物質理工学院 材料系の平賀良さん（修士課程1年）が9月17日に開催された凸版印刷株式会社（以下、凸版印刷）主催のビジネスコンテスト「新事業共創プログラムco-necto（コネクト） 2019」で、「特別賞」を受賞しました。ほかに3企業が優秀賞、2企業が特別賞で、平賀さんは唯一の学生として受賞しました。

co-nectoとは

受賞した「道路異常検知システム」

これまでは、目視または高価な機材を使用しないと不可能だった「道路の異常検知」を、どこにでもあるスマートフォンと、新開発のアプリ・ウェブ技術を使って、簡単に検出可能にしました。スマートフォンに内臓されているXYZ軸加速度センサーとジャイロセンサーを用いて、スマホの揺れ度合を波形表示させ、データと画像による解析が可能なシステムを作りました。

車に搭載して「道路の異常検知」を測定することにより、効率的な道路調査が可能になります。

これから老朽化する道路や、減っていく作業者、削減される予算といった課題を前に、効率の良いITサービスを提供するシステムとして提案されました。

平賀良さんのコメント

「特別賞」を受賞し、細田秀樹教授含め細田研究室の仲間や家族に喜んでもらい、とても嬉しかったです。研究室では、金属材料の研究をしており、そこで培った知識や専門を極めるという体験が、今回の受賞に繋がったと感じています。皆さんの応援あっての受賞だと思っています。これをきっかけに、11月にGoMA株式会社を設立し、代表取締役として励むつもりです。GoMAとは「go marketing」の略で、我々が作ったサービスを世の中へ広め、 Marketing(市場)を加速させるという意を込めています。これから凸版印刷さんと各自治体とで実証実験に向けて、取り組む所存です。このサービスを導入することによって、住み続けられる街づくりを、皆さんが 「笑顔」になれるような社会を構築します。

• 凸版印刷、新事業共創プログラム「co-necto」2019年選考結果を発表｜凸版印刷
• co-necto｜凸版印刷のオープンイノベーションプログラム

要点

• データセンター・発電所・エンジンなど、積極的な冷却は社会を支えている。
• 積極的な冷却とは「熱エネルギーの電気可換分」を失う行為で、現状未対処。
• 強制対流冷却に発電を統合し、この対処を与える基本技術を創出、実証した。

概要

現代文明は冷却に支えられている。世界の発電量の2%を消費するに至ったデータセンターはCPU群の正常動作のために、発電所のタービンは効率を上げるために、積極的な冷却が必須である。冷却とは多量の熱エネルギーを高温側（排熱源）から低温側（作動流体）に移す作業だが、このとき「熱エネルギーの電気（仕事）への可換分」の多くが失われる。これまでの強制対流冷却では、冷却の必要上このロスは仕方ないとし、冷却の世の中での広い使用にも関わらず、対処がされてこなかった。

東京工業大学 工学院 機械系の村上陽一准教授の研究グループは、「強制対流冷却」と「熱電気化学発電」という、これまで別々に発展してきた技術を統合することにより、「物体を冷やしながら発電する」新技術を創出し、実証することに成功した。

本成果で重要なのは、実証セル部分に冷媒を流して通過させるのに要するポンプ仕事より多い発電量を得たこと（すなわち、発電のゲインが1を超えたこと）であり、この発見は、本コンセプトの妥当性を証明した極めて重要なものである。本成果は、これまで未対処だった上述の「強制対流冷却に伴うロス」を回収しうる、新世代冷却技術への転換マイルストーンとなる革新的な基本技術である。

本成果は王立化学会（英国）の学術誌「Physical Chemistry Chemical Physics」に11月15日に掲載された。本論文Image may be NSFW.
Clik here to view.はオープンアクセスで無料公開されている。

背景

現代の我々の便利な生活は、電力と情報技術によって支えられている。それらを生み出す現場では、冷却が本質的に必要である。

遠隔地に建設されることの多いデータセンターでは、CPU群の動作と故障回避のために積極的な冷却が必須であり、多くは水の循環冷却（強制対流冷却^[用語1]）によって行われている。さらにその冷却水の循環にも電力（ポンプ仕事）が投入されている。一方、発電所では、火力・原子力を問わず、熱力学の原理法則によって、排熱面を積極的に冷却することが発電効率の維持に必須である。すなわち、冷却とは、我々の文明を支える根幹である。

ところが、熱を高温側（＝排熱源）から低温側（＝水などの冷却の作動流体）に移すと、熱エネルギーの電気（仕事）への可換分^[用語2]の多くが失われるという原理的事実がある。平たく言えば、「積極的な冷却」とは「熱をどんどん低温側に移す作業」であり、それが積極的であるほど「本来電気に変えられたはずの熱の価値が壊される」ということである。この問題点は、緊急度の高い冷却の必要性に隠れ、これまで仕方ないものと考えられてきた。あるいは、当たり前すぎて気づかれることのなかった盲点といえる問題点であった。

実は、原理的に、温度差があり熱流がある場所からは、電力を産み出すことができる。強制対流冷却が広く社会で用いられていることを考えれば、この問題点の対処がこれまで効果的に取り組まれてこなかったのは、現代技術の盲点であり、空白であった。

研究成果

本学の研究グループ（研究主任：村上陽一准教授）は、この問題を認識した上で、その解決の一般的方法を与える技術の創出に向け研究を行ってきた。その指針としたのが、既存の固体熱電変換技術とは対照的な、「液体側で熱→電気変換を行う」ということ、および、その液体を冷却の作動流体に用いることであった。これは、流体ならば流れや流路の柔軟なデザインが可能で、また、温度境界層という固体面上での流れ中に急峻な温度差がつく層を利用することで、短距離間で発電に有利な大きな温度差を得やすい、という利点に着目したことによる。

この流体側での発電の具体的方法として、研究グループは、従来、強制対流冷却とは無関係に追究されてきた、静的な排熱利用技術の一種である「熱電気化学発電」に注目した。これは、冷却の義務が課せられていない「廃熱」に適用し、電力を回収するという技術であり、酸化還元対^[用語3]という化学種を溶かした液中に、異なる温度の2本の電極を挿入し、温度差から電極間に起電力を生じさせる技術である。この技術の研究は、ほぼすべての場合について、密閉容器内で静的な状況（温度差による自然対流のみが存在する状況）で行われてきた。撹拌などを伴う準・動的な研究もあったが、この技術を強制対流冷却と結び付け、積極冷却の義務が存在する状況に統合する試みは従来存在しなかった。

本研究グループは、強制対流冷却に熱電気化学発電を統合することで、上述の「物体を冷やしながら発電する」のコンセプトを創出し、実証した。図1にこのコンセプトの模式図に示す。具体的に、作動流体には実用上不揮発・不燃とみなせる安全性の高いイオン液体^[用語4]を選んで100 ℃以上の高温排熱面にも適用可能とし、酸化還元対には高い性能が知られていたコバルト錯体塩を使用した。

そして、この着想の実証セルを設計し、実験を行ったところ、上述の狙い通り、強制対流冷却をしながらの発電に成功した。具体的には、流路形状の最適化がされていない状態にも関わらず、620 W/（m²K）という十分に高い熱伝達率（固体表面冷却の性能指標）を達成した。この冷却と同時に、約2.5 cm角の小さな電極サイズにも関わらず、0.26 mWの発電に成功した。試験セルが小型であるために今回の発電量は大きくないが、これは今後、スケールアップや、酸化還元対濃度の増大、流体粘度を低下などの、様々な方策によって改善が見込める数値である。

重要なのは、発電量が、このセルに冷却流体を流すのに必要な流体駆動仕事を上回ったという点である。すなわち、本コンセプトにより創出した技術は、原理上、冷却ユニット部に流体を通過させる仕事よりも多くの電力を発生できる（＝ゲインが1を超えている）ことが示された。この点が、本成果の極めて重要な側面であり、本コンセプトの妥当性を裏付けるとともに、今後、本創出技術に対する興味を喚起する重要な発見となっている。

「背景」で述べたように、年々消費電力が増加するデータセンターでは、CPU群自体の消費電力に加え、それを水冷するための冷却システムの稼働電力も大きなものとなっている。本成果は、今まで無駄に捨てていた、積極冷却に伴う「熱の電気（仕事）への可換分のロス」の一部を取り戻し、それを水冷のポンプ仕事に充てることが原理上可能であることを示したものであり、上述の従来技術の空白を埋め、新世代冷却技術への転換マイルストーンとなる基本技術となっている。

研究の経緯

本研究グループは、2014年にこのコンセプトの着想を得て、2015年4月より公益財団法人 東電記念財団の研究助成支援^{[参考文献1]}を受けて研究を開始し、2017年5月には、解釈が十分ではない段階の予備結果を第54回日本伝熱シンポジウムにおいて発表Image may be NSFW.
Clik here to view.した。このたび、実験結果に対する十分な解釈を得、対外的に説得力をもって結果を公表できる段階に至ったこと、および、上述の「ゲイン > 1」という本コンセプトの妥当性を証明した重要知見を得たことを受け、下記の英文学術雑誌への論文掲載をもって、本プレスリリースを行うに至った。

今後の展開

本成果は実験室レベルの小型の実証セルによって得られたもので、その発電量は少ない。しかし、これは、上述のように様々な方策で増大が可能なものである。今後の展開として取り組むべき事項は、（1）スケールアップとその影響の検証、（2）流路形状と流れのデザインの最適化、（3）発生電力量に直結する、高い溶解濃度を達成できる新規な酸化還元対種の開発である。（1）と（2）は本研究グループにおいて引き続き研究を進める予定である。（3）については、共同開発パートナーとなる化学メーカーまたは化学研究者を募り、本技術の飛躍的な性能向上に向け、今後、中～長期的に展開してゆく予定である。

論文情報

掲載誌 :	Physical Chemistry Chemical Physics（王立化学会、英国）
論文タイトル :	Integration of thermo-electrochemical conversion into forced convection cooling
著者 :	Yutaka Ikeda, Kazuki Fukui, and Yoichi Murakami
DOI :	10.1039/c9cp05028k Image may be NSFW. Clik here to view.（オープンアクセス） （対応するプレプリント：arXiv:1908.08646 Image may be NSFW. Clik here to view.）

• プレスリリース 世の中で広く用いられる強制対流冷却において「物体を冷やしながら発電する」新技術を創出 ―熱電気化学発電の強制対流冷却への統合とコンセプト実証―Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 未利用光を利用可能な波長に変換する新しい材料プラットフォームを開発｜東工大ニュース
• 未利用の太陽光エネルギーを利用可能にする透明・不燃な光波長変換ゲルを開発―太陽電池や光触媒等の変換効率向上に資する材料革新｜東工大ニュース
• 村上研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 村上陽一 Yoichi Murakami
• 工学院 機械系
• 研究成果一覧

東京工業大学ヨット部の男子部員2名が11月20日から24日まで江の島ヨットハーバー（神奈川県藤沢市）で開かれる第48回全日本470級ヨット選手権大会に出場します。全日本大会は学生だけでなく実業団チームに所属する社会人も出場し、国内トップを決める最高レベルのレースです。東工大ヨット部が他大学の強豪と競い、全日本大会の出場権を獲得したのは2005年以来、14年ぶりの快挙です。

出場を決めたのは470級のスキッパー、八鍬（やくわ）祐樹さん（生命理工学院 生命理工学系 学士課程2年）とクルー、渡辺博之さん（工学院 機械系 学士課程4年）のペアです。二人は5月18、19日に江の島ヨットハーバーで行われた関東470級選手権大会予選および6月29、30日に葉山港（神奈川県三浦郡葉山町）で行われた全日本470級選手権大会関東水域予選レースで優秀な成績をおさめました。レースの成績に応じて与えられるポイントにより、関東水域枠から全日本大会に進む28艇の中に選ばれました。

全日本470級選手権大会は、予選シリーズ5レース、決勝シリーズ最大6レースとメダル・レースが予定されています。

週末の合宿練習で全国へ

東工大ヨット部の活動は主に週末。活動拠点となる葉山には合宿所があり、土日は1泊2日で共同生活をしながら練習に励みます。様々な学年・性別のメンバーで構成されたグループにわかれ、海上練習後のミーティングや日々の体力づくりの自主練習の中で、上級生が下級生を指導し、選手としての成長を助けます。 週末の練習時間を確保するため、平日や合宿所での自由時間には集中して学修に取り組んでいます。

今回出場する八鍬・渡辺ペアも、チームワークとメリハリのある生活によって、限られた練習時間の中で全国レベルの大会に出場するほどの実力を付けることができました。

東工大ヨット部とは

部活動としても歴史が古く、一般社団法人くらまえ潮会という会員数400名を誇る体育会ヨット部OB／OG会が、「一人前のセーラーを育てることは、すなわち一人前の社会人を育てること」をモットーに、現役部員の活動を全面的に支援しています。

ヨットレースと470級

ヨットレースは、ディンギーと呼ばれる2人乗りのエンジンのないヨットに乗り、風や潮といった気まぐれな流体の中をどう早く進むか、高度な戦略と戦術が要求される頭脳スポーツです。レースは参加艇が一斉にスタートし、海上に設置されたブイを決められた順序で、決められた回数を回りフィニッシュの順位を競います。

470（ヨンナナマル）級は艇体の全長が4.7 mであることに由来して命名されました。2人乗りで帆が3枚のレーシング・ディンギーを用いて戦うレースです。オリンピックのセーリング種目にも採用されました。乗員の適正体重は2人の合計で130 kg前後と小柄な日本人の体格に適していることから、国内で最も盛んに行われています。

