サイクロトロンとは？

質問

素朴な疑問なんですが、サイクロトロンやシンクロトロンは生活の中でどういった物に利用されているのですか？

回答No.3

kenojisan

加速器の専門家では無いのですが、材料研究で使った経験が有るのと、多くのお仲間研究者達が使っているので回答します。
既に回答されているお二人が、この装置をやや基礎研究限定用にしか見ておられないようなのでコメント加えます。
まず、現在、大型装置は日本では#2さんご紹介のように、つくば（KEK）と兵庫の西播磨（Spring-8）に有ります。また、間もなく東海村でも稼働予定です。
これらの中でつくばの加速器は最も古くから有り、線形加速器に大小のシンクロトロンを組み合わせて、陽子、電子、光、中性子、中間子などの多様な粒子（放射線）を、いろんなエネルギー範囲で発生しています。
研究利用では有りますが、その利用分野は、素粒子研究、構造評価、材料分析、医療研究など広範囲で、ここの施設を利用したことがない自然科学研究分野など無いのではないでしょうか？それくらいあらゆる研究・技術分野に利用されています。
私は磁性材料の専門なのですが、例えば新しい高密度磁気メモリー材料を開発するとします。作った材料がどういう構造になっているか知るには、普通はＸ線回折という手段を使うのですが、通常の装置ではＸ線の波長が限られている上に強度もそんなに強いものではありません。最近流行のナノ材料になると、試料が小さすぎてあまりはっきりとした測定は難しくなります。ところが、加速器で発生する強力なＸ線を使えば、強度は十分に有るので通常のＸ線回折の高精度な測定、EXAFSを使った原子の結合情報など非常に細かい構造情報まで得られます。また、Ｘ線の波長をかなり自由に変えられるので異常散乱などを使って特定の元素がどういう風に並んでいるかという測定まで可能で、材料開発に有効な情報が飛躍的に増えます。また、出てくるＸ線（光）は非常に短いパルス状なので、動きの速い（原子が揺らいでいるような）材料の測定にも有効です。
また、試料の組成分析も強力なＸ線を使って高感度に行え、磁気測定には中性子線を使えば通常の磁化測定などでは得られない原子スピン配置まで分かります。さらに、陽電子消滅を使って試料の欠陥の状態を把握でき．．．．と、もしこの施設を好きなように使えるならば、私の材料開発は今の何百倍ものスピードになるでしょうね（笑）一昔前の高温超伝導騒ぎの時にもKEKの加速器施設は、構造解析と超伝導物性測定の両面で大活躍でした。、
これは、どの研究分野の研究者や技術者も思っていることで。これらの大型施設では、利用者は一般公募して審査して利用時間（マシンタイム）を決めるのですが、常に利用者希望が一杯なので、この施設でしかどうしても出来ない研究を優先し、しかも最低限の利用時間で出来るだけ多くの利用者に利用時間を配分しているのが現状です。
その中でも、特に利用希望が多くてマシンタイムが逼迫していた光発生施設に集中して作ったのが、西播磨のSpring-8です。つくばの方は、公的な研究施設を中心にした利用にしていたので、企業研究所からの要求も強く、Spring-8では民間企業へのビームラインの割り当てを大幅に増やしています。それでも、まだまだ需要が大きいために東海村に新しく出来る予定が有ります。
このように、加速器は決して基礎研究限定や論文稼ぎの施設ではなく、逆に現在の研究開発には不可欠な施設となっています。本格的な素粒子実験施設が未だに日本ではKEKにしか無いために、その関係のニュースの印象が強くなりがちですが、実際の利用では材料・物質関係の利用が一番多いのではないでしょかねー？材料関係だけで言っても、微細なナノ材料開発や、測定手段が限定される医療生体材料、微量添加元素が重要な先端半導体材料の開発には特に重要な施設となっています。
SPring-8は、http://www.spring8.or.jp/j/general_info.html
つくばのKEKは、http://www.kek.jp/ja/faq/index.html
などをご覧ください。
また、このような大型施設ではなくて、シンクロトロンを普通の研究実験室の中におけるような小型で安価なものにできないかという試みも、いくつかの研究所でなされており、例えばhttp://www.ritsumei.ac.jp/acd/re/src/gairyaku/index.htmなどもその一つです。
我々材料研究者にとっては、このような小型シンクロトロンが普及してくれれば非常に有り難いことですが、おそらく医療利用がもっとも波及効果が大きいでしょうね。