量子ビーム科学部門

部門長の挨拶

量子ビーム科学部門は、イオン照射研究施設、電子・ガンマ線照射施設、高強度レーザー装置、放射光ビームライン、中性子利用装置など、多種多様な量子ビーム施設・装置を保有する強みを最大限に活かし、先進的な量子ビームテクノロジーにより医・理・農・工の幅広い分野で革新的成果やイノベーションを創出することを目標としています。そのため、高崎量子応用研究所と関西光科学研究所を活動の拠点とし、各種量子ビームの発生・制御の高度化を目的とした「量子ビーム技術開発」、量子ビームの優れた機能を総合的に活用した「量子材料・物質科学研究」、世界最高レベルのレーザー技術を開拓する「量子光学研究」を推進するとともに、2019年から新たに官民パートナーシップにより「次世代放射光施設」の整備も担い、量子技術の更なる発展を先導していきます。

皆様のご指導、ご鞭撻をよろしくお願いいたします。

量子ビーム科学部門長　伊藤久義

量子材料・物質科学（高崎量子応用研究所・関西光科学研究所）

量子で観る 量子で創る革新的材料・デバイス

革新的量子デバイスを創る

量子ビームを駆使して、量子情報を担う単一光子源や電子のスピンを操るスピントロニクス材料を創出し、超高感度センシングや超省エネ・超高速処理を実現する革新的量子デバイスを開発します。

ダイヤモンド内部の窒素-空孔（NV）からなる単一光子源（左図）と、
ダイヤモンド基板の狙った位置に単一光子源を形成（右図）

量子ビーム先端計測で観る

放射光、陽電子ビームなどの様々な量子ビームを駆使した最先端計測技術により、物質を構成する原子や電子の状態を高精細に観測し、物質の本質を解き明かすことにより、量子材料・物質科学研究を加速します。

原子スケールの磁性・スピン状態の観察を可能にする
超高真空放射光メスバウアー装置

分子レベルの加工で新機能材料を創る

長年培ってきたグラフト重合や橋掛けなどの量子ビーム加工・改質技術をさらに高度化し、産業界と密接に連携することにより、新しい機能を有する高分子材料を創出し、先端医療や産業振興に貢献します。

橋かけ技術により表面上にミクロなパターンを形成した医療用高分子材料（左図）。
それを基材として一定方向に成長した細胞の塊（右図）

量子光学（関西光科学研究所）

高強度レーザーで探る極限の世界 レーザー技術が拓く明るい未来

超高強度場科学に挑戦する

高強度レーザーでしか創り出すことの出来ない超高強度場における相対論的現象の解明や、極短パルスのレーザーを使った超高速現象の観察、物質の制御などの最先端科学に挑みます。

世界トップクラスの高強度レーザーのJ-KAREN。
30Jのレーザーエネルギーを30フェムト秒（1フェムトは1000兆分の1）の時間に閉じ込めることにより
1000兆ワットの超高強度を実現できます。

豊かで安全な未来社会を創造する

身近な生活を支えるレーザーの医療・産業応用技術の開発と、QST認定ベンチャー企業による成果の社会実装により、豊かで安全な未来社会の実現に貢献します。

赤外線レーザー技術による非侵襲型の血糖値センサーの開発と実用化

QST認定ベンチャー企業ライトタッチテクノロジー株式会社において実施中（平成29年 7月認定）

レーザー打音法による、コンクリート内部欠陥の自動・遠隔・高速診断技術の開発

QST認定ベンチャー企業 株式会社フォトンラボにおいて実施中（令和元年 6月認定）

イオンビーム科学（高崎量子応用研究所）

イオンビームで育くむ「暮らし」と「命」

革新的な技術を開発する

空間分解能1ミクロンで試料中の元素が解読できる大気マイクロPIXE技術など、医療、環境、エネルギーに貢献する世界屈指の最先端イオンビーム技術を開発します。

マイクロPIXE/PIGE装置（左）によりリチウムイオン電池の電極（薄さ35μm）内のリチウム分布を測定(右）

食糧・農業に貢献する

持続可能な社会の実現に向け、イオンビームによる変異誘発やRIイメージングを駆使して、ゲノムデザインによる食糧資源の確保等に貢献します。

11Cを利用したRIイメージングによるイチゴ果実内の光合成産物の動き

医療の革新を支える

革新的ながん治療法を目指し、加速器でつくったRIを原料とした新しいRI治療薬を開発するとともに、がん細胞消滅メカニズムを解明します。

アスタチン-211がん治療薬の化学合成(左）と褐色細胞腫への治療効果(右）

次世代放射光施設整備開発（次世代放射光施設整備開発センター）

高輝度放射光で最先端学術研究　多様な産業利用を創出

「官民地域パートナーシップ」により建設する

次世代放射光施設の整備・運用を進める国の主体として、地域及び産業界のパートナーと連携して施設の整備・開発を推進します。 パートナー：（一財）光科学イノベーションセンター（代表機関、略称PhoSIC）、宮城県、仙台市、東北大学、（一社）東北経済連合会

軽元素を感度良く測定でき、磁石やスピントロニクス素子等の研究開発や
創薬や新たな高活性触媒等の開発など、基礎から応用まで多様なニーズに対応

東北大学・青葉山新キャンパス内の便利な立地

仙台駅から地下鉄で9分の東北大学青葉山新キャンパス内に建設を予定。新しい産学連携のスキームを構築し、世界一の立地でリサーチコンプレックスの形成を目指します。

東北大学・青葉山新キャンパスマップと建設予定地

3GeV級放射光源を高度化する

軟X線に強みを持つ高輝度3GeV級放射光源の高度化に必要な加速器技術開発等を推進します。

蓄積リング設計・製作のため、磁石配列最小単位の半分（ハーフセル）の磁石、架台を試作。
磁場中心を数μm精度でアライメントする手法を確立