舵と主帆（メインセール）を操るスキッパーと前帆（ジブセール、470級ではスピネーカーも使う）を操るクルーがペアを組みます。

• 東工大ヨット部の河合亜美さんと津田南美さんが関東学生女子ヨット選手権大会で入賞｜東工大ニュース
• 東工大ヨット部の岡田暎さんと堀江嶺太郎さんが関東学生ヨット選手権大会予選で1位｜東工大ニュース
• 東工大ヨット部が東京地区国公立大学体育大会で総合優勝｜東工大ニュース
• 東工大ヨット部　全日本学生女子ヨット選手権大会に2年連続出場｜東工大ニュース
• 東工大ヨット部 全日本学生女子ヨット選手権大会に出場決定｜東工大ニュース
• 東京工業大学体育会ヨット部
• 一般社団法人くらまえ潮会
• alljpn470
• Kanto 470 Association

要点

• 産学官連携を強化する開発コンセプトで新産業へつながる機能を導入
• 民間事業者の不動産開発に係るノウハウ・経験・資金等を最大限活用した大規模再開発
• JR田町駅周辺の魅力的なまちづくりや東京都の都市再生、国際競争力の強化にも貢献

概要／背景

東京工業大学は、2018年3月に文部科学大臣により指定国立大学法人に指定されました。指定国立大学法人は「国内の競争環境の枠組みから出て、国際的な競争環境の中で、世界の有力大学と伍し、社会や経済の発展に貢献する取組の具体的成果を積極的に発信し、国立大学改革の推進役としての役割を果たすこと」が期待されており、教育研究基盤発展の自立化や財務基盤の強化を目指していくことが重要となっています。

田町キャンパスが位置する品川駅－田町駅周辺地域では、大規模開発による新たなまちづくりが進展しており、羽田空港の国際化、羽田空港アクセス線の計画、高輪ゲートウェイ駅の開業及びリニア中央新幹線の開通などにより、地域全体での立地性の向上も見込まれています。その中で田町キャンパスは再開発等促進区を定める地区計画、都市再生緊急整備地域及び国際戦略総合特別区域（東京都アジアヘッドクォーター特区）に位置づけられているなど、非常に高い開発ポテンシャルを有しています。

本学では、2015年に「3キャンパスの総合的利用方針」を定め、田町キャンパスを「敷地の高度利用を図り、教育研究スペースを拡充するとともに、田町駅前という立地を活かし、大学間・産学官・国際連携のためのスペースを確保することにより、社会連携・国際化等の拠点とする」ことを決定し、再開発の可能性について検討を進めてきました。

その後、高大連携の強化の点から現在田町キャンパスに位置している本学附属科学技術高校を大岡山キャンパスに移転することを前提として、対話型PPP（Public Private Partnership：公民連携）手法の一環としてRFI（Request For Information：情報提供依頼）を行うなど民間事業者の意見を積極的に取り入れながら具体的な事業スキームの検討を進め、このたび、事業予定者の募集を開始する運びとなりました。

事業スケジュール（予定）

今後、募集要項等に対する質問応答、現地見学会、対話等を経て、応募者から提案書を受け付け、2020年8月頃に事業予定者を選定することを予定しています。

事業の詳細

東京工業大学は、本事業の実施に向けて以下の開発コンセプト及び誘導目標を策定しました。これらの実現に向け、事業者と連携して田町キャンパスの活用を図っていきます。

産学官連携機能の導入

本事業の公募に当たっては、誘導目標2に示す新産業の創出拠点を形成するための機能の一つとして、最先端の研究教育を推進している本学と再開発事業者が連携し一体的に整備・運営していく産学官連携機能の導入を要件としています。

この産学官連携機能は、大学専有部と民間専有部を合わせて10,000 m²を超える規模の都心型の大型コミュニティ・ワーキングスペース、インキュベーション施設及び新技術等の情報発信スペース等を想定しており、国内外の大学、企業及び研究機関等との戦略的パートナーシップと共創型コミュニティを形成することで、田町から新たなオープンイノベーションを生み出していきます。

募集要項等を掲載していますので、ウェブサイトをご覧下さい。

• 東京工業大学 施設運営部

関連リンク

• プレスリリース 田町キャンパス再開発により国際的な産学官連携拠点を形成Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 東京工業大学の指定国立大学法人構想│東工大の方針｜東工大について

要点

• iPS細胞に放射線を照射したときの遺伝子発現変動を解明
• iPS細胞におけるゲノムDNAを守る遺伝子の仕組みが明らかに
• 再生医療におけるiPS細胞の品質管理に重要

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院 先導原子力研究所の島田幹男助教、松本義久准教授、環境・社会理工学院 融合理工学系 原子核工学コースの塚田海馬大学院生、香川望大学院生（当時）の研究グループはヒト皮膚由来線維芽細胞^[用語1]からiPS細胞^[用語2]を作成し、iPS細胞の放射線応答に関する遺伝子発現^[用語3]の変化を明らかにした。

ヒト初代継代線維芽細胞からiPS細胞を作成、神経幹細胞に分化誘導し、細胞に対して放射線照射後、次世代シークエンサーによるRNAシークエンス技術^[用語4]により、それぞれの細胞の遺伝子発現変化を解析。その結果、iPS細胞では通常の体細胞と比較してDNA修復や細胞周期チェックポイントなどゲノムDNAを守る仕組みが強くなり、一方である程度DNAに損傷を持つ細胞は積極的に細胞死によって排除される傾向があることを見出した。

ヒトの体細胞からiPS細胞へと変化させる技術はリプログラミングと呼ばれ、ヒトの臓器移植や疾患の治療などの再生医療分野で期待されている。一方で細胞内のゲノムDNA^[用語5]は細胞内外からの様々な刺激により常に損傷を受けているため、これらを修復する分子機構が存在するが、iPS細胞におけるDNA修復の分子メカニズムは不明な点が多かった。

研究成果はOxford Journal（オックスフォードジャーナル）出版社による日本放射線影響学会の学会誌「Journal of Radiation Research」（オンライン版）で10月28日に公開された。

研究の背景

ヒトをはじめとした生物の細胞のゲノムDNAは常時、紫外線や放射線といった細胞内外からの刺激により損傷を受けている。DNAの損傷は突然変異や細胞のがん化の原因となるために直ちに修復されなければならない。このため細胞にはDNA修復機構が備わっており、ゲノムDNAを守っている。

一方でiPS細胞は様々な細胞に変化する能力を持ち、臓器再生や疾患治療などへの応用が期待されるが、同時にiPS細胞自身ががん化する懸念が残っており、がん化するメカニズムの解明が急務となっている。一般的に細胞のがん化の原因はDNAに生じた「傷」が原因であり、通常はDNA修復機構により修復されるが、iPS細胞におけるDNA修復機構の制御機構は不明だった。そこでiPS細胞におけるDNA修復機構などDNAを守る分子の仕組み解明を試みた。

左がヒト皮膚由来の線維芽細胞、中央がマウスの胎児線維芽細胞上で培養している（オンフィーダー培養）iPS細胞、右がiPS細胞のみで培養している様子。

研究成果

研究グループはヒト線維芽細胞からiPS細胞を樹立し、ゲノム安定性に関与する遺伝子グループの発現解析を実施。またiPS細胞から神経幹細胞を樹立することにより皮膚線維芽細胞→iPS細胞→神経幹細胞といった細胞の分化による遺伝子発現の変化も同時に解析した。

まず、細胞に放射線（ガンマ線）を5 Gy（グレイ）照射、1時間後に細胞からRNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いて遺伝子発現を比較した。その結果、線維芽細胞からiPS細胞へと初期化^[用語6]することにより、DNA修復、細胞周期チェックポイントといった遺伝子を正常に保つための分子の発現が高くなっていることがわかった。

一方、アポトーシスという細胞死に関する遺伝子発現も高くなっていたことから、ある程度のDNA損傷を持つ細胞は積極的に細胞死によって排除されることもわかった。特に興味深いのはCDKN1A^[用語7]という遺伝子はp21というタンパク質を産生するが、iPS細胞ではこの発現量が大幅に低下していた。 p21はDNAに傷が生じた際に細胞分裂の周期を一度停止して、DNA修復にかかる時間を維持する役割を持つが、p21が少ないということは細胞周期を停止しないということを示している。すなわち、細胞分裂の周期を停止しなくても修復できる程度の損傷の場合はすぐに修復し、ある一定の閾値を超える損傷の場合はアポトーシスにより細胞死を起こすことが考えられる。

また、放射線の照射の有無によって遺伝子発現が増加する場合も確かめられたがこれらの傾向はiPS細胞特異的というよりは通常の細胞とよく似た傾向であった。

ヒト皮膚線維芽細胞（fibroblasts）、iPS細胞、神経幹／前駆細胞（NPCs）に放射線を照射（IR ガンマ線5 Gy照射1時間後）および非照射（NT）の細胞からRNAを抽出し次世代シークエンサーで解析した結果。縦軸は FPKMで遺伝子発現量の比を表す。iPS細胞ではDNA修復、細胞周期チェックポイント、アポトーシスに関係する遺伝子全てで発現量が増加していることがわかる。一方で、神経幹細胞に分化させると、発現量が増加する場合と、減少する場合で分かれる。これはそれぞれ神経系で必要な遺伝子かどうかを示しており、神経発生との関連が考えられる。

iPS細胞は多能性幹細胞という様々な臓器に変化することができる細胞の一種であり、遺伝子の設計図であるゲノムDNAがより安定に維持されていなければならない。今回の研究成果によりiPS細胞が遺伝子発現制御を通じて巧みにゲノムDNAの安定性を維持し、それが困難だと判断した場合は即座に細胞死により排除するメカニズムが明らかになった。

iPS細胞は初期化した後、ゲノム安定性に関与する遺伝子発現を増加させることにより、ゲノムの安定性を維持することが明らかになった。

今後の展開

今回研究グループはiPS細胞における網羅的な遺伝子発現解析により放射線や紫外線から体を守る遺伝子調節の仕組みを明らかにした。今後は、分子生物学的なアプローチによってそれぞれの遺伝子の機能を明らかにし、再生医療への貢献や放射線防護の発展に貢献することが期待される。

論文情報

掲載誌 :	Journal of Radiation Research
論文タイトル :	Reprogramming and differentiation-dependent transcriptional alteration of DNA damage response and apoptosis genes in human induced pluripotent stem cells
著者 :	Mikio Shimada, Kaima Tsukada, Nozomi Kagawa, Yoshihisa Matsumoto
DOI :	10.1093/jrr/rrz057 Image may be NSFW. Clik here to view.

• プレスリリース iPS細胞における放射線応答の遺伝子発現変化を解明 ―iPS細胞はゲノムDNAを守る仕組みが強く再生医療応用に期待―Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 放射線による皮膚への影響を解明│東工大ニュース
• 松本研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 島田幹男 Mikio Shimada
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 松本義久 Yoshihisa Matsumoto
• 先導原子力研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院（IIR）
• 環境・社会理工学院 融合理工学系
• 研究成果一覧

理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター 実験装置運転・維持管理室の稲辺尚人先任技師、福田直樹技師、久保敏幸協力研究員、東京工業大学 理学院 物理学系の中村隆司教授らの国際共同研究グループは、理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー（RIBF）^[用語1]」を用いて、フッ素（陽子数9）とネオン（陽子数10）の「中性子ドリップライン^[用語2]（各元素において中性子数が最も多い同位元素^[用語3]の存在限界）」が、それぞれフッ素-31（³¹F：中性子数22、質量数31）とネオン-34（³⁴Ne：中性子数24、質量数34）であることを初めて同定しました。

本研究成果は、中性子数が過剰な極限付近にある放射性同位元素（RI）^[用語4]の原子核構造の解明に貢献するとともに、宇宙における元素合成過程などを理解する上で重要な原子核の質量モデルの有効性を検証する試金石になると期待できます。

今回、国際共同研究グループは、大強度重イオンビームや高効率のRIビーム分離生成装置BigRIPS^[用語5]など、RIBFにおける卓越した実験条件により、酸素（陽子数8）の中性子ドリップラインが酸素-24（²⁴O：中性子数16、質量数24）と同定されて以来20年ぶりに、中性子ドリップラインの位置をネオン（陽子数10）まで拡張し、原子核の地図の境界線を更新することに成功しました。

本研究は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』のEditors' SuggestionとViewpointImage may be NSFW.
Clik here to view.に選ばれ、オンライン版（11月18日付：日本時間11月19日）に掲載されました。

背景

元素の同位体（原子核）に、中性子は何個まで付け加えられるでしょうか。例えば酸素（O：陽子数8）の場合、酸素-16（¹⁶O：中性子数8、質量数16）、酸素-17（¹⁷O：中性子数9、質量数17）、酸素-18（¹⁸O：中性子数10、質量数18）の3種が天然に存在する同位体（安定核）です。これに中性子を付け加えた同位体である酸素-19（¹⁹O：中性子数11、質量数19）、酸素-20（²⁰O：中性子数12、質量数20）などは、ベータ崩壊^[用語6]によって時間をかけて中性子から陽子へ変換されていくものの、酸素-24（²⁴O：中性子数16、質量数24）までは陽子と中性子は結合し、原子核として存在できます。

しかし、さらに中性子を加えて酸素-25（²⁵O：中性子数17、質量数25）を作ろうとしても結合せず、直ちに中性子を放出して崩壊してしまいます。こうした原子核としての存在限界を、原子核の地図（核図表^[用語7]）上で「中性子ドリップライン」と呼んでいて、核図表上では、右側（中性子過剰側）の境界線にあたります。

