■　広報誌「FASだより」第20号の発行に当って　■

1.  KEKBを超えたSuperKEKB

SuperKEKB運転情報URL:

2. J-PARCにおけるビーム強度の増強

3.  PFとPF-AR

4.その他の加速器
4.1. cERL

4.2.  ATFとSTF

5.結び

2.西川賞  No.2

3.小柴賞

4.熊谷賞

1.はじめに
電子とその反粒子である陽電子が結合すると、ポジトロニウム(Ps)と呼ばれる東縛状態が形成される。Psにさらに1個の電子が結合した状態、これがポジトロニウム負イオン(Ps-)である。このエキゾチックなイオンは、構成粒子が等しい質量比をもつため、電子と比べて重い原子核の運動を凍結するボルン-オッペンハイマー近似が適用できない特異な系であり、量子力学的な三体問題の理想的な研究対象である。また、レプトンのみから構成されるPs¯の様々な性質を精密に調べることで、東縛系の量子電磁力学を検証することができる。 Ps¯が束縛状態として安定に存在することは、 1946年に竜子相関を取り入れた変分計算によって初めて予言されている[1]。その後、東縛エネルギーや後述する共鳴状態、消滅率・消滅分岐比、各種断面積に関する理論計算が枚挙に暇がないほど行われており、この特異なイオンが魅力的な研究対象であることが窺い知れる[2]。一方で、 Ps¯が実験室で観測できるようになったのは1981年のことで、陽電子を炭素薄膜に打ち込むと、陽電子が薄膜中で電子2個を剥ぎ取って、Ps -となって放出される現象が発見された[3]。その後、この方法で生成したPsを使って、Ps中の電子-陽竜子の消滅率の測定が行われている[4]。しかしながら、生成効率が低く(10 ²%) 、また自己消液の寿命が479 psと極めて短いために、Ps -を用いた実験研究は困難であり、その観測と消滅率の測定を除いて行われていなかった。こうした背景の中、我々のグループは、アルカリ金属を蒸着したW表面に陽電子を入射すると、従来法より２桁も高い効率(最大で2%)でPs -が生成される現象を発見した[5]。エキゾチック三体複合粒子の生成においては、驚異的な効率である。この現象の詳細については、文献[2]を参考されたい。Ps の高効率生成法が実現したことで、そのエネルギー準位や散乱過程を調べる分光学的研究が可能となってきた。本研究では、KEK物構研低速陽電子実験施設から供給される陽竜子ビームとこの高効率生成法によってPs-ビームを作り出し、分光研究に挑んだ。この結果、光吸収によって起こる竜子光脱離や、光脱離過程で現れる共鳴状態を観測することに成功した[6,7]。また、Ps¯の光脱離を応用して、自由にエネルギーを調整できるPs ビームの生成が可能となった[8]。
2.ポジトロニウム負イオンの光脱離
理論予測によると、Ps -の一電子束縛エネルギーは0.33 eVであり、それよりも高いエネルギーの光子を吸収すると、光脱離過程Ps − + hv → Ps + e −が起こる。ただし、Ps¯の消滅寿命は極めて短いため、生成してから瞬時に消滅していく Psを効率的に光脱離するためには、時間的に光の密度を圧縮したパルス光源が必要となる。市販のナノ秒Nd:YAGレーザーであれば、光脱離を観測するのに十分なエネルギー密度を確保できるが、Ps -のビームも光源と同様のナノ秒パルスに整形する必要がある。低速陽電子実験施設(Slow  Positron  Facility, SPF)では、専用の電子LINACで発生させた高強度の低速陽電子ビームを共同利用に供している[9]。この陽電子ビームは、LINACからの電子ビームの時間特性を反映して、パルス幅12 ns、繰り返し周波数50 Hzでの短パルスモード運転が可能であり、パルスレーザーとの同期に好都合である。SPFは、このような時間特性を有する陽電子ビームを供給できる世界唯一の共同利用施設である。我々は、SPFの汎用ステーション（SPF-B1）に実験装置とレーザー光源を持ち込んで、光脱離の観測実験を行った[6]。図1に実験装置の概略を示す。まず、SPFから供給されるパルス状陽電子ビームを輸送して、1原子層程度のNaを蒸着した多結晶W標的(厚さ25 µm)に入射し、その表面上でPsを効率的に生成した[5]。このパルス状Ps¯ビームを、標的とその前方に設置したグリッド間の電位差(-1 kV)で加速させた後に、パルスレーザー光線で照射した。光源には、Q-スイッチNd:YAGレーザー (パルス幅10 ns、繰り返し数25 Hz)の基本波(波長1064 nm)を用いた。光脱離の効率を上げるために、高いエネルギー(400 mJ/pulse)の光線をPsTにそのまま照射した。光源の繰り返し周波数は、陽竜子ビームの周波数の半分に設定することで、レーザー照射の有り無しのデータを交互に取得できるロジックとし、Ps-ビーム強度の変動に左右[6]より転載。されず、定量的に光脱離信号を評価できるシステムを構築した。実験では、Ge検出器を用いて標的近傍で発生した陽電子の対消滅y線を分光し、加速されたPsから放射されるドップラー偏移消滅y線を弁別して、レーザー照射の有り無しでその信号強度を比較した。なお、ナノ秒の陽電子パルスを標的に入射すると、短い時間に発生した複数の消滅y線が検出器に同時入射し、γ線の分光ができなくなってしまう。これを防ぐために、スリット付きの鉛シールドで検出器を囲い、信号のパイルアップが生じないように検出効率を抑えた。図2に光脱離現象を捉えた消滅y線エネルギースペクトルを示す。Ps־由来のドップラー偏移消滅y線のピークが529 keV付近に観測され、レーザーを照射した場合に、このピークの強度が57%低下した。この低下は、Psこの光脱離によって形成されたPsの崩壊モードによって説明ができる。この過程で形成されるPsは、電子と陽電子の全スピンSに応じて、パラポジトロニウム(p-Ps, S= 0)とオルソポジトロニウム(oPs, S= 1)に区別され、それぞれの生成比は1:3である。p Psは消滅時に重心系において2本の固有エネルギー(511 keV)を持つッ線を放射するのに対し、oPsは3本の連続スペクトルを持つッ線を放射する。すなわち、oPs由来の消滅y線はドップラー偏移消滅y線の単色ピークに寄与しなくなるため、光脱離によってoPsが形成された割合だけ、ピーク強度が低下することになる。低下割合とビームの相互
