- 2021.10.4
- Q&Aを掲載しました。
- 2021.9.5
- KEKオンライン一般公開は終了しました。YouTubeLive、ニコニコ生放送でご参加いただいた皆さま、ありがとうございました！
- 2021.9.3
- ニコニコ生放送、YouTubeLiveの情報を掲載しました。
- 2021.9.2
- プログラムの詳細を掲載しました。
『4種のビームでみる！』出演者情報を掲載しました。 - 2021.8.30
- 『4種のビームでみる！』情報を更新しました。
- 2021.8.18
- 薮田ひかる先生の講演を掲載しました。
- 2021.8.11
- 開催時間が決定しました。
- 2021.8.6
- KEKオンライン一般公開2021
物構研特設サイトをオープンしました。
詳細は決定次第掲載していきます。
物構研関連のプログラム
9月4日（土）
13:35-13:50
YOUは何しにKEKへ？～KEKのポスドクを紹介～
【1日目はこちら】
9月5日（日）
11:00-11:30
ライブ配信
12:45-13:30 ライブ配信
13:30-14:15 ライブ配信
陽電子生成と利用～ポジトロンライフルは作れるの？ゆっくり飛ぶ陽電子の魅力～
12:45-13:30 ライブ配信
講演「X線顕微鏡をつかって、小惑星リュウグウの微粒子から生命の材料をさがす」
薮田 ひかる 教授（広島大学）
13:30-14:15 ライブ配信
4種のビームでみる！
～放射光・低速陽電子・中性子・ミュオンの実験施設から中継～
【2日目はこちら】
9月5日（日）11:00-11:30 ライブ配信
陽電子生成と利用～ポジトロンライフルは作れるの？ゆっくり飛ぶ陽電子の魅力～
Q&A
- 「ゆっくり飛ぶ陽電子」とは物質研究に用いる低速陽電子ビームのことで、「ゆっくり」と言っても、6,000 km/s～100,000 km/sくらい、光の速さの1/50～1/3くらいです。
- その速度はブラウン管や電子顕微鏡と比べるとどれくらい？
- ブラウン管の電子の速度は約18,000 km/sです。電子顕微鏡では加速電圧によりますが、200 keVの場合、電子の速度は約265,000 km/sです。
低速陽電子を作るときに、KEKの低速陽電子実験施設では、タングステンをモデレータ（減速材）として使ってエネルギーを3 eVに揃えていますが、そのときの速度は約1,000 km/s です。
「低速陽電子」という名称は、速さを表すというよりはむしろモデレータを使う特殊な方法でエネルギーを1 eV程度に揃えた陽電子につけた特別な名前です。その後で加速しても低速陽電子と呼びます。
- 50,000,000 eVくらいの高速の電子をタンタルのコンバータに当てて、陽電子を作っています。
- コンバーターは熱くなる？
- エネルギー50,000,000 eVで個数は電流換算で約0.0000012A。つまり600Wの電子ビームがコンバータに衝突します。エネルギーの一部は電子・陽電子対生成で質量に転換されますが、大部分はコンバータを熱くするのに使われます。そのため、コンバータは、内部に冷却水が通っている銅の丸棒に取り付けて常に冷却しています。
- 陽電子のエネルギーを揃えるためのモデレータに入った陽電子は10万個に1個くらいの割合で表面から出てきます。それを低速陽電子として利用しています。
- 回収効率改善できるモデレータ開発してるのかな？
- はい、そうしています。低速陽電子実験施設では、昨年10年ぶりにモデレータの更新をしましたが、その際に改良して、効率をよくしました。
（参照：物構研ハイライト） 
高速で飛んできた電子をタンタルでできたコンバータに当てて、陽電子を作ります。- 電子はどこいくんだっけ？
- タンタル中には膨大な数の電子があるので、それらと次々に衝突してエネルギーを分け与え、どれが最初の電子かわからなくなってしまいます。量子力学的に言うと、多すぎて分からなくなるのではなく、原理的に区別がつかなくなります。
低速陽電子を結晶の試料表面すれすれの角度で入射させ、全反射という現象をうまく使って実験を行っています。- 電子線散乱との違いは？
