガンマ線スペクトルを図３に示す。また、熱中性子および熱外中性子の線束の角度分布を図 4 に示す。
IV. 考察中性子の線束は 0.37 MeV から 5.85 MeV の間では 1.24 x 107 n cm-2 s-1 であることがわかる。0.1 MeV から
0.37 MeV の間では 1.60 x 105 n cm-2 s-1 である。0o 方向での熱中性子および熱外中性子の線束はそれぞれ
3.08 x 104 n cm-2 s-1 と 8.39 x 103 n cm-2 s-1 である。
これらの値を得るために先に求めた各核反応の平均的な反応断面積は、先行研究とは 15 %程度の差においておおむね一致していることがわかる。
V. 結語
若狭湾エネルギー研究センターのタンデム加速器において、複数種類の箔放射化により、入射陽子に対して
0 度方向の中性子の 0.1 MeV から 5.85 MeV までのエネルギー幅のエネルギースペクトルを同定した。また 0度、20 度、40 度、60 度方向の熱中性子束ならびに熱外中性子束を評価した。箔中の複数の核反応のしきい値を考慮することにより、速中性子の反応断面積も測定した。58Ni(n,p)58Co 並びに 115In(n,n’)115mIn の二つの核反応をモニター用の核反応とし、速中性子束の決定に用いた。

(a)

(b)

図１ Be ターゲットを含む試験装置の構造。(a)全体図、(b)ターゲット部分の拡大図。

図 2 放射化分析用の金属箔の配置。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

図 3 アンフォールディングで得られた中性子エネルギースペクトル。

Neutron flux (n cm-2s-1)

40000

Thermal neutron flux
30000

Epithermal neutron flux

20000

10000

0

20

40

60

Sample position (Degree)
図 4 熱中性子と熱外中性子の線束の角度分布。
7280

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2.2.3.2.2.
ウェットプロセスによるシリコンインタポーザ形成技術開発に関する研究
Development of Electrochemical Processing for a High-Performance Silicon Interposer
安永和史*1、常光幸美*2
Kazufumi YASUNAGA and Yukimi JYOKO
I. 緒言
本研究は、「オールウェットプロセス－電気化学プロセス」によるシリコンインタポーザ形成技術の開発を目指すものである。特に、シリコン回路パターン基板へのめっき配線形成プロセス技術のシリコンインタポーザ形成技
術への応用展開のために、苛性エッチング・ニッケル触媒活性化処理を施したシリコン微細孔パタ－ン基板に非ホルマリン型無電解銅めっきにより作製した Cu/Ni/p-Si(100)薄膜（膜厚～1 μm）について、走査電子顕微鏡法（FE-SEM）・透過型電子顕微鏡法（TEM）による微細構造観察、エネルギー分散型 X 線分光法（EDS）による組成分析、ならびに電子エネルギー損失分光法（EELS）による化学結合状態分析を行った。
II. 内容めっき条件にも依存するが、かなり急峻な Cu/Ni 界面の fcc Cu/Ni の 2 層膜構造がほぼ全体に均一に形成され、Cu-Ni 合金化の可能性は低い。また、Ni/p-Si(100)界面においては、非晶質 SiO2 層（～0.10 μm，絶縁層）および Ni ナノ結晶（粒径～10-20 nm）混在の非晶質 Ni-Si 複合水和酸化物層（～0.25 μm）の存在を示唆する電子回折図形および EELS スペクトルも観測されている。さらに、熱処理による無電解めっき Cu/Ni/pSi(100)薄膜の微細構造および組成分布の変化ならびにその結晶構造についても評価・解析した結果、熱処理
条件（473K, 2h (Ar)）においては膜質に顕著な変化はないものの、熱処理条件（723 K, 2h (Ar)）では、Cu/Ni 界面層の膜質が変化し、Ni 層中に Cu の一部混入も観察されている。しかしながら、p-Si(100)基板への Cu および
Ni の拡散、拡散による Ni-Cu 固溶合金化や Ni ナノ結晶の結晶構造における変化は認められない。これらの結果は、めっき配線層形成技術に関する基本特性・機能であるめっき層の拡散バリア性とその電気的特性（絶縁性・誘電性・電気抵抗率・高周波特性等）が大いに期待されるものである。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*2 福井工業高等専門学校
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井工業高等専門学校と共同で実施した研究成果の一部である。

2.2.3.2.3.
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
安永和史*1、天谷美奈子*2
Kazufumi YASUNAGA and Minako AMAYA
毛髪は、最外層にうろこ状に並んでいるキューティクル、内部の大部分の領域を占める紡錘状のコルテックス、そして中心部分に存在するメデュラで構成されている。また、コルテックスは点在したメラニンを内包している。毛髪には様々の微量金属元素が含まれており、これら金属元素は黒毛化に影響を及ぼすとされているが、金属元素の存在と黒毛化との関連性は明確にはなっていない。今回、福井県の特産品のひとつで金属元素を多く含む食品として「わかめ」を摂取することにより、金属元素がどのように毛髪に移行され黒毛化に影響を及ぼすのかについて調べることを目的とした。毛髪の分析サンプルは、わかめの摂取前後(摂取は越前産天然板わかめを 1
日 3g ずつ 3 ヶ月間)の根元部分 3cm から採取した。毛髪に含まれる金属元素は、ミクロトームにより作製した 200
nm 厚の毛髪薄切片中のコルテックスを透過型電子顕微鏡(TEM)に付属する元素分析装置(TEM-EDS)を用いて分析した。
わかめ摂取前後の毛髪のコルテックスには、共に微量金属元素として Mg、S、K、Ca、Fe、Cu、Zn、I の存在が確認された。これらの元素の存在量は部位によって異なり、メラニン部位では Ca、Cu、Zn が、コルテックス部位では S が顕著に多いことが明らかとなった。微量金属元素の存在量をわかめ摂取前後で比較すると、多くの金属元素について摂取期間の 3 ヶ月後に減少する傾向が見られ、微量金属のわかめによる摂取と毛髪へのそれらの移行については因果関係を示唆する結果は得られなかった。食事により摂取された金属元素は、一般的にその多くは汗や尿として排泄器官より排出されることから、同様の器官として機能する毛髪への移行が考えられた。しかしながら、わかめの摂取期間が汗をかきやすい夏場の時期であったことから、3 ヶ月で摂取した金属元素の多くは汗として排出されてしまい、毛髪へ蓄積される量が減少したものと考えられる。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*2 日華化学株式会社・デミコスメティクス・化粧品研究部・基礎研究グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが日華化学株式会社と共同で実施した研究成果の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.2.3.2.4.

