要点

• 遠赤外線の一種であるテラヘルツ波を可視光に変換
• 石灰とアルミナのみで構成される結晶（C12A7）が波長変換の機能
• ありふれた元素を使って有用な機能を創出（元素戦略）

概要

赤外線^[用語1]より波長の長い電磁波であるテラヘルツ波^[用語2]は、金属以外の物質を良く透過することから空港等のセキュリティー検査に応用されている他、核融合プラズマの高周波加熱装置や次世代の大容量無線通信帯域としての利用も期待されています。しかしながら、テラヘルツ波は分子の非常に弱い振動や回転にのみ作用するので検出が困難です。

このような背景の中、東京工業大学の細野 秀雄 教授、戸田 喜丈 特任講師らのグループは、弘前大学の石山 新太郎 教授、福井大学の出原 敏孝 特命教授、パシフィックノースウェスト国立研究所（PNNL）のピーター・スシュコ 博士らと共同で、石灰（CAO）とアルミナ（AL₂O₃）から構成される化合物12CaO・7Al₂O₃（以下、C12A7）がテラヘルツ波を吸収し、容易に視認できる可視光に変換できることを見出しました。この特性は、ナノサイズのケージ中に閉じ込められている酸素イオンの振動がテラヘルツ波を吸収することにより誘起されるため生じることが分かりました。酸素イオンは狭いケージの中で強制的に振動させられることにより、ケージの内壁と繰り返し衝突し、励起され発光します。C12A7はアルミナセメントの構成成分の一つで、安価で環境にやさしい物質です。室温・空気中で安定な電子化物は、そのケージ中の酸素イオンを電子で置き換えることで初めて実現するなど、いろいろな機能が見出されてきました。それらの機能に加えて今回、遠赤外光の可視光変換という新しい機能が見出されたことになります。

本成果は、文部科学省元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞、福井大学 遠赤外領域開発研究センターの公募型共同研究の支援も一部受けたものです。

また本成果は、11月3日に米国化学会の論文誌ACS Nano（エイシーエス ナノ）のオンライン速報版に掲載されました。

本成果は、以下の事業・研究開発課題によって得られました。

研究の背景

遠赤外線の一種であるテラヘルツ波は、金属以外の物質を良く透過し、X線よりも照射による人体への影響が格段に小さいことから、空港等のセキュリティー検査に応用されています。また、テラヘルツ波は従来の無線通信で利用されているギガヘルツ帯域よりも高周波数なので、核融合プラズマの高周波加熱装置や次世代の大容量無線通信への応用も期待されています。しかしながら、テラヘルツ波は分子の振動や回転のような非常に微弱なエネルギーの運動にしか作用しないため、検出が困難という問題点がありました。

本研究で得られた結果と知見

C12A7は、アルミナセメントの成分の一つで、クラーク数が1、3、5の酸素、アルミニウム、カルシウムという極めてありふれた元素のみから構成されています。図1のように内径0.4ナノメートル程度の籠（かご）状の骨格が面を共有して繋がった結晶構造をしており、この籠には1/6の割合で酸素イオン（O^2-）が含まれています。この酸素イオンは結晶骨格よりも弱い力で籠の中に閉じ込められています。

このC12A7にジャイロトロン^[用語3]により生成される0.1～0.3 THzのテラヘルツ波を照射したところ、図2の写真に示すように通常の明るさの下で、十分な視認ができるほどの可視光の発光が生じることを見出しました。この発光はテラヘルツ波照射の停止と同時に速やかに停止します。発光のスペクトルの解析から、その由来は酸素イオンであることが分かりました。第一原理計算^[用語4]の結果から、テラヘルツ波によりC12A7の籠の中の酸素イオンの振動が優先的に誘起されることが分かりました（図3）。この振動の誘起により酸素イオンはC12A7の籠の内壁に連続的に衝突を繰り返すことになります。この衝突のエネルギーが蓄積することにより、以下のような2種類の酸素の励起状態が生成し、そこから可視発光することが分かりました。

1.

酸素イオンO^2-が酸素原子O⁰と2つの電子が解離する寸前までに至った励起状態

2.

1で生じたO⁰がケージの壁を越えて結合しO₂を形成し、さらにそこに電子が捕らえられることで生じるO^2-の電子レベルの励起状態

すなわち、テラヘルツ波をケージ中の酸素イオンが吸収し、それによって酸素イオンのケージ内での振動が生じます。そうすると、ケージの壁と衝突することになります。この衝突によって、酸素イオンから酸素原子、酸素分子と電子に過渡的に変換されます。そして、そこから元に戻る際に可視発光が生じると考えられます。波長の長い光をナノ空間に閉じこめられた酸素イオンが吸収し、それによって空間内の運動が活発化し、壁との衝突のエネルギーによって、酸素イオンの電子を高いエネルギー状態にし、そこから元に戻るときに波長の短い可視光を発するということです。照射したテラヘルツ波の波長は3,000～9,000 μM、発光波長は0.6 μMですので、波長を約1万分の1まで短くすることができたことになります。稀にみる光の波長のアップコンバージョン（上方変換）といえます。

研究の今後の展開と波及効果

今回の成果は、セメントの構成成分でもある、安価な化合物C12A7のみを使用し、検出の困難なテラヘルツ波を可視光に変換できることを示しました。これにより、テラヘルツ波検出のための装置の簡略化が期待できます。また、C12A7のナノケージには酸素イオンの他、水素物イオンやハロゲンや金のアニオンなども取り込むことが可能です。これらのイオンの振動を励起する波長のテラヘルツ波を照射すれば、酸素イオンの場合とは異なった色の発光や元素プラズマ^[用語5]が得られるものと考えられます。

これまでC12A7というありふれた元素から構成される物質を舞台に、電気伝導性、超伝導、電子放出源、アンモニア合成触媒、二酸化炭素再資源化のための還元作用などいろいろな機能を開拓してきました（元素戦略）が、今回は遠赤外光の可視光への波長変換という新しい機能が見出されました。ありふれた元素から構成されていても、そのナノ構造由来の多種多様な機能を有していることが分かります。我々はC12A7に限らず、元素の組み合わせとナノ構造に着目することで未知の新しい機能を見出すことができるのではないかと期待しています。

論文情報

掲載誌 :	ACS Nano（エイシーエス ナノ）
論文タイトル :	"Rattling of Oxygen Ions in a Sub-Nanometer Sized Cage Convert Terahertz Radiation to Visible Light." 和訳：サブナノメータ―サイズの籠内での酸素イオンのラトリングによるテラヘルツ波の可視光への変換）
著者 :	戸田喜丈、石山新太郎、Khutoryan Eduard、出原敏孝、松石聡、Sushko Peter V.、細野秀雄
DOI :	10.1021/acsnano.7b06277

• プレスリリース ありふれた物質でテラヘルツ波を可視光に変換 ―ナノ空間に閉じ込められた酸素イオンを振動させて発光―
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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
―深共晶溶媒により多くの長所を実現したフォトン・アップコンバーター―

要点

• 近年注目を集める新しい流体「深共晶溶媒」を用いた光波長変換材料を開発
• 深共晶溶媒は安価・低環境負荷・難燃・難揮発で安全な“グリーン”液体
• 高いアップコンバージョン効率と様々な長所を同時に実現、応用実現に道

概要

東京工業大学 工学院 機械系の村上陽一准教授らは、太陽電池や光触媒などの様々な光利用技術で利用されずにエネルギー損失となっている光波長部分を利用可能な波長に変換するフォトン・アップコンバージョン（UC）技術の応用実現性を飛躍的に高める新しい材料プラットフォームを開発した。近年注目されている新しい液体「深共晶溶媒^[用語1]」を媒体に用いることで、応用に望ましい性質である「低コスト・低環境負荷・難揮発性・高熱安定性・高UC効率」を同時に実現することに成功した。

