専門用語集 【 か行 】

　高分子同士を部分的に結合させ，橋架け構造を形成することを指す。架橋を導入した量，架橋を導入した場所，さらに架橋の安定性などによって材料の性質が大きく変化する。

　※ 2022/2/17公開のプレスリリース文を引用。

　水素結合などの物理的な相互作用によって作られる架橋は，絶えず結合と解離を繰り返す。この架橋の安定性が高いほど，ゲルの流動性が下がる。

　※ 2022/2/17公開のプレスリリース文を引用。

　物質の基底状態から遷移状態に励起するのに必要なエネルギーです。ここではリチウムイオンが空いているサイトに拡散 (移動) するのに必要なエネルギー。

　※ 2022/7/7公開のプレスリリース文を引用。

　物質の基底状態から遷移状態に励起するのに必要なエネルギーです。ここではリチウムイオンが空いているサイトに拡散 (移動) するのに必要なエネルギー。

　※ 2022/7/7公開のプレスリリース文を引用。

　核変換サイクルを設計する際の基本的考え方の一つで、商用発電サイクルにマイナーアクチニドや長寿命核分裂生成物の変換専用の核燃料サイクルを付加したもの。加速器駆動未臨界炉 (ADS) あるいは専焼高速炉 (ABR) といったマイナーアクチニド変換専用システムを核変換サイクルの中心に据え、商用発電サイクルと核変換サイクルの2つのサイクルがそれぞれに最適化を図り、独立に発展が可能で、商用発電サイクルの形態に依らず、そこからのマイナーアクチニド発生量に見合った規模の核変換サイクルを用意することができるという特徴がある。

　陽子と中性子のことです。

　※ 2020/7/15公開のプレスリリース文を引用。

　特定の原子番号と質量数により特定される元素の種類のこと。例えば、ウラン元素には、核種としてU-235（原子番号92、質量数235）やU-238（原子番号92、質量数 238）などが含まれている。

　高レベル放射性廃棄物に含まれる核種を、それぞれの核種の物理的あるいは科学的特徴を利用して、核変換の方法や利用目的に応じていくつかのグループ、元素あるいは核種に分離する技術。

　天然ウラン等が濃縮、加工等を経て核燃料として原子炉で利用され、核燃料として利用された使用済燃料からプルトニウム等を取り出し再び核燃料として利用されること、及び、一連の過程から発生した放射性廃棄物が処理処分されること、これら全ての過程を総合した体系のこと。

　加速器などを用いて約1億電子ボルト（100MeV）以上の高エネルギーにまで加速した陽子を、水銀、鉛ビスマス、鉛、タングステン、タンタル、ウラン、炭素等の標的に入射すると、高エネルギー陽子が標的中の原子核と激しく衝突し、そのエネルギーで標的の原子核をバラバラにする。バラバラになった原子核から中性子、中間子などの多数の2次粒子が放出される反応を核破砕反応と呼ぶ。

　核破砕反応により多量の中性子を放出させ、それを種々の実験に利用するための中性子源。原子炉などで原子核分裂による中性子源（原子炉中性子源）と比較して、パルスではあるが約100倍の強度を有する中性子を発生させることができる（パルス中性子源）。加速される陽子ビームの電圧（エネルギー）と、電流（陽子の数）の積が、発生する中性子の量に比例することから、核破砕中性子源の強度をワット（W）で表す場合が多い。J-PARCの核破砕中性子源強度は1MW（1000kW）。

　核破砕中性子源の核破砕反応により生成した高エネルギー中性子（温度換算で数百億℃）は、種々の実験に利用するにはエネルギーが高すぎ（物質を透過してしまうため反応しない）る。そこでモデレータ中の液体水素中を透過させることにより冷やし（エネルギーを下げ）、温度換算で-250℃程度の実験に適したエネルギー（数meV程度）にして、多様な中性子利用実験装置に中性子ビームとして供給する。

　J-PARCの中性子利用実験装置では中性子ビームを利用した様々な実験が行なわれ、ライフサイエンス、工学、情報・電子、医療など、広範な分野の研究展開が期待されている。