金属および樹脂材料に形成された機能性界面の微細構造解析に関する調査研究
Microstructure Analysis of Functional Interface Formed on Plating Film
安永和史*1、吉田哲文*2、辻本和久*2
Kazufumi YASUNAGA, Tetsufumi YOSHIDA and Kazuhisa TSUJIMOTO

ポリイミドフィルムは耐熱性、耐薬品性の面から電子材料として多用されており、そのアプリケーションは多岐にわたる。ポリイミドフィルム上への導電パターン形成において、フィルム基材と金属導体との密着性の向上が重要であることが広く知られており、この界面構造についての研究が盛んに行われている。セーレン㈱では、従来工法と比べてポリイミドフィルムと金属皮膜の密着性を向上させた新規導電パターン形成プロセス[DP3(μDirect Pattern Printing and Plating)工法]の開発に取り組んでいる。
本研究では、金属膜とポリイミド樹脂間の界面の構造解析手法と、金属膜の最表面の定性分析手法を確立し、目的の組成物が形成できる処理条件を明らかにすることを目的として取り組んだ。その結果、プラズマ照射等の前処理条件の異なるポリイミド樹脂に対して、表面の微細構造を走査型電子顕微鏡(SEM)および X 線電子分光
分析(XPS)を用いて解析する条件を確立し、金属膜との密着性に優れるポリイミド樹脂の前処理条件を明らかにすることができた。さらに、本工法で形成された金属膜を二次イオン質量分析装置(SIMS)で定性分析し、金属膜表面から深さ方向の金属成分を解析した。また、クロスセクションポリッシャー(CP)によるサンプル断面調製と電界放射型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、試料の反射電子組成(COMPO)像観察を実施した。
これらの解析結果から、ポリイミド樹脂表面に、金属膜との密着性に優れる機能性界面を形成するための処理
条件を明らかにすることができ、新たな導電性樹脂材料開発の可能性が広がった。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*2 セーレン株式会社・研究開発センター・開発研究第一グ
ループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターがセーレン株式会社と共同で実施した研究成果の一部である。

2.2.3.2.5.

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
安永和史*1、蛭川望*2
Kazufumi YASUNAGA and Nozomu Hirukawa

アルミナゾルは、アルミナのナノ粒子が均一に分散したコロイド溶液であり、分散質であるナノ粒子の持つ多くの優れた性質から、様々な産業分野への応用展開が期待できる。そこで、TEM 観察を主体とした種々の分析方法を駆使して、アルミナゾルのバインダーやフィラー、表面処理剤等、新規用途への応用展開を目指して研究を実施した。今年度は、これまでの研究で得られた粒子形状制御技術、および TEM 観察を主体とした分析方法を駆使して、種々の粒子形状を有するアルミナゾルのバインダーやフィラー、表面処理剤等、新規用途の部
材評価を実施することによって応用展開を目指した。形状制御されたアルミナゾルのラボ試作、および TEM 観
察による粒子形状確認および物性データ収集、形状制御ゾルのスケールアップ検討、新規用途探索、および形状制御されたアルミナゾルの部材評価を行った。柱状の粒子形状を有するアルミナゾルの分散性向上技術の確立について検討を行い、以下の結果が得られた。1) 板状の粒子形状を有するアルミナゾルを目的とした試作を行い、TEM 観察の結果、期待通り板状粒子が得られていることを確認した。2) 得られた板状アルミナゾルの分散状態について TEM での評価の結果、高い分散性を有していた。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*2 川研ファインケミカル株式会社・ファイン事業部・研究開発部・機能材料研究グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが川研ファインケミカル株式会社と共同で実施した研究成果の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.2.3.2.6.
銅基板状の自己集合膜の表面分析
Surface Analysis on Copper Substrate by Self-Assembled Monolayers
安永和史*1, 坂口昌弘*2
Kazufumi YASUNAGA and Masahiro SAKAGUCHI
I. 緒言
近年、電子機器の配線材料として銅が使用されるようになっている。しかし、銅は錆びやすいことから除錆および防錆が電子機器の製造には必須であり、これらの工程において 1－チオグリセロール(1-TG)水溶液は銅表面に存在する酸化被膜の除去と同時に防錆効果を発揮することから、銅の表面処理剤として使用されている。その除錆の効果について表面処理前後の銅の表面形態の TEM 観察により明らかにすることを目的とした。
II. 内容酸化膜に厚みをもたせるために銅の多結晶基板を強制的に酸化させたものを試料として用いた。まず強制酸化処理時のむらを無くすために、前処理として試料を室温でアセトン中に 5 分間浸漬後に水洗し、さらに 3.5%塩
酸水溶液中に 10 分間浸漬後に水洗した。試料の強制酸化は、室温で 3%過酸化水素水溶液に 10 分間浸漬す
ることにより行った。1-TG 水溶液による処理の効果を明確にするために、同一基板のある領域には事前に真空蒸着装置を用いて厚み 50nm の金で被覆し、1-TG 水溶液と反応しないようにした。1-TG 水溶液による銅基板の処理は、室温で 1%1-TG 水溶液中に 5 分間浸漬することにより行った。処理後の銅基板は、水洗さらにはメタ
ノール洗浄後に 30℃で乾燥させ、FIB 装置を用いた薄膜加工中の試料表面を保護するために Pt を蒸着した。
この銅基板の 1-TG 水溶液未処理および処理面の境界領域を断面方向から TEM 観察した結果、1-TG 水溶
液未処理の表面には厚さ約 20nm の酸化銅と考えられるコントラストが確認された。さらに、蒸着した金と銅基板とはほとんど密着しておらず 30nm にも達する空隙が存在した。一方 1-TG 水溶液処理表面には酸化銅は存在せず、処理による銅表面の除錆の効果が確認された。さらに、表面保護のために蒸着した Pt と銅基板の密着性が高いことが明らかとなり、酸化銅の存在は銅と他の金属との密着性を低下させることを示唆している。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*2 旭化学工業株式会社・福井事業所・研究部研究課
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが旭化学工業株式会社と共同で実施した研究成果の一部である。

