核融合炉材料から感染症制御まで～秋吉優史研究内容紹介～○准教授 秋吉 優史
大阪公立大学 工学研究科 量子放射線系専攻(放射線研究センター、国際感染症研究センター兼担)
E-Mail: akiyoshi-masafumi@omu.ac.jp
http://anticovid19.starfree.jp/

核融合炉材料の照射損傷評価

学校教育現場における放射線安全管理の体系化

核融合炉ダイバータ候補材料のセラミックス、タングステン材料などへの照射後物性評価

クルックス管から漏洩する低エネルギーX線の測定と防護線量評価、線量低減指針の策定、管理目標値の設定

微小試験片を用いた熱拡散率及び陽電子寿命測定技術開発、京大
ライナックによる高エネルギー電子線照射、米国 ORNL HFIR 中性子照射材評価、液体金属による照射時腐食挙動評価

電離箱、ガラスバッジ、TLDバッジなどを用いた線量評価と、CZT検出器などによるエネルギースペクトル評価、電圧-電流特性などの電気特性評価、教育現場に於ける実態調査、実際の照射パラメーターからの実効線量・等価線量計算、一般公衆に対する線量拘束値の社会的議論

H.17-19 JST原子力システム研究開発事業（主）H.17～ KUR 共同研究拠点共同研究（主）H.25-H.30 PHENIXプロジェクト
H.29～ 京都大学 ZE研究拠点共同研究（主）H.31-R.6 FRONTIERプロジェクト
H.31 NIFS 原型炉共同研究

略歴
1991年4月 東京工業大学 2類 入学
1995年3月 東京工業大学 無機材料工学科 卒業
1997年3月 東京工業大学 原子核工学専攻 修士課程卒業
2001年3月 東京工業大学 原子核工学専攻 博士課程卒業
2001年4月 東京工業大学 原子炉工学研究所 講師(研究機関研究員)
2002年3月 バージニア大学 材料工学科 Research Associate
2002年10月 核燃料サイクル開発機構大洗工学センター 照射材料試験室 博士研究員
2004年4月 京都大学 工学研究科 原子核工学専攻 助手
2014年4月 大阪府立大学 地域連携研究機構 放射線研究センター准教授、今に至る

H.29～ クルックス管プロジェクト（主）H.30-R.2 関西原子力懇談会学術振興奨学金（主）H.30 日本放射線安全管理学会 放射線安全規制研究重点テーマ（主）H.31-R.2 日本保健物理学会 専門研究会（主）R.2 中学理科教科書出版の5社中4社で教師用指導書執筆
R.3 日本保健物理学会 エックス線被ばく事故検討WG

放射線教育コンテンツ開発

量子線による感染症制御工学

資格: 一種放射線取扱主任者、衛生工学衛生管理者、エックス線作業主任者

いつでも確実に簡単に観察できる霧箱の開発、クルックス管からのX線を活用した教育コンテンツの開発
学会委員等

ペルチェ冷却式霧箱の開発と高度化、塩と氷を用いた寒剤式霧箱の高度化、名大F研霧箱の改良、霧箱による低エネルギーX線の観察、低エネルギーX線による透過像観察/遮へい実験■ 日本放射線安全管理学会 理事（2020/07/01-）、広報委員（2020/07/01-）、教育訓練検討委員会委員 (2019/01-)■ 大学等放射線施設協議会 常議員 (2015/08-)■ 日本保健物理学会 企画委員会副委員長 (2021/07-2023/07)、RI施設における放射線管理を目的とした測定の信頼性確保に関する専門研究会 委員（2021/04-）、エックス線被ばく事故検討ＷＧ（2021/07-2023/03）■ 照明学会 UV-C領域殺菌用途の紫外放射研究調査委員会 委員（2022/04-）■ 関西原子力懇談会 放射性廃棄物処分に関する技術動向調査委員会委員（2013/12-）■ みんなのくらしと放射線展 専門部会長（2020/04-）■ 日本原子力学会関西支部 オープンスクール担当幹事（2021/07-2023/07）

熱伝導率（熱拡散率） は核融合炉ダイバーダーの設計上最も重要なパラメーターの一つであるが、熱伝導率が高く耐熱性に優れるセラミック
ス材料も、照射により欠陥が導入されるとフォノン-格子散乱の増加によりフォノン伝導が阻害され，著しい熱拡散率の低下が報告されている。同様に耐熱性の高いタングステンは金属であるが1/3程度をフォノン伝導が担っており、さらに核変換で生成するレニウムにより電子伝導が阻害され熱拡散率が低下する。

日米科学技術協力事業核融合分野でのプロジェクト
JUPITER → JUPITER II → TITAN →PHENIX（ H25 - H30 ）→ FRONTIER ( R1 - R6 )・米国 Oak Ridge National Labo (ORNL) のHFIR 炉での中性子照射
・プラズマアークランプを用いた高熱負荷試験
・電子線 LINACを用いた高エネルギー電子線照射

・熱物性評価・陽電子寿命測定
・機械的特性評価
・微構造観察

中高の先生、ご存じですか?
理科の授業で使っているクルックス管からは高い強度のX線が漏洩している場合があります!

