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超伝導分子検出器を用いた原子分子ダイナミクス研究の革新

研究課題

研究課題/領域番号 18H03714
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
研究機関中部大学 (2019-2021)
国立研究開発法人理化学研究所 (2018)

研究代表者

岡田 信二  中部大学, 工学部, 准教授 (70391901)

研究分担者 久間 晋  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (50600045)
山田 真也  立教大学, 理学部, 准教授 (40612073)
中野 祐司  立教大学, 理学部, 准教授 (20586036)
橋本 直  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (20732952)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2019年度: 21,710千円 (直接経費: 16,700千円、間接経費: 5,010千円)
2018年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
キーワード超伝導検出器 / イオン蓄積リング / 原子分子物理 / 原子分子衝突実験 / 中性分子検出 / 分子進化過程 / 超伝導転移端マイクロカロリメータ / TES / 原子・分子物理 / 星間分子
研究成果の概要

超伝導転移端センサー(TES)型マイクロカロリーメータを『分子』検出器として利用した、新たな低エネルギー分子の高分解能質量分析法を確立した。GM冷凍機により冷却した円筒状熱輻射遮蔽とメッシュを導入し、超伝導素子の前面に熱輻射窓を設けず裸の状態で動作させることで、世界で初めてTES検出器による中性分子直接検出とその質量測定に成功した。本システムを低温静電型イオン蓄積リングに組み込むことで、他の追随を許さない原子分子衝突実験が可能となった。同時に開発した中性ビーム源を用いた、中性分子と蓄積イオンの合流衝突実験により、低温・希薄な宇宙環境におけるイオン-分子反応の研究に飛躍的な発展が期待できる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年高分解能X線検出器として注目を集めている超伝導転移端センサー型マイクロカロリメータを、低エネルギー中性粒子のエネルギー測定に応用することに成功した。これまでエネルギー分解能力を持たなかった原子分子衝突実験における生成中性分子の検出において、最先端検出器を駆使することで高分解能エネルギー分析(質量分析)を実現し、原子分子ダイナミクス研究に革新をもたらした点で大変意義深い。本測定技術は、低温イオン蓄積リングを用いた原子分子衝突実験への応用のみならず、今後、低エネルギー粒子の高分解能測定の新手法として多彩な分野への応用が期待される。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (59件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 11件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (42件) (うち国際学会 9件、 招待講演 12件)

  • [国際共同研究] 米国国立標準技術研究所 (NIST)(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] 米国国立標準技術研究所 (NIST)(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] 米国国立標準技術研究所 (NIST)(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] 米国国立標準技術研究所 (NIST)(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Application of Deep Learning to the Evaluation of Goodness in the Waveform Processing of Transition-Edge Sensor Calorimeters2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Ichinohe et al.
    • 雑誌名

      J. Low Temp. Phys.

      巻: - 号: 5-6 ページ: 02719-02719

    • DOI

      10.1007/s10909-022-02719-7

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 多素子超伝導転移端センサー型マイクロカロリメータが拓く 量子ビームを用いた物理学実験2021

    • 著者名/発表者名
      Okada Shinji
    • 雑誌名

      低温工学

      巻: 56 号: 2 ページ: 65-72

    • DOI

      10.2221/jcsj.56.65

    • NAID

      130008001847

    • ISSN
      0389-2441, 1880-0408
    • 年月日
      2021-03-20
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deexcitation Dynamics of Muonic Atoms Revealed by High-Precision Spectroscopy of Electronic K X Rays2021

    • 著者名/発表者名
      T. Okumura et al.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 号: 5 ページ: 053001-053001

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.053001

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamical Response of Transition-Edge Sensor Microcalorimeters to a Pulsed Charged-Particle Beam2021

    • 著者名/発表者名
      Okumura Takuma、Azuma Toshiyuki、Bennett Douglas A.、Caradonna Pietro、Chiu I-Huan、Doriese W. Bertrand、Durkin Malcolm S.、Fowler Joseph W.、Gard Johnathon D.、Hashimoto Tadashi、Hayakawa Ryota、Hilton Gene C.、Ichinohe Yuto、Indelicato Paul et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 号: 5 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/tasc.2021.3067793