2.2.3.2.7.
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
安永和史*1、加藤寛敬*2
Kazufumi YASUNAGA and Hirotaka KATO
超強加工により実現が可能となった微細結晶粒材料（バルクナノメタル）は、高密度な格子欠陥（結晶粒界など）を有することに起因する従来の金属では得られなかった特異な優れた物性・特性を示し、さらに、合金元素に頼らずに従来の粗大粒材（結晶粒径が数μm 以上）と比較して高強度を示すという新しい発想に基づいた画期的材料であるために、環境資源･エネルギー問題の観点から次世代の構造材料候補として注目を集めている。
本研究では、摩擦により生成した超微細組織表層の結晶構造や力学的特性を明らかにするとともに、超微細構
造摩擦表層の生成メカニズムを明確にする。また、その摩擦を利用した超微細組織金属表層の摩擦摩耗特性を評価し、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ことを目的としている。
今年度は、摩擦表層の組織・硬さに及ぼす材料と摩擦条件の影響について調査した。大気中で摩擦速度を変化させてピンオンディスク摩擦試験（荷重 19.6 N）した炭素鋼（S45C）の摩擦表層を TEM 観察したところ、結晶粒が摩擦方向に曲げられ塑性流動組織が観察された摩擦速度 0.05 m/s、0.5 m/s の試験片では層間距離
が 30～100 nm の微細ラメラ構造が観察されたが、摩擦速度 3 m/s の試験片では 30～50 nm の等軸粒が観察された。このことから、摩擦温度上昇による＋P→→M の相変態がナノ結晶化に関係していると推察された。一方、真空中で摩擦速度を 0.05 m/s と遅くして摩擦試験（荷重 49N）した S45C の試験片においても、ナノ結晶化していると考えられる超微細組織の摩擦表層（厚さ約 30 m）が認められ、Hv1100 程度にまで非常に高硬度化した。つまり、相変態しなくても超微細組織が生成する。なお、相変態のないステンレス鋼（SUS430、SUS304）では、S45C のような超微細組織は観察されなかった。このことから、超微細組織の生成は、摩擦速度（歪速度）と歪量の両方が関係していると言える。
*１（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ、*2 福井工業高等専門学校・機械工学科
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターが福井工業高等専門学校と共同で実施した研究成果の一部である。

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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

2.2.3.2.8.
高圧有機無機変換合成法で合成された C-N-H 系無機化合物の創製と軽元素高精度組成分析
Creation and Light Element Characterization of C-N-H Inorganic Compound Synthesized in High Pressure
and Temperature
長谷川正*1、丹羽健*1、堀部太嗣*1、神有輝*1、草場啓治*1、安田啓介*2、石神龍哉*2
Masashi HASEGAWA, Ken NIWA, Taishi HORIBE, Yuki JIN, Keiji KUSABA, Keisuke YASUDA, Ryoya
ISHIGAMI
I. 緒言
太陽光・水素エネルギーの利用促進が求められている。本研究の最終目標は，新規に独自開発した水熱中
鋳型フリー有機無機変換合成法により窒化炭素系ナノチューブ結晶材料を開発し，軽元素高精度組成分析で決定した N/C 組成比と光触媒・水素吸蔵特性の相関を解明することとする。２５年度では，実際に取り扱う高圧
有機無機変換合成法で合成される C-N 系無機化合物の N/C 組成比を，軽元素高精度組成分析法を用いて正確に求める手法を確立することを主たる目的とする。
Ⅱ.内容
マルチアンビルプレスを用いた高圧高温下での有機無機変換によって，グラファイト類似構造の試料を合成した．これを用いて，構成元素である軽元素の高精度組成分析をタンデム加速器中エネルギービーム分析装置
により行った。測定データの解析は SIMNRA コードを用いて行った。ラザフォード後方散乱分光法 (RBS 法) によって，窒素と炭素の比を高精度に求めることに成功した。また，弾性反跳検出分析法（ERDA 法）による水素定
量分析にも成功した。RBS 法と ERDA 法の結果から，炭素，窒素，水素の組成比を算出して求めることに成功した。また，ダイアモンドアンビルセルを用いた超高圧合成実験も行い，C-N-H 系ナノチューブの合成を試みた。
*１
名古屋大学・工学研究科・結晶材料工学専攻、 *2（公財）若狭湾エネルギー研究センター・研究開発部・エネルギー材料グループ
本研究は、（公財）若狭湾エネルギー研究センターと名古屋大学との公募型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研究年報（平成 25 年度）

