日本学術会議核科学総合研究連絡委員会原子力基礎研究専門委員会
「原子力分野における加速器の研究開発」ワーキンググループメンバー

　　　　北海道大学　　鬼柳 善明 教授
　　　　東北大学　　　石井 慶造 教授
　　　　高エネルギー加速器研究機構　柴田 徳思 教授
　　　　東京大学　　　中沢 正治 教授
　　　　　　　　　　　柴田 裕実 助教授
　　　　東京工業大学　服部 俊幸 教授
　　　　名古屋大学　　山根 義宏 教授
　　　　京都大学　　　今西 信嗣 教授
　　　　　　　　　　　川瀬 洋一 教授
　　　　大阪大学　　　田川 精一 教授
　座長　九州大学　　　的場　優  教授

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趣旨：加速器は古くから素粒子、原子核、放射線などの研究のための実験装置であったが、近年我が国の一般病院に診断・治療用電子加速器が800台以上設置されているなど、その利用は極めて幅広くなっている。医療分野に加えて、非破壊検査、照射処理、材料改質、分析、微細加工など、産業分野での利用の広がりは目覚しい。素粒子、原子核、放射線はもとより、物性、材料、地球、宇宙、生命、考古などの分野における成果は枚挙のいとまがない。また最近、未来の核廃棄物の核変換処理や新しいエネルギーシステム用として加速器駆動未臨界炉への期待が高まっている。このような状況を考えるとき、原子力分野の加速器の研究開発の現状について十分な検討と議論を行って、これら利用の広がりを支えるとともに、様々な施設の役割を明確にして新たにバランスの取れた研究の推進を図ることが特に必要と考えられる。
　現在様々な研究所（日本原子力研究所、高エネルギー加速器研究機構、・・・・・・）の大型加速器施設において多様なプロジェクトが実施され、あるいは計画されている。これらに関わる加速器の研究開発についてはプロジェクトの目的である学問分野を中心に関連する様々な分野を含む広い場で検討されるべき性格のものであり、各プロジェクトについて現在国や研究者グループなどの多くの委員会で継続的に検討されている。一方近年、大学における原子力分野での加速器に関する研究開発については検討が十分でなく国の研究資源の配分から多く抜け落ちていることが指摘される。国の大型プロジェクトが大研究所に集中化されていることに加えて、原子力分野では核分裂炉及び核融合炉についての研究開発の検討が急務とされる傾向にあったことも事実である。加速器の幅広い利用や各種大型プロジェクトを支えているのは大学で教育を受けた研究者・技術者であることが指摘されるべきである。また大学の中小型加速器による工夫されたユニークな研究からも多くの新しい知見が得られてきたことを忘れてはならない。
　当然であるが、実験に基づく教育研究は今後とも極めて重要なことは言うまでもない。最近の大学改革の中で大学における原子力の基礎や放射線の計測に関わる実験的教育研究の不足を痛感する研究者も多い。今後新たに教育研究用の原子炉を建設することは残念ながら容易でなく、放射線実験技術に関わる先端的教育研究分野での各大学における中小型加速器施設の果たす役割は大きい。
　以上の点から、大学における加速器の研究開発について現状を調査し、将来計画を検討することが緊要である。なお京都大学原子炉実験所については、当施設が原子力研究の大学の全国共同利用研究施設であり、また本ワーキンググループでの検討課題にも関連が深いので、研究用原子炉の今後の取り扱いとともに検討されるべきであると考えられる。

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１．はじめに

　加速器は20世紀の前半、放射線の発見とその計測法の開発に引き続き原子炉の発明と相前後して発明されたものである。現在その利用は当初からの基礎研究用としてとともに、産業用及び医療用として大きく広がっている。この分野の研究開発は、国のいくつかの研究機関を中心に幅広く行われているが、同時に大学の果たしている役割は大きい。日本学術会議核科学総合研究連絡委員会原子力基礎研究専門委員会では、原子力分野の、特に大学における、加速器の研究開発について、これまでの研究成果と現状を調査するとともに今後の研究の進め方について検討するワーキンググループを設置した。ここでは、まずこのような活動を行うことについて、その趣旨と検討の視点について討議の結果を中間報告として報告する。