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Broadband high-energy resolution hard x-ray spectroscopy using transition edge sensors at SPring-82021

    • 著者名/発表者名
      Yamada Shinya、Ichinohe Yuto、et al.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 92 号: 1 ページ: 013103-013103

    • DOI

      10.1063/5.0020642

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Transition-Edge Sensor Optimization for Hard X-ray Applications2021

    • 著者名/発表者名
      Yan Daikang、Yamada Shinya、et al.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 号: 5 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2021.3059972

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Mitigating the Effects of Charged Particle Strikes on TES Arrays for Exotic Atom X-ray Experiments2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuno H.、the J-PARC E62 Collaboration、Bennett D. A.、Doriese W. B.、Durkin M. S.、Fowler J. W.、Gard J. D.、Hashimoto T.、Hayakawa R.、Hayashi T.、Hilton G. C.、Ichinohe Y.、Noda H.、O’Neil G. C.、Okada S.、Reintsema C. D.、Schmidt D. R.、Swetz D. S.、Ullom J. N.、Yamada S.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: 200 号: 5-6 ページ: 247-254

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02484-5

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Photodissociation spectroscopy of N2O+ in the ion storage ring RICE2020

    • 著者名/発表者名
      Igosawa R.、Hirota A.、Kimura N.、Kuma S.、Chartkunchand K. C.、Mishra P. M.、Lindley M.、Yamaguchi T.、Nakano Y.、Azuma T.
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 153 号: 18 ページ: 184305-184305

    • DOI

      10.1063/5.0027805

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Radiative cooling dynamics of isolated N2O+ ions in a cryogenic electrostatic ion storage ring2020

    • 著者名/発表者名
      Hirota A.、Igosawa R.、Kimura N.、Kuma S.、Chartkunchand K. C.、Mishra P. M.、Lindley M.、Yamaguchi T.、Nakano Y.、Azuma T.
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 102 号: 2 ページ: 023119-023119

    • DOI

      10.1103/physreva.102.023119

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Status of the Laser Spectroscopy and Merged-beam Experiments at RICE2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakano, R. Igosawa, S. Iida, S. Okada, M. Lindley, S. Menk, R. Nagaoka, T. Hashimoto, S. Yamada, T. Yamaguchi, S. Kuma and T. Azuma
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Proc.

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coevolution of the Technology on Transition-Edge-Sensor Spectrometer and Its Application to Fundamental Science2020

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada et al.
    • 雑誌名

      J. Low Temp. Phys.

      巻: - 号: 5-6 ページ: 418-427

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02441-2

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Waveform Analysis of a 240-Pixel TES Array for X-Rays and Charged Particles Using a Function of Triggering Neighboring Pixels2020

    • 著者名/発表者名
      R. Hayakawa et al.
    • 雑誌名

      J. Low Temp. Phys.

      巻: - 号: 5-6 ページ: 269-276

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02449-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High Energy Background Event Identification Using Local Group Trigger in a 240-pixel X-ray TES Array2020

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada et al.
    • 雑誌名

      J. Low Temp. Phys.

      巻: - 号: 5-6 ページ: 392-399

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02468-5

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 合流ビーム実験に向けた中性原子ビーム開発2022

    • 著者名/発表者名
      河上 剛
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リング RICE を用いた N2O+の輻射振動冷却 V2022

    • 著者名/発表者名
      原山 朔弥
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 極低温イオン蓄積リングRICEを用いたC2-の時間分解レーザー誘起電子脱離スペクトルの測定2022

    • 著者名/発表者名
      飯澤 正登実
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Application of deep learning to the waveform processing of transition-edge sensor calorimeters2021

    • 著者名/発表者名
      Yuto Ichinohe
    • 学会等名
      19th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD19)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of thermal crosstalk from charged particles absorbed in the Si substrate of a microcalorimeter array2021