したがって、最初の問いは、「限界となるライン（線）はどこに引かれるのか」に置きかえてもいいでしょう。これは、原子核物理学において重要で基本的な問題ですが、いまだに解決されていません。中性子ドリップラインの近傍にある極限原子核は、中性子ハロー^[用語8]のような特異な構造を持ち、原子核の中で陽子と中性子を結び付けている力、すなわち湯川秀樹博士が発見した「核力」は、天然に存在する安定な原子核とは異なる性質を持つ原子核構造を出現させると考えられています。

中性子数が過剰な原子核（中性子過剰核）の生成は、今日の加速器技術や生成技術を用いても容易ではありません。実際、中性子ドリップラインは1999年に陽子数8の酸素で、酸素-24（²⁴O：中性子数16、質量数24）と決定されて以来20年間も、酸素より陽子数が多い元素については定まっていませんでした（図1）。これは、重い元素になればなるほど、中性子ドリップライン近傍の同位元素の中性子数が格段に多くなるため、天然に存在する安定同位元素の重イオンビームを使った反応では生成率が減少し、生成が極めて難しくなるからです。この困難を乗り越え中性子ドリップラインに到達するには、高い生成効率をもたらす優れた実験条件の実現が不可欠でした。

今回、国際共同研究グループは、従来の施設・装置に比べて卓越した生成効率を持つ、RIビームファクトリー（RIBF）が供給する大強度重イオンビームと次世代型の大口径超伝導RIビーム分離生成装置BigRIPSを用いて、20年ぶりに酸素より重い元素であるフッ素（F：陽子数9）とネオン（Ne：陽子数10）の中性子ドリップラインの決定に挑みました。

研究手法と成果

本研究では、RIBFの加速器から供給される、光速の約70%まで加速された大強度カルシウム-48（⁴⁸Ca、陽子数20、質量数48）ビームを厚さ20 mmのベリリウム（Be）標的に照射し、入射核破砕反応^[用語9]によって中性子過剰放射性同位元素ビーム（RIビーム）を生成しました。さらに、大口径超伝導RIビーム分離生成装置BigRIPSを用い、生成されたRIビームを収集・分離し、観測される放射性同位元素の粒子識別（同定）を行いました（図2、3）。本研究は、大強度⁴⁸Caビームの使用とBigRIPSの持つ高いRIビーム収集能力により、中性子ドリップライン近傍の同位元素に対して高い生成効率を実現しました。

粒子識別は、RIビームの飛行時間（速度）、磁気剛性^[用語10]、物質通過中のエネルギー減衰を測定し、放射性同位元素の陽子数（Z）および質量数（A）と陽子数の比（A/Z）を事象ごとに導出することによって行いました。図4はその粒子識別図で、観測された事象を二次元プロットしたものです。

ドリップラインの探索は、中性子ドリップライン付近の同位元素が観測されるか否かを調べることにより行いました。その結果、フッ素（F）については、フッ素-31（³¹F：中性子22、質量数31）の事象が多く観測されましたが、それより中性子数の多いフッ素-32（³²F：中性子23、質量数32）とフッ素-33（³³F：中性子24、質量数33）は全く観測されませんでした。ネオン（Ne）については、ネオン-34（³⁴Ne：中性子24、質量数34）の事象は観測されましたが、それより中性子数の多いネオン-35（³⁵Ne：中性子25、質量数35）とネオン-36（³⁶Ne：中性子26、質量数36）は観測されないことが分かりました（図4）。

さらに、本実験では、放射性同位元素の生成量について系統的測定も行い、FとNeの同位元素の生成量の質量数依存性を導出しました。得られた質量数依存性のカーブを外挿し、観測されなかった³²Fと³³F、³⁵Neと³⁶Neが存在すると仮定した場合に期待されるそれぞれの生成量を求めました。この生成量の期待値は約10～100個と評価され、それをもとに統計的検定^[用語11]を行った結果、100%に近い、高い信頼度でこれらの同位元素が存在しないと結論づけることができました。

以上により、FとNe元素の中性子ドリップラインをそれぞれ³¹F（中性子数22、質量数31）、³⁴Ne（中性子数24、質量数34）と決定しました（図1）。

今後の期待

今回の新たな中性子ドリップラインの位置決定は、まず、この中性子過剰極限に特徴的な原子核構造や核力の解明に寄与すると期待できます。

宇宙の爆発的な現象によって引き起こされるr過程^[用語12]と呼ばれる元素合成過程には、中性子過剰核が介在しますが、その解明にはそれらの質量予想が重要です。今回の成果は、こうした中性子過剰核の質量モデルの有効性を検証する上で重要な試金石になると期待できます。さらに、正しい質量モデルは、中性子星^[用語13]の構造の解明に必要な中性子過剰核の状態方程式^[用語14]の決定にも重要な役割を果たします。

次の挑戦としては、さらに重い陽子数11～13の元素（ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム）の中性子ドリップライン探索を行う予定です。2020年代半ばまでに、欧米にも大型のRIビーム施設が誕生します。理研のRIBFも増強を目指しています。世界中で中性子過剰極限に向けた研究が進むことで、核図表の境界線の確定が進みます。こうして、極限状態にある原子核の謎、宇宙の物質の起源などがより明らかにされるものと考えられます。

研究支援

本研究は、日本学術振興会（JSPS）科学研究費補助金新学術領域研究「量子クラスターで読み解く物質の階層構造（研究代表者：中村隆司）」、米国国立科学財団などによって一部支援されています。

用語説明

[用語1] RIビームファクトリー（RIBF） : 水素からウランまでの全元素の放射性同位元素（RI）を世界最大強度のRIビームとして発生させ、それを多角的に利用することにより、基礎から応用にわたるまで幅広い研究と産業技術の発展に貢献することを目的とする次世代加速器施設。施設はRIビームを生成するために必要な重イオンビームを供給するfRC、IRC、SRCなどからなる「加速器系」、RIビーム分離生成装置のBigRIPSからなる「RIビーム生成系」、生成系で生成したRIビームを用いて多角的な研究・利用を行う「基幹実験装置系」で構成される。RIBFは、以前の施設に比べ卓越した性能を持ち、これまで生成不可能だったRIビームを多種生成できるようになっている。RIビームは原子核の構成メカニズムの解明、元素の起源解明に有用であるとともに、RI利用による産業発展に寄与することも期待され、ドイツ、アメリカなど世界の主だった重イオン加速器施設でも同様な計画が進行中で、国際競争も激しい状況にある。

[用語2] 中性子ドリップライン : 同じ元素（同一の陽子数）に中性子数を増やしていくと、束縛エネルギーが減少していき、やがて非束縛状態になり原子核として存在できなくなる。この存在限界を中性子ドリップラインと呼び、同じ元素において、中性子数の最も多い放射性同位元素（原子核）に対応する。例えば、酸素元素の場合、酸素-24（陽子数：8、中性子数：16）が中性子ドリップラインである。さらに中性子数を増やすと束縛エネルギーがゼロを切ってしまい、中性子数が16より多い酸素の同位元素は存在しない。

[用語3] 同位元素、同位体 : 同じ元素には、異なる中性子数を持つものが複数存在する。これらを同位元素や同位体と呼ぶ。それらのうち、自然界に存在する安定なものを安定同位元素、時間とともに放射線を出し崩壊する不安定なものを放射性同位元素と呼ぶ。

[用語4] 放射性同位元素（RI）、中性子過剰放射性同位元素 : 物質を構成する原子核には、構造が不安定なため時間とともに放射線を放出しながら崩壊していくものがある。このような原子核を放射性同位元素と呼ぶ。放射性同位体、不安定同位体、不安定原子核、不安定核、ラジオアイソトープは同義語である。同じ元素において、中性子の数が異なる放射性同位元素が多数存在する。このうち、中性子数が陽子数より多いものを中性子過剰放射性同位元素と呼ぶ。RIは、Radioactive Isotope、Rare Isotope、Radioisotopeの略。

[用語5] BigRIPS : RIBFで使用される超伝導RIビーム生成分離装置。重イオンビームを生成標的に照射することによって生成されるさまざまな放射性同位元素（RI）を収集・分離・識別し、放射性同位元素ビーム（RIビーム）として供給する。大口径・高磁場の超伝導電磁石を使用し、第1、第2の二段階のステージから構成される次世代型RIビーム生成装置である。高効率のRIビーム生成、高分解能の粒子識別など卓越した性能を持ち、これまで生成不可能であった多数のRIビームの生成を可能にしている。

[用語6] ベータ崩壊 : 弱い相互作用によって、原子核内の中性子が陽子と電子と反電子ニュートリノに（あるいは陽子が中性子と陽電子と電子ニュートリノに）崩壊し、原子核がゆっくりとより安定なものに変換していく過程をいう。

[用語7] 核図表 : 縦軸に陽子数、横軸に中性子数をとり、原子核の核種（同位元素の種類）を示した配置図。原子核の地図。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

[用語8] 中性子ハロー : 通常の安定な原子核では、陽子と中性子が均一に混ざり合って分布し、陽子の占める体積と中性子の占める体積はほぼ等しいと考えられている。しかし、ドリップライン近傍の中性子過剰不安定核には、通常のこのコアの部分と遠方まで広がる過剰な中性子の部分とに分かれた分布構造を持つものが存在する。この過剰な中性子が、異常に大きな半径を持ってコアの周りに薄く広がっている状態を中性子ハローと呼ぶ。

[用語9] 入射核破砕反応 : 高速に加速された入射原子核（重イオンビーム）が標的の原子核に衝突したとき、複数の破砕片が速度を保って前方（ゼロ度方向）に放出される原子核反応をいう。この破砕片には、陽子過剰側から中性子過剰側まで広範囲な領域にわたるさまざまな放射性同位元素が含まれる。

[用語10] 磁気剛性 : 電荷を持った粒子が磁場中を運動するときの曲がりにくさを表す量。粒子の運動量（質量数と速度の積）に比例し、電荷に反比例する。磁気剛性の大きな粒子は大きな軌道半径、小さなものは小さな軌道半径で曲がる。

[用語11] 統計的検定 : 同位元素が存在したとしても事象が観測されない確率を、事象の期待値とポアッソン確率分布から求める検定。この確率が小さければ小さいほど、非存在の信頼度が高くなる。

[用語12] r過程 : 中性子星合体など宇宙の爆発的な現象のときに起こると考えられている元素合成過程のモデル。鉄よりも重い元素（重元素）のほぼ半分は、r過程（rapid process）で生成されると考えられている。

[用語13] 中性子星 : 原子核の構成粒子である中性子がぎっしり詰まった超高密度の天体。大質量の恒星が一生を終える際、超新星爆発によってその中心部が圧縮されることにより形成される。

[用語14] 原子核の状態方程式 : 原子核の状態量であるエネルギー（温度）、密度、対称度の間の関係式をいう。

論文情報

掲載誌 :	Physical Review Letters
論文タイトル :	Location of the Neutron Dripline at Fluorine and Neon
著者 :	D.S. Ahn, N. Fukuda, H. Geissel, N. Inabe, N. Iwasa, T. Kubo, K. Kusaka, D.J. Morrissey, D. Murai, T. Nakamura, M. Ohtake, H. Otsu, H. Sato, B.M. Sherrill, Y. Shimizu, H. Suzuki, H. Takeda, O.B. Tarasov, H. Ueno, Y. Yanagisawa, and K. Yoshida
DOI :	10.1103/PhysRevLett.123.212501 Image may be NSFW. Clik here to view.