２．ビーム利用分野の広がり

　加速器は古くから素粒子、原子核、放射線などの分野の研究用の実験装置であり、現在もこの分野の研究に重要な役割を果たしている。しかし近年例えば我国の一般病院に電子線形加速器（ライナック）が800台以上設置されているなどその利用は極めて幅広くなっている。特に、非破壊検査、照射処理、材料改質、分析、微細加工など産業分野での利用は目覚しい。素粒子、原子核、放射線はもとより、物性、材料、地球、宇宙、生命、考古など理工学における成果は枚挙のいとまがないほどである。
　最近原子力分野における放射線の利用について我が国の国内総生産（GDP）への直接的寄与の形で調査が行われた。調査の結果、放射線利用は1997年ベースで約８兆円の寄与があると推定された。この額は原子力のエネルギー利用（原子力発電）として知られている５‐６兆円と比較しうる規模のものである。米国においてこの傾向は更に顕著であるとの報告もある。このような大きな経済効果をもたらす利用としては、上述のように特に産業分野と医療分野で著しい。具体的には古く小型の装置で明らかにされた基礎原理が機器の形で利用されている場合が多い。もちろん大型プロジェクトの中で行われた要素機器の開発研究からの寄与も大きいと考えられる。
　原子力分野では最近核廃棄物の核変換処理や新しいエネルギーシステム用として加速器駆動型未臨界炉への期待が高まっている。未臨界の体系を大強度中性子ビームによって定常状態に制御し、大量の中性子やエネルギーを発生させようとするものである。21世紀後半に予想される世界的なエネルギー危機に対する通常の原子炉のオプションとしての役割が期待されている。このような形の原子炉システムの実用化にはコストパフォーマンスに優れた高効率の加速器の開発が鍵を握っているが、同時に定常未臨界体系の性質についての詳細な研究が必要とされる。
　原子力分野は古く放射線の発見とその計測技術の開発及び加速器と原子炉の発明から始まったといえるが、原子力発電の実用化により長年にわたって原子炉が大きい存在であった。しかし現在上述のように加速器などによる放射線の利用の広がりが著しく、場の科学の典型であった原子炉とビームの科学としての加速器が相補う形で発展することになりつつあると言える。今後とも加速器の研究開発について十分な検討と議論を行って、これらの利用の広がりを支え、また新たな技術を生み出すことは大いに期待されるところであるが、特に様々な研究施設の役割を明確にして、バランスのとれた研究の推進を図ることが必要とされている。