3. 外部発表、特許、品種登録
3.1. 外部発表
平成 25 年度における外部発表（論文等及び国際会議、国内会議における発表）は次のとおりである。
(1) 論文等（学協会誌等への掲載、解説・総説などを含む）
1. 長尾慶子、久松裕子、粟津原理恵、遠藤伸之、原田和樹、抗酸化能を高める中国料理献立の食事設計法の提案、日本調理科学会誌、Vol. 46、No. 5、pp324-334, 2013
2. Kazuma Kamata, Akira Hatanaka, Gayatri Goswami, Kaori Shinmyozu, Jun-ichi Nakayama, Takeshi
Urano, Masanori Hatashita, Hiroyuki Uchida, Masaya Oki, C-terminus of the Sgf73 subunit of SAGA
and SLIK is important for retention in the larger complex and for heterochromatin boundary function.
Genes to Cells. 18(9), pp823-837, 2013
3. 小川良平、森井章裕、渡部明彦、崔正国、鍵谷豪、畑下昌範、久米恭、福田茂一、長谷川崇、近藤隆、放射線応答性遺伝子発現制御システムの開発、放射線生物研究、48(3)、pp267-279、2013
4. Munetoshi Maeda, Katsumi Kobayashi, Hideki Matsumoto, Noriko Usami, Masanori Tomita. X-rayinduced bystander responses reduce spontaneous mutations in V79 cells. J Radiat Res. 54, 10439,2013
5. Masanori Tomita, Munetoshi Maeda, Katsumi Kobayashi, Hideki Matsumoto. Dose response of soft
X-ray-induced bystander cell killing affected by p53 status. Radiat Res. 179, 200-7, 2013
6. 安田啓介、TOF-ERDA による軽元素分析法の開発、まてりあ、第 52 巻、第 8 号、pp382-389、2013
7. 峰原英介、田村浩司、高濃度の放射性物質に汚染された原子炉一次系ステンレス鋼のレーザー除染、デコミッショニング技報、48 号、pp47-55、2013
8. 峰原英介、ロボットレーザー除染機、オプトニュース、vol.8、No.3、2013
9. 峰原英介、「原子力施設の保守保全、廃止措置のためのレーザー技術」特集号によせて、レーザー研究、第 41 巻 11 号、pp905、2013
10. 峰原英介、3 次元高出力レーザー走査による原子力関連施設の完全放射能除染、O Plus E、5 月号、
pp476-483、2013
11. 中嶋英雄、若狭湾エネルギー研究センターにおける原子力研究、生産と技術、65 巻、第 3 号、pp46～48、2013
12. 中嶋英雄、物性研究から材料開発に転じて、日本鉄鋼協会誌 ふぇらむ、18 巻、第 12 号、pp753～
757、2013
13. Masanori Hatashita, Masahiko Taniguchi, Kimiye Baba, Ken Koshiba, Takefumi Sato, Yutaka Jujo,
Ryuta Suzuki, Sachiko Hayashi, Sinodielide A exerts thermosensitizing effects and induces apoptosis
and G2/M cell cycle arrest in DU145 human prostate cancer cells via the Ras/Raf/MAPK andPI3K/Akt signaling pathways. International Journal of Molecular Medicine, 33(2), pp406-414, 2014
14. Mina Masuda, Shonkor Kumar Das, Masanori Hatashita, Shinya Fujihara, Akihiko Sakurai, Efficient
production of cordycepin by the Cordyceps militaris mutant G81-3 for practical use. Process
Biochemistry. 49(2), pp181-187, 2014
15. Md. Shuza Uddin, Kyo Kume, Takushi Takata, Takashi Hasegawa, Characterization of neutrons froma thick target 9Be(p,n) reaction by multiple foil activation technique for practical applications:
measurement of integral cross sections and their comparison with integrated data from data files,
Radiochimica Acta. Volume 0, Issue 0, ISSN (Online) 2193-3405, ISSN (Print) 0033-8230, DOI:
10.1515/ract-2013-2168, 201416. 井手拓哉、中嶋英雄、高い気孔率を有するロータス型ポーラスアルミニウムの作製、「金属」誌、
Vol.84、 No.3、pp208～212、2014
17. 中嶋英雄、ロータス型ポーラス金属の応用開発、「金属」誌、Vol.84、 No.3、pp 232～242、2014
18. 中嶋英雄、ポーラス金属の製法、「金属」誌、Vol.84、 No.3、pp 201～207、2014
19. 村松憲志郎、John K.Eaton、井手拓哉、中嶋英雄、ロータス型ポーラス銅のヒートシンクへの応用、「金属」誌、Vol.84、 No.3、pp227～231、2014

