文部科学省と国立大学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

第24回

大阪大学 核物理研究センター（2022.11.25)

12:05-12:10(5分） ︓ 本センターの概要
中野 貴志 センター長
12:10－12:25(15分） ︓“分極”で探る原子核の形と構造
小林 信之 助教
12:25－12:45(20分） ︓質疑応答

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本センターの目指す方向性
大学内に加速器を持つ価値を最大化する。
国際頭脳循環国際共同研究の推進により、新しいアイデア、新しい装置、新しい人を呼び込む。

イノベーション

異分野融合研究や産学共創により新しい価値を生み出す。

卓越人材育成関連コミュニティの国際ネットワークを活用して、卓越した人材を育成する。

大学の機能強化

大学のグローバル化と財務基盤強化に貢献する。

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核物理研究センター・サイクロトロン施設
リングサイクロトロン
世界最高性能Grand Raiden(精密核物理)国際共同研究

AVFサイクロトロン
東西

MuSIC
（連続ミューオンビーム）
異分野融合

白色中性子照射場（ソフトエラー評価）
産学共創
アスタチン-211生成アルファ線核医学治療

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AVFサイクロトロンの更新と施設利用の再開
AVFサイクロトロン

高強度化
高品質化

2019年度 建屋・設備の補修・増強
2020年度 AVFサイクロトロンの据付工事
2021年度 AVFサイクロトロンの機器調整
2022年度 ビーム加速開始

入射

リングサイクロトロン

At-211等の短寿命RIの大量製造
・アルファ線核医学治療の治験への供給
・短寿命RI供給プラットフォームの推進10倍以上のビーム強度
超高精密原子核物理実験
・超高品質ビーム増強による超高分解能
複合利用実験やハイパー変形核実験の高効率化
異分野融合・産学共創・学際的なミューオン科学の推進
・半導体ソフトエラー評価試験の効率化

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産学連携によるアルファ線核医学治療開発
211At

a 線放射性核種211At

a線を放出（211-アスタチン）を含む標的剤を投与
標的剤が，体内のがん細胞を見つけ自発的に集積
進行がん患者

がん細胞を破壊211

Atから放出されたa線が、がん細胞を破壊

・難治性がん制圧のための第一選択治療法 として高い期待・がん死ゼロ社会の実現により、健康寿命が大幅に伸びる・熾烈な国際競争の中、211At薬剤開発では日本が一歩リード

アスタチン-211(211At ) アルファ線放出核種
 半減期は7.2時間
 ハロゲン族元素
 安定同位体がない。
 製造には加速器が必要✔ 非臨床試験により、複数の有望な薬剤
候補の存在を示す．
✔ 医師主導治験レベルの211Atを安定に供給する実績を示す．
✔ 第１候補薬剤の医師主導治験（First in
Human）を実施する．
アルファ線核医学治療は注射薬による全身治療であり、多発転移のある進行がんに用いることができる。

 産業レベルの211Atの安定供給が実現可能であることを示す．
 大手製薬企業のコミットメントを得る．

2025年度に211Atの大量製造を開始

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ミューオンを用いた異分野融合研究
RCNP MuSIC 連続状ミューオン

世界のミューオン施設
カナダTRIUMF
負ミュ−オンライン故障中

英国RAL

スイスPSI
世界で2カ所のみ

J-PARC

RCNP-MuSIC

パイルアップなしの詳細測定
全粒子測定による相関分析高時間分解能μSR測定

J-PARC MUSE パルス状ミューオン

連続状
負ミューオン施設

大強度高統計測定
外場条件との同期測定
長い緩和のμSR測定

X線

電子
原子核

ミューオン

ミューオンが原子核に捕獲される

電子の200倍の質量のミューオンの軌道半径は
𝟏
電子の→ 200倍のエネルギー𝟐𝟎𝟎 原子核のみならず、隕石、考古資料など希少資料の非破壊分析、高温超伝導物性研究等、幅広い分野の研究が可能

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精密核物理
中性子星

クォーク物質？

自転軸

原子核
中性子の皮
中性子と陽子の芯粒子を叩き出す
核表面のα粒子

パルス(電磁波)

中性子星の変形

0.15 fm

通常核物質

20 km

中性子星

高密度天体

連星中性子星合体

光の吸収

予言

超高エネルギー宇宙線の銀河間伝搬

重力波
信号強度

10 fm

中性子物質
中性子過剰
物質

1018倍
中性子星の大きさ

時間(秒)“分極”で探る原子核の形と構造

小林 信之
大阪大学 核物理研究センター“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

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原子核と同位体
原子
電子
原子核

炭素同位体

・・・

・・・
質量数

ଵଶ଺ ଺
原子番号

中性子数

(陽子数)

