大阪府立大学 地域連携研究機構 放射線研究センター

秋吉 優史 研究紹介ページ

Last update 2016/07/06




 

  • 現在の研究テーマ
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     照射時の熱拡散率評価を中心とした欠陥挙動研究をライフワークとしています。 キーワードとしては、 「格子欠陥挙動解析、核融合炉材料、照射時熱物性評価、加速器による材料照射、放射線計測、陽電子消滅測定」 が挙げられます。

     


    今後の研究方針 (PDF)

     

     核融合炉ダイバータ材料の開発を進める上で、熱物性評価は極めて重要で、 特に照射後の室温での評価ではなく、照射時物性の評価が極めて重要であることを長年提唱してきました。 近年になり、日米核融合炉材料開発プロジェクト PHENIX においても照射時の熱物性評価の重要性が認識されてきています。 2015年2月には同プロジェクトの派遣事業に於いて Oak Ridge National Laboratory での3週間の実験を行っていて、 実験データの取得のみならず世界的な研究者との交流を深め、 また日米での放射線管理体制の違いについても知見を深めています。 2016年中にも派遣が計画されており、ダイバータ材料の熱負荷試験に関する研究を行う予定です。

     

     研究上の重要なデバイスとして、京都大学原子炉実験所の電子線ライナックの利用を共同利用の枠組みで 10年以上行っていて、低放射化材料による照射ターゲットの開発、運用の実績があります。 近年基礎的な点欠陥挙動が改めて重要視されているため、材料の放射化の心配のない放射線研究センターの電子線ライナックを積極的に活用していく予定です。

    また、2015年度まで文部科学省 国家課題対応型研究開発推進事業 原子力基礎基盤戦略研究イニシアティブにおいて、 光電変換膜などの電子デバイスに対する放射線影響の研究を共同研究者として行っていて、Co-60 線源によるγ線照射を実施しています。 今後放射線研究センターの大線量 Co-60 照射装置群およびクリーンルームの施設を活用して、さらに研究を推進していく予定です。

    簡単な研究紹介 PDF ファイル

    講義資料など




     

     

  • ペルチェ冷却式高性能霧箱の開発
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     霧箱による放射線の観察は目で見て直感的に放射線の存在を知ることが出来るため、教育的効果が大変大きく、様々な教育者により改良が成されて来ました。

     現在、-20℃以下の低温をドライアイスの準備無しにいつでも確実に得る手段として、ペルチェ素子を使用し、コッククロフト・ウォルトン回路を用いた高電圧により雑イオン除去を行う高性能霧箱の開発と、それを利用した放射線教育プログラムを提唱しています。

     最大の特徴は確実に長時間安定してクリアな飛跡の観察が可能であるという点で、一般的な霧箱でのα線の飛跡の観察に加えて、β線の飛跡、さらにはγ線により弾き出されたδ線の観察も可能です。これにより、放射線の種類による物質との相互作用の違いを直感的に学習することが出来るため、ただ単に飛んでいるのが見えた、に留まらない奥が深い放射線の世界を学習することが可能となります。 (何故たった 20Bq の Po-210 からの被曝量が 800μSv/y にもなるのに、 4000Bq の K-40 は 170μSv/y にしかならないのか、など)

     今回提唱するのは市販のペルチェ素子と、パソコン用の高性能CPUクーラー、100円均一ショップなどで売られているパーツなど民生品を活用したもので、安価で高性能な霧箱を容易に作成可能ですので、全国の教育者による放射線教育に活用可能です。また、このペルチェ冷却霧箱には、ペルチェ素子による熱輸送、熱電対による温度測定、ヒートパイプや熱伝導グリースを含めた物質の熱伝導、蒸気圧と過飽和・核生成、電離とイオン化、電気工作などの要素に加えて、雑イオン除去のための静電気発生、高電圧発生装置による加速器工学の基礎など、極めて多様な工学的要素を含んでいるため、放射線安全教育を中心とした、対象とレベルの異なる教育現場での教育プログラムが開発可能です。

     現在ペルチェ冷却霧箱はプロトタイプの開発が完了し、量産を行っている段階で、 全国の放射線教育現場で活用できるように、大阪府立大学ブランドで完成品を販売しています。 本体2台+高電圧印加モジュールで税・送料別3万円となっていますが、 α線観察用、β線観察用それぞれのモジュールをバラでお売りすることも出来ますし、 トリウム含有を確認しているマントル線源、ATX 電源(中古、保証無し)等もお譲りできます。 個々の金額などは、ペルチェ冷却霧箱紹介リーフレット の中の、「お品書き」をご覧下さい。 また、複数のパーツを発注頂く場合は、 見積書依頼書 をご利用頂くと、自動で見積もり致します。

