東北大学フォーラム2022 令和4 年8月4日(木)1

次世代放射光

NanoTerasu(ナノテラス）が作る社会
Enlighten the Nano Universe
to Drive a Sustainable World高田昌樹
東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 教授

一般財団法人 光科学イノベーションセンター PhoSIC

理事長

科学と技術の今日を支え明日を拓く放射光✓ナノの世界の原子・分子の組み合わせから，それが発揮する機能を探り, デザインすることは科学技術の大きなトレンド．
✓放射光はナノの世界を見るための光であり，様々な産業・学術分野に不可欠.
産学連携の戦略活用事例：SPring-8 BL03XU フロンティソフトマター産学連合体
ソフトマテリアル企業18社が出資 学術とのマッチングで専有利用（コアリションの基となるモデル）
年間利用時間：約200時間/社
特許申請件数： 53件(2010 年～14年)， 130件(2014年～18年)
特記事項：パテント・リザルト社のランキングにDIC(株)が2位にランクイン(2017年)DICは11件申請中 登録8件
フロンティアソフトマター開発産学連合体 専用ビームライン最終評価資料（2018）参照

2

SPring-8 エコタイヤの開発

ミリメートル

ミクロン

タイヤゴム

ミクロンレベルのゴムの変形

ナノメートル
シリカの分散3

ナノ以下

シリカとゴム分子

ゴム分子，シリカ，カーボンの新しい立体構造

タイヤゴムの放射光データ

シリカの動きのモデル

ゴム分子

可視化により課題解決を加速支援

4

サイエンスとモノづくりとの距離を縮める
モノづくり

ナノのの３次元可視化
可視化
ナノ
データ科学
AI 等
NanoTerasu

ゴム中高山裕貴(兵庫県立大), (株)デンソー 提供

課題解決

半導体・エレクトロニクス： モノの見え方が変わる✓ 断面の破壊検査から，非破壊のマルチスケールイメージングへの転換
Movie

断面の観察（電子顕微鏡）

製造欠陥を検知16nm FinFET device5

生命科学・医療: モノの見え方が変わる

データ科学

TPS 3GeV（台湾） X線CT
ゴルジ染色 2018年

分解能40nm

Coutesy of Prof. Yeukuang Hwu
Institute of Physics, Academia Sinica

brain cortex

コネクトームと組織が見える
ESRF(EU;フランス)
Nature Neuroscience | VOL 23 | DECEMBER 2020 | 1637–1643 |

アルツハイマー正常

コネクトームの可視化

6放射光施設：オープンイノベーションの礎石

7✓ 海外の放射光施設では，科学技術の発展や産業応用に不可欠な研究ツールとして認識されています．
✓ 世界各地に多数の先端放射光施設(50施設)が建設されています．
海外のリサーチコンプレックス

ナノテラス(3GeV)
サイエンスパーク構想(東北大学)

NanoTerasu
ナノテラス

SOLEIL @ Paris Saclay Cluster
サルコジ大統領

Paris Saclay Cluster⚫ 2010年9月24日 サクレーをフレンチ・シリコンバレーにすると宣言⚫ 総予算：30億ユーロ（約3,500憶円）

MIT Technology Review 2013でWolrd Innovation Clusters
Top8に選出

SOLEIL8本日，お話しすること

ナノテラスでモノづくりが変わる
１）モノづくり現場における 計測情報の可視化
２）次世代モノづくりを担う 新産業創成，分野融合の支援
３）持続的な競争力の源泉；イノベーション・コミュニティが最大化

9官民地域パートナーシップ

国内初の大型研究基盤整備手法

2018年7月3日 官民地域パートナーの決定
建設費概算総額：約380億円程度

地域 パートナー（整備用地の確保・造成の経費を含む）

代表機関

官

分担：約180億円
宮城県，仙台市，寄付金等：
約100億円⚫ 基本建屋，研究交流施設
ビームライン ～7本⚫ コアリション活動の推進

光科学イノベーションセンター

国の主体

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高田昌樹 理事長

枢要部の建設・運営⚫入射器・蓄積リング
ビームライン ～3本⚫ コアリション活動の支援
海輪誠 会長民

民間企業

コアリション活動への参画⚫ 土地造成⚫ 誘致企業への支援
村井嘉浩 知事

加入金: 一口5000万円（10年間有効，建設資金協力）
インセンティブ：200時間/年の利用権，課題申請免除，毎月申請，成果専有，研究者マッチング支援，他施設を活用した利用準備支援（現在60社以上，学術との先行マッチング）