本成果に関するUCの方法は低強度の太陽光にも適用可能な現状唯一の方法であり、応用への強みを有する一方、従来の実施形態では高い可燃性や揮発性を有し、不安定で環境親和性の低いものが大半で、あるいは高コストで生分解性に乏しいものに限られていたため、UC技術の応用実現に向けた障害となっていた。

このような長所の同時実現は従来の関連技術にない顕著な進歩点であり、今回の成果はUC技術の応用実現性を飛躍的に高めたランドマークになると考えられる。

本成果は英国王立化学会の査読付学術誌「フィジカル・ケミストリー・ケミカル・フィジックス（Physical Chemistry Chemical Physics）」に、10月25日先行オンライン掲載された。

研究成果

東工大の村上准教授らは様々なエネルギー変換において未利用で損失となっている光を利用可能な光に変換する波長変換技術である「フォトン・アップコンバージョン（UC）」において、実用上多くの長所をもつ「深共晶溶媒」を用いることに着目。探索と試行を経て、世界に先駆けて試料開発に成功し、併せて試料の諸物性の解明を行った。

光は波の性質を持つと同時にフォトン（光子）というエネルギーの粒からなる。太陽電池・光触媒・人工光合成などの光を用いたエネルギーや物質の変換には、各材料に固有な「しきい値エネルギー」（あるいは「しきい値波長」）があり、それより低いエネルギーのフォトン（しきい値波長より長波長側の光スペクトル）は現状では利用できていない（図1）。これは光エネルギーの損失であり、この点が様々な光変換技術の効率を制限する根本原因となっている。すなわち、高エネルギーのフォトン群（短波長の光）は様々な変換に用いることができ、低エネルギーのフォトン群（長波長の光）より遥かに利用価値が高い。このような光エネルギー変換における損失（無駄）を根本的に回避する方法がUCである（図1）。 UCとは現状未利用な「エネルギーの低い光子群（長波長の光）」を利用可能な「エネルギーのより高い光子群（短波長な光）」に変換する波長変換操作である。

深共晶溶媒は低コスト・低毒性な2種類の物質を混合させるだけで生成でき、一般に高い熱安定性と生分解性をもつことから、環境負荷の低い流体として近年応用探索が活発化している比較的新しい流体である。深共晶溶媒は難揮発性と難燃性とを備えた安全かつ低コストの液体である。深共晶溶媒を形成可能な原料の組み合わせは無数に存在し、事実上無限の種類が可能なため、用途や目的に応じて2種類の原料を適切に選択する必要がある。

今回の研究では、深共晶溶媒の探索と試行により、ある一群の「疎水性深共晶溶媒^[用語2]」がUCの目的に適することを見出し、これが成果につながった。図2に開発した試料を示す。このように、緑色光から青色光へのUCを実現し、試料の熱安定性（難着火性）を確認した。

さらに試料のUC効率が、用いた深共晶溶媒を構成する2つの成分比によることを見出し、様々な光計測実験結果に基づき、その理由を解明した。最大の変換効率を示した試料はUC量子収率（最大が0.5の定義；UCでは2個の低エネルギー光子から最大1個の高エネルギー光子を生成するため）が0.21に達した。これは、最大効率を100%とした量子効率では42%にあたる、比較的高い値である。

本成果の意義はUCを行う有機分子の媒体に深共晶溶媒を用いることに着目し、目的に適する深共晶溶媒を見出したこと、そして低コスト・低環境負荷・難揮発性・高熱安定性・高効率の長所を同時に実現したフォトン・アップコンバーターを初めて開発し、UC技術の応用実現性を飛躍的に高めたことにある。

背景と経緯

本研究で用いたUCは有機分子の励起三重項状態^[用語3]とそれらの分子間のエネルギー移動を用いる方式であり、これは太陽光やランプ光などの偏光が揃っていない光（非コヒーレント光）に対して有意な効率でUCが行える現状では唯一の方式であるため、近年研究が活発化している。この方法は近距離での分子間エネルギー移動を用いるため、有意なUC効率を追求する場合、媒体中での有機分子間の適切な衝突が必要となる。そのため従来は低粘度液体であるトルエンやベンゼンなどの有機溶媒を媒体に用いる報告が大半であった。あるいは揮発性の回避のために、ポリウレタンやアクリルなどの樹脂に有機分子を埋め込んだ報告もあったが、それらの試料では一般に有機分子の拡散性が著しく低下し、UC効率が犠牲となっていた。また、これらの試料では依然可燃性と着火性が高く、熱安定性に乏しいことが応用実現に向けた問題となっていた。他方、可燃性と揮発性の問題を解決した試料として、イオン液体（常温溶融塩）を用いたアップコンバージョン試料を同研究グループが以前開発していたが、イオン液体は原料と合成のコストが比較的高く、一般に生分解性が低いことから、これらの解決が必要であった。このような背景と経緯により、同研究グループはこれらの課題解決への取り組みを行い、今回の成果をあげることに成功した。

今後の展開

今回の研究で得られたUC量子収率0.21（UC量子効率42%）は高い値と言えるが、理論上限である0.5（100%）までには依然余地がある。そのような上限値の達成は容易ではないが、ある程度の効率向上は、例えばより励起三重項状態寿命が長い分子を用いることにより実現が見込まれる。また、今回の成果は緑色光（530 nm付近）から青色光（440 nm付近）へのUCについてのものだが、異なる波長域に対応する有機分子についても特性の検証が必要である。この成果はUCの実施に適する材料面での共通プラットフォームを開発したものであり、今後のUCの応用実現を大きく推進すると期待される。

関連情報

本成果はラグナトプル大学（インド）のSudhir Kumar Das博士との国際共同研究で得られた。研究遂行にあたり日本学術振興会（JSPS）科学研究費補助金 若手研究（A）（課題番号JP26709010）および日本化薬株式会社の助成支援を受けた。

論文情報

掲載誌 :	Physical Chemistry Chemical Physics（Royal Society of Chemistry）
論文タイトル :	Triplet-sensitized photon upconversion in deep eutectic solvents
著者 :	Yoichi Murakami, Sudhir Kumar Das,Yuki Himuro, Satoshi Maeda
DOI :	10.1039/C7CP06494B

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東京工業大学 端艇部（ボート部）が、10月26日～10月29日にかけて埼玉県戸田市で行われた第95回全日本選手権大会に出場し、男子舵手付きフォア^※で、全国5位入賞を果たしました。

同大会は日本最大規模の大会で、リオデジャネイロオリンピックに出場した選手や東京オリンピックに出場する可能性がある選手も多数参加する非常にレベルの高い大会です。本大会にて男子舵手付きフォアで全国入賞をするのは東工大ボート部としては30年ぶりの快挙となります。

※

両手で1本のオールを持って漕ぐスウィープタイプのボートで、4人の漕手が二手のサイドに分かれ、それとは別に舵手（コックス）が1人乗り、1チーム5人により構成される競技。

クルー5人のコメント

• 第95回全日本選手権大会｜公益社団法人 日本ボート協会
• 東工大ボート部 第40回東日本新人選手権競漕大会優勝｜東工大ニュース
• 東工大ボート部が第44回全日本大学選手権大会で男子エイト7位入賞｜東工大ニュース
• 東工大ボート部 関東理工系レガッタの男子シングルスカル、男子舵手付きフォアで2連覇｜東工大ニュース
• 東工大ボート部 第60回五大学レガッタ優勝｜東工大ニュース

「夏の電脳甲子園」として、高校生・高専生が4日間をかけて難題を解くプログラムを作成し、その性能を競う「スーパーコンピューティングコンテストSuperCon（スーパーコン）2017」（以下、スーパーコン）の本選が、8月21日から8月25日にかけて東京工業大学学術国際情報センターで開催されました。