国際共同研究グループ

• 実験装置運転・維持管理室 RIビーム分離生成装置チーム

  先任技師：稲辺尚人（いなべ なおひと）

  技師：福田直樹（ふくだ なおき）

  協力研究員：安得順（アン デュック スン）

  協力研究員：鈴木宏 （すずき ひろし）

  協力研究員：清水陽平（しみず ようへい）

  技師：竹田浩之（たけだ ひろゆき）

• 実験装置運転・維持管理室

  協力研究員：久保敏幸（くぼ としゆき）

教授：中村隆司（なかむら たかし）

本研究には、理化学研究所、東京工業大学、東北大学、立教大学、ドイツGSI研究所、米国ミシガン州立大学より、総勢21人の研究者から構成される国際研究チームが参加しました。

• プレスリリース フッ素とネオンの同位元素の存在限界を初めて決定 ―原子核の地図の境界線を20年ぶりに更新―Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 原子核からほんの少しあふれた2個の中性子│東工大ニュース
• 中性子ハローがマグネシウム同位体にも出現│東工大ニュース
• 中性子が多い原子核に現れる特異構造を解明│東工大ニュース
• 中村研究室
• 中村隆司 ホームページ
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 中村隆司 Takashi Nakamura
• 理学院 物理学系
• 理化学研究所 仁科加速器科学研究センター
• 研究成果一覧

理化学研究所（理研）光量子工学研究センター 中性子ビーム技術開発チームの小林知洋専任研究員、池田翔太研究員、大竹淑恵チームリーダー、池田裕二郎特別顧問と東京工業大学 科学技術創成研究院 先導原子力研究所の林崎規託教授の共同研究チームは、容易に移設できるコンパクトサイズの「理研小型中性子源システムRANS-II（ランズ・ツー）」を開発し、計測実験に十分な中性子線の発生に成功しました。

本研究成果は、コンクリートインフラ構造物内部の現場における劣化診断や、一般企業の研究所や工場に必要な期間だけ設置して原料や製品の解析に使用するなど、機動的な中性子利用が期待できます。

今回、共同研究チームは、2013年に発表した「理研小型中性子源システムRANS（ランズ）^[用語1]」をさらに小型軽量化したRANS-IIを開発しました。RANS-IIではRANSよりも陽子線の加速エネルギーを小さくし、標的をベリリウムからリチウムにすることで、加速器重量を1/2に、標的を囲む遮蔽体重量を1/7程度に、装置の長さを1/3に抑制できました。2019年7月の施設検査合格以降、加速器の調整を重ね、各種計測実験が可能な状態になっています。

本研究は、台湾で開催される『第3回アジア・オセアニア中性子散乱に関する会議AOCNS2019』（11月18日）において発表されます。

※ 研究支援

本研究の一部は、文部科学省「光・量子融合連携研究開発プログラム」、内閣府総合科学技術・イノベーション会議の戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）「インフラ維持管理・更新・マネジメント技術（藤野陽三プログラムディレクター）」（管理法人：科学技術振興機構）による支援を受けて行われました。

背景

理研では現場で利用可能な中性子源の開発に取り組んでおり、2013年に「理研小型中性子源システムRANS（ランズ）」を開発しました^{[参考文献1}、^2]。RANSは、線形加速器で加速させた7 MeV陽子線（1 MeVは100万電子ボルト）をベリリウム（Be）標的に照射し、⁹Be(p, n) ⁹B反応^[用語2]と呼ばれる核反応により、最大5 MeVのエネルギーを持つ中性子線を発生させることができます。

これまでRANSは、国内で数少ない中性子照射施設として実験の機会を提供してきました。また、陽子線の短パルス化などに取り組み、中性子イメージング^[用語3]や中性子回折^[用語4]を利用した産業応用、高速中性子による大型構造物非破壊観察実験^{[参考文献3}、^4]、中性子誘導即発ガンマ線分析^[用語5]を利用したコンクリート中の塩分濃度解析実験^{[参考文献5]}などを実施してきました。

一方で、共同研究チームは、2016年度より中性子源のさらなる小型軽量化を目指し、「理研小型中性子源システムRANS-II（ランズ・ツー）」の開発を始めました。

研究手法と成果

小型軽量化された中性子源システムの構築には、加速器や標的を囲む遮蔽体の重量をRANSよりも軽くする必要がありました。そのためにRANS-IIでは、陽子線エネルギーを7 MeV から2.49 MeVに絞り、標的をリチウム（Li）にしました。RANSよりも低い陽子線エネルギーでは、Li標的の方がBe標的よりも中性子発生量が多くなるからです。また、RANSでは加速器2台を連結していましたが、RANS-IIでは高周波四重極線形加速器（RFQ加速器）^[用語6]だけにすることで^{[参考文献6]}、加速器の長さと重量を1/2（5 mから2.5 m、5トンから2.5トン）に抑制できました。さらに、Li標的にしたことで中性子線の発生が前方へ指向することから、遮蔽体重量を1/7程度（20トンから3トン）に大きく減量できました。図1にRANS-IIシステムの全体模式図を、表1にRANSおよびRANS-IIのパラメータ比較を示します。

十分な厚さを持つ標的を想定した場合、RANSの条件である7 MeV陽子線による⁹Be(p, n)⁹B反応の中性子収率は、陽子1マイクロクーロン（μC、1μCは100万分の1クーロン）あたり約100億個となります。一方、RANS-IIで使用する2.49 MeV陽子線による⁷Li(p, n)⁷Be反応^[用語7]の中性子収率は、陽子1μCあたり約10億個となり、RANSの1/10しかありません。しかし、RANSでは検出器位置が標的から2～5 m程度離れてしまうのに対し、RANS-IIでは標的から1 m以内と近くなるので、単位面積あたりの中性子数は多くなります。またRANS-IIでは、中性子発生が等方的ではなく前方に偏っているため無駄になる中性子が少なくなります。これらのことが有利に働き、十分な中性子量が検出器に到達すると考えられます。

図2は、2.49 MeV陽子線が80マイクロメートル（μm、1μmは100万分の1メートル）厚のLi標的に衝突した際に放出される中性子線の前方1m位置におけるエネルギー分布を、PHITSコード^[用語8]（Ver2.82, ENDF/B-VII.1の断面積を使用）により計算した結果です。モデレータ^[用語9]なしの場合、中性子線の最大エネルギーは約0.7 MeV、平均エネルギーは約0.6 MeVとなります。RANS-IIで予定されている最大陽子電流（100μA）を考慮すると、前方1m位置における全中性子束（単位時間、単位面積あたりの中性子数）は1.7×10⁵ cm^-2s^-1となり、高速中性子イメージングに関しては十分に実行可能な量であると判断されます。

また、RANSでは米国AccSys社より購入した加速器（型式名PL-7）を使用していますが、RANS-IIでは国産RFQ加速器を使用して自主開発しました。頻繁に移設することを考慮し、剛性の高い鉄を基材としています。加速空洞内は電気伝導性の高い銅をメッキした後、再度精密加工を施しています（加工製造：タイム株式会社）。組立中のRFQ加速器を図3に示します。本加速器は本体構造部品が3点のみと少なく、さまざま部品の調節が非常に容易かつ狂いにくいという特長を持ちます。具体的には、通常RFQ加速器はまず真空容器を製作し、その中に加速電極を設置していきます。一方、本加速器は三枚の鉄板を重ね合わせ、内部を機械加工でくり抜いて真空容器を形成していますが、このくり抜く過程で、加速電極となる部分を残してあります。つまり、真空容器と加速電極が三枚の鉄板からの削り出しで形成されています。部品点数が少ない、かつ剛性が高いことが本加速器の特長です。なお、加速器に入力する高周波の増幅には、200 kWの半導体アンプ（アールアンドケー株式会社製）を採用しました。本アンプは48個の小型アンプユニットが並列接続されており、予備ユニットを準備することにより現場での故障対応を迅速に行うことができます。

RANS-IIは現在、理研和光事業所の中性子工学施設内に設けた専用スペースに設置され調整を行っています。Li標的に到達している陽子電流は約30μA（時間平均）で、中性子発生量は計算上毎秒2.7×10¹⁰個（全方向積分値、2019年10月末現在）であり、各種計測実験が可能な状態になっています。

今後の期待

本研究により、全長5 mの小型中性子源システムRANS-IIによる中性子線の発生に成功しました。現在、RANS-IIから発生される中性子線の特性計測（エネルギースペクトル計測）を実施しています。

RANS-IIの重要な役割は二つあります。一つは、インフラ非破壊計測を目指した可搬型小型中性子源のプロトタイプとしての役割です。この開発により、さらなる小型軽量化が可能となり、最終的には橋梁などの内部劣化を可視化する屋外非破壊計測システムの実現につながります。もう一つは、企業などの計測現場で手軽に利用可能なことを最終目標とした、普及型中性子源システムを実現する据置型モデルという役割です。

今後は中性子散乱計測を含めた総合システムへと開発ステップを進め、実用化へ向けたさらなる開発へと発展させる予定です。

• プレスリリース 現場利用のための「理研小型中性子源システム RANS-II」 ―容易に移設可能な加速器中性子源の開発―Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 林﨑 規託｜教職員一覧｜先導原子力研究所
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 林﨑規託 Noriyosu Hayashizaki
• 東京工業大学 先導原子力研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院（IIR）
• 環境・社会理工学院 融合理工学系
• 光量子工学研究センター｜理化学研究所
• 研究成果一覧

令和3年度（2021年度）東京工業大学入学者選抜につきましては、3月22日付け及び10月11日付けで予告として公表しましたが、11月1日の文部科学省の大学入試英語成績提供システム導入の見送りに関する決定を受け、現時点で修正することが決定している内容につきまして、次のとおりお知らせします。

1．本学の個別学力検査（一般選抜）における英語科目の配点

修正前 ： 150点の内訳は、筆記試験120点、大学入試センターが設定した「資格・検定試験」（以下「認定試験」）30点とする。

修正後 ： 筆記試験150点とし、民間試験の結果は活用しない。

2．出願資格

修正前 ： 認定試験の成績がCEFR対照表のA2以上を取得していること。

修正後 ： 民間試験の成績を出願資格とはしない。

※

通常の大学入学資格に加え、本学が指定した共通テストの教科・科目をすべて受験することを出願資格とする。

• 令和3年度（2021年度）東京工業大学入学者選抜について｜新着入試情報｜高校生・受験生向けサイト
• 2021年度大学入学者選抜について（予告）（第2報）　令和元年10月11日付Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 2021年度大学入学者選抜について（予告）　平成31年3月22日付Image may be NSFW.
  Clik here to view.

東京工業大学工学院 電気電子系の藤井輝也・表英毅研究室とソフトバンク株式会社（以下「ソフトバンク」）は、第5世代移動通信システム（5G）などの新世代対応の超高速・広帯域無線通信システムの設計や評価に不可欠な電波伝搬モデルを新たに開発しました。開発したモデルは、国際電気通信連合 無線通信部門（ITU-R）^[用語1]の「時間・空間電波伝搬推定法^[用語2]」に追加・改訂され、国際標準化を達成しました。

この推定法は、時間・空間電波伝搬特性（電波の伝搬遅延時間特性と電波の水平および垂直方向からの到来角度特性）を同時に推定できるもので、今後の超高速・広帯域移動通信システムの設計や評価などに不可欠な電波伝搬推定法です。都市構造や基地局アンテナの高さ、送受信機間の距離などを考慮できる実用的な推定式であり、この推定法を用いることで、通信事業者はより効率的な移動通信ネットワークシステムの構築が可能になります。

IMT-2020（ITUにおける5Gの呼称）などの新世代無線システムでは、アンテナ素子を水平方向だけではなく、新たに垂直方向にも配置して周波数利用効率を向上させるMassive MIMO（Multiple-Input-Multiple-Output）技術などの活用が見込まれており、基地局側における垂直方向の電波到来角度特性の推定が必要になります。そこで、藤井・表研究室とソフトバンクは共同で、基地局側における電波の垂直面内到来角度推定法を開発しました。国内での審議を経て日本案として提案し、2019年9月にITU-R勧告 P.1816-4^[用語3]として国際標準化されました。

ソフトバンクはこれまで、新たな移動通信システムに合わせて、システム設計や評価に必要な電波遅延時間推定法や水平面内の電波到来角度推定法などの「時間・空間電波伝搬推定法」を2004年の標準化活動開始から15年間にわたり開発し、国際標準化してきました。

藤井・表研究室とソフトバンクは今後も「時間・空間電波伝搬推定法」のような基礎的な研究開発やその成果の国際標準化活動を通して、通信業界の発展に貢献していきます。

これまでの取り組みは以下をご参考ください。

次世代移動通信方式対応「時間・空間電波伝搬推定法」の国際標準化について｜ソフトバンク株式会社Image may be NSFW.
Clik here to view.

高速・広帯域移動通信システム対応の「時間・空間電波伝搬推定法」の国際標準化を達成｜ソフトバンク株式会社Image may be NSFW.
Clik here to view.

※

SoftBankおよびソフトバンクの名称、ロゴは、日本国およびその他の国におけるソフトバンクグループ株式会社の登録商標または商標です。

※

その他、このプレスリリースに記載されている会社名および製品・サービス名は、各社の登録商標または商標です。

• プレスリリース 5Gなどの新たな超高速・広帯域無線通信システムに対応可能な「時間・空間電波伝搬推定法」の国際標準化を達成Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 藤井輝也 Teruya Fujii
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 表英毅 Hideki Omote
• 工学院 電気電子系
• ソフトバンク株式会社
• International Telecommunication Union
• 研究成果一覧

東京工業大学で学ぶインドネシア人学生団体、東工大インドネシア留学生協会は10月5日、東工大大岡山キャンパスで、論文発表・講演会「東京工業大学インドネシア コミットメント アワード（以下、TICA）を開催しました。

TICAは駐日インドネシア大使館が協力し、毎年開かれています。10年前、インドネシアの留学生が科学技術の知識を共有するセミナーとして始まり、インドネシアの大学の学部学生を日本に招き科学論文を発表する大会に発展しました。

インドネシアの大学で論文を提出した学生の中から選ばれた優秀なファイナリスト5人が日本に招かれました。 論文発表大会は、TICA実行委員会の代表者ディマス・ドウィナンダさん、インドネシア大使館の代表者アリンダ・フィテリヤニ・マリク・ザイン博士、環境・社会理工学院 融合理工学系の佐藤由利子准教授が挨拶し、始まりました。続いてファイナリスト5人が論文を発表しました。審査員は、バイオエナジーの会社で働いているアジェン・プラモノさん（東工大卒業生）、スリカンディ・ノヴィアンティさん（東工大 環境・社会理工学院 融合理工学系 ポスドク研究員）、アンバラ・R・プラディプタさん（理化学研究所研究員・東工大 物質理工学院 応用化学系 助教）、サトリア・ズルカーナエン・ビスリさん（理化学研究所研究員・東工大 物質理工学院 材料系 客員准教授）の4名です。

審査結果は次の通りです。

論文発表に続く講演会には科学や技術の発展に業績を上げた2人のインドネシア人を招きました。インドネシアで電気自動車の開発に携わり、技術とコミュニティ開発の分野で活動する会社レンテラ・ブミ・ヌサンタラ社を設立したリッキー・エルソン氏と、横浜国立大学のディオニュシウス・シリンゴリンゴ准教授が話しました。

