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Tsukuba

シリーズ／つくば＆東海の科学遺産⑦

トップスイマーの謎解く流水プール
実験用回流水槽を用いたヒトの泳ぎのメカニズム解明
筑波大学体育系教授

高木英樹

1．はじめに
筑波大学には、ヒトが泳ぐことを目的とした実験用回流水槽としては、国内で最も古く（1980年竣工）、かつ大型（高さ×長さ×幅：4.8 ｍ×13.7 ｍ× 2.4 ｍ）の流水プールが設置されている。本流水プールの特徴として、男子 100m 自由形世界記録相当の平均泳速を上回る 2.5m/s の流速を達成できるほか、静水プールとほぼ同様の
流体力学的環境を達成するために、流速分布をできる限り均一にするための整流装置、白濁を防ぐための真空ポンプ、さらには定在波を低減するた
めの表面加速ローターなどが設置されている。また、本流水プールの使用目的として、競泳選手のトレーニングはもとより、様々な用途で使用されており、本稿では主にヒトの泳ぎのメカニズムの解明のために行われた実験の内容と結果について言及する。

写真 1：流水プール脇の制御卓も歴史を感じさ

2．クロール泳中の泳者に働く抵抗に関する新たな知見そのような状況の中、我々の研究グループは、
流水プールを用い、ある任意の流速においてク

泳法に関わらず、任意の速度で自己推進していロール泳を行った時の泳ぎのテンポを泳者に記憶るスイマーの抵抗を正確に測定することは、水泳させ、そのテンポを維持したまま、流速を様々に研究の分野においては古くて新しい問題であり、変化させた場合に泳者に作用する力を測定し、そ様々な方法論が試されてきた。古くは 100 年以の測定値から自己推進している時の抵抗を推定す

上前に、泳者をボートで牽引しながら抵抗を測定る方法を考案した（図 1 参照）。本測定法を用いしようとする試みが行われたり、ドーナッツ型のることで、速く泳ぐために最も重要な要因である

水路内でスイマーに様々な負荷をかけながら泳が自己推進時の抵抗について、ようやく客観的なせた時の酸素摂取量から抵抗を推定しようとした

データに基づいて議論できるようになったわけでり、世界中の研究者が知恵を絞り多種多様なアプある。

ローチが行われてきた。しかし、どれも一長一短
で決定打がないという状態であった。
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せる（筑波大学屋内プール）

本研究では特にクロール泳時における下肢のキック動作に注目し、キック動作が推進力として

1

図 1 自己推進時抵抗計測システムの概要

まず泳者に対し、任意の流速（U1）に設定された回流水槽

内で、一定の位置に留まってクロール泳を行うよう指示し、その際の腕の回転頻度（テンポ）を記憶させる。その後、前後方向からワイヤーによって固定された状態で、先に記憶させたテンポを再現、維持しながらクロール泳を行わせる。次に回流水槽の流速（U）を U1 より速くしたり、遅くしたり変化させながら、前後のワイヤーに生じる張力を測定する。流速 U を 8 ～ 9 段階で増減させ、それぞれの段階における前後のワイヤーにかかる張力の平均値を求め、その回帰曲線から U1 で泳いた時の自己推進
時抵抗を推定する。

貢献しているのかどうかについて検討した。これいる上肢による推進力の増大を図りつつ、キック

まで、キック動作に関しては、何もしなければ沈動作の抵抗をいかに低減できるかが技術的なキーんでしまう下肢を持ち上げ、水平に近い姿勢を取ポイントとなる。

るために必須で、抵抗低減には寄与していると考今後は本測定法を用いて、諸外国選手に比べパえられていた。しかし、進行方向に対して上下にワーで劣る日本人スイマーが苦手とする自由形短

運動する下肢が推進に貢献しているかについて

距離種目において、高い技術を活かし、推進力のは、一定の見解を得られていないのが現状であっ向上をはかりつつもキック動作による抵抗力低減

た。

の実現や、長距離種目でのキック動作の効率的な

そこで本研究では、新たな測定方法を用いてキック動作の役割について検討したところ、低速提案できる研究を推進する予定である。

域では抵抗にならず推進力として貢献している

ジェット流生む
捻り動作が肝心が、1.3m/s の中速域あたりから抵抗となり始め、さらに泳速度を高めるとかなりの抵抗になる可能性が示唆された。これは我々の先行研究において、上肢と下肢の両方を使ったクロール泳の自己推進
時抵抗が、
これまでの定説（泳速度の 2 乗に比例）ことと深く関連しているものと思われる。つまり

3．流れの可視化によるドルフィンキック
の推進力発揮メカニズムの解明

クロール泳で泳速度を上げるためには、抵抗増大

水中を優雅に泳いでいるスイマーは、泳ぐ動作につながるとしてもキックを打たざるを得ず、そによって水から力を得て水中を推進しており、これが結果的に泳速度の 3 乗に比例して抵抗が増れがどのようなメカニズムに基づくのか、この問加するという現象を生んでいるものと思われる。

題を解き明かすべく古くから研究が進められてき

よって速く泳ぐためには、推進力の大半を生んでた。1936 年、イギリスの動物学者であるジェイを覆し、実は泳速度の 3 乗に比例して増大する

2

利用によるパフォーマンスの向上に関する方策を

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図 2 PIV 法 の 原 理

水流にトレーサ粒子を混入させ、計測領域をレーザーシートで照射し、これを撮影装置で記録する。異なる 2 時刻の記録画像から、コンピューター画像

処理で速度ベクトルを計算し、各点の流れの方向や大きさが分かる流れ場（Flow field） を 得 る こ とができる。

図 3 実際の測定風景

水中キック泳動作とスイマー後流の流れを計測している最中の写真。レー

ザーシートを回流水槽の下から照射し、スイマーの横断面の流れ場を得る
ことができる。スイマーの 各 関 節 に は LED マ ー
カーを張り付けてある。

ムズ・グレイ卿は、イルカが泳ぐ様子を見てなぜは流水プールを用いてヒトの周りの流れの三次元

これほど速く泳げるのか調べたところ、当時の理的可視化を試みた。

論では、イルカが持つ筋肉量では、水中を高速で本研究では特に競泳レースのスタートとターン

泳ぐために必要なパワーがどのように発揮されて後に行われる潜水泳技術である水中ドルフィン

いるのか説明できないとして、のちに「グレイのキックに着目し、このキック泳中のスイマーの下

パラドックス」と呼ばれる問題が生まれた。

肢の三次元動作解析と、その周りの水の流れを三イルカやヒトも含めて、泳者の周りの水の流れ

次元的に可視化することを試みた。実験では、モーはいわゆる乱流状態で、車や飛行機のようにほぼ

ションキャプチャシステムとステレオ PIV シス

一定の速度で移動する定常状態ではなく、非定常

テムで、泳者の動作と周りの水の流れを同時に計状態にある。近年の研究では、泳者はこの非定常測することにより（図 3）、流れの三次元可視化

な流体の力を使って推進しており、物体の大きさが達成でた。具体的には、解析の段階で座標変換

や筋肉量からは推定できないような力を得ていると条件付き加算平均という方法を組み合わせることいわれている。この非定常流体にこそ、推進メとで、複数の流れ場を泳者の後流側に配置し、流カニズム解明のカギがあると考えられてきた。

れを三次元化した（図 4）。

そこで我々の研究グループはフィンで推進する

その結果、イルカのように単に両足を上下にロボットを対象に、非定常流体力の推進メカニズ

振って泳いでいると思われていた水中ドルフィン

ムを解明するために、流体の可視化手法（Particle

キックは、実は下肢の捻り動作（内・外旋）がImage Velocimetry, PIV 法、図 2 参照）から流れ

含まれていることが三次元動作解析から判明しを三次元化する方法を独自に考案し、フィンが水た。流れを三次元的に可視化したところ、けり下から得た推力を周りの流れの情報（渦輪）から得

ろし動作中に強い渦が足の裏側に形成されていきることに成功した。この手法を応用し、本研究でCROSS T&T No.68（図 5）、けり下ろしのフィニッシュ局面で下肢の3

図 4 流れ場の三次元化手続きの概要

スイマーは回流水槽内で場所を変えながら複数回泳いでもらいう（全て同じ流速環境 [0.8m/s]､ 十分な休憩をはさみながら）。解析の段階でキック泳動作を位相分けし（図内では例としてけり下ろしの瞬間を示す）、同位相の複数の流れ場を座標変換する。スイマーの左腰のマーカーを原点にして流れ場の座標を変換すると、スイマーを中心とした相対的な位置に移動
します。座標変換された流れ場がスイマー後流に複数配置され加算平均していくことで、最終的に流れ場の三次元化が達成される。

捻り動作が入ることで足先が互いに近づき、渦を中央に集めて塊にしている様子が見られた。この時、この渦の塊が周りの水を引き寄せるように下向きの強い流れを形成しており、最終的にこの渦の塊とともに強いジェット流（泳者が得た推力を反映）が足先から放出されていたのである。これ
らの現象から、この渦の塊こそが足部にかかる力の作用を最大化していることが示唆された。
以上の結果から、キック泳では、けり下ろし動作で渦を作りだす過程と、その渦をどのように扱うのかでこのジェット流が影響を受け、推進力の大きさも変わるものとみられる。よって速く泳ぐためには、けり下ろし動作で強い渦を作り出し、それをできるだけ中央に集める捻り動作がキーポ
イントになりそうである。

4．今後解明すべき課題と提案の方向4る。単に力任せに水を押せば作用反作用で流体から力を得られるという従来の考えから、流体から効果的に力を得るためには渦の形成過程やその扱い方に焦点を当てるべきで、これまでの水泳指導
も変わることが予想される。
また本研究で開発した、流れの三次元可視化法
を用いると、センサ類を身体に貼り付けることな
く、カメラで撮影するだけで、泳者が得た推力を周りの流れの情報から計算することができる。今
回の研究は、単純な下肢の振幅運動であるキック
泳で行っているが、この方法を改良・応用することで、腕による推進メカニズム解明が飛躍的に進むものと考えられる。手で水をかいてもうまく泳げない理由は、渦を効果的に作っていなかったということで説明できるかもしれない。
よって、今後は本測定法を応用し、キック泳に限らず、他の泳法においてトップスイマーが水の今後は、クロール泳のストローク動作でも、い流れを操っている様子を可視化し、水泳の推進メ

わゆる S 字を描くように手で水をかくと、強い渦カニズム解明を進めていきパフォーマンスの向上が形成される様子が既に観察されているので、非に対する方策を提案できる研究を目指していきた

定常流体力の正体が渦に起因していると考えられい。
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図 5 後ろから可視化した流れ場

けり下ろした直後に下向きの強い流れであるジェット流が発生している様子が見られた（図左、楕円内）。けり下ろし中には、下に向かって足部が移動し、その跡には二つの対照的な渦が発生していた（図右、枠内）。

高木英樹（たかぎ・ひでき）
1962 年 8 月 4 日生まれ、岐阜県出身。筑波大学体育系教授
1885 年 3 月筑波大学体育専門学群卒業
院体育研究科コーチ学専攻修了

87 年 3 月筑波大学大学

博士（工学）

筑波大学在学中は水泳部水球部門に所属し、ゴールキーパーを務める。2001 年に筑波大学に教員として戻り、水球チームの監督に就
任、2002 年に日本選手権で優勝を果たす。その後、2010 ～ 2012年にかけて男子水球日本代表チームの監督を務めた。
研究面では、水泳の流体力学的な解析を専門とし、実験用回流水槽を用いた流れの可視化技術を活用して、推進力が発揮されるメカニズムに関する研究を行う他、高速水着の開発などにも携わる。
「ヒトはどこまで速く泳げるのか」（岩波新書）など、著書多数。日本水泳連盟科学委員も務める。

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まちづくり

つくば中心市街地のまちづくりへの挑戦
プレーヤー機能とエリアマネジメント機能担う
つくばまちなかデザイン 専務取締役
はじめにつくばエクスプレスの終着駅であるつくば駅。
地下にある駅から街に出ると整然としたきれいな街並みが広がるが、人の気配が少ない。
つくば駅周辺は、つくばエクスプレスの開業や公務員宿舎の廃止・売却、インフラの老朽化、西小林遼平

ことから、更なる取り組みを行い、社会の変化を先取りした次世代につなぐ魅力あるまちづくりを実現する必要がある。
その新たなまちづくりの取り組みの一つとして、2021 年 4 月 1 日につくば市と地域の事業者が連携し、つくばのまちづくりを担う「つくばまちなかデザイン株式会社」を設立した。

武百貨店の閉店などにより、大きく変化してい

ここでは、「つくばまちなかデザイン」が取りる。業務施設の増加やイベントの開催が増加する

組むつくば駅周辺のまちづくりへの挑戦について

一方、商業機能については求心力の低下が顕在化

紹介したい。

している。
また、社会情勢に目を向けると、人口減少や少つくば駅周辺の特徴と課題

子高齢化が以前より問題となっていたが、加えてつくば駅周辺の中心市街地は、国策により全面

コロナ禍により人々の意識や生活スタイルが大き買収をして造成する新住宅市街地整備事業で計画く変化したため、街に対するニーズも大きく変化

的に整備されたことから、緑豊かなゆとりある街

してきている。

並みや広幅員の道路、全長 48km にも及ぶペデ

こうした中、つくば駅周辺では、つくば市や地域の団体がこれまで様々な取り組みを行ってきた。しかし、改善できていない点が多く存在する

ストリアンデッキ網など、他の都市とは異なるつ
くば特有の街並みが形成されている。
しかしながら、持続あるまちづくりを考える上で、いくつかの課題がある。
①全面買収をして整備したことにより、公的な土地利用が多く、変化が少ない。
②大街区化されており、整然としているが、ヒューマンスケールではないことから歩きにくい。また、店舗が少ないなど、歩いていても面白くない。
③駐車場を各施設に個別に配置するのではなく、街で集中的に配置
写真 1

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つくば駅周辺CROSS T&T No.68

する集中駐車場方式であるため、車社会のつくばでは利用しにくい。
④ ここに来ないとできないことが少ないため、
わざわざつくば駅周辺に来街する目的がない。

これまでの取り組み
つくば駅周辺では、つくば市や地域の団体等が様々な取り組みを行ってきた。つくば市では「つくばペデカフェプロジェクト」や「中央公園等のインフラのリニューアル」、「バスターミナルのリ
ニューアル」「つくば市無電柱化条例の制定」、、「国

写真 2 ソトカフェ

家公務員宿舎跡地の街並み誘導」、「つくバス等のるものではなく、地域で活動している多くの団体

公共交通の拡充」など多くの取り組みを行ってきや人をつなげ、連携していくことで実現していくた。

と考えている。

特に「つくばペデカフェプロジェクト」は、つくばならではの街の魅力づくりに大きな成果を残している。

つくばまちなかデザイン株式会社
上記のように様々な取り組みを行ってきたが、「つくばペデカフェプロジェクト」は、何かし持続的に取り組むためには、いくつかの課題が出

らのイベントが常に行われているわくわくする場てきている。

を創るため、ペデストリアンデッキや公園などの① 地域の連携組織である「つくばセンター地区

パブリックスペースで市と地域の団体が一緒に活性化協議会」の持続が、費用等から難しくなってイベント等を実施する仕組みである。

なっており、地域の人と人をつなげる調整す

今でこそ、つくば駅周辺では多くのイベントが開催されているが、この仕組みを構築するまではる役割（エリアマネジメント）の機能が不足している。

ほとんど開催されていなかった。イベントの開催② 地域の資源を活かした取組みをできる者（実には、イベント内容の企画運営のみでなく、広報

行する機能）が少なく、つくばならではの資や物品の調達、場所に関する行政との手続きなど源を活かした体験が不足している。

多くの労力と費用が必要であり、イベントを実施③ 街に必要であるが、民間及び行政では難しいしたいと思っていても踏み出せない団体が数多く取組みを地域に根差して実施できる者が少な

いた。

い。

そこで、市と地域の団体がイベント等を共催でそのようなことから、つくば駅周辺のエリアマ

実施し、地域の団体が不得意である関係機関とのネジメントの核組織として 2021 年 4 月 1 日に調整や手続き、場の調整、物品の貸し出し等を市

つくば市と関彰商事株式会社、沼尻産業株式会社、が担い、団体はイベント運営に専念できる仕組み株式会社 LIGHTz の 4 者が出資し「つくばまちなを構築した。

かデザイン株式会社」を設立した。

この構築の結果、現在、夏から秋にかけては毎

当社は、つくば駅周辺で街に必要な様々な事業

週末になにかしらのイベントが行われている。そを積極的に展開し、地域の魅力を最大限に引き出の中で特徴的なのが、イベントの半数近くが筑波すとともに、つくば駅周辺の 52 の事業者で組織

大学生主体で行っていることである。若い力が街する「つくばセンター地区活性化協議会」の事務で活動することにより、多くのにぎわいや魅力が局を担う、つくば駅周辺のプレーヤー機能とエリ

生まれている。

アマネジメント機能の双方を担うつくばのまちづ

このように、まちづくりは一つの団体で実施す
CROSS T&T No.68

くり会社である。

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また、「自分のものさしで自分のライフスタイ
ルができる新しいまちを創る」を当社ビジョンとンター広場や公園等のパブリックスペースを中心に創る。

し、つくばならではの魅力あるまちづくりを進め（2）本物の科学技術を遊びながら学べるこどもていく。

のたまり場を創る

コロナの影響により人々の意識も大きく変化しつくばには世界最先端の研究を行っている研てきており、街が新たな価値観を提案する、支え究機関が集積しているが、こどもが最先端の科る場として変化していくことが求められている。

学技術に気軽に触れ合える場は少ない。そのた

その取り組みを地域の人と人をつなげることで素め、研究者に会えたり、科学を遊びながら学ん

早く生み出し、ここにしかない魅力あるまちを創だり、五感を刺激したり、科学技術を体験するることが当社の使命である。

ことで未来を担うこどもを育てるこどものたまり場をエキスポセンターなどと連携して創る。

これからのまちづくりへの挑戦（3）働き方の新たな価値を提供する場を創る

つくばまちなかデザインは、3 つの方向性を掲

リモートワークや子連れ出勤、人と人とのつげ、直近で 6 つの事業を実施することで、魅力ながりによるビジネスの創出など、今後の新しあるつくば駅周辺のまちづくりを実現したいと考い働き方の価値を創り、それを支える拠点としえている。

ての場をつくばセンタービルの一角に創る。ま◆ 3 つの方向性

た、磯崎新氏が設計したセンター広場と一体と① 家だけでなくまち全体が居場所になる

なり、こどもは噴水で遊び、親はカフェでこど② まちに出るとわくわくがあふれるもを見守れるようなくつろぎの場を創る。

③ つながりから新たな発想が生まれる（4）地域の人をつなげることや、プラスアルファ◆直近で取り組む事業の価値を提案する（1）つくばだけの体験の場を創る

つくばで活動している企業や人などをつなげ

つくばの資源を活かし、自然や食、文化なて相乗効果を生むことや、まちなかで行われる

どをテーマに、ここでしか体験できないコン事業に対し、つくばならではのプラスアルファ

テンツや自分なりの過ごし方ができる場をセの価値を提案することで、魅力あるプロジェク「科学の芽」作品を募集■筑波大学

筑波大学は 8 月 16 日から 9 月 18 日を応募期間に、「科学の芽」賞の作品を公募する。
筑波大学の前身の東京教育大学の学長を務めるなど、大学にゆかりのあるノーベル物理学賞受賞
者、朝永振一郎博士の功績を称え、後続の若い世代に伝えていくとともに，小・中・高校生を対象に自然や科学への関心と芽を育てることを目的としたコンクール。
ふしぎだと思うこと
これが科学の芽です
よく観察してたしかめ
そして考えること