77若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
20. 中嶋英雄、ロータス型ポーラス銅のヒートシンクへの応用（巻頭言）ロータス型ポーラス金属の製法、特性および応用開発特集にあたって、「金属」誌、Vol.84、 No.3、pp199～200、2014
21. 鈴木進補、宇都宮裕、中嶋英雄、ロータス型ポーラス金属の ECAE 加工と強化、「金属」誌、Vol.84、
No.3、pp220～226、2014
22. H.Nakajima、Porous Metals with Directional Pores、Springer-Verlag GmbH,Berlin,Germany、2013
23. 中嶋英雄、ロータス型ポーラス金属の作製と機械的特性、第 1 章、pp35～40、日本学術振興会 材料の微細組織と機能性 第 133 委員会、2013(2) 国際会議論文（国際会議論文集への掲載）
1. Setsuo Nakao, Hiroshi Kakiuchida, Masato Sasase, and Komei Baba, Optical transmittance of electricalinsulating and conductive diamond-like carbon films prepared by bipolar-type plasma based ion
implantation, The proceedings of the 8th International Conference on Reactive Plasmas and the 31th
Symposium on Plasma Processing (ICRP-8/SPP-31), Fukuoka, pp.366-367, 2014
2. Masanori Tomita, Munetoshi Maeda, Hideki Matsumoto, Katsumi Kobayashi. Microbeam X-ray cellirradiation system at CRIEPI and mechanisms of X-ray-induced bystander response. 11th International
Workshop on Microbeam Probes of Cellular Radiation Response (Microbeam Workshop 2013) Abstract
booklet, pp37, Bordeaux, 2013
3. Munetoshi Maeda, Katsumi Kobayashi, Hideki Matsumoto, Noriko Usami, Masanori Tomita. Analysisof the cytoplasmic radiation responses by using new X-ray microbeam irradiation techniques. 40th
Annual Meeting of the European Radiation Research Society (ERR2013) Abstract book, W-57, Dublin,2013
4. Munetoshi Maeda, Katsumi Kobayashi, Hideki Matsumoto, Noriko Usami, Masanori Tomita. Reductionof mutation in bystander cells caused by nitric oxide-mediated bystander cell death. 11th International
Workshop on Microbeam Probes of Cellular Radiation Response (Microbeam Workshop 2013) Abstract
booklet, pp54, Bordeaux, 2013
(3) 国際会議発表
1. Masanori Tomita, Munetoshi Maeda, Hideki Matsumoto, Katsumi Kobayashi. Microbeam X-ray cellirradiation system at CRIEPI and mechanisms of X-ray-induced bystander response. 11th International
Workshop on Microbeam Probes of Cellular Radiation Response (Microbeam Workshop 2013),
Bordeaux, 2013
2. Norio Miyoshi, Kyo Kume, Tsutomu Yamazaki, Hiroki Tanaka, Yoshinori Sakurai, Kouji Ono,
Alexander A. Shtil, Valentina A. Ol'shevskaya, Toru Tuziuti, Kyuichi Yasui, Kazuhiro Sugimoto, andHaruo Hisazumi. Selective Cancer Therapy: the Porphyrin Based Compound Sensitizes Anti-tumor
Effect by Combinations of PDT with Neutron, Proton and Ultrasound. 14th World Congress of theInternational Photodynamic Association, Seoul, 2013
3. M. Hasegawa, K. Niwa, T. Horibe, Y. Jin, K. Kusaba, K. Yasuda, R. Ishigami, Molecular Routes
Synthesis for nano-structured C/C-N Compounds in High Pressure and Temperature, 24th
International Conference of the International Association for the Advancement of High Pressure
Science and Technology (AIRAPT), USA, 2013
4. T.Matsumoto, A.Tsuchiyama, A.Takigawa, K.Yasuda , Y.Nakata,
N.Watanabe,
A,Kouchi,
M.Nakamura, A.Miyake and M.Ohtake, Ion irradiation experiments to olivine: Comparison with space
weathering rims of Itokawa and lunar regolith particles, Goldschmidt International conference, Italy,
2013
5. T.Matsumoto, A.Tsuchiyama, A.Miyake, K.Yasuda, N.Watanabe, A.Kouchi, A.Takigawa, T.Noguchi,
Y.Nakata, T.Nakamura, J. Matsuno, A.Shimada, Surface morphology of Itokawa regolith particles
related to space weathering on Itokawa, HAYABUSA 2013: Symposium of Solar System Materials,
Japan Aerospace Exploration Agency Sagamihara Campus, 2013
6. R.Takabe, K.Nakamura, M.Baba, W.Du, M.A.Khan, K.Toko, M.Sasase, K.Hata, N.Usami, T.Suematsu,
Fabrication and Characterization of BaSi2 Epitaxial Films over 1.5 μm on Si(111), 2013 International
Conference on Solid State Devices and Materials, Fukuoka, Japan, 201378

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
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18.

Koji Tamura，Developments of Laser Cutting for Nuclear Decommissioning at WERC，LANDD2013,
WERC, Tsuruga, Japan, 2013
Eisuke J. Minehara，Developmental Works of Fully-Automated Laser Decontamination Cleaners,Applicability of Robot-Assisted Laser Decontamination Devices at the 1st Power Reactor of the
TEPCO Fukushima 1st Nuclear Power Plant -，LANDD2013，WERC, Tsuruga, Japan, 2013
Eisuke J. Minehara,Koji Tamura,Ryuichiro Yamagishi,Masashi Murakami,Developmental Works ofLaser Cleaners for Nuclear Facility Decontamination ―Applicability of Robot-Assisted Laser
Decontamination Devices at the 1st Power Reactor of the TEPCO Fukushima 1st Nuclear Power Plant―,OPTIC2013 LANE2013、Yokohama、Japan、2013（invited）
M. Tosaki, K.Yasuda, R.Ishigami, Depth distribution of ion implanted silicon wafer using nuclear
resonance of elastic He backscattering He + 28Si, 20th International Workshop on Inelastic IonSurface Collisions(IISC-20), Australia, 2014
Setsuo Nakao, Hiroshi Kakiuchida, Masato Sasase, and Komei Baba, Optical transmittance of electricalinsulating and conductive diamond-like carbon films prepared by bipolar-type plasma based ion
implantation, The 8th International Conference on Reactive Plasmas and the 31th Symposium on
Plasma Processing (ICRP-8/SPP-31), Fukuoka, Japan, 2014
Kazuhiro Hoshino, Maki Takano, Masanori Hatashita, Development of thermotolerant ethanolproducing fungus for bioethanol production from lignocellulose, Asian Congress on Biotechnology, New
Delhi India ,2013
Akihiko Sakurai, Mina Masuda, Masanori Hatashita, Cordycepin Production by a repeated batch
operation of RDC using a Cordyceps militaris mutant, Asian Congress on Biotechnology, New Delhi
India ,2013
Munetoshi Maeda, Katsumi Kobayashi, Hideki Matsumoto, Noriko Usami, Masanori Tomita. Analysisof the cytoplasmic radiation responses by using new X-ray microbeam irradiation techniques. 40th
Annual Meeting of the European Radiation Research Society (ERR2013), Dublin, 2013
Munetoshi Maeda, Katsumi Kobayashi, Hideki Matsumoto, Noriko Usami, Masanori Tomita. Reductionof mutation in bystander cells caused by nitric oxide-mediated bystander cell death. 11th International
Workshop on Microbeam Probes of Cellular Radiation Response (Microbeam Workshop 2013),
Bordeaux, 2013
M.Tosaki, K.Yasuda, R.Ishigami, Resonance depth profiles of carbon-implanted silicon using nuclear
resonances of elastic He backscattering He + 12C and He + 28Si, 7th International Workshop on High
Resolution Depth Profiling,Singapore, 2013
Setsuo Nakao, Masato Sasase, Komei Baba, Optical properties of electrical insulating and conductive
diamond-like carbon films prepared by bipolar-type plasma immersion implantation and processing,
18th International Conference on Surface Modification of Materials by Ion Beams, Turkey, 2013
K.Tamura，Development of cesium isotope separation based on the laser photochemical reaction witha self-injection-seeded Ti:sapphire laser，OPTIC2013,Yokohama,2013(4) 国内会議発表
1. 羽鳥 聡、栗田哲郎、林 豊、山田裕章、小田桐哲也、山口文良、淀瀬雅夫、長崎真也、山田和彦、
廣戸 慎、清水雅也、辻 宏和、若狭湾エネルギー研究センター加速器施設の現状、第 26 回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会、ホテルキャッスル山形・山形大学高感度加速器質量分析センター、2013
2. 淀瀬雅夫、羽鳥 聡、栗田哲郎、林 豊、山田裕章、小田桐哲也、山口文良、長崎真也、山田和彦、
廣戸 慎、清水雅也、辻 宏和、タンデム加速器絶縁性能の回復〜加速管組込み全システム再構築
後の性能、第 26 回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会、ホテルキャッスル山形・山形大学高感度加速器質量分析センター、2013
3. 羽鳥 聡、栗田哲郎、林 豊、山田裕章、小田桐哲也、山口文良、淀瀬雅夫、長崎真也、山田和彦、
廣戸 慎、清水雅也、辻 宏和、若狭湾エネルギー研究センター加速器施設の現状と保守・利用における技術開発、第 29 回 PIXE シンポジウム、若狭湾エネルギー研究センター、2013
4. 畑下昌範、イオンビームによる品種改良技術の開発、平成 25 年度園芸学会北陸支部大会シンポジウ
ム、福井県福井市、2013
79若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
5.