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Tatsuno
    • 学会等名
      19th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD19)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] グラフェンシートを用いた低雑音高速中性粒子検出器の開発2021

    • 著者名/発表者名
      原山 朔弥
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙環境下における分子イオン反応の観測: 超伝導検出器による質量分析III2021

    • 著者名/発表者名
      奥村拓馬
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Cryogenic storage-ring experiments on the collisions and radiative processes of interstellar molecules2021

    • 著者名/発表者名
      Yuji Nakano
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超伝導転移端センサーが拓く量子ビーム実験2021

    • 著者名/発表者名
      岡田信二
    • 学会等名
      東北大学 素粒子・核物理学講座セミナー・新学術領域「量子ビーム応用」セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 宇宙環境下における分子イオン反応の観測: 超伝導検出器による質量分析II2021

    • 著者名/発表者名
      奥村拓馬
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会(オンライン、2021年)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 極低温イオン蓄積リングRICEを用いた中性ビームと分子イオンビームの合流実験?。2021

    • 著者名/発表者名
      大阿久貴博
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会(オンライン、2021年)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導カロリメータを用いた低温下の星間分子計測実験 (2)2021

    • 著者名/発表者名
      須田博貴
    • 学会等名
      日本天文学会2021年春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Accelerator-based physics experiments pioneered by superconducting TES microcalorimeters2021

    • 著者名/発表者名
      S. Okada
    • 学会等名
      TGSW2021 - Universe Evolution and Matter Origin
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超伝導転移端検出器を用いた中性分子検出器の開発2021

    • 著者名/発表者名
      須田博貴
    • 学会等名
      原子衝突学会第46回年会(オンライン開催)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] RICE & TES: the ion storage ring meets the X-ray calorimeter2021

    • 著者名/発表者名
      久間晋
    • 学会等名
      r-EMU Workshop 2021(オンライン)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Status of the X-ray microcalorimeter application : from molecules to exotic atoms2021

    • 著者名/発表者名
      山田真也
    • 学会等名
      r-EMU Workshop 2021(オンライン)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 極低温イオン蓄積リング RICE と中性ビーム源を用いた中性炭素原子と水素分子イオンの合流ビーム実験 II2020

    • 著者名/発表者名
      飯澤正登実
    • 学会等名
      原子衝突学会第45回年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リング RICE で探る三原子分子 N2O+の冷却ダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      木村直樹
    • 学会等名
      原子衝突学会第45回年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導転移端検出器による中性分子の質量分析2020

    • 著者名/発表者名
      須田博貴
    • 学会等名
      原子衝突学会第45回年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リングRICEを用いたN2O+の輻射振動冷却IV2020

    • 著者名/発表者名
      廣田彩音
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 極低温イオン蓄積リングRICEを用いた中性ビームと分子イオンビームの合流実験 I2020

    • 著者名/発表者名
      河上剛
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 極低温イオン蓄積リングRICEを用いた中性ビームと分子イオンビームの合流実験 II2020

    • 著者名/発表者名
      飯澤正登実
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙環境下における分子イオン反応の観測を目指して:超伝導検出器による質量分析2020

    • 著者名/発表者名
      奥村拓馬
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] エレクトロスプレイオン源の開発と矩形波イオンファネルによるイオン輸送2020

    • 著者名/発表者名
      江淵欣久
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Coevolution of the Technology on Transition-Edge-Sensor Spectrometer and Its Application to Fundamental Science2019

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada, H. Tatsuno, S. Okada, T. Hashimoto
    • 学会等名
      18th International Workshop on Low Temperature Detectors
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多素子超伝導転移端センサーが拓く量子ビームを用いた物理学実験2019

    • 著者名/発表者名
      岡田信二
    • 学会等名
      日本学術振興会超伝導エレクトロニクス146委員会 第15回センシングシステム分科会/第18回通信・情報処理分科会 合同研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Superconducting transition-edge sensor for mass spectrometry of neutral molecules2019

