「光の工場」という意味のフォトンファクトリーは、さまざまな物質や生命の姿を、原子・分子のレベルで見るための光「放射光」を作り出す加速器です。

フォトンファクトリーで主に使われているのは、人間の目で捉えられる光「可視光線」より波長が短い（エネルギーが高い）真空紫外線、軟X線、X線と呼ばれる波長（エネルギー）域の光です。原子の大きさ程度の波長を持つ光、物質の内部の電子を外に飛び出させるのに十分なエネルギーを持つ光を使うことによって、分子や原子といった極微の世界を初めて観ることができます。

フォトンファクトリーではいろいろな分野の研究が行われていて、それぞれ特色のある装置が使われています。今回のツアーでは代表的な装置をいくつか見てみましょう。どんな試料に、どうやって放射光をあてて、得られる信号をどうやって検出しているのでしょうか。

放射光を用いる研究分野のひとつに「構造生物学」があります。生命現象を司るタンパク質などの分子の構造を原子のスケールで解くことにより、その分子がどうやって複雑な機能を果たしているのかを研究しています。今回のツアーでは、構造生物学実験準備棟を訪れ、構造生物学の一連の研究の流れを体験していただきます。ここでは、女性研究者が、どんな研究をどのように行なっているのでしょうか。

● ILCとは？

ILCとは「国際リニアコライダー加速器」の事。電子や陽電子を高いエネルギーまで加速し、衝突実験を行なう直線型加速器で、その実験により素粒子物理学で謎とされている多くの疑問に答えようというものです。約30kmの長さの巨大な加速器が必要で、国際組織を作って全世界の研究者がその設計や技術開発を共同で行なっています。鍵となる技術は超伝導加速技術であり、それはニオブ製の加速空洞を極低温まで冷却する事で小さなマイクロ波電力で大きな加速電界を作り出す技術です。

● 先端加速技術：超伝導加速技術

ILC加速モジュールには内部に９台の加速空洞が接続されており、絶対温度２度（－271℃）まで冷却するための液体ヘリウム配管や断熱シールドが組込まれます。その上で、内部は真空に排気されます。外からの熱が加速空洞に伝わらないように細心の設計がなされています。超伝導空洞に大きな加速電界を作るためのマイクロ波を供給する入力カップラー、マイクロ波導波管が接続されます。KEKにおいても、このILC加速モジュールの設計、製作、試験運転を行なっていて、開発された技術は国際組織における合同設計に生かされています。

● 超伝導加速空洞

超伝導加速空洞はニオブというレアメタルから作られます。ニオブは絶対温度２度（－271℃）で良好な超伝導状態になります。加速空洞は９つの加速セルが連結された形状をしており1300MHzの周波数のマイクロ波で加速電場を作れるような設計になっています。

≪超伝導空洞の開発≫

●高加速電界の空洞開発

高加速電界の超伝導空洞を開発するために、本研究グループでは何が空洞性能を阻害するのかを研究しています。
製造時の電子ビーム溶接の品質が性能を大きく左右しますので、それを高精度に検査する高分解能カメラシステムを開発して製造にフィードバックしています。製造時に生じた数10μmという小さな欠陥をも見逃しません。

超伝導空洞の内部には一切のゴミの混入は許されず、そのため高清浄度（クラス１０）のクリーンルーム内での組立て作業となります。0.1μmというごく小さなゴミでもその混入を許しません。
超伝導空洞の性能試験は縦型クライオスタットを使用して液体ヘリウムを充填した電界試験が行われます。ここでも超伝導状態が破れ発熱する箇所を特定するためにいろいろな計測装置が使われます。

●空洞内面の表面処理技術

高性能な加速空洞のためには空洞内面は凹凸の無い鏡面が必要です。これまでの開発研究では電解研磨技術を用いた表面処理がもっとも高性能を達成しています。本設備でもこの電解研磨設備を導入して超伝導空洞の表面処理を行なっています。研磨後の表面の凹凸は1μm程度以下の鏡のような面となります。