- （電子回折との違いとして答えると）電子は、表面すれすれの角度で入射させても全反射されず、内部に侵入するところが違います。
- X線とかと違う点は？
- 最大の違いは、X線は物質を透過する力が大きいことです。そのため結晶内部の原子配列を調べるのに使われます。あまり知られていませんが、X線も結晶表面にすれすれの角で入射すると全反射します。それを使って表面の原子配列の研究も行われていますが、X線は全反射のときも表面からかなり奥まで入ってしまいます。
- 表面１層だけ？
- 入射ビームと表面との間の角を視射角と言います。エネルギーが数keVの陽電子は、視射角が臨界角と呼ばれる2°程度の角より小さいと全反射するので、最表面の1層だけの原子配列を知ることができます。それだけでなく、臨界角より大きな角度で入射すれば結晶内に侵入するので、最表面より下の原子の配列も分かります。
- 何を見てるの？
- 結晶の表面とその下の何層かの原子配列を見ています。原子の正確な位置を見ていると言ってもいいでしょう。結晶内部の原子配列を調べるのにはX線のブラッグ反射が使われますが、これはX線が波の一種(光)であるために可能です。電子や陽電子のような粒子も波の性質を持っているので、エネルギーがそろったビームは一定の波長のビームとして、X線の場合と同じブラッグ反射の法則に従います。それによって生じる回折パターンを理論的に解析して原子位置を割り出します。X線に比べると電子線は表面付近の原子配列のみに敏感で、陽電子はさらに最表面近くに敏感です
- 電気力で散乱されてるの？
- はい。原子核の正の電気と電子の負の電気の両方で散乱されます。
- ポテンシャルを見てるの？
- 原子核と電子の電荷がつくる電場はポテンシャルで表せるので、結晶の規則正しいポテンシャルを見ていると言ってもいいでしょう。具体的には、配列した原子の原子核と電子による電場を静電ポテンシャルで表して、入射した陽電子がそれを感じてできる回折スポットの強度を計算します。それを実験データと比較して原子配列を決めます。
9月5日（日）12:45-13:30 ライブ配信
講演「X線顕微鏡をつかって、小惑星リュウグウの微粒子から生命の材料をさがす」
薮田ひかる教授は、小惑星探査機「はやぶさ2」が持ち帰ったリュウグウの微粒子をフォトンファクトリーで分析しています。今回の講演は、はやぶさ2や小天体探査の科学について、有機物の観点からのお話です。実際に使う実験装置（フォトンファクトリーのX線顕微鏡 STXM）もご紹介します。
薮田教授は、「はやぶさ2」初期分析チーム 固体有機物分析チームのリーダーです。
【関連記事】
はやぶさ2プロジェクト 初期分析チーム「固体有機物分析チーム」のフォトンファクトリーでの分析が始まりました
物構研はやぶさ2特設サイト
9月5日（日）13:30-14:15 ライブ配信
4種のビームでみる！
～放射光・低速陽電子・中性子・ミュオンの実験施設から中継～
今年のキーワードは「CIQuS（サイキュース）」
CIQuS（サイキュース）ってなに？
詳しくは
詳しくは
新人研究者の、おおした研究員と一緒に『4種のビームでみる！』ツアーに出発しましょう。
CIQuSでは『4種のビーム』をつかって、どんな研究をしているのでしょうか？
先輩研究者が詳しく解説します。
PF：フォトンファクトリー、SPF：低速陽電子実験施設、MLF：J-PARCの物質・生命科学実験施設
や をクリックすると関連情報を表示します。
Q&A
物構研では、4種のビームを使って研究を行っています。その一つミュオンでは、なんか磁石みたいなんだけど、でも磁石じゃないかもしれない不思議なモノを調べたり、モノの奥の方にどんな元素が隠れているかを調べるのに使うことができます。
- 一応どこかの誰かが予想とかはしてるのかな
- 実際に測る前に、計算などで予想ができる場合もありますが、測ってみたら予想と全然違うこともよくあるので、量子ビームを使った実験はとても大切です。
- 次に低速陽電子。
- 低速って言ってもお速いんでしょう？
- そうなんです。光速の1/50から1/3なんです。
燃料電池の模式図です。左から水素、右から酸素がやってきます。