図. 3 分光実験装置の概念図。文献[7]より転載。
作用体積から1064 nmにおける光脱離断面積の下限値を見積もると、2.1×10 -17 cm²となり、最新の理論計算と矛盾のない結果となった[10]。以上の結果から、Psこの光脱離を観測することに初めて成功した。
3.共鳴光脱離の観測
Ps -の一電子束縛エネルギーは非常に小さく、励起状態は存在しないが、特定の波長の光を吸収すると準安定な中間状態を経て解離する「共鳴状態」が存在することが予測されている。系の様々な対称性に対して、発現機構の異なるFeshbach共鳴や形状共鳴の存在が予測され、その共鳴パラメーターや断面積が計算によって見積もられているが、実験検証が全く行われていなかった。我々は、光脱離の観測を契機に、この過程で現れる共鳴状態のレーザー分光にも挑戦した[7]。光脱離の観測で用いた消滅ッ線の検出システムは、 y線の検出率が限られて計測効率が非常に悪いため、Psこの光脱離によって形成されるPsを直接検出する効率的なシステムを新たに開発した(図3)。実験はこれまでと同様に、SPFから供給されるパルス状陽電子ビームを利用して行った。新しい計測システムでは、陽電子ビームを偏向ガイド磁場によって45度曲げてから、Na蒸着W標的に入射してPs-ビームを作り出した。このPs"を電場で加速した後に、レーザー光で照射して光脱離を誘起した。光脱離によって形成されたPsを標的に対向して設置したマイクロチャンネルプレート(MCP)によって直接検出した。Psは電気的に中性であるので、偏向磁場の影響を受けることなく、検出器に到達できる。光源には、波長可変のパルス色素レーザーを用いた。励起状態Ps(主量子数n = 2)の形成閾値付近に予測される共鳴をターゲットにし、その共鳴波長に相当する近紫外の波長域(225 nm - 230 nm)を走査して、共鳴を探索した。波長を変化させてPsの検出率を逐次測定して得たプロファイル曲線を図4に示す。非対称な共鳴ピークが明瞭に観測された。実線は、Fano型の共鳴関数でフィットした結果である。 VはPsの加速電圧であり、Ps の速度から生じる 2 次のドップラー効果により、共鳴エネルギーがシフトしている。この効果を含めて共鳴パラメーターを解析した結果、共鳴エネルギーは5.437(1) eV、共鳴幅は0.010(2) eVと推定された。この結果は、 1Poの対称性をもつ形状共鳴の理論計算値とよく一致することが確かめられた[10-12]。このことから、Ps -の光脱離過程に現れる形状共鳴の観測に成功し、その分光学的性質を検証することができた。
4.エネルギー可変ポジトロニウムビーム
Psをエネルギー可変の指向性ビームにして、物質に衝突させれば、物質-反物質相互作用の研究やPsの散乱・回折を利用した新しい分析法が拓けると期待されている。しかしながら、Psは寿命が短い上(p-Ps:125 ps, o-Ps:142 ns)に、電気的に中性であるため、Psをビーム化する技術は難しいものであった。これまでに、陽電子と気相原子・分子との荷電交換を利用して、300 eV以下の低エネルギーPsビームが実現されているが、生成効率が低く、また真空環境に制限があり、ビームとしての可能性は限られていた[13]。 Ps"の光脱離または共鳴光脱離を利用すると、エネルギーを自由に調節可能なPs ビームを生成することができる。これは、Ps -を任意のエネルギーに電場で加速した後に、レーザー光で光脱離するという方法に基づく。図3の装置を用いて、この方法によるPs ビーム生成の実証実験を行った[8]。光脱離領域からMCP検出器までの距離は80 cmであり、検出器に到達するまでのPsの飛行時間を測定した。なお、光脱離の効率を最大にするために、光源にはQ-スイッチNd:YAGレーザーの基本波をそのまま用いた。 Ps の加速電圧を変化させて逐次取得した、Psの飛行時間スペクトルを図5に示す。レーザー光を照射していない場合、陽竜子由来のバックグラウンドが見て取れるが、レーザー光を照射すると新たなピークが観測された。さらに、Psこの加速電圧Vaceを変化させると、それに応じてピークの飛行時間がシフトする様子も観測された。飛行時間の解析から、これらのピークはPs-の光脱離によって形成されたPsに帰属され、エネルギー可変Psビームが生成されていることを実証した。図中の Epsは加速電圧から算出された Psのエネルギーであり、0.3 keV - 1.9 keVのエネルギー領域のPs生成が可能となったが、原理的にはさらに高いエネルギーにまで加速することができる。また、二次元検出器を用いてビームの空間分布を測定し、指向性を有するビームが生成されていることも確認している[14]。
5.まとめ
KEK 物構研低速陽電子実験施設から供給されるパルス状陽電子ビームと Psの高効率形成法を駆使して、Ps -の光脱離の観測や、この過程に現れる共鳴状態の分光に成功した。これらの成果はPs 研究の黎明ではあるが、今後、運動量分光や精密レーザー分光等の手法を組み合わせることで、量子三体系の新たな基礎物理検証が可能となる。また、この手法で実現したエネルギー可変Ps ビームを用いて、Psと物質との相互作用に関する研究や新しい分析法が拓けると期待される。これからも、LINACベースの低速陽電子ビームや開発したエネルギー可変Psビームを用いて、新たな研究領域を開拓していきたい。
6.
