わが国の放射光科学の歩み(Ⅰ)―オリジナリティの系譜を探る―
上坪宏道
要

旨

理化学研究所和光研究所〒3510198 埼玉県和光市広沢 21

わが国の放射光科学研究は1960年代に始まり急速に発展した。本稿では，放射光源と関連技術に視点を定めてオリジナリティの在り処を探り，その成果の発展をわが国放射光科学の歴史にすることを試みた。取り上げた放射光源は
東大核研の電子シンクロトロン（パラサイト利用），SORRING, KEKPF, KEKAR, SPring-8 で，建設に至る経緯と特徴的な技術開発に注目して，筆者の見た歴史を紹介した。当初，専門家集団である放射光コミュニティだけが利用していた放射光施設が，その有用性が広く認められて利用分野が拡大し，また，ユーザーが急増していて，今や必要に応じて誰もが利用する「計測分析を中心とした科学技術インフラストラクチャー」の役割を担うようになっている。

1. はじめにただくことにした。
「独創的な研究」の選び方に客観的な基準を見出すのは立命館大学は， 2006 年が SR センターの設立から今 10

難しく，不用意に行なうと物議をかもすことも予想され年になるのを記念して，「 SR センター 10 周年記念シンポる。そこで本講演では，筆者の身近で行われた研究のうジウム」を開催することになり，太田 SR センター長からち，個人的に強い関心をもった研究の中から取り上げるこ

筆者に「わが国の放射光科学の歩み」という題で特別講演とにした。従って，本稿で紹介した研究は極めて主観的，をしてもらえないかとの依頼があった。はじめは「その任限定的であることをお断りしておく。

にあらず」としてお断りしようと思ったが，わが国の放射

シ ン ポジ ウ ム は去 る 6 月 17 日 に 開 催さ れ た が， 講 演

光施設で多くの優れた研究が行われてきたことを広く知っ後，何人かの方からその内容を記録に残したらどうかと勧てもらう機会になると考えて，講演を引き受けることにしめられた。また，日本放射光学会下村理会長からの誘いもた。

あったので，講演内容に若干の手直しを加えて本稿を纏め特別講演では，まず放射光科学の基礎である X 線回折た。なお，以下の文章では総て敬称を省いている。

や X 線吸収分光の研究で，戦前（ 1910 年代～ 1945 年）にわが国で行われた研究とその成果を紹介した後で，わが国に於ける放射光研究 40 年の歴史を概観した。筆者は常2. わが国の放射光科学の基礎は如何に築かれたか―放射光科学の源流―々，放射光研究の分野では，利用研究だけでなく光源開発に於いても，わが国で独創的な研究開発が数多くなされ放射光科学で主流になっている研究手法は多くの場合たと思っている。そこでこの機会に，このような研究開発

1910年代に始まっている。1913 年の X 線回折の発見で，がどのようにして生まれたかを探って見るのが，本講演のX 線分光の基礎と結晶構造回折の手法が確立され，特性
X 線による元素分析あるいは X 線吸収による化学状態の目的であった。
独創的な研究は極めて個人的なものであり，集団で生み研究も可能になってきた。

出すものではないが，独創的な研究を育む土壌が存在する

当時，わが国では東大（1877創設），京大（1897創設）

ことは確かである。わが国の放射光研究にはそのような土の理学部のほか， 1911 年に創設された東北大と九大にも壌があることを示すために，オリジナリティにあふれる独理学部が設置され，また， 1917 年に創設された理研で創的な研究をピックアップして，それらの研究が生まれた

は，東大，京大，東北大の教授（兼務）を含む 14 主任研

背景を探ってみた。取り上げたのは光源（加速器及び挿入究員の研究室が発足して（1922年），物理化学の研究を光源），光学系と実験手法である。その殆どは関係者が現開始した。光や電子あるいは加速器を用いて量子論に取り役で活躍しているため，できるだけ多くの文献を参照して組んだ現代物理研究は，わが国では 1910 年代に始まって正確さを期すように努めた。本来ならば当事者に直接お聞いる。わが国に於ける放射光科学研究の源流をこの時期にきするのが筋ではあると思ったが，少し離れた「傍観者」

求めたのは，欧米から遠く離れて研究環境もまだ整っていの立場で見た一つの歴史として，敢えて独断を通させていなかったわが国で，多くの独創的な研究がなされていたか

放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1 ● 3(C) 2007 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

図

図

Echelon Grating と Lummer-Gehrcke Plate で 分 光 し た 水
銀の波長 5,461 オングストローム輝線の（超）微細構造の強度比較。長岡らは水銀の主要輝線について精密分光測定
し，後に波長でなく振動数で比較すると規則性があることを発見して，原子内相互作用について論じた。後の超微細構造である。

岩塩からのラウエスポット。この実験では，O は入射 X 線
ビームのスポット，C は結晶の Z 軸が写真乾板と交わる点
で， AO が結晶の yz 面と乾板の交線である。寺田は蛍光板による目視実験でスポット 1 ～ 6 が Z 軸に交差する結晶面からの反射であることを確かめていたので，この写真か，(311）
，
（211）
，
（111）
，
（121），
ら，1～6 がそれぞれ(011）（131）からの反射であると論じている。

グループがいち早く放射光利用研究を開始できたのには，
このような強力な研究グループが存在したからである。
らである。

2.2
2.1

真空紫外分光X 線回折Laue による X 線回折の発見50年を記念して発刊された

1912年，長岡半太郎と高嶺俊夫は，Echelon 格子（階段国際結晶学連合（IUCr）の ``50 Years of X-Ray DiŠrac-格子）， Fabry-Perot 干渉計， Lummer-Gehrcke plate （干tion5)'' の第 5 章には，初期の X 線回折研究の拠点として渉計）を用いて波長分解能を上げ，水銀の輝線スペクトル

イギリスとフランスに続いて日本の項があり，東大理学部の精密分光を行ってそのサテライトの微細構造を解析し，の寺田寅彦，西川正治らの研究を紹介している。

Physical Society of London で発表した。図は1912年に1912年10月下旬 Laue の論文に接した寺田は，この発見長岡がロンドン物理学会で発表した水銀の輝線スペクトルが X 線の性質と物質構造の解明に関する新しい研究分野に関する論文1)のもので，当時としても最高の波長分解能を拓くと直感し，独創的方法で X 線回折の実験を開始しを示している。

た。寺田は 1917 年に「ラウエ映画（注映像のこと）の

長岡はその後ビスマスやカドミウムの測定結果も分析し実験方法およびその説明に関する研究」により学士院恩賜て多重項も見出し，原子内部場との相互作用の可能性を指賞を 受賞して いるが，そ の審査要旨に よると，寺 田は摘した（ 1917 )1)。 1920 年代には超微細構造が分光学の中1912 年12 月には旧式の X 線管と高圧発生装置（注テプ

心課題になったが，長岡高嶺の研究はその端緒を開いた

ラー感応起電機）を他機関から譲り受け，実験を開始し研究である。その後高嶺はウイルソン天文台で金属のシュた。寺田の手法は Laue らの方法と異なり，直径 5 ～ 10

タルク効果の研究2)を行い，帰国後は理化学研究所の主任

mm の孔を通した広い X 線ビームを用いて結晶のラウエ研究員になった。高嶺研究室には藤岡由夫，富山小太郎，スポットを蛍光板に撮像する方法で， X 線の方向に対す

契，田中善雄，須賀太郎などが集まり，3 種 5 台のる結晶軸の方向を容易に決めることができた。図は寺田

真空紫外分光器を製作して原子や 2 原子分子の研究を活の方法を示す図6)であるが，寺田が結晶学の知識でラウエ発に行った3) 。なお，原子分子構造の理論的研究も山スポットを的確に理解していたことがわかる。

村川内，小谷らによって1930年代から行われている4)。

こうして寺田は「結晶体内に存在する幾多の特有なる

戦後，高嶺研究室を引き継いだ藤岡は東京文理科大学

X 線に相交わる諸平面に於ける反射を以て，簡単にラウ（後の東京教育大学，筑波大学）に移り，光学研究所（教エ映画は構成される」ことを見出し，岩塩，蛍石，水晶，

育大光研）を設立して真空紫外分光を進め，後進の育成に

雲母，ホウ砂など多くの物質を実験して，「ラウエ氏の方努めた。このグループに属した瀬谷正男，波岡武は 1952

法を一新して幾何学的に空間格子の状況を詳にする」（「 」

年に「瀬谷波岡型分光器」を考案している4)。後述する

内は審査要旨）ことができた。寺田は引き続いて彎曲させように，戦後の混乱期も活発な研究を続けた真空紫外分光た岩塩の X 線回折と明礬の構造解析を発表した6)だけで，

