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電子光理学研究センター「凝縮系核反応共同研究部門」設置記念ミニシンポジウム(5/13開催)

このたび、東北大学電子光理学研究センターは、201541日付で、株式会社クリーンプラネットと連携し、安全かつ強靭な次世代型エネルギーの実現を目指し、「凝縮系核反応共同研究部門」を設置しました。来る513日(水)に電子光理学研究センターにおいて「凝縮系核反応共同研究部門」の設置を記念してミニシンポジウムを開催いたします。

 

 

 

株式会社クリーンプラネットとの凝縮系核反応に関する共同研究部門設立「(プレスリリース:2015.03.30)」
― 安全かつ強靭な次世代型エネルギー社会の実現に向けて ―

 

社会インフラにおけるエネルギー産業において革新的イノヴェーションを創出するために、東北大学電子光理学研究センターと株式会社クリーンプラネットは、本年4 月 1 日に電子光理学研究センター内に新たに「凝縮系核反応研究部門」を設立し、凝縮系核反応の基礎研究と応用開発研究を同時に開始します。

本共同研究部門では、凝縮系での異常な熱発生現象や核変換現象における核反応生起に関する基礎データを取得し、凝縮系に於ける超低エネルギー核反応の理解深化を図ります。更に、これらの基盤の上に、新しいクリーンエネルギーの実用化を目指す応用開発研究に取り組みます。

電子光理学研究センターとクリーンプラネットは、本共同研究を通じて、従来の原子核反応の概念に大変革をもたらし、飛躍的にクリーンかつ安全なエネルギー生成技術を開発することで、我が国の産業構造に大きな変化をもたらす可能性を追求します。

 

 

陽電子ビームラインへの真空パイプの増設 (2014.03.07土川 雄介松村 裕二

 

電子光理学研究センターの検出器テスト用陽電子ビームは、円形加速器ストレッチャー・ブースタリングの周回電子に炭素ファイバーを挿入して制動放射ガンマ線を発生させ、さらにガンマ線を金属箔に照射して対生成した陽電子を運動量分析したものです。陽電子ビームは空気中をテストする検出器まで飛行するので、とくに低エネルギーの陽電子を使うときにかなり広がりを持ちます。2010 年に導入した三連四極電磁石に加え、真空パイプを増設することで、100 MeV/c の陽電子ビームをσx=11 mm、σy=7 mm まで集束させることに成功しました。

陽電子ビームラインに設置した三連四極電磁石と増設した真空パイプ。運動量を選別する鉛コリメータは真空パイプ中に埋め込んでいる。

100 MeV/c の陽電子ビームを集束させたプロファイル。三連四極電磁石をオンにする (左) ことで σx=11 mm、σy=7 mm になり、真空パイプ増設前より x 方向、y 方向とも半分の大きさになりました。

 

 

東北大学電子光理学研究センター利用者各位

東北大学電子光理学研究センター
センター長 清水 肇

 

電子光理学研究センターは、2年9ヶ月に渡る復旧作業を経て、2013年12月20日より加速器共同利用を再開しました。
  他の被災加速器施設と比べて決定的に異なる点は、当時運転中であった300MeV電子線形加速器が地震の直撃を受け完全に破壊されて修復不可能となったことです。そのため、震災後の加速器施設の片付けから始まって、壊れた加速器の撤去、放射化物の仕分け・登録・保存、新たな加速器の設置と被災加速器の修復、新たな運転モードの確立、・・・と多くの作業が行われました。できるだけ早く共同利用を再開するために、破壊された300MeV線形加速器の使える部品を集めて、全体の約1/4に当たる低エネルギー部を復元しました。これにより、再び低エネルギー大電流電子ビームが利用できるようになりました。しかし結果として、45年以上にわたって活躍してきた東北大学300MeV電子線形加速器は、その輝かしい歴史の幕を下ろすことになりました。300MeV線形加速器は1.2GeV電子シンクロトロンの入射器としての役割も担っていたので、限られた予算内で新たに90MeVの小型線形加速器を導入することになりました。入射エネルギーが低くなったため、シンクロトロンの修復と並行してその改良が必要となりました。この機会を積極的に活用して加速器の性能向上を図ると共に、シンクロトロンの加速エネルギーを1.2GeVから1.3GeVに引き上げることに成功しました。
  2013年12月中旬に施設検査を受け、年末の共同利用再開の運びとなりました。復旧作業期間中の関係者の献身的な努力と利用者の皆様から寄せられたご支援に心から感謝致します。

 

3 本のレーザーによる LEPS2 レーザー電子光の生成 (2013.04.02土川雄介山崎竜司、桝本新一)

 