東工大学術国際情報センター、大阪大学サイバーメディアセンターが主催するスーパーコンは、高等学校もしくは高等専門学校の高校相当学年の学生からなる2～3名のチームが、スーパーコンピュータを駆使して難問を解くプログラミングコンテストで、今年は大阪大学のスーパーコンピュータ「SX-ACE」が使用されました。35チームの応募があり、その中から予選により20チーム（東日本10チーム、西日本10チーム）が選抜されました。本学の会場には東日本10チームが、大阪大学サイバーメディアセンターの会場には西日本10チームが集まり、本選を戦いました。

今年の本選課題

今年の本選課題は「オーディオデータを近似的に圧縮しよう」です。

CDなどのデジタルオーディオでは、元となるアナログ信号を、短い時間間隔でサンプリングして整数データにするPCM方式によりデジタルデータに変換されています。デジタルデータをできるだけ効率よく保存するための方法はMP3やAAC^※のようにさまざまものが考案されています。この本選課題では1ビット・エンコーディングという、音量の変化を前の時刻に比べて増えるか減るかの1ビットデータで表す方法を考えます。

この課題の目標は、音楽のPCMデータを1ビット・エンコーディングでなるべく精度よく圧縮するプログラムを作ることです。

※

AACは、Advanced Audio Coding（アドバンスド オーディオ コーディング）の略であり、MP3の後継フォーマットとして、MPEG-2およびMPEG-4で使われる音声圧縮技術を指します。

本選課題の詳細は、以下を参照してください。

スーパーコン2017 本選課題説明

発表会・表彰式

発表会・表彰式は8月25日に、東工大蔵前会館ロイアルブルーホール（東京会場）、大阪大学サイバーメディアセンター豊中教育研究棟7階会議室（大阪会場）において、テレビ会議システムを用いた中継のもと、開催されました。大阪大学サイバーメディアセンターの下條真司（しもじょう しんじ）センター長・応用情報システム研究部門 教授の開会挨拶に始まり、大阪大学 小川哲生理事・副学長からの主催校挨拶（大阪会場）、東工大 学術国際情報センターの山田功センター長・工学院教授、情報処理学会情報処理教育委員会の萩谷昌己委員長の来賓挨拶に続いて、参加チームの紹介や本選課題・審査方法の説明等を大阪大学サイバーメディアセンターの菊池誠スーパーコン2017実施委員会委員長・大規模計算科学研究部門 教授が行いました。

本選結果

上記発表会・表彰式において、1位から3位までのチームに対しメダルと賞状が、大阪大学小川理事・副学長から贈呈されました。

また、優れたアルゴリズムやプログラムを作成したチームに贈られる学会奨励賞（電気情報通信学会通信・システムソサイエティスーパーコンピューティング奨励賞、情報処理学会若手奨励賞）は1位のチーム「solars」が受賞しました。

なお、本コンテストの入賞は東工大第1類の推薦入試の実績として評価されます。

来年も「夏の電脳甲子園」の熱戦を期待しています。

• 第22回スーパーコンピューティングコンテスト本選開催報告｜東工大ニュース
• 「夏の電脳甲子園」第21回スーパーコンピューティングコンテスト開催報告｜東工大ニュース
• 第20回 スーパーコンピューティングコンテスト 開催報告｜東工大ニュース
• Supercomputing Contest - Supercomputing Programing Contest Official Site
• SupercomputingContest2017
• [GSIC]東京工業大学学術国際情報センター

工学院 機械系の鈴森康一教授と、阿部智輝さん（修士課程1年）、古泉祥一郎さん（学士課程4年）が、NHK Eテレ「バリバラ」に出演します。

東工大と文化服装学院のチームは2017年11月26日放送予定の後編に登場します。

鈴森康一教授のコメント

阿部智輝さんのコメント

古泉祥一郎さんのコメント

放送予定日

• 番組名
  NHK Eテレ「バリバラ」
• タイトル
  バリコレ「バリアフリーファッションショー バリコレ2017前編」
• （再放送）
  2017年11月24日（金）0:00 - 0:29 ※木曜深夜

• タイトル
  バリコレ「バリアフリーファッションショー バリコレ2017後編」
• 放送予定日
  2017年11月26日（日）19:00 - 19:29
• （再放送）
  2017年12月1日（金）0:00 - 0:29 ※木曜深夜

関連動画（字幕：英語）

• BS-TBS「夢の鍵」に工学院の鈴森康一教授が出演｜東工大ニュース
• 細く、しなやかな人工筋肉の大学発ベンチャーを設立｜東工大ニュース
• NHK バリバラ
• バリコレ20017内容｜NHK バリバラ
• 鈴森・遠藤研究室
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10月3日、フランスのリヨン大学前学長であり、現在はリヨン・アーバン・スクール（LUS）の学長であるミシェル・リュソー教授、リヨン大学のジャン・マタス国際担当理事が訪問し、本学の三島良直学長、環境社会理工学院の岸本喜久雄学院長、安田幸一教授、朝倉康夫教授、中井検裕教授と懇談を行いました。

リヨン大学は、2007年にリヨン地域に所在する主要高等教育・研究機関で構成され、大学の国際競争力強化等を目的として設立された大学連合組織です。LUSはリヨン大学を中心として新たに設立された機関で、地球規模で進展している都市化と環境の変化に起因した社会的な課題に学際的にアプローチすることを目的としています。

今回のリュソー学長の訪問は、都市化、都市計画の分野において、本学の環境・社会理工学院とLUSとの連携を模索することを目的にしています。同学院では、大きく方向転換しつつある地球・都市環境および社会情勢の変化の中で、さまざまな分野を横断する複合的な問題を工学的に取り扱っており、懇談ではLUSとの連携可能な研究課題について意見を交わしました。

• リヨン大学
• リヨン・アーバン・スクール

平成29年度の「東工大学生リーダーシップ賞」授与式が、10月25日に学長室で行われました。

この賞は、本学学士課程の2年次から4年次の学生を対象とし、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、学長から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。

平成29年度「東工大学生リーダーシップ賞」受賞者

• 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
• 「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

11月1日、大岡山キャンパス本館の講義室にて、工系学生国際交流基金派遣の募集説明会および工系留学報告会が開催されました。

工学院、物質理工学院、環境・社会理工学院の3学院は、国際性を持った工学を専門とする高度技術者を養成するため、合同で所属学生を海外の大学等に派遣しています。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自身の専門性を深め、より広範な先端科学技術・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さらなる向上と国際意識の涵養を図ることをねらいとして学生国際交流プログラムを独自に実施しています。このプログラムは、（1）海外大学との交流協定締結などを通じた学生相互派遣のための環境整備、（2）各種基金等を利用した所属学生の海外派遣支援制度を運営しています。

派遣先大学と発表者（計9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。以下は、当日の発表および報告書からの抜粋です。

留学経験者のコメント

本イベントは、留学プログラムについての理解を深めるとともに、帰国して間もない留学経験者からの新鮮な現地情報や感想に触れることができる機会であったため、本プログラムへの応募を検討している学生も積極的に質問し、意見交換や情報交換が活発に行われた報告会となりました。

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“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。

また、本プログラムは、受入・派遣の双方向プログラムのため、その特徴を生かし、受入留学生との交流イベントも企画・運営されています。今回発表した学生も積極的にそのような機会を利用し、留学に臨みました。

• 東京工業大学 工系３学院 TOP
• 2017年度 3学院夏期短期学生交流プログラム 活動報告｜東工大ニュース
• 工系学生国際交流基金派遣実績報告会および工系留学報告会 開催報告｜東工大ニュース
• 工系国際交流基金派遣募集説明会および工系留学報告会 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