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トを誘導する。
（5）地域で活動する人を支えるがある。
このような中で、次世代につなげる魅力あるまイベントなど地域で活動している人が更に活ちづくりを実現するには、地域の資源を最大限に動しやすくなるよう、活動へのアドバイスや物活かしたその場に来ないと体験できない尖ったコ

品の貸し出し、行政との調整など様々な活動のンテンツを創ることが必要であると感じている。

支援を実施する。
（6）情報発信で人と街をつなぐ

良くも悪くもインターネットで何でもできる時
代だからこそ、本当にリアルでしかできないこと

飲食店やイベント、季節の景色、ランニングをきちんと提供することで街に人が集まり、交流コースなど、街にある様々な情報の中でリアルが生まれ、新たな発想や価値観が生まれ、地域のタイムに自分が欲しいと思っている情報を得ら

魅力を高める。そして地域、更には日本の持続あれる情報発信の仕組みを構築する。

る成長につながると考えている。
つくばまちなかデザインは、微力ながら、コロおわりにナに恐れることなく、人と人をつなげることによ

人口減少や少子高齢化の進行のみならず、新型

りつくばならではのコンテンツを積極的に生み出コロナの影響等により、人々の価値観や生活スタ

し、今後の新しいまちづくりの一端を担うことにイルが大きく変化してきている。そのため、今後挑戦したいと考えている。

のまちづくりは、今までの発想で行うのではなく、新しい価値を見つけ、新たな発想で取り組む必要小林

遼平（こばやし・りょうへい）

1983 年生まれ、つくば市出身。土浦第一高等学校、東京理科大学土木工学科卒業後、2007 年につくば市役所入庁。
つくば駅周辺のまちづくりに長年関わり、つくばペデカフェプロジェクト
やつくば市無電柱化条例など様々な取り組みを仕掛ける。2021 年 4 月から
つくば市から退職派遣され現職。

これが科学の茎です
そうして最後になぞがとける
これが科学の花です（朝永振一郎）この言葉のように、自然現象の不思議を発見し、観察・実験して考えたことをまとめることを促す。素直な疑問や発見から、この一年間で新しく分かったことを中心にまとめた作品を募集する。
対象は、海外を含む全国の小学校 3 学年以上、中学校、義務教育学校、高等学校、中等教育学校、特別支援学校の個人もしくは団体。作品は、レポー
ト用紙 A4 判

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片面 10 枚以内にまとめる。

審査は、大学教員、大学附属学校教員と後援団
体関係者などが、「小学生部門」「中学生部門」「高校生部門」に分けて行う。
「科学の芽」受賞者には学長から賞状と記念品が贈られるほか、奨励賞・努力賞・学校奨励賞等を設けている。表彰式・発表会は 12 月 18 日、筑波大学大学会館で行われる予定。
問い合わせは、筑波大学「科学の芽」賞実行委
員会（東京都文京区大塚 3-29-1、筑波大学東京キャンパス事務部学校支援課内）電話 03-39426806
URL：https://www.tsukuba.ac.jp/community/
students-kagakunome/oubo/

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サイエンス

つくばから宇宙の通信を変える
2022 年中に光中継衛星初号機打ち上げへ
ワープスペース 代表取締役 CEO

常間地 悟

ワープスペースとは
私たちワープスペースは光で宇宙と地球を結びます。端的に言えば、小型衛星による衛星間光中
継衛星ネットワークの実現が私たちの VISION です。当初サービスを供給させていただく対象は、
低軌道地球観測衛星の事業者の方々ということになります。初号機は 2022 年中に打ち上げ予定です。
私たちの光中継衛星は中軌道（高度 8,000 ～10,000km）に投入されます。22 年に 1 機、翌23 年に追加で 2 機打上げられることにより、3機の初期コンステレーションが完成します。これしてきていること、加えて、周波数確保の調整ににより、低軌道の全ての領域を光通信の通信可能

ついて、衛星 1 機ごとに手続きが必要であると領域におさめることが出来ます。

いうこと。人気の周波数帯であれば特に数年の手

ワープスペースは、低軌道衛星－地上間通信に続き期間が必要ということを含めて、宇宙産業全おけるボトルネックという重大な課題を根本から体においても重大なボトルネックになっていま解決します。課題をもう少し分解すると、まず一す。

つは非常に物理的な課題ですが、地球に近い軌道

上記 2 つの課題に対し、中軌道の小型光中継を非常に高速なスピードで周回する低軌道衛星

衛星コンステレーション（→ CROSS ワード）をが、固定された地上のアンテナと直接通信をする

確立することにより、低軌道衛星に対し、常時高にあたっては、大きな非効率性を抱えることにな

速通信へのアクセス環境および周波数獲得手続きります。

負担の大幅な軽減というインパクトを提供するこ

もう一つの課題は、現在、衛星－地上間で採用とが出来ると考えています。

されている電波通信方式について、その利用周波

ワープスペースの貢献としては、もちろんまず数獲得の手続きが事業者にとって大きな負担には直接的に地球観測産業の課題、特に低軌道の通なっていることです。そもそも有限資源である周信の課題を根本から解決することにより、観測頻

波数帯が、人工衛星数の爆発的な増加に伴い枯渇

度、地上にダウンリンク可能なデータ量の増大、

衛星コンステレーション (Satellite constellation)
特定の方式に基づく多数個の人工衛星の一群・システムを指す。個々の衛星はシステム設計された軌道に投入され、協調した動作を行わせ、システムの目的を果たす。

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国際宇宙ステーション（ISS）から超小型通信

衛星「日輪」放出の瞬間。左から 2 人目が常間 地 悟 CEO（2021 年
3 月 14 日）

これらに伴う地球観測データ分析メニューが拡充

き続き多額の投資が宇宙産業へ成長資金として流されることなどを掲げています。実際に産業のれこんでいます。

約 9 割のプレイヤーから高い期待をいただいて国内においても、トヨタ自動車などの出資を受いるところです。また、地球観測産業の課題を解けた 80 億円超規模の「宇宙フロンティアファン

決することによって、その先に繋がるエンドユー

ド」の設立や、月探査スタートアップの ispace

ザー、つまり地球観測データを利用する様々なセ社が 30 億円のシリーズ B 調達を実施するなど、クター、産業、そして地球経済圏全体への貢献に

海外に比べると規模こそ劣るものの、投資家に対繋がると考えております。

する求心力が依然として高まり続けています。打

コロナ禍における宇宙産業の動向

ち上げサービスや衛星製造等のコスト構造がドラスティックに変容し、毎月のように数十機を超え

1 年数カ月にわたり、新型コロナウイルスの災る人工衛星が宇宙空間に投入されるようになり、

禍は人類を不確実性のただなかへ捕えたままでい

月・火星・小惑星など数々の探査ミッションでもます。生きるため、生き残るため、様々な側面で重要な成果が数多くあがりました。2020 年はい

私たちは生き方を、社会はあり方を変えること

ろいろな意味で人類と地球の未来を占う年だったを強いられてきました。そのなかで、宇宙産業のかもしれません。

をはじめとするディープテック産業は、10 年後、100 年後の未来のために、その歩みと挑戦を止

ワープスペースのこれからめることなく、様々な困難に立ち向かっています。

私たちワープスペースも数多の苦境を乗り越100 年来の大きく、見えない脅威を前に、「私たえ、何とか今年の春を迎えることが出来ました。

ちは何を考え、未来へ何を残すべきなのか。」こ単に生き延びただけではなく、今後につながる大の問いに対して深く考える時間と機会を今、地球

きなマイルストーンをいくつも達成しました。小が私たち一人ひとりに与えてくれています。

型衛星間光通信ネットワークに必要なすべての要

コロナ禍前、宇宙産業はバブルであり早晩弾け

素技術の地上実証完了。私たちのアーキテクチャ

るとの観測が（特に日本国内で）多くありました。

のコアとなる特許の出願。国内外の地球観測衛星

結果としていくつかの企業・スタートアップが破事業者からの関心表明書（LoI）の取得と、将来綻するなどしましたが、全体としては力強く前進のサービス利用を見据えたポテンシャルカスタ

を続けています。SpaceX 社の 19 億米ドル規模

マーとの相互的フィージビリティスタディの開始の新規資金調達をはじめとする大型調達が世界中など、多くを成し遂げた弊社メンバーを心から誇で相次ぎ、SPAC を通じた上場例がいくつも出る

りに思います。苦しい時も私たちの価値と未来をなど空前の金融緩和経済を背景として、むしろ引

信じ、支え続けてくれている既存投資家の方々、CROSS T&T No.68

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コロナ禍にも関わらず勇気をもって投資決定をい展を支えます。宇宙空間ないし地球－宇宙間のただいた新規投資家の方々やクラウドファンディ

データトランザクションが爆発的に増大すること

ング等で応援してくださった方々には、感謝以外

で、地球上の様々な産業に貢献し、インターネッの言葉がありません。そうした方々の想いを胸に、トの発展の歴史と同じように、私たちのアーキテ

私たちは力強く前進を続けます。

クチャをインフラとして、新たな産業やサービス

2021 年、小型光通信衛星の実機開発を国内外が数多く生まれるでしょう。

のパートナーとともに本格化させます。将来の宇

私たちのアーキテクチャは地球軌道上に留まり

宙通信キャリアとしての地位を確かなものにするません。宇宙光通信は長距離であればあるほどそため、知財特許戦略も全世界規模で一挙に進めまの真価を発揮します。月を含む深宇宙探査の分野

す。ポテンシャルカスタマーにはより詳細なサーでも私たちの光通信は大きく貢献していきます。

ビスイメージ、運用イメージをご提案できるでさらには地球上の通信課題の解決にも取り組みましょう。各国の政府機関、宇宙機関や各産業界等す。成層圏通信プラットフォームのバックボーンとの連携もさらに深めていきます。これまでワー

インフラの一つとしての役割、低遅延大陸間通信

プスペースは 10 名程度のチームでしたが、このによる国際金融取引への活用、デバイス構成が近1 年で倍以上に拡大をします。コロナ禍が終われ似する量子暗号通信への展開など、現在多くの政ば、チームのダイバーシティが様々なベクトルで府機関、商社、大手通信会社等からのご関心をい広がっていきます。私たちのメンバーは 10 代か

ただいているところです。

ら 70 代まですべての年代に分布していますが、

私たちワープスペースは、大半が未踏領域であそれ以外のベクトル（性別、国籍等）では残念なる宇宙において、全く新しいインフラを創り、大がら未だ同質的です。ダイバーシティは組織のイ

航海時代以来の地球経済圏の拡張を支え、貢献しノベーションエンジンです。私たちは、社内だけていきます。

でなく日本の宇宙産業全体でダイバーシティとイ

宇宙スタートアップの存在意義は、人々が想像

ンクルージョンが深化するよう行動していきます。

しうる未来を超える世界を描き、創ることです。

もっと未来の話をします

コロナ禍が去っても不確実性の荒波はおそらく鎮まることはありませんが、乗り越えられない危機

人類の空間利用の拡大や持続的発展は、常に強は存在しません。私たちは常にゴールに向かって力かつ安定した通信インフラの実現によって達成

舵を切り、跳躍した発想とともに前に進んでいきされてきました。私たちは、2023 年、宇宙空間ます。

光通信ネットワークを世界に先駆けて実現します。2025 年から 30 年にかけて宇宙空間全体にLead the frontier era of space telecommunication.

おける通信（成層圏含む）トップキャリアの地位を確立し、地球経済圏の拡張および持続可能な発常間地 悟（つねまち・さとる）
株式会社ワープスペース（本社・つくば市吾妻）代表取締役兼 CEO。2019 年 1 月、現職就任。
筑波大学在学中（20 歳）に最初の起業。これまでに 4 社の立ち上げに携わる（うち 1 社ベトナム）。主に IT スタートアップ等の創業メンバー／役員として経営戦
略、ブランディング、法務、財務等を主に担当してきた。
現在、マルチアントレプレナーとしても活動し，筑波大出身の経営者で組織する
インキュベーション団体では理事として次代のスタートアップの育成をしている。ワープスペースとしては、2016 年 11 月～ 2018 年 12 月まで社外取締役。

12

CROSS T&T No.68

Tsukuba

サイエンス

ボール紙で作る橋コンテストの紹介
尾崎悠太

大河内恵子

新海将大

（国土交通省国土技術政策総合研究所）
1．ボール紙で作る橋コンテストについて

人による参加またはグループでの参加を認めている。グループで参加する場合の人数上限はない。

国土交通省国土技術政策総合研究所（以下「国応募資格者は、平成 27（2015）年の第 22 回ま

総研」
という）
では、日本の将来を担う小学生に「もでは、つくば市内の小学校・義務教育学校の 5のづくりを通じて、私たちの生活を支える橋など

年生のみであったものを、平成 28（2016）年のの土木インフラの大切さを知ってもらう」ことを

第 23 回に拡大し、つくば市内の小学校・義務教

目的に、国立研究開発法人土木研究所（以下「土研」

育学校の小学 4 ～ 5 年生とした。

という）との共催、つくば市役所の後援で「ボー参加学年を拡大した趣旨は、参加者に対しては

ル紙で作る橋コンテスト」（以下「本コンテスト」

4 年生から参加することで、作品製作の経験や他という）を実施している。

者の作品見学で得られた学び等を 5 年生での作

本コンテストは、土木学会が制定している「土品製作に活かしてもらうことを期待したものであ

木の日（11 月 18 日）」にちなんで例年 11 月にる。また、コンテストそのものに対しても、より実施している行事である「土木の日研究所公開」

多くの児童に参加してもらうことはもとより、参の一連行事として開催し、受賞作品の発表と表彰

加者の経験値向上に基づき、コンテスト全体のレ

式、全応募作品の展示を行っている。

ベル向上を期待した。

第 27 回目の開催となった令和 2（2020）年

応募資格者の拡大により、平成 27 年までの参は新型コロナウイルス感染拡大防止のため「土木加児童者数は 400 名程度であったところ、平成の日研究所公開」は中止となったが、本コンテス

28 年～令和元年は 700 ～ 800 名程度となった。

トは作品製作を各家庭などで行っており、感染リ

令和 2 年の参加者数は 387 人であり、平成 27

スクが低いと考えられることから実施した。

年以前の参加者数と同程度であったが、新型コロ本コンテストで児童が参加することにより、土

ナウイルス対策のため、製作中児童同士の接触機

木インフラの大切さを知ってもらうだけではな会が増える可能性のあるグループ参加を中止し、く、自分の力で楽しみながら橋を製作すること

個人参加のみに制限したことが原因と思われる。

で、橋構造や実際にものを作ることの困難さを理コンテストは下記 3 点のルールに従って製作

解し、現実の橋にとらわれない自由な発想力を育してもらっている。

んで頂くことを期待している。

・橋は、幅 30cm の川を渡れるようにしてくだ2．コンテストの概要
本コンテストは、建設省土木研究所時代の平成 6（1994）年に第 1 回を行い、現在では国総研が主体となって運営している。参加方法は、個CROSS T&T No.68

さい。川の中に柱などは立てられません。
・橋は、1kg の重りを橋の真ん中に載せても、こわれないようにしてください。
・橋は、色付けや飾り付けをして、ぼくの橋、わたしの橋を表してください。

13

必要な工作用ボール紙（380mm × 525mm）
２枚は国総研から市役所を通じて参加児童へ配布している。
児童には事前に、審査項目「橋として丈夫で安定しているか」、｢形や色、仕上がりの美しさ」、「独
創性（ぼくらしさ、わたしらしさ）」を伝え、夏休み等の休暇期間を活用して製作に取り組んで頂いた。作品は各小学校・義務教育学校に提出してもらい、国総研が回収し、国総研旭庁舎（つくば市旭）に保管している。例年 11 月に実施してい「テンセグリティ橋」（写真 1）

る「土木の日研究所公開」において作品展示が終了次第、国総研から各小学校・義務教育学校へ参加賞とともに返却している。

3．令和 2 年の優秀作品について応募された作品について、令和 2 年 10 月に審査会を実施した。橋梁、美術の専門家や教育関係者の審査員が、先述した 3 つの審査項目から審査し、それぞれ優れた作品に「構造デザイン賞」、「美術デザイン賞」、「努力賞」、全ての項目において優れた作品に「最優秀賞」を授与している。

「橋なのに車では上に行けない変な橋」（写真 2）●最優秀賞
最優秀賞は 3 作品選ばれた。1 つ目の作品は「テンセグリティ橋」（写真 1）というタイトルの橋であり、審査員からは「作品名の通り、糸と輪ゴ
ムの引っ張りとつりあいで屋根が浮く不思議な構造を持つ橋。屋根には、三日月とお星さまが描かれ、メルヘンの世界に誘う美しい色の橋です」といった講評があった。
2 つ目の作品は「橋なのに車では上に行けない「ギャラクシーブリッチ」（写真 3）

変な橋」（写真 2）というタイトルの橋であり、審査員からは「裏と表が青と白の同じ大きさの紙を丁寧に組み合わせて造られた 3 層のガッチリした橋は、ジャングルジムのようにも見え、“ 東京オリンピックのエンブレム ” を連想させます」
といった講評があった。
最後の作品は「ギャラクシーブリッチ」（写真3）というタイトルの橋であり、審査員からは「銀河をいろどる無数の星が散りばめられた屋根と柱は、幻想的なステージのようです。スペースシャ「青な橋」（写真 4）トルに乗って宇宙旅行に出発～。どんな物語が始

14

CROSS T&T No.68

まるのでしょうか」といった講評があった。
●構造デザイン賞
構造デザイン賞は 5 作品選ばれ、審査員から
は「橋の上面と下面をつなぐＶ字型に配置された板がトラス構造を作り出すことで、非常に強い橋となっています（写真 4）」、「シンプルな構造な
がら十分な強さを持ち、門形の構造と可動部分がしっかりと組み上げられています（写真 5）」、「下「Moving bridge」（写真 5）

側の土台と上側のアーチが合わさることで、とても力強い橋になっています（写真 6）」、「たくさんの六角柱を並べることでハニカム構造を形成
し、潰されない強さを発揮しています（写真 7）」、
「ブロックを小さく作って上層を曲げやすくし、下層に強い圧縮力を発揮させることで橋全体を強くしています（写真 8）」といった橋の強度を評価する講評があった。
●美術デザイン賞
美術デザイン賞は 5 作品選ばれ、審査員からは、「眼鏡橋 2020」（写真 6）「見事な色塗り技術です。コンセプト通り、丸太をとてもリアルに表現しています（写真 9）」、「一
見ランダムのようですが、よく見れば計算されたバランスが美しいです（写真 10）」、「信頼できる構造とファンタジックな発想が両立した見事な橋です（写真 11）」、「ハニカム構造で強い橋を作っています。また、外側の金色と内側の黒の配色が豪華な雰囲気を出しています（写真 12）」、「矢羽や市松やあさの葉などが、構造から飾り付けまで使われており、雅とも思える美しさに目を奪われ「万華橋」（写真 7）ました（写真 13）」といった仕上がりの美麗さを評価する講評があった。
●努力賞
努力賞は 5 作品選ばれ、審査員からは「美しく切りぬかれた形と降り注ぐ光の作用により、橋の上に石だたみを表現するという豊かな発想の作品です（写真 14）」、「限られた材料を使い、強度を保てるよう構造を工夫し、竜の雄大さを見事に表しています（写真 15）」、「両面を本物そっくりに仕上げられた一枚一枚のトランプに作者の思い「マイクラ橋」（写真 8）

