物理工学科

量子エネルギー工学コース長
教授・長崎 正雅

http://www.jaxa.jp/より引用
1

夜の地球

2

輝く星・地球
電力使用量(世界平均)：300W
電力使用量(日本平均)：1000W

http://visibleearth.nasa.gov/view_detail.php?id=1438

3

自給率


日本の食料自給率はどれぐらいでしょうか?
①約20%
②約40%
③約60%



日本のエネルギー自給率(原子力を含まない)はどれぐらいでしょうか?
①約4%
②約10%
③約20%

理想のエネルギー源は？


エネルギー源に求められる条件
環境調和性(Environment) コスト(Economy)
 エネルギーセキュリティ(Energysecurity)
 供給量(Supply) 安全性(Safety)


3E+2S
5

量子エネルギー工学コース



量子エネルギー工学コースは、工学部でただ一つ、豊かで幸福な生活をささえる「エネルギー」を創る研究に正面から取り組んでいます。

量子エネルギー工学コース• エネルギー・量子ビームが共通のキーワード• 量子ビームを駆使し、エネルギーを考える• エネルギー技術やその研究に本来存在する「多様性」が重要

http://hoimi.jp/product/0000029662_ss

量子エネルギーコースで行われている研究の紹介

量子ビーム分析技術を駆使し新しい機能性材料を創出

複合電子顕微分光によるナノデバイス分析技術の開発・応用
武藤Gr

最新の電子顕微鏡技術を駆使し機能性材料を創出量子ビームを用いた新材料評価・創製
超臨界水中合成Nb水素化物

曽田Gr

高輝度光科学研究センターBL47XU

イオン加速器0.1mm

水素濃度評価イオンビーム核反応法

化学状態分析
放射光光電子分光法

Binding Energy /eV

固体表面の原子配列観察

柚原Gr

原子１個1個の配列から新しい材料の創出を目指す！

新奇ナノカーボンの創成とエネルギー・環境等への応用
尾上Gr

新規機能性ナノカーボン材料のエネルギー・環境分野への応用を目指す！

機能性材料の創生とシンクロトロン放射光に
八木Gr
よる評価
狙い：ナノ材料の作製とその物性評価を実施し機能性ナノ粒子を応用する
ガス中蒸発法による金属ナノ粒子の作製(超小型ナノ粒子作製装置：直径200 mm程度)
Intensity of NEXAFS spectrum (a. u.)StageAB

生体ガス：おなら、呼気等

C

大腸ガン患部からの生体ガス(メタンチオール)を吸着するＲｈナノ粒子と放射光
放射光を利用した検出メタンチオール

ナノ粒子

D(Duke’s classification)

ガン患者集団と健常者集団との生体ガス量の差

成果（１）清浄な表面をもつナノ粒子の作製とその粒子径制御：超小型ナノ粒子作製装置の開発（２）Rhナノ粒子の非侵襲大腸ガンスクリーニングへの応用

同位体を用いて金属中の原子の拡散をとらえる
長崎Gr
同位体とは
• 同じ元素でありながら質量（中性子数）が異なる原子• 化学的性質はほとんど同じ• 質量分析計を用いれば区別して検出することが可能

同位体A

同位体B

同位体A

同位体B

特定の同位体のみで結晶を作るた
めのイオンビーム蒸着装置

天然同位体存在比の基板の上に単一同位体結晶薄膜を形成した直後の深さ方向の同位体分布
高温に保持した後の深さ方向の同位体分布（原子の拡散により分布が変化している）

金属中の金属原子の拡散――材料の劣化にもつながる重要な現象――をとらえることができる量子ビーム計測技術を駆使し社会貢献を放射線を通して原子核の質量や形を探る
原子～10-10m

K

柴田Gr

原子核～10-14m

LM

原子を野球場に例えると原子核は、ボールの大きさ程度
加速器や原子炉による核反応を利用して、壊変する原子核を作成し放射線を測定する装置。原
子核の質量や半減期、形が判る。

理論的に予想される様々な原子核の形

このエネルギーが、互いの質量差(崩壊Eu

エネルギー)に対応。 Singles
SQRT(N)400

半減期10秒程度の163Eu(ユーロピウム) 原子核が娘核163Gd(ガドリニウム)に壊変するときに放出したベータ線、ガンマ線を測定したスペクトル。

163600

Coincidence
S-1.25C

200002000
Energy / keV

4000

極微量放射性核種の直接検出

井口Gr

超精密波長可変レーザーによる極微量核種分光・分析

F→F’227Ac

I.P. 43394.3 cm-1

3→22P
3/2

1→12→22→10→1

25729.03 cm-1
388.667 nm

イオン計数率 (cps)227Acの共鳴イオン化分光スペクトル

理研、Mainz大(ドイツ)、
TRIUMF（カナダ）、Jyvaskyla大（フィンランド）との国際共同研究

Detector
1→2波数（cm-1）

0.0 cm-1
四重極
質量分析計
Ti:Sapphire
Crystal

抵抗加熱原子源(2000 K)
放射性核種227Ac（半減期22年）の極微量サンプル（5×1011 atoms ~100 pg）

2D
3/2

Curved Mirror
R=99.9 %HF 量子数
21 F’

