研究組織:エネルギー生成研究部門

量子放射エネルギー研究分野

エネルギー生成研究部門 量子放射エネルギー研究分野
教授:大垣 英明、准教授:紀井 俊輝、助教:全 炳俊、特定講師: ファルザネ フーマン、特任教授:三浦 孝一
エネルギー材料開発に貢献する高輝度電子ビームからの量子放射光源「自由電子レーザー」や、核セキュリティ技術としてのレーザーコンプトンガンマ線の発生と利用、クリーンエネルギー政策に関する研究、更には低品位炭及びバイオマスの高効率利用技術、また再生可能エネルギーの実装に関する国際共同研究を行っています。

新量子放射エネルギーの発生と利用

教授:大垣英明 准教授:紀井俊輝 助教:全炳俊

 本研究分野では、高エネルギー電子ビームを用いた新量子放射エネルギーの発生と利用の研究を行っています。代表的な新量子放射エネルギーである自由電子レーザー(Free Electron Laser:FEL)は、加速器からの高輝度電子ビームと光ビームとの相互作用を応用した波長可変かつ、大出力、高効率なコヒーレントなレーザーで、次世代の光源として期待され、西播磨ではX線領域のFEL 施設が稼働開始しています。本研究分野では、宇治キャンパスに独自の中赤外領域の小型自由電子レーザー施設:KU-FEL を完成させました。この施設は電子を40 MeV まで加速可能な直線加速器を使用し、2008年3月に波長12.4μm でFEL 発振を観測しました。更に2008年5月には波長13.6 μm でFEL 飽和を達成しました。
 現在では、発振可能な波長を拡大して3.6~25μm でのFEL の利用が可能になっています。KU-FEL が発振可能な中赤外領域は分子固有の振動準位が数多く存在し、「分子の指紋領域」とも呼ばれています。KU-FEL の波長可変赤外レーザーを応用し、特定のフォノンモードを励起するといった光エネルギー材料研究を、共同利用等を通じて進めています。また、本分野では、安全安心な社会に貢献する核セキュリティ技術として、レーザーコンプトンガンマ線を用いて隠匿された同位体を検出する方法の開発研究を行うとともに、独自のバルク高温超電導を用いた短周期アンジュレータの開発や、新奇な光源として注目を集めているTHz 領域の大出力自由電子レーザーの開発研究を行っています。

自由電子レーザー発生の概念図

 高輝度な電子ビームをアンジュレータで蛇行させて、光のビームと重畳させると、両者の相互作用によって電子ビームはミクロにバンチングして光を増幅し、コヒーレントなレーザーを発生することができます。

KU-FELの波長可変性

 レーザ発生に使用する電子のエネルギーを20から36MeVまで変化させる事により、レーザ波長を5から20 µmの間で自由に変えることが可能です。レーザの波長幅は中心波長に対し3%(半値幅)程度です。

KU-FEL dist.png

レーザーコンプトンガンマ線を用いた隠匿された同位体の検知装置の概念図

 小型加速器からの電子ビームと大出力レーザーを衝突させる事で、単色性の高いガンマ線を発生する事ができます。この単色ガンマ線は通常用いられるX線と比べ透過力が高く、また、同位体に特有の共鳴状態を観測する事ができます。この図は、この原理を利用してコンテナ等に隠匿された危険物を検知するために、現在開発を進めている装置の概念図です。

アジアのメガシティにおけるクリーンエネルギー開発の複合的益に関する評価 

特定講師: ファルザネ フーマン

アジアにおいては、農村地域や地方都市の人々がより高い生活水準と物質的な豊かさを求めることでメガシティへの人口流入が増大しており、莫大なエネルギー消費とこれによる環境影響、健康被害が起きることが予測されています。 本研究では、アジアのメガシティでのクリーンエネルギー政策が、エネルギー、環境、公衆衛生および経済に及ぼす影響を明らかにする事を目的としています。 この目的のために、東京、ソウル、デリー、上海を対象に工学的および経済的な 観点の統合モデリングフレームワークを開発しています。 本プロジェクトは、京都大学の未踏科学ユニット(「学知創生ユニット」)及び、 科研費によりサポートされています。

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