CROSS T&T No.68

がこめられています（写真 16）」、「遊び心あふれた彩り豊かな橋です。表面にあしらわれた花や葉、

15

美しい切り紙がアクセントになっています（写真17）」、「細部まで丁寧に作られていて、大切な思い出の場所である美しいベネチアを再現した様子が伺えます（写真 18）」といった発想力を評価す
る講評があった。
優秀作品は、昨年 12 月につくば市役所コミュ
ニティ棟会議室で表彰式を行った。
（写真 19）国総研所長、土研理事長より賞状が授与され、審査員から各作品の講評が行われた。

「しんぷるろぐぶりっじ」（写真 9）受賞者からは「審査員から自分の作品を褒めてもらえてうれしかった」との言葉を頂いた。本イ
ベントや表彰式をきっかけに、土木インフラの仕事や技術の大切さ、面白さを知って頂ければと願っている。

4．おわりに改めて各優秀作品に注目すると、実在の橋でも使われている技術を取り入れ、強度を高めようと工夫している。色、形、材料等はクリエイティビ
ティーにあふれ、児童が表現したい夢の橋を忠実「Sweet Beehive Bridge」（写真 10）に再現している作品が多かった。
令和 2 年度は新型コロナウイルスの感染拡大により、様々な催しが中止となった。その中で無事に本コンテストを開催することができ、関係各位に改めて深く感謝申し上げる。
表彰式終了後には、受賞者及び保護者から多くの御礼、そして次年度も参加をしたいとのお言葉をいただいた。令和 3 年度以降も創意工夫を重ねながら、本コンテストの開催を検討したい。
「空の星の橋」（写真 11）

表彰式 ̲ 賞状交付の様子（写真19）

16「みつばし」（写真 12）

CROSS T&T No.68

「ふるさとの橋 唱歌ふるさとより」（写真 13）「トランプマジック」（写真 16）「石だたみの橋」（写真 14）「すごろく橋」（写真 17）「竜」（写真 15）「My リアルト橋」（写真 18）

新 海 将 太（ し ん
かい・まさひろ）
元 国土技術政策総合研究所 企画部 企画課 係員
尾崎悠太（おざき・ゆうた）
国土技術政策総合研究所 企
画部 企画課長

CROSS T&T No.68

大河内恵子（おおこうち・けいこ）

現 国立研究開発法人土木研究所 総国土技術政策総合研究所 企画部

務部 会計課 主事

企画課 研究官

17Thinking Theme

充電中 ± 次世代電池の現在地

全固体リチウム電池用
高容量シリコン負極の開発
物材機構 エネルギー・環境材料研究拠点 主幹研究員
1．はじめに

太田 鳴海

この容量密度は市販のリチウムイオン電池で長らく一般的に利用されてきた黒鉛負極の約 11 倍に

近年、自動車業界に起こったダイナミックな変あたる。従って現在、一充電距離の延伸が最重要化「EV（電気自動車）シフト」は、リチウムイ

課題となっている電気自動車用リチウム電池の高オン電池産業を取り巻く環境へ急激な変化をもた容量化実現のため、その実効的な適用技術開発がらしている。つまり、伸びの止まった小型民生用

全世界的に活発に行われている。

に対し大型車載用の市場シェアが急速に高まり、いよいよ逆転しようとしている。

しかしながら Si 負極は、大量の Li を吸蔵・放出することが可能なため、充放電に際し必然的にこれに伴い、高エネルギー密度化の見込める「リ非常に大きな体積の膨張・収縮を経験する。変化

チウム電池」の実現を目指した技術開発が盛んに

率 320％の途轍もなく大きな体積変化は、わずなり、いわゆる「リチウムイオン電池」からの脱か 12％しか変化しない黒鉛負極の利用で得られ却が進んでいる。従来、「リチウムイオン電池」てきた豊富な知見が全く役に立たない領域にあと呼称されてきた電池は、リチウムを吸蔵する容り、この変化に伴って生じる急激な容量低下への量はやや少ないものの、充放電（Li の挿入・脱離）

対処には従来の技術概念を超えた大きなブレーク

時にほとんど体積変化を示さないインターカレー

スルーが待たれている。

ション材料を両電極活物質に用いることで長寿命化を実現した電池のことである。情報化社会の広2．シリコン負極の抱える課題

がりとクリーンエネルギーの普及に貢献したこと

Si 負極の抱える、非常に大きな体積変化に関すが評価され、2019 年に開発者で日本人の吉野彰

る課題は大きく分けて二つある。二つとも、充放氏がノーベル化学賞を受賞したことで記憶に新し電サイクルに伴う急激な容量低下をもたらす重大い。

な課題である。

これに対し、合金や金属といった、充放電の際、課題の一つ目は市販のリチウムイオン電池に一顕著な体積変化を伴う電極活物質を用いた電池を般的に利用されてきた有機電解液と活物質との界「リチウム電池」とする。より高いエネルギー密面で生じる「不安定な固体電解質界面相（Solid

度を電池に求めると、後者の電池系を開発する以Electrolyte Interphase, SEI）保護膜」である。リ

外に選択肢は無い。つまり、高エネルギー密度化

チウム電池は非常に大きな作動電圧（例えば、市のためには必ず、活物質の体積変化に伴い生じて販のリチウムイオン電池は 3.6V）を示すのが特くる様々な課題を克服しなくてはならない。

徴である。それゆえに、セパレーターの構成要素

合 金 系 負 極 で あ る Si 負 極 は、Li 金 属 基 準 電

で両極間の Li+ イオン伝導を担う電解質には、負位（Li /Li）に対して +0.4 V 以下という低電位

極及び正極がそれぞれ示す強烈な還元及び酸化雰に 4200 mAh/g と非常に大きな容量密度を示す。

囲気への十分な耐性が求められる。しかしながら+

18

CROSS T&T No.68

図 1 安定な SEI 保護膜と不安定な SEI 保護膜

一般的に、有機電解液（液体電解質）は耐還元性に乏しいので、初回充電時に還元され分解生成物
が活物質表面に堆積し被膜を形成してしまう。それでも電池が動作するのは、初回に形成した被膜が SEI 保護膜となり、2 回目以降の充電時に電解+液が還元分解して不可逆に Li イオンが消費され続けることを効果的に抑制しているためである。
ただし、体積変化がほとんどないインターカ
レーション材料と異なり、充放電時に大きな体積変化を伴う活物質表面では、充電時に一度活物質
表面を覆いつくした SEI 保護膜がその後の放電に伴う活物質の体積収縮に追随できず剥離によって活物質表面が再度露出するので、結果として 2
回目以降の充電時も電解液の分解が引き続き起こ

り続けてしまいサイクルに伴う急激な容量低下につながる（図 1）。

課題の二つ目は活物質材料に固有なもので、「活物質材の微粉化」である。体積変化に伴い活物質
内部に生じるひずみ応力が緩和されずに蓄積され続けると、応力割れが生じて活物質が微粉化してしまう（図 2）。つまり、充放電サイクルの進行に伴って反応に関与できない活物質が増加していくことで急激な容量の低下が生じる。

3．全固体リチウム電池用シリコン負極開発
筆者らはこれまでに、課題の一つ目、つまり有機電解液の利用では超えられない壁であった「不安定な SEI 保護膜」が生成する課題が、無機固体
電解質との界面では起こらず、何ら問題にならないことを見出してきた

1),2)。つまり、有機電解液に比べ非常に広い電位窓を有し、耐還元性に優れる無機固体電解質を用いることで、負極表面へのSEI 保護膜形成自体が回避可能であることを見出している。
図 2 活物質材の微粉化
CROSS T&T No.68

可燃性の有機電解液に替えて不燃性の無機固体

19図 3 a -Si 膜の断面環状暗視野走査透過型電子顕微
鏡 (ADF-STEM) 像（a -Si 膜と集束イオンビーム (FIB)
加工用炭素保護膜）：(a) 無孔 a -Si 膜。(b) ナノ多
孔 a -Si 膜。

電解質を用いる全固体リチウムイオン電池は、小型で軽量、且つ高電圧というリチウムイオン電池の優れた特徴はそのままに安全性の付与が見込め
3)

る究極の二次電池として開発が行われてきた 。
ところが本電池系においても、黒鉛を負極に用いた容量に制限の有る電池からの脱却、つまり、高安全で高エネルギー密度を有する全固体リチウム電池への脱皮は至上命題であり、高容量負極の早期適用実現が期待されている。
第一の課題については電解質種の変更により回避可能であることが分かったが、残る課題の「活物質材の微粉化」は活物質材固有の課題であり、活物質の充填量を実用的な値に近づけようとする

図 4 電流密度 0.1 mA/cm2 で測定した a -Si 膜のサ
イクル特性：(a) 無孔 a -Si 膜（膜厚 3.00 µm，充填
密度 0.70 mg/cm2）の放電容量推移。(b) ナノ多孔と、残念ながら電解質種に関わらず不可避な課題

a -Si 膜（ 膜 厚 4.73 µm， 充 填 密 度 0.74 mg/cm2）である。こちらの課題に対しては近年、ナノ構造の放電容量推移

Si 活物質を利用して解決を志向した報告が多くなっている。これは、ナノメートル級の大きさま

厚方向へ一様に分布した a -Si 膜を作製すること

で微細化された構造は、ひずみ応力の適切かつ迅が可能である

速な緩和が行えるからである。実際に、微粉化に

nm の細孔が厚み約 10 nm の細孔壁に隔てられ膜

対するサイズ効果も報告されるようになり、粒子

8),9)。この手法により、直径 10–50

内に一様に分布するようなナノ多孔 a -Si 膜を合形状の結晶及びアモルファス Si(a -Si) ではそれぞ成し（図 3）、固体電解質中で充放電試験を繰りれ直径が 150 nm と 870 nm を超えると充放返した（図 4）。

4)5)

電時の体積変化で活物質が破裂・微粉化するといその結果、初期に 2.2mAh/cm と実用的な面2う。そこで筆者らは、無機固体電解質の利用に加容量を示す a -Si 膜について、Ar ガスで合成した

え、活物質内へのナノ多孔構造の導入により Si

無孔膜（膜厚 3µm）では 100 サイクル後に 53%

負極の安定動作に取り組んだ 。

の容量が失われたのに対して、He ガスで合成し6)ナノ構造の中でもナノ多孔構造は、充放電の過たナノ多孔膜では 93％の容量が維持できること

程において微細構造単位でひずみ応力の緩和が効が分かった。この結果は、ナノ構造の導入が活物

果的に行えることが予想されたので、微粉化

質材の微粉化を抑制した効果を示すと同時に、約への高い潜在能力が期待できるこの構造を、膜内11µm という非常に大きな膜厚変化が活物質に繰

に一様な分布で導入することを検討した。Ar ガ

り返されても固体電解質との界面が安定的に保持スに替えて He ガスでスパッタ製膜を行うと、ボできることも示唆している。

7)

トムアップ的手法でありながら、ナノ細孔が膜20

直感的に、体積変化を繰り返す活物質と固体電CROSS T&T No.68

解質の界面は接合が次第に破断し，界面の電荷移において、我が国における革新的な基幹技術発展

動抵抗が大きくなることで容量低下が引き起こさに寄与できれば幸いである。

れるのではないかと危惧していたが、100 MPa
ほどのネジの締め付けにより膜を固体電解質層へ押し付けながらサイクルを行っていること、加え謝辞て硫化物固体電解質の示す優れた機械特性（比較本研究の一部は国立研究開発法人新エネルギー ･

的低い弾性率（約 20 GPa）と高圧の圧縮に対し

産業技術総合開発機構（NEDO）「リチウムイオて容易に変形することが可能）

ン電池応用 ･ 実用化先端技術開発事業」の助成の10)が安定界面の保持に効いているものと考えられる。
つまり、全固体リチウム電池、従って体積変化下行われた。NEDO およびトヨタ自動車株式会社の関係各位に感謝する。

を伴う高容量電極活物質を用いた高エネルギー密度型全固体電池の開発が、活物質の微細構造及び固体電解質材そのものの機械的特性次第では夢でなく現実的な対象となることを示唆している。

参考文献
1）R. Miyazaki, N. Ohta et al., J. Power Sources,
2014, 272, 541–545.

4．おわりに2）R. Miyazaki, N. Ohta et al., J. Power Sources,

本稿では、Li 金属と並ぶ究極の高容量負極活物質材である Si 負極について、直面している深刻な二つの課題と共にそれら課題の克服に向けた
筆者らの取り組みを紹介した。活物質材と空隙のみから成る理想的な高容量負極電極体において、実用的な面容量で非常に安定な充放電サイクル特性が得られたことは、全固体リチウム電池の高エ
ネルギー密度化に資する非常に大きな前進である。本技術が我が国の次世代高性能電池の開発に際し、わずかながらでも一助となり、特に 100
年に一度と言われる大転換期を迎えた自動車業界

太田3）K. Takada, Acta Mater. 2013, 61, 759–770.

4）X. H. Liu et al., ACS Nano, 2012, 6, 1522–1531.

5）M. T. McDowell et al., Nano Lett., 2013, 13, 758–764.

6）J. Sakabe, N. Ohta et al., Commun. Chem., 2018, 1,
24.

7）C. F. Shen et al., Sci. Rep., 2016, 6, 31334.

8）V. Godinho et al., Nanotechnology, 2013, 24,275604.

9）R. Schierholz et al., Nanotechnology, 2015, 26,075703.

10) A. Sakuda et al., Sci. Rep., 2013, 3, 2261.

鳴海（おおた・なるみ）（国研）物質・材料研究機構
プ

2016, 329, 41–49.

エネルギー・環境材料研究拠点

全固体電池グルー

主幹研究員

東京都新宿区生まれ。2002 年埼玉大学大学院理工学研究科博士後期課程物質科学専攻修了、学術博士。同年物質・材料研究機構

特別研究員。2006 年産

業技術総合研究所研究員。2010 年技術研究組合 FC-Cubic 研究員。2012 年物質・材料研究機構主任研究員。2020 年より現職。

CROSS T&T No.68

21

Thinking Theme

充電中 ± 次世代電池の現在地

フッ化物イオン導電性固体電解質のイオン伝導メカニズムの解明
京都大学複合原子力科学研究所 准教授

森 一広

–

視化や F 伝導メカニズムの解明に大きな期待が

1．はじめに寄せられている。それに伴い、軽元素である F の原子位置を高精度で決定できるプローブとして中

フッ化物イオン導電性材料の探索は、1960 年

性子回折の重要性が見直されている。

代後半から 1980 年代にかけて盛んに行われ、現本稿では、蓄電池研究のために設計・製作さ在も良く知られている PbSnF4 や Ce0.95Ca0.05F2.95などの化合物が次々と発見された。1990 年代以れた特殊環境中性子回折装置 SPICA（スピカ）に降、フッ化物イオン導電性材料に関する研究報告

ついて触れた後、最近の研究成果として、SPICAの数はやや減少傾向にあったが、近年、現行のリを利用したフッ化物イオン導電性固体電解質

チウムイオン電池（LIB）に代わる革新型蓄電池

Ba0.6La0.4F2.4（バリウム・ランタン・フッ素化合物）の構造研究について紹介する [2]。

（ポスト LIB）の候補としてフッ化物シャトル電池（FSB）が注目され始めたことを契機に [1]、フッ2．特殊環境中性子回折装置 SPICA

化物イオン導電性材料は “ 古くて新しい材料 ” として再び脚光を浴びている。

大強度陽子加速器施設 物質・生命科学実験施–

FSB とは、マイナスのフッ化物イオン（F ）が設（J–PARC MLF, 茨城県東海村）の BL09 ビーム

正極と負極の間を移動して充放電する蓄電池であラインに設置されている特殊環境中性子回折装置る。特に、電解質として不燃性の固体電解質を利SPICA は、国内での中性子を利用した蓄電池研究用した全固体 FSB では、フッ化物イオン導電性の促進を目的とし、NEDO 革新型蓄電池先端科学

固体電解質の特性（電位窓やイオン導電率など）

基礎研究事業（RISING 事業：平成 21 年度〜平が全固体 FSB の性能を決める鍵となる。しかし

成 27 年度）の支援の下、高エネルギー加速器研ながら、既存の全固体 FSB は 100ºC 以上の動作究機構と京都大学が協力して設計・製作した装置である [3]。図 1 に SPICA のイメージ図を示す。

温度を必要としており、固体電解質のイオン導電

SPICA は、中性子線源から 52m の位置に設置

率のさらなる改善が現状の課題である。
そこで、これまでの電気化学的な知見に加えて、原子レベルで固体中の F- の位置や動きを直接明されており、楕円型中性子スーパーミラーガイド
菅を導入することで、高分解能（0.1% 以下）を維持させながら大強度中性子ビーム束を併せもつらかにすること、すなわち原子配列（構造）の可装置である。また、試料から検出器までの距離
フッ化物シャトル電池（fluoride shuttle battery：FSB）–

マイナスのフッ化物イオン（F ）が正極と負極の間を移動して充放電する蓄電池。フッ化バリウム（BaF2）のバリウム（Ba）の一部をランタン（La）に置換すると、イオ

ン伝導率が４〜５桁急激に上昇することが知られていた。

22

CROSS T&T No.68

を 2m に固定し、特に水平面内では広い散乱角を網羅できるように 3He ガス
一次元位置敏感型中性子検出器（PSD）
が連続的に配置されている。
加えて、SPICA は “ 空間 ” をコンセプトに設計された装置でもある。例えば、SPICA は MLF の 中 で 専 用 建 屋 を有しており、世界的にも類を見ない蓄電池実験準備室を一般区域および放射線管理区域にそれぞれ併設している。
これにより、現地でのセル構築・解体作業および特性試験（充放電評価試験
やインピーダンス試験、等）といったラボ実験と中性子回折実験を同じ空間

図1

特殊環境中性子回折装置 SPICA（スピカ）（場所）で長期的に行うことが可能となる。また、む化合物中の原子の識別、等に利用されている。

遮蔽体内部にも広い実験空間が確保されており、特に SPICA を利用した全固体 FSB の構造研究で様々な周辺機器が設置できるように配慮されていは、上記（2）のメリットを多大に享受することる。さらに、装置本体の中心部に取り付けられてができる。

いる真空散乱槽を取り外すことで、直径 2m の空間を確保することができ、大型の実用蓄電池や機材を持ち込むことも可能である。
次に、SPICA を利用するメリットについて述べ

3． フ ッ 化 物 イ オ ン 導 電 性 固 体 電 解 質
Ba0.6La0.4F2.4 の研究紹介
前述したように、革新型蓄電池の開発競争をる。図 2 は、ラボ機で測定したフッ化ストロン

リードする上で、全固体 FSB に使用するフッ化チウム（SrF2）の X 線回折データと SPICA で測

物イオン導電性固体電解質は、今後の蓄電池開発

定した同試料の中性子回折データを用いて、精密において重要なキーマテリアルとなる。蛍石型構

結晶構造解析（リートベルト解析）および最大エ造をもつフッ化バリウム（BaF2）は、電池性能にントロピー法（MEM）により得られた両者の散おいて重要な高電圧下での利用が期待されるが、乱振幅密度分布（MEM マップ）を比較した図でその反面、イオン伝導率が低い欠点をもつ。こある [4,5]。