　原子核と原子核、あるいは原子核と陽子、中性子、電子、γ線等の衝突によって起こる現象のこと。具体的には、捕獲、核分裂などがある。

　原子核同士または原子核と中性子・陽子などの素粒子との衝突によって起こる反応を核反応といい、核反応の起こる確率を核反応断面積という。

　ウランやプルトニウム等の核分裂に伴って生じた核種及びその一連の放射性崩壊で生じる核種のこと。大部分が放射性であり、その半減期は1秒以下のものから数百万年に及ぶものまで幅広い。

　比較的エネルギーが低い熱中性子との相互作用によって核分裂を起こす物質の総称。ウラン235が代表的なものである。

　原子核が核反応により変換し、ある核種が他の異なる核種に変わる現象のこと。

　核変換を利用して、放射性核種を別な核種に変換することで、高レベル放射性廃棄物中の長寿命核種（長い間放射線を放出し続ける核種）を、短寿命核種（短期間で放射線を放出しなくなる核種）、または安定核種（放射線を放出しない核種）へ変換する技術。

　超ウラン元素のNp（ネプツニウム）, Am（アメリシウム）, Cm（キュリウム）や、核分裂生成物のTc（テクネチウム）-99等は、放射線放出の半減期（放射線を出す原子数が半分に減少するまでの時間）が数万年間になるが、これを半減期が数百年の短寿命核種、あるいは放射線を出さない安定核種に変換する技術が開発されると、放射性廃棄物の管理期間の短縮や、管理面積の削減などが可能になり、管理が格段に容易かつ安全になると見込まれている。将来的には「加速器駆動型原子力システム（ADS）」も構想されている。 。

　J-PARCでは、ADSの実用化に向けて基礎的な研究を行うため、核変換実験施設を検討してきました。核変換実験施設では、ADSで大出力陽子ビームを受けるためのターゲット試験や核変換の対象となる放射性物質の核変換特性試験などを通して、ADSの実用化に必要なデータ・知見を取得します。

　※ 2020/12/14公開のプレスリリース文を引用。

　陽子ビームを用いて放射性物質を核変換する際、どこでどの程度の核変換が発生するのかを実験的に検証し、シミュレーションでどれだけ正確に予測できるのかを比較する必要があります。このため、エネルギー 400 MeVの微小出力の陽子ビームを使い、少量の中性子を発生させて、実際の核変換特性を把握するための試験を計画しています。

　※ 2020/12/14公開のプレスリリース文を引用。

　アクチノイド元素（アクチニウム（Ac、原子番号89）からローレンシウム（Lr、原子番号103）までの元素の総称）のうち、ウランとプルトニウムを除く元素を総称してマイナーアクチノイドと呼びます。核変換の主な対象となるのは、使用済み核燃料に含まれるマイナーアクチノイドのうち、人体に対する有害度や環境負荷が比較的大きいネプツニウム（Np、原子番号93）、アメリシウム（Am、原子番号95）、キュリウム（Cm、原子番号96）の3元素です。

　※ 2020/12/14公開のプレスリリース文を引用。

　電子や陽子などの電気をもつ粒子を電場で加速し、大きな運動エネルギーを与えるための装置。粒子を走らせる軌道が直線状のもの（線形加速器、リニアック）と円形のもの（サイクロトロン、シンクロトロン等）に大別される。加速器の本来の目的は、高エネルギーの粒子をつくって他の粒子や原子核に衝突させ、素粒子反応や原子核反応を起こさせることにある。近年は医療用や工業用にも用いられる。加速器で得られる粒子のエネルギーは電子ボルト（eV）単位で表される。100万電子ボルトをMeV、10億電子ボルトをGeVと略記する。

　核破砕中性子源で作りだした中性子ビームを利用して、核分裂の連鎖反応を未臨界状態で維持するシステムのこと。

　通常の原子炉では、核分裂の連鎖反応から生まれる中性子で臨界状態に保つことにより維持しているのに対し、加速器駆動原子力システムでは未臨界状態を保ち、加速した陽子ビームを重金属ターゲットに衝突させて起きる核破砕反応の中性子を核分裂に用いている。