畑下昌範、大城閑、井村裕治、井上雅好、イオンビーム照射によるレタスおよびトマトの新系統育成、
第 9 回イオンビーム育種研究会大会、福井県敦賀市、2013
6. 櫻井明彦、増田美奈、畑下昌範、イオンビーム照射によるコルジセピン高生産性冬虫夏草変異株の作出、第 9 回イオンビーム育種研究会大会、福井県敦賀市、2013
7. 星野一宏、髙野真希、畑下昌範、イオンビームを用いたキシロース高発酵糸状菌の開発、第 9 回イオ
ンビーム育種研究会大会、福井県敦賀市、2013
8. 木元久、藤原章洋、畑下昌範、高城啓一、イオンビーム照射によるキチン分解能を有するパエニバチ
ルス属細菌の変異育種、第 9 回イオンビーム育種研究会大会、福井県敦賀市、2013
9. 千田泰史、高城啓一、寺田聡.高エネルギー線照射による突然変異導入を利用した自己増殖可能な動物細胞株の樹立. 第 9 回イオンビーム育種研究会大会、福井県敦賀市、2013
10. 鍵谷豪、小川良平、畑下昌範、田中良和、尾崎匡邦、山下慶、中村美月、福田茂一、低酸素細胞アポトーシス可視化システムの構築、第 26 回北里大学バイオサイエンスファーラム、神奈川県相模原市、
2013
11. 高城啓一. 若狭湾エネルギー研究センターにおけるイオンビーム育種研究. 第 26 回 日本動物細胞工学会 2013 年度大会、福井、2013
12. 柳原佳奈、劉容有、福本健、迫勇樹、馬場崇行、番戸博友、畑下昌範、高城啓一、寺田聡、古江-楠田美保. ヒト幹細胞培養のためのイオンビームを利用したクラゲコラーゲン被覆足場材料の構築. 日本組織培養学会第 86 回大会. 茨城県つくば市、2013
13. 鍵谷豪、小川良平、畑下昌範、田中良和、尾崎匡邦、山下慶、中村美月、福田茂一、松本英樹,アポ
トーシス可視化システムの構築とその特性評価-低酸素領域におけるアポトーシス細胞の可視化を目指して-、第 51 回日本放射線腫瘍学会生物部会学術大会、宮城県仙台市、2013
14. 高城啓一、平野智也、風間祐介、林依子、阿部知子. S 期, G2 期でダメージを受けたシロイヌナズナ
根端細胞の M 期における γ-H2AX 分布.仁保ん放射線影響学会第 56 回大会. 青森県青森市、
2013
15. 前田 宗利、松本 英樹、宇佐美 徳子、小林 克己、冨田 雅典、一酸化窒素（NO）依存的なバイスタ
ンダー細胞死を介したバイスタンダー細胞における自然突然変異の抑制、日本放射線影響学会第 56
回大会、青森市、2013
16. 冨田 雅典、前田 宗利、松本 英樹、前澤 博、宇佐美 徳子、小林 克己、Ｘ線誘発バイスタンダー応答の機構解明、日本放射線影響学会第 56 回大会、青森市、2013
17. 冨田 雅典、前田 宗利、松本 英樹、宇佐美 徳子、小林 克己、放射光・軟Ｘ線マイクロビーム細胞
照射システムとバイスタンダー応答の機構解明、理研シンポジウム：第 2 回極限粒子ビームシンポジウ
ム、和光市、2013（招待講演）
18. 前 田 宗 利 、 11th International Workshop on Microbeam Probes of Cellular Radiation Response(Microbeam Workshop 2013) 参加報告、日本マイクロビーム生物研究会第 4 回連絡会議および定例
総会ランチョンセミナー、青森市、2013（招待講演）
19. 水井弘行、伊藤英樹、久米恭、小川秀夫、金田由久、基礎架台コンクリート等への放射性物質等の浸透性調査、第 29 回 PIXE シンポジウム、敦賀市、2013
20. 橋口亜由未、藤川陽子、米田稔、谷口省吾、尾崎博明、安田啓介、高田卓志、PIGE 分析による有機フッ素化合物電気分解処理のフッ素収支算出の試み、第 29 回 PIXE シンポジウム、敦賀市、2013
21. 三好憲雄、田中浩基、久米恭、Alexander Shtil、Ol'shevskaya Valentina、小野公二、PDT と他の量子ビームとの併用照射の治療効果、第 23 回日本光線力学学会学術講演会、旭川市、2013
22. 高田卓志、久米恭、大谷暢夫、長谷川崇、杉田武志、眞田幸尚、鳥居建男、逆問題解法を用いた放射性セシウム沈着量分布の推定、日本原子力学会 2013 年秋の大会、八戸市、2013
23. 木村健一、高田卓志、笹谷輝勝、久米恭、池見拓、低放射化遮蔽コンクリートの BNCT への適用－基礎的検討－、第 10 回日本中性子捕捉療法学会学術大会、岡山市、2013
24. 安田 啓介，土田 秀次，間嶋 拓也、ヘリウムビームを用いた TOF-ERDA のための窒素弾性反跳断面積の測定(2)、第 74 回応用物理学会秋季学術講演会、同志社大学、2013
25. 安田啓介、石神龍哉、中田吉則、日比章五、TOF-ERDA 測定における深さ分解能、第 14 回「イオンビームによる表面・界面解析」特別研究会、神奈川大学、2013
26. 橋口亜由未、藤川陽子、米田稔、谷口省吾、尾崎博明、安田啓介、高田卓志、PIGE 分析による有機フッ素化合物電気分解処理のフッ素収支算出の試み、第 29 回 PIXE シンポジウム、若狭湾エネルギ
ー研究センター、2013