れにバリウム（Ba）の一部をランタン（La）で

X 線では電子密度分布、中性子では核密度分布

置換することでイオン伝導率が劇的に向上するに相当する。X 線の場合、重元素の Sr は鮮明に見えるが、軽元素の F はやや不鮮明である。これことが知られている。例えば、2 価の価数をもつ
Ba2+ の一部（40%）を 3 価の価数をもつ La3+ では、X 線が電子によって散乱され、散乱振幅の大置換することで、BaF2 よりも F の量が 20％増–

きさは原子番号 Z に従って増加するためである。
一方、中性子の場合、Sr と F が同程度の鮮明さで見えている。これは、中性子が原子核の核ポテ
ンシャルによって散乱され、散乱振幅の大きさはZ に関わらず不規則に変化するためである。
このような違いから、中性子回折は、（1）物
質中に存在する水素やリチウムの位置決定、（2）重元素と軽元素を含む化合物中の軽元素の位置決定、（３）同位体や原子番号が近接した元素を含CROSS T&T No.68

図2

左図が X 線、右図が中性子による SrF2 の

MEM マップ

23伝導率
図 3 Ba0.6La0.4F2.4 および BaF2 の電気伝導率の温度変化–加し（余剰 F ）、イオン伝導率が４〜５桁上昇する（図 3）。

そこで、本系の構造（特に、F 分布）や F– 伝–

導メカニズムを明らかにするため、SPICA による

図4

Ba0.6La0.4F2.4 固体電解質の結晶構造解析の結果（512 K）

た。さらに、MEM 解析により核密度分布を求め

中性子回折実験を実施した。SPICA では、図４にることで、「–F1–F2–F2–F1–」間を結ぶフッ化物

示すような結晶の原子面間距離に対応するピー

イオン伝導経路の可視化に成功した（図５）。こクのパターン、すなわち中性子回折データを得のことから、F は、F2 サイトの F が F1 サイト

ることができる。このデータを用いてリートベの F を押し出して玉突きで F が動く準格子間拡ルト解析を行うことにより、図５に示すような散をベースとする拡散機構によって伝導経路内をBa0.6La0.4F2.4 固体電解質の結晶構造（512 K）を流れていると考えられる。

得ることができる。
その詳細な解析から、蛍石型構造を保持したま
–

–

–

–

–

4．まとめ

ま、余剰 F が格子間サイト（F2）に存在し、正本稿では、特殊環境中性子回折装置 SPICA を

規のフッ素サイト（F1）に向かって広く分布し利用した最近のフッ化物イオン導電性固体電解質ていることを明らかにした。また、F1 サイトにの構造研究について紹介した。本系のイオン伝導はフッ素欠損が部分的に生じていることもわかっメカニズムの解明によって、フッ化物イオン導電

図5512 K における Ba0.6La0.4F2.4 固体電解質（M = Ba0.6La0.4）の結晶構造（左）と核密度分布（右）。

矢印は「–F1–F2–F2–F1–」間を結ぶフッ化物イオン伝導経路。F1 は正規のフッ素サイト、F2 は格子間サイトに対応する

24

CROSS T&T No.68

性固体電解質のイオンの流れに関する理解をより謝辞

深めることができると考えている。今後、SPICA

本研究は、高エネルギー加速器研究機構（KEK）

を活用した研究成果が、革新型蓄電池の開発を加の米村雅雄特別准教授（当時）、齊藤高志特別准速させる一助となることを期待して末筆とした教授、神山崇名誉教授、総合科学研究機構の石川い。

喜久研究員、兵庫県立大学の嶺重温准教授、京都大学の福永俊晴特任教授（名誉教授）、安部

参考文献

武志教授らとの共同研究である。また、中性子[1] M. A. Reddy et al., J. Mater. Chem. 21 (2011)

回 折 実 験 は、KEK 大 学 共 同 利 用 お よ び J–PARC

17059 − 17062.

[2] K. Mori et al., ACS Appl. Energy Mater. 3 (2020)2873 − 2880.

[3] M. Yonemura, K. Mori et al., J. Phys. Conf. Ser.
502 (2014) 012053.

[4] R. Oishi et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res.
A 600 (2009) 94 − 96.

MLF（Proposal No. 2019S10）において実施した。なお、本研究は NEDO「革新型蓄電池実用化
促 進 基 盤 技 術 開 発（RISING2、JPNP16001） お
よび電気自動車用革新型蓄電池開発（RISING3、
JPNP21006）」によりご支援を頂いた。誌面をお借りして謝意を示す。

[5] Y. Ishikawa et al., Physica B Condensed Mater
551 (2018) 472 − 475.

森

一広（もり・かずひろ）］

京都大学複合原子力科学研究所 准教授。1973 年生まれ。総合研究大学院大学
数物科学研究科物質構造科学専攻 博士課程修了、博士（理学）（2001 年）。高エネルギー加速器研究機構 研究員（2001–2002 年）、京都大学原子炉実験所
助手／助教（2002–2012 年）、京都大学原子炉実験所 准教授（2012–2018年）を経て、2018 年より現職。現在は NEDO「電気自動車用革新型蓄電池開発（RISING3）」などの蓄電池研究プロジェクトに参画し、主に中性子を利用した革新型蓄電池の基礎・応用研究を推進中。

【訂正】CROSS T&T 67 号 37 ページ「追悼・小柴昌
俊先生」の記事中、写真のクレジットに誤りがありました。正しくは「写真提供：東京大学宇宙線研究所 神岡宇宙素粒子研究施設」でした。訂正してお詫
び申し上げます。

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Thinking Theme

充電中 ± 次世代電池の現在地

ミュオンによるリチウムイオン電池電極に析出した金属リチウムの検知
豊田中央研究所 分析研究領域 研究員

梅垣 いづみクを排除して安全なものだけを再利用をすることはじめにが可能になる。こういった背景によって、LIB 中

リチウムイオン電池（LIB）は私たちの身の回りで様々な形で利用されており、最近では電動自動車やハイブリッド車にも LIB が搭載されていの金属リチウムを非破壊で捉える方法が求められている。

LIB の再利用や資源として回収する取り組みが必

1．LIB のリチウムを非破壊で見るのが難しい理由要となる。その際、回収された使用済み LIB を安「非破壊」という言葉は「壊さない」という意

全に扱うことや、再利用するために LIB の「状味である。例えば、電子線を照射して表面を観察態」を評価することが重要だ。
「状態」のひとつする走査型電子顕微鏡（SEM）では、試料片からる。今後、使用済みの LIB が増えることは必至で、に、金属リチウム析出（図 1）の有無がある。金観測したい面を切り出す必要がある。逆に言えば、属リチウム析出は誤使用などにより電池内部の短電子線は試料の中に入っていかないので、見たい絡や、発熱を引き起こし、電池の安全性の低下の箇所を切り出したり、切削しながら観察したり、要因となりうる。

特別な観測用窓を設けた容器を用意するという取り組みは少なくない。しかし非破壊でそのまま測定するには、電池の外側のアルミ容器を通して、中に入っていくことができるビーム、すなわち透過性の高いビームが必要になる。
より一般的には、試料に入射したビームが、試料と相互作用（反射、散乱、回折など）した後のビー
ムを検出することで、格子定数、元素や密度など試料の情報を得られる。電子照射によって発生す

図 1.(a) 試料 B の断面方向の概略図のミュオンの停止位置分布(b) 試料 B 中

る蛍光 X 線はそのエネルギーによって元素を特定することができるが、リチウムの蛍光 X 線はエネルギーが 50 e V 以下と低いので、電池の外しかし、金属リチウム析出の有無は、一般的に側の容器を突き抜けて出てくることは不可能であは、大気中の水分と反応するのを避けて、不活性る。結果として、電池の容器越しに、リチウムを

ガスを充てんしたグローブボックスの中で電池を検出するのは難しい。

開封して確かめるしかない。電池を開封せずに、非破壊で調べることができると、金属リチウム析
出条件を調べる経時的な研究も可能になり、リス

26

2. ミュオン特性 X 線元素分析
そこで、透過性の高いミュオン粒子 [1] を用い
CROSS T&T No.68

る、ミュオン特性 X 線を用いた元素分析の手法

ムラインの輸送条件を最適化することで、低運動を適用した。ミュオン特性 X 線というのは、負ミュ

量の負ミュオンが大強度で得られる。これは、測オンが原子核に捕獲されて、電子軌道よりも原子定試料の表面から比較的浅い位置を深さ方向に細核に近いミュオン軌道を形成し、基底状態まで遷かく調べられることを意味し、数十ミクロンの構移する過程で放出する X 線のことである。この時、成元素の異なる層が重なる構造を有する、LIB へ

ミュオン軌道のポテンシャルエネルギーは、電子の適応には最適である。

の場合の約 200 倍高くなり、結果として放出さ

図 2 に使用した代表的な試料の構成と負ミュれる特性 X 線のエネルギーは蛍光 X 線の約 200

オンを照射したときのミュオン停止位置分布の計倍になる。

算結果を示す。ミュオン停止位置は試料の密度でミュオン特性 X 線は、負ミュオンが原子核に決まるので、モンテカルロシミュレーションコー

捕獲されて、電子軌道よりも原子核に近いミュオ

ド PHITS[2] で計算することができる。図の左かン軌道を形成し、基底状態まで遷移する過程で放ら負ミュオンを照射したとき、有限の幅をもって出する X 線である。この時、ミュオン軌道のポミュオンが試料の中に分布して停止する。低運動

テンシャルエネルギーは、電子の場合の約 200

量ほど試料の手前側に、高運動量になるほど、試倍高くなり、結果として放出される特性 X 線の料の奥へ到達できるが、ミュオン停止位置分布のエネルギーは蛍光 X 線の約 200 倍になる。

幅は広がることがわかる。

このミュオン特性 X 線を用いた元素分析は以下の 4 点で、LIB の非破壊分析に力を発揮すると考えられる。
（1）照射する負ミュオンの透過力が高いため、
LIB の容器を透過して電極にアクセスできる。
（2）負ミュオンの入射運動量を調整することで、電極内の厚み方向に位置を制御しながら調べられる。
（3）リチウムのミュオン特性 X 線のエネルギーが 18.7 keV と蛍光 X 線よりも約 200 倍高い
ために電池の容器を透過して検出できる。
（4）（水素以外の）あらゆる元素が同時に検出可能である。
これらの特徴を活かして、ミュオン特性 X 線

図 2. 金属リチウムを析出させた試料中のミュオ

ンの停止位置分布。上部に対応する試料の断面方向の構成要素を記載を用いた元素分析を LIB に適用して、金属リチウ
ム析出を検出する方法について紹介する。

3．J-PARC MLF 大強度負ミュオンビームを用いた実験
東海村にある大強度陽子加速器施設である
J-PARC MLF MUSE（Japan Proton Accelerator
Research Complex, Materials and Life
Science Experimental Facility, MUon Science
Establishment）の崩壊ミュオンビームラインでは、大強度の負ミュオンが実験に利用できる。一般に、高い運動量のほうが得やすいのだが、ビー
CROSS T&T No.68

図 3.

ミュオン特性 X 線元素分析の概要(a) 測定のセットアップを上部から見た概略図。
(b) 実際の測定試料（□で囲った箇所）とホルダ。
アルミ製の測定用チャンバを下流側からのぞいた写真

27

図 3 に測定概要を示す。照射する負ミュオンの運動量減衰と得られるミュオン特性 X 線の減衰を防ぐために、測定環境はヘリウムガスで充填した。検出器は高エネルギー加速器研究機構 (KEK)より提供を受けた、低エネルギー用の Ge 半導体検出器を用いた。
測定にはアルミラミネートシートで包んだ LIBの黒鉛電極を用いた。事前に対極に金属リチウムを用いた半電池で、試料の状態を満充電（C6Li）にしたのち、さらに充電することで、金属リチウ
ムを析出させた試料を用意した。半電池で調整した黒鉛電極を取り出し、有機溶媒で洗浄したもの
を、ラミネートで覆い試料とした。同じく用意し図 4. 負極内のリチウムと金属リチウム析出に対する信号強度 ICLi の関係

た電極のうちひとつを銅集電箔を外して、照射出確率が高い、すなわち感度が高いことを示すこ

ビームに対する向きを変えた試料を金属リチウムとができた。検出限界は、金属リチウム量 0.020

析出位置が 113 µm 下流にある試料を用意した。

mg/cm2 と見積られた [3]。このラミネート型 LIB

金属リチウムの析出の有無は目視、SEM 撮影、であれば、数％程度の金属リチウム析出を検出・

電子スピン共鳴 (ESR) によって確かめた。析出量定量できることになる。

は流した電流の積分、つまり過充電容量であり、金属リチウムに感度がよい理由は、逆に電極中ミュオン特性 X 線測定後、ICP-OES により試料のリチウムが見えにくいからである。両者の見えに含まれる全リチウム量を調べ、金属リチウム析

方の違いを活かして、電極に析出した金属リチウ

出量を見積った。参照試料として、未充電の黒鉛ムを検出している。金属リチウムの場合は停止し負極を用いた。

たミュオンがすべてリチウム原子に捕獲されるたリチウムに由来するミュオン特性 X 線の強度

め、非常に高い効率でミュオン特性 X 線が放出

は、炭素（2-1: 75 keV）の信号強度で規格化しされる。一方で、電極中のリチウムイオンでは、たパラメータ ICLi で比較した。これは、リチウ

リチウムの捕獲されやすさを考える必要がある。

ムの信号ピークとエネルギーの近い炭素（4-2:

負極に挿入されたリチウムに捕獲される比率が最18.83 keV）のピークが検出器の分解能では分離大になる、満充電状態の C6Li 中のリチウムの信できないためである。リチウムを含まない黒鉛負号強度は、炭素の約 50 分の１程度であることが極では、ICLi=0.1 である。

分かった [3]。これは元素の存在比以上に、リチ

4．金属リチウム析出の検出

いということである。結果として、金属リチウム

図 4 に未充電の黒鉛負極と満充電（C6Li）、金

ウムよりも炭素に、ミュオンがより捕獲されやすと充電負極では、圧倒的に前者の方がリチウム属析出させた 2 試料の、金属リチウム析出位置のミュオン特性 X 線の放出率がよい、すなわち、に対応する運動量 (14.75 MeV/c) における信号感度が高いと言える。

強度 I CLi の関係をまとめる。ここで横軸は静電容量に対する割合を示しており、0 〜 100% は充電

5. 金属リチウム析出位置の検出

領域、100% 以上は金属リチウム析出領域である。

図 5 は析出箇所の異なる試料において、信号強充電領域では、I CLi 増加の傾きは小さく、それに

度 ICLi の深さ方向に測定したに示す。いずれも金

傾きが大きいことが分かった。つまり、金属リチれた。ミュオンの到達位置が深いほど、試料内のウム析出領域において、ミュオン特性 X 線の放ミュオンの分布が広がるため、「内部」に析出箇

比べて、金属リチウム析出領域では I CLi の増大の28

属リチウム析出に相当する信号強度の増大が見ら

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所を設置した試料のほうが、ピークが広がり、低やさらなる安全のため開発現場で役立つものと期

いピークトップが観測されたと考えられる。113

待される。

µm の深さ方向の析出位置の差は優に検出できることを実証することができた。

謝辞

今回は金属リチウムを見やすくするために、析本研究において、実験は J-PARC MLF ミュオン

出した電極を取り出してラミネートで包み、最上ビームを用いて実施いたしました（実験課題番号：

流に金属析出部分が来るように試料を設置した

2018A0246, 2018B0074）。 測 定 チ ャ ン バ、 検

が、電池を測定する場合は金属析出面は「内部」

出器の提供、調整をはじめとして、J-PARC MLFに向いている。この結果からラミネート型 LIB のMUSE の運営に携わるすべてのスタッフからは多ままでの金属リチウム析出検出も大いに期待でき大な支援を受けましたことに感謝致します。近藤る。

康仁氏、樋口雄紀氏、中野広幸氏、岡秀亮氏（豊田中研）、三宅康博教授、反保元伸博士、竹下聡
史助教（KEK）、二宮和彦准教授（大阪大学）、久保謙哉教授（国際基督教大学）、杉山純サイエンスコーディネーター（CROSS）とともに実施した研究です。本原稿は、論文 [3] をもとに加筆修正したものです。
参考文献[1] KEK ミ ュ オ ン 科 学 研 究 所 HP「 ミ ュ オ ン と図 5. 表面と内部に金属リチウムを析出させた試料のそれぞれの規格化した信号強度 ICLi の深さ依存性の比較。析出箇所に対応するように、信号強度が増加しているは 」 https://www2.kek.jp/imss/msl/muon-tour/
outline.html[2] T. Sato, Y. Iwamoto, S. Hashimoto, T. Ogawa, T.

Furuta, I. S. Abe, T. Kai, P-E. Tsai, N. Matsuda, H.
Iwase, N. Shigyo, L. Sihver, and K. Niita, Journalof Nuclear Science Technology, 55, 684--690(2018).

[3] I. Umegaki, Y. Higuchi, Y. Kondo, K. Ninomiya,結論

ミュオン特性 X 線元素分析の手法を用いて、LIB の負極に析出した金属リチウムの検出に適応できることを示した。また、深さ方向において、

S. Takeshita, M. Tampo, H. Nakano, H. Oka, J.
Sugiyama, M. K. Kubo, and Y. Miyake, Analytical
Chemistry, 92, 8194--8200 (2020).