- なんで水素なんだ
- 自ら作れるから？
- 電気分解で簡単に作れるからかな
- 水素はさまざまな資源からつくることができるので、エネルギー資源として有効です。また、風力や太陽光など再生可能エネルギーによる発電で、電気が余ったら水素を作って水素貯蔵材料などに蓄え、足りないときに電気として取り出す仕組みを作れば、環境への負荷が少ないエネルギー社会が実現できます。水素エネルギーの実用化は、全てのエネルギーを水素で賄うというよりも、エネルギーの選択の幅を増やすという点で重要と考えられています。こちらも参考にどうぞ
物構研 一家に1枚 水素 深読みサイト
- ん～～ つまり水入れると動くのか？
- 水ではなく水素を入れると動きます。ただし、燃料電池と言ってもいくつか種類があって、車に使う物は水素を直接使いますが、他にもアルコールを燃料にするものなど色々あります。
電極の中身を見ますと、葡萄の房のようになったすす（カーボンブラック）があります。その上に白金があって、そこで水素と酸素が出会うと水になる、そういう仕組みになっています。- すすの表面でHとOがあって水に
- すすは保持体なのかな
- そうですね。保持体かつ電子を流すための経路になっています。
これが試料で、シリコン基板の上に白金や炭素が膜になっていて、さらにその上にナフィオンが被せてあります。すごくきれいな鏡になっています。鏡の表面を中性子が反射する実験です。- こういうのはどこで誰が作ってるんだろう
- 白金や炭素の膜は自分で作ることもあれば専門の業者さんにお願いすることもあります。作り方は色々ですが、白金や炭素を蒸発させてそのガスを基板にくっつけたり、炭素がいっぱい入ったプラズマを作って基板につけたりしています。
ナフィオンは実験室で自分で作ります。溶剤に溶かして基板の上に塗布しています。 
ここが軟X線を使った実験をするフォトンファクトリーBL-16です。水色の小屋のさらに奥の方に放射光を作るための加速器があり、放射光は装置やパイプの中を通ってこちらにやってきます。- 軟X線もむき出しなのか
- 向こうにはハッチ？があるけど
- 軟X線は空気も通り抜けられないくらいなので、装置やパイプの壁も通り抜けることができません。そこでハッチがないむき出しのビームラインでも安全に実験をすることができます。ただし、加速器で発生したビームは、最初に鏡で軟X線だけを反射させて実験装置の方に導いているのですが、そこまでは波長の短いX線（硬X線）も混ざっているので、最初の鏡のところだけはハッチで囲っています。
- やってきた軟X線には色々な波長が混ざっていてそのままでは実験に使えません。そこで登場するのが回折格子です。見た目はただのきれいな鏡ですが、この表面には非常に細かい溝が彫ってあります。１mmに1000本、全体では1万本、溝の深さはわずか5 nmです。
- こんなんどこで作ってるんだろう
- 国内外にいくつか専門のメーカーがあります。作り方は大きく二通りあって、一つは直接刃を鏡に押し当てて溝を作る方法、もう一つは2方向からレーザーを当てて、光の干渉によってできる縞模様を使って溝を作る方法です。
PFの軟X線のビームラインで使っている回折格子は、波長をより精密に選び取るために、一方の端から他方の端に向けて、溝の間隔を少しずつ変えていくのですが、その間隔の変え方は、ビームラインの特徴に合わせて私たちPFスタッフが設計しています。 - フォトニック結晶みたいなものか
- フォトニック結晶とは、屈折率が周期的に変化する構造を持つ光学材料のことですね。回折格子もフォトニック結晶も、光の干渉を利用しているので、同じ原理を使っていると言っていいと思います。フォトニック結晶は違う材質のものを交互に繰り返し並べることが多いのに対して、回折格子は一つの材料を加工して繰り返し構造を作ります。
- 山田さんが放射光で実験したいのは、軟X線の反射率の測定なんですけれども、その装置はまさにいま山田さんが一生懸命作っているところなんです。フォトンファクトリーでは、新しい実験をしたい人が自分の実験装置を作って持ってきて実験できるようになっています。