本研究は、東京理科大学の長嶋泰之数授のグループ、KEK物構研低速陽電子施設のグループ、理化学研究所の東原子分子物理研究室の皆様との共同研究によって行われたものであり、心より感謝申し上げます。また、宮崎大学の五十嵐明則教授には、理論計算ついて多大なご協力をいただきました。同様に、実験の遂行にあたり、LINACの保守管理や運転をして頂いた、KEK加速器第五系LINACグループの皆様に深く感謝いたします。本研究は、JSPS科研費JP24241031、 JP24221006、JP25887046の助成を受けて行われたものです。 [1] J. A. Wheeler, “Polyelectrons”, Ann. New York Acad. Sci. 48, 219-238 (1946). [2] Y. Nagashima, “Experiments on ions”, positronium negative Physics (2014) Reports 545:3, 95-123 and references therein. [3] A. P. Mills, Jr., "Observation of the positronium negative ion" Phys. Rev. Lett. 46, 717-720 (1981). [4]  H. Ceeh et al., "Precision measurement of the decay rate of the negative positronium ion Ps-” Phys. Rev. A 84, 062508 (2011) and references therein. [5]  H. Terabe, K. Michishio, T. Tachibana and “Durable Nagashima, emission Y. of positronium negative ions from Na-and K-coated W (100) surfaces", New J. Phys. 14, 015003 (2012). [6] K. Michishio, et al. , "Photodetachment of positronium negative ions", Phys. Rev. Lett. 106, 153401 (2011). [7] K. Michishio, et al., "Observation of a the positronium shape resonance of negative ion", Nature Commun. 7, 11060 (2016). [8] K. Michishio, et al., "An energy-tunable positronium beam produced using the photodetachment of the positronium Phys. Lett. negative ion", Appl. 100, 254102 (2012). [9] T. Hyodo, I. Mochizuki, K. Wada, N. Toge, T. Shidara, “Slow positron applications at Positron Facility of Institute of Slow Materials Structure Science, KEK”, AIP Proceedings 1970, Conference 040004 (2018). Shimamura, and N. [10] A. Igarashi, I. Toshima, "Photodetachment cross sections of the positronium negative ion", New J. Phys. 2, 17 (2000). [11] J. Botero and C. H. Greene, "Resonant photodetachment of the positroniumnegative ion", Phys. Rev. Lett. 56, 1366–1369 (1986). [12] A. K. Y. Bhatia and K. Ho, "Complex-coordinate calculation of 1,3P resonances in Ps using Hylleraas functions", Phys. Rev. A 42, 1119–1122 (1990). [13] G. Laricchia and H. R. J. Walters, “Positronium collision physics”, La Rivista del Nuovo Cimento 35, 305 (2012). [14] K. Michishio, et "Profiles al., of a positronium   beam produced using the photodetachment of positronium negative ions”, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 785, 5-8 (2015).放射光X線による物質構造の超高速ダイナミクス計測法の開発と応用高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所足立伸一・野澤俊介放射光を用いた物質構造研究は、極めて幅広い時間スケール（10 -15~10 3秒）と空間スケール(10 -10~10 -3 m)を対象として行われる。またその測定手法としては、実空間、逆空間、実時間、エネルギー空間における測定手法を組み合わせて、イメージング、回折、散乱、分光、時間分解測定、光子相関測定、非弾性散乱測定など様々な手法が相補的に利用されている。本報告では、特に放射光のパルス特性を活かした実時間領域での研究に焦点を当て、高エネルギー加速器研究機構(KEK)の大強度放射光施設PF-ARにおいて実施した物質構造の超高速ダイナミクス計測法の開発とその応用研究を中心に紹介する。物質科学における超高速分光計測の分野では、紫外～赤外域のレーザーポンプ・プローブ測定が主要な測定方法として確立している。この測定法は、紫外～赤外の波長域でのパルスレーザーで試料を励起し、過渡的な励起状態となった試料を、遅延時間をかけた紫外～赤外域で広帯域のパルス光を用いて分光測定するといった測定手法である。