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東芝エネルギーシステムズ株式会社

研究開発

トップページ原子力 > 研究開発 > 宇宙の起源を解明する技術

宇宙の起源を解明する技術

  • 宇宙誕生の秘密
  • 宇宙誕生の秘密に迫った研究者達
  • アインシュタインの予言 重力波に迫る、ノーベル物理学賞 ビックス粒子の発見に貢献
  • 宇宙の起源解明に貢献する研究開発

宇宙の誕生については、アインシュタインや多くの物理学者たちが研究を重ねてきました。先人の理論を証明するため、重力波観測装置や加速器の開発には最先端の科学技術が用いられています。
私たちは、1960年代から核融合や極低温・超伝導の研究・開発を続けており、さまざまな応用機器で培ってきた技術で、宇宙観測から粒子線治療装置まで幅広い分野の発展に貢献しています。

宇宙の果てを見る重力波望遠鏡「KAGRA」に貢献した極低温技術

重力波とは、超新星爆発や、中性子星同士の合体などによって質量の重い天体が動いた際に、周囲の空間のゆがみが波のように伝わる現象です。アインシュタインが相対性理論に基づいて100年前に存在を予言していたものの、実在の証明がなされないままでした。重力波は極めて微小で、地球から太陽の距離(約1億5,000万km)の間で、水素分子1個分が動くかどうかです。重力波をどうやって捉えるのかが、アインシュタインが出した宿題と言われています。

日本の大型低温重力波望遠鏡「KAGRA」

重力波の観測施設は世界各国で建設されてきました。「KAGRA」は、東京大学宇宙線研究所が主導している共同研究プロジェクトで、東芝は持っている技術を駆使して、プロジェクトに貢献してきました。ノーベル賞を生みだしたニュートリノ観測装置「スーパーカミオカンデ」と同じ岐阜県飛騨市・神岡鉱山に建設されています。L字状に広がる長さ3kmのトンネルに2本の真空パイプが設置されています。このパイプ内をレーザー光が往復するときに生じる、わずかな距離の差を干渉計で検出して、重力波を観測する装置です。

宇宙の果てを見る重力波望遠鏡「KAGRA」

低温・真空状態を作り出す、クライオスタット

東芝は、「KAGRA」の観測精度向上のため、サファイア鏡を超高真空・極低温で格納する装置(クライオスタット)を納入しました。

宇宙の果てを見る重力波望遠鏡「KAGRA」

(提供:東京大学宇宙線研究所 重力波観測研究施設/大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構)

万物の重さ「ヒッグス粒子」発見に貢献した超伝導技術

2013年ノーベル物理学賞 ヒッグス粒子の発見への技術貢献

ヒッグス粒子とは、万物に質量を与えた素粒子です。欧州合同原子核研究機構(CERN)で行われた実験結果の分析から、「ヒッグス粒子」の存在が確認されました。この実験の成果が認められ、ヒッグス粒子を提唱したヒッグス博士らが2013年ノーベル物理学賞を受賞しました。東芝は、ヒッグス粒子の検出に不可欠な2種類の超伝導電磁石を、大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構(KEK)を通じて納入しています。

陽子ビームを1点に絞り込む、超伝導4極電磁石

直径約1cmの陽子ビームを直径0.1mm以下に絞り込み、ビーム同士を正確に衝突させます。ヒッグス粒子の発見に用いられた「大型ハドロン衝突型加速器(LHC)」において、「アトラス衝突点」に代表される4箇所の衝突点の前後に設置されています。
※ 超伝導4極電磁石:MQX-A

陽子ビームを1点に絞り込む、超伝導4極電磁石

素粒子を選別する磁場を発生させる、粒子検出用超伝導ソレノイドコイル

衝突で発生した素粒子を選別するために必要な磁場を大空間に発生させます。「アトラス検出器」の中心に組み込まれています。
※ 粒子検出用超伝導ソレノイドコイル:ATLAS Central Solenoid Magnet

素粒子を選別する磁場を発生させる、粒子検出用超伝導ソレノイドコイル

最先端科学や粒子線治療装置に貢献する加速器技術

国内や海外の多くの科学研究・実験施設に、加速器やサブシステムを納入しています。東芝では早い時期から加速器の製造を行っており、ノウハウの蓄積が実績に繋がっています。

世界最大級のビームエネルギーを誇る放射光施設「SPring-8」

「SPring-8」は国立研究開発法人理化学研究所が所有する大型放射光施設で、兵庫県の播磨科学公園都市内にあります。
東芝は、1996年に、シンクトロンシステム一式、及び、線形加速器と蓄積リングの高周波システムを納入しました。

世界最大級のビームエネルギーを誇る放射光施設「SPring-8」
(提供:国立研究開発法人理化学研究所)

放射光実験施設「あいちシンクロトロン光利用施設」

「あいちシンクロトロン光利用施設」は愛知県にある先端計測分析施設で、公益財団法人科学技術交流財団が主体に運営されています。
東芝は、2012年3月に、線形加速器、加速シンクロトロン、蓄積リングからなる加速器システム一式を納入しました。

放射光実験施設「あいちシンクロトロン光利用施設」
蓄積リング

粒子線治療装置に加速器技術を利用

がん治療に用いられる粒子線治療装置に、東芝の加速器技術が利用されています。
粒子線治療装置

粒子線治療装置(治療室)
粒子線治療装置(治療室)
(協力:量研/放医研殿)
粒子線治療装置(加速器室)
粒子線治療装置(加速器室)
(協力:神奈川県立がんセンター殿)

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