4 ● 放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1

解説 ■ わが国の放射光科学の歩み()―オリジナリティの系譜を探る―

proach and the valuable ideas contained in these and otherearly Japanese papers」と述べ，また，寺田と西川が結晶の空間対称性を世界に先駆けて解析に導入したことを評価して「This was an important transmission of informationmuch in advance of the time when the British crystallographers recognized the value of the systematic structure
theory」と述べている。その後，西川研究室は電子線回折の研究を始め，また，中性子線の回折の初期の実験を行なっているが，後年わが国の X 線，電子線，中性子線の散乱回折を大きく発展させた仁田勇，三宅静雄，篠原健

一，木村一治をはじめ多くの俊英を輩出した。
わが国では 1920 年代から 30 年代にかけて，東大，理研
だけでなく，東北大学，京都大学，九州大学や大阪大学において X 線回折の研究が活発に進められた。この様子は
文献 5)の第23章（仁田勇執筆）に詳しい。

図

寺田の実験の直後に行なわれた繊維状物質アスベストの X
線回折実験。 X 線を Z 軸とし，繊維と Z 軸を含む面を yz
面，繊維と Z 軸のなす角を a とした時の実験データと解析
結果。

2.3

X 線分光

特性 X 線は 1906 年に Barkla ， Moseley によって発見されたが，その精密測定は結晶分光器の発明以後である。

1913 年 Bragg は「ブラッグ条件」を発見するとともに，この条件を用いた X 線分光器を製作した。また，ほぼ時を同じくして Moseley と Darwin（英），de Broglie（仏）が，翌1914年には Siegbahn が結晶分光器を開発した。そ後述するようにこの研究を止めている。
一方，寺田に誘われて「ラウエ映画」の実験を見た西川の後しばらくは特性 X 線の精密測定がなされていたが，は，寺田の勧誘を受けて X 線回折の研究を開始する。

1920 年代になると X 線分光分析が活発に行なわれるよう

1913 年夏には西川は寺田の指導で繊維状物質，薄片，顆になった。 1923 年にニールスボーア研究所に留学した仁粒状物質についても X 線の干渉が現れることを確かめ

科芳雄は， Hevesy の下で Coster らと共同で X 線分光にた。図は X 線の方向を Z 軸とし，繊維と Z 軸のなす角よる元素の定量分析を開始した。仁科は定量のために比較を a として測定したアスベストの回折像と，寺田の方法する元素として，目的の元素の線に波長の接近した線を与で解析した計算結果を示したものである。その後，西川はえる元素を選ぶことを考案して，多くの原子分子，化合

スピネルのような化合物の結晶構造を決めているが7) ，物の定量分析を行っている。その後，ボーア研究所に留学

1917 年には「スピネルの原子配置並びに歪を受けたる物した木村健二郎と青山新一も仁科の研究に加わり体のレントシェン線検査に関する研究」で学士院賞を受賞（ 1926 ），色々な化合物の X 線の吸収スペクトルを測定ししている。西川の研究は，学士院賞の審査概要が「ほぼ同て，化学状態による吸収スペクトルの変化を調べた8)。仁時に実験を行っていたブラッグが類似の成果を発表したの科は 1928 年に帰国して理研に仁科研究室をつくり（ 1931

は半年も遅く，しかも原子の位置を詳にしたのは西川君の年），X 線分光学，宇宙線の研究を開始したが，1935年以如く精密ではなかった」と言うように先駆的であった。

後はサイクロトロンを建設して原子核の研究と放射線の生

寺田が日本数物学会で最初の研究成果を発表したのは

物効果を行っている。

1913 年 5 月 3 日である。その後に Bragg の論文を入手し吸収端は 1913 年に初めて測定されたが（ de Broglie ），た寺田は，文献 6)の第一論文の末尾に脚注で「After the

その微細構造は 1920 年代に Fricke らによって詳しく調べ

paper was read, I have received the paper of Mr. W. L.

られ，1931年には Kronig が理論的解析を行っている。一

Cambridge

方わが国では， 1931 年より仁科と X 線吸収の研究を始めPhilosophical Society on Nov. 11, 1912, and printed on Jan.

Bragg （論文タイトル略）read

た吉田早苗が，その後， X 線吸収スペクトルの化学状態

10, 1913, and became aware that my way of reconstructingによる変化，吸収スペクトルの微細構造の研究を行い9)，

Laue's photograms and of explaining the shape of the spots

また，東北大では青山が袋井忠夫と X 線吸収スペクトルon them was essentially not new」と記して，X 線の実験の化学状態依存性の研究を行っている。図に吉田の行っをやめてしまった。ところが文献 5 )の 75 ページには，寺た実験結果の一部を示しておく。

beforethe

田や西川が極めて旧式の装置を用いて行なった独創的な研F. W. Lytle はシカゴで開催された「第10回 XAFS 国際

究について「one cannot but admire the independent ap-会議」で EXAFS の歴史について招待講演10) を行なった

放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1 ● 5

ランスのオルセーで 0.54 GeV の電子蓄積リング ACO が放射光専用に改造され，また，NBS も1974 年に0.25 GeVの蓄積リング（ SURF ）を建設している。一方 X 線領
域 で は， DESY に 続 いて 1974 年 にス タ ン フォ ー ド大 学

SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) の SPEAR リング（2.5 GeV ）で放射光利用のパラサイト実験が始まっている。
これに対してわが国の状況を簡単に述べてみよう。わが国では戦後しばらくの間原子核素粒子研究の実験が厳しく制限されていたが，講和条約が締結された翌年（ 1952
図年）度から文部省に大型研究の予算がみとめられるように異なる Fe の化合物の K 吸収端

なり12)， 1953 年に東京大学理学部が 170 MeV 電子シンク
ロトロンの建設を開始し，また，東北大学では40 MeV シが，その中で放射光実現以前の EXAFS の分野で行われンクロトロンを建設した。後者は 1954 年に完成してわがた日本の研究として Takeshi Hayasi; Theory of EXAFS

国最初のシンクロトロン光を観測している。しかし，本格(1936, 1949), Sawada; Amorphous/crystalline

poly-

的な高エネルギー加速器の建設は東大原子核研究所（核研，

morphs (1955), Shiraiwa; Improved Theory (1957) を挙INS）が設立（1955年）されてからで，1961年12月には，げている。

サイクロトロンに続いて建設した 0.75 GeV 電子シンクロ

3. わが国放射光科学の歩み（光源)―より明るく，より波長の短い光源の建設―ないエネルギーではあったが，高エネルギー物理学研究者

トロン（ ES ）の試運転に成功した。世界最先端には及ばにとっては最初の大型加速器であり， 1963 年 4 月から共同利用を開始している。その後 1966 年に 1.3 GeV までエ

1947年に GE の70 MeV シンクロトロンで放射光が初めて観測されたが，その後 1950 年代にかけてコーネル大学

ネルギーが増強されて13) ，主に中間子の光発生に関する実験などに使われていた。

のグループがスペクトルと角度分布を測定して理論計算とこの時期に ES が完成したことはわが国の放射光研究にの一致を確かめた。こうして，光源としての放射光の優位

とってたいへん幸運であった。NBS での実験の前年に，性は広く認められるようになったが，当時はまだ電子シン

小塩高文（大阪市立大学），佐々木泰三（東大）は INS 

クロトロンは高エネルギー物理学の第一線加速器であり，SOR グループを結成して（1962 ），ES による放射光利用

パラサイト利用すら難しい状況であった。そのため放射光計画を提案した。翌 63 年には大阪市大，東大，都立大，の本格的な実験は1960年代になって実現したのである。

教育大，東北大の共同研究グループが分光実験を開始し，

本稿ではわが国で放射光源がどのようなタイミングで建ES の光取り出し口から可視光を観測した。図にこのと設されたかに重点をおいて述べることにした。関係者にはきのビームラインの位置を示した。彼らは電子ビームの不現役で活躍している方々が多いので，事実関係で誤りがあ安定さに苦しめられながらも実験を続け14) ， 1965 年春にる場合には後日訂正することが可能である。お知らせいたは建設したビームラインに教育大光研にあった高嶺研究室

