演習課題

演習課題のご紹介

　素核コース

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● 演習課題P01　反粒子を捕まえて遊ぼう
　　　　　　　　　～最軽量原子ポジトロニウムを作ろう～
　担当教官：首都大学東京　汲田哲郎

電子とγ線は、電磁相互作用を通じて崩壊するので、その崩壊様式を詳しく調べることは現在においても電磁相互作用を研究するための重要な方法となっています。この演習の測定では、スピンの方向による寿命の違いなどを詳しく測定します。
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● 演習課題P02　最新のシンチレーション検出器を究めよう
　　　　　　　　　　　～光る結晶と光る液体キセノン～
　担当教官：横浜国立大学　中村正吾

素粒子物理学の実験研究においては、反応により生成された放射線を調べることが基本であり、放射線検出の技術は欠くことの出来ない本質的な技術となっています。本演習では、代表的な放射線検出方法の一つである蛍光体を使った検出器に関する実習を基礎から最先端の応用まで網羅して行います。
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● 演習課題P03　ワイヤー1本で素粒子をとらえる
　　　　～素粒子・原子核実験の心臓部分「ワイヤーチェンバー」を作ろう～
　担当教官：東北大学　金田　雅司

素粒子物理学の実験研究に1960年代後半に情報革命が起こりました。それまでは、放射線の通った軌跡を知るのに放電を起こして写真を撮影するような方法しかありませんでした。しかし、G. Charpak の発明した Multi-Wire Proportional Chamber は電子回路と組み合わせることで短時間に大量のデータを収集することを可能にしたのです。本演習では、その原理部分を製作し実際に測定を行います。
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● 演習課題P04　ラドン検出器の製作と測定
　担当教官：筑波大学　江角　晋一

放射性物質は、古来から天然に存在します。その代表的な物質であるラドンを検出する高感度検出器とその信号読出回路を制作し、実際に測定を行います。ラドンは空気中に存在し、私たちの日常の放射線被爆量の約半分はラドンを吸入することによると言われています。実際にどの程度のラドンが存在するか、様々な場所の空気を調べてみましょう。
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● 演習課題P05　磁気スペクトログラフ
　担当教官：大阪大学　野海　博之

磁場によって電荷を持つ粒子の軌跡が曲がるというのは高校でも習うと思いますが、実際に見たことはありますか？本演習では、運動量測定のための装置として、磁場中の運動を利用する磁気スペクトロメーターを大型電磁石を用いて実際に構築し測定を行います。
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● 演習課題P06　高周波加速器の製作とレーザーによる電子生成
　　～3Dプリンターで加速器を作ってレーザーで生成した電子を加速しよう～
　担当教官：東京工業大学　林崎　規託

素粒子・原子核実験に不可欠な装置として、荷電粒子の加速器があります。本演習では、実際に簡易な高周波電子加速器を3Dプリンターで製作し、レーザーで生成した電子ビームを実際に観測することで、加速器の空洞設計・電子源等の包括的なイメージを掴みます。
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● 演習課題P07　宇宙背景放射
　　　　　　　　　～宇宙の温度を測ろう～
　担当教官：岡山大学　石野　宏和

宇宙は、宇宙背景輻射という光で満ちています。宇宙背景輻射は、今からさかのぼること137億年前にできた宇宙最古の光です。この宇宙の「化石」は、宇宙誕生後間もないころの情報を沢山含んでいます。この演習では、既存のアンテナやレシーバー等を利用して宇宙背景輻射を実際に検出し、その強度から温度を測定します。
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● 演習課題P08　光子を実感する
　担当教官：大阪大学　久野　良孝

「光」は、あまりに普通の存在です。しかし、良く観察すると大変不思議な性質を持っています。まず、どんな物質も光より速く移動する事は出来ません。また、光は波の性質と粒子の性質を同時に併せ持っています。この実習では、光が持つ不思議な性質を実感してもらいます。
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● 演習課題P09　放射線・宇宙線をとらえる・見る・視覚化する
　担当教官：京都大学　石野　雅也

肉眼では見えない素粒子を（間接的に）見る・視覚化するための装置を開発して、我々は実験を行っています。この演習では研究現場の最前線で使われているシンチレーションファイバーと光検出器を使って放射線・宇宙線を見る・視覚化することにトライします。
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　物生コース

● 演習課題M01　タンパク質の形を見てみよう
　担当教官：茨城大学　　　　　　　　海野　昌喜
　　　　　　　大阪大学蛋白質研究所　　鈴木　守
　　　　　　　 KEK放射光科学研究施設　川崎　政人
　　　　　　　 KEK放射光科学研究施設　山田　悠介