10月26日発刊のAERAムック「大人になる君たちへ 国公立大学 by AERA2018」（株式会社朝日新聞出版発行）に東工大が掲載されました。

国公立大学が持つ魅力や今後求められる使命、各大学が進もうとしている方向性について、13の大学を個性豊かに伝える内容となっています。

巻頭では、2016年にノーベル生理学・医学賞を受賞した大隅良典栄誉教授の「だれもやらないことをやる勇気を持つ」と題したインタビューが掲載されています。

中面では「理工系大学だからこそあえて取り組むリベラルアーツの新しい試み」というテーマで、入学直後の学士課程1年目の学生全員が受ける授業「東工大立志プロジェクト」に注目し、中心的な役割を担ったリベラルアーツ研究教育院の中野民夫教授と、新1年生4名が登場します。

その他、2030年に向けた東京工業大学のステートメント（「Tokyo Tech 2030」）、大隅栄誉教授が率いる細胞制御工学研究センターや、大隅良典記念基金の紹介をしています。

※

朝日新聞出版からの承諾を得て掲載しています。朝日新聞出版に無断で転載することを禁じます。承諾番号（17-6090）

• AERAムックの国公立大学特集2018に東京工業大学が登場
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• 大隅良典記念基金｜基金による支援事業｜東京工業大学基金｜東工大への寄附
• 国公立大学 by AERA　2018｜朝日新聞出版

情報理工学院 情報工学系 小池英樹研究室大学院生の的場やすしさん、宮藤詩緒さん、浦垣啓志郎さん、豊原宗一郎さんらがものつくり大学と共同で開発した「流動床インタフェース」が、優れた技術として経済産業省 「Innovative Technologies+ 2017（以下、イノベーティブ テクノロジーズ プラス 2017）」に採択され、かつ特別賞「Creation（以下、クリエーション）」を受賞しました。

イノベーティブ テクノロジーズ プラスは、経済産業省策定の技術戦略マップで示されている、技術開発の方向性に基づき、その実現に大きな貢献が期待できる先進的な技術を発掘・評価する事業です。産学連携の場での共有と社会への発信を行うことで、日本におけるコンテンツ技術の未来を描くことを目的とし、実施されています。今回、イノベーティブ テクノロジーズ プラス 2017に採択された20の技術は、10月27日から29日まで日本科学未来館にて行われた、国内外の先進コンテンツ技術が集まる「デジタルコンテンツEXPO 2017」において展示されました。さらに、この20の技術の中から特にコンテンツ産業以外の分野への波及・応用の可能性の高い技術4件に対して「クリエーション」「Industry（インダストリー）」「Culture（カルチャー）」「選考委員特別賞」の各特別賞が贈られました。「クリエーション」は、特にコンテンツ産業の生産性・表現性の向上に資する技術・ビジネスモデルに対して贈られる賞です。

流動床とは砂のような粒体の入った容器の底から空気を吹き上げると粒体が液体のような状態になる現象で、今回の「流動床インタフェース」はこの現象とコンピュータ・グラフィックス、コンピュータ・ビジョン技術を組み合わせることで、コンピュータの入力装置及びエンターテイメント装置としての応用を示したものです。

「流動床インタフェース」の現象は、YouTubeで分かりやすく見ることができます。

• 小池研究室
• Innovative Technologies+2017 特別賞が決定しました！｜デジタルコンテンツEXPO
• 小池英樹研究室が経済産業省Innovative Technologies 2014に採択｜東工大ニュース

9月23日～24日に、東アジア研究型大学協会（AEARU：The Association of East Asian Research Universities）の第41回理事会、第23回年次総会が筑波大学で開催され、東工大からは三島良直学長、関口秀俊副学長（国際連携担当）が出席しました。

AEARUは、1996年に東アジアにおける研究型大学間の交流促進を目的として設立されたフォーラムで、日本・中国・韓国・香港・台湾から18の大学が加盟しています。東工大は設立年より同フォーラムのメンバー校であり、2016年～2017年の2年間、理事校を務めています。

総会前に行われた理事会には、議長校のソウル大学、副議長校の筑波大学、前議長校の南京大学、および本学を含む4つの理事校の代表者が出席し、2016年～2017年前半に実施されたワークショップや学生向けのプログラム等の活動報告、2017年後半～2018年の活動計画案の審議、次期（2018～2019年）の議長校、副議長校、理事校の選考等を行いました。

理事会で審議された各事項は総会で承認され、次期の議長校は筑波大学、副議長校は台湾大学が務めることとなり、東工大は引き続き、理事校を務めることとなりました。

総会の後半では、「ビッグデータ」をテーマとした基調講演とメンバー校の研究者による発表が行われました。基調講演には、ソウル大学のビッグデータ研究所の創設時の所長である、工学部のサン・キュウン・チャ教授が登壇し、同研究所では、ビッグデータを活用した学際的な研究と学際的な視野を持つデータ分析の専門家の育成を行っている旨の説明がありました。台湾大学、南京大学、韓国科学技術院（KAIST）のコンピュータ科学分野の研究者が「ビッグデータと機械学習の研究への活用」をテーマにプレゼンテーションを行いました。

総会終了後には、筑波大学のキャンパスツアーが行われ、国際統合睡眠医科学研究機構、およびエンパワースタジオを見学しました。

第42回の理事会は中国科学技術大学で来春開催される予定です。

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• AEARU (The Association of East Asian Research Universities)

要点

• 神経接続の新たな仕組みをショウジョウバエの視神経細胞で確認
• 2遺伝子は、軸索誘導ではなく脳内層での安定化に寄与
• 受容体型チロシン脱リン酸化酵素の新たな機能を発見

概要

東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の羽毛田聡子研究員と鈴木崇之准教授の研究グループは、神経軸索^[用語1]が脳内のどの深さの層に接続するのかを決定する仕組み（遺伝子プログラム）を解明しました。

感覚神経などの神経の軸索は、層状に区画分けされた脳内に侵入、標的となる神経細胞を見つけ出し、接続して機能的な神経回路を形成します。これまで、この層特異的な神経細胞の接続をどのように行っているのかは、よくわかっていませんでした。

今回本研究グループは、ショウジョウバエの視神経系を用いて（図1）、最新の分子遺伝学的手法と共焦点レーザー顕微鏡を駆使し、神経接続の新たな仕組みを解明しました。この遺伝子プログラムは、2つの遺伝子が関係しており、どちらも受容体型チロシン脱リン酸化酵素^[用語2]を産生しています。このチロシン脱リン酸化酵素の細胞内ドメイン^[用語3]の活性の強さが強ければ強いほど、視神経の軸索がより脳の深層に到達することがわかりました。また、この遺伝子の活性は、軸索が脳に侵入する時には必要ではなく、標的となる神経細胞との接続を安定に維持するのに必要ということがわかりました。

この仕組みは、神経軸索回路形成における普遍的な原理原則として高等動物でも使われている可能性があります。この受容体型脱リン酸化酵素の重要な機能の発見は、神経回路形成の謎を解く重要な成果と言えます。

この成果は、2017年11月8日に国際科学誌「eLife」に公開されました。

図1.