    より製品の完成度を高め、放射線教育ツールとして提供できるよう、 出来る限り多くの教育・研究者の参加を期待します。

     販売は、大阪ニュークリアサイエンス協会(ONSA)に取り扱って戴きますので、 公費での取扱も可能です。
     発注は onsa-ofc [at] nifty.com まで。([at] を @ に置き換え前後のスペースも削除して下さい)


    New! (2017/03/31 更新)

     大阪府立大学が行っているふるさと納税の仕組みを利用したつばさ基金での、 個別プロジェクト支援の仕組みを利用して、 ユーザーがほとんど無償でペルチェ冷却霧箱を入手できる体制が整いました。

     個人ベースでの取扱となりますが、寄附金額の半額を上限として、 ペルチェ霧箱などの放射線教育機材を入手頂けます。 ONSA で取り扱っている商品については 見積書依頼書 を用いてお見積もり頂けますし、それ以外の商品については別途見積書を送付願います。
    ふるさと納税の仕組みを使用しますので、寄付上限額の範囲でしたら、 個人負担は2000円のみとなります。(大学側から、ささやかな記念品の贈呈もございます)

    一連の手続については 大阪府のサイト http://www.pref.osaka.lg.jp/shigaku/fu-daigaku/kifu.html をご覧頂ければ記載がありますが、簡単には、以下に従って手続願います。


    Step 1 寄付可能な金額の確認

     収入に応じて2000円の自己負担だけで寄付が可能な金額が変わります。 寄付上限額に関しては、 つばさ基金パンフレット の7ページ目をご覧下さい。 より詳しくは、 ふるさと納税サイト で、収入、社会保険料などを入力すると、寄付可能な上限額が分かります。


    Step 2 申請者IDを取得

      https://www.shinsei.pref.osaka.lg.jp/eas/s/index.do?tetudukiId=2014060005 から「申請者ID 取得」ボタンを押してメールアドレスと、パスワードの登録を行い、 申請者IDを取得します( ID がメールで送られてきます)。


    Step 3 申請を行う

     上記サイトで、「申請を行う」ボタンを押して Step 2 で取得した申請者ID と自分で決めたパスワードを入力します。 引き続き、 入力画面サンプル の内容で、住所、連絡先などを入力します。 この中の「ご意見等」の欄に「放射線教育振興プロジェクト:1627200700 に寄付する」 旨書き添えて下さい。

    領収書の発行については、Step 4 をご確認下さい。

    上記のフォームの入力後、クレジットカード情報の入力を行います。 ポイントやキャンペーンなど考慮して使用するカードを選んで下さい。


    Step 4 確定申告をするかどうかの確認

     確定申告をする必要のある方は、Step 3 での入力フォームの中で、 「領収書の発行について」で、「領収証書の発行・送付を希望する」にチェックして下さい。 これにより、「寄附金受領証明書」を郵送してもらい、 確定申告時に寄附金控除欄への入力を行って下さい。 『寄附金の種類』は『都道府県、市町村に対する寄附金』を選択します ( https://www.furusato-tax.jp/kakutei_shinkoku.html を参考)

     確定申告を行う必要が無く、他にふるさと納税などしていない場合は、 「ふるさと納税ワンストップ特例」により、確定申告無しで、翌年度の住民税が減額されます。 この場合は、寄附金税額控除に係る申告特例申請書 を別途入手して記入頂き、住基カードや免許証などの身元確認書類の写しと共に、

    〒559−8555 大阪市住之江区南港北1−14−16 大阪府咲洲庁舎38階 大阪府府民文化部 府民文化総務課 大学・宗教法人グループ

    に郵送願います。

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     ふるさと納税について、一般の寄付と混同して、収入に対して寄附金額が控除されて、 寄附金額の1〜2割程度が戻ってくるだけ、と勘違いされている方がおられるようですが、 2000円を除いて全額が帰ってきます。 「税制上の優遇措置」 をご確認願います。

     放射線教育振興が目的のプロジェクトですので、寄付して頂いた皆様に この霧箱を活用して頂いて放射線教育を行って頂く、と言うスタンスで、 寄贈ではなく無期限の貸与という形になりますが、一切制約はありません。 また、霧箱以外にも、市販の線量計など、放射線教育全般に必要な物品の取得にも活用頂けます。 その際の使途については、事前に相談願います。