10周年を迎えたTICAは、東工大やインドネシア大使館、多くの関係者が支援する大きな行事に成長しました。東工大インドネシア人留学生協会は今後もTICAを開催し、インドネシアの科学技術の発展と若い研究者を支援していきます。

• 東工大インドネシア留学生協会
• 東工大インドネシア留学生協会が2018年の論文発表・特別講演会を開催｜東工大ニュース
• 東工大インドネシア留学生協会が論文発表会と特別講演会を開催｜東工大ニュース
• 東工大インドネシア留学生協会がキャリアセミナーを開催｜東工大ニュース
• TICA公式サイト

要点

• 全固体リチウム電池を応用したメモリ素子を開発し、超低消費エネルギー動作に成功
• 3つの異なる電圧を記録する3値記録メモリとしての動作を実現
• 開発したメモリ素子の特徴が、酸化ニッケルとリチウムの反応に起因することを確認

概要

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の一杉太郎教授、清水亮太助教、渡邊佑紀大学院生（修士課程2年）らは、東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻の渡邉聡教授らと共同で、全固体リチウム電池と類似した薄膜積層構造を持ち、超低消費エネルギーと多値記録を特徴とするメモリ素子の開発に成功しました。

コンピュータの利用拡大とともにエネルギー消費量は増大し続けており、半導体素子の消費エネルギー低減は喫緊の課題です。研究グループは、全固体リチウム電池の構造と動作メカニズムに注目し、情報を電圧として記憶する低消費エネルギーの電圧記録型メモリ素子の開発に取り組みました

本研究では、ニッケルを電極として用いた、全固体リチウム電池と同じ構造のメモリ素子を作製しました。その結果、消費エネルギーの低減に加えて、3種類の異なる電圧を記憶する3値記録メモリとしての動作を実現しました。これらの特徴は、界面に自発的に生成した極薄の酸化ニッケル膜とリチウムイオンの多段階反応によるものです。この成果は、超低消費エネルギーメモリ素子の実用化に向けた重要な指針となるだけでなく、固体内におけるリチウムイオン移動についての理論構築にもつながります。

本研究成果は11月20日（米国時間）に米国化学会誌「ACS Applied Materials and Interfaces」オンライン版に掲載されます。

背景

情報化社会の急速な進展に伴い、コンピュータは目覚ましい発展を遂げています。それに伴い、コンピュータの利用拡大とともにエネルギー消費量は増大し続けており、半導体素子の消費エネルギー低減が求められています。

このような状況の中、研究グループは、一杉教授らがこれまで研究してきた全固体リチウム電池をもとにした低消費エネルギーの電圧記録型メモリ素子を着想しました。この素子は、電池における充電状態と放電状態をメモリの“1”と“0”に対応させるものであり、開放端電圧^[用語1]が変化するメモリ素子と考えることができます。

全固体リチウム電池は、正極材料、固体電解質、リチウム金属負極が積層した構造と見なすことができ、正極材料にリチウムイオンが出入りすることによって、開放端電圧が変化します。携帯電話等で利用するリチウムイオン電池では、電池容量^[用語2]が大きいほど、正極材料に出入りするリチウムイオンの量が大きくなるため、電池の持ちが良くなり、利便性が高まります。そのため、通常の電池応用では電池容量を大きくすることが求められますが、メモリ素子への応用を考える場合には、電池容量が小さいほど消費エネルギーが小さくなり、優れたメモリ素子となります。電池容量は正極材料によって決まるため、低消費エネルギー化を実現するには、正極材料として適切な材料を選択する必要があります。

研究の成果

本研究では、半導体素子作製技術として汎用的なスパッタリング法などの薄膜作製手法を活用しました。また、低電池容量を実現するための正極材料として、リチウムと合金を形成しないニッケルを選択しました。ニッケル下部電極（Ni）上に固体電解質薄膜（Li₃PO₄）を形成し、その上にリチウム薄膜（Li）を形成することで、積層構造のメモリ素子を作製しました（図1）。その結果、ニッケル下部電極上に極薄の酸化ニッケル（NiO）が自発的に形成し、非常に容量が小さい全固体リチウム電池として動作することが明らかになりました。つまり、メモリ素子として動作することを実証したことになります。

メモリ動作に要した消費エネルギーを算出したところ、8.8 × 10⁻¹¹ J/µm²となり、これは、現行のパソコンに使用されているDRAM（> 4 × 10⁻⁹ J/µm²）の1/50程度の値に相当します（表1）。また、このメモリが3種類の異なる電圧状態を記録でき、3値記録メモリ^[用語3]としての動作を実現していることがわかりました（図2）。これは記録の高密度化に繋がる結果です。

黒線が印加電圧、曲線が開放端電圧を表しており、1.1 V未満の領域を低電圧状態、1.1－1.8 Vを中電圧状態、1.8 V超過を高電圧状態と定義している。

こうした3種類の安定状態（低電圧、中電圧、高電圧状態）のうち、最も安定な状態を探るために、作製したメモリ素子を加熱し、60 ℃と100 ℃でメモリ動作を試みました。その結果、中電圧状態が最も安定であることを確認しました。

また、ラマン分光測定を用いて消費エネルギーの低減と多値記録の発現が、ニッケル電極上に生じた極薄の酸化ニッケル膜と、固体電解質内を移動するリチウムイオンの間で発生する多段階反応に起因していることを明らかにしました。

今後の展開

今回の研究では、電圧記録型メモリ素子の基盤を構築することができました。さらに、多段階反応を伴う電極材料を用いることで、多値記録メモリとしての動作が可能になることを明らかにしました。メモリ素子の消費エネルギー低減や記録の高密度化は、コンピュータの省エネルギー化の鍵であり、今回の成果は、そうした特性をそなえたメモリ素子の実用化を目指す上での大きな一歩です。今後は、電池容量を究極に小さくした電池を作製することにより、電圧記録型メモリ素子のさらなる低消費エネルギー化が可能になります。さらに、人工知能技術のさらなる発展に向け、人間の脳の動きを模倣した脳型コンピュータへの応用も期待されます。

本成果は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業（CREST、さきがけ）、日本学術振興会（JSPS）科研費の支援を受けて行われました。

論文情報

掲載誌 :	ACS Applied Materials and Interfaces
論文タイトル :	Low energy consumption three-valued memory device inspired by solid-state batteries
著者 :	Yuki Watanabe, Shigeru Kobayashi, Issei Sugiyama, Kazunori Nishio, Wei Liu, Satoshi Watanabe, Ryota Shimizu, and Taro Hitosugi
DOI :	10.1021/acsami.9b15366 Image may be NSFW. Clik here to view.

• プレスリリース 全固体リチウム電池を応用した情報メモリ素子を開発：超低消費エネルギー化と多値記録化に初めて成功 ―省エネルギーコンピューティングに向けた大きな一歩―Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 全固体電池実現のネックを解明│東工大ニュース
• 高出力な全固体電池で超高速充放電を実現│東工大ニュース
• ナノ電線作製目指すガイドライン 「教師なし機械学習」利用で実現│東工大ニュース
• 従来の性能を越える新しい有機半導体用電極の開発 ―電極材料によらず電子・正孔両方の注入が可能に│東工大ニュース
• スピネル型酸化物材料の原子観察に成功 ―超伝導材料やリチウムイオン電池の高性能化に向けて大きな一歩―│東工大ニュース
• 数理的フレームワークにより微小電線の形成過程を再現―ナノエレクトロニクスへの応用に期待―│東工大ニュース
• 原子に触る ―アトムエンジニアリング―｜研究者への第一歩｜大学院で学びたい方
• 一杉研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 一杉太郎 Taro Hitosugi
• 物質理工学院 応用化学系
• 東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻
• 研究成果一覧

発表のポイント

• 北西太平洋南鳥島沖の深海堆積物から、中新世天体衝突イベント由来のエジェクタ層（放出物質の堆積層）を発見した。エジェクタ層にはオスミウム同位体比の負異常、白金族元素の異常濃集、ニッケルに富むスピネルを多数含む球状粒子（スフェルール）の産出などの天体衝突イベント由来の証拠が確認された。
• エジェクタ層の堆積年代は約1,100万年前と推定され、陸上に大きなクレーターが存在しないことから、世界で2例目の海洋天体衝突イベントの発見である可能性が高い。
• エジェクタ層の堆積年代は、約1,160万年前（中新世）に起こった最も年代の新しい生物大量絶滅イベントと誤差の範囲で重なることから、中新世生物大量絶滅イベントを引き起こした可能性がある。

概要

国立研究開発法人 海洋研究開発機構（理事長 松永是）海洋機能利用部門 海底資源センターの野崎達生グループリーダー代理らは、国立大学法人 東京大学、国立大学法人 神戸大学、学校法人 千葉工業大学、国立大学法人 九州大学、国立大学法人 東京工業大学 理学院 地球惑星科学系の石川晃准教授、学校法人 早稲田大学と共同し、2014年10月に海洋地球研究船「みらい」を用いて南鳥島周辺で採取されたピストンコア試料^[用語1]（図1、2）を詳細に記載および分析した結果、中新世の深海堆積物に天体衝突イベント由来のエジェクタ層^[用語2]が含まれていることを明らかにしました。

このエジェクタ層は、オスミウム同位体比（¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os）^[用語3]が約0.2まで低下する明瞭な負異常を示します（図3、4）。また、オスミウム濃度やイリジウム濃度はそれぞれ最高で約2.2 ppbおよび約3.2 ppbに達し、上部大陸地殻の平均値の数十倍を示すことから白金族元素^[用語4]濃度の異常濃集を伴います（図3、4）。さらに、本堆積物には天体衝突によって生成された球状粒子（スフェルール）が多数含まれており、スフェルールはカンラン石の仮像^[用語5]と推定される粘土鉱物および最大でNiO濃度が23.3%に達するスピネル^[用語6]粒子から構成されています（図5、6）。これらはいずれも地球上への天体衝突イベントと、それに伴う隕石および被衝突物の溶融と冷却によって生成される物質に特有の記載学的・地球化学的特徴です。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図3.

ピストンコア試料の（a）レニウム－オスミウム組成と（b）オスミウム年代。海底下320 - 360 cmにオスミウムの異常濃集とオスミウム同位体比の負異常が認められる。オスミウム同位体比層序から、エジェクタ層の堆積年代は約1,100万年前と推定される。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図4.

ピストンコア試料の（a）レニウム－オスミウム組成、白金族元素濃度および（b）コンドライト規格化白金族元素パターン。オスミウムの異常濃集とオスミウム同位体比負異常のピークと、白金族元素濃度の濃集ピークが一致する。白金族元素パターンは、PPGEに富むやや右上がりのパターンを示し、上部大陸地殻に比べるとPPGE（Pt:白金、Pd:パラジウム、Re:ロジウム）よりもIPGE（Os:オスミウム、Ir:イリジウム、Ru:ルテニウム）の濃集度合いが高いことがわかる。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図5.

オスミウム濃度が最も高く、オスミウム同位体比が最も低いピストンコア試料の（a）3次元X線顕微鏡画像。数十μm～数百μmサイズのスフェルールが多数散見される。（b）、（c）は視野の中で最大のスフェルールを拡大した画像で、カラースケールが異なる。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図6.

オスミウムの異常濃集とオスミウム同位体比負異常を示すピストンコア試料の粗粒部（62 μm以上）をふるい分けした物から作成した研磨片の（a - c）反射顕微鏡画像および（d - i）後方電子散乱（BSE）画像。スフェルールの外側は遠洋性堆積物に覆われているが（a）、内部はカンラン石の仮像を持つ六角板状の粘土鉱物が卓越する（a、d）。粘土鉱物の中には自形～樹枝状～球状のスピネル粒子が多数産出する（a - i）。樹枝状のスピネル粒子は、自形のスピネル粒子の先端から延びて成長している様子が観察される（c、f - h）。まれに球状のスピネル粒子（破線白丸）が観察され、最大で23.29 wt%と高いNiO濃度を示す（i）。

今回発見されたエジェクタ層は、オスミウム同位体（¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os）層序^[用語7]からその堆積年代が約1,100万年前と推定されます（図3）。年代決定手法が持つ誤差を考えても、陸上に大きなクレーターが存在しない年代であることから、これまでに見つかっていない地球上への新たな天体衝突イベントの証拠と考えられます。また、陸上に同年代の証拠がないことから、約251万年前に南太平洋に衝突したEltanin天体衝突イベントに次ぐ、世界で2例目の海洋天体衝突イベントの可能性が高いと考えられます。さらに、約1,160万年前に起こったとされる最も年代の新しい生物大量絶滅イベント^[用語8]は長年その原因が謎とされてきましたが、本発見はその解明への糸口となる可能性があります。今後、他の海域の深海堆積物についても調査を行い、新たに発見された中新世天体衝突イベントの詳細を解明していく予定です。

本成果は、英国のNature Publishing Group（NPG）が発行する学術雑誌「Scientific Reports」に11月20日付け（日本時間）で掲載されました。

