宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。

• 研究領域: 宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。
• 研究課題/領域番号: 23H05414
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高橋 忠幸 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 教授 (50183851)
• 研究分担者: 中村 哲 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50280722) ; 東 俊行 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (70212529) ; 上野 秀樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118) ; 木野 康志 東北大学, 理学研究科, 教授 (00272005) ; 三宅 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (80209882) ; 二宮 和彦 大阪大学, 放射線科学基盤機構附属ラジオアイソトープ総合センター, 准教授 (90512905)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 量子ビーム / 負ミュオン / 硬X線・ガンマ線イメージング / 超高分解能分光 / コンプトンカメラ / 非破壊元素分析 / 小動物生体内イメージング

研究開始時の研究の概要

領域研究を通じ、超伝導X線検出器と基礎物理への応用、ミュオン触媒核融合、高エネルギー光子や偏極 RIビームを使ったハドロン物理や原子核物理、はやぶさ2の持ち帰ったRyuguサンプルの元素分析、医学研究での多核種同時生体内イメージングの実現と広い範囲の新しい研究を行った。一見連携が見当たらない様々な分野の研究を，「検出器」がつなぎ，異分野の研究者がそれぞれの実験や理論スタイルを持ち寄り，異分野間のバリアを超えて進める融合研究の可能性を示すことができた。本研究では、研究期間内の成果のとりまとめを行うとともに、これらの分野を将来、さらに発展・展開させるための具体的な計画を議論する。