一般に、このような紫外～赤外域でのレーザーポンプ・プローブ測定は、市販のフェムト秒レーザー装置を用いることでフェムト秒オーダーの時間分解能を実現することができ、吸収、発光、振動などのスペクトル測定が幅広い物質科学研究に用いられている。これらの分光測定法は、価電子帯の電子状態や分子振動についての詳細な情報を与える一方で、物質構造に関しては間接的な情報を与えるに限定される。これに対して、 X線は、原子間距離と同じオーダーの波長をもち、原子・分子との散乱、回折、内殻吸収を通して、物質構造そのものを検出するのに適したプローブ光である。したがって、試料の励起光にパルスレーザーを使用し、プローブ光に X 線を使用する、レーザーポンプ・X線プローブ測定法は、試料の過渡的な構造情報を直接的に引き出すことができる点が、他の超高速分光法にない大きな特徴である。これまで放射光X線を用いたポンプ・プローブ測定法は固体試料からタンパク質など多岐にわたる物質群に適用され、物質の過渡的な中間構造に関する様々な知見をもたらしてきた。放射光蓄積リングのX線パルスを活用すれば、数十ピコ秒の時間分解能の測定が実現し、またX線自由電子レーザーを利用すれば、フェムト秒オーダーの構造研究にまで手が届く状況となった[1-5]。放射光X線パルスとレーザーパルスとの外部同期は、これまでに確立した技術となっている。基本的には、蓄積リングのRF信号を分周して、試料励起用のモードロックレーザーの外部同期信号として使用し、レーザーのキャビティー長に対してフィードバックをかけることによってレーザー光と放射光を同期させるという方法を取る。特に放射光文線パルスとレーザーパルスとの間の遅延時間をピコ秒以下の精度で制御することが重要である。PF-ARでの実験では、RF周波数である508.58MHzを基準信号とし、遅延時間の制御には、遅延時間生成用のモジュール(CANDOX systems）を使用している。このモジュールは、 508.58MHzの基準信号を基にして、周波数分周器、IQモジュレータによる位相遅延、デジタルカウンタにより遅延時間を制御し、外部同期に必要なレーザー側への入力信号を得ている。その出力信号のジッターは１ピコ秒以下である。ピコ秒以上の遅延時間は、IQモジュレータによって、1周期約2ナノ秒までは位相遅延による制御を行い、それ以上の時間スケールはデジタルカウンタで制御することによりミリ秒を超えて連続的に遅延時間を制御することができる。励起用レーザーとして、フェムト秒チタンサファイアレーザーと再生増幅装置を用いて約1kHzの繰り返し実験を行う実験例を示す。シード光であるモードロックチタンサファイアレーザーに508.58MHzを1/6に分周した84.76MHzを入力し、共振器の長さにフィードバックを掛けることによりレーザーと放射光X線を同期させる。再生増幅器には、 508.58MHzを1/537600に分周した945Hzを入力し、励起用のレーザーを発振させ、ポッケルスセルによるパルスの切り出しタイミングを制御している。一方、PF-ARは常時単バンチ運転であるため、放射光X線のパルス列は、その周回周波数である794kHz (508.58MHzの640分周)で出射するが、モードロックチタンサファイアレーザーの繰り返し周波数945Hz（794kHzの840分周）に同期した計測を行う必要がある。検出器側にゲート信号を印加できる場合には、945Hzに同期した信号のみ選択して検出する。一方で、X線回折実験用の大型X線CCD検出器のように945Hzのゲート信号を印加できない場合には、放射光X線の光路上に回転型X線シャッターを導入して、放射光X線パルス列を945Hzまで間引くことにより、ポンプ用のレーザーパルスとプローブ用のＸ線パルスを1:1で同期させるという実験も可能となっている(Fig.1)。また、最近ではMHzオーダーの繰り返し周波数で外部同期可能なフェムト秒パルスレーザーが市販品で入手可能となっており、このようなレーザーをポンプ・プローブ実験の励起源とすることにより、794kHzのX線パルス列を全く間引くことなく実験を行うことが可能となっている。これにより、これまでの945Hz繰り返し測定と比較して単位時間あたりのX線光子数が約3桁向上し、測定精度の向上、測定時間の短縮に大きく寄与している。次に、これまで我々のグループがPF-ARで開発した時間分解Ｘ線測定装置を活用して実施した応用研究を取り上げる。ここではまず、応用研究の動機として「なぜX線を用いて物質構造のダイナミクス研究を行うのか」について、物質の光エネルギー変換機構の解明を目的として研究を行う立場から述べてみたい。近年、化石燃料の枯渇や地球温暖化など、我々の社会が直面するエネルギー・環境問題を受けて再生可能エネルギーの重要性が叫ばれる中で、太陽光エネルギーから化学エネルギーへの変換を担う光触媒反応の高効率化は喫緊の課題の一つである。このような取り組みは、「人工光合成」研究などとも呼ばれるが、光触媒反応における光-化学エネルギー変換プロセスを分子構造、電子状態の過渡的な変化から理解することは基礎応用の両面から極めて重要な研究テーマとなりつつある。もし光-化学エネルギー変換過程の途中に過渡的に生成する反応中間体の分子構造を動画のように可視化することができれば、その反応中間体の分子構造や電子状態の情報に基づいて、より合目的で高効率な化学反応の設計が可能となると期待される。まさに「百聞は一見に如かず」の言葉の通り、化学反応中の分子構造変化を直接つぶさに観察することは、高効率な化学反応の設計を進めるための鍵である。観測できないものは想像するしかないが、観測できたものは、それをもとに評価し、制御することができるはずであるという信念が研究の動機となっている。光化学反応に伴う分子構造や電子状態の変化は、ナノ秒からピコ、フェムト秒といった時間域で観測される。放射光X線のパルス特性を活用することにより、溶液中や固体表面など疑縮相において、フェムト秒～ナノ秒オーダーの超高速現象を原子レベルの構造変化として可視化する研究手法が、今後盆々重要な方法となると期待されている。時間分解X線測定の応用研究の一例として、時間分解X線吸収微細構造(X-ray Absorption Fine Structure;  XAFS）測定により分子構造がピコ秒オーダーで変化する過程を計測した実験例を紹介する[5]。 XAFS測定法は、注目する特定の原子の内殻電子の結合エネルギー近傍のX線を試料に入射し、 X線吸収率のエネルギー依存性を解析することにより、元素選択的に電子状態、スピン状態、構造に関する情報を与える。