共焦点レーザー顕微鏡を用いたショウジョウバエ視神経系の実験画像（野生型）。サナギ期に、視神経細胞は軸索を伸ばし、脳内の視葉と呼ばれる層状の領域に侵入し、次の神経細胞に接続しようとする。共焦点顕微鏡は、試料を薄く切らなくても、あたかも切片を切ったかのような鮮明な画像を得ることができる。左側に見えるR7というある1種類の視神経細胞の細胞体（緑の丸い構造）から軸索が右のほうに伸び右側の視葉の特定の一層に投射している（緑の線）。視神経細胞全部（R1-R8）を赤で可視化しており、脳内の層状構造を青で可視化している。このような顕微鏡画像を、様々な遺伝子改変体に対して取得・解析することによって、本研究は行われた。

背景

神経細胞は生まれてから、軸索を伸ばして次につながる神経細胞を探し当てます。この所謂「神経軸索の投射」という現象を通して、膨大な数の神経細胞がお互いにつながり、複雑な神経回路を形成します。道標となるタンパク質が軸索を決まった道に沿って誘導し、標的となる神経細胞へと導くことが知られています。

しかしながら、軸索を誘導されることだけではなく、接続した神経の軸索を安定化させ、維持していくことも神経回路にとって非常に大事なことです。安定化し損なった軸索は縮退を起こし、神経回路は形成されません。このような軸索接続の安定化と維持にかかわる遺伝子プログラムはほとんど分かっていませんでした。また、安定化する層がどのように決まっているのかも分かっていませんでした。

研究の経緯

羽毛田聡子研究員と鈴木崇之准教授らは、別々に研究されていた2つの脱リン酸化酵素の変異体を同一個体に組み込んで二重変異体を作成することに成功しました。その変異体を解析したところ、いまだかつてないほどの距離を視神経の軸索が縮退して、最終安定化層が脳の非常に浅いところにあることを発見しました。この2つの遺伝子の機能が重複していたことが判明し、いままで隠されていた機能が解明されることになりました。その後の詳細な遺伝子操作による遺伝学的実験の結果、2つの遺伝子の強さと軸索投射層の深さが比例していることなどが明らかになっていきました。

研究成果

ショウジョウバエの視神経軸索の投射で異常を起こす遺伝子として、LARとPtp69Dという2つの受容体型脱リン酸化酵素が知られていました。それぞれの変異体は似た表現型を示し、視神経軸索が脳内層に入った後、最後の1番深い層（図2の青い層）ではなく2番目に深い層（図2の赤い層）に留まるという比較的穏やかなものでした。しかし、この2つの遺伝子が異常を起こしている二重変異体を作成したところ、脳内の1番浅い層まで視神経の軸索が縮退し、ほとんど脳内に定着しないことが分かりました。つまり、この2つの脱リン酸化酵素は重複した重要な機能を有しており、これは神経の軸索を脳内の標的層に定着させ、安定化させることが分かりました（図2右）。

次に、この2つの脱リン酸化酵素の「活性」が軸索を安定化させる層の「深さ」と関係があるのかを突き止めるために、遺伝子発現量を様々なレベルに調節し、様々な強さの変異が入った遺伝子断片を用いて実験しました。

その結果、視神経細胞の軸索が潜り、脳内で定着する層の「深さ」は、この2つの脱リン酸化酵素の「活性の強さ」に比例することが分かりました（図3）。また、これら脱リン酸化酵素は、互いに異なった外部シグナルを認識している一方で、内部の細胞内情報伝達は共通の因子を使っていることが示唆されました。これらのことから、2つの相同遺伝子を使って、脳内の神経回路を安定的に形作る普遍的な遺伝子プログラムが明らかになりました。

今後の展開

なぜ脱リン酸化酵素の細胞内ドメインの強度が強いほど、軸索は深い層で安定化することができるのか？という問題に対する解答は得られていません。また、これら脱リン酸化酵素のリガンド^[用語4]は発見されておらず、細胞外からのシグナルがどのように安定化層を決定させているのかは、よくわかっていません。別な可能性としてリガンドは無く、接着タンパク質を補強する働きをしている可能性があります。これらを解明し、応用することで、再生した神経軸索を思いのままの深さの層にまで到達させ安定化を図ることができるかもしれません。例えば、一度損傷した神経回路の機能を回復させられる可能性があります。

論文情報

掲載誌 :	eLife
論文タイトル :	Two receptor tyrosine phosphatases dictate the depth of axonal stabilizing layer in the visual system
著者 :	Satoko Hakeda-Suzuki, Hiroki Takechi, Hinata Kawamura, Takashi Suzuki
DOI :	10.7554/eLife.31812.001

• プレスリリース 神経軸索が脳内に潜る深さを決める仕組みを解明 ―2遺伝子の活性と軸索投射の深度が比例―
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平成29年度「東工大挑戦的研究賞」授賞式が9月6日^※に行われました。

※

9月6日の欠席者に対し、9月25日に学長室にて授賞式を行いました。

受賞者との記念撮影（9月6日）

授賞式では、三島良直学長から受賞者に賞状の授与、および今後さらなる活躍を期待する旨の激励の言葉があり、次いで受賞者代表3名から、採択された研究課題についてのプレゼンテーションが行われました。

この賞は、本学の若手教員の挑戦的研究の奨励を目的として、世界最先端の研究推進、未踏分野の開拓、萌芽的研究の革新的展開または解決が困難とされている重要課題の追求等に果敢に挑戦している独創性豊かな新進気鋭の研究者を表彰するもので、第16回目となる今回は13名が選考されました。なお、受賞者には支援研究費が贈呈されます。

平成29年度「東工大挑戦的研究賞」受賞者一覧

受賞者	所属 主担当系または担当研究	職名	研究課題名（ * は学長特別賞）
岩崎孝之	工学院 電気電子系	助教	* ワイドギャップパワーデバイスの量子センシング技術の開発
布施新一郎	科学技術創成研究院 化学生命科学研究所	准教授	* 大量核酸供給を可能にする革新的マイクロフロー合成法開発への挑戦
鎌田慶吾	科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所	准教授	* 高難度反応実現のための複合酸化物触媒の創製
平原徹	理学院 物理学系	准教授	磁性トポロジカル絶縁体ヘテロ構造における室温量子異常ホール効果の実現
福原学	理学院 化学系	准教授	アロステリズム応答性糖センシング
中原啓貴	工学院 情報通信系	准教授	2値化による超低消費電力ディープラーニング専用プロセッサの創出
阪口基己	工学院 機械系	准教授	耐熱超合金の破壊プロセスに対する結晶破壊力学アプローチ
三宮工	物質理工学院 材料系	講師	カソードルミネセンスによるナノスケール複素電場マッピング
林晋平	情報理工学院 情報工学系	助教	リファクタリング技術による多様なソフトウェア開発成果物の完全化保守支援
安部聡	生命理工学院 生命理工学系	助教	細胞内タンパク質結晶を用いた革新的構造解析手法の開発
稲垣厚至	環境・社会理工学院 融合理工学系	助教	熱画像風速測定法による都市歩行者レベルの風の空間分布計測
西田亮介	リベラルアーツ研究教育院 社会・人間科学系	准教授	情報過剰の時代における政治の情報発信と受容に関する研究
近藤正聡	科学技術創成研究院 先導原子力研究所	助教	過酷流動環境下における機能分担型多重界面構造の機能発現実証研究

（敬称略）

• 平成29年度「東工大挑戦的研究賞」受賞者決定｜東工大ニュース
• 福原学准教授が平成29年度 東工大挑戦的研究賞を受賞｜化学系 News
• 平成29年度 東工大挑戦的研究賞 受賞｜生命理工学系 News
• 平成28年度「東工大挑戦的研究賞」授賞式を実施－独創性豊かな若手研究者に－｜東工大ニュース
• 挑戦的研究賞 | 研究戦略室

おいしい「コーヒー」はどのようにできあがるのか。

各種メディアでも話題のイグ・ノーベル賞受賞、廣瀬講師ほか7名の講師が、生産から焙煎・抽出の方法、さらには文化や健康などさまざまな観点から、初めての方にもわかりやすく解説します。