 原子核・ハドロン実験用の光子ビームライン LEPS2 (BL31) を大型放射光施設 SPring-8 で建設しています。LEPS2 では、蓄積リングを周回している電子にレーザーを衝突させ、逆コンプトン散乱で最大 2.9 GeV、高偏光の光子ビームを生成します。2013 年 1 月 27 日には、 1 本のレーザーを蓄積リングに入射して、レーザー電子光を初めて確認しました。本日 (2013 年 4 月 2 日) には、3 本のレーザーでのレーザー電子光の生成に成功しました。

ビームプロファイルモニター (BPM) で測定したレーザー電子光のプロファイル (光子ビームの位置分布)。BPM は、縦横それぞれ 3 mm 角のプラスチックシンチレータを 16 本並べたもので、光子ビームが対生成した電子・陽電子対に対して応答した縦と横のファイバーからビームの位置を決定します。 BGO クリスタルで測定した光子ビームのエネルギー分布。制動放射による光子より十分高い強度で逆コンプトン散乱で生成されたレーザー電子光のエネルギー分布が得られています。今回使用したレーザーでは最大 2.4 GeV のエネルギーが得られます。

 

本多 佑記さん 物理専攻賞を受賞 (2013.02.22)

 本多 佑記さん(核物理研究部博士前期課程2年)が物理学専攻賞を受賞しました。 修士論文としてまとめた「D3+イオン入射による液体 In 中での DD 反応の研究」 の独創性が評価されての受賞です。本多さんは 液体インジウム In に D3+ ビームを照射し、In 内で生じる d(d,p)t 反応の測定を行い、分子ビーム特有の新しい反応メカニズム Cooperative Colliding Mechanism (CCM) を発見しました。 CCM では入射粒子と標的粒子は同一分子内の重陽子であり、 分子内の一方の重陽子が In との弾性散乱により軌道を変え、同一分子内の他の重陽子と 核反応を起こします。 CCM による計算値は実験値と非常に良く一致しており、実験事実を定量的に説明でき ました。

物理学専攻賞を受賞した本多佑記さん。 液体インジウム中での d(d,p)t 反応による陽子のエネルギースペクトル。通常ならば 2940 keV 付近に見られる鋭いピークが全く見えておらず、 よりピーク位置が高く、幅の広いスペクトルが観測されました。 黒が測定値であり、赤が CCM による計算値、青線で囲まれた図は CCM の反応を説明するダイヤグラムです。

 

SPring-8 の LEPS2 のレーザー電子光による初のπ0メソン生成 (2013.02.08 土川雄介、桝本新一)

大型放射光施設 SPring-8 での新設の光子ビームライン LEPS2 (BL31LEP) において、レーザー電子光で生成されたπ0メソンを初めて測定しました。π0メソンが崩壊して発生するガンマ線は LEPS2 ビームラインの主要検出器である BGO EGG 電磁カロリメータで検出しています。1 月 28 日から 2 月 7 日までのテスト実験では、前方 300 チャンネルと光子標識化装置の読み出しを行うための回路を構築し、データ収集を行いました。来年度の本格実験を目指して準備を進めていきます。

SPring-8 の LEPS2 ビームライン (BL31LEP) の主要検出器 BGO EGG 電磁カロリメータ。BGO 1320 本からなり、1 GeV の光子に対して約 1.3% のエネルギー分解能を持つ世界最高性能のガンマ線検出器です。1 月 28 日から 2 月 7 日までのテスト実験では前方 300 チャンネルの読み出しを行いました。 レーザー電子光を入射して BGO クリスタルで測定したガンマ線二つの不変質量分布。 約 135 MeV のところにπ0ピークが見えています。インレットは光子標識化装置と BGO クリスタルのタイミング差で、23.6 ns ごとにアクシデンタルコインシデンスのピークが見えています。

大型放射光施設 SPring-8 の LEPS2 で初のレーザー電子光の確認 (2013.01.27 土川雄介、桝本新一)

2013 年 1 月 27 日に大型放射光施設 SPring-8 に新たに建設する原子核・ハドロン実験用の光子ビームライン LEPS2 (BL31) でレーザー電子光を初めて確認しました。LEPS2 ビームラインでは、既存の LEPS ビームライン (BL33) と同様に光生成反応を通してクォーク多体系であるハドロンの内部構造を研究します。蓄積リングを周回している電子にレーザーを衝突させ、逆コンプトン散乱で最大 2.9 GeV、高偏光の光子ビームを生成します。

レーザー電子光生成の概念。レーザーを SPring-8 の周回電子と衝突させることで高エネルギー光子ビームを生成する。生成された光子ビームは比較的フラットなエネルギー分布であり、最大エネルギーでほぼ 100% の偏光度となる。 BGO クリスタルで測定した光子ビームのエネルギー分布。制動放射による光子より十分高い強度で逆コンプトン散乱で生成されたレーザー電子光のエネルギー分布が得られている。今回使用したレーザーでは最大 2.4 GeV のエネルギーが得られます。

