J-PARCの研究

J-PARCの加速器群

J-PARC は、陽子を加速する3 台の大型加速器を持っています。陽子が数兆個から数十兆個もの塊となった陽子ビームは、加速空洞というビームを加速する装置や、何百個もの電磁石に挟まれた細いパイプの中を通過しながら、光速の99.95%※まで加速されます。陽子ビームが空気中の酸素や窒素分子に邪魔されずに真っ直ぐに進めるように、パイプの中は、宇宙空間と同じくらいの真空状態を実現しています。
※30GeVに対応。3GeVでは97.12%。

J-PARC の加速器は、日本の高い技術力で作られた超精密な電気機械であり、世界最高強度の高エネルギー陽子ビームを作りだすことができます。

DTL

DTL(ドリフト・チューブ・リニアック)

大電力高周波を加速空洞に供給し、発生し電場を利用してビームを加速します。各空洞は0.1mm程度、空内に設置されている加速管は0.05mm程度の位置精度で設置されています。

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素粒子・原子核研究

この宇宙に存在する物質は原子からなり、原子は原子核とその周りを回る電子から、原子核は中性子と陽子から構成されます。そして、中性子と陽子の中を探ると、最も小さな構成要素である素粒子、クォークにたどり着きます。クォークは強い力によって陽子や中性子のなかに閉じ込められていて単独で観測することができません。一方、電子は強い力を感じない、クォークとは別タイプの素粒子レプトンの仲間で私たちにも身近な素粒子です。ニュートリノもレプトンの仲間になります。レプトンでは、電荷をもつ電子と電荷をもたないニュートリノが対を作っていますが、クォークも電荷の違う2種類が対を作っています。クォークやレプトンには、質量の違う3つの対(世界)があると分かりました。さらにこれらのクォークやレプトンには電荷が正反対の反粒子が存在します。

SKS測定器とHyperball-J

SKS測定器とHyperball-J

T2K実験のイメージ

T2K実験のイメージ

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物質・生命科学の研究

J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)では、ほぼ光速(97%)まで 加速した陽子を炭素、水銀の標的に衝突させることで、それぞれミュオン、 中性子のビームを作り出しています。これらのビームは世界最大級の明るさ で試料を照らすことができる「巨大な顕微鏡」として、科学の発展のための 基礎研究から材料開発などの応用研究まで、幅広い分野の研究に用いられて います。

MLFホール

MLFホール

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核変換の研究

原子力発電所の使用済核燃料には、 燃え残ったウランや新たな燃料となるプルトニウムの他に、 核分裂反応により生成した放射性物質が含まれています。 これらの放射性物質のうち、一般にマイナーアクチノイドと呼ばれる元素には、 人体に対する有害度や環境負荷が比較的大きい物質があります。 これらの物質を選択的に分離し、その物質の特性に応じた処理・処分方法を採用できれば、 使用済核燃料からの環境負荷を大きく低減することができる可能性があります。 このような元素を分離する技術や、高速炉や加速器を用いた新しい原子力システム(加速器駆動システムなど)を用いて マイナーアクチノイドなどを核反応により異なる元素に変換する技術を「分離変換技術」と呼んでいます。 分離変換技術は、将来有望な廃棄物処分の技術オプションとして、 日本をはじめ世界のさまざまな国で基礎的な研究開発や導入戦略などが議論されている、最先端の技術です。

核変換実験施設用核破砕 ターゲット模試試験装置

核変換実験施設用核破砕 ターゲット模試試験装置

J-PARCでは、計画当初より加速器駆動システム(ADS:Accelerator-driven System)による 核変換技術に関する基礎的な研究を行う、 核変換実験施設(TEF : Transmutation Experimental Facility)の検討を進めてきました。 TEFは、ADS独自の構成要素である核破砕ターゲットや陽子ビームの導入部(ビーム窓など) に関するシステム技術の確立を目指す 「ADSターゲット試験施設(TEF-T)」及び、 エネルギー発生やそれに伴う放射性物質の生成量を極力抑制し、 実験者が容易に実験可能な小型の原子炉(臨界集合体)を用いて核変換技術の成立性に係る 物理的特性やADSの運転・制御に関する研究・開発を行う「核変換物理実験施設(TEF-P)」の二つの施設で構成されます。

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