- 装置自作って、どうやって作るんだろ
- 私の場合は自分で設計して業者の人に組み上げてもらうという形を取っています。やはり世界に一台しかない装置なので自分で作るしかない、ということで一生懸命研究開発を行っています。
→ 設計して「作って下さーい」て持ち込む感じですかね
パターンは色々ですが、一番多いのは一緒に相談しながら作るという感じでしょうか。 
- 全長どのくらい？
- 入射器コントロール棟は全長600 mです。
- 私はいま入射器コントロール棟地下1階の低速陽電子実験エリアにいます。
- 電波大丈夫なのかな
- 有線LANを使っているので、大丈夫です。
上流の方からビームラインダクトを通って、光でも中性子でもなくて陽電子が輸送されてきます。- ビームラインダクトに陽電子が通ってくるの
- そうです。SuperKEKBやフォトンファクトリーとは独立の加速器（電子リニアック）につながったビームダクトの上流に低速陽電子生成ユニット（コンバータ＋モデレータ）があり、そこで作られた低速陽電子がビームダクト内の磁場に沿って実験装置まで送られてきます。磁場は、ビームダクトの外に巻いたコイルに流す電流で作っています。
- タンタルの原子核のプラスの電場で曲げられてせいどう放射
- すごく丁寧な説明してくれてるのは分かるんだけど、出てくる言葉の意味が全部わからんｗ
- タンタルTaは原子番号が73で融点が約3000℃の金属です。原子番号が大きいほど原子核のプラスの電荷が大きいので制動（せいどう）放射X線を作るのに有利です。融点が高いと融ける心配が少ないので安心です。
原子は非常に小さく正の電荷をもった原子核が中心にあり、まわりにその電荷を打ち消すだけの数の、負の電荷をもった電子があり全体として中性になっています。しかし、加速器からの電子が物質の内部に入ると原子核の電荷を感じ、原子核に近づけば近づくほど強い正（プラス）の電場による引力を受け、グイと曲げられます。そのときに制動放射と呼ばれるX線が出ます。
医療で使うX線も加速した電子を金属に当てて作りますが、そのときに金属の種類で決まるエネルギーをもった「特性X線」とエネルギーが連続的に広がった「連続X線」が出ます。制動放射とは、この連続X線のことです。制動とはブレーキのこと、放射とは光のことです。制動放射というの名前は、金属中に入射した電子がブレーキをかけられたときに出る光という意味です。 - 最初のe-はどこへ行ってしまうん
- タンタル中には膨大な数の電子があるので、それらと次々に衝突してエネルギーを分け与え、どれが最初の電子かわからなくなってしまいます。量子力学的に言うと、多すぎて分からなくなるのではなく、原理的に区別がつかなくなります。
- どうして陽電子を使うのかの説明をします。陽電子はプラスの電気を帯びています。結晶表面に並んでいる原子の中心には原子核があって、その周りには電子が雲のように拡がっています。陽電子が雲の中に入ると原子核のプラスの電気によって反発を受け、浅い角度で屈折します。すれすれの角度で入射すると全反射されます。
- 普通の電子でも周囲の電子雲に反射されたりしないのか？
- 反射と言っても色々な意味がありますが、電子も陽電子も電子雲によっていろいろな方向に散乱されます。原子がきれいに並んだ結晶に入射したときは、特定の方向に強い反射が起きます。これはブラッグ反射と呼ばれます。陽電子だけにあって電子にはない反射として、結晶内部に入らずに表面第1層の原子だけから反射される全反射があります。
これはみなさんご存知の周期表です。
- 周期表にも猫
- このネコ周期表のPDF欲しいです。
- このページにPDFを置きましたので、ご自由にお使いください。
エレクトライドでは電子がふわふわしている。これは本当だろうか。
放射光を試料に当てて、飛び出してくる電子のエネルギーや運動量を詳しくみることで、エレクトライドの電子の状態が予測通りか調べました。それがこの光電子分光装置です。- ARPESっぽい感じか？
- はい、まさに角度分解光電子分光（Angle-resolved Photoemission Spectroscopy）です。