研究実績の概要

本領域研究は最終年度に行われた事後評価で「A+」という高評価を受けた。本成果とりまとめ研究では、成果を整理し、新学術領域研究で培ったネットワークを活用して、宇宙観測の先端技術や解析技術を用いて開拓した新しい分野をさらに発展させ、将来への橋渡しを行った。4月から10月にかけて毎月総括班会議を継続した。領域研究を通じて発表された論文、国際会議、プレスリリースなどについては、各計画研究や公募研究がどのように相互に乗り入れて研究をおこなったか、分野間の融合がどのようになされたかがわかるように詳細にまとめた。2023年10月27日と28日には領域会議を開催し、活動の到達点を確認した。領域会議ではさらなる異分野融合を図るために、宇宙X線観測や非破壊元素分析の将来計画の提案者と意見交換も行った。負ミュオンを用いた原子・分子実験、小惑星などからのリターンサンプルやリチウム電池の非破壊元素分析、原子核実験などで領域研究以前では想定できなかった人員構成による発展的プロジェクトを開始することができた。また、宇宙ガンマ線観測用に開発された多層半導体コンプトンカメラを用いて核の脱励起ガンマ線の偏光度の高感度測定に成功し、より大掛かりな実験への検討が始まった。核医学への応用研究では、本領域研究で示された小動物生体内イメージング装置の性能が高く評価された。研究成果の展開として、イメージング装置や信号処理ASICなどの領域研究の成果が、領域発のスタートアップ会社により事業化され、大学や研究機関での研究の他、製薬会社での創薬研究にも活用されるようになった。これらの発展的研究においては、新学術領域研究で生まれた若手研究者がチームを作り、提案を行っていることも特筆すべき成果である。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] American Physical Society Division of Nuclear Physics and Physical Society of Japan Joint Meeting (2024)
  • 著者名/発表者名: Balantekin A. Baha、Nakamura Satoshi N.
  • 雑誌名: Nuclear Physics News 巻: 34 号: 1 ページ: 32-33
  • DOI: 10.1080/10619127.2024.2304519
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Advanced picosecond precision Radio Frequency Timer (2024)
  • 著者名/発表者名: Zhamkochyan S.、Kakoyan V.、....、Nakamura S.N.、...、Margaryan A.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 19 号: 02 ページ: C02014-C02014
  • DOI: 10.1088/1748-0221/19/02/c02014
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a non-destructive depth-selective quantification method for sub-percent carbon contents in steel using negative muon lifetime analysis (2024)
  • 著者名/発表者名: Ninomiya Kazuhiko、Kubo Michael Kenya、Inagaki Makoto、Yoshida Go、Chiu I-Huan、Kudo Takuto、Asari Shunsuke、Sentoku Sawako、Takeshita Soshi、Shimomura Koichiro、Kawamura Naritoshi、Strasser Patrick、Miyake Yasuhiro、Ito Takashi U.、Higemoto Wataru、Saito Tsutomu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 号: 1 ページ: 1797-1797
  • DOI: 10.1038/s41598-024-52255-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantification of bulk elemental composition for C‐type asteroid Ryugu samples with nondestructive elemental analysis using muon beam (2024)
  • 著者名/発表者名: Ninomiya K., Osawa T., Terada K., Wada T., Nagasawa S., Chiu I., Nakamura T., Takahashi T., Miyake Y., Kubo M. K., ...Tachibana S., et al
  • 雑誌名: Meteoritics and Planetary Science 巻: ー 号: 8 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1111/maps.14135
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compton Telescopes for Gamma-Ray Astrophysics (2024)
  • 著者名/発表者名: Kierans Carolyn、Takahashi Tadayuki、Kanbach Gottfried
  • 雑誌名: Handbook of X-ray and Gamma-ray Astrophysics. Springer, Singapore. 巻: - ページ: 1711-1782
  • DOI: 10.1007/978-981-19-6960-7_46
  • ISBN: 9789811969591, 9789811969607
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Demonstration of nuclear gamma-ray polarimetry based on a multi-layer CdTe Compton camera (2024)
  • 著者名/発表者名: S. Go, Y. Tsuzuki, H. Yoneda, Y. Ichikawa, T. Ikeda, N. Imai, K. Imamura, M. Niikura, D. Nishimura, R. Mizuno, S. Takeda, H. Ueno, S. Watanabe, T. Y. Saito, S. Shimoura, S. Sugawara, A. Takamine, T. Takahashi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 号: 1 ページ: 2573-2573
  • DOI: 10.1038/s41598-024-52692-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pulsed muon facility of J-PARC MUSE (2024)
  • 著者名/発表者名: Shimomura Koichiro、Mibe Tsutomu、et al.
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01863-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Negative muon beam status at the D-line of MUSE, J-PARC (2024)
  • 著者名/発表者名: Takeshita Soshi、Umegaki Izumi、Tampo Motonobu、Strasser Patrick、Ikedo Yutaka、Koda Akihiro、Higemoto Wataru、Yuasa Takahiro、Kawamura Naritoshi、Miyake Yasuhiro、Shimomura Koichiro
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01877-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proof-of-Principle Experiment for Testing Strong-Field Quantum Electrodynamics with Exotic Atoms: High Precision X-Ray Spectroscopy of Muonic Neon (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Okumura, T. Azuma, D. A. Bennett, I. Chiu, W. B. Doriese, M. S. Durkin, J. W. Fowler, J. D. Gard, T. Hashimoto, R. Hayakawa, G. C. Hilton, Y. Ichinohe, P. Indelicato, T. Isobe, S. Kanda, M. Katsuragawa, N. Kawamura, Y. Kino, K. Mine, Y. Miyake, K. M. Morgan, K. Ninomiya et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 号: 17 ページ: 173001-173001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.130.173001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear magnetic moment of the neutron-rich nucleus 21O (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Y.、Gladkov A.、Ichikawa Y.、Takamine A.、Nishibata H.、Sato T.、Yamazaki H.、Abe T.、Daugas J. M.、Egami T.、Fujita T.、Georgiev G.、Imamura K.、Kawaguchi T.、Kobayashi W.、Nakamura Y.、Ozawa A.、Sanjo M.、Shimizu N.、Tominaga D.、Tao L. C.、Asahi K.、Ueno H.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 107 号: 2 ページ: 024306-024306
  • DOI: 10.1103/physrevc.107.024306
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High accuracy synchrotron radiation interferometry with relativistic electrons (2023)
  • 著者名/発表者名: Klag P、Achenbach P、Akiyama ...、Kaneta M、Konishi Y、Kino R、...、Nagao S、Nakamura S N、Okuyama K、Pochodzalla J、Schlimme B S、Sfienti C、Shao T、Steinen M、Stengel S、Thiel M、Toyama Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2482 号: 1 ページ: 012016-012016
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2482/1/012016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic K x rays emitted from muonic atoms: An application of relativistic density-functional theory (2023)