　このシステムでは未臨界状態での運転のため、加速器を停止して陽子ビームを止めると核破砕反応も止まり、中性子の供給も止まるためそれ以上の核分裂反応は起きない。そのため超臨界となるような事故が起こることはなく、安全性が高いと考えられている。

　将来的には、使用済み燃料から分離した長寿命放射性核種であるネプツニウム、アメリシウム等のマイナーアクチニドの核変換に、このシステムを利用することを検討している。また核変換反応により生まれる熱を利用して発電を行い、その電力を加速器の運転に自給するシステムも検討されている。

　しかし陽子ビーム輸送システム、ビーム窓、核破砕ターゲットなどの技術を開発すること、またこのようなシステムの運転経験が無いことなど、今後の開発課題も多い。

　加速器を構成する機器のうち、加速された粒子をさらに加速しつつ、その波形を整えて、目的に適した粒子ビームにするための機器

ドラム缶を横にしたような形状で、内部に空間があるため加速空胴（空洞と言う場合もある）と呼ばれる。

　空胴内部は蛇腹状になっていたり、あるいは適当な間隔で電極が設置されている。加速空洞内に高周波を送り込むと、蛇腹の先端部あるいは電極部に高周波電場（＋（プラス）と－（マイナス）が交互に入れ替わる電場）が発生する。陽子はプラスの電荷を帯びているので、マイナスの電場に引きつけられるように加速される。陽子がマイナスの電極を通過すると、その電極はプラスの電場に入れ替わり、今までプラスの電場だった次の電極が今度はマイナスになる（これが高周波電場）。陽子はまた次のプラス電場に引きつけられ、さらに加速されていく。陽子から見ると、マイナスの電場が次々と先へ先へと進んでいくので、それに引きつけられて加速されていく。

　また、陽子はまるで波乗り（サーフィン）のように、高周波の波長の頂点部に集まるようになるので、塊（陽子ビーム）として形が整えられる。

　負イオンは他の原子・分子等と衝突することにより、容易に電子を損失し陽子イオンとなる。高速の負水素イオン（水素原子に電子がさらに1個付いて、合計2個の電子が原子核である陽子の周囲にある状態）は、薄膜を通過するとき、薄膜を構成している原子や分子と衝突し、2個の電子をはぎ取られ陽子となる。この性質を利用し、入射するイオンの荷電を負から正に変換する膜を荷電変換膜と呼ぶ。

　J-PARCでは、リニアックで加速した負水素イオンを、3GeVシンクロトロンに入射する時に炭素薄膜を通過させて荷電変換を行い、陽子に変換している。

　放射性核種の濃度が時間とともに減少し、人間環境への影響が十分に軽減されるまで、放射性核種の濃度に応じた管理を行うことで、放射性廃棄物を人間環境への影響がないように安全に処分する方法。

　シンクロトロン等の円形加速器に陽子ビームを別の加速器から入射するとき、ビームが所定の位置に到達した瞬間に、ビームを周回軌道方向に蹴り入れる(キックする)ための電磁石。またシンクロトロンからビームを取り出すとき、必要なビームだけを蹴り出すためにも利用される。

　キッカー電磁石は、瞬間的に強力な磁場を発生できるように工夫された特殊な電磁石である。

　原子番号96の超ウラン元素の1種。すべて放射性同位体である。α線を放出する Cm-242（半減期163日）、Cm-244（半減期 18年）がある。

　出来事を限られた場所で起こるようにすること。

　J-PARCでは、加速器で陽子ビームが真空ダクトなどに衝突して失われるビームロスが起きると放射線が発生し、加速器構成機器を放射化させる。放射化した機器はメンテナンスなどの作業時に放射線被曝を起こす恐れがある。そのためビームロスをある一定の場所、例えば予めビームが衝突しても影響が無いような対策を施したコリメーターなどに局在化させることで、他の部分でのビームロスを防ぎ、放射化などの影響を極力低減化させるようにしている。

　J-PARCの核破砕中性子源において、およそ-253℃（20K）、15気圧（1.5MPa）の極低温水素（液体水素）を生成し、中性子源中心部に設置したモデレータまで極低温水素を供給するための冷凍システム。

