2015 Fiscal Year Research-status Report
高強度パルスコヒーレント放射の非線形作用による水の物性と生理活性の探索
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15K04733
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
奥田 修一 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00142175)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | コヒーレント遷移放射 / 電子ライナック / THz光源 / 半サイクル光 / 吸収分光 / 非線形作用 / 水 / 生理活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
加速電子バンチからのコヒーレント放射は、THz域の光成分を持っており、他にない強力な単極電場を持つピコ秒パルス光（半サイクル光）の生成が可能である。この新しい概念の光としてのTHz光量子ビームの作用で、新たな研究領域を開拓するために研究を行った。京大原子炉実験所45 MeV Lバンド電子ライナックにおけるコヒーレント遷移放射光源と吸収分光計測系は、申請者らが独自に世界に先駆けて開発したもので、その安定性を活かして吸収分光実験を行ってきた。本研究では、この光源を利用した。アルミニウム箔からの後方への遷移放射を加速器室外に導き、集束して試料に照射した。加速器条件を変えて光源の特性を調べた。コヒーレント遷移放射から半サイクル光の生成条件を求める実験は、次年度に継続する。試料への作用時間を変えて非線形の現象を探索するために、光パルスの幅を変化させて実験を行った。Lバンドライナックでは、幅約10 ピコ秒のミクロパルスの光が770 ピコ秒の間隔でパルス列を形成し、このパルス列によるマクロパルスの幅を、数ナノ秒から4 マイクロ秒まで変化させた。光パルスの形状、照射の際のパルス繰り返しの条件は、加速器の調整により制御可能である。このように光照射条件として、強度、パルス幅、パルス形状、パルス繰り返しを変化させた。Martin-Puplett型干渉計で、THz領域（ミリ波、サブミリ波領域）における透過光のスペクトルを測定した。光検出器には、液体ヘリウム冷却シリコンボロメータを用いた。水を対象に光の吸収を調べ、新たな物性の探索に向けての準備実験を行った。さらに生理食塩水、生物試料への光照射の準備実験を開始した。この研究で、水の光吸収特性が得られ、またその他予備的な実験結果が得られた。この研究成果を、学会誌論文および国内の研究会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画はおおむね変更なく、ほぼ予定通りに実験を行った。この結果、水の光吸収特性について、新たな知見が得られ、成果の発表を行った。ここで、コヒーレント遷移放射から半サイクル光の生成条件を求める実験は、次年度にわたり継続することとした。光照射条件として、強度、パルス幅、パルス形状、パルス繰り返しを変化させたが、最適条件を求めるために、さらに実験の継続が必要となった。これらの結果をまとめて、今後国際会議での発表を行うことにした。このように一部に研究の遅れはあるが、おおむね良好な進捗状況が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
反応プロセスや生体の基本媒質である水を試料とし、新たな物性を探索する。申請者らはコヒーレント放射光源により、水の屈折率と吸収係数を最高波数分解能で測定した実績がある。本研究では特に、予備実験において可能性が明らかになった光強度に対する非線形吸収効果について明らかにする。最適化された光の条件および分光系を駆使しながら、詳細に実験を行う。生体内の水を模擬した生理食塩水について、吸収分光による基本特性を調べて、新たに得られた水の物性についての知見を基に、食塩水における光吸収挙動を明らかにする。生物試料は、標準的な菌および微生物（大腸菌、酵母、ユーグレナ藻）とする。生物試料を無水石英板にはさんだ水中に浮遊させて光照射を行う。水はサブミリ、ミリ波の強い吸収体であり、試料の全厚さを0.5 mm以下として、試料に照射される光強度の減衰を抑える。大腸菌や酵母では、照射後に培地での培養における増殖率の変化を調べ、定量化して結果を評価する。単細胞真核藻類のユーグレナ藻では、光照射中の挙動を実体顕微鏡で直接観察して影響を調べる。これは、有用な微生物として多方面に利用されているので、照射効果で活性が認められれば、直接応用研究に結び付けることができる。半サイクル光の条件を変化させながら、水、生理食塩水、生物試料について照射実験を継続する。特に非線形照射効果について詳細に実験を行い、水の新しい物性、生体における新しい現象と生理活性を探索し、放射線とは異なる量子ビームの応用分野を開拓する。この成果は、開発が進められているエネルギー回収型電子ライナックにおいて計画されている、平均出力が高いコヒーレントTHz放射の光源利用に新たな道を拓くことが期待される。
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| Causes of Carryover |
今年度の研究において、おおむね計画通り研究を実施した。このうち、半サイクル光の生成条件を求める実験は、次年度にわたり継続することとした。また光照射条件の最適条件を求めるために、さらに実験の継続が必要になった。この結果必要になる光学系の設置に必要な予算は、次年度に使用する必要が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
半サイクル光の生成条件を求める実験および光照射条件の最適条件を求める実験をおこなった結果、光学系の設置に必要な光学部品及び機械部品関連の予算を、主に次年度の前半を中心として使用する計画である。
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