    • 著者名/発表者名
      Takuma Okumura, Susumu Kuma, Shinji Okada, Tadashi Hashimoto, Shinya Yamada, Yuji Nakano, Toshiyuki Azuma
    • 学会等名
      The 8th electrostatic storage devices conference (ESD8, Tianjin, China)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 精密X線検出器TESを用いた極低温衝突反応実験2019

    • 著者名/発表者名
      久間晋, 岡田信二, 奥村拓馬, 橋本直, 山田真也, 中野祐司, 玉川徹, 東俊行
    • 学会等名
      原子衝突学会 第44回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] The X-Ray Calorimeter Meets the Cryogenic Ion Storage Ring2019

    • 著者名/発表者名
      久間晋
    • 学会等名
      第1回宇宙における物質進化(r-EMU)--原子核・原子・分子--シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リングRICEを用いたN2O+の輻射振動冷却III2019

    • 著者名/発表者名
      廣田彩音, 伊五澤涼, 木村直樹, 久間晋, Preeti Manjari Mishra, Kiattichart Chartkunchand, 中野祐司, 山口貴之, 東俊行
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リングRICEにおけるN2O+の輻射振動冷却の観測2019

    • 著者名/発表者名
      廣田彩音, 伊五澤涼, 木村直樹, 久間晋, P. M. Mishra, K. Chartkunchand, 中野祐司, 山口貴之, 東俊行
    • 学会等名
      第20回分子分光研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 合流ビーム実験に向けた中性ビーム源の開発 IV2019

    • 著者名/発表者名
      飯澤正登実, 飯田進平, 大阿久貴博, 河上剛, 東俊行, 中野祐司
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 極低温静電型イオン蓄積リングRICEでの分光実験に向けたCaH+イオンビームの生成2019

    • 著者名/発表者名
      木村直樹, 廣田彩音, 飯澤正登実, 久間晋, 田沼肇, 城丸春夫, 山口貴之, 中野祐司, 東俊行
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 低温移動度分析を用いた異性体分別技術の開発2019

    • 著者名/発表者名
      椎名陽子, 江淵欣久, 羽尾真礼, 安原杏香, 中野祐司
    • 学会等名
      原子衝突学会 第44回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 低温移動度分析を用いた異性体分子の分別2019

    • 著者名/発表者名
      椎名陽子, 中野祐司
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 合流ビーム実験に向けた中性ビーム源の開発 III2019

    • 著者名/発表者名
      飯澤正登実, 飯田進平, 大阿久貴博, 河上剛, 東俊行, 中野祐司
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 合流ビーム実験に向けた中性ビーム源の開発2019

    • 著者名/発表者名
      大阿久貴博, 河上剛, 飯澤正登実, 飯田進平, 東俊行, 中野祐司
    • 学会等名
      原子衝突学会 第44回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Photodetachment of negative ion beams for the ion-neutral merged-beam experiments at RICE2019

    • 著者名/発表者名
      M Iizawa, S Iida, S Kuma, T Azuma and Y Nakano
    • 学会等名
      31st International Conference on Photonic, Electronic, and Atomic Collisions
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a cryogenic ion mobility spectrometer for an isomer-selected photoexcitation and reaction studies2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Nakano, Yoko Shiina, Kazunari Takaya,Hirokazu Ueta and Takato Hirayama
    • 学会等名
      31st International Conference on Photonic, Electronic, and Atomic Collisions
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超伝導転移端センサーによるX線精密分光と低速中性分子測定2018

    • 著者名/発表者名
      岡田信二
    • 学会等名
      第4回 ExpRes Dojo 道場 “Precision Detection / Detector”
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超伝導遷移端マイクロカロリメータを用いた原子分子物理実験2018

    • 著者名/発表者名
      岡田信二
    • 学会等名
      原子衝突学会 第43回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Dynamics of cold molecular ions in a cryogenic electrostatic ion storage ring and superfluid helium droplets2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kuma
    • 学会等名
      The 22nd East Asian Workshop on Chemical Dynamics (EAWCD 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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