　極低温水素は、核破砕反応によって生成した高エネルギー中性子を冷やす（エネルギーを下げる）ために使用される。

　物理現象を鏡に映した時にその物理現象が変化しないことを空間反転対称性があると言います。空間反転対称性が破れているとは鏡に映した世界で物理現象が元の世界とは異なっていることを言います。

　※ 2020/7/15公開のプレスリリース文を引用。

　物質を構成する最も基本的な構成要素の一種。u（アップ）、d（ダウン）、s（ストレンジ）、c（チャーム）、b（ボトム）、t（トップ）の6種類ある。通常単体では存在せず、クォーク複合体（ハドロン）を形成して、陽子や中性子などの核子や、中間子などを構成している。陽子、中性子などの核子はクォーク3つ、中間子はクォークと反クォークの対からできている。

　物事が1秒間に起こる回数で単位はヘルツ（Hz）。J-PARCではシンクロトロン加速器の、ビーム入射、加速、ビーム取り出しという一連の操作が1秒間に起こる回数を呼んでいる。

　J-PARCの3GeVシンクロトロンでは一連の操作が1秒間に25回（0.04秒に1回）繰り返されるので、25Hzであり、50GeVシンクロトロンでは3.64秒毎に1回繰り返されるので0.275Hzとなる。

　炭素原子が亀の甲状に2次元配列した層状の物質。黒鉛とも呼ばれる。リチウムイオン電池の充電状態においては、グラファイトの層と層の間にリチウムイオンが挿入される。

　※ 2022/2/3公開のプレスリリース文を引用。

　元素に一定以上のエネルギーの光を照射することでそれぞれの元素に固有のエネルギーを持つX線が発生する。この強度を測定することで、対象物質の構成元素とその割合を求める測定手法。卓上の装置で非破壊分析が可能なことから、広い分野で利用されているが、基本的にサンプルの表面しか分析できない、炭素などの軽い元素は分析が難しいといった制限もある。

　※ 2022/4/26公開のプレスリリース文を引用。

　ドーパントは料理に加える調味料のような役割を果たすもので、材料の機能性を創出させるために微量に添加する不純物元素を指します。現代社会で使用されている材料の多くは、必ず何らかの元素が添加されています。例えば、スマートフォンなどに入っている半導体のシリコンにはホウ素が添加されています。蓄電池や燃料電池などは、リチウムや水素などが利用されています。但し、これらの元素は、軽いがゆえに従来の観測法では難しいとされています。

　※ 2022/4/4公開のプレスリリース文を引用。

　物質は様々な種類の数多くの元素が周期的に配置した構造をもち、その構造のことを結晶構造と呼ぶ。

　※ 2022/5/15公開のプレスリリース文を引用。

　分子の詳細な立体構造を決定するための実験手法。結晶試料に中性子やX線などのビームを照射し、結晶によって回折（散乱）されたビームを、検出器を用いて測定し、その回折強度分布から計算によって分子の立体構造を導くことができます。中性子とX線を用いた結晶構造解析をそれぞれ「中性子結晶構造解析」と「X線結晶構造解析」と言います。X線は原子の有する電子と相互作用するため、水素のような原子番号が小さく電子数が少ない原子からのX線回折強度は弱く、水素原子位置の観察が困難です。一方、中性子は原子核と相互作用し、回折強度は相互作用の強さを反映するため、タンパク質を構成する他の元素（炭素、窒素、酸素）と遜色なく水素原子を観察できます。

　※ 2022/5/27公開のプレスリリース文を引用。

　材料中で、原子が規則正しく並んで結合した状態を結晶と呼ぶ。結晶の面方向がある方向に偏っていることを配向しているという。グラファイトは2次元結晶であり、その粉末は強く配向することが知られている。

　※ 2022/2/3公開のプレスリリース文を引用。

　中間子とは、クォークと反クォーク（クォークと、電荷の正負が反対であるほかは全く同じ性質を持つ粒子）が結合した粒子のことです。様々な組み合わせがあり、例えば第二世代のクォークであるストレンジクォークを含む中間子はK中間子と呼ばれます。K中間子には、ストレンジクォークまたは反ストレンジクォークを持つ、以下の4種類があります。