開催概要

日時	2018年1月20日、1月27日、2月3日、2月10日、2月17日（各回土曜日 10:30 - 16:10、2月17日のみ10:30 - 14:30）
会場	1月20日、2月10日、2月17日：東京工業大 学田町キャンパス キャンパスイノベーションセンターCIC410教室 1月27日、2月3日：STOCK 2階
募集人員	30名（最少開催人数10名）
受講料	48,228円（税込み）
申込方法	社会人アカデミーウェブサイトより申込用紙をダウンロードし、必要事項を記入後、以下の「お問い合わせ先」に記載のメールアドレスまで、メール添付にてお送りください。受信後、振込先情報等詳細をご連絡いたします。 受講料納付確認後、受講認定証を交付いたします。 ※当メールアドレスからの受信ができるよう、受信設定をお願いいたします。
申込期間	2016年11月10日（金）～2017年1月13日（土） ※締切日必着

6期連続でスーパーコンピュータ「京」がGraph500で世界第1位を獲得
―ビッグデータの処理で重要となるグラフ解析で最高レベルの評価―

概要

理化学研究所（理研）と九州大学、東京工業大学、スペインのバルセロナ・スーパーコンピューティング・センター、富士通株式会社、株式会社フィックスターズによる国際共同研究グループは、ビッグデータ処理（大規模グラフ解析）に関するスーパーコンピュータの国際的な性能ランキングであるGraph500^※において、スーパーコンピュータ「京（けい）」^[用語1]による解析結果で、2017年6月に続き6期連続（通算7期）で第1位を獲得しました。

大規模グラフ解析の性能は、大規模かつ複雑なデータ処理が求められるビッグデータの解析において重要となるもので、「京」は運用開始から5年以上が経過していますが、今回のランキング結果によって、現在でもビッグデータ解析に関して世界トップクラスの極めて高い能力を有することが実証されました。本成果の広範な普及のため、国際共同研究グループはプログラムのオープンソース化を行い、GitHubレポジトリより公開中です。今後は大規模高性能グラフ処理のグローバルスタンダードを確立して行く予定です。

本研究の一部は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業CREST「ポストペタスケール高性能計算に資するシステムソフトウェア技術の創出」（研究総括：佐藤三久 理化学研究所 計算科学研究機構）における研究課題「ポストペタスケールシステムにおける超大規模グラフ最適化基盤」（研究代表者：藤澤克樹 九州大学、拠点代表者：鈴村豊太郎 バルセロナ・スーパーコンピューティング・センター 2017年3月終了）および「ビッグデータ統合利活用のための次世代基盤技術の創出・体系化」（研究総括：喜連川優 国立情報学研究所）における研究課題「EBD：次世代の年ヨッタバイト処理に向けたエクストリームビッグデータの基盤技術」（研究代表者：松岡聡 東京工業大学）の一環として行われました。

※

アメリカのデンバーで開催中のHPC（ハイパフォーマンス・コンピューティング：高性能計算技術）に関する国際会議「SC17」で11月15日（日本時間11月16日）に発表。

Graph500上位10位

公開されたGraph500の上位10位は以下の通り

• Graph 500 | large-scale benchmarks

Graph500とは

近年活発に行われるようになってきた実社会における複雑な現象の分析では、多くの場合、分析対象は大規模なグラフ（節と枝によるデータ間の関連性を示したもの）として表現され、それに対するコンピュータによる高速な解析（グラフ解析）が必要とされています。例えば、インターネット上のソーシャルサービスなどでは、「誰が誰とつながっているか」といった関連性のある大量のデータを解析するときにグラフ解析が使われます。また、サイバーセキュリティや金融取引の安全性担保のような社会的課題に加えて、脳神経科学における神経機能の解析やタンパク質の相互作用分析などの科学分野においてもグラフ解析は用いられ、応用範囲が大きく広がっています。こうしたグラフ解析の性能を競うのが、2010年から開始されたスパコンランキング「Graph500」です。

規則的な行列演算である連立一次方程式を解く計算速度（LINPACK^[用語2]）でスーパーコンピュータを評価するTOP500^[用語3]においては、「京」は2011年（6月、11月）に第1位、その後、2017年11月14日に公表された最新のランキングでは第10位です。一方、Graph500ではグラフの探索という複雑な計算を行う速度（1秒間にグラフのたどった枝の数（ TEPS^[用語4]））で評価されており、計算速度だけでなく、アルゴリズムやプログラムを含めた総合的な能力が求められます。

Graph500の測定に使われたのは、「京」が持つ88,128台のノード^[用語5]の内の82,944台で、約1兆個の頂点を持ち16兆個の枝から成るプロブレムスケール^[用語6]の大規模グラフに対する幅優先探索問題を0.45秒で解くことに成功しました。ベンチマークのスコアは38,621GTEPS（ギガテップス）です。Graph500第1位獲得は、「京」が科学技術計算でよく使われる規則的な行列演算だけでなく、不規則な計算が大半を占めるグラフ解析においても高い能力を有していることを実証したものであり、幅広い分野のアプリケーションに対応できる「京」の汎用性の高さを示すものです。また、それと同時に、高いハードウェアの性能を最大限に活用できる研究チームの高度なソフトウェア技術を示すものと言えます。「京」は、国際共同研究グループによる「ポストペタスケールシステムにおける超大規模グラフ最適化基盤」および「EBD：次世代の年ヨッタバイト処理に向けたエクストリームビッグデータの基盤技術」の2つの研究プロジェクトによってアルゴリズムおよびプログラムの開発が行われ、2014年6月に17,977GTEPSの性能を達成し第1位、さらに「京」のシステム全体を効率良く利用可能にするアルゴリズムの改良を行い、2倍近く性能を向上させ、2015年7月に38,621GTEPSを達成し第1位でした。そして今回のランキングでもこの記録は神威太湖之光等の新しいシステムに比べても大幅に高いスコアであり、世界第1位を6期連続（通算7期）で獲得しました。

これまでの幅優先探索問題（BFS）^[用語7]に加えて今回から最短路問題（SSSP）^[用語8]に対する結果も公開されており、今後はさらに別の問題への適用も予定されています。

今後の展望

大規模グラフ解析においては、アルゴリズムおよびプログラムの開発・実装によって今回のように性能が飛躍的に向上する可能性を示しており、今後も更なる性能向上を目指していきます。また、上記で述べた実社会の課題解決および科学分野の基盤技術へ貢献すべく、スーパーコンピュータ上でさまざまな大規模グラフ解析アルゴリズムおよびプログラムを研究開発していきます。

11月8日午後に大岡山キャンパスにて、震度6弱の地震を想定した防災訓練を実施しました。

総合訓練では、各地区に自衛防災地区隊を編成して安否確認を行うとともに、三島良直学長を本部長とする非常災害対策本部を設置しました。そして、各班に分かれてすずかけ台キャンパスとの情報伝達をはじめ、施設の安全点検、特殊材料ガスや放射線の漏洩の確認、避難人数の把握、非常食の炊き出し等の訓練を行いました。

また、地震の後に西9号館等で火災が発生した想定で消火訓練が行われ、田園調布消防署による梯子車を使用した救助や放水の演習が行われ、三島学長が梯子車より放水開始の指揮を行いました。

個別訓練においては、本年度の新たなプログラムとして、学内に設置されている災害対応自動販売機の操作実演を行ったほか、地震体験車や火災時の煙を体感する「煙体験ハウス」、消火器の取扱い訓練、東工大ボランティアグループの協力を得て非常食の配布等が行われました。学生、教員、職員等数多くの参加があり、さまざまな訓練を通して、改めて防災の意識を高める機会となりました。

株式会社小糸製作所（社長：三原弘志）は、東京工業大学（学長：三島良直）の細野秀雄教授の研究グループ、名古屋大学（総長：松尾清一）の澤博教授の研究グループとの共同研究の結果、空気中ですぐに潮解してしまうヨウ化カルシウムを用い、優れた耐久性と高い発光性能を持つ「ナノコンポジット^[用語1]蛍光体」の開発に成功しました。