背景

日本は世界第6位の広さの排他的経済水域（EEZ）を有し、その中にはマンガン団塊、海底熱水鉱床、マンガンクラスト、レアアース泥^[用語9]に分類される海底鉱物資源やメタンハイドレート、海底油田などのエネルギー資源が分布しています。2011年7月には、総レアアース濃度が400 ppmを超えるレアアース泥が、太平洋の広範囲に分布していることが発見されました。さらに、2013年3月には南鳥島のEEZ内から総レアアース濃度が6,500 ppmに達する超高濃度レアアース泥が発見されました（2013年3月21日既報Image may be NSFW.
Clik here to view.）。その後、レアアース泥の分布・成因を解明するために、音波探査やピストンコアラーによる採泥航海が2013年から毎年実施されてきており、最近では超高濃度レアアース泥が広く分布する南鳥島南方約250 kmの海域について、ArcGISを用いたレアアース資源の3次元分布やレアアース濃度を高めるためのハイドロサイクロンの有用性が報告される（2018年4月10日既報Image may be NSFW.
Clik here to view.）など、さまざまな成果が発表されています。このようにレアアース泥の特徴が次々と明らかにされつつありますが、レアアース泥の成因を考えるうえで重要な生成年代がいまだにわかっていません。

そこで、国立研究開発法人海洋研究開発機構および国立大学法人東京大学が中心となって、オスミウム同位体層序によるレアアース泥の生成年代決定を進めています。その過程において、2014年10月に海洋地球研究船「みらい」を用いて北西太平洋の南鳥島周辺で行われたMR14-E02航海で採取されたピストンコア試料から、オスミウム同位体比の負異常とオスミウムの異常濃集を伴う層が発見されました。オスミウム同位体比の負異常とオスミウムの異常濃集は、カンラン岩の混入あるいは宇宙起源物質の混入の2つの可能性でしか説明できないことから、本研究では高精度の全岩化学組成分析・同位体分析や顕微鏡観察および鉱物組成測定などの詳細な記載を行い、その由来の特定を試みました。

成果

南鳥島周辺で採取されたピストンコア試料であるMR14-E02 PC11（図1、2）（水深5,647 m、コア長1,311.5 cm）について、詳細な記載、鉱物組成測定および全岩化学分析を行いました。その結果、320 - 360 cmbsf（cm below seafloor：海底面からのcm表記の深さ）の地層に、オスミウムの異常濃集およびオスミウム同位体比の明瞭な負異常を発見しました（図3、4）。約357 cmbsfをピークとしてオスミウム濃度は最高で約2.2 ppbに達し、オスミウム同位体比は約0.2まで低下します（図3、4）。このオスミウム濃度は上部大陸地殻平均値の約70倍に達し、約0.2という低いオスミウム同位体比を伴うことから、カンラン岩のような超苦鉄質岩の混入か、隕石などの宇宙起源物質の混入の2つの可能性でしか説明できません。ピストンコア試料の記載、主成分元素および微量元素組成の結果からは、カンラン岩のような超苦鉄質岩混入の可能性は見つかりませんでした。そこで、オスミウム濃度と同位体比異常のピークを中心にさらなる密な試料のサンプリング、白金族元素濃度の定量分析およびコア試料の62 μm以上の粗粒部をふるい分けし、研磨片の作成、反射顕微鏡観察、鉱物組成測定などを行いました。

白金族元素濃度の最大値はオスミウムが2.2 ppb、イリジウムが3.2 ppb、ルテニウムが3.1 ppb、白金（プラチナ）が13.4 ppb、パラジウムが4.3 ppbを示し、上部大陸地殻の平均値の数十倍に達します（図3、4）。特に、イリジウム濃度は恐竜絶滅を引き起こした白亜紀－古第三紀境界（6,600万年前）の天体衝突イベントに伴うエジェクタ層よりやや低いものの、カナダに直径90 kmのクレーターを生じさせた三畳紀後期（約2億1,500万年前）の天体衝突イベントのエジェクタ層（2013年9月17日既報Image may be NSFW.
Clik here to view.）に匹敵する高い値です。また、球状の石質隕石であるコンドライト^[用語10]で規格化したレニウムおよび白金族元素パターンは、ややPPGE（白金、パラジウム、ロジウム）に富む右上がりのパターンを示します（図4）。オスミウムおよびイリジウム濃度の最大値から、このパターンは99.5%の遠洋性堆積物と0.5%のCIコンドライトの混合でおおむね説明できますが、遠洋性堆積物とCIコンドライトの単純な混合ではPPGEに比べてよりIPGE（オスミウム、イリジウム、ルテニウム）に富む点が説明できません。しかし、“遠洋性粘土”と“CIコンドライト＋海洋地殻＋遠洋性粘土のメルト”の混合を考えれば、レニウムおよび白金族元素パターンが整合的に説明できます。つまり、隕石、地球表層の地殻および堆積物の混合により説明できるということです。

オスミウム同位体比と白金族元素濃度に異常が認められた試料について、粗粒部分をふるい分けして作成した研磨片を反射顕微鏡、走査型電子顕微鏡および3次元X線顕微鏡で観察すると、直径数十μm～数百μmの球状粒子（スフェルール）が多数観察されます（図5、6）。スフェルールの外側は遠洋性粘土の構成物である石英、イライト、沸石、緑泥石－スメクタイト、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、輝石などからなりますが、内側はカンラン石由来と考えられる六角板状の仮像を示す粘土鉱物が卓越し、その中には自形～樹枝状～球状のスピネル粒子が産出します（図5、6）。樹枝状のスピネル粒子は、自形のスピネル粒子の先端から延びるように成長している物が多く、自形および樹枝状のスピネルは0.04 - 4.78 wt% NiO濃度を、球状スピネルは3.30 - 23.29 wt% NiO濃度を示します。より初生的な情報を記録していると期待されるCr₂O₃濃度に富む（クロムスピネル成分に富む）スピネルについて、集束イオンビーム－走査型電子顕微鏡とイオンミリング装置により数μm四方の研磨片を作成し透過型電子顕微鏡で観察すると、クロムに富むコア部と鉄に富むリム部（周縁部）に分かれており、鉄に富むリム部から磁鉄鉱成分に富む樹枝状スピネル粒子が成長している様子が観察されます（図7）。これらのスピネル粒子の形状および組織、NiO濃度、元素の累帯構造およびスピネル成分（化学組成）は、天体衝突イベントによる自形スピネル粒子の部分溶融とその後の急冷現象により、すべて整合的に説明されます。したがって、約357 cmbsfの地層を中心に宇宙起源物質（隕石）の深海堆積物への流入量が異常に増大したことが、記載学的・地球化学的に明らかとなりました。また、スピネル粒子の化学組成は、約251万年前に地球上に衝突した小惑星の破片であるEltanin隕石に含まれるスピネル粒子とは異なる組成を示し、炭素質コンドライト、あるいは普通コンドライトに含まれるスピネル粒子と類似した組成を示します（図7）。NiO濃度（トレボライト成分）の高い球状スピネル粒子は、隕石に含まれていた鉄－ニッケル金属の溶融と酸化によって生成したと考えられます。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図7.

ピストンコア試料のスフェルールに含まれるスピネル粒子の走査型電子顕微鏡画像、透過型電子顕微鏡による元素マッピング（クロム、鉄）、電子プローブマイクロアナライザー（EPMA）および透過型電子顕微鏡－エネルギー分散型X線分光器（TEM-EDS）で測定したスピネル粒子の化学組成。スピネル粒子は、クロムに富むコア部と鉄に富むリム部（周縁部）から構成され、リム部からは磁鉄鉱成分に富む樹枝状スピネル粒子の成長が観察される。本研究のスフェルールに含まれるスピネル粒子の化学組成は、Eltanin隕石とは異なる化学組成を有し、炭素質コンドライトあるいは普通コンドライト中に含まれるスピネルの化学組成と類似している。

今後の展望

このエジェクタ層の堆積年代は、ピストンコア試料のオスミウム同位体層序から、約1,100万年前と推定されます（図3）。オスミウム年代に含まれる年代値の誤差を考慮しても、陸上に大きなクレーターが存在しない年代であることから、これまで認知されていなかった新しい天体衝突イベントの可能性があります。さらに、天体衝突イベントの証拠が陸上になく深海堆積物のみに残っていることから、Eltanin天体衝突イベントに次ぐ世界で2例目の『海洋天体衝突イベント』の可能性が高いといえます。

ペルム紀後期から現在までに、少なくとも11回の生物大量絶滅イベントが起こったことが知られています。それらの中で、約1,160万年前に起こったとされる最も年代の新しい生物大量絶滅イベントのみが、巨大火成岩岩石区の噴出や海洋無酸素事変との関連性がなく、長年その原因が謎とされてきました。今回、北西太平洋の深海堆積物から見つかった中新世天体衝突イベントは、年代値の誤差範囲で中新世の大量生物絶滅イベントとタイミングが重なるため、残された最後のピースを埋める研究となる可能性があります。今後、他の海域のピストンコアあるいは掘削コア試料の研究を進め、中新世天体衝突イベントの規模や地球環境に及ぼした影響などの詳細を解明していく予定です。

論文情報

掲載誌 :	Scientific Reports
論文タイトル :	A Miocene impact ejecta layer in the pelagic Pacific Ocean
著者 :	野崎達生1、2、3、4、大田隼一郎4、2、5、6、野口高明7、佐藤峰南4、1、石川晃8、1、4、髙谷雄太郎9、1、4、木村純一6、常青6、島田和彦10、石橋純一郎10、安川和孝2、5、4、木元克典11、飯島耕一1、加藤泰浩2、5、4、1
所属 :	1海洋研究開発機構 海洋機能利用部門 海底資源センター 2東京大学 大学院工学系研究科 エネルギー・資源フロンティアセンター 3神戸大学 大学院理学研究科 惑星学専攻 4千葉工業大学 次世代海洋資源研究センター 5東京大学 大学院工学系研究科 システム創成学専攻 6海洋研究開発機構 海域地震火山部門 火山・地球内部研究センター 7九州大学 基幹教育院 自然科学実験系部門 8東京工業大学 理学院 地球惑星科学系 9早稲田大学 大学院創造理工学研究科 地球・環境資源理工学専攻 10九州大学 大学院理学研究院 地球惑星科学部門 11海洋研究開発機構 地球環境部門 地球表層システム研究センター
DOI :	10.1038/s41598-019-52709-1 Image may be NSFW. Clik here to view.

• プレスリリース 天体衝突イベント由来の新たなエジェクタ層を中新世の深海堆積物から発見 ―約1,160万年前の生物大量絶滅イベントの原因解明か―Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 石川晃 Akira Ishikawa
• 理学院 地球惑星科学系
• 国立研究開発法人 海洋研究開発機構 海洋機能利用部門
• 海洋研究開発機構 地球環境部門 地球表層システム研究センター
• 東京大学 大学院工学系研究科 エネルギー・資源フロンティアセンター
• 神戸大学 大学院理学研究科 惑星学専攻
• 千葉工業大学 次世代海洋資源研究センター
• 九州大学 基幹教育院
• 早稲田大学 大学院創造理工学研究科 地球・環境資源理工学専攻
• 研究成果一覧

要点

• BaCeO₃の酸素の一部を窒素と水素に置き換えた新物質を低温で合成
• ルテニウムなどの貴金属を使わずに高いアンモニア合成の触媒活性を発見
• 窒素イオンと水素イオンが活性点として働く新しい反応メカニズムを提唱

概要

東京工業大学 物質理工学院 材料系の鯨井純（修士課程1年）、元素戦略研究センターの北野政明准教授と細野秀雄栄誉教授らは貴金属を使わずに低温でアンモニア合成活性を示す物質を見いだすことに成功した。ペロブスカイト型^[用語1]酸化物（BaCeO₃）の酸素の一部を窒素や水素（ヒドリドイオン^[用語2]に置き換えた新物質「BaCeO_3-xN_yH_z」の合成により実現した。

BaCeO₃のような金属酸化物だけではアンモニア合成触媒の活性を示さないためルテニウムなどの貴金属ナノ粒子を表面に固定していたが、BaCeO_3-xN_yH_zはルテニウムなどを固定しなくても触媒として働くことを解明した。さらにBaCeO_3-xN_yH_z表面に鉄やコバルトなど安価な金属ナノ粒子を固定すると、ルテニウム触媒より低温で優れたアンモニア合成活性を示すことも見いだした。

近年、温和な条件下で高いアンモニア合成活性を示す触媒としてルテニウム触媒の開発が盛んだが、希少で高価な金属のルテニウムを用いない新触媒技術として重要な成果であり、アンモニア合成プロセスの大幅な省エネルギー化に繋がるものである。また詳細な反応メカニズム解析の結果からBaCeO_3-xN_yH_z上の窒素および水素（ヒドリドイオン）の働きにより、不活性な窒素分子を活性化し、低温で優れたアンモニア合成活性を実現していることも明らかにした。

アンモニアは窒素肥料原料として重要な物質で、最近は水素エネルギーキャリア^[用語3]としても期待が高まっており、注目される研究成果といえる。

研究成果は米国科学誌「Journal of the American Chemical Society」オンライン速報版に11月22日付で公開された。

研究の背景と経緯

人工的にアンモニアを合成する技術「ハーバー・ボッシュ法（HB法）」は約100年前にハーバーとボッシュによって見いだされ、工業化された現在でも人類の生活を支えるのに必要不可欠となっている。またアンモニア分子は分解することで多量の水素発生源となり、かつ室温・10気圧で液体になることから、燃料電池などのエネルギー源である水素を運搬する物質としても期待されている。

一方、HB法は高温（400 - 500 ℃）、高圧（100 - 300気圧）の条件が必要であるため、温和な条件下でのアンモニア合成技術が求められている。温和な条件下で働く触媒としてこれまで、ルテニウム触媒の開発が盛んに行われてきた。しかしルテニウムは高価な貴金属であり、豊富に存在する安価な金属を利用し、温和な条件下で作動する触媒の開発が望まれていた。

