専攻の概要

最先端の科学・技術が発展してきたのは、ミクロの世界を「見る」こと「利用」することが可能になり、その法則が理解されてきたためです。量子理工学専攻は、このようなミクロ的視野に立ち、中性子・光・電子などの「量子ビーム」及び「プラズマ」に関する理工学の体系的な教育・研究を行っています。
具体的には、ミクロ粒子の生成・計測・制御・数理解析等に関わる基礎的な研究のほか、「量子ビーム」の物質・生命科学、医療及び環境工学、エネルギー工学等への応用、核融合プラズマをはじめ「プラズマ」によるバイオ、半導体等のナノテクノロジーへの応用について研究を展開するとともに、国際的な人材を育成することを目標としています。
量子理工学専攻は、2つの基幹講座に学内センターとの協力講座および学外研究機関との連携講座が加わって構成されています。

本専攻の最新情報、各研究室の詳細については、以下のホームページをご覧ください。

量子理工学専攻ホームページ：http://www.eng.hokudai.ac.jp/edu/div/quaneng/

応用量子ビーム工学講座

■量子ビームシステム工学研究室

中性子は物質探求や医療応用に欠かせない粒子であり、現在加速器を柱とする利用施設の建設が世界的に推進されつつあります。我々は加速器中性子線源開発の世界的なパイオニアとして中性子利用のトータルソリューションを提供できるように研究を進めます。

《研究テーマ》

• 加速器用高性能中性子源の開発
• 中性子光学素子に関する研究開発
• 中性子分光法を利用した物質研究
• 量子ビームを利用するイメージングに関する研究
• 量子ビームの医療応用に関する研究

■量子放射線科学研究室

ナノ秒領域タイムスケールで量子ビームと光励起法を組み合わせ、生成する短寿命活性種を出発物質とした新規反応の開発、半導体加工材料の反応メカニズムの解明、土壌中に存在する微量放射性核種の検出・定量を通して地球環境の解明や改善に寄与することを目指します。

《研究テーマ》

• 電子線・レーザー逐次多重照射による短寿命化学種の光化学反応の研究
• 土壌に含まれる環境放射性核種の微量放射能測定技術開発と土壌環境変化追跡研究
• 半導体リソグラフィ材料　の反応プロセス解析

■量子ビーム応用計測学研究室

目に見えないミクロの世界を見るための最先端の計測技術を開発しています。光よりもずっと波長が短い中性子線、X線を使うことで新しい原子の世界が見えて来ます。中性子線を使い、アルツハイマー病などの原因となるタンパク質の形の変化を見る装置を開発しています。また、ダイヤモンド等の結晶を作り、これまでにない高性能の検出器を開発しています。

《研究テーマ》

• 中性子集束ミラーを使った1/10サイズの中性子小角散乱装置の開発
• 完全結晶を使った中性子光学素子の開発
• 耐放射線ダイヤモンド放射線検出器・半導体デバイスの開発
• 医療・産業用酸化物シンチレータの開発と応用
• コンプレックスプラズマの研究

プラズマ理工学講座

■プラズマ数理工学研究室

「数理」とは、数学の言葉で物理を語ることです。当研究室では、プラズマの振舞いを「数理」によって明らかにする研究を行っています。特に、将来のエネルギー源として期待されている核融合炉において、磁場によって閉じ込められた超高温プラズマを主な研究対象とし、理論解析や数値計算による核融合プラズマの状態や特性の解明に取り組んでいます。下の図は核融合科学研究所の大型ヘリカル装置のプラズマ(左上)とそれを数値計算によって再現したもの(右下)です。

《研究テーマ》

• 核融合プラズマの境界形状・電流密度分布の逆推定
• 多体問題解析・量子論によるプラズマ異常輸送現象の解明
• 大型ヘリカル装置における高エネルギー粒子の軌道解析
• CIP法を用いたプラズマ解析コードの開発

■光・波動応用計測工学研究室

大規模集積回路や太陽電池パネルなどの製造に用いられるプラズマプロセシングを高度化するとともに、超高圧多相混在プラズマなどの新しいプラズマの応用を開拓します。また、電磁波を用いて産業応用プラズマなどを画像計測するための方法を開発します。

《研究テーマ》

• 大規模集積回路や太陽電池パネルのプロセシング技術に関する研究
• レーザー生成超高圧多相混在プラズマの基礎過程と応用創出
• プラズマ応用技術による環境問題の解決（プラズマ支援燃焼技術の開発）
• 化学反応性を有するプラズマの計測・診断技術の開発
• 赤外線画像の可視化と干渉計測法への適用

■プラズマ物理工学研究室

究極のエネルギー源「核融合炉」の実現に貢献し、新材料の開発など、プラズマの新しい応用分野を開拓します。また、リチウムイオン二次電池など最先端テクノロジー製品の高性能化も目指しています。

《研究テーマ》

• 核融合炉内の超高温プラズマとそれを取り囲む材料の相互作用の解明と制御
• 高熱流束機器、ブランケット等、核融合炉内構造物の研究開発
• プラズマ/イオンビームを用いた新材料・製法の研究開発
• Liイオン2次電池の高性能化を目指した研究

ナノ材料科学講座

■表面活性構造物性研究室（触媒化学研究センター）

本研究室は固体表面の触媒作用と構造、物性を理解し、ナノレベルで表面構造を規定した新たな触媒を設計・構築するとともに、その反応特性を動的にコントロールすることを目的として、主に酸化物や化合物などの複雑表面を対象に研究活動を行っています。

《研究テーマ》

• 新しい酸化物表面解析装置の開発
• 規則性をもった複雑表面の構築とその触媒作用の研究
• 量子ビームの触媒表面応用
• 燃料電池の機能と構造解明研究

■量子エネルギー変換材料部門（エネルギー変換マテリアル研究センター）

私たちは、レーザーやプラズマを応用した材料の創成や改質によって環境低負荷なエネルギー変換システムを構築しグリーンイノベーションに貢献することを目指します。

《研究テーマ》

• プラズマ応用によるエネルギー変換機構とマテリアル創製基礎研究
• 量子ビーム利用による材料基礎研究
• 過酷環境用先進材料の開発
• 高効率量子エネルギー変換材料および原子力エネルギーに関する材料開発

核融合科学講座（NIFS連携講座）

核融合発電炉の実現に向け、定常出力が期待できるヘリカル型核融合装置の新しいプラズマ閉じ込め方式の開発、次世代ヘリカル炉の設計、新しいプラズマ診断方法の開発など様々な研究を行っています。

中性子マテリアル解析講座（KEK連携講座）

世界最強のパルス中性子源利用へ向け、中性子光学素子や中性子分光器の開発を行っています。また、物質科学・生命科学における構造・ダイナミクス研究や水素が関わる機能性物質の機能発現機構研究等も行っています。