現行の教科書にも記載されているクルックス管は、製品によっては 15cmの距離で、70μm線量当量率が 200mSv/h にも達する高い線量率の低エネルギーX線が放出されている場合があります。知らないで近付いたりすると非常に危険です。

暫定ガイドラインで本当に問題無いのか、実証試験を行っています。
ガラスバッジを用いた簡単な測定を各学校で行うことが出来ます。詳しくはホームページをご覧下さい ↓・ごく基本的な誘導コイルの設定と、距離を取って時間を短くするなどの簡単な運用法の改善で、劇的に線量を小さくすることが出来ます。

930℃

10MW/m2

ガス冷却
500℃
厚さ1cm

15000℃～

中性子照射後 SiC:

到底耐えられない!

PHENIXプロジェクトにおけるHFIR中でのGdシールド熱中性子抑制照射材に対する熱拡散率測定技術の開発
核融合原型炉において問題となる、ダイバータ候補材料の熱負荷特性に及ぼす中性子照射効果を弾き出し損傷及び核変換効果の視点から明らかにすることを本研究の目的としている。
PHENIX プロジェクトにおけるORNLのHFIRでの照射に於いて最も重要なのは、タングステン材料中の核変換(Reの導入)の影響を低減するため、Gd により熱中性子をシールドするという点である。極めてユニークな計画であるが、照射キャプセルの体積が非常に限られており、また放射能を低減する必要性、γ発熱の低減の必要性などから、試料の体積を減らす必要があるため、φ3×0.5t （D3TH）という微小試料を用いて熱拡散率測定を行う事が予定されている。

D3TH微小試験片での熱拡散率測定は技術的に確立されておらず、また従来の測定装置と対象とする試料ではT1/2法での解析で推奨される条件から大きく外れることが明らかとなっているため、D3TH微小試料の熱拡散率測定
D3×T0.5
技術開発を行った。
D10×T2
Miniature Specimen
Standard Specimen

7 W/m・K

1/44 Volume → 1/44 Radio-Activity

放射線教育コンテンツ開発

クルックス管プロジェクトについて
Task 1: 線量計測

Task 2: 運用方法の検討

大学・国研

放射線計測の専門家

学校教育現場の教員ユーザーとしての学校教員

中・高

教材メーカー

教材・測定手段の提供者

民間企業

大学研究者、ＯＢ

低エネルギーX線測定技術の標準化

実際に現場で使えるシステムの開発

様々な製品の評価開発した教育コンテンツの評価

遮蔽体など解決策の提示

実態評価に伴う問題点の抽出

Task 4: 放射線教育プログラム普及一体化したONE型（開発中）
最新のSD型本体ユニット

放射線教育の専門家

保健物理・放射線防護の専門家
低エネルギーX線による（実効・等価）線量評価モデルの構築

Task1で測定した線量・スペクトル情報

国内外の規制実態を踏まえた上限線量の検討

Task2で検討した運用方法

全国の拠点
全国の拠点でのシンポジウム、オープンスクール、モデル校での授業、教育学部での講義などでの放射線教育プログラム普及

学会標準化

小中高大民国 オールジャパンの放射線教育ネットワークの形成

教育現場における放射線安全管理
ガイドラインの作成

ペルチェ冷却式高性能霧箱

Task1 で開発した評価手法

Task 3: 線量評価とガイドライン

本当に大丈夫なのか心配・・

未照射 SiC: 230 W/m・K

ダイバーター表面温度予測

・平成27年 2月1日-23日、
平成29年 2月26日-3月18日、
平成30年 9月10日-11月15日
令和2年 1月12日-2月7日
令和5年 1月10-2月11日の4回+1回予定の 長期 ORNL派遣。
現地の研究者との強固な信頼関係。

でも、心配はいりません!

R.2 AMED ウイルス等感染症対策技術開発事業(主)R.2 受託研究 メロディアン株式会社、株式会社Quarter、株式会社ガジェットガレージ
R.3～ 共同研究 サンスター技研株式会社
R.3 大阪国際感染症研究センター兼担
R.4～ 共同研究 ライオン株式会社、岡本硝子株式会社、ウシオ電機
R.4～ 受託研究 山田鋳造鉄工株式会社、SANEI株式会社

特に熱拡散率に注目

SiCセラミックス、タングステン → 核融合炉ダイバータ候補材

・20keV程度とエネルギーが低いので普通のサーベイメーターは役に立ちません

様々な波長の紫外線計測技術の開発及び標準化、高性能可視光応答型光触媒フィルターの開発と小型飛沫除去装置の開発（特許出願準備中）。

H.28～ つばさ基金による放射線教育振興プロジェクト（主）H.29-H.30 マツダ研究助成 青少年育成関係（主）H.30-R.2 科研費 基盤C（主）H.30～ 日本科学技術振興財団 放射線に関する教職員セミナーWG委員
R.2～ みんなの暮らしと放射線展専門部会長