安定同位体

ଵଷ଺ ଻ଵସ

“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

ଶଶ

不安定同位体
放射性同位体(RI)
中性子過剰核9

多彩な原子核の形と構造
α粒子

ଶଶ

中性子ハロー核ଶ଴଼(陽子数82,中性子数126)

中性子スキンଵଶ଴αクラスター

パンケーキ型

葉巻型
レモン型

バナナ型

洋梨型

多様な変形様式“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

10核図表フロンティア- 原子核の存在限界は？核力、量子多体系の物理- 弱束縛/pnアンバランス  表面の特異構造- 中性子ハロー/スキン- aクラスター- 原子核物理宇宙物理- UHECR- 中性子星EoS- 爆発的元素合成過程 r-プロセス- 核物理実験技術
超高強度レーザー物理5082

Z, 陽子数12682282050822 82028

N, 中性子数

安定核 ~280
既知の不安定核 ~2000
未発見の不安定核 ~6000?

“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

11分極現象(電気双極子応答)を用いた核構造研究
サイクロトロン/
不安定核生成ビームライン

コア

コア

光の速さの 30 〜 60%
鍵となる技術:クーロン励起を用いた電気双極子応答の観測- 1次のオーダー  原子核の構造を強く反映- 理論的な記述が容易

コア

電気双極子遷移

仮想光子

粒子検出

Pb

208Pb

陽子数の大きい核“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

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分極現象(電気双極子応答)を用いた核構造研究
N=20

N=28

Z=20

N=8逆転の島
37Mg
29Ne,31Ne

Z=822C

N=2
Z=2

N=1636Mg

変形誘因型p波ハロー核

第1,2著者[1] T. Nakamura, N. Kobayashi et al., Phys. Rev. Lett. 103, 262501 (2009).
[2] N. Kobayashi et al., Phys. Rev. C 86, 054604 (2012).
[3] N. Kobayashi et al., Phys. Rev. Lett. 112, 242501 (2014).
[4] T. Nakamura, N. Kobayashi et al., Phys. Rev. Lett. 112, 142501 (2014).
[5] N. Kobayashi et al., Phys. Rev. C. 93, 014613 (2016).
[6] N. Kobayashi et al., Nucl. Instrum. Meth. A 830, 67 (2016).
[7] T. Mijatovic, N. Kobayashi et al., Phys. Rev. Lett. 121, 012501 (2018).
[8] C. Loelius, N. Kobayashi et al., Phys. Rev. Lett. 121, 262501 (2018).
[9] N. Kobayashi et al., Euro. Phys. J. A 55, 231 (2019).
(+ CAGRA+GR papers 4 報 + PhD. Thesis 2 報)
電気双極子応答の研究＠RIBF, NSCL, RCNP
[10] 第 12 回日本物理学会若手奨励賞/原子核談話会新人賞 (2019 年).
[11] アジア・太平洋物理連合 C. N. Yang 賞 (2020 年).
[12] 令和 3 年度 大阪大学賞 若手教員部門 (2021 年).
[13] 令和 3 年度 文部科学大臣表彰 若手科学者賞 (2021 年).

“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

理研RIBF
米国超伝導サイクロトロン研究所
阪大RCNP
13不可能を可能へ
加速器を用いた原子核顕微鏡- 従来の電子顕微鏡の100万倍の分解能

核図表フロンティアの拡大- 全ての核を生成する技術
82
Z, 陽子数

衝突径数828
2 8 202508236Mg

126282050

ExN, 中性子数

原子核: 地球上で最もエネルギッシュな場所
 莫大な価値創造の可能性を秘めている量子系
 原子核を”コントロール”できれば、人間社会は次のステージへ“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

励起状態の構造研究14アウトリーチと科学コンテンツ- 阪大の高校生向けプログラム: SEEDS, Saturday Afternoon Physics- コロナ禍のオンライン見学対応- 広報・“YouTuber” としての活動- 素人では限界がある  科学者 × 広告代理店 = 科学振興- クラウドファインディング  科学の価値・値段は?市場原理では測れない?

阪大RCNP発ノーベル賞級の研究？
種となるアイディアは多くあるが…
 研究時間捻出のため、仕事の効率化が鍵- DXを強く推進
ペーパーレス、脱ハンコ、事務作業デジタル化(科研費の電子申請はありがたい)- 海外から日本へ来る研究者・学生のための環境整備- 海外の研究所を越える快適な研究環境“分極”で探る原子核の形と構造 - 小林 信之, 大阪大学 核物理研究センター

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