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若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
27. 吉田泰輔、小島直人、村山尊紀、藤原嗣久、安田啓介、斉藤学、春山洋一、PIGE 法を用いた茶葉のフッ素分布測定、第 29 回 PIXE シンポジウム、若狭湾エネルギー研究センター、2013
28. 藤原嗣久、吉田泰輔、安田啓介、斉藤学、春山洋一、μ-PIXE 測定による茶葉の表皮細胞におけるAl の分布、第 29 回 PIXE シンポジウム、若狭湾エネルギー研究センター、2013
29. 小松久憲、奥山克史、山本洋子、安田啓介、能町正治、菅谷頼仁、フッ素含有歯科材料からのフッ素と歯質との結合状態、第 29 回 PIXE シンポジウム、若狭湾エネルギー研究センター、2013
30. 菅谷頼仁、安田啓介、大気中 PIGE/PIXE による歯質中フッ素分布測定でのガンマ線アルファ線同時測定法開発、第 29 回 PIXE シンポジウム、若狭湾エネルギー研究センター、2013
31. 戸崎充男、安田啓介、石神龍哉、核共鳴を伴う He 後方散乱を利用した注入イオンの濃度分布測定、
第 14 回「イオンビームによる表面・界面解析」特別研究会、神奈川大学、2013
32. 丹羽健、堀部太嗣、神有輝、草場啓治、安田啓介、石神龍哉、長谷川正、超高圧高温下での有機無機変換によるナノ構造 C-N 系化合物の合成と評価及び分析、公益社団法人日本セラミックス協会 第26 回秋季シンポジウム、信州大学、2013
33. 丹羽健、堀部太嗣、草場啓治、安田啓介、石神龍哉、長谷川正、超高圧高温下での有機無機変換によるナノ構造 C-N 系化合物の合成と評価及び分析、第 54 回高圧討論会、朱鷺メッセ 新潟コンベン
ションセンター、2013
34. 竹中一真、木村浩、神崎典子、諸葛宗男、久保稔、丸山剛史、土田昭司、篠田佳彦、別府庸子、「原子力ムラ」の境界を越えるための研究（４）相互理解を支援するコミュニケーション・マニュアル、日本原子力学会 2013 年秋の大会、八戸工業大学、2013
35. 木村浩、神崎典子、諸葛宗男、久保稔、丸山剛史、竹中一真、土田昭司、篠田佳彦、別府庸子、「原子力ムラ」の境界を越えるための研究（５）フォーラムの実施、日本原子力学会 2013 年秋の大会、八戸工業大学、2013
36. 山野直樹、安田仲宏、泉佳伸、松本義久、林崎規託、篠田佳彦、原子力合意形成学に関する一考察（VI）－低線量影響に対するリスクコミュニケーション：先行研究調査－、日本原子力学会 2013 年秋の大会、八戸工業大学、2013
37. 田村浩司、Developments of Laser Decontamination and Laser Cutting for Nuclear Decommissioning、
第 14 回光量子科学シンポジウム、JAEA 関西光科学研究所、木津、2013
38. 田村浩司、若狭湾エネルギー研究センターにおけるレーザー除染研究及び切断試験計画、第 4 回レーザー共同研究所成果報告会、JAEA レーザー共同研究所、敦賀、2013
39. 峰原英介、レーザー除染ロボット、H25 年度第 1 回光技術動向調査委員会(光産業技術振興協会)、
東京、201340. 有元康浩、河原林順、高橋時音、富田英生、井口哲夫、鳥居達男、久米恭、雷バーストを対象とした
高エネルギー放射線測定法の開発、高エネルギー加速器研究機構放射線科学センター第 28 回研究会「放射線検出器とその応用」、つくば市、2014
41. 峰原英介、レーザー除染、多元技術融合光プロセス研究会第 5 回研究交流会(光産業技術振興協会)、東京、2014
42. 中嶋英雄、ロータス型ポーラス金属の製法、物性および応用開発の現状と展望、日本金属学会関西支部および日本鉄鋼協会関西支部主催 本多光太郎記念講演会、大阪科学技術センター、2013
43. 多根正和、宋栄換、中嶋英雄、一方向ポーラス炭素鋼の高ひずみ速度での圧縮変形挙動および衝撃エネルギー吸収特性、日本鉄鋼協会・秋季大会、金沢大学、2013
44. 磯貝啓介、吉成修、井手拓哉、中嶋英雄、ロータス型ポーラス Mg の内部摩擦、日本金属学会・秋季大会、金沢大学、2013
45. 鈴木進補、郡山茂樹、松田一晃、浅川基男、井手拓哉、中嶋英雄、ショットピーニングによるロータス
銅のノンポーラススキン層形成機構と強化、塑性加工学会連合講演会、大阪大学 吹田キャンパス、
2013
46. 安田啓介、石神龍哉、中田吉則、日比章五、ヘリウムビームを用いた TOF-ERDA 測定における深さ
分解能、第 61 回応用物理学会春季学術講演会、青山学院大学、2014
47. 高原晃里、石神龍哉、児玉憲治、古城篤志、安田啓介、中村龍哉、岡好浩、グロー放電発光分析法（GD-OES）による DLC の水素定量の検討、第 61 回応用物理学会春季学術講演会、青山学院大学、
2014
48. 楠本太郎、山元克真、篠田佳彦、小林慶裕、太陽炉を用いた酸化グラフェンの超高温処理によるグラフェン形成、2014 年 第 61 回応用物理学会春季学術講演会、青山学院大学、2014