　※ 2020/11/19公開のプレスリリース文を引用。

　通常の原子は、原子核の周りを電子が回っているが、電子の代わりに負電荷のK^-中間子が回っている原子。K^-中間子と原子核は通常の原子と同様に電気的な力で束縛しているが、それに加えてK^-中間子と原子核の間に「強い相互作用」が働く。

　※ 2022/3/28公開のプレスリリース文を引用。

　K中間子と原子核が「強い相互作用」によって結合した状態でその存在が理論的に予測されている。近年、K^-中間子と2つの陽子が結合したK中間子束縛原子核「K-pp」の観測が報告された。「K中間子束縛原子核」では、K中間子が原子核の内側に入り込んでおり、生成されても原子核との反応によりすぐに崩壊してしまう。

　※ 2022/3/28公開のプレスリリース文を引用。

　生物体の細胞の中に存在する遺伝情報の総体で、この中には遺伝子と遺伝子の発現を制御する情報などが含まれている。タンパク質と遺伝子はいわば製品とその設計図の関係にあり、ゲノム上には設計図のほか、製品の製造を管理・制御している部位が存在している。また、生物の機能維持に何らかの影響を及ぼしていると考えられる領域もかなりの割合で存在している。

　その構成は生物の種に固有であり、人間を人間としている遺伝情報の総体であるヒトゲノムは、約30億塩基のDNA=デオキシリボ核酸からなり、24本の染色体に分配されている。

　ゲノム、遺伝子、タンパク質との三位一体の研究により、高い次元での生命現象の把握を目指す科学の総称をゲノム科学と呼ぶ。これらを明らかにしていくことによって、生命現象のより正確な把握が可能になると考えられている。「全てのゲノムの塩基配列を決定してしまおう」というプロジェクトが、ヒトを含めた様々な生物を対象として実施されている。

　原子一つ当たりに格子点位置から弾き出された回数の平均を、弾き出し損傷量と呼び、その単位には原子当たりの弾き出し数（displacements per atom: dpa）を用います。dpaは弾き出し断面積に粒子束（単位面積あたりの粒子の数）を乗じて計算します。

　※ 2020/7/1公開のプレスリリース文を引用。

　原子の中心にあり、陽子と中性子（水素原子核は陽子だけ）から構成されている。約1億分の1cmの大きさの原子に対して、原子核は約1兆分の1cm程度の大きさと言われている。原子核の周囲を電子が雲のように取り囲んでいる。

　電子は質量が極端に小さいため、原子核には原子の質量の大部分が集中している。原子の質量のほとんどは原子核の重さである。陽子は陽電荷（＋、プラス）であり、中性子は電荷をもたないため、原子核は陽電気を帯びている。周囲を取り囲む電子は負（－、マイナス）の電荷を帯びて原子核と電気的に釣り合い、原子として中性になっている。

　原子の性質を表す時、陽子の数を原子番号、陽子と中性子の総数を質量数と呼ぶ。例えばウランの原子核には陽子が92個あるので原子番号は92である。ウランのうち原子核に中性子が143個あるものをウラン235（核分裂するウラン）、中性子が147個あるものをウラン238（核分裂しないウラン）と呼ぶ。

　中性子結晶構造解析において、実験データの回折強度分布から計算される分子中の原子核の存在位置を示す密度分布です。原子核の位置で密度分布が高くなるため、散乱長密度分布に合うように分子モデルを構築していきます。

　※ 2022/5/27公開のプレスリリース文を引用。

　材料が中性子や陽子などのエネルギーを持った粒子の照射を受けた時に、入射粒子との衝突によって結晶格子中の原子が正規の格子点から弾き出しされる現象を原子の弾き出し（knock−on）といい、弾き出された原子をノックオン原子といいます。原子の弾き出しは、放射線による材料の損傷の大きな要因の1つです。