３．加速器に関わる大型プロジェクトの推進

　現在様々な研究所の大型加速器施設においては加速器に関する多様なプロジェクトが推進されあるいは計画されている。原子力分野では、日本原子力研究所、高エネルギー加速器研究機構、理化学研究所、放射線医学総合研究所、電子技術総合研究所、SPRING8などにおける研究が重要な役割を果たしている。この中で、日本原子力研究所は設置目的自体が原子力分野であるが他の研究所は必ずしもそうではない。しかし設置目的が原子力分野であるなしに関わらず、原子力分野への貢献が期待されることも事実である。更に各プロジェクトを支える加速器施設の設計と運用は当然原子力分野との関連が深く、これらのプロジェクトを支える研究者は原子力分野で活躍することも多いことが指摘される。
　京都大学原子炉実験所は日本学術会議の勧告などを受けて設立された原子力基礎研究に関わる大学の全国共同利用研究機関であり、５ＭＷ研究用原子炉を中心装置として長年にわたって共同利用を行い、特に中性子ビームの利用に関して、大きな成果を挙げてきている。また併設されている臨界実験装置と電子加速器は原子炉物理あるいは電子ビーム科学の分野の教育研究に全国的に活用されている。現在長年の共同利用研究の歴史を踏まえて、２１世紀に向けて新たな形で研究を展開すべく、加速器駆動型未臨界炉の基礎研究を中心とする将来計画が検討されている。特に、京都大原子炉実験所は大学の共同利用機関として、各種の大型研究機関と大学とのインターフェイス的な役割も期待されており、十分な検討を期待する。大学では核燃料物質の取り扱いが年々難しくなっており、核燃料物質を使用する加速器に関わる重要な研究施設として京都大学原子炉実験所が果たす役割は非常に重要なものがある。
　最近になって日本原子力研究所の中性子科学研究計画と高エネルギー加速器研究機構の大型ハドロン計画、すなわち両研究所の重要な将来計画が統合されることになった。本プロジェクトは高強度の高エネルギー陽子の核破砕反応からの大量の中性子を利用した中性子利用研究と高強度のイオンビームと同時に発生するπ、μ、K、νなどの二次粒子ビームによる新しい原子核・素粒子研究の推進を図るものであり、我が国あるいは世界的に長年にわたって計画の実現が期待されてきた。このプロジェクトの推進によって物質科学及び生命科学の分野の研究に大きな進展が期待される。同時に、核廃棄物の核変換技術の基礎研究が初めて実現する可能性がある。また従来我が国の様々な大型プロジェクトが行政的観点から分断されることが多かったが、この統合計画はそれを打ち破る最初のプロジェクトとしても期待が大きい。
　また日本原子力研究所の放射線・ビーム利用学際研究及び光量子ビーム研究における加速器関連研究、高エネルギー加速器研究機構における物質と力の根源の解明を目指すBファクトリーあるいは新直線加速器研究、理化学研究所における極限状態の元素の性質の解明に挑戦するRIビーム研究、放射線医学総合研究所における粒子線がん治療あるいは宇宙の人間環境における放射線の影響研究、電子技術総合研究所における電子ビーム技術の高度利用あるいはSPRING8施設における光量子の高度利用に関する研究は、我が国のみならず世界にとっても重要な研究として位置付けられ、国民の付託と財政的支援を背景に計画の精査を行いつつ推進されることが期待される。
　これら国の大型プロジェクトに関わる加速器の研究開発の進め方については、プロジェクトの主目的である学問分野の研究者を中心に関連する様々な分野を含む広い場で検討されるべき性格のものである。各プロジェクトについては現在国や研究者グループなどの多くの委員会組織で継続的に検討されているが、本ワーキンググループでは原子力分野の研究開発の観点から、検討を行うことが適当と考えられる。　　