郡和子 市長

加入企業：約120社（分析会社7社/2022年５月時点）（内訳）自動車・自動車関連機器製造・タイヤメーカー，産業用機械・電子機器・電子部品製造，化学・非金属材料，金属・エネルギー，化粧品・製薬・医療福祉関連製品製造

大野英男 総長⚫ 地域支援⚫ 都市ビジョン「光イノベーション都市・仙台」⚫ トライアルユース事業⚫ 土地提供⚫ 学術研究（国内外連携の推進）⚫ 産学連携の強化（コアリション活動支援）

利用予定者が支払う加入金，多様な資金源を活用して，施設を整備
民間資金を活用した今後の施設・整備・運用のモデル

財務省 歳出改革部会（令和3年11月1日開催)

PhoSIC(光科学イノベーションセンター）の体制
学術と産業界のオールジャパン体制 2022年度

三菱重工業
常務執行役員CTO

伊藤栄作

経団連
常務理事
岩村有広

東北大学
総長
大野英男

東経連
名誉会長
海輪 誠

ＩＨＩ
常務執行役員
技術開発本部長

久保田伸彦

産総研
最高顧問
中鉢良治

物質機構
理事長
宝野和博

日立製作所
研究開発G
ｼﾆｱﾁｰﾌｴｷｽﾊﾟｰﾄ

山田真治

11コアリション「有志連合」の形成:オープンイノベーションの実現に向けて✓ オープンイノベーションを実現するためには，ナノテラスが産学の双方に開かれた存在であることが求められています．さらに重要なことは，産学連携の緊密な連携が必要であることです．
✓ そこで，ナノテラスでは「コアリションコンセプト」と呼ばれる新しい産学連携スキームが展開されています．

✓ 「コアリション・コンセプト」は，産学双方のステークホルダーが強力な一対一のチームを結成し，社会課題の解決を目指す，斬新なユニークな研究スキームです．

コアリションの形成
産業パートナーは，多くの場合，R&Dで未解決の問題を抱えており，専門家による実用的で需要指向のユーザーサポートを必要としています．
アカデミックパートナーは，多くの場合，測定とデータ分析の専門知識を持っています．
120社を超える企業，国立大学，私立大学，国研が，参画を予定しています．

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研究開発力強化：SPring-8と先端を連携
NanoTerasu（ナノテラス）は，ナノメートルの空間分解能，化学的特異性，動的時間分解能を備え，材料やデバイスの研究開発力に革命をもたらし，
産業界や学術研究者に独自の分析技術を提供します．

NanoTerasu
3GeV

SPring-8
8GeV13次世代とは？

SPring-8の違い

NanoTerasu １ラティスに，4つの偏向電磁石を配置

SPring-8
1ラティスに，2つの偏向電磁石を配置

リング全周で16ラティス
偏向電磁石 64個
四極電磁石 160個
六極電磁石 160個周回する電子の進路を磁石で蛇行させ放射光を発生

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次世代型施設への高度化，新設が加速

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海外で次々と放射光建設が進む（50カ所）

３GeV
4meV ～ 160 keV.
Shenzhen Innovation Light-source Facility (SILF)

16

Shenzhen Superconducting
Soft-X-ray Free Electron Laser (S³FEL)

16

次世代放射光の活用動向 ヨーロッパ
グルノーブル・バッテリー・ハブ プロジェクト
ESRF

企業の電池開発研究を加速する放射光施設ESRFの活用推進が開始（2020-2030）

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フランス グルノーブル GIANT 2018
2018

18

フランス グルノーブル GIANT 2022
2022

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軟X線

これまで見えなかった軽元素が見える

Li:電池， C:脱炭素， P:デバイス，ワクチン，農業等

光エネルギー / keV
多用途性
軽元素が見える強み

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国およびパートナーが整備するビームライン✓ ナノテラスは，その高輝度と高コヒーレンシーにより，ナノレベルでの「モノの見え方」を変えます．
✓ 可視化はAIやデータサイエンスと統合され，アプリケーションの多様性とDXを加速します．
✓ そして， 仮説検証サイクルをスピードアップし，R&Dおよび製造プロセスを革新します．

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NanoTerasuが照らす世界
分野を問わない可視化（一部）