金属リチウム析出位置の数十 µm の違いを明瞭に観測できることを実証した。今後、電池の再利用

梅垣 いづみ（うめがき・いづみ）
株式会社 豊田中央研究所 分析研究領域 研究員。
1983 年神奈川県横浜市生まれ。2012 年東京工業大学大学院博士課程修了。
2012 年 4 月より現職。大学院時代は自ら育成した単結晶を用いて、東海村にある JRR3 で中性子非弾性散乱実験に取り組んだ経験あり。入社後は J-PARC をはじめとした国内外のミュオン施設で、µSR を用いた電池材料の研究とミュオン特性 X 線を用いた元素分析に従事。

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Tokaiサイエンス

緒方洪庵が遺した「開かずの薬瓶」
日本薬文化を繋ぐ文理融合の最前線
大阪大学総合学術博物館 / 適塾記念センター
日本薬文化に関わる研究背景髙橋 京子

伝わっている。これら薬箱は往診用診療カバンで、薬の長期保存目的ではないため、約 150 年の時

近年、世界保健機関（WHO）と国際標準化機

間経過による劣化は避けらない。喫緊の課題は、構（ISO）で世界の伝統医薬の国際標準化が協議

大学の至宝を次世代に保存継承することで、それされている。東アジアにおいて、日中韓の伝統医が日本薬文化の普遍的価値創成に繋がると確信す

学は中国を起源とするが、日本漢方は高い独自性るからである。

を有する医学となり近世和蘭 / 独医学を導入して私の専門領域は、臨床薬学を含む生薬学だが、進化した。しかし、中国は国際市場への進出を強本研究は、2019 年度の J-PARC（大強度陽子加化するため、中国医学規格への統一を強硬主張す速器施設）物質・生命科学実験施設（成果公開型）

る。中医学規格での国際標準化が承認されれば、課題に採択（課題番号 2019B0314）され、実現

日本独自に進化した漢方薬の根幹である生薬品質したものである。

は国際規格外となり、漢方医学や医療文化の継承が途絶する可能性がある。このような危機的状況

緒方洪庵が生きた時代において、近世医療文化財は日本薬文化の独自性

緒方洪庵（1810 ～ 63 年）は、江戸・幕末期を明確にできる一根拠となりうるという重要な役の大坂に適塾を開設（1838 年）し、蘭学の第一割を持つ。しかし、日本薬文化に関わる過去の学人者として、福沢諭吉・大村益次郎・長与専斎を術報告は「正倉院薬物」をはじめとする数件のみ

はじめとする日本の近代化に貢献する多彩な人材で、すべて、（HPLC・GC・遺伝子解析など）破を育成した。洪庵の学問的業績は多岐にわたるが、壊的分析である。

その主著は、病理学総論である『病学通論』、ド医療文化財という文理融合の新規カテゴリーにイツの医学者フーフェランドの内科書の翻訳『扶おいて、普遍的価値の実証と恒久保存に向けた多氏経験遺訓』、コレラの治療指針『虎狼痢治準』で、角的解析法の確立が必須だが、非破壊分析手法を

これらは版本（印刷物）として刊行された。他に『人用いることが絶対的原則となる。薬箱のように医身窮理学小解』や『医薬品述語集』『視力 乏 弱 論』

薬品・薬袋・瓶容器・収納箱（カバン）など、多『和蘭局方』など写本としての著作も多数遺され様な材質が混在する資料群で、調査・分析・保存・ている。また、幕末を代表する蘭方医として活躍

継承の実践的方法の研究は皆無に等しい。

し、幕府奥医師として生涯を閉じた。

こ ろ り ち じ ゆ ん

ぼうじやく

大阪大学には約 5000 件に及ぶ適塾関係資料

洪庵の医療実践のうち、特筆すべき社会的活動（医学書・刊行書・書簡）と共に、洪庵が往診にとして二つをあげることができる。第一は種痘事携行した薬箱が 2 点（壮年期・晩年期使用 図 1）

業で、1849（嘉永２）年に日本ではじめて実践現存する。それらは、次男（後の直系）5 代目・された牛痘種痘法を直ちに大坂でも行い、西日本

緒方惟之氏並びに 6 男 4 代目・緒方裁吉氏から各地に広めた。第二はコレラ治療で、両者は現代大阪大学へ寄贈され、内容物を遺したまま現在にの予防医学や公衆衛生にもつながる先駆的な功績

30

ぎゆうとうしゆとう

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となる。1858（安政 5）年のコレラの大流行にである。

貴重な医療文化財資料としての恒久保存方法を際して、その治療法が記された蘭書をいち早く翻検討するうえでは、容器と内容物両方の物性把握

訳して『虎狼痢治準』と題した小冊子を緊急出版が必須であるが、内容物を消費、または破壊してした。後に洪庵は多くのコレラ患者の治療経験かの測定は許されない。これまでに行ってきた壮年

ら、日本人に適した薬用量やコレラ経過中の諸症

期薬箱の調査では、内容物が刻み生薬中心だった状改善に有効な独自の治療の必要性を、門人に与ことから、デジタルマイクロスコープなどによるえた手紙の中で説明している。

比較形態学的検証と洪庵が薬袋に残した二文字のこのように、洪庵は理論・実践の両面から西洋

生薬名（一部洪庵独自の表記を含む）から内容物

医学の導入に努め、日本における近代医学の確立の同定を進め、報告してきた 1）。しかし、晩年期に主導的役割を果たした。同時に「扶氏医戒之略」

薬箱の内容物は製剤化されているため外部形態かに示した高邁な倫理観を背景として患者と向き合らの推定には限界があった。そのうえ容器上部にう医療活動に従事した。

は漢字一文字の略名表記（一部は薬名ラベルが剥

こうまい

緒方洪庵が実地臨床で使用した二つの薬箱
二つの薬箱は、洪庵がそれぞれ壮年期・晩年期

落・消失）ため、二字で記されていた壮年期の場
合に比べ、薬名の絞込も困難であった。
そこで、開かずの容器のフタに遺された洪庵独に使用したとされる。壮年期の薬箱（図 1・右）自の略名解読は、1836-86 年間の洪庵関連文献には紙製の薬袋に入った丸剤（10 種）と刻み生の悉皆調査に基づき検討し、理化学的手法として、薬（内容物残存 57 袋）が収納されていた。一方、ミュオン特性Ｘ線分析 2）に着目した。

の製剤化された薬がガラス瓶（薬瓶）22 本と木製の筒状容器（木筒）6 本に収められていたが、文理融合研究「ミュオン」で開かずの薬瓶
3）に挑む

これまでの保存環境や本来長期保存を目的としなミュオンは電子の約 200 倍の質量をもつ素粒

い薬箱の性質から、その約半数が開栓不能となっ子である。負の電荷をもつミュオンを物質中に照ており、内容物の状態把握や保存処置が困難で射し、分析試料中に停止させると、原子に捕獲さあった。

れ、特性Ｘ線を放射する。ミュオン特性Ｘ線は蛍

晩年期の場合（図 1・左）は主として液体や固体

図1

緒方洪庵の薬箱（カラー図版は本誌裏表紙に掲載）（右）壮年期使用薬箱：旧 緒方栽吉氏所蔵（左）晩年期使用薬箱：旧 緒方惟之氏所蔵

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31

光 X 線の約 200 倍のエネルギーを持ち、物質中での高い透過能から、表面に限らず、対象資料の図 2. ミュオンビームによる基礎検討

任意の深さにおける非破壊元素分析が可能という特徴がある。故に、従来法と異なり、厚さ数 mmのガラスの影響を受けずに内容薬のみの元素構成が調べられる。
1）大学所蔵医薬品標本を用いた基礎検討
しょうこう

対 象 の「 昇 汞 錠（ 高 さ：125mm、 直 径：30mm）」は 1900 年代初頭の医薬品標本である。
円筒形ガラス瓶で、内部には赤い円盤状の錠剤が確認できる。
「昇汞」は、塩化水銀（Ⅱ）（HgCl2）

を指し、錠剤に成型する際の添加物が含まれると予測した。事前の蛍光 X 線測定で、容器は Na、Al、Si、Ca などを含有し、ソーダ石灰ガラスの組成に近いことが明らかとなった。ミュオン特性
X 線分析では、ミュオンの運動量を変えることで分析する深さを調整した（図 2）。

とを明らかにした（図 2）。
2）洪庵薬瓶「甘」：文理融合検討による成分解明
測定対象は、フタに「甘」と書かれた成分不明の開栓不能ガラス瓶である。瓶は四角形で、中に白色の粉末が約 13 mm の高さまで遺っていた。

運 動 量 の 低 い 条 件（40MeV/c ） で は O、Na、 「甘」を含む薬名を洪庵関連文書類で調査した結

Si、Ca 由 来 の ピ ー ク が、 運 動 量 の 高 い 条 件（55MeV/c）では Na、Cl、Hg、O 由来のピークが観測できた。40MeV/c の条件下、検出された元素組成は、蛍光 X 線でのガラス瓶組成の測定結果と合致しており、この条件下ではミュオンは容器のガラス瓶に停止している。一方、55MeV/cの条件では、Si が観測されておらず、ミュオンはガラス瓶を突き抜け、得られたシグナルは、内部薬に由来する元素であり、ラベルの薬名（HgCl2）との整合性を得た。同時に観測さ

かんこう

果、4 点すべてに「甘 汞」の記載が見られたが、こうちゆう「適々斎薬室 膠 柱 方」と『扶氏経験遺訓』では「甘草」関連製剤の記述もあった。2 つの候補薬中、『窊篤児（ワートル）薬性論』、『理礼氏薬物学』、『和漢用薬品異名全集』、『遠西医方名物考』など
薬物文献に見られる「甘草」や関連製剤は、いずれも褐色、黄褐色、褐黒色などの表記されており、白色である残存薬と外部形態が一致しない。一方、「甘汞」は上記文献での記述から塩化水銀（I）

図 3. ミュオン特性 X 線スぺクトル（カラー図版は本誌裏表紙に掲載）

れ た Na、O は 賦形剤（添加物）や水分由来のもので
あ る と 考 察 し た。
このように開栓不能なガラス瓶内容物について、同一
測定時に運動量を調 整 す る こ と で、外部容器と内部薬両方の組成を非破壊で測定できるこ

32

CROSS T&T No.68

（Hg2Cl2）であると考えられ、その外観は白色のまた、本草考証とミュオンによる非破壊分析、結晶性粉末で対象薬と一致する。故に、「甘」内

それは文理融合検討が導いた成果でもある。医療容物は塩化水銀（I）であると推察した。

文化財の至適保存環境設定は日本薬文化の継承にそこで、前述 1）の基礎検討に基づき、薬箱収載の「甘」薬瓶の解析に着手した。事前の蛍光 X役立つ。そして、医療文化財の非破壊分析法としてミュオンビーム利用の有用性を示した。

線分析から、晩年期の薬瓶は、Pb、K を多く含む鉛カリガラスであった。図 3 にミュオンビー
ムを用い、運動量 55MeV/c にて測定を行った結

参考文献
1. 髙橋京子、「緒方洪庵の薬箱研究－マテリアル
サイエンスで見る東西融合医療－」、大阪大学

果を示す。

出版会、P.292、大阪（2020）

当該分析条件では Si、Cl、Hg、Pb の存在を確認することができた。
「甘」薬瓶の横幅はビーム

2. 二宮和彦、素粒子ミュオンを使った新しい元径よりも小さく、本測定では薬瓶側面のガラスに素分析法―非破壊で三次元的に元素分布を測もミュオンが停止している。観測された Pb、Si

定する―、化学 70, 49-52（2015）

は薬瓶のガラスに由来と考えられ、事前の蛍光3. Takaura K. et.al., J. Nat. Med. https://doi.

X 線での分析結果とも合致する。このことから、

org/ 10.1007/s11418-021-01487-0（2021）

Hg、Cl は内部の薬物由来と考えられる。「昇汞錠」のデータと比較した結果、Hg と Cl のシグナル強謝辞

度比が昇汞すなわち HgCl2 とは異なっていたこ

本研究は、大阪大学大学院理学研究科 二宮和彦

塩化水銀（I）であるとした本草考証と一致した。

プ総合センター准教授）、佐藤朗助教（理学研究とから、内容薬は Hg2Cl2 であると結論付けられ、助教（現 放射線科学基盤機構ラジオアイソトー
科物理学専攻）、髙浦佳代子特任助教（常勤）（現結語、
医療文化財研究においては正倉院薬物など数少

近畿大学薬学部講師）、植田直見研究員（元興寺
文化財研究所）らの研究チームと、三宅康博特別ない先行研究で実施された科学的測定は、いずれも教授（J-PARC）、竹下聡史特別助教（同）、反保破壊を伴う分析であった。今回初めて、ミュオンビー

元伸研究員（同）他との協力のもと実施した。まムを医療文化財に適用し、その運動量を検討するこた、本研究の一部は、日本学術振興会科研費 基とで容器と内容薬の両方の成分解明に成功した。容

盤研究（A）（2017-19 年度、17H00832）、同基器は蛍光 X 線でも元素分析できたが、内容薬はミュ

盤 研 究（C）（2018-20 年 度、18K01102） に よ

オンでのみ非破壊測定が可能であった。

る成果である。

髙橋 京子（たかはし・きょうこ）
大阪大学総合学術博物館 / 適塾記念センター・招聘教授、国指定史跡 森野旧薬園
顧問相談役、日本漢方生薬ソムリエ協会・理事

1955 年香川県生まれ、1977 年富山大学薬学部卒。 薬剤師、薬学博士。専門は生薬学、文化財科学。大阪大学医学部附属病院薬剤部入局、神戸学院大学薬学部助手、
大阪大学医学部第三内科学研究員、USA カンサス大学薬学部研究員、大阪大学大学院薬学研究科助手、大阪大学総合学術博物館（兼）同大学院薬学研究科准教授
を経て 2020 年 3 月に定年、現在に至る。富山大学和漢医薬学総合研究所協力研

究員、東大阪市文化財保護審議会委員、唐招提寺境内薬草園復原計画委員、放送大学非常勤講師を兼担。
日本の医療で用いられてきた生薬が、歴史的・文化的に日本独自に発達してきたこと、森野旧薬園や適塾・緒方洪庵の薬箱研究をはじめとする医療文化財を次世代へ繋ぐ活動を展開中。近著に「森野藤助賽郭真写『松山本草』：森野旧薬園から学ぶ生物多様性の原点と実践（阪大出版会 2014）」、「緒方洪庵の薬箱研究：マテリアルサイエンスで見る東西融合医療」ほか、著書・原著論文多数。
CROSS T&T No.68

33

Tokai

ひと・ヒト・人J-PARC センター長就任のご挨拶
小林 隆
2021 年度から 3 年間 J-PARC センター長を拝象の発見や生体物質における機能解明、また新材命した小林隆でございます。1997 年から高エネ

料物質の開発などが代表的な例です。今後も、こルギー加速器研究機構・素粒子原子核研究所に勤れらの研究を更に発展させ、宇宙・物質・生命の務し、2015 年からは素粒子原子核研究所の副所起源にまつわる謎に迫り、人類の Quality of Life長として、また、2014 年から J-PARC センターの向上に貢献していきたいと思っています。

素粒子原子核ディビジョン長を務め、T2K 実験

また、安全管理についても、これまでの積み重やハイパーカミオカンデ計画などを担当してまい

ねのうえに、更に研究成果を創出するための努力りました。

を継続していく所存です。

J-PARC は、世界最高レベルの大強度陽子ビー

これまでの歴代のセンター長をはじめ、日本原ムを用いて生成される中性子、ミュオン、ニュー子力研究開発機構、高エネルギー加速器研究機構

トリノ、K 中間子などの多彩な二次粒子ビームの皆様、世界中のユーザーの皆様の大変な努力とを国内外からの利用者に提供し、物質・生命科

関わって下さったすべての関係企業の皆様の強力

学、素粒子・原子核物理学など広範な研究分野のなご協力により J-PARC はここまで発展してくる

基礎科学から産業応用まで多様な研究開発を推進ことができたと思っています。今後も、J-PARC

することで、人々の生活を知的にも物質的にも豊一丸となって、ユーザーの皆様、企業の皆様と協かにすることを目的にしており、国際目標である

力しながら、国内外の研究機関との連携協力の促

SDGs の実現に大きく寄与する施設であると言え進、産業利用の充実、そして多目的施設の特徴をます。

生かした分野横断的な研究により更に発展させて

平成 20（2008）年の運転開始からこれまで、

いくこと、また、ここで得られる研究成果を国民

ビーム強度を増強し、装置の高度化を進めつつ、の皆様と広く分かち合うことで、日本の誇りと人それぞれの分野で多くの成果を上げてきました。

類の発展に更に貢献する研究施設に育てていくこ

素粒子・原子核物理研究においては新たなニューとが、私の使命であると考えています。

トリノ振動現象の発見や強い相互作用の研究、また物質・生命科学研究においては新しい超伝導現

今後とも皆様のご理解とご指導、ご鞭撻を賜りますよう、お願い申し上げます。

小林 隆（こばやし・たかし）
専門分野：素粒子実験
学位 ･ 職歴：1996 年（平成 8 年）博士（理学）（広島大学）取得
東京大学原子核研究所 助手
高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 助手、助教授（准教授）を経て教授 2015 年 4 月より高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所副所長（併任）（この間、2009 年 4 月から J-PARC センター素粒子原子核ディ（写真提供：J-PARC センター）

34

ビジョン長等を兼務）
2021 年 4 月から J-PARC センター センター長CROSS T&T No.68

Tsukuba

ひと・ヒト・人

退任のご挨拶
高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 所長

齊藤直人

この度、６年間のセン
タ ー 長 の 任 期 を 満 了 し、す。そこまで、十分に到達できなかったことは、
まさに私の力不足と言わざるを得ません。

4 月から素粒子原子核研

J-PARC は、 若 返 っ て 突 破 力 を 持 っ た マ ネ ジ

究所（素核研）の所長を

メントのもと、更なる飛躍が大いに期待できま

拝 命 し て い ま す。 素 核

す。私自身も、素核研のマネジメントとしてだけ

研の研究活動の中でもでなく、一研究者としても、今後も微力ながら

J-PARC は重要な位置を占J-PARC に貢献させていただきたいと考えていまめていますので、今後も J-PARC には深い関わり

すので、どうぞ、よろしくお願いします。

をもっていくことになりますが、一つの節目を迎

いま世界は、新型コロナウイルスによる困難か

えるにあたって、一言、ご挨拶をさせて頂きたい

ら、ようやく立ち上がろうとしているように見えと思います。

ます。その中で、J-PARC は、未来に通じる教育

まず、これまで、J-PARC での研究成果の創出と研究の機会を守るために、感染対策に留意し、と、その成果の社会との共有に、力を合わせて頂できる限り運転を続け、施設の高度化をすすめていた全ての方々に、心から感謝申し上げます。過参りました。しかしながら、このまま不確定な状去の困難な時期を J-PARC センター内のスタッフ

況が続くと、研究や教育の機会が制限を受けかねだけでなく、二つの親機関と関連する研究機関のません。

協力で、東海村、茨城県、そして文部科学省、さ経済では、V 字回復ではなく K 字回復と言われ、らには地域社会の方々のご理解とご支援を受けて分断と格差が顕著になり始めています。一般社会

乗り越え、定常的に研究成果をお伝えできるようはもとより、研究の世界でも分断や格差は、結局になった一連の経験は、J-PARC にとって、これのところ全体の弱体化に繋がります。J-PARC を

以上はない至上の宝物です。この宝物を授けて頂始め、素核研の関わる大規模プロジェクトは世界

いた皆さまに、心からの感謝を申し上げます。

の研究者の交流の拠点であり、成果だけでなく未しかしながら、いまの段階はこの J-PARC の基来を創出する拠点であることを、改めて深く認識盤を築いて頂いた方々の期待する姿のベースライして、今後の研究および研究マネジメント活動をンにようやく立つことが出来たということだと思行っていきたいと思います。

います。J-PARC では、今後の 10 年間の施設高

最後に、これまでご支援を頂きました皆様に、度化計画を確立し、その一部は文部科学省のロー

改めて心からの感謝を申し上げまして、退任のごド マ ッ プ 2020 に も 取 り 上 げ ら れ て い ま す が、挨拶とさせていただきます。皆さま、本当に有難

J-PARC のポテンシャルは、まだまだ高く、世界

うございました。そして、今後も J-PARC へのごに開かれた研究施設として、世界中の研究者たち

理解とご支援をお願いいたします。

が思う存分にその研究力を発揮し、ともに成果を創出するという環境を作り上げることが重要でCROSS T&T No.68（写真提供：J-PARC センター）35

Tokaiサイエンス

中性子の寿命から宇宙の謎を解く
KEK 物質構造科学研究所

特別准教授

三島 賢二

はじめに
中性子は陽子とともに原子核を構成する核子のヘリウム原子核を形成する。もし陽子と中性子がうちのひとつで、地球上の物質のおよそ半分を占同じ数存在していたら、陽子と中性子は全てヘリめている。原子核内部にある中性子は安定だが、 ウムになっていたはずである。
ひとたび核外に取り出されると、寿命約15 分で陽しかし、中性子はベータ崩壊により陽子に変化