４．大学における中小型加速器研究の役割

　大学においては、1960年代から原子力のカリキュラムを総合的に実施している学科・専攻などを中心に、原子力分野の加速器施設が整備され、基礎研究が行われてきた。北海道大学の電子線形加速器によるパルス冷中性子源及び中性子機器と短寿命化学種の高速化学反応機構に関する研究、東北大学のダイナミトロン型静電加速器による粒子ビームによる材料工学、ＰＩＸＥの医療･環境･考古学等への応用、MeV中性子の核データ研究、東京大学の電子線形加速器による全国共同利用とフェムト秒電子パルスの生成と高速過渡現象の観測研究、東京工業大学の小型の静電加速器、タンデム型と重イオン加速器によるkeV領域中性子核データ、重イオン慣性核融合の基礎核データや高強度ビーム応用、ビーム物理学研究、名古屋大学のバンデグラフ加速器による中性子放射化断面積の系統的測定研究、京都大学の小型の静電加速器とタンデム型重イオン加速器による重イオンと物質との相互作用とその応用に関する研究、大阪大学の強力１4MeV中性子源による核融合中性子工学の研究、近畿大学の小型中性子源による繰り返し放射化法の有効利用に関する研究、神戸商船大学の小型タンデム型静電加速器による海洋環境科学や核融合炉材料分析への応用研究、九州大学のコッククロフト加速器による前平衡過程核データ研究の確立や放射線の位置計測・超伝導計測研究など、特筆すべき成果を挙げてきている。これらの施設のいくつかには臨界（未満）実験装置が設置され、少数であるが加速器との結合が試みられており、新たな展開が期待される。　　
　また、これらの大学に設置されている多様な利用を念頭においた（学際利用を目指した）加速器、例えば東北大学のサイクロトロン及び電子加速器による中性子核物理学、中性子散乱研究、及びＲＩを用いた生体機能診断（ＰＥＴ）の研究、東京大学のタンデム型加速器や小型軽・重イオン照射加速器による加速器質量分析、二重照射核融合材料あるいは微粒子加速と衝突に関する研究、東京工業大学バンデグラフ加速器による薄膜の放射性物性、原始地球大気による生命発生アミノ酸分析や環境汚染物質、考古学のPIXE元素分析などの研究、名古屋大学のバンデグラフ加速器とイオン注入装置を組み合わせたイオンビーム表面反応解析研究、京都大学の電子加速器やタンデム型静電加速器によるビーム物理や加速器質量分析研究、大阪大学の電子加速器やサイクロトロンによるフェムト秒パルスラジオリシス及２次量子ビームによる放射線化学・物理や高エネルギーイオンによる核物理研究、九州大学のタンデム型加速器や小型静電加速器などによる偏極中性子散乱や荷電粒子前平衡核反応研究などは原子力基礎研究の成果として記録されるべきである。このように中小型加速器による工夫されたユニークな研究から多くの新しい知見が得られてきていることを忘れてはならない。もちろん大型研究施設の共同利用研究の中で大学の研究者はユーザーとして重要な成果を挙げているが、自大学に一定の施設を有する研究者グループの寄与が大きいことも指摘されなければならない。
　今後とも実験に基づく教育研究が必要なことは言を待たない。最近の大学改革の動きの中で我国の教育研究機関における原子力の基礎や放射線の計測に関わる実験的教育研究の不足を痛感する関係者も多い。今後新しい施設として教育研究用の原子炉を建設することは残念ながら容易ではなく、放射線実験技術に関わる先端的教育研究分野での大学における中小加速器施設の果たす役割は大きい。
　以上のように、大学における中小型の加速器施設における研究が様々な面で重要な役割を果たしていることが認識されるが、近年大学における原子力分野での加速器に関する研究開発について検討が十分でなく国の研究資源の配分からも多く抜け落ちていることが指摘される。多くの装置が老朽化し、旧式になっているにもかかわらず、更新が十分にはなされていない。国の大型プロジェクトが大研究所に集中化される傾向にあることに加えて、原子力分野では核分裂炉及び核融合炉についての研究開発の検討が急務とされたことも事実である。大学に於ける原子力分野の加速器の研究開発について早急に施策が打ち出されることが望まれる。

５．学際分野、地域あるいは社会との交流と協力

　前節で一部述べたが大学には幅広い分野の利用を目的とした、いわゆる「学際利用」研究を目指した加速器が設置されている場合も多い。筑波大学のタンデム加速器は長年このような目的で利用され成果を挙げてきているが、最近「電子加速器あるいは放射光施設」が、日本大学、東京理科大学、立命館大学、姫路工業大学、及び広島大学に設置された。これらは原子力分野を念頭においた加速器とは言えない装置であるが、原子力分野としても一ユーザー分野として協力し、また活用することが望まれる。
　筑波大学では粒子線がん治療を長年高エネルギー加速器研究機構のブースターシンクロトロンを利用して行い、放射線医学総合研究所とともに我が国のこの分野のパイオニアとして重要な役割を果たしてきた。現在、付属病院に新しい独自の治療施設が建設されつつあるが、この施設は総合病院に設置された最初の本格的施設として期待が大きい。粒子線がん治療施設としては国立がんセンター、静岡県、福井県、兵庫県に新しい施設が建設されつつある。これらの施設の建設運用には原子力分野として、技術の基礎を支える役割が期待されていることは当然である。福井県の施設は、がん治療だけでなく幅広い利用を念頭に建設が進んでおり、地域の産業の基盤強化としての役割も期待されている。近隣の大学の研究者の協力と活用が特に望まれる。
　現在我が国では子供達あるいは若者の理科離れが憂慮される一方で、科学技術立国あるいはＩＴ革命のようなキーワードが叫ばれている。我が国の将来に科学技術が必要であるということ言うまでもないが、これだけでは若者の心をとらえることは難しい。科学あるいは技術が必要不可欠ということとともに、科学し技術することが楽しいものであるということが肌で分かることが重要であろう。子供達あるいは若者が自分達の身近な大学で魅力的な実験装置を前にして新しい学術研究の話を聞く機会が特に求められているのではないだろうか。大学の研究の第一線で使われている加速器が市民や中高生の科学技術に対する啓発に大きな役割を果たしている例も多い。