     なお、寄付する際にご意見等の欄に「放射線教育振興プロジェクト:1627200700 に寄付する」 旨書き添えて頂いた上で、 寄付手続完了後に秋吉(akiyoshi[at]riast.osakafu-u.ac.jp [at] を @ に書き換えて下さい) まで寄附金額をご連絡戴けますようよろしくお願い致します。 手続でご不明な点がある場合も遠慮無くご連絡願います。


    New! (Update 2017/03/31)
     ユーザーが自分で製作する形の、キット販売を始めました。

     キットを完成させると、高性能ペルチェ冷却霧箱本体 2台と高電圧印加ユニット 1台が格安で手に入ります。製作過程を理解することで、使用中のメンテナンスも容易になります。ユーザー側での加工が困難な上段側ペルチェ素子及び高電圧電極テープへの高耐久性塗装、台座へのペルチェ素子の埋め込み加工、穴開け加工はこちらで済ませていますが、

    • CPUクーラーへのペルチェ素子の取り付け
    • 配線用ケーブル端子処理
    • CPUクーラーへの足の取り付け
    • コッククロフト回路の製作
    • チャンバーへのLEDモジュール取り付け
    • スポンジテープ、電極テープの貼付け
    等の工程が必要です。 製作工程を詳細に説明したマニュアル を参照戴き、 全ての行程を完了するには大体丸一日見て頂けば良いでしょう。

    1セット、税別 29,000円での販売となります。


  • ペルチェ冷却霧箱紹介リーフレット(価格表も含まれています)

  • 霧箱添付の放射線教育参考資料

  • ペルチェ冷却式高性能霧箱 ユーザーズマニュアル 製品版 II型

  • ペルチェ冷却式高性能霧箱 ユーザーズマニュアル 製品版 I型(2016/07/01以前にお買い上げの方)

  • α線の飛跡 (上から)
  • α線の飛跡 (斜めから)
  • β線の飛跡 (上から)
  • β線の飛跡 (斜めから)
  • γ線により弾き出されたδ線の飛跡 (上から)
  • γ線により弾き出されたδ線の飛跡 (斜めから)




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  • これまでの研究略歴
  •  初期の研究では、東京工業大学原子核工学専攻矢野研究室及び核燃料サイクル機構大洗照射材料試験室(いずれも当時の名称)に於いて、YBa2Cu4O8 高温超伝導体や α-Al2O3, AlN, β-Si3N4, β-SiC の4 種類の構造用セラミックスについて、中性子照射により導入された欠陥の微構造解析を行った。特に、β-Si3N4 中の欠陥構造について、原子配列の構造モデルを構築し、高分解能の透過電子顕微鏡像とシミュレーション結果との画像マッチング、結晶学的考察などから最も適切なモデルを明らかにした[主要論文1]

     微構造観察に加えて、上記の4 種類の構造用セラミックスに対するマクロの物性測定として、熱拡散率測定とスエリング評価を行った。常温での測定結果から照射条件の違いによる評価を行い、さらに等時アニールによる回復挙動の違いを評価することで欠陥導入形態の考察を行った[主要論文2]

     これまでの微構造観察と、物性測定結果を合わせて、異なるセラミックス材料間での挙動の違いがどこから生じるかを欠陥挙動の観点から整理し、転位ループ導入面の対称性の違いによる「パイルアップ構造」と「ナノパーティション構造」の違いが、今後の照射環境での材料選定の指針となることを独自に提唱した[主要論文3]

     2004年に京都大学に着任後は、プラズマやイオンビーム照射時挙動に関する研究にも着手した。京都大学原子核工学専攻高木郁二准教授(当時)の協力を得て、RF 水素プラズマのエネルギー分布状態を飛行時間法を用いて測定することで、ステンレス表面での水素反射挙動を評価した。また、アルミナやガラス試料に対するイオンビーム照射時の発光挙動が電子的な欠陥を含む欠陥構造に起因すると考え、ESR 測定により電子的な欠陥の評価を行い、照射条件による変化と照射後のアニールによる変化の挙動を速度論的に解析した。

     セラミックスへの照射影響に関する研究は、照射時の熱伝導率を評価する研究を中心として発展させた。核融合炉ダイバータ材料の開発を進める上で、熱物性評価は極めて重要であるが、従来の照射後の熱物性評価では不十分であり、照射時の熱物性評価を行うことが必要であることを申請者は提唱している。日米科学技術協力事業核融合分野研究計画の核融合炉材料開発プロジェクトPHENIX に立ち上げ当初から参加しており、申請者の提唱により日米の主要な照射欠陥研究者の間で照射時の熱物性評価の重要性が認識されてきている。しかしながら、照射時熱拡散率の評価に成功した研究はこれまで存在しなかった。