子、電子、反ニュートリノに崩壊する。このプロセしてしまうため、中性子寿命の値によると元素合

スは4 つの基本相互作用のうち「弱い力」が引き成が開始される時期には陽子の1/7 程度にまで減起こす反応のひとつで「ベータ崩壊」と呼ばれる。 少していると計算される。その場合、宇宙の全質量
中性子のベータ崩壊は弱い相互作用の中で最ものうち25% をヘリウムが占める計算になる（仮基本的なもののひとつであり、弱い力の物理法則に陽子が14 個、中性子が2 個あった場合、1 個のを理解する上で重要な反応である。この中性子がヘリウムと12 個の陽子が残る。その他の元素は少ベータ崩壊を起こすまでの時間、つまり寿命が現ないので無視できる）。この割合は観測から得られ

在、大きな問題を抱えている。測定の方法によりそた初期宇宙のヘリウム量と非常によく一致していの値が異なるのである。

たため、ビッグバン理論の根拠となった。

本稿では中性子の寿命が大きく関連する元素合

21 世紀に入り宇宙背景放射などの観測が進ん成の話と2 種類の測定方法による食い違い、そしだことで、今ではさらに精密にビッグバン元素合

てこの問題を解決すべく進めている大強度陽子加成を計算できるようになっている。これはビッグ

速器施設（J-PARC）での中性子寿命測定実験［1］ バンの3 分後という初期宇宙が如何に形成されたについて紹介する。

かを知る上での貴重な手がかりであり、精力的に

中性子寿命とビッグバン元素合成

研究が進められている。中性子の寿命は元素合成
開始時の中性子量を計算する上で最も重要なパラ

水素、ヘリウム、リチウムなどの軽い元素の起源メーターであり、ビッグバン元素合成、ひいてはそはビッグバンまで遡る。宇宙の 開闢 から時間にしの後の宇宙の成り立ちに大きな影響を与えていて 10 秒後、クォークは宇宙の冷却により単独で

る。

かいびやく

-6

存在できなくなり、原子核の基である核子、つまり陽子と中性子を形成する。このとき、陽子と中性子

中性子寿命の謎は同じ数だけ存在したと考えられている。そこか

中性子の寿命は1951 年に中性子ベータ崩壊のら3 分後、さらに冷却が進む間に質量数7 以下の存在が確認されて以来、世界中で測定が行われ続軽い元素が作られる。この過程をビッグバン元素

け、徐々に測定精度が向上している。しかし、直近

合成と呼ぶ。最初に陽子と中性子が結合し重水素で行われた2 つの測定方法では、その値に大きなを形成し、さらに2 つの重水素が合わさることで食い違いが観測された。この「中性子寿命問題」は36

CROSS T&T No.68

図 1：中性子寿命の測定法（左）ビーム法 （右）ボトル法と呼ぶ。この中性子の速度を温度換算すると−270 ℃に相当するためである。
超 冷 中 性 子 は 壁 で 全 反 射する、と書いたが、厳密には壁での反射時にわずかな損失があり、
こ れ が 実 験 の 誤 差 に な っ てい
ビッグバン元素合成やその他関連分野において大た。そこで新たな試みとして、超冷中性子を磁場にきな障害となっており、早急な解決が望まれていよって閉じ込める実験が行われた。原理は同じだる。

が、閉じ込めを磁場により行うことで壁との衝突

まずは2 種類の実験の概要を説明する。測定の概念図を図1 に示す。測定方法のひとつはやってを完全に無くすことができるため、測定誤差を非常に小さく抑えることができた。

くる中性子の数とそのうちの崩壊数を計数する方

結果は過去のボトル法の値を誤差の範囲で一致

法で、歴史的に中性子ビームを用いてきたところしており、中性子寿命問題は未解決のまま、より顕から「ビーム法」と呼ばれる。この実験では中性子著になってしまった。ボトル法で得られた中性子ビームを検出器内に入射し、その入射中性子量と寿命の平均値は879.4 ±0.6 秒であり、その差は崩壊で生成される陽子の数を測定する。中性子数

ビーム法から8.5 秒と大きく食い違っている。こと陽子数の絶対値を別々の検出器で測定しなけの差が生じる確率は1 万分の1 以下であり、偶然ればいけない所にこの実験の難しさがある。2004

では起こり得ない。しかし、それぞれの実験グルー

年の測定データでは中性子ビーム測定に起因する

プは1~2 秒といった小さい誤差で測定ができてい誤差が最も大きかったのであるが、より精密な再ると主張しており、この乖離の原因はまだ明らか測定が行われた結果、誤差はより小さくなったが

ではない。

かいり

値が変わらず、乖離についてはより顕著になってビーム法とボトル法、それぞれの実験が双方正しまった。
2013 年の最新の実験結果では、中性子

しい、などということはあるだろうか? 崩壊を検寿命の値は888.0 ±2.0 秒であった（±2.0 は測出するビーム法の方が中性子消失を測定するボト

定誤差が2.0 秒であることを意味する）。

ル法よりも寿命が長い、ということを説明するに

測定方法のもうひとつは超冷中性子という非常は、例えば中性子が蓄積中に未知の粒子に変化し、に速度の遅い中性子を容器内に閉じ込め、それが検出されずに無くなってしまえば良いのである。

ある時間経ったのちに崩壊して無くなった数から突飛な考え方ではあるが、このような大胆な仮説

寿命を導出する方法で、容器に閉じ込めることかが中性子寿命問題を契機にされ始めている。

ら「ボトル法」と呼ばれている。中性子を閉じ込め

例えば中性子がミラー中性子という通常の物質る、という部分に違和感をもたれる人がいるかもとは反応しない粒子に変化する、という仮説が提知れない。中性子は、室温では速度約2,200 m/s の唱されている。もし中性子がミラー中性子に変化

速さで動いている。これを速度7 m/s 以下、おおよ

しうるならば、蓄積された中性子はミラー中性子

そ人が走る速さまで減速すると物質表面で全反射に変化し、壁を通り抜け容器からは失われてしまするという性質を持つようになるため、一般に透う。また、別の仮説は中性子が崩壊する際に一部が過性の高い中性子でも容器内に閉じ込めることが暗黒物質に変化する、というものである。この暗黒可能になる。この非常に遅い中性子を超冷中性子物質も検出されないため、中性子寿命の差を説明

CROSS T&T No.68

37

できる。

J-PARC における新しい中性子寿命測定
この中性子寿命の乖離が実験の間違いなのか、あるいは未知の現象の兆候を捉えているのか、未だ問題は解決していない。原因として最もあり得るのは実験精度を実際よりも小さく見積もってしまっていた、ということであろう。そもそも実験で得られた精度（誤差）というのは、どのように決められているのであろうか。測定誤差は大きく2 種類に分類される。
ひとつは統計誤差で、例えば一定時間に起こる中性子崩壊の数にばらつきがあることに起因する。統計誤差は数を十分に集めれば小さくなるの

図 2： BL05 実験エリアに設置された中性子寿命測定装置。中性子ビームは右から来る。大きな n
マークの下の鉛の箱の中にスピンフリップチョッ
パーが内蔵されており、その下流、黒い箱の中にガス検出器が入っていると、ばらつきが完全に偶然であるならば、単純な計算に乗るため比較的扱いはたやすい（一般にN 個を計測した場合の誤差は√N 個である）。もうひとつは系統誤差で、これは実験装置の不完全さによる。
研究者は実験装置の不完全さを全て計上し、実験の系統誤差を決定するべきであるが、そもそも誤差の原因に気づいていなければそれは計上しようもない。
そしてその場合、他人が同じ実験を繰り返したとしても未知の誤差要因によって同じ結果が出続けてしまう。
そのため問題の根本的な解明のためには、質的に異なる実験を行う必要がある。我々は中性子寿

図 3： J-PARC 中性子寿命実験で用いているガス検出器概略図。整形した中性子を打ち込み、全体が検出器内部に存在する時の中性子崩壊を測定する

中性子崩壊からの電子を検出する（図3）。

命問題の解決のため、J-PARC パルス中性子を使っ中性子バンチが完全にガス検出器の内部に入った新しい中性子寿命測定実験を進めている。このている時のみ計測を行うことで、中性子を360 度

実験はビーム法に分類される。過去のビーム法の検出器で囲むことができ、高い検出効率を達成で実験が中性子崩壊で生じる陽子を検出していた

きる。入射中性子量はガス中に微量に（1 ppm 程のに対し、この実験では崩壊で生じる電子を検出度）、しかし精密に混合させたヘリウム3 の原子核する。
計測対象が異なるため、仮に陽子計測実験が反応を使って測定する。この手法では中性子量と何らかの原因で間違っていたとしても、その影響

崩壊数を同じ検出器で測定できるため、別々の検を受けず、正しい結果を導けるはずである（無論、出器を使う過去の実験と比較して測定誤差を小さ

我々の実験独自の誤差を正しく見積もる必要があ

く抑えることができる。一般に中性子崩壊によるるが）。

電子を検出することは、陽子を検出する場合より実験はJ-PARC 物質生命科学研究所の基礎物理もバックグラウンドが多く難しい実験となるが、ビームライン（BL05/NOP）で行われた。装置全体

我々は低バックグラウンドの検出器を開発するこの写真を図2 に示す。大強度パルス中性子ビームとでその問題を乗り越え、2020 年この実験の最をスピンフリップチョッパーという中性子制御装初の実験結果を発表した［2］。結果を過去の測定

置を用い、40 cm 程度の長さに整形した後、長さ1と合わせて図4 に示す。

m のガス検出器に導入し、検出器内部で発生する38

我々が得た中性子寿命の値は898+18/-20 秒でCROSS T&T No.68

実験背景や手順の詳細は省いたが、参考文献[3] に詳(-20)^(+18)

s

細があるので、興味を持たれた方は参考にしてもらいたい。今後数年のうちに中性子寿命問題解決の糸
口を掴む結果が出ることをご期待いただきたい。

図 4 : 世界の中性子寿命実験結果のまとめ。■がボトル法、●がビーム法によるものである。○
が J-PARC で得られた最初の結果である [3]あった。まだ精度が低いため、ビーム法、ボトル法のどちらとも取れる値であり、現状ではまだ中性
子寿命問題の原因究明には至っていない。実験装
置は改良を続けており、今まさにより精度の高いデータを取得している最中である。紙面の都合上、[ 参考文献 ][1] プレスリリース「中性子寿命の謎、解明に向けた新実験が始動 - 第３の手法により中性子寿命問題の解明に挑む -」https://www.kek.jp/ja/press/20201225-2/[2] K. Hirota et al., Prog. Theor. Exp. Phys. 123C02(2020).

[3] “ 中性子寿命の謎の解明に向けて ” 三島賢二、角直幸、北口雅暁、吉岡瑞樹、音野瑛俊、高エネル
ギーニュース , Vol.39 No.4 (2021)

三島 賢二（みしま・けんじ）
2004 年 大阪大学大学院理学研究科物理学専攻 博士後期課程修了、博士 ( 理学 )2004 〜 14 年 理化学研究所、KEK、東京大学でのポスドクを経て2014 年 KEK 物質構造科学研究所中性子研究系 特別准教授
専門 : 中性子を使って素粒子・原子核・宇宙物理の研究を行っている

いた研究者たちによる高温超伝導入門であり科学技■書籍案内■
吉田修・高橋隆編「高温超伝導の若きサムライたちー日本
人研究者の挑戦と奮闘の記

術技術史でもあるエッセイ集で、座談会「高温超伝導のメカニズムを探る」も収められている。
若きサムライたちとして 13 氏が紹介されている。
石田憲二氏、門脇和男氏、社本真一氏らの名があがる。当時より眼光鋭い若きサムライだった彼らは今録」（アグネ技術センター）

ではその分野の第一人者、達人ばかりである。

「超伝導フィーバー」という一大ムーブメント

を念頭に置いており、超伝導の研究だけでなく研究

著者らはこの本が次代のサムライに読まれることがあったことを覚えておられるだろうか。1980の在り方についても伝授しようとしている。文章は

子供たちまでマイスナー効果について語り合った

丁寧な解説がついおり、参考書がなくても通読でき丁寧な解説がついており、参考書がなくても通読でき

年代後半、転移温度の記録更新が連日報道され、 はつらつとして、楽しく読める。専門的な話題にはりしていた。熱狂を作り出している研究者はスーパーヒーローだったが、謎に包まれた彼らの姿に
今日的視点からスポットを当てる。
本書は「超伝導フィーバー」の最前線で戦ってCROSS T&T No.68

る。超伝導フィーバーについても第 1 章で詳しく解説されているのでぜひご一読を。高温超伝導とは、学究する人生とは何かを知ることができる本である。（A5 判・並製 304 頁、定価 2200 円＝税込み）

39Tokaiサイエンス

最初にアピールできているか ?
J-PARC MLF で採択される課題申請書
総合科学研究機構 中性子科学センター
1．はじめに社本

真一て利害関係のないようにした。査読者リストには登録が必要で、専門分野の関係でどうしてもメン

J-PARC MLF へ課題申請したものの、苦労してバーが限られることが多く、いつも頭を悩まされ書きあげた課題申請書が採択されなかったというる作業であった。海外の研究者もある程度は査読

苦い経験をお持ちの方は多いかと思う。それもそしてくれるが、どうしても査読者の主要メンバーのはずで、ビームラインによっては 4 倍以上のは国内の研究者になる。中性子散乱研究者以外の競争率なので、課題全体の点数分布のピークより

著名研究者にお願いしたこともあるが、多くの場もずっと高い点数でしか採択されない。一方で、合は引き受けていただけない。幸い国内の理論家

比較的低い競争率のビームラインでも 2 倍程度の方は参加していただけたが、どうしても国内のなので、半分近くの課題は採択されない。この理同業者による評価になりやすい。また 1 名の査由で私自身も多くの課題で採択されなかった経験

読者に過重な負担がかからないように、申請書はがある。

できるだけ 5 件を超えないように依頼していた

例えば、共用ビームラインである四季（BL01）
では中国から優れた数多くの申請があり、厳しいので、特定の研究者が点数を決めることにはなっていない。

国際競争にさらされている。J-PARC MLF の一般

すべての申請書について、13 名ほどの分科会

利用研究課題は分野別に設定された 10 の分科会

内のメンバーから 1 名を主担当にお願いして、で審査される（P1 ～ P9 分科会、長期課題分科会）。

分科会内での申請書評価の議論を主導していただ

私は 10 年前の 2011 年から 2019 年まで旧 P1いた。その際に 1 課題あたり 3 名の査読者の採分科と P5 分科で課題選定委員として、また P5点をもとに議論するが、多くの場合におおよそ似分科会長として課題選定に携わってきた。P5 分

た評価点となり、その平均で順位付けされる。査科会では、磁性体・強相関電子系のダイナミクス

読者ひとりからでも低い点がつくと採択されないに関する課題を扱う。この経験や、科研費の審査ことが多い。点差が大きな課題は全員で議論にな

委員の経験などを交えて、採択される課題申請書

り、委員からの強い推薦があれば復活することもについて考察してみたい。

ある。その際に、査読者のコメントをもとに議論

2．課題の選定手続きするので、コメントは重要である。
当然、採択のボーダーラインには多くの申請書

選定手続きは随時変更されているので、私が担が並び、わずかな差で採択・非採択が決まる。ま当していた最後の時期の選定手続きについて概略

た比較的専門に近い 1 名の分科委員が議論を主のみ紹介する。P5 分科では約 50 件台の課題応導するので、その委員の意見は重要で、時に点数募があり、分科内の 4 人のメンバーで査読者をが修正される。その意味では、3 名の内の分科委割り当てた。この際にメンバーに課題の申請者が員 1 名の評価の比重が実質的に少し高いと言えいた場合には、その課題を別のメンバーに割り当る。

40

CROSS T&T No.68

3．採択される課題とされない課題
申請書の評価点は、申請書に書いてあるすべての項目が重要だが、申請者の研究業績に加えて、めにも、実験をして論文を稼ぐことは必要であろう。

5．一般科学から見た良い課題

申請書の序論が相対的に重要となる。つまり序論

世界から見て近年、日本では挑戦的な研究がで述べられる研究の新規性や話題性が、査読者の減っていると言われる。世界の共同利用研究所で印象を決定し、その申請書の評価点となりやすも一定の割合で、挑戦的課題を採択していると聞い。これは著名雑誌への投稿で求められる Cover

く。昔、論文数が重視される国内の A 研究所で、

letter に似ている。Cover letter では編集者に投年間 10 報ほどの論文を出している教授がいた。

稿論文をいかにアピールできるかが問われるが、立派な数だが良く調べると、元素を変えただけの申請書ではその序論がそのまま査読者へのアピー

内容がほとんど同じ論文を繰り返した論文数稼ぎルとなる。これは科研費でも同じで、概要でいかになっていたと聞いたことがある。銅を鉄に変えにアピールできるかは重要である。

ただけの銅鉄主義の典型例であるが、一方で、銅

しかし科研費では、3 つぐらいの評価項目があ

酸化物高温超伝導体や鉄系超伝導体の研究をしてり、研究の新規性、予算を含めた研究計画、実施

きた私にとっては、銅鉄主義も高温超伝導研究に可能性と研究業績がそれぞれ同じ点数で評価されは重要である。また B 大学で研究室へ初めて訪るので、申請書の序論の魅力だけでは採択されな問した学生から「この研究室でこれまで何がわい。一方で、J-PARC MLF の評価は 1 項目だけなかったのですか」と鋭い質問をされたことがある。

ので、結果として序論や概要の魅力が重視されや

この時、C 教授は「重要な発見がいろいろある」すい。そのためか、実験計画、J-PARC での過去とだけ回答された。

の実績、測定試料の有無などの評価がやや見過ご

似たようなことはあるパルス中性子の国際会議されがちのように感じる。分科会でもその点はいでもあった。当時、世界最先端の英国の中性子実

つも議論になった。

験施設 ISIS の発表への質問で、「施設でこれまで

この査読者の評価点に加えて、ビームライン担

最も重要な成果は何か」という質問が出た。これ

当者から指摘される技術上の実施可能性も時に重に対する回答は最初、同じように「いろいろとあ要である。試料環境は磁場、温度範囲など徐々にる」だったが、その講演者は例として、銅酸化物

充実してきているが、まだ申請書に書かれているのスピン波の全エネルギースペクトルを見せた。

実験条件（多くの場合に磁場）に無理があり、不300meV まで広がるスピン波は、エネルギーが採択や留保になったりする課題がある。申請者は非常に高く、パルス中性子散乱でないと得ること

ぜひ最新情報を遠慮なくビーム担当者にぜひ問いができない。まさに施設の強みを最大限に活かし合わせていただきたい。それによりこのような不た成果である。しかしこのスペクトルでも、さら採択を回避できる。

に高いエネルギーに広がる連続励起スペクトルま4．ビームラインから見た良い課題

では測定できていない。さらに高いエネルギーは
人類の挑戦すべき領域としてまだ残っている。

当然、立場によって評価指針は異なる。文科省

さて優れた成果とは、このような施設を代表的の量研室からは、論文数の倍増が求められているする結果か、いろいろたくさんある成果の論文数と聞く。そうなると実施した課題で、確実に論文であろうか。一般科学としては前者の施設の特が出ることが重視されてもよい。装置担当者とし徴を活かした輝く画期的な成果であろう。米国 Dても、お手伝いした課題が確実に論文になるのは、大の教授と一緒に研究をさせていただいて学んだ