だければ幸いである。なお，光源そのものは大方の読者にの斜入射写真分光器を移設調整して，軟 X 線吸収スペ

は周知のことであり，光源のパラメータや特徴などは省いク トル の測定 に成 功した15) 。 当時 の核研 アニ ュアル レている。

ポート16)をみると，INS SOR グループの意気込みが伝わってくる。それによると， 1965 年の 6 月と 8 月のビーム

第一世代放射光源―パワーユーザーによるパラサ
イト実験―の K, L2, L3 吸収分光あるいは希ガス He, Ne, Ar の吸収

1963年にアメリカの NBS (National Bureau of Stan-

分光を測定しているが， 12 枚のスペクトル図を掲げて放3.1

タイムで，Be, Al (Mg), Sb, Bi の金属/合金や KCl，NaCldard) の180 MeV 電子シンクロトロン（SURF）で，極紫射光の素晴らしさを示している。その中の一枚を図に示

外領域の分光実験が始まった11) 。すぐにイタリアのフラした（これが例として示すのに相応しい図なのかは門外漢

スカッティで 1.15 GeV シンクロトロンを用いた放射光実の筆者には全く自信がない）。

験が 開 始さ れ ， 1964 年に は ドイ ツ ハン ブ ルグ の DESY

この頃には既に高エネルギー物理学の実験が始まってい(Deutsches Elektronen Synchrotron, 6 GeV) でパラサイた。当時を知る人の思い出では，放射光ビームラインはよト実験が行なわれるようになった。さらに 1968 年にはア

く真空漏れを起こし，たびたびシンクロトロンが停止した

メリカのウィスコンシン大学に放射光専用の蓄積リングという。それにも拘らず，山口省太郎など ES の首脳部はTantalus I（0.24 GeV）が完成し，1970年代になると，フ放射光実験にたいへん好意的で，実験成功に向けて協力を

6 ● 放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1

解説 ■ わが国の放射光科学の歩み()―オリジナリティの系譜を探る―

図

原子核研究所の電子シンクロトロンと SOR RING の配置
図 ES
SOR ビームラインではリソグラフィも行なわれた（1975年）せるには限界があった。このことは諸外国が最初に加速器施設内に放射光部門を設置したのとは対照的で，世界のトップを切って走り出したわが国の放射光研究に遅れをもたらし始めた15)。

3.2
図

東京大学原子核研究所電子シンクロトロン（ INS ES ）に初めて建設された放射光（SOR）ビームライン（1965年）

第二世代放射光源―SOR
RING の建設―

放射光ユーザーが増えるにつれてビームタイム不足が顕著になり，専用リングの建設が強く求められるようになった。1965年に INSSOR が提案した新光源（SORRING，

400 MeV ）計画が，紆余曲折の末に17) 核研に建設されることになったのは 1970 年である。 74 年に完成して運転開始し1976年には300 MeV，100 mA の仕様を達成して利用
運転が始まった。この頃，高エネルギー物理学コミュニテ
ィは陽子シンクロトロン計画を推進しており（ 1976 年完成），1971年に高エネルギー物理学研究所（KEK）が設立されている。そのため，SOR RING の建設はユーザー主
体の建設チーム（リーダー佐々木泰三）が核研高エネル
ギー部の協力を得て行うことになった。このとき参加した若い研究者らが，その後わが国の放射光研究を推進する牽引車となった。
図INS ES で行なわれた金属アルミニウムの極短紫外光～軟X 線吸収分光のデータ（1965 年）

SORRING は設計段階から極紫外軟 X 線領域の専用放射光源を目指した蓄積リングであり，図のように ESを入射器としたので加速を行わず，蓄積リングの機能のみを持っていた。この点で SOR RING は世界最初の蓄積リ

惜しまなかった15)。ES 計画を推進していた人達には戦前

ング放射光源である。一方，加速器の立場からみると，わの仁科西川両研究室の流れを汲む人が多かったが，そのが国の加速器技術の発展に重要な寄与をしていて，日本加伝統が受け継がれていたのかもしれない。

速器史の重要なマイルストーンになっている。具体的な例

1965 年から始まった INS SOR グループによる真空紫を挙げると，SOR RING はわが国で初めて分布型イオン

外軟 X 線領域での固体及び希ガスの分光実験は大きなポンプを装備した大型加速器であり，オンビームで 10－8

成果を挙げ，内外に大きな反響を呼んだ。また，ビームラ

パスカルを実現している。因みにイオンポンプは 1950 年

インも増強されて放射光研究のユーザーが急増したが，代半ばに発明され， 1960 年代には小型真空槽による超高INS SOR グループは任意団体であり研究を大きく発展さ

真空（10－8 から10－9 パスカル）下での清浄表面研究など

放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1 ● 7

ために SPring-8 施設に移されて展示室に組み立てられて
いる。

3.3

X 線放射光源の建設を目指して―パワーユーザー
グループの誕生―

極紫外軟 X 線領域放射光の成功を受けて X 線領域でも強力光源の実現を望む声が高まった。わが国には従来から X 線回折の強力な研究集団があったが， X 線吸収分光など他の分野の研究グループにも働きかけて， X 線領域の放射光源建設計画である「フォトンファクトリー（PF）」
計画」を提案した。 1973 年春に「フォトンファクトリー
計画研究会」（世話人冨家和雄，高良和武）が開かれ，計画の検討が正式に始まっている。PF 計画は広い学問分
野の研究者から多くの支持を集め，「放射光総合研究所」
設立 の提案と して日本学 術会議の審議 にかけられ て，

1974 年秋には政府に勧告された。当時，学術関係の大型計画は学術会議の勧告があれば実現するのが通例であった
図

SOR
RING の最初の光1974年12月15日

が，PF は適当な設置場所が見つからず宙に浮いたままになっていた21)。
この頃，高エネルギー物理コミュニティは次期計画（トに用いられていた。一方加速器については，SLAC の線形

リスタン建設）を推進していた。トリスタン計画の主導者

加速器にイオンポンプが用いられたのは 1960 年代後半でであった西川哲治は，世界の第一線に立つような将来計画あり18) ， 70 年代初期のわが国では，大型加速器の超高真として「1973年に筆者が提案したトリスタン計画は，（中空技術が皆無に近かった。そのため， SOR RING の建設略）予算や技術的諸問題，タイムスケジュールなどを考慮

は超高真空に係わる多くの技術開発と並行して進められた

して 1980年にむしろ高エ研の予定敷地一杯に全周約 3 kmのである。SOR RING にビーム蓄積が始まると真空は急の電子陽電子衝突型加速器を建設することを第一段階と速によくなって 10－8 パスカルに達し，電子ビーム寿命はするということで研究者間の合意を得た｣22)と述べて，ト100 mA で 1 時間程度になった。なお，最初の光は1974年

リスタン計画の変遷を説明している。一方，PF の入射器

12月15日に観測したが，図はそのときの写真である17)。

主幹であった田中治郎によると23)，高良らが PF を KEK

挿入光源技術でも SORRING はパイオニアになった。

に設置してもらえるように時の諏訪（繁樹）所長に申し入1980 年 H. Winick （スタンフォード）がわが国を訪れ，れたので，加速器系主幹の西川が田中，木村嘉孝，木原元

Halbach （LBL）と協力して開発した永久磁石（SmCo5）

央らにトリスタンとの整合性を検討させた。その結果，挿入光源を紹介した。これを聞いた佐々木は，早速プロト

PF の入射用 2.5 GeV 線型加速器をトリスタンの入射器にタイプ（10周期）を作って SORRING に設置して（1981

すると，2.5 GeV 光源リングとトリスタン AR ，MR が敷年 ）， ア ン ジ ュ レ ー タ 光 を 観 測 し そ の 特 性 を 明 ら か に地内にうまく収まり「建設可能」であると答申したという。

し19) ，さらに実機（ 60 周期）を製作して PF に設置した

こ うし て PF を KEK が受 け入れ ， PF 入射器 の 2.5 GeV（1983年）。SORRING の挿入光源で得られた丸い虹色の

電子線型加速器をトリスタンの入射器として使用する案が写真は長く文部省の玄関に飾られていたという20) 。そのまとまった。当時，原子核コミュニティに属していろいろ

ほか，電子ビーム位置ビームサイズの光学的観測も行っな委員会に出席していた筆者は，幅広い研究分野からの支ているが，これは蓄積リング真空槽に数箇所の放射光取出

持があり，学術会議の勧告もある PF との組み合わせは，孔を付け，クォルツ板を通して取り出した可視光を用いて効率的に世界最高エネルギーの電子陽電子衝突型加速器行っている。