81若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）
49. 峰原英介、3 次元高出力レーザー走査による原子力施設の高速完全放射能除染、日本原子力学会
2014 年春の年会、東京都市大学、2014
50. 土田昭司、木村浩、神崎典子、諸葛宗男、久保稔、丸山剛史、竹中一真、篠田佳彦、別府庸子、「原子力ムラ」の境界を越えるための研究；(6)質問紙調査に表れたフォーラムの効果を検討する、日本原子力学会 2014 年春の年会、東京都市大学、2014
51. 竹中一真、木村浩、神崎典子、諸葛宗男、久保稔、丸山剛史、土田昭司、篠田佳彦、別府庸子、(7)フォーラム参加者の気づきはどのように誘起されたか、日本原子力学会 2014 年春の年会、東京都市
大学、201452. 木村浩、神崎典子、諸葛宗男、久保稔、丸山剛史、土田昭司、竹中一真、篠田佳彦、別府庸子、(8)フォーラムの再設計、日本原子力学会 2014 年春の年会、東京都市大学、2014
53. 松尾陽一郎、戸田圭哉、久米恭、髙田卓志、長谷川崇、泉佳伸、安田仲宏、蛍光修飾ヌクレオチドを用いた放射線による生体分子の損傷量評価手法に関する基礎的研究、第 28 回固体飛跡検出器研究会、神戸市、2014
54. 栗田 哲郎、羽鳥 聡、林 豊、長崎 真也、廣戸 慎、小田桐 哲也、島田 麻亜久、山田 裕章、山田和彦、山口 文良、淀瀬 雅夫、清水 雅也、若狭湾エネルギー研究センターエネルギー研究センター
シンクロトロンの現状、第 10 回日本加速器学会年会、名古屋大学・豊田講堂、2013
55. 久松 裕子, 重村 泰毅, 遠藤 伸之, 長尾 慶子、調製条件の異なる半乾燥キノコの品質及び機能性の検討、日本食生活学会 第 47 回大会、盛岡、2013
56. 久松 裕子, 粟津原 理恵, 原田 和樹, 遠藤 伸之, 長尾 慶子、抗酸化能を高める中国料理“湯”の最適調製条件の検討、第 60 回日本栄養改善学会学術総会、神戸、2013
57. 千田 泰史、高城 啓一、寺田 聡. 自己増殖制御可能な動物細胞株の樹立. 第 26 回 日本動物細胞工学会 2013 年度大会、福井、 2013
58. Masanori Tomita, Munetoshi Maeda, Noriko Usami, Katsumi Kobayashi, Mechanisms of synchrotron
soft X-ray-induced bystander response. 第 51 回日本生物物理学会年会、京都市、2013
59. 笹瀬雅人、岡安悟、山本博之、高エネルギー重イオン照射による β-FeSi2 半導体中へのナノ金属層作製、「タンデム領域の重イオン科学」研究会、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所、2013
60. 西尾繁、X 線照射による LiAO2:Fe(A=Al, Ga)の近赤外シンチレーション、日本セラミックス協会第 26
回秋季シンポジウム、信州大学、2013
61. 鴨川仁、大河内博、保田浩士、鳥居建男、土井妙子、久米恭、永淵修、横山明彦、 緒方裕子、田原大祐、米山直樹、土器屋由紀子、富士山における福島原発事故起因の放射線の測定－富士山で事故の影響は見えたか？－、第 10 回日本放射線安全管理学会 6 月シンポジウム、郡山市、2013
62. 岩崎利泰、前田宗利、冨田雅典、マイクロビーム X 線照射装置を用いた低線量放射線影響研究、平成 25 年度遺伝子病制御研究所 共同利用・共同研究集会 第三回細胞競合コロキウム、札幌市、
2014

82

若狭湾エネルギー研究センター研究年報（平成 25 年度）

3.2. 特許
平成 25 年度における特許出願、特許登録は次のとおりである。
(1) 特許出願
1. 「放射性物質の分布状況の評価方法」（特願 2014-051650）中嶋英雄(2) 特許登録
1. 「海綿鉄を利用した水素製造方法」（特許第 5311334）新宮秀夫、大谷暢夫、大西東洋司
2. 「冬虫夏草の突然変異体及びその変異体の培養法」（特許第 5343264）畑下昌範、榊原三樹男、増田
美奈、櫻井明彦
3. 「高速製錬可能な低温製鉄法」（特許第 5413821）新宮秀夫、大谷暢夫、大西東洋司
4. 「高速中性子の線量分布測定方法」（特許第 5464351）高田卓志
5. 「光分析装置の拡散反射用アタッチメント」（特許第 5483015）西尾繁
6. 「ビーム量測定機能に優れたイオンビーム分析装置」（特許第 5489032）安田啓介

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公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター 組織図（平成 25 年 4 月 1 日 現在）

平成 25 年度
公益財団法人 若狭湾エネルギー研究センター
研 究 年 報第 16 巻

発行：平成 26 年 10 月

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