高輝度ミュオンマイクロビームによる透過型ミュオン顕微鏡イメージング

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06126
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 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, 教授 (80209882)
• 研究分担者: 永谷 幸則 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, 特別准教授 (00393421) ; 吉田 光宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (60391710) ; 林崎 規託 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (50334537) ; 荻津 透 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (30185524) ; 大西 純一 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 特別嘱託技師 (30634703)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: ミュオン / ミュオン加速 / 超低速ミュオン / レーザー / 顕微鏡 / 量子可干渉性 / 波動性

研究実績の概要

光科学・加速器科学と電子顕微鏡学の究極的な融合により、透過型ミュオン顕微法を開発し、新たな顕微鏡イメージングを確立する。電子より200倍重いミュオンは、同じ速度で約200倍の試料透過能力を有し、荷電粒子であることから電磁場の可視化能力を有する。再加速エネルギーをあげることにより、超高圧電子顕微鏡をもってしても到達不可能な10 mm厚超領域のトモグラフィ3次元測定、生きた細胞の透過観察を実現することができる。電子顕微鏡と光学顕微鏡の分解能ギャップを埋める全く新しい顕微鏡の誕生だ。また、超低速ミュオンを再加速して、高輝度ミュオンマイクロビームを作り出し、ミュオン回折実験を行う為に、製作したサイクロトロン本体は3m四方に収まるコンパクトなものとなり、電源やアンプ等の付帯装置、さらに顕微鏡本体を、J-PARCの物質生命科学研究施設(MLF)のU1Bエリア内に設置することができた。RFのフルパワー共振などの試験は完了しており、まもなくミュオン再加速が開始される状況となっている。当初予見していなかった展開としては、サイクロトロンが短寿命粒子の加速に極めて有効であるという点を見出した事にある。従来、この様な目的には、高コストで大きな接地面積を必要とし、さらには大きな電力を必要とする線形加速器が用いられてきた。この発見により、ミュオンのみならず各種の短寿命粒子の再加速という新たな分野が開けたといえる。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