を建設する名案と感じたものである。それは，トリスタン

SOR RING は完成後，物性研 SOR 施設（1975 年設立）

が建設予算700億の巨大プロジェクトであり，社会的なコに移管され，その後は共同利用施設として運営されて成果

ンセンサスを得るのはかなり困難であると思っていたからを挙げてきたが，物性研で放射光の次期計画が検討されるであった。

ようになった 1997 年に共同利用運転を終了した。なお，
そのときの性能は500 MeV，500 mA であった。

一方，原子核物理コミュニティはニューマトロン計画を推進していて，トリスタン計画と激しく競い合っていた。

SOR RING がその後のわが国加速器の発展や放射光研

両計画の取り扱いを審議する学術審議会加速器部会に筆者究の進歩に果たした役割は極めて大きく，それを記念するも委員の一人として参加したが，白熱の議論の末にトリス

8 ● 放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1

解説 ■ わが国の放射光科学の歩み()―オリジナリティの系譜を探る―

現，ビーム制御/安定化技術の開発など，わが国の加速器技術の発展に大きく貢献している。このとき採用された加速高周波数の 500 MHz はトリスタン， SPring-8 にも用いられ，また，超高真空系の分布型イオンポンプも今日まで用いられている。なお，ビーム不安定性研究の一環として，陽電子を蓄積している（1988年）。
挿入光源の建設では， 1983 年完成の強力永久磁石を用いたアンジュレータ25) に続いて超伝導ウィグラー26) が開発され，リボルバー型挿入光源27) や真空封止挿入光源28)
開発へと発展してきた。

PF 建設は高良和武（施設長），田中治郎（入射器系主図

原子核研究所電子シンクロトロンで行なわれたリソグラフ
ィ実験の成果（1976年～77年）

幹），冨家和雄（光源系主幹），佐々木泰三（測定系主幹）のリーダーシップのもとで行なわれた。設計から建設まで

PF 計画において中心的存在であった冨家は， PF の特徴
タン計画を優先する結論になったと記憶している。部会のを「2.5 GeV のリニアックを建設して蓄積リングにフルエ

席上，難波進（阪大）らが ES で行なったリソグラフィ実

ネルギー入射にしたこと，蓄積リングに本格的な挿入光源

験の成果（図）が競争相手の IBM より優れた加工性能

用の長直線部を 2 箇所設けたことであった」と，PF が Xを示していることが紹介され24) ，大きなインパクトを与線放射光源の新しい方向を打ち出したことを述懐していえた。

た29)が，その原型となったのは SORRING である。このX 線領域の放射光源建設を求めるパワーユーザーの熱SOR RING の実績とパワーユーザーグループ（ PF 懇談

意と放射光に対する幅広い分野からの支持，それが高エネ

会）の熱意が PF の早期実現をもたらし，わが国をこの分

ルギー物理学コミュニティの力に同期して，巨大プロジェ

野のフロントランナーにしたと言ってよい。なお，PF でクトトリスタン計画を実現させたといってよい。なお，

は日本電電公社（ NTT ），日立，富士通， NEC がそれぞ

PF ユーザーの要望で， AR の建物に放射光利用のためのれ専用のビームラインを建設して放射光利用実験を行ったスペースが作られたのもこのような協力の結果である。

が，この点から難波らの実験が産業界に与えたインパクト

1970 年代になって放射光研究分野では，蓄積リング光の強さがうかがえる。

源の優位性が広く認められるようになったが，パラサイト

PF, SRS, BNL が稼動し始めると，それぞれ数十本の利用の DESY ， SLAC とコーネル大学の施設を除くと，ビームラインで年間延数千人のユーザーが実験し，これま

殆ど極紫外軟 X 線領域の放射光施設であった。ところで不可能であった手法で全く新しい対象にまで X 線の利が 1976 年に，アメリカの National Research Council は，用を広げたので，世界各地で新しい放射光施設の建設が始Brookhaven 国立研究所（ BNL ）に 0.7 GeV と 2.5 GeV のまった12)。なお，オーストラリアは PF に偏向磁石ビーム

放射光源（NSLS ）を作ることを勧告した。一方，イギリ

ライン（ BL20B ）を建設し，回折（結晶/粉末），小角散

スではダーレスベリー研究所の 5 GeV NINA （パラサイ乱などの実験を行っている。

ト利用中）を撤去し， 1977 年に SRS （ 2 GeV ）を建設しKEK が PF の設置を認めたのは，それがトリスタン実て X 線領域の放射光専用リングとした。NSLS と SRS は

現の ために不 可欠と判断 したからであ ろう。しか し，ともに1981年に完成している（共同利用開始は1983年）。

KEK は PF 新設と同じ年に陽子シンクロトロンにブースター利用施設を併設してパルスミュオン実験装置とパルス

3.4

第二世代放射光源―PF の建設―

中性子源（ KENS ）の建設を始め（両者とも 1980 年に稼

こうして1978年に「放射光実験施設」が KEK に新設さ動），その後も陽子線治療施設（筑波大）を併設するなど，

れ，2.5 GeV リニアックを入射器にした PF の建設が始ま

高エネルギー加速器利用施設の建設を推進してきた。まった。PF は1982年に2.5 GeV 電子ビームの蓄積に成功し，た，現在も J PARC の建設を進めており，最先端加速器

1983 年から共同利用を実施している。なお，トリスタン

研究の成果を広く社会に開放する役割を果たしている。

は1984 年に入射蓄積リング（ AR ）で6.5 GeV の加速に成PF の建設が， KEK を「加速器科学」の総合的研究所に功し，1986年に全体の試運転に成功した。

発展させる一つの契機になったことは確かである。

加速器技術史の観点から PF を振り返ると，入射器に採PF には東京大学理学部など国立大学/研究所がビーム用した2.5 GeV リニアックはわが国最初の大型電子リニア

ラインを設置しているが， 1986 年に始まった国のプロジックであり，精密組立てアラインメントなど多くの技術

ェクト「新ビーム技術による高性能機能性材料の分析評

開発を伴いながら建設された。また蓄積リングでは，ビー価技術に関する研究」（科学技術振興調整費）における国

ム不安定性の検討や高周波系の研究開発，超高真空系の実立研究機関用ビームラインとして，多極ウィグラービーム

放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1 ● 9

ライン（ BL13 ）が理研と電総研の協力で建設された。こプグレード計画が始まり， 2005 年には磁石配列を変えてのほ か ，原 研が KEK と協 力 して RI 専用 ビ ーム ラ イン

挿入光源用直線部の数を従来の 7 から 13 に増やすととも（ BL27 ）を建設しており， PF は全国的な共同利用施設とに，直線部を長くする高度化を行っている30) 。挿入光源

しての役割を果たしてきた。

ビームライン BL17 のショートギャップアンジュレータ

加速器の高度化では，1986年に最初の PF 低エミッタン
ス化が認められて改造作業を行い， 88 年からエミッタン（ SGU ）では， SGU 両側の磁石配列を大幅に変えて SGUを挿入する直線部（図）を新設した31)。

ス 130 nmrad の運転を開始した。その後， 1997 年に第 2今後さらにトップアップ運転も計画されていて， PF で回の改造が行われ， 1998 年から36 nmrad のエミッタンス

は先端的大型研究施設としての機能の大幅な向上が進めらでユーザー運転を行っている。その後，さらに新たなアッれている。 20 年以上も前に完成した大型放射光施設の画期的な高度化計画である。

3.5

小型光源32)PF とほぼ同時期に建設が始まった電子技術総合研究所（電総研，現在の産業技術総合研究所）の 0.8 GeV 放射光施設（TERAS）は1981年に完成した。この建設の指揮を執った冨増多喜夫は，その後も同じ入射器を用いた小型放射光施設（NIJI，，，）を次々に建設し，また，

TERAS を用いて，コンプトン後方散乱光の実験やヘリカ
ルアンジュレータ（図( a ））による円偏光放射光の発
生33) な ど，加 速器 や実験 手法 の研 究開発 を行 なって いる。なお，小型放射光施設のうち， NIJI I が廃棄され，NIJIIV は住友電工播磨研究所に移管されて，現在は残りの 2 基のみが特定の課題による技術開発あるいは産業利図 KEK PF の高度化計画の一例（ BL17 ）。偏光磁石光源部の磁石配列を大幅に変えてショートギャップアンジュレー
タ（SGU ，図の中央）の両側の磁石配列を変えて SGU を挿入する直線部を新設した 。
（KEK 山本樹氏提供）用に使われている32)。
分子科学研究所の UVSOR （ 0.6 GeV ）は PF より 1 年
遅れて完成した（文献 32 ， p49 ）。化学研究を主目的にし図 可変偏光の光源としてわが国で開発された，2 次元磁場分布をつくる永久磁石挿入光源，3 者とも array A とarray B の磁石列の相対位置を変えて左右円偏光，直線偏光を得ることができる。b)方式 は真空封止挿入光
源に planar 型とともに用いられており，また，c)方式は中小型第 3 世代放射光施設で広く使われている