全固体電池の，電極の充電時の不均一反応を可視化するデバイスの元素
識別イメージング

高性能デバ
イスの実現
資料：東北大・雨澤浩史

脳コネクトームの可視化

マウス大腿骨の内部微細構造22薬物動態を可視化 BL14U 軟X線イメージング
利用分野

磁性

物性物理

エネルギー変換・貯蔵複合材料

生命科学

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医歯薬学

惑星・宇宙矢代航
東北大SRIS
横幹研究部門アミロイドプラーク中のFe,Caの化学状態

Ca⇒ 薬効メカニズムに基づく創薬

FeEverett et al., Nanoscale (2019) @ALS

細胞内コレステロール結晶 金ナノ粒子の細胞内分布 鉄とβアミロイドの共凝集の可視化
炭素含有領域
鉄蓄積の領域
ナノ粒子

液胞
切片観察ではなくVolume Renderingが可能
Varsano et al., JACS (2019) @ALBA⇒ 経皮吸収剤，保湿クリーム

温熱療法のSPION細胞内分布
SPION
酸化鉄ナノ粒子

細胞核

ナノ粒子：3.2nm
Nanoscale Adv.(2019)@BESSY-II

J. R. Soc. Interface 11: 2014

Chiappi et al., Nanobiotechnol (2016) @BESSY-II

コアリションBLが取り組む社会課題
7本のコアリションビームラインは，感染症対策，脱炭素社会の実現など社会課題の解決に向けた産・学の研究開発支援の役割を担います．

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コアリションの形成状況
産業界

120社（分析会社７） ～2022，4月（内訳） 自動車，タイヤ，産業用機械，電子機器，電子部品，化学，非金属，金属，エネルギー，製薬，化粧品，ヘルスケア，金融，農業，食品
注）企業名は非公開，資本関係のないグループ加入可

公開企業：NTTグループ，ポーラ，アイリスオーヤマ，ポエック，分析会社；７社

学術・研究機関 メリット：JST・NEDO等の大型プロジェクト，産学連携の共創プロジェクト等 戦略的活用（内訳）東北大学をはじめとする国立大学，私立大学，国立研究開発法人
活用分野：ナノテク，スピン・エレクトロニクス，物質科学，材料科学，金属材料，化学，エネルギー・環境科学，医学，薬学，歯学，工学，建築， 食品，農林水産，etc

地域中小企業（ものづくりフレンドリーバンク：地域グループ加入）
東北地域の中小企業 60社（～2021年）

25

ナノテラス：エコシステムのエンジン

26⚫

企業だけでなく，学術機関も出資しコアリションに参加⚫

情報，データ科学，AI，をはじめとする様々な分野で研究開発の深堀が可能

多彩な産学が集い，異分野融合を促す

イノベーションエコシステムの創出
国研・大学
情報，AI，データ，材料，バイオ，デバイス…

集積されたアイデアの融合
絶えず新しい研究分野を先取り新たな研究開発

トップクラス
研究者の集積エコシステムへの求心力の拡大

地域・自治体
地域産業の技術シーズ発掘
企業立地・利用のためのサービス産業
支援

企業
産学で研究開発ターゲットを戦略的に設定

優秀な専門家と研究ユニット形成

成果の社会への認知

放射光計測データを核に多彩な異分野の力を融合

卓越した
成果

ユニット間の健全な競争原理の下社会実装へ

分析会社
加入企業・学術への分析支援ビジネス
ラボ装置と施設の分析プローブとの連携支援

“見た(研究)”だけで終わらせない：計測計算融合

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コアリションコンセプトは放射光計測と計算科学を融合します✓ コアリションコンセプトにおける学際的な研究連携により，学術研究者は自らの専門性を新たな学問分野に応用できる範囲を広げることができます．
✓ このコアリションコンセプトは，ナノテラスの高度活用で産業界の利用者を惹きつけており，産業の本質的な課題の解決につながり，放射光利用の多様性を促進するものと考えています．

✓ コアリションコンセプトは，持続可能な成長のためのビジネスエコシステムを牽引するエンジンとなることを目的としています．そして，ビジネスエコシステムにプラスのスパイラルを生みだすと予想しています．