高輝度ミュオンマイクロビームよる透過型ミュオン顕微鏡イメージング　https://slowmuon.kek.jp/MuonMicroscopy.html

研究成果

• [雑誌論文] Pulsed muon facility of J-PARC MUSE (2024)
  • 著者名/発表者名: K.Shimomura, A.Koda, A.D.Pant, H.Sunagawa, H.Fujimori, I.Umegaki, J.Nakamura,M.Fujihala, M.Tampo, N.Kawamura,N.Teshima, P.Strasser, R.Kadono, R.Iwai , S.Matoba, S.Nishimura, S.Kamioka, S.Kanda S.Takeshita, T.Yuasa, T.Ito, T.Yamazaki, T.Mibe, W.Higemoto, Y.Miyake, Y.Kobayashi, Y.Oishi, Y.Nagatani, Y.Ikedo
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 31(1-6)
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01863-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 透過型ミュオン顕微鏡 (2023)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則、下村浩一郎
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 65 ページ: 33-41
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BEAM PROFILE MEASUREMENT OF THE ULTRA-SLOW MUON FOR THE TRANSMISSION MUON MICROSCOPE AT J-PARC/MUSE (2023)
  • 著者名/発表者名: Y Nakazawa, T Adachi, J Ohnishi, T Adachi, Y Ikedo, Y Oishi, K Shimomura, P Strasser, S Kanda, A Goto, N Teshima,Y Nagatani, Y Miyake, T Yamazaki, T Yuasa, T Umezawa,K Umeda, S Nakamura
  • 雑誌名: Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan 巻: PASJ2023 ページ: 835-838
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] MUON ACCELERATION BY CYCLOTRON (2023)
  • 著者名/発表者名: J Ohnishi, Y Nagatani, A Goto, T Yamazaki, Y Miyake, T Yuasa,T Adachi, Y Nakazawa, T Adachi, H Tsutsui, S Kusuoka, T Onda
  • 雑誌名: Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan 巻: PASJ2023 ページ: 877-880
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ミュオン顕微鏡 (2023)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 雑誌名: 第38回分析電子顕微鏡検討会 予稿集 巻: ー ページ: 26-31
• [雑誌論文] The Ultra-Slow Muon beamline at J-PARC: present status and future prospects (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanda S、Teshima N、Adachi T、Ikedo Y、Miyake Y、Nagatani Y、Nakamura S、Oishi Y、Shimomura K、Strasser P、Umezawa T
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2462 ページ: 012030(1-7)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2462/1/012030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intense Lyman-alpha light source for ultra-slow muon generation (2023)
  • 著者名/発表者名: Oishi Y、Adachi T、Saito N、Ikedo Y、Ishida K、Kanda S、Umezawa T、Kamioka S、Teshima N、Nakamura J、Nakamura S、Miyake Y、Iwasaki M、Wada S、Shimomura K
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2462 ページ: 012026(1-6)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2462/1/012026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A simulation study of muon transport in the Ultra-Slow Muon beamline at J-PARC (2023)
  • 著者名/発表者名: Teshima N、Kanda S、Adachi T、Ikedo Y、Miyake Y、Nagatani Y、Oishi Y、Shimomura K、Strasser P
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2462 ページ: 012036(1-6)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2462/1/012036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Present status of J-PARC MUSE (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimomura K、Koda A、Pant A D、Natori H、Fujimori H、Umegaki I、Nakamura J、Tampo M、Kawamura N、Teshima N、Strasser P、Kadono R、Iwai R、Matoba S、Nishimura S、Kanda S、Takeshita S、Yuasa T、Yamazaki T、Miyake Y、Kobayashi Y、Oishi Y、Nagatani Y、Ikedo Y、Higemoto W、Ito T
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2462 ページ: 012033(1-5)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2462/1/012033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PROGRESS IN DEVELOPMENT OF MUON CYCLOTRON (2022)
  • 著者名/発表者名: J Ohnishi, Y Nagatani, A Goto, T Yamazaki, Y Miyake, T Yuasa, T Adachi, T Adachi, H Tsutsui, S Kusuoka, Y Kumata, T Onda
  • 雑誌名: Proceedings of the 19th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan 巻: PASJ2022 ページ: 906-910
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] DATA ANALYSIS OF MAGNETIC FIELD MEASUREMENT OF MUON CYCLOTRON (2021)
  • 著者名/発表者名: J Ohnishi, A Goto, Y Nagatani, T Yamazaki, T Yuasa, T Adachi,Y Miyake, H Tsutsui, S Kusuoka, Y Kumata, T Onda
  • 雑誌名: Proceedings of the 18th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan 巻: PASJ2021 ページ: 845-849
  • オープンアクセス
• [学会発表] ミュオン顕微鏡 (2024)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: 第18回 SBRC Cryo-EM International Seminar
  • 国際学会
• [学会発表] 高輝度負ミュオン源 (2024)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: 第14回Muon科学と加速器研究
• [学会発表] ミュオン顕微鏡 (2023)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: 第13回ミュオン科学と加速器研究
• [学会発表] ミュオンサイクロトロンの開発状況 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大西純一，永谷幸則，後藤彰，山崎高幸，三宅康博，足立泰平，湯浅貴裕，安達利一，筒井裕士，楠岡新也，熊田幸生，恩田昂
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] J-PARC MLF MUSEにおける超低速ミュオンを用いたμSR実験に向けた装置調整 (2023)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎, 手島菜月, 足立泰平, 池戸豊, 髭本亘, 三宅康博, 永谷幸則, 大石裕, 下村浩一郎, Strasser Patrick, 梅田幸佑, 梅澤卓矢