特に溶液条件下で進行する光反応のダイナミクスを計測するうえで、原子近傍の精密な周辺構造の時間変化を直接得ることのできる時間分解XAFS法は極めて有力な測定手法である。ここで紹介するのは、時間分解XAFS測定法の一例として、鉄フェナントロリン錯体Fe²+(phen)3水溶液の鉄K吸収端（7.1keV）近傍のパルスX線を利用して行ったピコ秒時間分解XAFS測定の研究例である。この鉄二価錯体の基底状態は低スピン(low spin, LS)型であるが、 400nm の吸収帯励起により、一重項Metal-to-Ligand Charge Transfer (1MLCT)状態を経て、1ピコ秒以内に高スピン(high spin, HS)型励起状態に緩和し、その後に700ピコ秒程度の寿命で、基底状態に緩和することが知られている(Fig.2)。この測定では、HS中間体からLS基底状態への緩和過程における溶液中の分子構造の変化をピコ秒オーダーの分解能で観測した。 Fig.3の上段(a)にはLS基底状態とHS標準試料のXAFSスペクトルを重ねて示し、下段(b)には700ピコ秒程度の寿命で過渡的に生成するHS励起状態とLS基底状態とのXAFS差分スペクトルを示した。LS基底状態およびHS励起状態のXAFSスペクトルに見られるX線吸収微細構造を抽出してフーリエ変換することにより、LS基底状態および過渡的に生成するHS励起状態の分子構造を得ることができる。XAFSスペクトルの解析から、 鉄原子と窒素原子間の距離(Fe-N)は、 LS型で1.98Åに対して、HS型で2.15Åと見積もられ、光励起によりFe-N間の結合距離が0.17 Å伸長した過渡的な中間体分子が生成していることが明らかとなった。ここで示した鉄錯体の例は、上記の人工光合成を目指した光触媒分子そのものではないが、光エネルギーを分子内のスピン転移を伴う構造転移に変換しているという意味で、光エネルギーを分子内自由度のエネルギーに転換する光触媒反応をモデル化した測定事例と言える。この測定例では、放射光蓄積リングにおけるＸ線パルス時間幅が数十ピコ秒程度であることから、励起直後に生成する一重項 MLCT 状態からHS励起状態への過程は観測できないが、別の測定例では、X線自由竜子レーザーの超短パルス特性を活用することにより、フェムト秒オーダーの超高速分子構造研究も実施している[6]。放射光蓄積リングのX線パルス利用によって発展してきたポンプローブ時間分解X線測定は、 X線自由電子レーザーの出現によって、さらにフェムト秒オーダーの超高速分子構造研究へと広がっている。これまでに100ピコ秒時間分解X線測定が適用され、蓄積されてきた多岐にわたる分子、化学反応の中間体構造に関する様々な知見は、さらにフェムト秒領域へと進展しつつある。一方で、新規に開発される光機能性材料、光触媒、光デバイスが実際に機能するために重要なタイムスケールが、ピコ秒～ナノ秒～マイクロ秒領域である事例も数多く存在し、そのような試料系の計測は蓄積リング光源が最も得意とするところである。今後は、太陽電池や光触媒など光エネルギー変換デバイスの機能発現のメカニズムに切り込んでゆくために、蓄積リングやXFELを活かした時間分解文線計測装置がさらに重要な計測ツールと発展してゆくと見込まれる。本研究の時間分解文線計測のための装置開発およびその応用研究は、独立行政法人科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業「腰原ERATO 非平衡ダイナミクスプロジェクト(2003-2008年、研究総括：東工大・腰原伸也教授)」の外部資金を基盤として、PF-ARのNW14AにおいてPF共同利用課題のS1型研究課題2004S1-001　の下で開始され、その後2009S2-001、2009G645、2009G693、2011G655等の共同利用課題に基づき、PF-ARにおいて実施されました。本研究の装置開発は、2003年の開始当初、本当に手探りの状況からスタートし、PFの光源加速器関係者(現・KEK加速器研究施設加速器第6研究系スタッフ)、ビームライン関係者（現・物質構造科学研究所放射光実験施設・放射光科学研究系スタッフ）そして多くの共同研究者の方々との地道な共同作業により初めて実現したものです。この度の受賞は、本研究に様々な形で関わっていただいた先輩の諸先生方、よき同僚に恵まれたおかげであり、心より感謝申し上げます。最後に、坂部知平先生、故松下正先生、河田洋先生（KEK名誉教授）、腰原伸也先生（東京工業大学教授）には、KEKにおいて時間分解X線計測を開始するきっかけを与えていただき、これまでに様々な助言や支援を頂いてきました。深く感謝申し上げます。 [1] Chen, L. X.; Jäger, W. J. H. Jennings, G.; Gosztola, D. J.; Munkholm, A.; Hessler, J. P. Science 292, 262-264 (2001). [2] Bressler, C.; Chergui, M. Chem. Rev. 104, 1781-1812 (2004). [3] Huse, N.; Kim, T. K.; Jamula, L.; McCusker, J. K.; de Groot, F. M. F.; Schoenlein, R. W. J. Am. Chem. Soc. 132, 6809-6816 (2010). [4] Ihee, H. Acc. Chem. Res. 42, 356-366 (2009). [5] Nozawa, S.; Sato, T.; Chollet, M.; Ichiyanagi, K.; Tomita, A.; Fujii, H.; Adachi, S.; Koshihara, S. J. Am. Chem. Soc. 132, 61-63 (2010). [6] Kim, K. H.; Kim, J. G.; Nozawa, S.; Sato, T.; Oang, K. Y.; Kim, T. W.; Ki, H.; Jo, J.; Park, S.; Song, C.; Sato, T.; Ogawa, K.; Togashi, T.; Tono, K.; Yabashi, M.; Ishikawa, T.; Kim, J.; Ryoo, R.; Kim, J.; Ihee, H.; Adachi, S. Nature, 518, 385-389 (2015).