     セラミックス中ではフォノンによる熱伝導が主であり、欠陥の導入により大きく熱拡散率が低下することが知られている。フォノン伝導による熱拡散率aは温度T と共に α= k/Tn に従って低下するが、k, n は照射条件によって変化するため、室温での測定だけでは照射温度 Tirr における熱拡散率 αirr = k/Tnirr を求めることは出来ない。このため、液体窒素温度程度の低温から室温付近まででの測定を行い、その温度依存性から照射温度における熱拡散率を評価した。なお、低温での測定を行ったのは試料中の欠陥がアニールされて回復するのを防ぐためであるが、高温での測定を一部の試料に対して行っており、低温からの外挿による評価の妥当性が確認された。

     さらに、照射時熱拡散率評価を行うにあたっては、照射時のみに存在する transient な欠陥の存在を考慮する必要がある。照射中は常に欠陥の生成と、再結合による消滅が繰り返されているが、この transient な欠陥は、照射後速やかに消滅し、照射後の試料中にはほとんど含まれていないため、照射中の方が照射後よりも欠陥導入密度が高いと考える事が出来る。しかしながら中性子照射中の熱拡散率の測定は非常に困難であるため、イオンビームを照射中のその場測定により transient な欠陥導入状態を評価した上で、照射後の熱拡散率測定から照射時の熱物性を評価した。イオンビーム照射ではブラッグピーク付近の極めて狭い領域に欠陥が集中しており、バルクな熱物性評価は困難であるため、熱拡散率同様に空孔を鋭敏に検出することが出来る陽電子消滅法の研究を行った。

     陽電子消滅測定は、京都大学原子核工学専攻土田秀次准教授、同原子炉実験所義家敏正教授の協力を得て行った。まず一般に行われている γ-γ 同時計測により照射後試料の陽電子寿命測定を行った後に、イオンビーム照射時の陽電子寿命測定に必要な β-γ 同時計測の測定系を構築した。照射後試料の熱拡散率と陽電子寿命の相関と、イオンビーム照射前、照射中、照射後の陽電子寿命測定から、transient な欠陥による影響は照射後に存在する欠陥による影響に比べて無視できるほど少ないことが明らかとなり、それまでに行ってきた照射時熱拡散率の評価の信頼性を高めることが出来た[主要論文4]

     現在は、照射温度をコントロールされた照射試験環境と、実際の照射環境の違いについて検討している。ヒートシンク温度と熱流速が一定である実際の照射環境下では、欠陥導入に伴い熱拡散率が低下すると試料温度が上昇するが、試料温度が上がると欠陥密度が減少して熱拡散率が回復するため、試料温度が一義的に求まらない。このため、欠陥導入速度と、欠陥の消滅・成長速度のバランスで照射時の欠陥濃度を求めるという、速度論的解析から試料温度を評価する必要がある。しかし、中性子照射後試料中の欠陥挙動は複雑で、点欠陥、転位ループ、ボイドなど様々な欠陥を考慮する必要がある。このため、30MeV 電子線ライナックを用いて点欠陥のみを均一に導入した試料を作成し、その欠陥挙動を熱拡散率と陽電子消滅寿命測定から評価する研究を行っている[主要論文5]

     陽電子消滅測定を行う上で放射線計測に習熟しており、Ge 半導体検出器を用いた放射性核種の同定と定量を学生実験などで行ってきたが、京都大学原子核工学専攻佐々木隆之准教授との共同研究に於いて、バングラデシュで産する砂に含まれるトリウム系列、ウラン系列の核種の定量を行い、産地・試料の違いによるそれぞれの核種の含有量変化を評価した。




     

  • 主要な論文 5編
    • [1] M. Akiyoshi, T. Yano and M.L. Jenkins,
      "A structural model of defects in \BSiN produced by neutron-irradiation",
      Philosophical Magazine A, 81 (2001) 683-697.

      [2] M. Akiyoshi and T. Yano,
      "Neutron-irradiation effect in ceramics evaluated from macroscopic property changes in as-irradiated and annealed specimens",
      Progress in Nuclear Energy, 50 (2008) 567-574.

      [3] M. Akiyoshi, N. Akasaka, Y. Tachi and T. Yano,
      "Relation between macroscopic length change and the crystal structure in heavily neutron-irradiated ceramics",
      Journal of Nuclear Materials, 329-333 (2004) 1466-1470.

      [4] M. Akiyoshi, H. Tsuchida and T. Yano,
      "Thermal diffusivity of ceramics during neutron irradiation",
      In C. Sikalidis, editor,
      Advances in Ceramics - Characterization, Raw Materials, Processing, Properties, Degradation and Healing,
      pp. 39-58. InTech, Rijeka, Croatia, 2011.