生体内で生命現象を司るタンパク質の試料調製から構造解析及び得られた構造の解釈まで行うことで、タンパク質の立体構造解析の流れを知るとともに、タンパク質の構造を知ることの重要性を理解します。できれば放射光の特徴であるハイスループット測定や精度の重要性、波長選択性を活かした構造解析などを体験していただきます。
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● 演習課題M02　宇宙線を使ったミュオンスピン回転
　担当教官：東京理科大学　　　　　　　長嶋　泰之
　　　　　　　上智大学　　　　　　　　　足立　匡
　　　　　　　 KEKミュオン科学研究施設　小嶋　健児

“弱い相互作用”のパリティの破れを最大限に利用したミュオンスピン回転法は物質中のミクロな磁場測定手法です。その原理の解説・測定器の組み立ての後に、宇宙線に含まれるミュオンを使って寿命の測定と磁場中のスピン回転を測定します。また、銅酸化物高温超伝導体の合成と品質評価を行います。
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● 演習課題M03　「ありえない磁石」を作る
　担当教官： KEK放射光科学研究施設　雨宮　健太

棒磁石の両端にだけ鉄がつくことは、小さいころからよく知っていると思います。これは磁石の中の一つ一つの電子が持っているミニ磁石(スピン)の向きが、棒の方向に沿って並んだ方が電磁気学的に安定だからです。同様に、非常に薄い磁石を作ると膜の面に沿ってスピンが並ぶのですが、これを何とかして膜に垂直な方向に向かせる、つまり「ありえない磁石」を作ることができると磁石を使って情報を記録する際にその記録容量を劇的に増やすことができます。この演習では、厚さ1 nm程度の磁石を実際に作りそのスピンの向きを制御することに挑みます。
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● 演習課題M04　ダイヤモンドの窓から超高圧の世界を覗く
　担当教官： KEK放射光科学研究施設　亀卦川　卓美
　　　　　　　物質・材料研究機構　　　中野　智志

ダイヤモンドを使った超高圧発生装置（ダイヤモンドアンビルセル＝ＤＡＣ）を用いて、超高圧下で物質が色々な状態に変化する様子を調べる実験を行います。全ての物質に圧力を掛けて行くと内部の原子（分子）間距離が縮んで行きます。ある圧力で、よりエネルギー的に安定な状態があると物質はそちらの状態に移ります。気体が液体に、液体が固体に変わるのは良く知られていますが、人間が制御できる圧力範囲（～数１００万気圧）に限っても常圧とは異なった多くの状態が出現します。同じ液体や固体でも圧力によって物質の性質や構造が大きく変化することが明らかになってきました試料をＤＡＣで加圧することによりどの様な変化が起こるか、先ず光学顕微鏡とラマン分光法によって光学的な変化を調べます。次にその変化がどの様な内部構造の変化によってもたらされたのかを、放射光を用いたX線回折法によって解析します。
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● 演習課題M05　放射光イメージングー何が見えるのだろう？
　担当教官： KEK放射光科学研究施設　兵藤　一行、小野　寛太
　　　　　　　東北大学　　　　　　　　百生　敦

放射光（X線）の吸収、散乱、位相変化などを利用することにより、可視光で見ることの出来ない現象を非破壊で観察することができます。特に位相変化を用いたイメージングにより、ヒトの疾病の診断や治療に密接に結びつく情報などを得ることも可能になりました。演習ではX線イメージングと同様のしくみの可視光の位相イメージング装置を自作し、空気の流れなどの可視化に取り組みます。秋の演習では放射光を用いたイメージングを行い、その原理や最先端の研究方法を学びます。
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● 演習課題M06　質量分析器を組み立ててみよう
　担当教官： KEK放射光科学研究施設　足立　純一
　　　　　　　東京工業大学　　　　　河内　宣之

原子分子の質量を測定するために用いられる質量分析器は、原子分子物理学・物質科学・生命科学の幅広い研究分野で用いられています。本演習では、質量分析器の原理を学び、構造が単純である飛行時間分析型の質量分析器を、自分たちの手で組み立てることにより、その装置について深い理解を得ることを目指します。また、組み立てた質量分析器を用いて、身の回りにある物質を測定すことを通じて、実験計画と実際の実験の手順について体験します。　秋の演習では、組み立てた質量分析器を用いて、放射光をイオン化源とする実験を行い、夏の演習で用いたイオン化源との違いについて考察します。さらに、放射光による分子の光電離・光反応を調べる実験を行います。
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