10 ● 放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1

解説 ■ わが国の放射光科学の歩み()―オリジナリティの系譜を探る―

表
設置機関

公的研究機関の小型放射光施設

光源名称

エネルギー
(GeV)

入射器

稼動年

産業技術総合研究所

TERAS

0.8

リニアック（TELL，0.5 GeV）

1981

産業技術総合研究所

NIJI
II

0.6

リニアック（TELL，0.5 GeV）

1989

産業技術総合研究所

NIJI
IV

0.5

リニアック（TELL，0.5 GeV）

1987

分子科学研究所

UVSOR

0.75

シンクロトロン（0.6 GeV）

1983

立命館大学

AURORA1

0.6

マイクロトロン（0.15 GeV）

1996

京都大学化学研究所

KSR（JSR を移設）

0.3

リニアック（0.3 GeV）

広島大学

HiSOR

0.7

マイクロトロン（0.15 GeV）

兵庫県立大学

NewSUBARU

九州シンクロトロン光研究センター

SAGA
LS

表
設置企業

1.5，1.0

リニアック（1 GeV）

1.4

リニアック（0.26 GeV）

1996

2005

産業界が所有する放射光施設

光源名称

エネルギー
(GeV)

入射器

稼動年

石川島播磨重工業（土浦）

LUNA

0.8

1989

NTT（厚木）NAR

0.8

入射用シンクロトロン

1988

NTT（厚木）Super ALIS

0.6

シンクロトロン（0.6 GeV）

1989

住友重機械（田無）AURORA
2S

0.7

マイクロトロン

三菱電機（尼崎）

MELCO
SR

0.6

シンクロトロン（1 GeV）

住友電工（播磨）

NIJI
III

0.62

1993
1995

誠らが建設した。極紫外軟 X 線

磁石を有していて，極短パルス光を発生できるユニークなを用いた基礎研究を行ってきたが， 2003 年に低エミッタ

光源である（文献32 ，54ページ）。一方，Saga-LS は冨増

ンス化とアンジュレーター 6 本設置の改造を行い，第三らが建設した準第三世代放射光源であるが，九州地区唯一

世代放射光源として共同利用している。また，自由電子の放射光源として，近隣国立大学との連携融合研究や産業レーザーの研究開発にも用いられ， 1993 年には紫外光の利用で地域センターとしての特徴を出している。

た放射光源で，渡辺発振に成功した。

公的研究機関が建設する放射光源はそれぞれ独自の目標

広 島 大 学 の HiSOR （ 0.7 GeV ） と 立 命 館 大 学 のを持っており，それぞれに特徴ある成果を生み出してい

AURORA 1 （ 0.6 GeV ）は共に 1996 年に完成した極紫外る。現在，稼動している小型放射光施設を表に纏めてお軟 X 線領域の放射光源で，両者とも同じ企業が開発しく。

た。前者はレーストラック型リングのシンクロトロン/蓄

産業利用の放射光施設は，ほとんど全てがリソグラフィ

積リングで，偏向磁石の電子軌道から放射される放射光と，を主目的にして 1980 年代後半に建設された（表）。とこ

2 本の直線部に設置されたアンジュレータからの放射光をろがこれらの施設が完成する頃には，超 LSI の線幅はサ利用して，軟 X 線光電子分光などの基礎研究が行われてブミクロンの領域に入っていて，レーザーを用いた微細加いる。後者では，超伝導円形磁石が作る円形の電子軌道か工が行われていた。そのため放射光が主役の座にはつくこら放射される放射光を利用して基礎研究のほか LIGA にとは無かったが，現在の線幅 60 ナノメートルと次の目標よるマイクロマシン開発を行っている。

値 45 ナノメートルの先は技術的めどが立っていないの

New-SUBARU（1.0～1.5 GeV）と SagaLS（1.4 GeV）

で，極紫外放射光リソグラフィの可能性も残されている。

は地方自治体が建設した放射光施設である。前者は安藤愛

しかし，MELCOSR の紹介によると30)，「1 日 2～3 回蓄之輔らが建設した蓄積リング光源で， SPring-8 の入射器積リングに電子ビームを入射し，年間 2000 時間程度放射からの 1 GeV 電子ビームを蓄積リングに入射しており，光を供給しており，サブ100 nm まで超微細パターンの安

現在トップアップ運転も行われている。モーメンタムコ

定形成を実現している」という。

ンパクションファクターを正負に変えることができる電

最近，超 LSI 開発で必要な放射光利用の一つとして，

放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1 ● 11

ナノメートル領域での結晶構造解析など精密分析が注目さ

われ，優れた成果が得られている。

れている。放射光の産業利用は新たな発展を見せている。

一方，トリスタンの 30 GeV 主リング（ MR ）を低エネ

産業技術開発の目的で国のプロジェクトとして建設されルギーで運転してエミッタンスを小さくし，放射光実験にた放射光施設 SORTEC （ 1 GeV ）は，実用化の目途をつ用いる計画も提案されていて， 1995 年には MR で放射光

ける前に期間満了で運転を停止し，その部品はタイ国放射実験が行われたが，トリスタン（B ファクトリー）計画

光施設に送られた。

のために撤去された。

3.6

次世代光源建設へ始動―AR の放射光利用―

3.7

第三世代放射光源―SPring-8 の建設―

1980 年代になるとヨーロッパで，低エミッタンス蓄積

SPring-8 は 理 研 と 原 研 が 協 力 し て 建 設 す る こ と に なリングに多数の挿入光源を設置した「第三世代放射光源」

り，両者は 1988 年に共同チームを結成して設計準備研の検討が始まった。この動きに触発されて京大，阪大など究を進めた。建設は，計画全体のリーダー上坪，加速器建の研究者グループが「関西 6 GeV 計画」を提案したが，設グループリーダー熊谷教孝（原研担当加速器建設グルー

この提案を実現する手立てが見つからず，理研へ非公式なプリーダー横溝英明），挿入光源グループリーダー北村英協力依頼があった。その頃理研では，新設する研究組織フ男，ビームライン（基幹部）建設グループリーダー石川哲

ロンティア研究システム（ 1986 年発足）に設置を検討し也の陣容で進められたが， 1992 年に着工して 1997 年 3 月ていた中型放射光計画を取り止めており，比較的短期間で試運転に成功し，同年 10 月から共用（共同利用）を開始

関西計画の検討に取り掛かっている。その後，理研と科学した。一方，ヨーロッパが共同して建設した施設 ESRF

技術庁（科技庁）に正式な協力要請があり，理研は設計作（グルノーブル）は1994年秋，アメリカの APS（アルゴン

業を進めて独自の原案をまとめた上で科技庁と協議してヌ）は 1996 年に実験を開始したが， SPring-8 の場合は当「大型放射光施設（ SPring-8 ）計画」を提案し，その準備

初の計画を 2 年近く短縮して， ESRF に 3 年， APS には研究費を 1987 年度予算に要求した。これに対して文部省

1 年の遅れで，10本のビームラインで共用を開始している。

は「トリスタン入射蓄積リング（AR）の放射光利用計画」

SPring-8 の設計準備研究が始まると「次世代 X 線光を提案して， 1987 年度予算にその経費を要求した。両者

源研究会（代表

の激しい予算獲得競争は予算折衝の大詰めまで続いたが，る仕組みで推進される SPring-8 の建設運営について，

最後には両計画とも認められて SPring-8 の準備研究が発研究者コミュニティの意見を反映させる役割を果たすこと足するとともに，AR の放射光利用計画が動き出したのでになった39)。この組織はその後「SPring-8 利用者懇談会」ある。また，科技庁に関係各省庁の専門家を集めて「大型に発展的改組され今日に至っている。 SPring-8 の建設は放射光施設整備連絡協議会（黒田晴雄座長）」を設置し，極めて順調に進み，当初の予定を繰り上げて供用を開始し

大型放射光施設計画の進め方を検討することが決まった。

て， 21 世紀になって急速に激化したゲノム科学やナノテ協議会は 1987 年に 5 回開催されて，計画の重要性を認めクノロジーの国際的研究競争で大きな役割を果してきた。

たうえで「計画実現に当っては研究者の意向を十分踏ま

なお， SPring-8 には専用施設として台湾が 2 本，産業界菊田惺志）」が結成され，従来とは異なえ，これまでの研究成果や経験を十分取り入れ，幅広い研が 3 本，大学研究機関が 15 本のビームラインを建設し究者の協力を得て推進するよう」に提言した34) 。こうしている。

