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量子ビームとは

このページは、前身組織の「量子ビーム応用研究センター」のコンテンツをアーカイブしたものです。

量子ビームとは?

「量子ビーム」の起源は放射線の発見にまでさかのぼります。自然界の放射性物質から最初にX線が発見され、その後、α線、β線、γ線や中性子等の放射線がみつかりました。

現在、α線はヘリウムのイオン、β線は電子、 γ線・X線は電磁波(光の一種)であることが分かっています。放射線発見の最初の頃から、天然の放射性物質を利用した研究開発は始まりましたが、近年我々が用いている放射線源はほとんどが人工のもので、α線に相当するイオンビームは、イオン加速器から、β線に相当する電子は電子加速器から、さらにX線、 γ線等の高エネルギーの光は、超高強度のレーザーや放射光から得ています。中性子についても、原子炉を使った中性子に加えて、最近では高エネルギーの陽子加速器を用いた核破砕中性子源(陽子を原子核にあて、壊した原子核から中性子を取りだす)からのものも利用されています。

このような人工放射線源から取りだされるビームは、これまでの技術開発により、強度が高く、エネルギーや、波としての性質がそろったものが得られてきただけでなく、細くしぼる(集束)、非常に短い時間の間だけ発生させる(パルス)など、高度な制御を行うことができるようになってきました。このように高度に制御された人工の放射線のことを私たちは「量子ビーム」と呼んでいます。

天然放射線源から人工放射線源へ

量子ビームの種類

よく用いられる量子ビーム 中性子
陽子とともに原子核を構成する粒子です。電気的に中性で物質を透過する力が強く、水素などの軽い原子の検出も得意で、構造解析に威力を発揮します。


放射光
光に近い速度まで加速した電子の方向を磁石などで曲げると、明るく、波の性質がそろった(指向性・偏光性)X線が発生します。これを放射光と呼びます。

イオン
電気を帯びた原子や分子をイオンと呼びます。物質に対して局所的に大きなエネルギーを与えることができます。陽子もイオンの一種です。

光量子
光は波と粒子のふたつの性質をもっており、光量子とも呼ばれます。強い光量子は放射線と同じ作用があり、陽子、電子やガンマ線の発生にも利用できます。

量子ビームのはたらき

量子ビームには

という機能があります。私たちはこの機能を駆使し、わが国の重要な科学技術分野に貢献することを目指しています。具体的な応用例を次にご紹介します。

量子ビームの応用例

観る

創る

治す

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