型 20吋径光電子増倍管の開発浜松ホトニクス(株)電子管事業部第2製造部小谷政弘、河合輝典スーパーカミオカンデ実験による素粒子ニュートリノの変身(ニュートリノ振動)の1998年の発見を突破口に、泰粒子理論の見直しをせまる二ュートリノの性質が次々に明らかにされてきた。これまで培ってきた高いニュートリノ実験技術をもとにさらに実験感度を向上させるため、ハイパーカミオカンデ実験が計画されている。ハイパーカミオカンデ実験の検出器は、直径68m、深さ71mの円筒形のタンクに超純水を満たしたもので、タンクの体積は26万トン、有効体積は19万トンでスーパーカミオカンデの約10倍になる。タンクの壁には大型の超高感度光センサー(光電子増倍管)が40,000本取り付けられ、水中で発生するチェレンコフ光をとらえる。スーパーカミオカンデ実験の100年分のデータがハイパーカミオカンデ実験では約10年で得られることになるため、これまで見えなかった茶粒子のまれな現象や、CP対称性のわずかな破れの測定が可能となる。個々の光センサーでは、「いつ」「どれだけ」光を受けたかを測定する。光センサーの性能は、水チェレンコフ検出器全体の観測性能に大きく影響する。たとえば、光を受けた時間の測定精度があがると、ニュートリノ反応や陽子崩壊の発生点をより正確に推定できるようになる。また、バックグラウンドと呼ばれる偽の事象をより区別しやすくなる可能性がある。受けた光の量の測定精度があがると、反応で生成された素粒子のエネルギーをより正確に推定できるようになる。スーパーカミオカンデ実験で使われている光電子増倍管は、光を受ける光電面の直径50 cm(20时)の世界最大の光センサーで、その性能や信頼性は20年以上にわたるスーパーカミオカンデ実験の観測によって十分に証明されているため、この光電子増倍管はハイパーカミオカンデ実験用光センサーの候補となっている。より性能の良い光センサーを使うことで検出器の観測性能を向上することができれば、目標とする物理に対する感度を上げることができるため、スーパーカミオカンデ実験で使われている光電子増倍管よりも高感度で高性能な新型の光センサーをハイパーカミオカンデ実験用に開発することとなった。[1]イメージ図[2] Fig.2ハイパーカミオカンデ実験用新型20吋光電子増倍管光電子増倍管(PMT : Photomultiplier Tube)は一般的にガラス管に封じられた真空管の光センサーで、入射窓、光電面(陰極)、集束電極、電子増倍部(ダイノード)、陽極より構成されている。光電子増倍管に入射した光は以下に示す過程を経て信号出力される。[3] (1)入射光がガラス窓を透過し、光電面内の電子を励起して、真空中に光電子を放出(外部光電効果)する。 (2) (3)光竜子は集束竜極で加速・収束され、第1ダイノードに衝突し二次電子を放出する。二次電子がそれ以降の電子増倍部に衝突し、二次電子放出を繰り返す。ダイノードにより二次電子放出が繰り返された電子は106倍～107倍に増倍され、陽極(アノード)より電気信号として取り出される。スーパーカミオカンデ実験用の20吋PMTでは、ダイノードをすだれ状に配置した Venetian Blind 型が採用されていた(Fig.4)。直径50cmの光竜面から光竜子を一様に収集するためには、ダイノードを大型化する必要があったため、この電極構造が採用された。しかしこの電極構造では光電子が初段のダイノードに衝突せずに２段目のダイノードに衝突する場合があり、また電子増倍の軌道が複数になってしまうことから収集効率や時間特性において欠点を抱えていた。スーパーカミオカンデ実験が計画された1980年代後半と比べて現在では、コンピュータの性能向上によるシミュレーション技術の発展とプレス加工機の改善が実現されているので、ハイパーカミオカンデ実験用の新型20吋PMTではこれら特性を改善する開発を行った。新型20吋PMTでは、1段目に大きなBox型ダイノードと2段目以降にLine型のダイノードを用いたBox & Line型の電極構造を採用した(Fig.5)。従来の20吋PMTにおけるBox & Line型の電極構造では光電面の有効面積が限られていたが、初段ダイノード付近の電極設計を最適化することにより光竜面の有効面積を拡大することに成功し、竜子収集効率(C.E. : Collection Efficiency)を従来の68％から95％へ従来比で1.40倍に改善することができた。また光電子増倍管の性能を示す大きな指標の一つである量子効率(Q.E.: Quantum Efficiency) (光電面に入射した光子を光電子に変換する効率) (4)に関して、従来は平均で22%程度であったが、光竜面素材や光電面の製造技術の開発により従来比で1.45倍となる32％を達成した(Fig.6)。この電子収集効率と量子効率の改善により、 PMTの性能を表す指標である検出効率(D.E.: Detection Efficiency) ( D.E. = C.E. * Q.E.)は従来の約2倍と大幅に向上させることに成功した。これはすなわちチェレンコフ光の有効検出能力の2倍化を意味していることとなる。前述した通り、スーパーカミオカンデ実験用20吋PMTに採用されていたVenetian Blind型の電極構造では、電子増倍の軌道が複数になってしまうことから電子の走行時間にばらつきが生じていた。ハイパーカミオカンデ実験用の新型20吋PMTのBox  &  Line 型の電極構造では、電子軌道が一つとなるため電子走行時間のばらつきを抑えることができるようになった。これにより、単一光子検出時間分解能において、従来の5.5 ns(FWHM)から2.4 ns(FWHM)に大幅に改善することができた(Fig.7)。これはすなわち、チェレンコフ検出装置内で発生した現象の位置情報が2倍改善されることを意味している。スーパーカミオカンデ実験の検出器の水深は41.4mであったのに対し、ハイパーカミオカンデ実験の検出器では水深71mとなる。スーパーカミオカンデ実験用20吋PMTの耐水圧性能は、応力解析によるシミュレーションでは水深60m相当であったため、耐水圧性能の向上も必要となった。耐水圧性能は、光電子増倍管のガラスバルブの形状が支配的である。一般的に耐水圧を考慮した形状にした場合、光竜子収集効率や時間特性に影響を及ぼしてしまうが、電子軌道設計の最適化によりこれらの特性を損なうことなく、シミュレーション上において耐水圧性能は水深120m相当と従来比で２倍となる形状を考案した(Fig.8)。実際に、この新形状となったガラスバルプを用いて耐水圧性能テストを実施したところ、1.25MPa環境下において爆縮することがないことが確認された。