て，これまでは国立大学付置研究所あるいは国立大学共同

既に述べたように， SOR RING 建設は極紫外分光研究

利用研究機関が建設してきた先端的大型研究施設を，それグループが，また，PF 建設は X 線回折分光研究グルー

以外の組織が建設する仕組みがスタートしたのである。こプが中心になって推進したプロジェクトであり，目指す性の方式はさらに発展し今日の J PARC の建設に引き継が

能も研究者コミュニティの論議を経て早くから決められてれている。

いた。ところが SPring-8 計画は，提案初期に KEK AR

KEK AR の利用は1988年からパラサイト利用研究としと激しく競争したこともあって計画策定時期に専門家の協て始まり，トリスタンの運転停止後は単バンチの専用光源

力を得ることが難しく，また，関西 6 GeV 計画を引き継として用いられている。 1988 年には大強度高エネルギー

いで提案されたので，計画のアップグレードが困難であっX 線源として EMPW （楕円的多極ウィグラー）が設置さた。ところが1987 年に「大型放射光施設整備連絡協議会」

れ，50 keV の偏極 X 線によるコンプトン散乱の実験が行の審議が行われ，また，「次世代 X 線光源研究会」が活動

われた35) 。さらに 1990 年にはアンジュレータビームライを始めるようになると，計画に対するユーザーの関わりがンも新設されて36) ，放射光核共鳴非弾性散乱の実験が行深まってきた。1989年には専門家/学識経験者による「大なわれた37)。EMPW をアンジュレータモードで用いて X

型放射光施設計画検討委員会（検討委員会，高良和武委員

線磁 気円二 色性 （ MCXD ） の研 究も行 われ ている38) 。

長）」が発足して40)，全国共同利用施設として SPring-8 計

KEKAR では，その利用開始が第三世代 X 線光源の完成

画が進められるようになった。それまでに共同チームで検前であったため， 1990 年代前半に多くの先駆的研究が行討 し て い た 8 GeV へ の 変 更 案 や ， 4 箇 所 の 長 直 線 部 設

12 ● 放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1

解説 ■ わが国の放射光科学の歩み()―オリジナリティの系譜を探る―

置，ビームラインの標準的長さや運営母体の新設などが提る。従って，優れた性能の蓄積リングを建設して優れた性言されている。その後，具体的なビームライン設置計画は能の挿入光源を設置することが，第 3 世代放射光施設計「利用者懇談会」で検討されている。

画の目標である。

こうして SPring-8 は，広い科学技術分野のための世界

現在，優れた性能の挿入光源は殆ど強力永久磁石を使っ最高性能研究施設を目標にして，波長範囲（電子エネル

た Halbach 型であるが，わが国でこの型の挿入光源を最ギー），輝度，偏光特性，パルス特性，安定性や制御性な

初 に 建 設 し た の は SOR RING で あ る19) 。 ま た ， SOR 

どが世界最高になるように設計建設が進められるように

RING と同時期に PF に60周期のアンジュレータが設置さなり41)，わが国で初めて国際助言委員会も設けられた。

れ て25) ， 0.4 keV ～ 1 keV の X 線 を 使っ た 実験 が 行わ れSPring-8 は，完成後も光源の高度化が続き，4 箇所あるた。このときは両者とも SmCo5 磁石を用いていたが，長直線部に挿入光源を設置するための Chasmann-Green1982年により強力な永久磁石ネオマックス（Nd Fe B 系

ラティスの変更42) ，時間変動も含めた電子ビーム位置の磁石）が発明されてからは，これを用いた多様な挿入光源

安定 化43) ， 偏光制 御， バン チフ ィリ ング パター ン制が開発された（図）。わが国はこの分野で最も顕著な成御44) とバンチ純度の向上45) ，低エミッタンス化46) ，トッ

果を挙げてきて，世界のリーダーになっている。

プアップ運転（蓄積電流の変動幅0.1以内)47)などを次々

ネオマックスを用いた最初の挿入光源は， PF マルチに行って世界最高性能を実現し，科学技術の広い分野で多ポールウィグラー/アンジュレータ MPW # 16 である。まくの成果を挙げている。なお，これらの改造高度化は建た，PF の山本

設の初期から検討されていたもので，例えば，エミッタン（楕円多極ウィグラー）を開発し， AR リングの長直線部

スについては SPring-8 の建設が始まった時期にさかのぼに設置した50)。これは周期長16 cm の縦磁場と横磁場をも樹，北村英男は図(b)に示した EMPW

る。当時，半年間滞在の予定で ESRF に派遣されていた

ち，両者の位相を変えて円偏光，直線偏光の軟 X 線（100

田中均は，直線部にディスパージョンを残したほうがエミeV2 keV）を発生するヘリカルアンジュレータモードと，ッタンスを低くできることに気付いて（このことは既に

縦磁場を強くして大強度の硬 X 線（2 50 keV ）を発生す

1983 年に神谷幸秀と木原元央が見出している48)）， ESRF

る楕円ウィグラーモードで使用可能である。さらに PF での加速器責任者 Laclare に提言したという。早速， ESRF

は周期長の異なる 4 組のアンジュレータを搭載したリボでは検討を始め，蓄積リングの運転が始まるとすぐに低エ

ルバー挿入光源や真空封止アンジュレータなど，次々に新ミッタンス化を実現している49) 。 SPring-8 でも同様の方

しい型の永久磁石挿入光源が開発されてきたことは既に述法で 3 nmrad の低エミッタンス化に成功し，さらに低くべた。その後北村は SPring-8 の建設に参加し，窒化チタする努力が続けられている。

ンをコーティングした高温特性に優れたネオマックスを用これらの改良高度化が特徴的なのは，加速器グループ

いて，標準型アンジュレータ以外にミニギャップアンジュが主導して計画的に進めてきた点である。トップアップ運

レータ51)，8 の字型アンジュレータなど多種多様な超高真転の報告の末尾47)には，「光源としての加速器の高度化は

空封止挿入光源を建設した52)。図は長さ 27 m の平面型

光を利用するユーザーの声から始まることが理想であろ真空封止アンジュレータで， SPring-8 に設置されて世界う。今回は加速器側が主導した開発であるが，ユーザーに最高輝度の X 線源になっている。また，試作機として製

光源性能向上の必要性を認識してもらえたのではないだろ

作した真空封止型ミニギャップアンジュレータが BNL のうか」と記して，ユーザーからの積極的提言を呼びかけている。

SPring-8 の性能が高まるにつれて広範な実験への対応が可能になり，利用者が急増している。とくに産業界の利用が増加していて，2005年には170社から延べ2200人が実験を行った。また，PF の高度化が進んで利用もこれまでの専門分野に留まらず，広く基礎的学術研究の重要な実験手段になっている。放射光利用は，科学捜査，考古学，環境，農林水産など広い分野に広がり，産業界の利用分野も急激に拡大している。 SPring-8 や PF などの放射光施設
は，今や社会における科学技術のインフラストラクチャーとしての存在になってきていると言えるのではないだろう
か。

3.8

挿入光源

放射光利用研究で最も必要な要素は優れた特性の光であ

図 世界最大の真空封止型アンジュレーター真空封止挿入光源
は原型が KEK PF で開発され， SPring-8 で本格的に使用されて世界に広まった

放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1 ● 13

X 線光源に設置されて51) 実用機として用いられているほ一方，日本原子力研究所大型放射光施設建設チームの佐か，標準型の真空封止アンジュレータはスイスの SLS な々木茂美が，平面型アンジュレータの磁石列を上下とも 2

ど多数の外国の放射光施設に設置されている。

分割して独立に動かせるようにした APPLE(Advanced

Planar Polarized Light Emitter) を開発し，原研の試験用蓄積リング（JSR，300 MeV）に設置して（図）その性能を確認した53)。図(c )はその模式図である。これを改良した APPLE2 は，アメリカ，ヨーロッパの主要な第三世代中型放射光施設に設置されて，円偏光/直線偏光の軟X 線発生装置として高い評価を受けている。このほか佐々木は高調波を出さない準格子アンジュレータも開発している54)。

3.9

自由電子レーザー

自由電子レーザー（Free Electron Laser, FEL）は1971
年に J. M. J. Madey によって提案され， 1977 年にスタンフォード大学の研究グループによって実証された。その後，FEL に対する関心が急速に高まってきて，1980 年代には
アメリカおよびヨーロッパの大学，研究機関で FEL の研究開発が活発に行なわれるようになった。ところがわが国ではさらに遅れて， FEL の研究開発が活発化したのは