研究の内容

北野准教授らの研究グループはペロブスカイト型の混合アニオン材料^[用語4]に着目し、新たな合成方法を見いだした。近年、ペロブスカイト型酸水素化物など酸素サイトの一部をヒドリドイオン（H^‒イオン）に置き換えたような混合アニオン化合物がいくつか報告されており、その一部はアンモニア合成触媒として機能することが報告されている。

通常、ペロブスカイト型酸化物の合成には900 ℃以上の高温での加熱処理が必要であり、酸素サイトの一部をヒドリドイオンに置き換えるために、CaH2（水素化カルシウム）などと550 ℃付近の温度で一週間程度加熱する多段階の合成プロセスとなっている。またペロブスカイト型酸窒化物の合成も光触媒など様々な分野で合成が行われているが、ペロブスカイト型酸化物をアンモニア雰囲気中で800 ℃以上の高温で加熱することにより合成されている。これは、ペロブスカイト型酸化物の酸素が非常に安定であり、他のアニオンで置換することが困難であることに由来している。

一方、北野准教授らはCeO₂（酸化セリウム）とBa(NH₂)₂（バリウムアミド）を直接反応させることにより、ペロブスカイト型酸窒素水素化物（BaCeO_3-xN_yH_z）の一段合成に成功した（図1）。これまでこの物質は合成例がなく、新物質であることも明らかとなった。

原料であるBa(NH₂)₂は200 ℃程度の低温から分解するためCeO₂とよく反応し、ペロブスカイト構造を形成すると同時に、酸素のサイトにBa(NH₂)₂由来の窒素および水素が導入される。この手法を用いると、ペロブスカイト構造が300 ℃という非常に低温から形成され550 ℃でほぼ均一な材料が得られる。

これは一般的なBaCeO₃の合成温度（約1,000 ℃）と比べてもかなり低温で合成できていることがわかる。一方、BaCeO₃をアンモニア雰囲気、900 ℃で加熱しても酸素のサイトにほとんど窒素が導入されないこともわかった。これらのことから、北野准教授らが開発した合成方法が、ペロブスカイト型混合アニオン材料の合成に有用であることがわかる。

このペロブスカイト型酸窒素水素化物（BaCeO_3-xN_yH_z）はルテニウムなどの金属ナノ粒子を固定しなくても安定したアンモニア合成活性を示すことがわかった（図2）。一般的にBaCeO₃などの金属酸化物はまったくアンモニア合成活性を示さないことから、アニオン（陰イオン）サイトに導入された窒素イオンや水素イオン（ヒドリドイオン）が触媒活性に寄与していることがわかる。

さらに、BaCeO₃に鉄やコバルトを固定した触媒では、ほとんどアンモニア合成活性を示さないのに対し、BaCeO_3-xN_yH_zの表面に鉄やコバルトを固定すると、既存のルテニウム触媒よりも低温で優れたアンモニア合成活性を示すことも明らかとなった（図3）。窒素や水素の同位体ガスを用いた実験から、BaCeO_3-xN_yH_z中の窒素および水素イオンがアンモニア合成に直接関与するユニークなメカニズムで反応が進行することも明らかとなった。

今後の展開

開発した触媒は低温低圧条件下で優れたアンモニア合成活性を示し、貴金属フリーなアンモニア合成触媒としてきわめて有望な材料であることが示された。今後、触媒の調製条件などを最適化することでさらなる活性向上が見込まれ、アンモニア合成プロセスの省エネルギー化に大きく貢献することが期待される。

今回の研究成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られた。

論文情報

掲載誌 :	Journal of the American Chemical Society
論文タイトル :	Low-Temperature Synthesis of Perovskite Oxynitride-Hydrides as Ammonia Synthesis Catalysts（アンモニア合成触媒のためのペロブスカイト型酸窒素水素化物の低温合成）
著者 :	Masaaki Kitano, Jun Kujirai, Kiya Ogasawara, Satoru Matsuishi, Tomofumi Tada, Hitoshi Abe, Yasuhiro Niwa, Hideo Hosono
DOI :	10.1021/jacs.9b10726 Image may be NSFW. Clik here to view.

• プレスリリース 貴金属使わずアンモニア合成触媒となる新物質発見Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 低温で高効率にアンモニアを合成できる触媒を開発│東工大ニュース
• 貴金属を使わない高性能アンモニア合成触媒を開発│東工大ニュース
• 低温で高活性なアンモニア合成新触媒を実現│東工大ニュース
• 電気抵抗の変化により触媒活性が劇的に向上―アンモニアの省エネ合成に有力な手がかり―│東工大ニュース
• アンモニア合成の大幅な省エネ化を可能にした新メカニズムを発見│東工大ニュース
• 高活性なアンモニア合成触媒を実現 -アンモニア合成の新技術として期待-│東工大ニュース
• 本気で新材料を創り出す研究者魂｜研究ストーリー｜研究
• 電子を巧みに操り、物質の潜在能力を引き出す ― 細野秀雄（上）｜研究ストーリー｜研究
• 電子を巧みに操り、物質の潜在能力を引き出す ― 細野秀雄（下）｜研究ストーリー｜研究
• 北野研究室―研究室紹介 #16―│材料系 News
• 北野研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 北野政明 Masaaki Kitano
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 細野秀雄 Hideo Hosono
• 東京工業大学 元素戦略研究センター
• 物質理工学院 材料系
• JST 戦略的創造研究推進事業 さきがけ
• 研究成果一覧

要点

• マイクロ波発振器とシングルモード型空洞共振器でバイオマスを高効率加熱
• 稲わらを最大毎秒330 ℃で超急速に昇温し熱分解に成功
• 共振周波数測定によりマイクロ波加熱中に急速熱分解による炭素化を観測

概要

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の椿俊太郎助教、和田雄二教授らは産業技術総合研究所マイクロ化学グループの西岡将輝上級主任研究員とともに、マイクロ波^[用語1]を用いてバイオマスの超急速熱分解に成功した。半導体式マイクロ波発振器^[用語2]と円筒型空洞共振器^[用語3]を用い、マイクロ波の照射条件を精密制御してバイオマスに強電界を印加することにより、稲わらを最大毎秒330 ℃に急速昇温することができた。

従来のマグネトロン式のマイクロ波装置^[用語4]を用いたバイオマスの熱分解では、バイオマスに集まる電界強度が低いため、マイクロ波の吸収性が高い熱媒体を添加する必要があった。今回は半導体式のマイクロ波を用いて高い共振状態を作り出すことにより、熱媒体を用いることなくバイオマスを600 ℃以上に急速昇温することができた。

研究成果は英国王立化学協会の「Green Chemistry（グリーン・ケミストリー）」オンライン版に11月22日（英国時間）に掲載された。

研究の背景

バイオマスの急速熱分解によって、合成ガス（一酸化炭素および水素の混合気体）、バイオオイル（タール）、バイオチャー（炭素材料）などの有用な化学物質を得ることができる。しかし、バイオマスは熱伝導率が低く、水分含有量が高いため、効率的に加熱するためにはバイオマスを微粉末化して熱伝導性を高めつつ、高温に加熱した熱媒体と接触させる必要があり、プロセスの効率向上が求められていた（図1A）。

マイクロ波加熱はバイオマスの加熱効率を高める方法として検討されてきた。だが、従来のマグネトロンを用いたマイクロ波加熱方式では高い電界強度を得ることができないため、マイクロ波吸収性のよい熱媒体として炭素やシリコンカーバイド（SiC）を添加する必要があった（図1B）。

そこで本研究チームは、半導体式のマイクロ波発振器を用いてマイクロ波の照射条件を精密に制御することにより、高強度のマイクロ波をバイオマスに集中し、熱媒体を用いることなく、省電力での急速なバイオマスの熱分解を検討した（図1C）。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図1.

従来の外部加熱方法およびマグネトロン式のマイクロ波加熱と、本研究における半導体式のマイクロ波を用いたバイオマスの加熱方法の比較

研究成果

今回の研究ではバイオマスのモデル原料（セルロースとアルカリリグニン）と実際に排出されるバイオマス原料（稲わら）に対して、共振周波数^[用語5]の自動追跡が可能な半導体発振式のマイクロ波加熱の効果を検証した。この装置を用いた場合、マイクロ波照射後12秒以内に稲わらが600 ℃以上に加熱され、最大の昇温速度毎秒330 ℃に達した（図2A）。

また、バイオマスの熱分解反応中に炭素化が進行する過程を共振周波数の変化を追跡することで、直接観測することができることを見出した。急速昇温が生じる間に共振周波数が大きく低下していることから、昇温に伴いバイオマスの急激な炭素化が進行していることが確認された（図2B）。

これらの結果から、半導体式のマイクロ波発振器を用いて高度に制御したマイクロ波を用いることにより、熱媒体を使用せずにマイクロ波のエネルギーをバイオマスに直接伝送し、超高速に熱分解できることを実証した。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図2.

半導体式マイクロ波装置を用いた稲わらの急速昇温。マイクロ波加熱時の（A）温度変化、および（B）共振周波数の変化

今後の展開

今回、開発した技術は林地残材や農業残滓などのバイオマスだけでなく、プラスチックや食品、汚泥、医療系ゴミなどの廃棄物の分解にも応用することができる。今後、化石資源由来のエネルギーから太陽光や風力発電などによる再生可能エネルギーへの転換が期待されている中、マイクロ波加熱は電気エネルギーを用いて駆動することができる。クリーンなエネルギーを用いた効率的なマイクロ波加熱により、低消費電力で二酸化炭素の排出削減が可能なプロセスで未利用炭素資源から有用化合物が製造できるようになると期待される。

謝辞

本研究は環境研究総合推進費 革新研究開発（若手枠）「マイクロ波加熱を利用した未利用バイオマスの高速炭化システムの開発」のほか、科学研究費助成事業基盤研究（S）および若手研究（A）の支援を受けて実施した。

論文情報

掲載誌 :	Green Chemistry
論文タイトル :	Ultra-fast pyrolysis of lignocellulose using highly tuned microwaves: Synergistic effect of cylindrical cavity resonator and frequency-auto-tracking solid-state microwave generator
著者 :	Shuntaro Tsubaki, Yuki Nakasako, Noriko Ohara, Masateru Nishioka, Satoshi Fujii, Yuji Wada
DOI :	10.1039/c9gc02745a Image may be NSFW. Clik here to view.

要点

• 超高圧合成でしか得られなかった四重ペロブスカイト酸化物の薄膜化に成功
• 堆積する下地の材料を変えながら格子に与える歪みを制御
• 磁気異方性を変化させて垂直磁化を実現

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所の重松圭助教、清水啓佑博士研究員、Hena Das（ダス・ヘナ）特任准教授、東正樹教授らの研究グループは神奈川県立産業技術総合研究所（KISTEC）と共同で、マンガン・銅・セリウム・酸素からなる超高圧相^[用語1]の酸化物（化学式：CeCu₃Mn₄O₁₂）を高品質な薄膜として合成することに成功した。

実験による合成と第一原理計算^[用語2]による予測によって、CeCu₃Mn₄O₁₂薄膜の結晶格子に与える歪みの影響を調べ、面内に圧縮歪みを印加することで垂直磁化膜になることを発見した。垂直磁化膜は高記録密度磁気メモリーやスピントロニクス^[用語3]に重要な特性であり、新たな電気・磁気機能材料の開発につながると期待される。

研究グループには上記のほか、東京工業大学 物質理工学院 材料系の山本一理、西久保匠の大学院生2氏と科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所のSergey A. Nikolaev（ニコラフ・エイ・セルゲイ）特任助教、神奈川県立産業技術総合研究所の酒井雄樹常勤研究員が参加した。

研究成果は10月22日に米国化学会誌｢Applied Electronic Materials（アプライド・エレクトロニック・マテリアルズ）｣のオンライン版に掲載された。

研究の背景

四重ペロブスカイト酸化物AA'₃B₄O₁₂^[用語4]（図1）は、巨大常誘電性や電荷移動、負熱膨張特性や触媒機能、ハーフメタル特性といった興味深い物性が相次いで発見されている物質群である。四重ペロブスカイト酸化物は非常に密な構造をもつため、高圧合成法^[用語5]による合成と相性が良く、近年、急速に研究が進んでいる。しかし、高圧合成法はコストが高く、また一回の合成で得られる量が限られているため、上記の機能を実用化するためには、より簡便な合成方法で高品質な材料を得る必要がある。

研究成果

研究グループは室温フェリ磁性体^[用語6]であるマンガン・銅・セリウム・酸素からなる四重ペロブスカイト型酸化物（CeCu₃Mn₄O₁₂）を、パルスレーザー堆積法^[用語7]という手法を用い、薄膜形態にて作製した。基板の種類や結晶成長の温度などのパラメータを最適化した結果、ペロブスカイト酸化物YAlO₃（アルミン酸イットリウム）基板上において高品質な薄膜が得られた。

また、得られた薄膜の磁気異方性^[用語8]を調べたところ、薄膜面内で最も引っ張られている方向に強い一軸の磁気異方性が発現していることを発見した。加えて、第一原理計算によって、歪みを受けた薄膜と同じCeCu₃Mn₄O₁₂結晶を再現し、その磁気異方性エネルギーを計算したところ、結晶格子が伸びた方向に磁化容易軸が向いたときにエネルギー的に有利であり、実験と合致する結果が得られた。これらの結果から、CeCu₃Mn₄O₁₂薄膜に圧縮歪みを印加すれば、薄膜に垂直な方向が最も結晶方向が引き伸ばされ、垂直磁化膜となることが予想された。

圧縮歪みを受けたCeCu₃Mn₄O₁₂薄膜を実現するためには、CeCu₃Mn₄O₁₂よりも結晶格子が小さい物質を下地にする必要があるが、適する基板が存在しない。そこで、薄膜と基板の間に、より面内の格子定数が小さく、ペロブスカイトと類似した構造をもつYCaAlO₄（アルミン酸イットリウム・カルシウム）をバッファ層^[用語9]として挿入する工夫を施すことで、薄膜に印加する歪みを引張りから圧縮に切り替えることに成功した。この薄膜で磁気特性を調べたところ、面内方向の一軸磁気異方性が消失すると同時に面直方向の磁気異方性が強くなり、垂直磁化膜が実現していることが確かめられた。

Image may be NSFW.
Clik here to view.