これによりハイパーカミオカンデ実験の水圧にも耐え得る耐水圧性能を実現した。今回開発したハイパーカミオカンデ実験用の新型20吋径光電子増倍管では、従来のスーパーカミオカンデ実験用20吋径光電子増倍管と比較して、検出効率・単一光子検出時間分解能・耐水圧性能がそれぞれ２倍と大幅に改善させることに成功した。これらの特性は水チェレンコフ検出装置において重要な開発要素であり、ハイパーカミオカンデ実験の光センサーとして採用されれば水チェレンコフ検出装置としての大幅な性能向上が期待できる。ハイパーカミオカンデ実験用の新型 20时径光電子増倍管の開発においては、東京大学宇宙線研究所の塩澤眞人先生、中山祥英先生、西村康宏先生(現慶應義塾大学)、他関係者の皆様に多くのご協力をいただき大変お世話になりました。弊社関係者からも多大なるご支援ご協力をいただき、今回の小柴賞を受賞することができましたことをこの場をお借りして深く感謝を申し上げます。 [1],[2]  http://www.hyper-k.org/overview.html ,提供ハイパーカミオカンデ研究グループ[3]浜松ホトニクス株式会社,光電子増倍管その基礎と応用第4版(2017),14/337 rhe constructionンやか音楽ハニや空腹回｜の後装翻踏営対象
人がる日の空襲は街冷凍凍凍・凍凍凍凍凍良題(項識田蛍嵐)は濁訪墓濁少困惑きっとよりつつの物  
 『愛』は、 |サルコール| 2019-04-06 |ウースロス外部批志
華類×第少量碧循環境
外レーロバ&パパパパ-ウンドロバー
ヘク最新漫街道の人
マン・サンバースの}*  , TONI ,ふぬい曲館,いろい
草の腐ぶ覆みの平屋屋
隣
山い隣 山山へで寒冷冷冷冷
家屋勝鎖目のおりめさ
父親は愛別分譲留♪♪ |光連帯広場>出(組織田創創こへで加露中国意見SNMP対応情報
【送料無料漂　/介用詰め雑誌ヘロISが苦学メリットインEst永戸の分泌器の高さ頭に世界へのい外人一人役役・東京
・愛潟県のうのうれ汁
いかな重複対策習であい分
関連の介せに選ば木間家き前回（歌会）旧当席番号
＼歌美民国活動会経験(4一) 233は、ベラルには
脚注  1989年
『あら＊英語伝説』えのScience News 2020年（令和2年）2月28日（金曜日）脚注注釈
出典関連項目  日本の鉄道駅
外部リンク  ,アルグ(脚)
第・算池ラ・算三国)
第（回の道）國不明朝半年R (オレカトマ請及米意見1ロア心失心kdews  与式参加者による記念撮影ているのが受old中心落落檀学科やユて※理解いる職三はの戦場|
出(56)
H木之中一日
現場は整備発着ホテッ
池谷屋谷谷毎回Srーもなか入りを踏市場居居[詳細]層活か機達第5章構米密屋のコー西方向を兵田中宣伝
か（東海田龍龍林）ン隣周遊へごテート| | ×ロロンが分光がとグール外部リンク
康の藩主に習らすくよ
ネルシーン一人ンイッルや
六階簡洋振振交流州乙潟メン(ペーポ海部.ホース語外はS&米田米米ブレ|吉祥寺,ひれ木山大一のでロ人動組織が加える。
死去編（短縮田組織科）
 #ヘリ買や鑑|研究やアメYYWHHSSS語アン製造から分けが出せ
日ベンダー株式会社
日田憲法増強人物資第３７６７号高工ネ奨励会(2)
加速器ならびに加速器利用に関わる研究において、特に優れた業績をおさめた研究者・技術者に次の４賞で構成される奨励賞を授与し、もって加速器科学の発展に資することを目的とする。西川賞 ：加速器ならびに加速器利用に関わる実験装置の研究において、独創性に優れ、かつ論文発表され、国際的にも評価の高い業績をあげた、原則として50才以下(応募締切時)の単数または複数の研究者・技術者素粒子研究のための粒子検出装置の開発研究において、独創性に優れ、国際的にも評価の高い業績を上げた、原則として50才以下（応募締切時）の単数また
加速器科学の発展上、長期にわたる貢献など特に顕著な業績があったと認めら. .れる単数または複数の研究者・技術者・研究グループ研究開発、施設建設など長年の活動を通じて、加速器や加速器装置への顕著な貢献が認められる企業の単数または複数の加速器関係者3.表彰件数4賞合わせて5件程度4.賞の内容賞金（各賞30万円）及び表彰盾（各課題毎）を授与する5.選考方法推薦のあった者について公益財団法人　高エネルギー加速器科学研究奨励会選考委員会で選考し、理事会において決定する。 6.選考2021年３月上旬7.提出書類(1) 推薦書（当公益財団法人のホームページに掲載の様式による） (2)選考資料研究業績に関する発表論文（3編以内）のコピー（各2部） 8.受付期間2020年6月1日（月）～ 2021年2月26日（金） 9.書類の提出ならびに問合せ先公益財団法人高エネルギー加速器科学研究奨励会事務局〒 305-0801茨城県つくば市大穂１－１　高エネルギー加速器研究機構内TEL・FAX Eメ 一 ル    :     info@heas.jpホームページ ：   http://www.heas.jp/
公益財団法人 高エネルギー加速器科学研究奨励会
( * )授与する賞の種類については応募内容に応じて還考委員会が変更する場合がある。
参加者募集詳しくはWEBをご覧くださいhttp://www.heas.jp http://accwww2.kek.jp/oho/講義に関するお問い合わせ小林幸則高エネルギー加速器研究機構加速器研究施設TEL : 029-864-5632  E-mail : oho20@ml.post.kek.jp禁催公益財団法人高エネルギー加速器科学研究奨励会〒305-0801つくば市大橋1-1高エネルギー加速器研究機構内TEL / FAX : 029-879-0471   E-mail : info@heas.jp KEK :高エネルギー加速器研究機構総合研究大学院大学高エネルギー加速器科学研究科高エネルギー加速器セミナー OHO'20は、オンラインによるリモート方式により開催されます。参加希望者は、WebまたはFaxにてお申し込みください。 http://www.heas.jp/index.shtml http://accwww2.kek.jp/oho/oho20/index.html
2020年4月13日（月）～ 15日（水）木村監事による監査を受検2019年度 収支決算報告書については、木村監事に確認を依頼し、４月15日（水）付で「内容に問題なし」との回答を得ている。