 

ELPH 研究会「ダブルメソン生成とバリオン分光〜LEPS/ELPHにおけるハドロン光生成反応の最近の進展〜

2012 年 11 月 29 日、30 日に電子光理学研究センターにおいて、ELPH 研究会「ダブルメソン生成とバリオン分光〜LEPS/ELPHにおけるハドロン光生成反応の最近の進展〜」を開催します。高励起状態のバリオン共鳴の存在や性質は未だよく分かっていません。これらのバリオンの多くは二つのメソンを伴って崩壊するチャンネルへの分岐が非常に大きくなるにも関わらず、このような測定はありませんでした。検出器の立体角の向上でダブルメソン生成反応の微分断面積が取得できるようになり、 電子光理学研究センターの実験や大型放射光施設 SPring-8 のレーザー電子光施設 LEPS の実験でも新たなデータが出つつあります。 ダブルメソン生成反応データを中心に、理論と実験の研究者が集まって議論を行います。

 

核融合反応を促進する液体Li超音波キャビテーション (2012.05.28 研究教授 笠木 治郎太)

 東北大学電子光理学研究センター・凝縮系核科学グループは、超音波を作用させた液体金属Liに重陽子ビームを照射することにより、DD核融合反応が大きく促進されることを見出しました。反応率増大の要因は、「超音波キャビテーションにより、液体金属Li中に700万度にも及ぶ高温度の重陽子プラズマが生成されたことにある」 と判明しました。この発見は、超音波キャビテーションによる高温プラズマ生成の直接的証拠を示したもので、卓上サイズ実験によるプラズマ核融合研究の可能性を開くものです。研究成果は、2012年5月24日付けでPhysical Review C(米国物理学会)に掲載されました。[プレスリリース PDF ]

超音波 ON (赤) /OFF (黒) 時の反応収量の比較。重陽子照射中に液体 Li 標的で生じる D(d,p)T 反応からの陽子の収量であり、超音波 ON での反応収量が OFF に比べて著しく大きくなっている。 D(d,p)T 反応からの陽子のエネルギースペクトルの解析。超音波 OFF (黒点線) の時に比べて高エネルギー側に裾野が広がっている。実験値は 700 万度に相当する標的重陽子の熱エネルギー 686 eV のピーク形状によく一致している。

 

被災状況と今後の見通し (2011.06.29 センター長 清水 肇

 本年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震で、当センターの加速器は大きな 被害を受けました。300 MeV 電子線形加速器および 1.2 GeV 電子シンクロトロン (ストレッチャー・ブースタリング)の被災状況の調査には時間を要しましたが、 一定の調査結果を得ましたので、これをお伝えするとともに今後の見通しについて お知らせ致します。

 被害調査が進むにつれて当初予想した懸念が残念ながら次々に現実のものとなって しまいました。就中、建設から40年以上を経た電子線形加速器の状況は深刻です。 外部ユーザーのための共同利用が行われていたため、電子線形加速器は震災の瞬間は 運転中であり、この状況が事態を悪化させました。直ちにビームを止めましたが、すぐ に停電となり全ての制御が不可能となりました。被災状況としては、まず冷却水システムが至る所で水漏れを起こし、冷却用純水タンクは空になっていました。電子線形 加速器の高エネルギー部では大電力 RF 伝送用真空導波管に複数箇所で亀裂が入り、 これによる修復不可能な真空漏れが判明しました。また加速器本体にも複数の深刻な真空漏れ箇所が見つかり、真空悪化による加速管の銅製空洞内壁の酸化の度合いが大きな問題となっています。これら加速器の被害箇所全てを修復することは絶望的だと言わざるを得ません。電子シンクロトロンでは、コンクリートシールドが激突した跡もあり、加速器の電磁石は再アラインメントの必要があります。また、シンクロトロンの大型電磁石電源やパルス電磁石電源が重故障しています。

当センターにおける最近の共同利用実験で使われているビームは、
   1)低エネルギー大電流電子ビーム、
   2)1.2 GeVシンクロトロンの周回電子ビームによる制動放射光子ビーム、
   3)制動放射光子から得られる検出器テスト用電子・陽電子ビーム
です。これらのビームの供給のために、300 MeV 電子線形加速器は2つの役割を果たしていました。一つは、低エネ ルギー大電流電子ビームを供給することであり、もう一つは 1.2 GeV 電子シンクロトロンに電子ビームを入射することでした。限られた復旧予算で、これら利用頻度の高いビームを供する機能の早期回復を目指し、次のような加速器復旧計画を進めています。まず 300 MeV 電子線形加速器の2つの機能を分離し、比較的被害が小さかった低エネルギー部の早期復旧を目指す。一方で、シンクロトロンに電子ビームを入射するための小型の入射器を新たに導入するという計画です。この計画では、入射電子のエネルギーが以前よりもだいぶ低くなるのでシンクロトロンの改良も行う必要があります。

