素粒子ミュオンを用いた非破壊三次元元素分析に成功 ―量子ビーム技術と宇宙観測検出器の出会いによる新技術開発―

本研究により非破壊で可視化した三次元の炭素分布図

大阪大学
東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構
高エネルギー加速器研究機構
J-PARCセンター

概要

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特任研究員のキュウ・イーファン博士、二宮和彦准教授、東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構の武田伸一郎特任助教、高エネルギー加速器研究機構三宅康博特別教授らの研究グループは、J-PARCミュオン科学実験施設(MUSE)から得られる世界最高強度のパルスミュオンを利用して、物体の三次元的な元素分布を、非破壊で可視化することに世界で初めて成功しました。

物体の内部を可視化する方法として、例えばCTと呼ばれる手法がありますが、これは物質内部の密度の情報は得られる一方で、実際にどの元素が入っているかの情報を明快に得ることが難しいです。

今回、キュウ特任研究員らの研究グループは、素粒子ミュオンを使った非破壊元素分析法と、宇宙観測用に開発されたイメージング検出器を組み合わせることで、炭素に特定した元素分布の二次元の投影図を得ることができました。そしてこの投影図に医療診断でも利用される画像再構成の技術を応用することで、三次元的な元素分布を明らかにすることに成功しました。炭素のような軽元素を含めて、このように三次元的な元素分布を得る方法は他になく、この技術を利用することで文化財など、破壊することのできない貴重な試料についての分析も可能となり、基礎研究にとどまらない広い応用利用が期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Scientific Reports」に、3月29日(火)(日本時間)に公開されました。

本研究成果のポイント

●素粒子ミュオンを用いて三次元的に元素を可視化する技術を確立

●大強度のミュオン加速器という最新技術に、宇宙観測用の検出器という異分野の最新技術を組み合わせる、新たな分野融合研究により研究目的を達成

●文化財など貴重な試料に対する応用研究が展開していくことに期待

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