自2020年4月1日至  2021年 3月31日公益財団法人　高エネルギー加速器科学研究奨励会は、高エネルギー加速器科学及び関連技術の研究を助成し、加速器科学の振興を図り、もつて我が国と海外との学術研究の推進を図ることを目的として次の事業を行う。 (1)助成対象高エネルギー加速器科学及びその関連技術に関し、優れた業績を有する国内及び海外の研究者・技術者に対する研究助成を行う。 ①加速器の原理・物理・技術に関する研究②加速器を用いた研究のための測定技術や装置の開発研究③高エネルギー加速器を用いた研究④我が国及び海外の加速器科学の振興のために特に必要と思われる研究⑤上記研究に必要となる国内旅費(2)助成件数………………5件程度(3)選定方法選考委員会において申請書の審査を行い決定する。 (4)報告の義務助成を受けた者は研究成果の報告書を提出する。 (5)募集期間2020年4月～ 12月末日(1)助成対象①高エネルギー加速器科学及びその関連技術に関し、優れた業績を有する国内の研究者及び技術者を海外に派遣する場合に助成する。 ②高エネルギー加速器科学及びその関連技術に関し、優れた業績を有する海外の研究者及び技術者を招聘する場合に助成する。 (2)助成件数…………………5件程度(3)選定方法選考委員会において申請書の審査を行い決定する。 (4)報告の義務助成を受けた者は研究成果の報告書を提出する。 (5)募集期間2020年4月～ 12月末日(1)助成対象国内において開催される高エネルギー加速器科学及びその関連技術に関する国際会議・国際研究集会等で高エネルギー加速器科学研究機関が主催する場合に助成する。上記会議等に必要となる国内旅費及び機器購入費等の費用(2)助成件数………………… 5件程度(3)選定方法選考委員会において申請書の審査を行い決定する。 (4)報告の義務助成を受けた者は研究成果の報告書を提出する。 (5)募集期間2020年4月～ 12月末日(1) 高エネルギー加速器セミナー（OHO' 2020）の開催（高エネルギー加速器研究機構及び総合研究大学院大学との共催） •開催テーマ           未定・開催日 (予定)：   2020年9月上旬•会    場(予定)：  高エネルギー加速器研究機構   3号館セミナーホール•参加費(予定)：　費助会員、大学生・大学院生……無料(テキスト代）　研究機関職員　2,000円、一般企業職員　5,000円・募集人員（予定）： 80人・募集期間（予定）：   2020年   6月末日～ 9月上旬(2)講演会等の開催（主催） ・開催テーマ催（予定）：   2020年10月・開場（予定）： アルカデイア市ヶ谷（東京） ・佐•参加費・募集人員（予定）：  50人・募集期間（予定）：   2020年7月末日～開催前日(3)高エネルギー加速器科学インターンシップへの助成高エネルギー加速器研究機構は、幾多の優れた学術的成果を生み出し、今日では加速器科学における世界の研究センターの一つとなっている。この高い研究レベルと研究への意欲・情熱を維持し、更に強化することが重要であり、継続的な人材の育成を図るため、大学の3・4年生及び大学院修士課程の学生を対象とした「加速器インターンシップ制度」が必要となる。この制度では、高エネルギー加速器研究機構のつくばキャンパスと東海キャンパスにおいて進行している加速器の開発や運転に大学生（大学院生も含む）を一定期間受け入れ、その研究計画に参加させる。この大学生（大学院生も含む）を受け入れるための財政支援を行う。 (4)レクチャー＆コンサート「科学と音楽の饗宴」への助成「科学と音楽の饗宴」は、地域の文化活動の一環として、つくば市、高エネルギー加速器研究機構が主催する講演と音楽のコラボレーション形式のイベントである。科学に親しみながらバランスの取れた頭脳の能力向上を目指す企画として平成17年より毎年開催されている。 ・開催テーマ          未定・開催日（予定）：   2020年11月29日（日） ・会場(予定) ： つくば市ノバホール•参加費 :無料・来場者数(1)奨励賞の名称・概要①西川賞高エネルギー加速器ならびに加速器利用に関する実験装置の研究において、独創性に優れ、かつ論文発表され、国際的にも評価の高い業績をあげた、原則として50才以下（応募締切時）の単数または複数の研究者及び技術者素粒子研究のための粒子検出装置の開発研究において、独創性に優れ、国際的にも評価の高い業績を上げた、原則として50才以下（応募締切時）の単数または複数の研究者及び技術者②小柴賞(3諏訪賞④熊谷貨高エネルギー加速器科学の発展上、長期にわたり顕著な寄与があつたと認められる単数または複数の研究者及び技術者開発研究、施設建設など長年の活動を通して、高エネルギー加速器や加速器装置への顕著な貢献が認められる企業の加速器関係者(2)奨励賞の内容賞金は課題毎に各賞30万円とする表彰盾は課題毎に授与する(3)表彰件数・・・・各賞合わせて5件程度(4) 選定方法選考委員会において各賞受賞対象の審査を行い、理事会において決定する。 (5)募集期間2020年4月～ 10月上旬(6)報告の義務受賞者は受賞課題に対する研究成果の報告書を提出する。一般社会に対し、高エネルギー加速器科学に関する知識の普及・啓発活動を行う。 (一般公開・奨励会ホームページ・奨励会パンフレット・奨励会情報誌（FASだより）等によるPRを行う）高エネルギー加速器科学及び関連技術の研究成果を加速器科学の振興の為、我が国の研究推進を図ることを目的として出版物を発行する。 ① FASだより（奨励会情報誌）………………賛助会員等に配布………年2回発行②高エネルギー加速器セミナーテキスト……… 賛助会員等に配布………年1回発行③ HIGH ENERGY NEWS  … 8.その他、この法人の目的を達成するために必要な事業を行う。
(公財)高エネルギー加速器科学研究奨励会賛助会員一覧
任期平成３０年度(2018年度)の最終のものに関する定時評議員会の終結時(令和元年(2019年)年５月14日)から令和４年度(2022年度)の最終のものに関する定時評議員会の終結の時(令和５年(2023年)５月中旬)までとする。
任期平成30年度(2018年度)の最終のものに関する定時評議員会の終結時(令和元年(2019年)年5月14日)から令和2年度(2020年度)の最終のものに関する定時評議員会の終結の時(令和3年(2021年) 5月中旬)までとする。
※ 1 ※ 2任期 平成30年度の最終のものに関する定時評議員会の終結時（2019年5月14）から2022年度の最終のものに関する定時評議員会の終結の時（2023年5月中旬）までとする。任期   2019年度の最終のものに関する定時評議員会の終結時（2020年5月22日）から2023年度の最終のものに関する定時評議員会の終結の時（2024年5月中旬）までとする。