昼夜関係のない中性子散乱実験の大変な作業で、ことがある。この教授の論文戦略は、同じ測定で装置担当者のやりがいにも繋がる。若い研究者にも複数の実験で多くの結果をまとめて一般論を議

は研究者として生き抜き、次のステップへ進むた論し、著名雑誌に投稿するのである。限られた手

CROSS T&T No.68

41

法でもそれを繰り返すことで、ひとつの大きな科された [3] と思っていたが、よくよく結果を眺め

学的成果をしっかりと議論するのである。このよると実際に初めて測定できていたのは、マルチ Ei

うにして解決されたひとつの大きな成果は、個人測定（→ CROSS ワード 2）を使った四季での測としても施設としても重要な成果であろう。

定だった。これらの発見は、本来の目的とは異な

MLF にも長期課題やプロジェクト課題があり、そこでは新しい技術開発とともにこのような代表的な研究成果が期待されていると感じている。私自身も DNA（BL02）で長期課題 2017L0301 をるものの、長期課題を含めて長く YIG で測定を行ってきたからこその成果といえる [4]。

6．採択される課題申請書のポイント

行い先日終了した。スピン流に関連して、超音波

結局のところ、採択される課題申請書では、最を外場としてイットリウム鉄ガーネット（YIG）

初の序論または概要の 2、3 行の短い文章で、そのマグノン励起効果を調べる課題内容である。高の研究テーマをよくアピールできている。これはエネルギー超音波の GHz 領域は、μeV 領域に相著名雑誌の Cover letter に似ている。実際に上位

当し、μeV 程度の高いエネルギー分解能をもつで採択される課題は、このアピールが良くできてDNA とエネルギー分解能が対応する。そのこといることから、成果発表でも著名雑誌に出版されから低エネルギーでの新しい外場効果が観測さることが多い。これは査読者も雑誌の編集者も評れる可能性がある。だが実際に実験を始めると、価が似ているからであろう。科研費などの他の申LiNbO3 を用いた超音波は GHz 領域での発振が難請書に比べても、このアピールポイントの明確化

しく、0.1GHz 以下でよく発振し、DNA の分解能がより重要である。その時代に合わせて話題ににわずかに及ばなかった。

なっているテーマを中性子散乱で初めて挑戦する

しかしこの課題を通じて発見をすることができた。YIG 強磁性体の [111] 方向（→ CROSS ワー
ド 1）の磁場下でのゼーマンギャップの消失であような研究課題は重要であり、たとえ根拠が薄くても可能性をしっかりと提案できれば高得点を得やすい。さらに言えば、試料評価の時点ですでにる [1]。また装置は異なるが関連研究として、四興味深い結果が出ていれば、それを記載すれば申季での YIG のマグノンの全スペクトルの初めて請書として申し分ない。もちろん、これまでの研の観測もその一つである [2]。一時は ISIS を用い究成果を根拠にして、試料を示し、測定計画までた英国オックスフォード大のグループに先を越きちんと根拠を踏まえて、期待される素晴らしい[111] 方向立方晶 YIG の対角線方向であり、鉄の磁気モーメントの容易軸となる。YIG は、イットリウムと鉄の複合酸化物から成るガーネット構造の結晶。

マルチ Ei 測定
J-PARC MLF では 1 秒間に 25 回のパルス中性子が発生する。それを離れた位置にある各分光器にて時間分解（TOF）で測定すると、中性子のエネルギー（速さ）を分解することができる。途中にフェルミチョッパーで、ある時間の中性子を取り出すと、指定した入射エネルギー Ei の中性子だけを取り出せる。試料に中性子が届いた後、散乱される

中性子も中性子検出器までの距離でまた時間分解してそのエネルギー Ef を分解できる。
このようにして試料とエネルギーをやり取りするのが、非弾性散乱測定 (dE=Ei-Ef ) である。この測定時、初めのフェルミチョッパーで取り出せなかった時間の中性子は以前は無駄に捨てられていた。マルチ Ei 測定とは、この捨てられていた中性子も高速回転のフェルミチョッパーを用いて時間で別々に取り出して利用する測定手法である。これによりいくつかの中性子の入射エネルギー Ei で同時に測定できるようになり、幅広いエネ

ルギー領域を一度に網羅して測定することが可能になった。準弾性散乱を除いた非弾性散乱としては、BL01「四季」で世界で初めて実現された J-PARC 独自の手法である。

42

CROSS T&T No.68

研究成果を論理的に書いていただければ、その申では米国 SNS で課題採択されるとその課題が研請書は必然的に高得点になる。この記事を読んで究業績に自動的に登録される。このように課題実いただいた方には、ぜひ以上の点に注意して申請施が見える化されると、研究者もそれによる成果書を書いていただき、高い国際競争に勝って採択にプレッシャーがかかる。これにより成果の早期されることを願ってやまない。

創出につながる可能性がある。それだけでなく、

7．課題選定における今後の課題

例えば課題選定における審査員も見える化して、各サイクルの優秀な審査委員もそのようなサイト

課題選定では優れた査読者が意欲をもって課題に自動登録されるようになれば、申請書提出、課を評価していただくことが重要である。そのため

題審査、そして論文化までの研究サイクルが見えには、科研費や放射光のように優れた査読者に数る化され、サイクルが回りやすくなると思う。こ

多くの査読をお願いしてしっかりと順位付けをしの研究サイクルを回す課題は多く山積みされていていただくのはひとつの良い方法であろう。そのるが、この記事で述べたアイデアが、今後より良場合には責任を持っていただくことから、謝金をい課題採択に活かされ、ひいては読者の皆さん方支払うべきである。それによりコメント欄へも充

自身の優れた業績につながることを願いたい。

実した記載を期待できる。また科研費でも行っているように、現状のままでも優れた査読者を積極的に表彰して、やる気を持っていただくのはひとつの方法であろう。私自身も中性子課題審査部会

参考文献[1] S. Shamoto, Y. Yasui, M. Matsuura, M.
Akatsu, et al., Phys. Rev. Research 2, 033235

で委員として、その査読者評価が重要と指摘し、(2020). DOI:https://doi.org/10.1103/

何度か特定の方を推薦して来たが、MLF として対応されなかったのは残念だった。
また国内の競争相手になる同業者の評価が重要

PhysRevResearch.2.033235[ 2 ] S . S h a m o t o , T. U . I t o , H . O n i s h i , H .
Yamauchi et al., Phys. Rev. B 97, 054429になりやすいことから、論文の Cover Letter と同(2018). DOI:https://doi.org/10.1103/

様に申請書内に査読して欲しい査読者、査読して欲しくない査読者を記入できるようにするのも良いと思う。これは新しい査読者を増やすのにも役

PhysRevB.97.054429[3] A. J. Princep, R. A. Ewings, S.Ward, S. Toth, C.
Dubs, D. Prabhakaran, and A. T. Boothroyd,

立つ可能性がある。
ま た ORCID（ オ ー キ ッ ド：Open Researcher
and Contribution ID）のような研究者の業績の見

npj Quantum Mater. 2, 63 (2017).
[4] Y. Nambu and S. Shamoto, submitted to J.

える化が世界の流れとして進んでいる。ORCID

Phys. Soc. Jpn., Special Topics.

社本 真一（しゃもと・しんいち）
1960 年愛知県名古屋市生まれ。1978 年名古屋市立向陽高等学校卒業、1979 年京都大学理学部入学、1983 年京都大学大学院理学研究科修士課程化学専攻入学、1987 年
京都大学大学院理学研究科博士後期課程中退、同年分子科学研究所文部技官、1990 年
東京大学大学院理学系研究科物理にて理学博士号取得（論文博士）、1991 年名古屋大学理学部物理学教室助手、講師、1996 年東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻助教授、2004 年日本原子力研究所中性子利用研究センター主任研究員、2008 年日本原子力研究開発機構研究主席、2020 年総合科学研究機構サイエンスコーディネーター、
台湾国立成功大学客員主任教授、日本原子力研究開発機構客員研究員、理化学研究所客員研究員兼務、現在に至る。
CROSS T&T No.68

43

Tokai

サイエンス“手の幅”開けてみよう～コロナ禍における部屋の換気効果調査～
総合科学研究機構 中性子科学センター

桐山 幸治、野間 敬

酸化炭素濃度を測定した。換気ができているかの

1．背景
新型コロナウイルス感染症の感染拡大予防対策として、身体的距離の確保、マスク着用、手洗いといった基本対策の他、部屋の換気も重要な項目の一つとして挙げられる。
換気にはいくつかの方法があるが、窓を開放す
ることが一番簡便な方法である。ところが、窓を開放する場合にはどの程度の幅でどれくらいの時

判断基準は、室内の二酸化炭素濃度が事務所環境基準規則で定められる 1000ppm 以下であることとした（空気中の二酸化炭素濃度の約 400ppmに近いほど換気効果が高い）。二酸化炭素濃度測
定には、CO・CO2 検知器（Tsesto315-3）を用いた。会議室及び居室の広さは約 73m2、天井高さは約 2.6m である（気積約 190m3）。ある壁面に
高さ約 1.8m の左右に開閉できる窓が 2 か所（こ間を開けておけば良いかはっきりしないことや、 こでは左側、右側と表記する）ある。その対面壁
夏季や冬季では室温維持の観点から、また、虫等の侵入や騒音の観点から必要最低限の開放に留めたいという考えは強い。そこで、総合科学研究に出入口扉がある。出入口扉は会議室と居室で位置がやや異なるが、施錠管理されて常時解放できないため、換気の際には開放できない。天井には機構中性子科学センター（以下、CROSS という） 埋め込み式の空調が設置されている。
では、職員や利用者が会議室や居室を利用する際に適切な換気を行えるように、二酸化炭素濃度を換気の指標とする考え方 [1, 2] に基づき、CROSS
で利用している代表的な会議室と居室において窓の開放の程度と二酸化炭素濃度の関係を調べた。

2．換気効果調査の方法
CROSS が入居し、利用している “ いばらき量子

2．1

会議室の二酸化炭素濃度測定

毎週行われる会議に合わせ、会議室の二酸化炭

素濃度を表 1 に示す窓の開閉条件で、各条件で異なる日に測定を実施した。会議の参加人数は 11人、会議は 10 時 30 分に開始し、約 1 時間 15
表1

二酸化炭素濃度測定条件

ビーム研究センター ” の部屋の内、会議室及び居室として使用している代表的な 2 室（図 1）の二図1

44

会議室・居室の構造
CROSS T&T No.68

分行われた。会議中、空調は暖房 24℃・風量強・
自動換気の設定で運転した。検知器は部屋中央に近い机上に設置し、15 分間隔で測定値を確認した。

2．2

居室の二酸化炭素濃度測定

居室の二酸化炭素濃度を表 1 に示す窓の開閉条

件で、各条件で異なる日に測定を実施した。居室には、3 日間・8 時 30 分から 17 時 30 分までの間で平均 5.5 人在室していた。居室の空調は暖房
24℃・風量弱・自動換気の設定で運転した。検知器は部屋中央に近い机上に設置し、30 分間隔
で測定値を確認した。

居室の二酸化炭素濃度（矢印：部屋 2 か所の窓を全開で換気。換気時間

は 12:00 で 30 分間、それ以外の時間は 15 分間）示す。二酸化炭素濃度は、就業時間開始時 (8:30)
から上昇し始め、換気時以外は窓を閉じた 2 条

3．結果
3．1

図3

会議室の二酸化炭素濃度

会議室の二酸化炭素濃度の変化を図 2 に示す。

件では 800 ～ 900ppm まで上昇がみられた。一方、常時片側の窓を 10㎝開けて換気を行った条件では約 600ppm で維持された。換気として居室内の窓 2 か所をそれぞれ全開すると、二酸化炭素濃度は直後 30 分間大きく減少したが、その後は再び上昇した。
今回の結果では、窓を一時的に全開することは換気効果があるものの、その効果は 30 分程度であること、常時 10㎝ほど窓を開けることは二酸
化炭素濃度を特定のレベルで維持できることが確

図2

会議室の二酸化炭素濃度（会議開始：10:30、会議終了：矢印）

認された。

4．まとめ

二酸化炭素濃度は、会議室内の窓 2 か所を締め二酸化炭素濃度を指標として CROSS で使用し切った条件では会議開始時 (10:30) から上昇している会議室及び居室の換気効果を調査した結始め、会議終了時 (11:45) には 880ppm となっ果、以下のことが分かった。

た。一方、会議室内の窓 2 か所をそれぞれ 10㎝1）窓を開けずに換気をしない状態で部屋を多人開けた時と窓 1 か所のみ 20㎝開けた時の 2 条件

数（5 人以上）で使用していると 1 ～ 2 時間

では会議開始時 (10:30) から上昇し始めたもの

程度で二酸化炭素濃度が 800ppm を超える。

の、会議終了時 ( それぞれ 11:35、11:40) まで約（さらに時間が経てば 1000ppm を超えること600ppm で維持された。今回の結果では、窓をが予想される。）

開けることで二酸化炭素濃度の上昇が抑えられた

2）窓を全開に開けると二酸化炭素濃度が減少すことから、換気効果が確認された。ただし、窓をる。換気効果があるが、窓を閉じると 30 分

2 か所開けるか 1 か所だけ開けるかの条件で二酸程度で換気効果は弱まる。

化炭素濃度に大きな差は見られず、窓を開ける合

3）2 か所ある窓を 1 か所のみ常時 10㎝開ける

計量が同じであれば換気効果は大きく変わらないと二酸化炭素濃度は約 600ppm に維持されと考えられる。

る。常時 20㎝開ける場合も同様の傾向がみら

3．2

居室の二酸化炭素濃度

居室における二酸化炭素濃度の変化を図 3 にCROSS T&T No.68

れる。窓を常時 10㎝開けるだけで換気効果が期待できる。

454）同じ窓の開放量であれば、室内の 2 か所の窓の開け方による二酸化炭素濃度に大きな違いは見られず、いずれの場合も同様の換気効果があった。
部屋の大きさ、空調の設定、部屋の使用人数等の違いを厳密には考慮する必要があるが、今回調査した部屋と同程度の広さの部屋においては、1か所の窓を常時 10㎝開けることを目安として、
新型コロナウイルス感染症対策としての部屋の換気を実施することが推奨される。ただし、窓を部分的に開けた場合、室温には大きな影響は見られなかったが、部屋の相対湿度は低下する傾向が見られたので冬場においては加湿器の使用が望ましい。
窓を開ける量を定規で細かく測る必要は無いの

CROSS 俳壇東海編
山口 恭弘

で、部屋の窓を “ 手の幅 ” 開けてみよう。
参考文献[1] “ 寒冷な場面における感染防止対策の徹底等

本調査において、居室の二酸化炭素濃度測定ではCROSS 利用推進部 石川知子氏、後藤笑美氏に支援をいただいた。また、会議室及び居室の測定時に在室した CROSS 職員にご同意を得てご協力をいただいた。ここに記して謝意を示す。

桐山

幸治

所属

総合科学研究機構

桜背に自撮りにはしゃぐ娘たち

謝辞

百千鳥やぶの中からシンフォニー

衛生学会（2020）

園庭の子らを見守るチューリップ

策ガイド第 4 版 ”、日本渡航医学会・日本産業

暮れゆくに細く響くは雉の声[2] “ 職域のための新型コロナウイルス感染症対一筋に矢道を抜けて桜舞う症対策推進室事務連絡（令和 2 年 11 月 11 日）

波紋引く水鳥残して 春は行くについて ”、内閣官房新型コロナウイルス感染

春に花を愛で鳥を慈しむ （２０１２年３月５日）（CROSS 中性子科学センター安全管理室）（きりやま・こうじ）
中性子科学センター
職名

安全管理室課長、

衛生管理者
学歴

46

博士（理学）
CROSS T&T No.68

Tutorial

TIST 筑波研究学園専門学校

運動遊びにおける「動きの多様化」～保育者を目指す学生の意識調査からみえる課題〜
筑波研究学園専門学校 こども未来学科
1．はじめに

皆川 龍吾、唐澤 優江

や遊ぶ場所の減少が問題視されている。しかし、それは今に始まったことではない。仙田・岡田

都市化によるこどもの遊び場の減少やテレビ（1993）は、こどもの遊び環境の構造的変化につゲームなどの電子機器の普及は、こどもの遊びにいて 1950 年代から 1970 年代の 20 年間に渡っ大きな影響を与えている。また、室内で手軽に遊て調査をしている。その 20 年間で、遊びの空間

べる電子機器が身近になったことにより、屋外で体や遊びの集団の縮小が進み、遊びの方法の貧困化を動かして運動をする機会が減少している。そのが見られたと述べている。その貧困化には、少結果、運動に対して苦手意識をもつこどもや、体子化による遊び集団の縮小や、ファミリーコンの操作が思うようにいかず危機回避ができないこ

ピュータ（ファミコン）の爆発的人気による外遊どもが増えていることが今日の問題となっている。

びの相対的魅力の低下が関わっていると考察してこどもにとって遊びとは、生活の一部であり、いる。また、井口（2013）は、近年における家遊びを通して成長をしていく。遊びには、運動遊

庭でのゲーム機所有率に関する調査を行っていびや製作遊び、表現遊び、模倣遊び、遊具遊び、る。その調査によって、「1990 年代末には 7 歳

教養遊びなど様々な種類がある。中でも、特に運から 20 歳までの 90％が家庭内でゲーム機を所

動遊びは体を使った遊びであるという点で、こど有している」ことが明らかにされた。現在、本校

もの体と心の双方の発達に働きかけている。運動では 2000 年代生まれの学生が保育者になるため遊びを通して、こどもは基礎的な体力や体の動かに日々学んでいる。つまり、本校の学生もゲームし方を身につけるだけではなく、協調性や社会性機が当たり前にある中で育ってきた世代ということいったコミュニケーション能力も育んでいく。

とになる。

また、心理な面においても、自己肯定感や忍耐力

また、家庭用ゲーム機だけではなくスマートを高めるといった効果も期待される。こどもと共フォンも同様である。福田（2019）が本校で行っに一日の多くの時間を過ごす保育者は、こどものた「スマートフォンの利用率に関する調査では、

趣向や体の発達に影響を与える。保育者による環235 名の学生全員がスマートフォンを利用して境の構成やこどもへの関り方によって、こどものいる」という結果が示されている。福田の調査協

運動経験の量や質が大きく変化するため、保育者

力者と同じ世代である現在の学生もスマートフォを目指す保育者養成校の学生には、運動遊びの重ンの利用率が高いと推測される。現在の学生達は要性を認識し、遊びを通して体を動かす楽しさをゲームやスマートフォンに触れる機会が多い世代伝えられる知識と技術を身につけることが望まれとなるが、こどもの頃にどのような遊びの体験をる。

してきているのだろうか。戸外での遊び環境の減2．保育者養成校の学生の現状
先に述べたとおり、今日、こどもの遊ぶ時間
CROSS T&T No.68

少や、ゲーム機器等の室内で遊ぶためのツールが豊かになっていく中で、戸外で体を動かして遊ぶ
機会が減少している可能性があることは否定でき

47

ない。自然に触れながら遊ぶことの多かった時代とは、遊ぶ場や遊びの内容、遊び方も異なったも2021 年 3 月（2）調査対象のであっただろう。このような時代に育った学生