蛍光体は、白色LED、蛍光灯など、私たちの身の回りの光源に使われています。従来の蛍光体は、希土類^[用語2]イオンを微量添加（ドープ）した酸化物、または、窒化物化合物の単一組成の無機粉末で構成されていました。今回開発されたナノコンポジット蛍光体は、1つの粒子の中に異なる2つの成分（ヨウ化カルシウムとクリストバライト^[用語3]）が存在する新しいタイプの蛍光体です。

今回成功したヨウ化カルシウムを用いたナノコンポジット蛍光体は、耐久性不足で機能材料への適用検討の対象から外れていたハロゲン化物、カルコゲン化物に対し、実用化の道筋を示しました。この手法は、蛍光体だけに留まらず、さまざまな機能材料探索へも応用が期待できます。

本研究では、名古屋大学が大型放射光施設 SPring-8^[用語6]の高輝度放射光を用いて、ナノコンポジット蛍光体の詳細な結晶構造解析を行い、東京工業大学がナノコンポジット蛍光体の生成メカニズムの解明を行っています。

本研究成果は、11月15日発行の米国科学誌『ACS Applied materials & Interfaces』オンライン版に掲載されました。

研究の背景

ハロゲン化物、カルコゲン化物に発光元素として希土類を微量含有（ドープ）させると、その緩やかな原子結合（結合の熱振動が小さい）から、内部損失の少ない蛍光体が作製できます。しかし、これらの化合物は耐湿性が低く、実際に使用できるケースは稀でした。

本研究は、最も耐湿性が低い化合物のひとつであるヨウ化カルシウムに希土類のユーロピウムイオンをドープした蛍光体に対し、実用耐久の付与を目的にナノコンポジット化を試みました。

研究の内容と成果

ユーロピウムをドープした直径約50 nmのヨウ化カルシウムのナノ単結晶を、結晶性シリカ（クリストバライト）内に埋め込んだナノコンポジット蛍光体の合成に成功しました。図1は、合成した直径50 μmほどのナノコンポジット蛍光体粒子断面の電子線照射による発光を示します。クリストバライトに埋め込まれたナノ単結晶（図1左 白色部）のみが発光している様子がわかります。

得られたナノコンポジット蛍光体を85 ℃ 85%の高温高湿下に2,000時間曝した後の発光強度の低下は、僅か2%でした。ナノコンポジット蛍光体の400 nm励起での内部量子効率は98%に達し、最高レベルの効率を示します。その結果、青色発光の代表的な蛍光体であるBaMgAl₁₀O₁₇:Eu^2+[用語7]と比較し、2.7倍の強い青色発光が得られます。ナノコンポジット蛍光体の合成は、固相反応中でヨウ化カルシウムがフラックス^[用語8]としてガラス質のシリカ粒子を結晶化させたとき、結晶化したシリカ（クリストバライト）中に取り込まれたフラックスが固化・結晶化する自己組織化を活用しています。

今後の展開

ハロゲン化物、カルコゲン化物は、本来、優れた発光性能を示しますが、耐久性の懸念から、これまで、機能材料としては検討されていませんでした。しかし、今回の研究成果から、本技術を用い新たな発光材料の開発に展開していきます。

今後も我々は、新しい光創りを目指し、研究開発を重ねてまいります。

論文情報

掲載誌 :	ACS Applied Materials & Interfaces
論文タイトル :	Nanocomposite Phosphor Consisting of CaI2:Eu2+ Single Nanocrystals Embedded in Crystalline SiO2
著者 :	Hisayoshi Daicho, Takeshi Iwasaki, Yu Shinomiya, Akitoshi Nakano, Hiroshi Sawa, Wataru Yamada, Satoru Matsuishi, Hideo Hosono
DOI :	10.1021/acsami.7b14132

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• 東京工業大学 元素戦略研究センター
• 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
• 研究成果一覧

発表のポイント

• 核分裂は、原子核が変形して2つにちぎれる現象である。これまで原子核の中性子放出と“ちぎれ方”の詳細を知ることができなかった。本研究では、実験と理論を駆使して、これを初めて明らかにした。
• 原子核の中性子放出と“ちぎれ方”の解明により、核分裂に対する深い理解につながる。さらには核分裂を利用した放射性物質の毒性低減のための核変換技術への貢献が期待できる。

概要

国立研究開発法人 日本原子力研究開発機構（理事長 児玉敏雄、以下「原子力機構」という。）先端基礎研究センターの廣瀬健太郎研究副主幹及び西尾勝久マネージャーらは、東京工業大学（学長 三島良直、以下「東工大」という。） 科学技術創成研究院 先導原子力研究所の千葉敏教授、近畿大学（学長 塩﨑均）大学院総合理工学研究科の田中翔也大学院生らとの共同研究により、核分裂における原子核のさまざまな“ちぎれ方”を捉え、原子核からの中性子放出と核分裂における原子核の“ちぎれ方”の関係を初めて明らかにしました。

核分裂は、ウランのような重い原子核が余分なエネルギーを与えられたときに、変形して2つにちぎれる現象です。この“ちぎれ方”（ちぎれてできた2つの原子核の重さのバランス）を観測することで、原子核がどのように変形して核分裂が起こるかを調べることができます。

放射性物質の毒性を低減するために、高いエネルギーの中性子を原子核にぶつけて起こす核分裂を利用する方法があります。この場合、原子核はいくつかの中性子を出して別の原子核になった後に、さらに核分裂することがあります。このため異なる原子核の“ちぎれ方”が混在し、核分裂がどのように起こるかを調べることができませんでした。本研究では、さまざまな原子核の“ちぎれ方”の実験データと、原子核から中性子が出る効果と取り入れた理論計算を比較しました。その結果、個々の原子核の“ちぎれ方”を初めて捉えることができました。

現在、原子力機構は、本研究の手法によって、人類が取り扱えるであろう最も重い原子核標的である99番元素アインスタイニウム-254を用いた核分裂研究を始めようとしています。本研究成果は、高エネルギーにおける核分裂の理解、そして重い原子核での未だわかっていない核分裂現象の解明にもつながります。このような核分裂に対する深い理解は、核分裂を利用した放射性物質の毒性を低減するための核変換技術への貢献が期待されます。

本研究成果は、2017年11月27日付で、米国物理学会誌「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載されました。

本研究は文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務（「高燃焼度原子炉動特性評価のための遅発中性子収率高精度化に関する研究開発」（平成24－27年度、東工大と原子力機構）及び「代理反応によるマイナーアクチノイド核分裂の即発中性子測定技術開発と中性子エネルギースペクトル評価」（平成27－29年度、原子力機構と東工大）の成果の一部です。

研究の背景

核分裂は原子核が変形し、やがて2つの原子核にちぎれる現象です。これら2つの原子核の質量がどのようなバランスをもってちぎれるかは核分裂メカニズムを強く反映しており、観測量である核分裂質量分布^[用語1]に現れます。この原子核の“ちぎれ方”は、原子炉の中で核分裂によって発生するエネルギーや連鎖反応の源である即発中性子^[用語2]の数、さらに原子炉の安全性に関わる遅発中性子^[用語3]数などを決定するとても重要な観測データでもあります。さらに、高いエネルギーの中性子を用いた核分裂によって、長寿命マイナーアクチノイド^[用語4]をより短寿命な核分裂生成物に変える核変換技術を構築するためにも、高いエネルギーをもった原子核の核分裂メカニズムを理解することが重要です。

しかしながら高いエネルギーをもった原子核は、図1に示すように、核分裂するだけでなく、いくつかの中性子を吐き出した後に核分裂することもあります。しかもその数は核分裂が起こるたびに異なっています。また、中性子を吐き出すことによって元の原子核とは異なる原子核になり、エネルギーも低くなります。いくつの中性子が吐き出されたかを、起こった核分裂ごとに知ることができないため、核分裂した原子核を特定することができません。したがって観測した“ちぎれ方”には元の原子核だけでなく、中性子を吐き出した後の原子核の“ちぎれ方”も含まれており、特定の原子核だけに対する観測データを得ることができませんでした。このことが高エネルギーの核分裂研究の妨げになっていました。

図1.

