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中性子応用光学分野

中性子光学の広域展開:分光器から中性子施設開発と幅広い利用

中性子光学技術を応用して、研究用原子炉や加速器中性子源によって発生される低速中性子を精密に制御し、中性子利用ならではの基礎物理的研究から、物質科学研究のための新型中性子散乱装置の開発、中性子等のイメージングを利用した産業応用研究も展開しています。

中性子反射光学素子に関して世界有数の開発拠点です。また、紫外線や放射線によって光るプラスチックを開発し、大型で高感度の放射線検出器開発を推進する等、中性子利用以外も開発研究を行っています。

大阪府泉南郡熊取町にある研究用原子炉KURの利用だけではなく、茨城県東海村にある大強度陽子加速器施設J-PARC MLF BL06(VIN ROSE)や研究用原子炉JRR-3 C3-1-2(MINE)等に特徴的な装置を設置し利用展開を行うと共に、福井県敦賀市に建設予定の新試験研究炉の幅広くより良い利用実現も目指しています。

 

教員

日野 正裕 ( Masahiro HINO )

教授(複合原子力科学研究所)

研究テーマ

中性子が低速になるほど、「波」としての性質が顕著になること(光学的性質)を利用して、世界最高レベルの多層膜中性子反射ミラーを実現しています。これら中性子光学技術を展開して、低速中性子の今までにない発見や利用方法の実現を目指しています。

主な担当講義

応用中性子工学

連絡先

熊取地区 複合原子力科学研究所研究棟 201号室
TEL: 0724-51-2450
FAX: 0724-51-2635
E-mail: hino.masahiro.2x@* (スパム対策のためメールアドレスを省略しております。@の後にはkyoto-u.ac.jpを追加して下さい。)

中村 秀仁 ( Hidehiro NAKAMURA )

助教(複合原子力科学研究所)

研究テーマ

ポリエステルと放射線の相互作用に関する研究において、放射線活性によりポリエステルの分子構造を維持したまま、多様な機能を創出し、制御する可能性を検証しています。これを応用し、放射線から可視光に至る変換デバイスを開発しています。

連絡先

熊取地区 複合原子力科学研究所研究棟 208号室
TEL: 0724-51-2463
FAX: 0724-51-2635
E-mail: nakamura.hidehito.3x@* (スパム対策のためメールアドレスを省略しております。@の後にはkyoto-u.ac.jpを追加して下さい。)

研究テーマ・開発紹介

中性子光学を用いた新型分光器開発

中性子は軽元素や磁性体に敏感であり、物質内部のナノ構造解析に力を発揮する。また静的構造だけでなく、動的な構造の情報を直接引き出せる。特に中性子スピンエコー法は、中性子のスピンを精密に制御することで、他の方法では見ることのできない時間・空間領域をカバーし、生体分子等のゆっくりとした動きも調べることができる。我々は中性子スピン干渉の原理と中性子スピンの精密制御技術を駆使して、世界的にユニークな中性子共鳴スピンエコー分光器(VIN ROSE)を京都大学と高エネルギー加速器研究機構(KEK)の連携の元、J-PARC MLF BL06に建設し、利用研究を開始している。また中性子は、強い透過力を持ち、かつX線ではコントラストのつきにくい物質内部の水の振る舞いや金属容器内の構造を3次元的に見ることが可能である。水の振る舞いが重要な様々な先端工業部品、コンクリート、植物内部の水分変化、考古学試料の分析等、様々な共同研究を展開している。

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図-1 我々のグループが開発している中性子ビームライン

中性子光学素子開発と応用

中性子利用は様々な利点があるが、電気的に中性な特長のため中性子ビームを制御(曲げる)ことは大変難しい。そこで中性子が低速になるほど、物質「波」としての性質が顕著になることを利用して、世界最高レベルの多層膜中性子反射ミラーをはじめとする中性子光学素子を開発し、その応用研究を行っている。特に近年は、理化学研究所やKEKと協力して、基板から開発することで今まで実現出来て無かった回転楕円体中性子スーパーミラーの実用にこぎつけた。また低速中性子の平滑な物質との反射や透過は、単純な1次元シュレディンガー方程式を解くことで実験結果を記述できることを利用して、時間を含む基礎量子力学の実験的検証等にも展開している。

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図-2 成膜直後の回転楕円体中性子スーパーミラー

中性子光学技術の展開

中性子は、強い透過力を持ち、かつX線ではコントラストのつきにくい物質内部の水の振る舞いや金属容器内の構造を3次元的に見ることが可能である。水の振る舞いが重要な様々な先端工業部品、コンクリート、植物内部の水分変化、考古学試料の分析等、様々な共同研究を展開している。また中性子検出器開発だけでなく、紫外線や放射線によって光るプラスチックを開発し、安価で高感度の放射線検出器開発を推進する等、広く開発研究を行っている。これら開発した中性子光学技術を、既存の大強度中性子源の高度化はもちろん、福井県敦賀市に建設予定の新試験研究炉等、これからの最先端中性子利用の実現を目指しています。

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図-3 開発した発光プラスチック