平成22年3月12日
J-PARCセンター
茨城県東海村で運転中の大強度陽子加速器施設（Ｊ-ＰＡＲＣ）※１では、平成21年12月に試験的に行った陽子ビーム高出力運転において、物質・生命科学実験施設(MLF)に設置したミュオン※2実験装置で発生したミュオン数を実測した結果、世界最高強度のパルスミュオン※3が発生していたことを確認しました。
高強度のパルスミュオン発生により、物性物理学や原子分子物理学の分野における基礎的研究が格段に進展するのみならず、磁性材料、超伝導材料、燃料電池材料等の環境技術に繋がる研究開発等、様々な応用分野の発展につながる物質・生命科学研究への利用が期待されます。
独立行政法人日本原子力研究開発機構（理事長 岡﨑俊雄）と大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構（機構長 鈴木厚人）の共同運営組織であるJ-PARCセンター（センター長 永宮正治）では、光速近くまで加速した高エネルギー陽子により生み出される大強度量子ビーム※4を基礎研究や産業利用に供する施設の運転とビーム利用研究を行なっています。
ミュオン（ミュー粒子）は、湯川秀樹博士がその存在を予言したパイ中間子※5が崩壊してできる不安定素粒子※6です。パイ中間子は、光速近くまで加速した陽子ビームをグラファイト（黒鉛）製の標的に照射して造り出すことができます。電荷と磁気モーメント※7をもち、原子からの磁気を敏感に捉える素粒子であるミュオンは、物質に注入・停止後のミュオン崩壊過程を観察することで、注入された物質が持つナノスケールでの磁気構造や機能の解明に利用されるほか、物質中に含まれる水素の状態や働きを解明するための有力な手段です。世界最高強度のミュオンビームによって得られる従来にない高い測定精度を用い、物性物理学や原子分子物理学の分野における基礎的研究に加え、磁性材料、超伝導材料、燃料電池材料等の環境技術に繋がる研究開発等、様々な応用分野、産業の発展につながる物質・生命科学研究が計画されています。
同ミュオン装置では、平成20年9月に初ミュオン発生、同年12月には20 kWの陽子ビーム出力で本格的な供用運転を開始、その後、平成21年11月以降には120kWに上昇した加速器の性能の向上に従ってミュオン強度を上昇させてきました。そして平成21年12月10日、試験的に陽子ビーム出力を300 kWにまで上昇させ、加速器の調整を行うと同時に、ミュオン装置に導き高強度パルスミュオンの発生を行うとともに、その前後で120 kWでの定常（連続）運転にも成功しました。
120kWでの定常運転の陽子ビームにおいて、検出器を用いてミュオン数を実測し、その後詳細な解析を行った結果、１パルス当たり7万2千個のミュオンが実験エリアに飛来してきていることが確認されました。また300 kW運転時には、その約３倍（18万個）のミュオン強度が得られる事も確認され、これにより英国の同種ミュオン源で得られる１パルス当たりミュオン数約３万個を上回り、世界最高強度のパルスミュオン発生に成功したことが確認されたものです。
J-PARCでは目下、300 kWの安定供給に必要な整備を進めており、今後、陽子加速器の一層の高出力化のための整備・調整を進め、所期の目標である１ MW（1,000 kW）にまで上昇させる計画です。これによりミュオン強度もさらに上昇することが見込まれます。世界最高レベルのパルスミュオンビームを利用し、物質科学や生命科学等の分野で世界をリードする最先端の研究成果の創出や、材料開発、製品評価等を狙った産業利用への展開が期待されます。
以上