図2.

異なる下地を用いて格子歪みを制御したCeCu₃Mn₄O₁₂薄膜の模式図（左）と磁化測定（右）。磁化測定は、図中で定義したa、b、c軸に沿ってそれぞれ外部磁場を印加した結果である。このカーブが縦軸方向に長方形に近い形を示すほど磁化容易軸になる。YAlO₃基板上のCeCu₃Mn₄O₁₂薄膜は、最も強く引っ張られた面内a軸方向が磁化容易軸であるが、YCaAlO₄層を挿入することでc軸が磁化容易軸に変わる。

今後の展開

四重ペロブスカイト酸化物の薄膜育成手法が確立したことで、巨大常誘電性や電荷移動、負熱膨張特性や触媒機能、ハーフメタル特性を持つ類似物質の大面積合成が可能となると期待される。また、格子定数の小さい化合物の層を挿入することで垂直磁化を実現する手法も、他の強磁性薄膜に応用可能と期待される。

付記

本研究の一部は、地方独立行政法人 神奈川県立産業技術総合研究所・有望シーズ展開事業｢次世代機能性酸化物材料プロジェクト｣（リーダー・東正樹）との共同研究であり、文部科学省・科学研究費助成事業・基盤研究S「革新的負熱膨張材料を用いた熱膨張制御」（代表・東正樹東京工業大学教授）、若手研究B｢軌道秩序が引き起こす巨大正方晶歪ペロブスカイトの薄膜合成｣（代表・重松圭東京工業大学助教）、特別推進研究「光と物質の一体的量子動力学が生み出す新しい光誘起協同現象物質開拓への挑戦」（代表・腰原伸也東京工業大学教授）、Tokyo Tech World Research Hub Initiative、学際・国際的高度人材育成ライフイノベーションマテリアル創製共同研究プロジェクト、笹川科学研究助成、豊田理研スカラーの援助を受けて行った。

論文情報

掲載誌 :	Applied Electronic Materials
論文タイトル :	Strain Manipulation of Magnetic Anisotropy in Room-Temperature Ferrimagnetic Quadruple Perovskite CeCu3Mn4O12
著者 :	Kei Shigematsu, Keisuke Shimizu, Kazumasa Yamamoto, Takumi Nishikubo, Yuki Sakai, Sergey A. Nikolaev, Hena Das, and Masaki Azuma
DOI :	10.1021/acsaelm.9b00547 Image may be NSFW. Clik here to view.

• プレスリリース 超高圧で合成される機能性酸化物の薄膜化に成功 ―新たな電気・磁気機能材料の開発につながる成果―Image may be NSFW.
  Clik here to view.
• 電場による磁石極性の反転に成功｜東工大ニュース
• 東・山本研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 重松圭 Kei Shigematsu
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 清水啓佑 Keisuke Shimizu
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 東正樹 Masaki Azuma
• 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所
• 東京工業大学 科学技術創成研究院 （IIR）
• 物質理工学院 材料系
• 地方独立行政法人 神奈川県立産業技術総合研究所
• 研究成果一覧

東京工業大学の学生が東南アジアに滞在し、アジア各国の学生と交流し議論を深めるTokyo Tech-AYSEAS（東工大・アジア理工系学生派遣交流プログラム）が8月27日から9月6日まで、インドネシアで開かれました。今年は、バンドン工科大学（インドネシア）がホスト大学となり、東工大生11名に、バンドン工科大学、ガジャマダ大学（以上インドネシア）、デラサール大学（フィリピン）、キングモンクット工科大学ラカバン校（タイ）、ハノイ工科大学（ベトナム）からの参加学生13名が加わり、参加者は5か国から計24名となりました。

プログラム概要

Tokyo Tech-AYSEASは、東工大生が東南アジアの国に赴き、インドネシア、フィリピン、タイ、ベトナム等現地・近隣諸国の大学生とともに、施設見学、ディスカッションを行う10日間の海外派遣プログラムです。インターカルチュラルコミュニケーションを通して、急速な発展段階にあるASEAN各国のダイナミズムを体感します。

AYSEASはAsia Young Scientist and Engineer Advanced Study Programの略語です。

インドネシアで開かれたAYSEAS 2019では、学生たちは先ず首都ジャカルタでアジアの大都市の活気を肌で感じたあと、学園都市バンドンに移り、涼しい気候の下、様々な活動に取り組みました。現地の日系企業やインドネシア企業、ODA事業の建設現場等を見学し、経済成長が続いているインドネシアの現状や、ASEAN諸国と日本との関係について学びました。

毎日行われるグループディスカッションでは、訪問先で得た知見に基づき、経済成長と格差、健康・医療と人口過多、技術移転の功罪、技術革新と国際競争、インドネシアの農業等、それぞれの国が抱える問題とその改善策について意見を交わし、最終日にプレゼンテーションを行いました。

休日には、インドネシア特産のコーヒー「コピ・ルアック」の製造所を見学したり、インドネシアの伝統楽器「アンクルン」のショーを鑑賞したりしました。他にも、参加学生5ヶ国の文化を紹介する文化交流会を行い、東南アジアの国々の歴史・文化への理解を深めました。10日間寝食を共にした仲間とは、国籍・文化・宗教の違いを超えて信頼関係を築き、強い絆を感じつつ現地を後にしました。

10月16日に、本学において帰国報告会を実施し、現地で行ったプレゼンテーションをさらに発展させ、本プログラムの成果として発表しました。その後、水本哲弥理事・副学長（教育担当）より、東工大の参加者全員に修了証書が授与されました。

スケジュール

AYSEAS 2019参加大学

日本 ： 東京工業大学

インドネシア ： バンドン工科大学（ホスト大学）、ガジャマダ大学

タイ ： キングモンクット工科大学ラカバン校

フィリピン ： デラサール大学

ベトナム ： ハノイ工科大学

参加学生の体験談

• Tokyo Tech-AYSEAS 2018 実施報告｜東工大ニュース
• Tokyo Tech-AYSEAS 2016実施報告｜東工大ニュース
• 東南アジアの優秀な学生たちと切磋琢磨～Tokyo Tech AYSEAS 2015 実施報告｜東工大ニュース
• AYSEAS, Tokyo Tech-Asia Young Scientist and Engineer Advanced Study Program

2019年度の「東工大学生リーダーシップ賞」授与式が、10月29日に学長室で行われました。

この賞は、本学学士課程の2年目から4年目の学生を対象とし、学生の国際的リーダーシップの育成を目的としています。知力、創造力、人間力、活力など、リーダーシップの素養に溢れる学生を表彰し、さらなる研鑽を奨励するために平成14年度から実施されています。

授与式では、益一哉学長から学生6人に賞状の授与と副賞の贈呈が行われました。授与式終了後は、学長、理事・副学長と受賞者で歓談しました。

今回表彰された学生は以下の通りです。

2019年度「東工大学生リーダーシップ賞」受賞者

• 2018年度「東工大学生リーダーシップ賞」授与式挙行｜東工大ニュース
• 平成29年度「東工大学生リーダーシップ賞」授与式挙行｜東工大ニュース
• 平成28年度「東工大学生リーダーシップ賞」授与式挙行｜東工大ニュース
• 平成27年度「東工大学生リーダーシップ賞」授与式挙行｜東工大ニュース

• 益一哉学長が、デ・ラ・サール大学と本学フィリピンオフィスを訪問｜東工大ニュース
• 益学長が大連理工大学の創立70周年記念式典と世界大学学長フォーラムに出席｜東工大ニュース
• リサーチ・ショーケースをタイで初めて開催｜東工大ニュース
• タイ国立科学技術開発庁のチャダマス・ツバセタクル副長官が東工大を訪問｜東工大ニュース
• タイ王国シリントーン王女殿下が東工大を訪問｜東工大ニュース
• Tokyo Tech ANNEX Bangkok｜海外拠点（Tokyo Tech ANNEX・海外オフィス）｜国際交流
• 東京工業大学同窓会「タイ蔵前会」｜Tokyo Tech ANNEX Bangkok｜海外拠点（Tokyo Tech ANNEX・海外オフィス）｜国際交流
• HRH Princess Maha Chakri Sirindhorn Graces AIT's 60th Anniversary Celebrations | Asian Institute of Technology
• AIT Presidents Forum Explores Social Impact with Innovation | Asian Institute of Technology

東京工業大学の工系3学院は海外の大学に学生を派遣する「工系学生国際交流プログラム」を進めています。2020年度の派遣募集説明会および2019年度夏季に留学した学生による報告会を11月6日、大岡山キャンパス本館で開催しました。

工学院、物質理工学院、環境・社会理工学院の3学院は、国際的感覚を持つ工学を専門とする高度技術者を養成するため、所属学生を海外の大学等に派遣する支援を合同で行っています。この学生国際交流プログラムは、海外で様々な国の研究者や学生と共に研究を行うことで専門性を深め、さらには、より広範な先端科学技術と知識を学びながら異文化に触れることで、学生自身の修学意欲の一層の向上と国際意識の涵養を図ることをねらいとして実施しています。

前半に行われた募集説明会では、工系国際交流委員会主査の竹村次朗准教授（環境・社会理工学院 土木・環境工学系）がプログラムの概要ならびに、この日から募集開始となった2020年度の夏期派遣について説明を行いました。また、グローバル人材育成推進支援室 太田絵里特任教授から、当プログラムによる留学は、科学・技術の力で世界に貢献する人材の育成を目的とする教育カリキュラムである「グローバル理工人育成コース」上級の修了要件の一部を満たす、との説明がありました。

後半には2019年度の工系留学報告会が行われました。これは、当プログラムで2019年夏季・秋季に短期留学した学生が履修対象となっている講義「国際研究研修」の一環として実施されたものです。

派遣先大学と発表者（計11名）は以下の通りです。（順不同、敬称略）

報告会では、留学経験者が留学生活について英語で発表を行いました。

留学経験者の報告

夏期派遣は一年の中でも特に人気があります。その理由としては、（1）夏季休暇を利用できるため、本学でのカリキュラムとの調整がしやすい、（2）留学やその準備が就職活動等と両立して進められる、（3）年に1回のみの募集および派遣の対象である3学院夏期短期学生交流プログラム（Summer Exchange Research Program：SERP）が含まれ、ケンブリッジ大学、オックスフォード大学、カリフォルニア大学サンタバーバラ校などの欧米先進大学へ留学できること等が挙げられます。工学院、物質理工学院、環境・社会理工学院の3学院は、欧米や豪州・アジアの有力大学との学生国際交流協定締結を推し進め、派遣先の質と量を確保できるように活動を拡大しています。

• 工系学生国際交流プログラム派遣 2018年度後学期 留学報告会 開催報告｜東工大ニュース
• 留学プログラム｜留学案内｜在学生の方
• 工系3学院 学生交流プログラム｜東京工業大学 工系3学院
• 留学体験記｜東京工業大学 工系3学院

日本語をもっと上手に話したい。分からないことばの使い方を教えてほしい。気軽におしゃべりしたい。東京工業大学に留学している外国人学生は38ヵ国・地域から1,700人を超えています。日本語を使いこなすことは留学生活のベースです。そんな留学生を応援する「にほんご相談室」が開設から１年たち、新たに話し相手のパートナーとして本学学生も加わる仕組みを始めました。留学生は１対１あるいは少人数で学生パートナーと会話を楽しみながら日本語を身に着けています。

東工大リベラルアーツ研究教育院の日本語セクションは、留学生の日本語学習支援を目的とした「にほんご相談室」を2018年度後期から実施しています。当初は、教職員のみによる支援でした。利用者の増加に伴い、2019年度後期から本学学生もランゲージパートナーとして活動に参加しています。現在、大岡山キャンパス大岡山西1号館にある留学生ラウンジで毎週水曜日と木曜日（12:30 - 14:00）に開き、日本語学習に関するアドバイス、日本語での会話練習や文章添削など様々な要望に応えています。

ランゲージパートナーからのメッセージ

「にほんご相談室」を利用している留学生の声

運営担当教職員からのメッセージ

※試験期間中や年末年始など「にほんご相談室」のお休みについては、留学生メールニュースImage may be NSFW.
Clik here to view.でお知らせしています。

• にほんご相談室 チラシImage may be NSFW.
  Clik here to view.
• 本学留学生が「笑って壁をぶち破れ」とスピーチ｜東工大ニュース
• 「留学生による日本語スピーチコンテスト」を初開催｜東工大ニュース
• 海外から東工大への留学｜国際交流
• 東京工業大学留学生会 ― TISA｜国際交流TOPICS｜｜国際交流
• 日本語・日本文化科目｜開講科目｜教育｜東京工業大学 リベラルアーツ研究教育院