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] ミュオン顕微鏡による電磁場イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則, 山崎高幸, 足立泰平, 安達利一, 大西純一, 後藤彰, Patrick Strasser, 反保元伸, 土居内翔伍, 名取寛顕, 奥津賢一, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] J-PARC/MUSE透過型ミュオン顕微鏡における超低速ミュオンのビームプロファイル測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中沢雄河，足立泰平，大西純一，安達利一，池戸豊，大石裕，下村浩一郎，Strasser Patrick，神田聡太郎，後藤彰，手島菜月，永谷幸則，三宅康博，山崎高幸，湯浅貴裕，梅澤卓矢，梅田幸佑，中村真毅
  • 学会等名: 第20回日本加速器学会年会
• [学会発表] サイクロトロンによるミュオンの加速 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大西純一，永谷幸則，中沢雄河，後藤彰，山崎高幸，三宅康博，足立泰平，安達利一，湯浅貴裕，筒井裕士，楠岡新也，恩田昂
  • 学会等名: 第20回日本加速器学会年会
• [学会発表] ミュオン顕微鏡の現状報告 (2023)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則, 大西純一, 山崎高幸, 中沢雄河, 足立泰平, 安達利一, 後藤彰, Patrick Strasser, 反保元伸, 土居内翔伍, 下村浩一郎, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会第78年次大会
• [学会発表] 走査型および透過型ミュオン顕微鏡 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: 第12回 Muon科学と加速器研究
• [学会発表] ミュオン顕微鏡イメージングに向けて (2022)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博
  • 学会等名: 物質科学研究討論会：基礎と応用の新展開
  • 招待講演
• [学会発表] 超低速ミュオンの夢が花開くときー二刀流をめざすミュオン新ビームライン始動ー (2022)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: J-PARCプレス勉強会
• [学会発表] 40MeV透過型ミュオン顕微鏡の開発計画 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則, 山崎高幸, Strasser Patrick, 足立泰平, 河村成肇, 大石裕, 湯浅貴裕, 的場史朗, 池戸豊, 安達利一, 染谷宏彦, 大西純一, 後藤彰, 下村浩一郎, 三宅康博
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第７８回学術講演会
• [学会発表] A simulation study of muon transport in the Ultra-Slow Muon beamline at J-PARC (2022)
  • 著者名/発表者名: N.Teshima, S. Kanda, T. Adachi, Y. Ikedo, Y. Miyake, Y.Nagatani, Y. Oishi, K.Shimomura, P. Strasser, T. Umezawa
  • 学会等名: The 15th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2020)
  • 国際学会
• [学会発表] The Ultra-Slow Muon beamline at J-PARC: the present status and future prospects (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Kanda, N. Teshima, T.Adachi, Y.Ikedo, Y. Miyake, Y. Nagatani, Y. Oishi, K. Shimomura, P. Strasser, T. Umezawa
  • 学会等名: The 15th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Intense Lyman-alpha light source for ultra-slow muon generation (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Oishi, T.Adachi, N. Saito, Y.Ikedo, K.Ishida, S. Kanda, T. Umezawa, S. Kamioka, N. Teshima, J.Nakamura, S. Nakamura, Y. Miyake, M. Iwasaki, S.Wada, K. Shimomura
  • 学会等名: The 15th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2020)
  • 国際学会
• [学会発表] 超低速ミュオン生成の高効率化を目指した表面ミュオンビームの最適化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 手島菜月, 神田聡太郎, 足立泰平, 池戸豊, 三宅康博, 永谷幸則, 大石裕, 下村浩一郎, パトリックストラッサー, 梅澤卓矢
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] J-PARC MLF MUSEにおける超低速ミュオンの現状 (2022)
  • 著者名/発表者名: 神田聡太郎, 手島菜月, 足立泰平, 池戸豊, 三宅康博, 永谷幸則, 大石裕, 下村浩一郎, Strasser Patrick, 梅澤卓矢
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] ミュオン顕微鏡の開発の現状 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則, 山崎高幸, 足立泰平, 安達利一, 大石裕, 大西純一, 後藤彰, Patrick Strasser, 名取寛顕, 奥津賢一, 下村浩一郎, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] ミュオンサイクロトロンの開発状況 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大西純一，永谷幸則，後藤彰，山崎高幸，三宅康博，足立泰平，湯浅貴裕，安達利一，筒井裕士，楠岡新也，熊田幸生，恩田昂
  • 学会等名: 第19回日本加速器学会年会
• [学会発表] ミュオン顕微イメージングの応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: 第7回 文理融合シンポジウム
• [学会発表] ミュオン顕微鏡によるミクロ～マクロな電磁場イメージングとその将来性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: 中間子科学の将来討論会
• [学会発表] Recent developments of muon microscopes (2022)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagatani
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Quantum-field Measurement Systems for Studies of the Universe, Particles, and Other Applications (QUPosium2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミュー粒子を用いた顕微鏡の実現に向けて-自然科学と人文科学- (2021)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博
  • 学会等名: 第58回アイソトープ・放射線研究発表会 特別講演
  • 招待講演
• [学会発表] ミュオンサイクロトロンの磁場測定結果の分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大西純一，後藤彰，山崎高幸，永谷幸則，湯浅貴裕，安達利一，三宅康博，筒井 裕士，楠岡 新也，恩田昂，熊田幸生
  • 学会等名: 第18回日本加速器学会年会
• [学会発表] ミュオン顕微鏡の開発の現状 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則, 山崎高幸, 足立泰平, 安達利一, 大西純一, 後藤彰, Patrick Strasser, 名取寛顕, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 走査型および透過型のミュオン顕微鏡 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永谷幸則
  • 学会等名: 秋田県立大学 知能メカトロニクス研究会
  • 招待講演
• [図書] NSA/COMMENTARIES 量子ビーム科学の基礎と応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 永宮正治,民井淳,小沢恭一郎,前川藤夫,羽場宏光,吉田敦,阿部知子,郡司卓,後田裕,中村哲,柴山光宏,三宅康博,…他
  • 総ページ数: 195
  • 出版者: 日本原子力産業協会 原子力システム研究懇話会
• [備考] 高輝度ミュオンマイクロビームによる透過型ミュオン顕微鏡イメージング
  • URL: https://slowmuon.kek.jp/MuonMicroscopy.html
• [産業財産権] 荷電粒子輸送装置 (2021)
  • 発明者名: 永谷幸則,名取寬顕,P.Strasser,三宅康博他5名
  • 権利者名: 東北大学、高エネルギー加速器研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 公開番号: 特開2022-69391