　※ 2020/7/1公開のプレスリリース文を引用。

「モデレータ」の項を参照。

　紅色光合成細菌において反応中心複合体への電子運搬を担う水溶性のタンパク質。タンパク質分子内部に、4個の鉄と4個のイオウからなる「鉄イオウクラスター」と呼ばれる金属補因子を結合しています。同じ鉄イオウクラスターを結合するタンパク質 (フェレドキシン) に比べ、電子伝達反応に影響する酸化還元電位が高いことから「高電位」と名付けられています。
　また、HiPIPは微生物の1種である光合成細菌において、太陽の光エネルギー変換に関わるタンパク質複合体である光合成反応中心に電子を渡す役割を担っています。光合成は生命の根源とも呼べる反応で、その重要性から光合成反応中心の立体構造決定は1988年にノーベル化学賞を授与されています。

　※ 2022/5/27公開のプレスリリース文を引用。

　光合成を行う細菌で、酸素発生型の光合成を行うシアノバクテリアおよび酸素非発生型の光合成を行う紅色細菌、緑色細菌などがあります。紅色光合成細菌において、光エネルギーは光合成反応中心と呼ばれる膜タンパク質複合体に結合する光合成色素により電荷分離反応を起こし、光合成電子伝達反応が開始されます。

　※ 2022/5/27公開のプレスリリース文を引用。

　物質の電気抵抗が0（ゼロ）となる現象を超伝導と呼ぶ。抵抗が無いため、一度流した電気がずっと流れ続ける、遠方まで送電しても電力の損失が無い、強力な磁力を発生させることができるなど、今後のエネルギー問題を解決するひとつの手段として注目されている。

　超伝導状態は、材料を液体ヘリウムなどで絶対零度（-273℃）近くまで冷却した極低温で起きる現象であるが、液体窒素（-196℃）、あるいはそれ以上の温度でも超伝導状態になる物質が発見され、これらを高温超伝導物質と呼んでいる。どうして高温超伝導状態が起きるのかを、中性子などを利用して物質の原子配列やそのメカニズムを解析し、明らかにしようとする研究がJ-PARCでも進められている。

　高温と言ってもまだマイナス200℃近い温度であるが、研究が進み、もしこれが例えば室温付近でも起こるような高温超伝導材料が開発されれば、材料を冷却する必要は無くなり、応用範囲などが飛躍的に広がる。リニアモーターカーの実用化や、世界的な電力ネットワーク構築なども期待されている。

　高速中性子による原子核分裂連鎖反応によってエネルギーを発生しながら、原子炉内において消費した核燃料以上に、新しい核燃料（プルトニウム）を生成する原子炉。福井県敦賀市に原型炉「もんじゅ」がある。

　大きい運動エネルギーを持つ（スピードが速い）中性子のこと。（参照「熱中性子」）

　原子力発電所や再処理工場などから出る放射能の強い放射性廃棄物。一般的には使用済み核燃料を再処理してウランとプルトニウムを回収した残りのもので、高レベル放射性廃液、またはそれをガラス固化したものをいう。

　ストロンチウム-90、セシウム -137などの核分裂生成物と、アメリシウム-241、ネプツニウム-237などのアクチニド（原子番号89番以上の元素で放射性元素）など、強い放射能を持つ核種や長寿命の核種が含まれている。

　陽子や中性子、中間子などは、6種類のクォークと呼ばれる素粒子が集まって構成されているが、クォークが3種類（アップクォーク、ダウンクォーク、ストレンジクォーク）しか発見されていなかった当時は、CP対称性の破れは説明できなかった。

　それを1973年に、当時それぞれ京都大学理学部助手であった小林誠高エネルギー加速器研究機構栄誉教授と、益川敏英京都産業大学理学部教授が、CP対称性の破れが起きるためにはクォークが3種類では組み合わせの数が不十分であり、6種類のクォークで初めてCP対称性が破れることを示し、未発見のクォークの存在を予言した。その後1974年にチャームクォーク、 1977年にボトムクォーク、1995年にトップクォークが予言どおりに発見された。

　この先駆的な理論と業績により、小林・益川両教授は2008年ノーベル物理学賞を受賞した。