安全寿命を見える化する

28✓ 大型実験ハッチを備え，壊れを可視化．
ビームライン
放射光4m

インフラの長寿命化，寿命予測の支援

JST CREST研究
超圧縮センシングによるミリ秒Ｘ線トモグラフィ法の開発
引張試験
高速伸長
矢代航(東北大 SRIS＊)
提供 住友ゴム工業株式会社
岸本 浩通氏従来の放射光CTを 約1000倍速化

高速（走行時）のタイヤ破壊の可視化

低速

応用： 免振ゴム，次世代モビリティの接着接合 等

サーキュラーエコノミーシステムの構築
カーボンニュートラル化と資源循環を同時に実現✓ グローバルリーディング企業とアカデミアが連携✓ 燃やさない・埋めないポリマー素材を開発✓ 日本の温室効果ガス全体排出量の1.5%低減を目指す
CO2排出量削減・資源循環の両立を可能とする
エコシステム29

サイバー・フィジカル空間通貫型環境の実装にむけて官民地域/産学官でデータ駆動・CPS型研究環境のモデルケースを共創
官民地域パートナーシップの枠組み と 地の利を活かした共創環境
イノベーション創出の強力な武器となるNanoTerasuで異次元のオープンイノベーションを展開

放射光
データ
未踏スケールデータアナリ
ティクスセンター

高度データ解析東北技術大学

次世代放射光施設

サイバーサイエンスセンター

東北メディカルメガバンク

データ駆動科学・AI
教育研究センター

放射光以外の計測データ

人材育成

テクニカルサポートセンター
設備機器・共用システム

NanoTerasu

国際集積エレクト
ロニクス研究開発
センター

共創研究所

国際放射光イノベーション・スマート研究センター （入居可）

制度

青葉山ユニバース（入居可）

社会的課題

アカデミア

産業界

自治体

金融

大学，高等専門学校

民間企業，東経連

宮城県，仙台市等金融機関，VC

産学ともにサイエンスパークに拠点形成も可

他機関
アクセラレーター，支援機関等

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データ駆動・CPS型研究開発環境の先導するために31
CPS = サイバー ～ フィイカル（物理空間）システム（参照：第6期科学技術・イノベーション基本計画）

社会実装・社会課題課題解決，知的財産

ソリューション

学術の高度化
異分野融合
多分野の学術コミュニティ

論文等
スピンアウト企業（数理・データ科学・AI系等）

求心力

サイバー空間国家プロジェクト

オープン・アンド・クローズ戦略
国際コミュティ
海外リサーチコンプレックス

スパコン
データセンター
シミュレーション

可視化データ

数理・データ科学・AI分析

フィジカル空間

シーズ・プッシュ

ニーズ・プル

NanoTerasu

高度計測

高度計測

学術ユーザー
大学，国研等の個々の研究
G…

共創研究

大学・国研

共創研究

スタートアップ
産業ユーザー
ベンチャー
大企業・中小企業
自治体・公設試，国プロ研究G…

データ・イノベーションの拠点が市街地へ
年間60ペタバイトのデータがナノテラスから生まれ，世界をつなぐ32

仙台市：社会的価値の創造，包摂社会の実現

33

新次元の可視化を活かして

34

基礎科学領域からイノベーションツールへの成長

The usefulness of synchrotron lightis limited only by our imagination
放射光が活かせる世界の大きさは我々の想像力の大きさで決まる。

Sir Gustav Nossal
分野を問わない科学研究ツールへの進化

Jean Susini
ESRF
CPU 3次元解析

COVID-19

病態解析

ESRF
ジェットエンジンブレード
表面解析
エコタイヤ

フィラー運動解析

ナノテラスは持続可能な社会の構築に 産学共創で取り組むため様々なモノ・コト・ヒトが ここに集まりまるテラスとなるでしょう．
Enlighten the Nano Universe
to Drive a Sustainable World

ご清聴ありがとうございました

35日本経済新聞36

日本経済新聞 2022年3月16日朝刊

Liイオン電池
EV，蓄電 等新磁石
EVシフト

スピントロ二クス
デバイス
省電

創薬・製薬
細胞内の薬物動態

水の見え方を変えるBL07U 軟X線電子状態解析

感染症対策

37

水の関連分野： 計測計算融合で課題を解決

課題解決
課題

放射光計測

計測計算融合計算科学シミュレーションモデル

撥水加工
PMTAC brush

ポリマーブラシ

PMAPS brush38

放射光軟X線分光による ナノサイズ微細水の機能解明
ナノサイズ微細水による保湿効果の原因究明

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