小型レーザー加速器で中性子ラジオグラフィ撮影を実現

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2023-02-17

engineering

{'items': [{'key': 'bgqq', 'term': '中性子ラジオグラフィ', 'description': {'blocks': [{'key': '3ijgb', 'text': '中性子とは、陽子、電子とともに原子核を構成する粒子の一種である。中性子はX線に比べて透過力が高く、これまでのX線レントゲン（ラジオグラフィと呼ばれる）では見えなかった分厚い金属の箱の内部の透視などが期待されている。中性子を用いたいわゆるレントゲン撮影は中性子ラジオグラフィと呼ばれ、大型コンテナ内部の透視撮影や非破壊検査、鉄筋コンクリート壁の内部欠陥検査などで活躍が期待されている。例えば10MeVの中性子のコンクリート壁をも透過できる。その他にも、中性子はタンパク質などの材料解析や、がん治療にも用いられる。今後ますます応用展開が期待されている。今回の研究で対象とした中性子は、エネルギーが高く（1 MeV, メガエレクトロンボルト以上）高速中性子とも呼ばれる。一方エネルギーの低い中性子（0.02 eVなど）は熱中性子とよばれ、透過力や計測手法に対する性質が異なることから区別されることもある。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '1ecqh', 'term': '加速器', 'description': {'blocks': [{'key': 'albpi', 'text': '電子やイオンなど荷電粒子を高エネルギーにする装置の総称。非破壊検査のX線発生装置として、病院におけるPET製剤製造装置として、科学研究用の実験装置として幅広く用いられている。円形加速方式（シンクロトロン、サイクロトロン）や直線型の加速器（リニアック）が存在する。いずれも真空容器の中で電子銃と呼ばれる装置で電子を発生させ、高周波電場の力で荷電粒子を高エネルギーまで加速する。従来の大電流型電子加速器のパルス幅はマイクロ秒であるが、近年ではピコ秒の電子加速器も登場している。電子のエネルギーが単一になる、安定に高繰り返し運転ができる、電子ビームの指向性が高いなど、レーザー加速器と比べると性能が優る点は多い。なお、近年では電子加速器の初段にレーザー加速を用いるなどして、パルス幅がピコ秒以下まで短い電子を加速させることができる加速器も登場している。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'areet', 'term': 'レーザー加速器', 'description': {'blocks': [{'key': '7q3cu', 'text': 'レーザーの光を極めて短い時間に小さい領域（直径10ミクロン、時間30フェムト秒）に集中させると、あらゆる物質が電子とイオンに分離した「プラズマ」になる。このプラズマから、高エネルギーの電子が発生し、プラズマ中の電磁場を用いて電子を加速することができる。このような実験装置を従来の加速器に対比させて、レーザー加速器と呼ぶ。わずか1mmのプラズマで加速できることから、レーザーを小型化すれば将来的に非常に小さな装置で加速器が実現可能である。加速される電子のパルス幅はレーザーのパルス幅である30フェムト秒程度となる。本研究ではステンレス円盤ターゲットを用いたが、ガスターゲットを用いた装置など多様な開発がなされている。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '579vq', 'term': 'プラズモニック加速', 'description': {'blocks': [{'key': '34him', 'text': 'レーザー加速の研究で発見された物理現象。金属でシリンダーなどの形状を持たせたターゲットに、壁に浅い角度で超短パルスレーザーが入射した時に、局所的に強い電磁場が発生し、その小さな領域内で電子が効率的に加速する現象。レーザー加速の有力な手法の一つ。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}, {'key': '1svqn', 'text': '2004年に大阪大学中村らによって示されている。T. Nakamura, S. Kato, H. Nagatomo, K. Mima, Surface-Magnetic-Field and Fast-Electron Current-Layer Formation by Ultraintense Laser Irradiation, Phys. Rev. Lett. 93, 265002, (2004)', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}]}

['有川安信', 'Alessio Morace', '西村博明']

中性子ラジオグラフィは普及すれば世の中に非常に役に立つ優れた技術です。レーザー加速器ならばこれが普及すると信じて研究を続けてまいりました。しかしながらレーザー加速器も歴史が浅く、産業応用ではほぼ加速器が用いられているのが現状です。レーザー加速には未知数の可能性が秘められています。この研究成果によりレーザー加速の実用応用の可能性多くの人に知っていただき、更なる応用研究の発展を期待しています。

有川安信

准教授

レーザー科学研究所

https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/a82ed0adafbc8726.html?k=%E6%9C%89%E5%B7%9D%E5%AE%89%E4%BF%A1