1990年代になってからである。わが国最初の FEL は1991
年にレージングに成功した電子技術総合研究所の TERAS
図 世界最初の APPLE ，SPring-8 の開発研究で考案され，日本原子力研究所の JSR で実証試験が行われた。現在，世界で広く用いられている

表
設置機関名

施設名

産業技術総合研究所

自由電子レーザーラボ

日本原子力研究開発
機構

超伝導リニアック駆動
自由電子レーザー

東京理科大学FEL
SUTの FEL であるが，表に示した稼動中の FEL の一覧表には，この FEL は既に撤去されているため含まれていな

わが国の自由電子レーザー
光源加速器

エネルギー
(MeV)

用途

発振成功

蓄積リング（TERAS）

800

技術開発

1991

蓄積リング（NIJI
IV)

310

PEEM など

1992

エネルギー回収型超伝導リニアック

17

技術開発

1997

FEL）
S バンドリニアック（MIR

40

2001

分光，照射など
FEL）
S バンドリニアック（FIR

1020

2003

東京大学

原子力工学研究施設

S バンドリニアック

13

技術開発

1993

日本大学量子科学研
究所

電子線利用研究施設

S バンドリニアック

125

生体組織照射効果，半導体材料開発など

2001

分子科学研究所

UVSOR

蓄積リング（UVSOR）

750

放射光FEL 同期実験

1993

京都大学エネルギー
理工学研究所KUALIS（KU
FEL）

建設中

―

大阪大学大学院工学研究科

S バンドリニアック
自由電子レーザー研究 （グリッドパルス電子銃）
施設
S バンドリニアック（RF 電子銃）

大阪大学産業科学研究所

赤外自由電子レーザー

L バンドリニアック

38

技術開発

1994

XFEL 試験加速器

C バンドリニアック（DC 電子銃）

250

技術開発，テスト実験

2006

XFEL

C バンドリニアック（DC 電子銃）

8000

建設中

―

理化学研究所播磨研究所

14 ● 放射光 Jan. 2007 Vol.20 No.1

S バンドリニアック

9

S バンドリニアック

40
170
20

1997

生体医療半導体物性化学
装置開発

2000
（阪大移管）

解説 ■ わが国の放射光科学の歩み()―オリジナリティの系譜を探る―

します。

参考文献
1)

図 XFEL のプロトタイプ機 2006 年 6 月 20 日にレーザー発振に成功した

い。なお，第 2 行の FEL はわが国初のエネルギー回収型
超伝導リニアック（ ERL ）を用いた自由電子レーザーであり，また，一番下の理研 FEL 以外は光共振器を用いた
赤外～紫外レーザーである。
その後，より波長の短い自由電子レーザーの開発に注目が集まり，SASE (Self-Ampliˆed Spontaneous Emission)
方式の FEL が研究されるようになった。最近では第 4 世
代高輝度光源として X 線自由電子レーザーの建設がヨー
ロッパとアメリカで始まり，わが国でも理研播磨研究所が

XFEL の建設を開始した。 2006 年 6 月 20 日に，理研はかねてから建設していた XFEL 試験加速器（プロトタイプ機）の発振に成功した。図は XFEL プロトタイプ機の写真である。
なお，自由電子レーザーではないが関連した研究として付け加えると，東北大学核理学研究施設は 300 MeV の電子リニアックを用いて，世界で初めてコヒーレント放射光を 観 測 し た55) 。 一 方 ， 日 本 大 学 量 子 科 学 研 究 所 は 125

MeV の電子リニアックを用いて，パラメトリック X 線の利用実験を行っている。

3.10

付記

本稿では，わが国放射光研究の発展の要となった光源建
設の軌跡を一つの流れとして捉え，世界の状況，ユーザーの熱意，わが国の加速器建設の状況，建設に当たった加速器研究者の創意工夫などに注目して辿ることを試みた。筆者は，ここで取り扱った放射光施設の建設を，長期に亘り間近に見てきた者の一人であり，それほど困難な作業とは思っていなかったが，始めてみると調べなければならない
資料が予想以上に多く，大変難渋した。そのため，多くの方に教えて頂いたが，それでもまだ不十分だと考えており，ここで一旦筆を擱くことにした。誤りにお気付きの場
合はお知らせ頂ければ幸いである。最後に，いろいろ教えて頂いた佐々木泰三，高良和武，田中治郎の各先生に感謝

H. Nagaoka and T. Takamine: The Constitution of Mercury
Lines examined by an Echelon Grating and a LummerGehrcke Plate, Proc. Phys. Soc. London 25, 1 (1912).
H. Nagaoka and T. Takamine: Anomalous Zeeman EŠect inSatellites of the Violet Line (4359) of Mercury, Phil. Mag.
29, 241 (1915).
H. Nagaoka: On the Regularity in the Distribution of theSatellites of Spectral Lines, Proc. Phys. Soc. London 29, 91(1917).
H. Nagaoka and Y. Sugiura: On the Regularity in the Distribution of Spectral Lines of Iron and Intra-atomic Magnetic
Field, Jpn. J. Phys. 2, 1 (1923).
2) T. Takamine: The Stark EŠect for Metals, Astrophys. J. 50,(1919) 23.
T. Takamine and M. Fukuda: Spectra of Constricted Arc ofMetals, Jpn. J. Phys. 2, 111 (1923).
3) 理研25周年，1942年 3 月．
4 ) 高柳和夫原子分子物理―国内研究 50 年の移り変わり，日本物理学会誌51巻 6 号（1996）408.
5) IUCr: P. P. Ewald eds., 50 years of X-ray DiŠraction (1962)
IUCr (the free pdf version is available from http://
www.iucr.org / iucr-top / publ / 50YearsOfXrayDiŠraction / index.html).
6) T. Terada: On the Transmission of X-Rays through Crystals,
Proc. Tokyo Math.-Phys. Soc. II 7, 60 (1913).
T. Terada: Deformation of Rock salt Crystal, Proc. Tokyo
Math.-Phys. Soc. II 7, 290 (1913).
T. Terada: On the Molecular Structure of Common Alum,
Proc. Tokyo Math.-Phys. Soc. II 7, 292 (1913).
7) S. Nishikawa and S. Ono: Transmission of X-Rays throughFibrons, Lamellar and Granular Substances, Proc. Tokyo
Math.-Phys. Soc. II 7, 131 (1913).
S. Nishikawa: On the Spectrum of X-Rays obtained byMeans of Lamellar of Fibrons Substances, Proc. Tokyo
Math.-Phys. Soc. II 7, 296 (1914).
S. Nishikawa: Structure of Some Crystals of Spinel Group,
Proc. Tokyo Math.-Phys. Soc. II 8, 139 (1915).
8) S. Aoyama, K. Kimura and Y. Nishina: Die Abhangigkeit derRontgenabsorptionsspektren von der chemischenBindung,
Z. Phys. 44, 810 (1927).
9) S. Yoshida: Variation of the Atomic Structure Factor with
Wave-length, Sci. Papers, I.P.C.R. 38, 263 (1941).
S. Yoshida: K Absorption Edge of Fe in Various Chemical
States, Sci. Papers, I.P.C.R. 38, 272 (1941).
10) F. W. Lytle: The EXAFS family tree: a personal history ofthe development of extended X-ray absorption ˆne structure, J. Synchrotron Radiat. 6, 123 (1999).
11) A. L. Robinson: History of Synchrotron Radiation, X-Ray
Data Booklet Section 2.2 (2001).
12 ) 1952 年より前にローレンスが来日し，その勧めで大阪大学と理化学研究所に小型サイクロトロンの建設が認められた。それを受けて，大阪大学は文部省予算で，また，理研
は通商産業省の補助金で建設を開始した。なお，講和条約（サンフランシスコ条約）は 1951 年 9 月調印，翌 52 年 4 月発効した。
13 ) 木原元央日本加速器史の中の KEK PS，日本物理学会誌
61, 745 (2006).
14) INS Annual Report 1964.
15 ) 佐々木泰三日本と世界の放射光研究()―回顧と展望― ， 固 体 物 理 22, 59 ( 1987 ) ， 日 本 と 世 界 の 放 射 光 研 究