こちらが、「アルテミス」と呼ばれるミュオンμSR実験の測定器です。
- アルテミスっていう名称がかっこいい。名付けた人はだれ？
- 小嶋健児さんという元物構研ミュオンのスタッフです。いまは、カナダのTRIUMFという加速器施設で活躍しています。なお、ARTEMISは、Advanced Research Targeted Experimental Muon Instrument at S-line の略です。もっと詳しく知りたい方は、以下も参考にどうぞ
2016.08.26【物構研トピックス】ミュオンS1実験エリアの分光器「アルテミス」のアップグレード
ミュオン科学紹介ビデオ | JMMS 日本中間子科学会 - スピンを持っている粒子は小さな磁石ともいわれますが、サンプルの中で様々な力をうけてクルクルと回転します。
- なんでみんな回ってるんだ
- 正確にはラーモア歳差運動と言います。角運動量の運動方程式に従って回ります。スピンについてもっと知りたい方は、こちらもどうぞ
【物構研Webで連載中】私にスピンをわからせて！ 
ミュオンが壊れてしまうときに陽電子がスピンの向きに放出されやすいという著しい特徴があります。- 陽電子がスピンの向きに放出されない場合の条件はなんなんだろう
- 「放出されやすい」というのは確率のことを述べました。基本的には全方位に放出されるのですが、少しだけ偏った空間分布となり、それを観測します。
真ん中に見えるのが真空のビーム窓で、ミュオンは画面奥から手前に向かってやってきます。周りの銅のジャケットの外側に収められているのが、崩壊陽電子の検出器です。名前はKALLIOPE（カリオペ）といいます。もっと詳しく知りたい方は、以下も参考にどうぞ
2013.01.24【ハイライト】ミュー粒子の動きを捉える目、KALLIOPE- 並んでるやつが検出器なのか
- はい、番号が振ってあるものが検出器です。画面上はサンプルより後方にある検出器だけが見えていて、反対側にもう一つ同じものがあります。
- また新しいTしゃつ
- じゃないな。長袖？？
- 低速陽電子のもちづきさんが着ていたのは、スタッフ向けに作成した長袖ネコTシャツです。デザインは2016年の水素の復刻版です。現在非売品となっていますが、リクエストがあれば復活するかもしれません。
ここフォトンファクトリーには研究者だけでなく、かわいらしい猫ちゃんが毎日お勤めに来ています。
- 猫の採用枠あるんですか
- 決まった採用枠はありません。が来るもの拒まず、去るもの追わず、のスタイルです。（斡旋：秘密結社NNN）
そんな猫ちゃんをモチーフにしたTシャツを毎年一般公開に合わせて作っています。 - 猫、何種類かいるよね
- これまで物構研TシャツにデザインされたKEKの猫は、5匹です。2019年の元素ならべネコTシャツや、このページでも紹介している元素周期表に勢揃いしています。今KEKつくばキャンパスにいる猫は、ネコネコ動画「2020夏」に登場する3匹+αです。
フォトンファクトリー先端化寄附金
フォトンファクトリーの未来のために、皆様の温かいご支援をよろしくお願い申し上げます。
フォトンファクトリー先端化寄附金ご支援のお願い
物構研オリジナルグッズが、通販で買えるようになりました。おなじみのネコTは、2019年の「元素ならべネコT」をはじめ「結晶のかたちネコT（2014年発売）」や「光のふしぎネコT（2015年発売）」など復刻版も購入できます。ジップアップパーカーや「Walking Dog エコバッグ」も登場。詳しくは 宇宙の店 | KEKオリジナルグッズ をご覧ください。
また、科学館等のショップでの取り扱いもはじめました。お立ち寄りの際には、ぜひのぞいてみてください。
【物構研グッズ取扱店】山梨県立科学館・国立科学博物館・奥州宇宙遊学館・つくばエキスポセンター・多摩六都科学館・つくばの良い品店・日本科学未来館
※店舗によってお取り扱いがない商品もありますのでお問い合わせください。
KEKオンライン一般公開2020 物構研関連の動画です。予習・復習にどうぞ！
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