 現在のところ、電子線形加速器低エネルギー部による大強度電子ビームライン (RI 実験用) は平成 23 年内の復旧を目指して作業に取り組んでいます。また、1.2 GeV 電子シンクロトロンは平成 24 年度中の運転再開を目指しております。利用者の皆様にはご迷惑をおかけしますが、ご理解とご協力をよろしくお願いします。なお検出器テスト用陽電子ビームに関しては、大阪大学核物理研究センターの協力を得て、SPring-8 レーザー電子光 (LEPS) 施設で同等な実験が可能かどうかを検討しております。これに関しては 8 月上旬をめどに利用者に別途案内します。

 

東北地方太平洋沖地震の影響について (2011.04.11須田利美

3月11日に発生した大地震で、当センターの職員及び学生に人的な被害はありませんでしたが、加速器や実験装置は大きな被害を受けました。現在、電子リナック及び 1.2 GeV ブースターシンクロトロンの被害状況の調査及び復旧作業を進めています。残念ながら現時点では共同利用再開の目途は立っていません。利用者の皆様にはご迷惑をおかけしますが、ご理解のほどよろしくお願いします。

 

電子光理学研究センター設立記念祝賀会開催(2011.02.25 須田利美

2月17日(木)に東北大学片平さくらホールにて電子光理学研究センター設立記念祝賀会を開催しました。理学研究科附属施設であった原子核理学研究施設(核理研)は、全国共同利用・共同研究拠点化を目指し平成21年12月に理学研究科を離れ東北大学電子光理学研究センターに改組、また平成22年7月1日に文部科学大臣より全国共同利用・共同研究拠点化の認定をうけ、23年度から「電子光理学研究拠点」として新たな出発を致します。

年度末の皆さん大変お忙しい時期でしたが、学内からは東北大学総長、理学研究科長、核理研の元施設長やOB、そして関連研究分野の研究者を含む大勢の方々、学外からは共同利用研究センター長、各研究者コミュニティーの代表を含む方々、総勢75名、に参加いただきました。

清水肇センター長の挨拶。

井上明久東北大学総長の祝辞。

 

四極電磁石による検出器テスト用陽電子ビームの集束 (2010.12.16 土川 雄介

電子光理学研究センターの検出器テスト用陽電子ビームは、円形加速器ストレッチャー・ブースタリングの周回電子に炭素ファイバーを挿入して制動放射ガンマ線を発生させ、さらにガンマ線を金属箔に照射して対生成した陽電子を運動量分析したものです。通常の運転で約 3 kHz の強度が得られていますが、ビームサイズは直径 50 mm 程度と非常に大きなものとなっています。本日、高エネルギー加速器研究機構から連携支援事業で譲渡された三連四極電磁石をつかって陽電子ビームを収束させることに成功しました。

陽電子ビームラインに設置した三連四極電磁石。奥の水色の双極電磁石でビームの運動量分析を行い、手前の黄色がビームを集束させる三連四極電磁石 です。

陽電子ビームのプロファイル。三連四極電磁石を励磁しない時と最適な磁場勾配に励磁したときの陽電子ビームのプロファイルです。

 

北京大学院生 Wang Shuo (王碩)氏の博士論文審査会(2010.6.17 須田利美)

短寿命不安定核を標的とした電子散乱実験用の自己閉じ込め式標的(SCRIT : Self-Confining RI Target) の開発研究により、博士論文をまとめたWang Shuo 君の論文審査会が6月17日に北京大学・重粒子物理学研究所で開催されました。Wang氏は、電子散乱による短寿命不安定核の内部構造研究がSCRIT法により実施可能になることを実証実験を通じて世界で初めて示しました。この研究成果は大きな注目をあびています。日本からは須田、及び理研の本林氏が審査会に出席しました。

SCRIT の実験セットアップ。 写真左から3番目が須田利美、4番目が Wang Shuo 氏。

科学研究費補助金・基盤研究(S)「電子弾性散乱による短寿命
不安定核の電荷密度分布測定」の採択決定!(2010.6.3 須田利美)

申請していた「電子弾性散乱による短寿命不安定核の電荷密度分布測定」(基盤研究(S)、研究代表者 須田利美)が採択されました。研究期間は平成22?26年度の5年間で、弾性散乱測定用散乱電子測定系を建設します。この電子スペクトロメータは、理化学研究所 RIビームファクトリー内の電子加速器施設(現在建設中:写真)に設置され、世界初の電子散乱による短寿命不安定核の内部構造研究を目指します。

理化学研究所 RIビームファクトリーに建設中の電子加速器施設。

RIビームファクトリーに建設する電子加速器施設の概要。



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