32
10F

Curved Mirror
R=99.9 %Pump Laser

Seeded Ti:SaLaser Output

Output Coupler
R=80 %High ReflectorR=99.9 %Diode Laser

90°偏向電極
分析用高真空チャンバー

放射線でがんを治す！

瓜谷Gr

放射線治療の信頼性向上に向けて！
放射線感受性・・・腫瘍細胞 ＞ 正常細胞 （一般的には）・・・放射線治療はがんを選択的にやっつける！
副作用を抑え、がん抑制効果を高めるために・・・がんに放射線を集中照射技術の発達により非常に複雑な照射手法が可能に！

腫瘍や正常細胞に当たる放射線量は？

IMRT（強度変調放射線治療）・・・ なんと ・・・ 実測はしてないシミュレーション＆模擬体測定で評価
光ファイバー
検出器
ヘッド

自由自在に変形するコリメータ↓
ビーム形状を任意形状に！
出典：Varian社 HPより

刺激光

刺激光
光源

カプラ
輝尽性
蛍光

光検出器
Photostimulable
Storage phosphor
Optical fiber
Coating3

極小の線量計で体内測定を！

19エネルギーを科学する

核融合を目指したプラズマの研究

藤田Gr

多様な磁場配位（トカマク・ヘリカル混成配位等）が可能な小型装置によるプラズマ閉じ込め実験
高速度カメラによるプラズマ画像

TOKASTAR-2装置

440mm

PVF coil

TF coilOH coil

HF coil
880mm

プラズマ電流 [A]VF coilAHF coil②④③⑤⑥ＴＦコイル

垂直磁場
コイル電流 [A]①③②④1frame ⑤①⑥時間 [ms]

世界最高水準の安全性を追求する山本Gr
高精度炉心シミュレーション技術の開発
蒸気乾燥器

蒸気出口ノズル

東京電力福島第一原子力発電所事故を受け、原子力発電所の安全性向上が非常に重要な課題となっています。
大規模な数値シミュレーション技術は原子力の安全性に不可欠で、この研究開発を通じて、原子力発電所の安全性に寄与します。

気水分離器
給水入口ノズル

炉心燃料集合体

炉心制御棒
中性子計装管

冷却材再循環ポンプ

BWR出力分布のシミュレーション結果

炉心特性予測値の不確かさ・相関評価
計算の入力値(核データ)
不確かさ

微視的核反応断面積

大

入力値の誤差小中性子のエネルギー

BWR出力分布の不確かさの評価結果例

入力値(核データなど)の不確かさや数値解法の誤差によって生じる予測値の不確かさを定量的に評価し、予測値の信頼性を向上させるための研究も進めています。

使用済み核燃料に含まれる半減期214万年の 榎田Gr
人工元素ネプツニウム-237の処理処分の研究

溶液中のネプツニウムの原子価を変えると溶液の吸収スペクトル（色）が変わり，化学的性質を制御可能→ウランやプルトニウムと溶媒抽出法で分離
この原理を発展＝核燃料の再処理

核分裂生成物はガラス固化し、安定な形態で地層処分します。

コンピューターに地球を造る

山澤Gr

高度環境シミュレーション技術
南極への汚染物質の流れ

卒研で南極越冬隊員と共同研究（修士論文研究）

地表面から大気への物質輸送のモデル化

全球ラドン放出強度マップ

修論の成果で世界の権威者に挑戦（修士論文研究）

exhalation rate
(Bq m-2 s-1)

ウィーンのIAEA-WMO国際会議で発表

atmosphere soil

diffusion
222R

pore

~1 memanationn recoil226Ra
soil particlealphawater decay

流れを科学しエネルギーを考える辻Gr進路について本コースからのキャリアパス
８～９割が進学

約９割が就職
３年
２年
２年

４年

１年

１年

３年
２年
１年

27

卒業後の進路
大学・産業技術総合研究所など
進学
2%

その他4%
情報コンピュータ3%
ソニー・NEC

大学院（修士）
修了後

就職
98%

材料・化学11%
新日鉄・日本軽金属
三菱マテリアル

電力・ガス
15%

中部電力・関西電力
東京電力・東邦ガス

自動車・航空機・機械
23%
トヨタ・アイシン精機
ヤマハ・デンソー
自動織機

進学
89%

就職
11%

学部卒業後

エネルギー
49%

研究
電気・電子・通信 4%8%重電メーカー22%
東芝・日立製作所
三菱重工業・日揮
燃料
8%28