高いエネルギーをもった原子核の核分裂の概念図。実験により最初につくった原子核（赤丸）が高い温度のとき、その原子核は核分裂して壊れることもありますが、中性子を吐き出して別の原子核（橙丸）になることもあります。中性子を吐き出した場合には、その分エネルギーが低くなりますが、それでも尚十分高いエネルギーをもっている場合には核分裂することもあり、また再び中性子を吐き出して別の原子核（黄丸）になることもあります。図中の枠内には、中性子を吐き出すことによってできた原子核の“ちぎれ方”を模式的に表したものです。実験ではこれらの異なるエネルギーをもった異なる原子核の“ちぎれ方”を分離して測定することはできません。

研究の内容・成果

本研究では、原子力機構のタンデム加速器^[用語5]を使って酸素18（¹⁸O）ビームをウラン238（²³⁸U）標的にあてて、様々なエネルギーをもった多種類の原子核をつくり、それらの“ちぎれ方”を観測しました。測定結果の例として、図2に40-50 MeVのエネルギーの²⁴⁰Uをつくったときに観測される“ちぎれ方”を黒丸（●）で示しました。このようなエネルギーでは核分裂の前に中性子を吐き出すことがあるため、観測したこの“ちぎれ方”には²⁴⁰Uのものだけではなく、他の原子核のものも含まれています。中性子を吐き出す確率を計算したところ、このエネルギーの²⁴⁰Uは、図中に示したような割合で、0から5個の中性子を吐き出します。つまり²⁴⁰Uだけでなく、^235-239Uの“ちぎれ方”も含まれています。

これまでは、中性子を吐き出した後に起こる核分裂が、どのような形で“ちぎれ方”に含まれているかはわかりませんでした。本研究では、中性子放出後に核分裂が起こる効果を、近畿大学がおこなった理論計算と組み合わせることで、実験データを説明することに成功しました（図2の赤の実線）。また、他のエネルギーをもった原子核の“ちぎれ方”も同様に実験データを再現しており、理論モデルの信頼性が確認できました。

図2.

40-50 MeVのエネルギーをもった²⁴⁰Uの“ちぎれ方”（●）と理論計算の比較。点線は中性子放出後にできるそれぞれの原子核（^235-240U）の“ちぎれ方”であり、これらが図中に示した割合で混じっているため、和をとって実験データと比較します。

図2の点線は、中性子を吐き出した後のそれぞれ原子核の“ちぎれ方”を示しています。本研究によって、観測した“ちぎれ方”の内訳を初めて明らかにすることができました。これまでは「観測した“ちぎれ方”に見られる二山の構造が²⁴⁰Uの核分裂によるものである」と考える研究もありましたが、図2に示したように、この構造は中性子を吐き出した後の原子核（²³⁷U：青、²³⁶U：ピンク、²³⁵U：水色の点線）によるものであることがわかります。長い間、観測データの解釈さえ確立されていませんでしたが、本研究では観測した“ちぎれ方”に対して正しい解釈を与え、高いエネルギーの原子核の“ちぎれ方”を初めて捉えることに成功しました。

今後の展開、及び波及効果

原子核の“ちぎれ方”は核分裂を理解するために重要な観測量です。本研究により、これまでに得ることのできなかった、高エネルギー核分裂における原子核の “ちぎれ方”を捉えることができるようになりました。この成果は高いエネルギーにおいてどのように核分裂が起こるのかの理解を深め、放射性物質の毒性を低減するための核変換技術への貢献が期待できます。

論文情報

掲載誌 :	Physical Review Letters
論文タイトル :	Role of Multichance Fission in the Description of Fission-Fragment Mass Distributions at High Energies
著者 :	K. Hirose1, K. Nishio1, S. Tanaka2, R. Léguillon1, H. Makii1, I. Nishinaka1, R. Orlandi1, K. Tsukada1, J. Smallcombe1, M. J. Vermeulen1, S. Chiba3, Y. Aritomo2, T. Ohtsuki4, K. Nakano5, S. Araki5, Y. Watanabe5, R. Tatsuzawa6, N. Takaki6, N. Tamura7, S. Goto7, I. Tsekhanovich8, A. N. Andreyev1,9
所属 :	1日本原子力研究開発機構、2近畿大学、3東京工業大学, 4京都大学、5九州大学、6東京都市大学、7新潟大学、8ボルドー大学、9ヨーク大学
DOI :	10.1103/PhysRevLett.119.222501

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10月28日に江東区新木場にあるスタジオコーストで開催されたクラブ・イベント「ageHa（アゲハ）」内で行われた日本最大級のハロウィン仮装コンテスト「ageHa Halloween Contest（アゲハ ハロウィン コンテスト）」 及び10月29日に川崎市で行われた日本最高峰レベルの仮装コンテスト「カワサキハロウィン」において、本学工学院機械系の木村正子さん（研究生）が製作した仮装「ランドリーモンスター」が共に優勝しました。

ageHa Halloween Contestは今年で開催15年目、カワサキハロウィンは開催21年目を誇る日本国内のハロウィン仮装の歴史を先導してきたハロウィン2大コンテストです。ageHaの審査員には審査委員長のお笑い芸人よゐこ濱口優さんのほか武田真治さん、カワサキハロウィンの審査員には映画コメンテーターのLiLiCoさん、タレントのKABA.ちゃんさん、特殊メイクアップアーティストの江川悦子さんらを迎えた最終選考にて、木村さんの仮装は審査員及び観客を圧倒させる演技をし、両方のコンテストで見事ダブル優勝に輝きました。

仮装テーマであった「ランドリーモンスター」は、ハロウィンの日に洗濯をしたらモンスター化されてしまうという演技込みの非常にユニークな仮装でした。

今回木村さんを始めとする学生の他、企業経営者、会社員、ダンサー、メイクアップアーティスト、DJなどサポーターを含めた12名のグループにて参加し、木村さんは製作リーダーとして約2ヶ月間の製作の中でデザイン・設計・創作の分野でチームに貢献しました。

木村さんは今年でハロウィン活動11年目、日本最高峰のハロウィンコンテストをこれまでに4回優勝した経験があります。今回2大ハロウィンコンテストを同時に制したのは2009年以来日本国内では2例目、グループでは初の快挙でした。

木村正子さんのコメント

• KAWASAKI Halloween 2017 | HALLOWEEN AWARD 結果発表
• ageHa HALLOWEEN2017 -MYSTICAL MAGIC-
• ageHa | facebook

10月25日、東工大の研究と産学連携の「今」を広く紹介する、第1回東工大リサーチフェスティバル（Tokyo Tech Research Festival）が、東工大蔵前会館くらまえホールで開催されました。

本イベント開催の準備にあたっては、URAと産学連携コーディネーターが、参加研究者へ事前にコンタクトをとり、当日は、企業の方など来場者の方々へ研究内容をよりわかりやすく伝えるサポートを行いました。

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競争と切磋琢磨：学内の選抜・育成制度＝「東工大の星」支援【STAR】、「研究の種発掘」支援、「東工大挑戦的研究賞」、「研究支援(A)大型研究プロジェクト形成支援」、「研究支援(B)若手異分野融合研究支援」、手島精一記念研究賞＜研究論文賞、博士論文賞、留学生研究賞、発明賞、著述賞、若手研究賞（藤野・中村賞）＞など。

• 東京工業大学の研究と産学連携の「今」を紹介 第1回Tokyo Tech Research Festivalの開催について｜東工大ニュース
• 東京工業大学 研究・産学連携本部
• 東京工業大学 産学連携推進本部