核融合炉材料の照射損傷評価

・ORNL の Yutai Katoh らをはじめとする日米の世界的な照射損傷研究者とのネットワーク構築
・日本国内での電子線照射の重要性をアピールしている。特に照射時の液体金属腐食効果の研究は極めて先進的。

紫外線や、光触媒による感染症制御のための微生物除去システムの開発と、評価手法の標準化。

観察面を拡大した EX型

新規放射線教育プログラムの開発放射線知識の国民的普及

コッククロフト型高電圧ユニット

40mm

40mm
α線の飛跡

β線の飛跡

40mm

クルックス管からのX線により放出された光電子の飛跡

低価格での「販売」を行う事により全国に普及。
総出荷台数356台(2022/11/04)。

http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Works/

新型コロナウイルスへの工学的対抗策の検討

部屋の空気を撹拌するとエアロゾルが拡散してしまう恐れも。発生源の近くに設置する小型機によるネットワークの必要性。

紫外線 or 光触媒などで滅菌・不活化して再利用
世界的な供給不足

光触媒式空気清浄機

密閉容器内での紫外線照射式
空気清浄機

密閉飛沫をキャッチして分解

エアロゾル

密集

人と人の間を飛び交う「飛沫」の除去に特化した飛沫除去装置
5μmよりも大きい液滴 → 飛沫
飛程が短いが大量のウイルス
5μmより小さい粒子 → エアロゾル
長時間滞留するがウイルス量は少ない

数分間空気中に滞留し、広い範囲に拡散しうる。
喋るだけでも飛散する。

そのままでは話す相手に飛んでいく飛沫① 吸引

マスクを付けていても50%程度が飛散する。

飛沫
感染者から2m程度の範囲。

マスク表面への光触媒塗布

SARS-CoV-2

飛沫を含んだ汚れた空気マスクを付けていても20%程度が飛散する。

密接
どこに潜んでいるか分からないトラップ
材質によっては数日間感染力を持ったまま付着している

表面の接触

表面への紫外線照射
人体の皮膚、眼に紫外線が入らないように注意する
必要あり

光触媒は、可視光線での活性の高いタングステン系の触媒が望ましい

共有物品表面への光触媒の塗布
手袋、衣類への光触媒塗布③光触媒で酸化分解飛沫が除去された空気
可視光LED

金属含有の光触媒は暗くなっても一定期間不活化の効力を発揮

光触媒も紫外線も、特定の菌・ウイルスに対して効果が無いという事は報告されていないが、対象によって効果の程度が異なる。

②フィルターでキャッチ

1m程度

紫外線消毒に対する学協会からの公式なオーサライズ
2021/08 に、東海大学の竹下 秀先生と、照明工業会加盟各社の皆様のWGに秋吉も参加を行い、一般人向けに「紫外線殺菌 ご利用上の注意」と言う形でパンフレットの作成を行いました (1)。

会話によって放出された飛沫は最大で 2m 程度飛び、マスクをしていても2割程度が漏洩するとの報告もあります。口腔からの飛沫の粒径は、最も数が多いもので150μm程度で、エアロゾルで最も多い2μmの粒子の42万倍の体積があり、含まれているウイルスもその分多いと考えられます。マスクを付けずに近距離で会話をする会食は、お互いにこの大きな飛沫をぶつけ合うことになり、感染リスクが高いと言えるわけです。

紫外線の有用性の周知だけで無く、紫外線による事故について取り上げると共に、透過力が低い等の弱点や、いい加減な製品も存在することなど、上手に使えば有用な紫外線利用上の注意点についての周知を行っています。

大型の空気清浄機は部屋の中を漂うエアロゾルの除去には効果がありますが、近距離を数秒程度で飛び交う飛沫にはほとんど効果は期待できません。
卓上に設置できる小型で静音の空気清浄機であれば、「人と人の間」に設置することが可能で、飛び交う飛沫を①「吸引」し、②「フィルターでキャッチ」することで、会話の相手に到達する飛沫の数を減らすことが可能です。
キャッチした飛沫中に含まれるウイルスは、③「光触媒により酸化分解」し、再放出される可能性を減らします。また、フィルターでキャッチできないエアロゾル中のウイルスの不活化や、さらに小さい有機ガスの分子も分解できることが確認されています。

UV-C 紫外線の弱点
距離の二乗に反比例して照度が下がる
ほとんどの物質に対して透過力が非常に小さい

皮膚や目に強い炎症を起こし、人体に有害

このパンフレットは科学的な論文を元に記述されており、学会公認のパンフレットと言うことで「厚労省 医療機関における院内感染対策について(H26) 」における、「紫外線照射等については、効果及び作業者の安全に関する科学的根拠並びに想定される院内感染のリスクに応じて、慎重に判断すること」という記述における科学的根拠と捉えることが出来ます。
また米国疾病予防管理センター、CDCでは公式サイト(2)で Upper-room Ultraviolet Germicidal Irradiation (UVGI)をエアロゾル対策として推奨しています。

(1) https://www.jlma.or.jp/siryo/pdf/pamph/notice_UV-light-emitting.pdf(2) https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/community/ventilation/uvgi.html