      [5] M. Akiyoshi, H. Tsuchida, I. Takagi, T. Yoshiie, Xu Qiu, K. Sato and T. Yano,
      "Irradiation effects on thermal diffusivity and positron annihilation lifetime induced by neutron and 30MeV electron",
      Journal of Nuclear Science and Technology, 49 (2012) 595-601.

     

  • 研究実績(論文、学会発表、受賞、外部資金獲得など)
  • (2016/04/14 現在)



     

  • 対外活動
  • 2004年以降
  • 日本原子力学会関西支部のオープンスクール活動( かんさいアトムサイエンス倶楽部, K-ASK)において、一般人を対象とした放射線教育活動に極めて積極的に取り組む。K-ASK のメーリングリストの立ち上げ、維持運営も行っている。
  • 2011年 3月
  • 日本原子力学会関西支部活動として、近畿大学での「福島原発相談コーナー」において一般人からの質問、相談に対して電話対応を行った。
  • 2011年 6月〜7月
  • 東日本大震災に伴う東京電力福島第一原子力発電所事故による放射能汚染調査と、 一時帰宅者に対するスクリーニング作業のため、福島県田村市、南相馬市、広野町、富岡町などに派遣される。
  • 2011年 3月以降
  • 福島事故以降、京都大学原子核工学専攻では一方通行の情報発信は誤解を生む恐れがあり、個人のウェブサイトなどでの情報発信が制限され、一般人に対する放射線・放射能に関する知識の情報発信がままならない状況であったが、双方向でのやりとりが可能なメディアでの発言は許可されたため、ソーシャルメディア(mixi)において、所属、本名を明記した上で放射能・放射線に関する基礎知識を一般向けに説明し、一般人からの質問、疑問に対して長期間にわたって多数の回答を行った(一ヶ月ほどで数万 Page View の反響があった)。
    また、インターネット上のバラエティサイト「探偵ファイル」において、実測に基づくデータや、基礎的な知識、情報の解釈を編集部に送り多数回掲載される。同サイト上で、福島の婚活イベントなどの企画を、福島女性差別などに対する抗議の意味で大々的に取り上げてもらったりもした。(現在編集サイドが変わり、ほぼ全ての記事が削除されています)
  • 2011年〜2014年 10月
  • 2004年から K-ASK のオープンスクールとして実施してきた京都大学宇治地区キャンパス公開での一般向けの放射線教室(霧箱工作を主とする)を、内容を基礎的かつ実質的な放射線教育に変更して独自に運営するようにした。
  • 2012年 9月及び
    2014年9月
  • 京都大学主催のジュニアキャンパスに於いて中学生を対象とした放射線教育のゼミを実施。
  • 2012年 9月以降
  • 関西原子力懇談会「放射線の不安と安心に関する調査委員会」委員
  • 2013年 12月以降
  • 関西原子力懇談会「放射性廃棄物処分に関する技術動向調査委員会」委員
  • 2015年以降 4月
  • 大阪府立大学 花(さくら)まつり において、 放射線オープンスクールに参加。 ペルチェ冷却霧箱、天然の放射線源と測定器などを用いた知識普及活動を行う。
  • 2015年以降 8月
  • 「みんなの暮らしと放射線展」 において、ペルチェ冷却霧箱などの展示物出展と、「高校生サマースクール」の審査員として参加
  • 2015年 11月
  • 「木(も)っと府大Day」を、生涯学習推進室室員として企画、実行。また、その中で 一般人向けの放射線オープンスクール を実施。通常のオープンスクールと異なり高齢者中心で、他の講義を聴きに来た人中心であったが、盛況かつトラブル無く終了。
  • 2015年以降 11月
  • 白鷺祭オープンラボ において、線源棟ガンマ線照射施設公開と、 ペルチェ冷却霧箱を用いた知識普及活動を行う。
  • 2015年 3月
  • 福井県の原子力施設見学に伴い、福井県原子力平和利用協議会との意見交換会。電力会社などとは関係なく、独自に放射線知識普及や、エネルギー供給の重要性、現状日本が置かれている立場などの理解を深めるための活動を行っており、今後の協力を約束する。
  • 2016年 4月
  • 「未来の博士育成ラボ」 で、中学生(+OB若干名)に対してペルチェ冷却霧箱を用いた放射線知識とそれに関係した科学のおもしろさを伝えるセミナーを行う。
     


     

    問い合わせ:e-mail: akiyoshi [at] riast.osakafu-u.ac.jp ([at] を@に置き換えて下さい)