筑波研究学園専門学校 こども未来学科 1 年

は運動遊びをどのように捉えているのだろうか。

生 2 年生

本稿では、将来保育や教育に携わる保育者養成（3）調査人数

校の学生の運動遊びに対する意識調査を行い、現状を把握した上で、どのように運動遊びに関する知識や技術を伝えていったら良いのかを考察し、運動遊びに関する指導法研究の一助としたい。

3．アンケート調査の方法と結果
文部科学省より 2012 年に発表された『幼児期運動指針』は、幼児期からの運動習慣を通して、
体力・運動能力の基礎を培い、様々な活動への意
欲や社会性、創造性を育むことを目的として、初めて幼児期の運動に関する方針として発表されたものである。
指針では、「こどもはさまざまな遊びを中心に毎日、合計 60 分以上、楽しく体を動かす事が大切」だと示されている。これは、一般的な運動に留まらず、買い物や散歩、掃除の手伝いなど身体活動全般を含み、細切れの時間を合算した時間を

1 年生 85 名

2 年生 86 名

計 171 名（4）運動遊びに関する調査項目

設問 1 運動をすることは好きですか。

（はい・いいえの二択で回答）
設問 2 運動歴はどのくらいですか。また、どのよ
うな運動をしていましたか。

（選択肢
〜5年

ア特になし

イ1〜2年

ウ3

エ 6 年以上／運動種目については

自由記述形式）設問 3 保育の現場に運動遊びを積極的に取り入れたいですか。

（はい・いいえの二択で回答）
設問 4 保育現場で 10 分間のすきま時間ができた
際、どのような運動遊びを行いますか。

（自由記述形式、複数回答可）

2）アンケート調査の結果と考察
設問 1「運動をすることは好きですか」についての調査結果を図 1 に示す。

指す。つまり、運動するためのまとまった時間が「はい」と回答し取れなくても、すきまの時間を活用し、身体活動た学生がおおよそ 7や運動遊びに費やすことで一日合計 60 分を達成することが推奨されている。
保育所や幼稚園で、習慣的に「運動遊び」を取り入れるためには、活動と活動の間に存在す
る “ すきま時間 ” を十分に活用することが重要と割いる一方で、「い

いいえ
28％

はい

72％

いえ」と回答した学生が約 3 割見られた。この結果から、幼児期や学童期に体なる。しかし、ただ運動遊びを取り入れるだけでを使って遊ぶ経験がは十分ではない。多様な動きが経験できるように

図 1 設問 1「運動をすること 比較的少ない世代の様々な遊びを取り入れ、こどもが主体的に楽しくは好きですか」の調査結果

学生においても、運

体を動かす時間と環境を確保し、発達の特性に応動に対して嫌悪感をじた遊びを提供することが保育者に求められる。

もつ学生は少なく、運動を好む学生が多いというそこで、10 分間というすきま時間で遊べる運動

ことが言える。それは、学生の運動経験にも関わ遊びについて学生のアンケート調査を行った。アりがあることが推察される。学生の運動経験につンケート調査の方法と結果は以下の通りである。

いては、設問 2 で調査をしているが、171 名中1）アンケート調査の方法
無記名自記式集合調査法で質問紙調査を実施し114 名（66.6%）が一定年数の運動経験をもつことが分かった（表 1 参照）。

運動種目は水泳やテニス、バスケットボールとた。詳細は次の通りである。

いった競技種目が比較的多く見られた（表 2 参（1）アンケート調査の期間照）。これは、学校の部活動や習い事、地域スポー

48

CROSS T&T No.68

表１ 運動経験の年数に関する調査結果

年数
特になし
1 年〜 2 年
3 年〜 5 年
6 年以上れたいと考えている

いいえ

件数
37
48
55
49

ことが分かった。こ5％のことから、多くの学生が運動遊びの意

はい

義や大切さについて

95％認識し、保育活動や

表 2 経験してきた運動の種類に関する調査結果

種目
水泳
テニス
バスケットボール
サッカー
バレーボール
ダンス
体操
バレエ
バドミントン
卓球
ハンドボール空手
野球
ドッジボール

件数
30
29
21
16
13
11
9
8
8
7
6
5
5
5

ツなどでの経験によるものと考えられる。幼児の動遊びを積極的に取り入れ えていることが明らたいですか」の調査結果求められていることは、発達を踏まえた運動遊びを提供する力、こどもが主体的に遊びに没頭できる環境構成力である。
80

72人

60
40

26人

20

れており、特定の動きをするだけでは多様な動きを身につけることに繋がらない。さらに、
「習い事」

図3

リレー

ある。特に幼児期には多様な運動経験が必要とさ

ダンス

運動種目に特化した身体活動に限定されてしまう

10人 8 人 8 人

フルーツバスケット「習い事」が盛んになっている。しかし、一つの11人

ジャンケン列車

近年では、サッカーや野球などの幼少期からの13人

ドッジボールとに繋がると考えられる。

17人

だるまさんがころんだ

0

達成感などを体験し、運動に対する好感をもつこと、習得する動きに偏りが生じてしまう危険性がかとなった。保育者を目指す学生に、今、縄跳びような運動経験は、体を動かす楽しさや爽快感、

図 2 設問 3「保育の現場に運 を取り入れたいと考

鬼ごっこように「遊び」の中での運動とは異なるが、この幼児教育に運動遊び

設問 4「保育現場で 10 分間のすきま時間ができた際どのような運動遊びを行いますか」の調査結果

や「運動指導」といった指導者主導型では、自発設問 4「保育現場で 10 分間のすきま時間がで的な遊びに繋がらない点も懸念されている。したきた際、どのような遊びを行いますか」に関するがって、運動歴があるということが、保育におい調査結果を図 3 に示す。運動遊びの内容としては、て運動遊びを効果的に取り入れられる知識や技術「鬼ごっこ」が 72 人と最も多く、次いで「縄跳び」

を兼ね備えているということでは必ずしもない。

（26 人）、「だるまさんがころんだ」（17 人）が挙次に、設問 3「保育の現場に運動遊びを積極げられていた。その他、「ドッジボール」「リレー」

的に取り入れたいですか」の結果を図 2 に示す。 「ダンス」「ジャンケン列車」「フルーツバスケット」
保育の現場に運動遊びを積極的に取り入れたいとなどの回答も見られた。

思う学生は 9 割以上見られた。設問 1 で運動を

10 分間という短い時間で運動遊びを展開するすることが好きではないと回答した学生（28%）には、手軽に行えるという点で鬼ごっこが多く挙の中にも、運動遊びを積極的に保育活動に取り入げられたと推測する。確かに、鬼ごっこは様々なCROSS T&T No.68

49

バリエーションがあり楽しめることから、こども

達する時期であるため、様々な運動刺激を与える達が飽きずに行うことができる活動の一つであことで、その後の新しい動きの習得がスムーズにる。鬼ごっこで養われる力には、走って鬼から逃なり、新しい運動に対する苦手意識がなくなるこ

げたり、捕まえるために走って追いかけたりするとに繋がるからである。

ことで養われる瞬発力や、周りの状況を見ながらその点において、提供できる運動遊びの種類が走るときに不可欠となる空間認知能力などが挙げ

1 〜 2 種類に留まってしまうことは問題視すべきられる。

点である。なぜ現在の学生が挙げる運動遊びの種

しかし、一方で鬼ごっこでは腕や手を使うこと類が少ないのか。その背景には、学生が実際に体が少ないため、鉄棒や雲底などで養われる手で物験している運動遊びの量や種類が少なくなったこを掴む力や、体を引きつけて締める力、手で支えとが原因として挙げられる。そこで、まず学生自る力（上肢支持）などの運動能力は伸びないとい

身が多様な運動遊びを経験することが重要となう問題点がある。そのため、鬼ごっこだけではなる。その上で、こどもの発達段階を見極め、「動く、バランスよく様々な動きの要素が入った運動

きの多様化」を推し進める運動遊びを提供し、こ遊びを取り入れて、体の各部位に刺激を与えていどもが主体的に取り組める環境を整える知識と技

くことがこどもの成長には必要となる。同じ鬼術が必要となる。そして、動きを発展させる声かごっこでも、「カエルに変身して鬼ごっこをしよ

けやルールの提案といった保育者の力量を高めてう」と一声かけるだけで、カエルのように手で体いきたい。

を支えながら鬼ごっこをするというアレンジも可能である。そうすることにより、上肢の支持力を

4. 保育者養成校の現状を踏まえて刺激することができる。また、まりつきやゴム跳

今回のアンケート調査結果から、幼児期や学童

び、馬跳びといった昔ながらの遊び（伝承遊び）期における戸外での運動遊びの経験は、比較的少や競争性のある運動遊びなどを取り入れていくこないだろうと想定される学生ではあるが、運動をとでこどもの遊びの種類が増えたり、戸外で遊ぶ

好む学生が半数以上であり、積極的に保育に運動

機会や仲間が増えたりしていくのではないかと考遊びを取り入れたいと考えている学生が 95％と察する。

高い数値が見られ、運動遊びがこどもの体と心の6 種類 7 種類
5 種類 2％ 2％
6％

4 種類
17％
3 種類
22％

図4

1 種類
19％
2 種類
32％

設問 4 で挙げられ成長に必要であることを理解していると考えられた運動遊びの種類にる。しかし、10 分間というすきま時間に行う運つ い て 図 4 に 示 す。
10 分 間 と い う す き類という学生が半数以上であった点は問題視すべ

ま時間で行う運動き点である。幼児期は多様な動きを体験させるこ

遊びの種類が「1 〜とで運動機能の土台を作ることが大切な時期であ2 種類」が回答の半るため、いかに幅広い運動遊びを学生に経験して数（51%）を占めてもらい、学生の運動遊びのレパートリーを増やせいる。「4 〜 7 種類」

るのか、また、動きの多様化に繋げるための声か

は 4 分の 1 程度でけの仕方をどのように身につけさせるのか、とい設問 4 で挙げられた ある。

運動遊びの種類の数に関する調査結果

動遊びとして挙げられた遊びの種類が 1 〜 2 種『幼児期運動指針』

う点が今後の学生指導における課題であることが明らかになった。

に挙げられている幼そこで、保育の遊びを実践的に学ぶ授業におい児期における動きの発達と経験しておきたい運動て、10 分程度を遊ぶ時間として設け、学生にこのポイントは、「多様な動きが経験できるようにどもが好む遊びを実践的に紹介する。その際、教さまざまな遊びを取り入れる」という点である。

員も学生と一緒にしっかりと遊び込むことで、そ

なぜなら、幼児期が最も大脳・神経系が急速に発の運動遊びの楽しさを学生が実感できるよう心が

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ける。その後、その遊びの分析を行い、体のどのせた「動きの多様化」を促進することができる保部分の発達を促すことができる活動であるのかを育者の養成を目指した授業を展開していきたい。

議論していく。このサイクルを繰り返すことで、学生は多様な運動遊びを経験するだけでなく、体の発達を考慮した運動遊びの実践ができるように【引用文献】

なることが期待できる。さらに、遊ぶことによっ・ 井口貴紀（2013）「現代日本の大学生におけて成長が促される体の部位を話し合うだけではなるゲームの利用と満足－ゲームユーザー研究

く、議論した内容をまとめた「運動遊び図鑑」をの構築に向けて－」『情報通信学会誌』2013

作成していく。この図鑑を開くと、遊びの名前や

年 31 巻 2 号 pp. 67-76

遊び方、遊びによりもたらされる効果などが分か

・ 仙田満・岡田英紀（1993）「こどものあそび

り、将来現場に出た際に、こどもに対して多様な環境の構造的変化に関する研究」『日本都市計

運動遊びが提供できるようになる。

画学会学術研究論文集』28 巻 pp.763-768

こどもが運動能力の基礎を身につけることがで・ 福 田 翔 平（2021）「 こ れ ま で と こ れ か ら のき、自分自身の体を巧みに動かせるようになってオンライン授業〜学生の不安とその解消〜」

いく保育活動が現代には求められている。そのた『CROSS T&T』2021 年 2 月 67 巻 pp. 56-58

めにも、こどもに体を動かす環境や時間を提供し・文部科学省（2012）『幼児期運動指針ガイドブッて、こどもと共に遊び、一人ひとりの発達に合わク』文部科学省

皆川 龍吾（みながわ・りゅうご）
筑波研究学園専門学校幼児保育学科及び児童教育専攻科卒業
姫路大学通信教育部こども未来学科卒業
筑波研究学園専門学校こども未来学科常勤講師

唐澤 優江（からさわ・まさえ）
筑波大学体育専門学群卒業
筑波大学修士課程体育研究科修了
筑波研究学園専門学校こども未来学科常勤講師
豊岡短期大学通信教育部こども学科非常勤講師
姫路大学教育学部通信教育課程こども未来学科非常勤講師
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CROSS の動き
法人事務局

2020（令和２）年 1 月～ 4 月
1 月 25 日

第 5 回常任理事会がメール審議で開 （案）、組織・運営規則の改正等について承認され催され、利用研究課題審査委員会運営規程の改正た。

が了承された。

CROSS 特任研究員の加地氏が、筑協

3 月 19 日
2月4日

第 6 回編集委員会をオンラインで開催

サイエンス Q 事業の一環として、つくば市立東した。主な議題は、「CROSS T&T 68 号の編集方針、 小学校 3 年生を対象に「牛乳パックのリサイクルで紙すきしおりを作ろう」の出前授業を実施した。

次期編集委員等についてであった。
2 月 18 日

総合科学研究センター企画委員会を開催した。主な議題は、2 月開催の研究懇話会の進め方、令和 3 年度の企画委員会計画等につい文科大臣より、第 3 期（令和 3 年 4

3 月 23 日

月 1 日～令和 8 年 3 月 31 日）登録機関の更新の認可通知を受けたてであった。

共用促進法に基づく「令和 3 事業年

3 月 26 日
2 月 25 日

第 2 回研究懇話会をオンライン開催した。CROSS 特任研究員の稲森氏が「バイオエ度特定中性子線施設利用促進業務の実施計画」の認可を受けた。

コシステムを用いた環境改善」、CROSS 特任研究員の金谷氏が「ワイヤレスネットワーク上に配置
した組み込みコンピュータの分散オブジェクトモ

4月1日

共用促進法に基づく「令和 3 年度特定先端大型研究施設利用促進交付金の交付決定通知

デル化とその展望」というテーマで講演した。

書」を受けた。

2 月 28 日 「CROSS T&T 67 号」（特集：10 代か

4 月 1 日 ～ 5 月 31 日

らのサイエンス）を発行、CROSS 会員、図書館・公共施設・高校等へ配布した。
3月1日

第 3 回常任理事会をオンライン開催した。主な議題は、第 3 回理事会資料、組織・運営規則の改正、に伴う関連規程等の改正他につい究員の募集を実施した。6 月に審査委員会を開催
して新たな CROSS 研究員を委嘱する予定である。
4月8日

第 1 回編集委員会をオンライン開催した。主な議題は、委員長の決定と CROSS T&T 68号の進捗状況についてであった。

てであった。
4月9日
3月3日

令 和 3 年 度 の CROSS 研

共用促進法に基づく令和 2 年度分の特

第 3 回理事会をオンライン開催した。 定先端大型研究施設利用促進交付金実績報告書を

令和 3 年度事業計画（案）、令和 3 年度収支予算

提出した。

CROSS 中性子科学センターの動き（J-PARC 物質・生命科学実験施設（MLF）に関する活動）（※ 1 月 10 日以降の動きを掲載）
2 月 19 日

プ レ ス 発 表「 低 温 高 圧 下 で 新 し い

CROSS、J-PARC センターの連名）。

氷 の 相（ 氷 XIX） を 発 見 」 を 実 施（ 東 京 大 学、

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2 月 25 日 「Tohoku U × CROSS × JAEA 連 携セミナー、第 62 回黎明研究会」をオンラインで
東北大学金属材料研究所と共同で開催した。連携セミナーでは学生向けのチュートリアル講演と大学院生による研究紹介を行い、ウィズコロナ、ポストコロナでの大学と施設の研究協力の形を検討した。また、JAEA 先端研主催の黎明研究会ではスピントロニクスに関する最新の研究が紹介された。参加者数：75 名
2 月 25 日 ～ 3 月 31 日 「2020 年 度 中 級 者 向
け Z-Code 講習会」をオンラインで J-PARC セン
ター MLF ディビジョン、KEK 物質構造科学研究所、茨城大学フロンティア応用原子科学研究セン
ター、中性子産業利用推進協議会（IUSNA）、茨城県中性子利用研究会と共同で開催した。参加者
数：25 名を オ ン ラ イ ン で、J-PARC MLF 利 用 者 懇 談 会、
IUSNA、茨城県中性子利用研究会と共同で開催した。参加者数：64 名
3 月 30 日 「2020 年度中性子構造生物学研究会」
を J-PARC MLF 利 用 者 懇 談 会、IUSNA、 茨 城 県
中性子利用研究会と共同で開催した。参加者数：
38 名
3 月 31 日

プレス発表「チタン酸バリウムナノ

キューブの合成と粒子表面の原子配列の可視化に成功

高性能小型電子デバイスの開発に期待」

を実施（茨城大学、大阪大学、東北大学、JAEA、CROSS、J-PARC センターの連名）。
3 月 31 日

原子炉中性子源や大強度パルス中性子源を利用した物質科学・生命科学の発展に寄与

3 月 1 日 ~2 日 「第 7 回パルス中性子イメージ
ング研究会」をオンラインで J-PARC センター、
J-PARC MLF 利 用 者 懇 談 会 と 共 同 で 開 催 し た。
BL22（螺鈿）におけるパルス中性子イメージン
グ技術開発・利用研究の現状が広く紹介され、ユーザー利用の拡大が喚起されるとともに新しい中性子イメージング研究の展開が議論された。オース
トラリアから螺鈿の利用成果について講演が行われた。また、名古屋大学鬼柳善明教授の退官記
念講演も行われた。参加者数：1 日目 129 名、2日目 89 名3月5日

金属材料研究会「中性子による新解析

手法探索－金属材料中の軽元素－」をオンライ

ンで IUSNA、茨城県中性子利用研究会と共同で開催した。参加者数：16 名
3 月 9 日 ~11 日 「2020 年 度 量 子 ビ ー ム サ イ
エンスフェスタ」を KEK 物質構造科学研究所、
J-PARC センター、PF ユーザアソシエーション、
J-PARC MLF 利用者懇談会と共同で開催した。参加者数：614 名
3 月 16 日 「2020 年度液体・非結晶質研究会」
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することを目的として茨城大学フロンティア応用
原子科学研究センターと連携協力協定を締結した。
4月1日

永井佑樹、上田実咲が研究開発部に、内田真未が事務部にそれぞれ着任した。
4月1日

プレス発表「核スピン偏極化試料での偏極中性子回折による構造解析法の開発～水素の位置情報を選択的に抽出～」を実施（山形大学、JAEA、J-PARC センター、CROSS の連名）。
4 月 9 日 「第 3 回放射光・中性子の連携利用に向けた合同研修会－小角散乱測定研修会－」を高
輝度光科学研究センターと共同で開催した。実習を通してユーザーに放射光、中性子それぞれの測定技術の特徴を把握してもらい、効果的な連携的利用方法の検討の一助とする。今回は、中性子小角・広角散乱装置 BL15（大観）において「小角
中性子散乱（SANS）測定」の測定実習を行った。
参加者数：4 グループ（5 名）
4 月 12 日 「第 4 回高圧中性子研究会」をオンラインで開催した。参加者数：23 名

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