６．おわりに
　以上、原子力分野における加速器の研究開発について、主に大学における加速器研究の役割を整理すると次のようにまとめられる。

１）	GDPへの直接的寄与に象徴される近年の加速器利用の大きな広がりは中小型装置による成果が重要な役割を果たしている。中小型装置による研究は今後も重要と考えられるが、近年の明確な応用の広がりを意識した研究はこれから始まると考えるべきである。大学における中小型加速器施設における研究の役割は大きい。（中小型加速器施設におけるユニークで多様な研究の推進）
２）	大型プロジェクト研究には大学の研究者や学生の寄与が不可欠なことは言うまでもない。しかし大学において十分な研究が行われずに、直接大型プロジェクトに参加することでは研究者や学生が能力を十分に発揮することは簡単でない。また大型プロジェクトにおける要素機器の開発研究が加速器の利用の広がりには重要な役割を果たしてきているが、このような研究についても各大学における研究が相補う役割を果たしており、この点でも大学における研究は重要である。（大型加速器施設における大学を拠点とする先端的共同利用研究）
３）	最近の加速器の幅広い利用や各種大型プロジェクトを支えているのは全て大学において教育を受けた研究者・技術者であることを忘れてはならない。次世代の原子力基礎分野を支える人材養成には全国的な観点から、拠点的に研究施設を整備し、先端的な研究の中で高等教育を行うことが必要される。（加速器・ビーム・放射線などに関する高等教育の実施）
４）	京都大学原子炉実験所については長年の中性子ビーム利用に関する成果を踏まえて、２１世紀に向けて新たな形で研究を展開すべく、加速器駆動型未臨界炉の基礎研究を中心とする将来計画が検討されている。場の科学としての原子炉とビームの科学としての加速器をバランスよく配した研究機関として、大型研究機関と大学とのインターフェイス的な役割を果たしつつ新たな出発を迎えることは望ましいところである。大学では最近、核燃料物質の取り扱いが困難になっており、加速器に関わる研究を核燃料物質を使用して挑戦する研究機関としての役割は非常に重要である。(京都大学原子炉実験所の役割)
５）	学際的利用や地域の産業の基盤強化を目指した加速器など、他分野の研究を念頭においた加速器施設については、原子力分野も一ユーザー分野として研究に協力し、活用することが望まれる。また我が国では若者の理科離れが憂慮されているが、科学し技術することが楽しいものであることが肌で分かることが大事であり、身近な大学の第一線の加速器施設が市民や中高生のこれからの科学技術に関する啓発に大きな役割を果たすことが期待される。（学際分野、地域、社会との交流と協力）

　以上の点から、我が国の特に大学の原子力分野における加速器の研究開発の現状について十分に調査と検討が行われることが必要である。京都大学原子炉実験所については、当施設が原子力研究の大学の全国共同利用研究施設であり、また本ワーキンググループでの検討課題にも関連が深いので、研究用原子炉の今後の取り扱いとともに検討すべきである。
　本ワーキンググループでは3年程度の時間をかけて大学の原子力分野における加速器の研究開発について、これまでの成果と現状の調査を行い、将来計画を検討して、最終報告書をまとめる予定である。各方面のご協力をぜひお願いしたい。