  • 著者名/発表者名: XM Tong, D Kato, T Okumura, S Okada, and T Azuma
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 107 号: 1 ページ: 012804-012804
  • DOI: 10.1103/physreva.107.012804
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Non‐destructive elemental analysis of lunar meteorites using a negative muon beam (2023)
  • 著者名/発表者名: Chiu I‐Huan、Terada Kentaro、Osawa Takahito、Park Changkun、Takeshita Soshi、Miyake Yasuhiro、Ninomiya Kazuhiko
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 58 号: 9 ページ: 1333-1344
  • DOI: 10.1111/maps.14059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Nondestructive Elemental Analysis System for Hayabusa2 Samples Using Muonic X-rays (2023)
  • 著者名/発表者名: Osawa Takahito、Nagasawa Shunsaku、Ninomiya Kazuhiko、Takahashi Tadayuki、Nakamura Tomoki et al.
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 7 号: 4 ページ: 699-711
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.2c00303
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dual-radionuclide in vivo imaging of micro-metastasis and lymph tract with submillimetre resolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Yagishita Atsushi、Takeda Shin’ichiro、Ohnuki Kazunobu、Katsuragawa Miho、Sampetrean Oltea、Fujii Hirofumi、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 19464-19464
  • DOI: 10.1038/s41598-023-46907-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CdTe-DSD SPECT-I: An Ultrahigh-Resolution Multi-Isotope Tomographic Imager for Mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeda Shin’ichiro、Orita Tadashi、Yagishita Atsushi、Katsuragawa Miho、Yabu Goro、Tomaru Ryota、Moriyama Fumiki、Sugawara Hirotaka、Watanabe Shin、Mizuma Hiroshi、Kanayama Yousuke、Ohnuki Kazunobu、Fujii Hirofumi、Furenlid Lars R.、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences 巻: 7 号: 8 ページ: 860-870
  • DOI: 10.1109/trpms.2023.3291756
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive study of muon-catalyzed nuclear reaction processes in the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:math> molecule (2023)
  • 著者名/発表者名: Kamimura M.、Kino Y.、Yamashita T.
  • 雑誌名: Physical Review C 巻: 107 号: 3 ページ: 034607-034607
  • DOI: 10.1103/physrevc.107.034607
  • 査読あり
• [雑誌論文] A four-body calculation of s-wave resonant scattering between positronium and antihydrogen atom (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Takuma、Hiyama Emiko、Piszczatowski Konrad、Jonsell Svante、Froelich Piotr
  • 雑誌名: JJAP Conference Proceedings 巻: 9 号: 0 ページ: 011002-011002
  • DOI: 10.56646/jjapcp.9.0_011002
  • ISSN: 2758-2450
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Strangeness nuclear physics in the world and significance of research project at JLab (2023)
  • 著者名/発表者名: S.N.Nakamura
  • 学会等名: Hypernuclear Physics Workshop 2023 at JLab
  • 国際学会
• [学会発表] Recent results and future prospects of the JLab hypernuclear program (2023)
  • 著者名/発表者名: S.Nagao
  • 学会等名: EMMI Workshop 4th Workshop on Anti-Matter, Hyper-Matter and Exotica Production at the LHC
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Decay pion spectroscopy of electro-produced light Lambda hypernuclei at MAMI (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Kino et al.
  • 学会等名: The 6th Joint meeting of the Division of Nuclear Physics of the Americal Physical Society and the Physical Society of Japan (HAWAII2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Muonic X-ray measurement” (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Ninomiya
  • 学会等名: The 7th Neutron and Muon School
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemical environmental effect on muon capture process: muon capture ratio and muonic X-ray structure (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Ninomiya
  • 学会等名: International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications (HYPERFINE2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of non-destructive and depth-selective carbon quantification method in steel by negative muon lifetime analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Ninomiya et al.
  • 学会等名: 3rd International Conference on Radioanalytical and Nuclear Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-resolution in-vivo imaging of therapeutic alpha-emitter At-211 with CdTe-DSD SPECT-I (2023)
  • 著者名/発表者名: Shin'ichiro Takeda,Atsushi Yagishita, Miho Katsuragawa, Tadashi Orita, Goro Yabu, Ryota Tomaru, Tadayuki Takahashi, Shin Watanabe, Fumiki Moriyama, Hirotaka Sugawara, Yousuke Kanayama, Hiroshi Mizuma, Kazunobu Ohnuki, Hirofumi Fujii, Lars R. Furenlid
  • 学会等名: World Molecular Imaging Congress (WMIC) 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 2 mm Thick CdTe Double-sided Strip Detectors with Large Area and Modeling the Response for Depth-Of-Interaction Sensing (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Minami, Miho Katsuragawa, Shunsaku Nagasawa, Shin’ichiro Takeda, Shin Watanabe, Yutaka Tsuzuki, Tadayuki Takahashi
  • 学会等名: SORMA XIX
  • 国際学会
• [学会発表] Wide-Gap CdTe Double-Sided Strip Detectors for High-Resolution Imaging Spectroscopy of Solar Flares in Hard X-rays (2023)
  • 著者名/発表者名: Shunsaku Nagasawa,Takahiro Minami, Shin Watanabe, Tadayuki Takahashi
  • 学会等名: SORMA XIX
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Muon Imaging By Accelerator Muons (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Miyake
  • 学会等名: 2023 Optica Imaging Congress
  • 国際学会 / 招待講演