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()―回顧と展望―固体物理 23, 56 (1987).
INS Annual Report 1965.
佐々木泰三光源加速器の誕生…SOR RING 誕生のいきさつ，加速器（日本加速器学会誌）2, 433 (2005).
当時わが国で建設された大型加速器の真空は10－ 4 パスカル
程度であり，超高真空は小型チェンバーで試みられている状態であった。筆者は 1968 年から 1970 年まで滞在していた
Saclay で，超高真空を研究していた研究室を訪ねて10－9 パ
スカルの実験に強い印象を受けた。
H. Kitamura et al.: Observation of Undulator Radiation. I.
Operation Studies and Visual Observation: Jpn. J. Appl.
Phys. 21, 1728 (1982).
H. Maezawa et al.: Absolute Measurement of Undulator
Radiation in the Extreme Ultraviolet, Nucl. Instrum.
Methods 208, 151 (1983).
佐々木泰三INSSOR と SPring-8，加速器 1, 36 (2004).
高良和武フォトンファクトリー誕生の頃 日本物理学会
誌 51巻12号（1996）879.
西川哲治素粒子実験と加速器―戦後の日本を中心にして―，日本物理学会誌 51巻 1 号（1996）11.
田中治郎PFNEWS 23 No. 2 (2005) 39及び私信．なお，
筆者は PF の当初計画の入射器はシンクロトロンであり，トリスタン計画との統合を検討する段階で線型加速器に変更されたと記憶している．しかし，文献21 ) , 22 ) , 23 )には
当初計画の記述がない．
T. Nishimura et al.: X-ray Replication of Masks by SynchroESS, Proc. of the 9th Conf. on Solidtron Radiation of INS
1, 13
State Devices (1977) Tokyo, JJAP Supplement 17
(1978).
H. Maezawa et al.: Spectral characterization of undulator
radiation in the soft x-ray region, Appl. Opt. 25, 3260
(1986).
T. Yamakawa, S. Sato, H. Kitamura, E. Takasaki, T.
Shioya, T. Mitsuhashi, M. Kihara and C. Lesmond: The construction of the superconducting vertical wiggler and its
operation in the photon factory, Nucl. Instrum. Methods A
246, 32 (1986).
なお，運転開始は1983年 2 月である
G. Isoyama, S. Yamamoto, T. Shioya, H. Ohkuma, S.
Sasaki, T. Mitsuhashi, Y. Yamakawa and H. Kitamura: Construction of a multiundulator, Revolver No. 19, at the Photon
Factory, Rev. Sci. Instrum. 60, 1863 (1989).
S. Yamamoto, T. Shioya, M. Hara, H. Kitamura, X. W.
Zhang, T. Mochizuki, H. Sugiyama and M. Ando: Construction of an in-vacuum type undulator for production of undulator x rays in the 5
25 keV region, Rev. Sci. Instrum. 63, 400(1992).
冨家私信，後年 SPring-8 の技術顧問になったとき，筆者によく語っていた。
本田 融，小林幸則加速器 2, 494 (2005).
Shigeru Yamamoto, Kimichika Tsuchiya and Tatsuro
Shioya: to be published in Proc. Ninth International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2006),
June 2, 2006, Daegu, Korea.
May 28
国内の加速器関連施設（各施設報告と一覧表），加速器 1,
38 (2004).
H. Onuki et al.: Nucl. Instrum Methods A246, 94 (1986).
T. Tomimasu: Nucl. Sci. Appl. 3, 29 (1987).
理化学研究所史編集委員会理研精神八十八年（ 2005 ）155164.
S. Yamamoto et al.: First Observation of Intense Circularly
Polarized Hard X Rays from a Novel Multipole Wiggler in an
Accumulation Ring, Phy. Rev. Lett. 62, 2672 (1989).
Z. Xiaowei et al.: Construction and Performance of an X-ray
undulator beamline at the Tristan Accumulation Ring, Rev.

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Sci. Instrum. 63, 404 (1992).
M. Seto et al.: Observation of Nuclear Resonant Scattering
Accompanied by Photon Excitation Using Synchrotron Radiation, Phys. Rev. Lett. 74, 3828 (1995).
Y. Kagoshima et al.: Rev. Sci. Instrum. 66, 1996 (1995).
財団法人高輝度光科学研究センター10年史（2001）ページ．
完成後，蛋白質の構造解析やナノテクノロジー研究で重要な役割を果たしているので，それらが建設目標であったとの誤解もあるが， 1986 年当時は両分野ともまだ緒に就いたばかりであった。
SPring-8 計画発足以前に，理研は世界最高性能の重イオン。その基本理念として加速器施設を建設した（1986年完成）
他施設では不可能な独創的実験を可能にすることを掲げ，とくに，施設全体の安定性性能拡張性に留意して建設したので，今日まで多くの優れた成果を挙げている。現在この 加速器を入 射器とす る RIBF 建設が 進められ ている。
SPring-8 建設にも同じ基本理念を持っていた。
熊谷教孝蓄積リングへの30 m 長直線部の導入に関して，SPring-8 利用者情報 6, 5 (2001).
SPring-8 年報 2000 年度 18 ， 2001 年度 16 ， 2002 年度 20 ，2003年度22，2004年度20
軌道安定プロジェクトの詳細は以下の WEB ページで見ることができる
http://www.spring8.or.jp/ja/about_us/organization/
accelerator/acc_project/orbstab.
川島祥孝 SPring-8 の電子ビーム制御について， SPring-8
利用者情報 4, 4 (2001).
青木 毅，田村和宏 SPring-8 における高純度バンチ運転，放射光 19, 223 (2006).
田中 均ほか SPring-8 蓄積リングの低エミッタンス化，SPring-8 利用者情報 8, 84 (2003).
田中 均ほかトップアップ入射で実現した安定な低エミ
ッタンス電子ビーム運転 ―より高度化された利用実験のために―，SPring-8 利用者情報 11, 93 (2006).
Y. Kamiya and M. Kihara: KEK Report 8316 (1983).
J. L. Laclare et al.: ESRF/MACH
LAT
93
08 (1993). L.
Farvacque et al.: Possible Retuning of the RSRF Storage
Ring Lattice for Reducing the Beam Emittance, Proc. of the
4th European Particle Accel. Conf. London, June (1994)
612.
S. Yamamoto and H. Kitamura: Generation of Quasi-Circularly Polarized Undulator Radiation with Higher Harmonics,
Jpn. J. Appl. Phys. 26, L1613 (1987).
S. Yamamoto, T. Shioya, S. Sasaki and H. Kitamura: Rev.
Sci. Instrum. 60, 1834 (1989).
P. M. Stefan, T. Tanabe, S. Krinsky, G. Rakowsky, L. Solomon and H. Kitamura: Initial results from an in-vacuum undulator in the NSLS X-ray ring, J. Synchrotron Radiat. 5,417 (1998).
H. Kitamura: Present Status of SPring-8 insertion devices, J.
Synchrotron Radiat. 5, 184 (1998).
S. Sasaki et al.: Design of a new type of a planar undulator
for generating variably polarized radiation, Nucl. Instrum.
Methods A331, 763 (1993).
Shigemi Sasaki et al.: Conceptual design of quasi^periodeic
undulator, Rev. Sci. Instrum. 66, 1953 (1955).
T. Nakazato et al.: Observation of coherent synchrotron
radiation, Phys. Rev. Lett. 63, 1245 (1989).

解説 ■ わが国の放射光科学の歩み()―オリジナリティの系譜を探る―● 著者紹介 ●上坪宏道
独立行政法人理化学研究所特任顧問
E-mail: hkamitsubo＠riken.jp
専門加速器［略歴］
1961 年東京大学大学院数物系研究科物理学専攻博士課程終了，理学博士。東京大学物性研究所助手，理化学研究所サイクロトロン研究室研究員，同主任研究員，東京大学原子核研究所教授として原子核物理，加速器工学の研究に従事。その後，大型放射光施設建設共同チーム
リーダー，理化学研究所理事，高輝度光科学研究センター副理事長を経て現職

Historical overview of the synchrotron radiation
research in Japan―from the view point of creative works in the developmentof light sources and related technology―
Hiromichi KAMITSUBO

RIKEN Wako Institute, 21 Hirosawa, Wako-shi, Saitama 3510198, Japan

Abstract Synchrotron radiation research in Japan started in early 1960's when the ˆrst electron synchrotron was commissioned at the Institute of Nuclear Study (INS), University of Tokyo (UT). This review covers
the parasite use of the INS electron synchrotron and research works done at the light sources in Japan such as
SORRING, Photon Factory (KEKPF) Accumulator Ring (KEKAR), and SPring-8. History of synchrotron
radiation research in Japan was overviewed by paying attention to the creative works in the development oflight sources and related technology, as well as the pioneering works on the development of experimental
techniques and methods. At present there are more than ten synchrotron radiation sources are in operationand the number of their users, especially users from industries in Japan is increasing very rapidly and theresearch ˆelds of users are also developing. Accordingly the synchrotron radiation facility becomes more andmore indispensable facility in the society in Japan.

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