【ナノテラス大解剖】 次世代の光 世界を照らす

　2024年度の運用開始に向けて、次世代放射光施設「ナノテラス」が本学青葉山新キャンパスに建設中だ。「ナノテラス」と聞けば、その近未来的なドーナツ状の外観を思い浮かべる人は多いだろう。「ナノ（10億分の1）」の世界を放射光で「照らす」名称を持ち、世界中から注目を集めるこの施設。一体どんな施設なのだろうか。

ナノテラスの外観。
2024年度の運用開始に向けて、建設が進む
（一般財団法人光科学イノベーションセンター提供）

　現在、国内には9カ所の放射光施設があり、ナノテラスが運用開始されれば10カ所目の施設となる。現世代型の放射光施設の最高性能を持つ「SPring‐8」（兵庫県佐用町）とともに、国内外の研究拠点としての活用が期待される。

　放射光施設は、「ナノ（10億分の1）の領域まで観察できる巨大な顕微鏡」だと言うことができる。光速に近い速さで直進している電子を、磁力などで進行方向を曲げることによって生み出される放射光を使い、原子や電子レベルでの観察を可能にする。

　では、なぜナノテラスが「次世代」放射光施設といわれるのか。

　ナノテラスでは、電子を加速させる直線加速器の長さが110メートルと、SPring‐8のそれが約1キロメートルであるのに対して、格段にコンパクトな設計になっていることが分かる。

　さらに、実験の遠隔操作技術も導入予定。頻繁に来日することが難しい海外の研究者であっても、サンプルを日本に送るだけで、あとは研究室から遠隔操作で研究を進めることが可能になる。

　このような新しい工夫がなされていることが、ナノテラスが「次世代」たるゆえんなのだ。

軟X線　医療、食分野に活用期待

　ナノテラスの大きな特徴は、放射光として比較的波長の長い「軟X線」が使用されていることだ。より可視光に近いX線を用いることで、リチウムなどの軽元素に対する解析性能が高まる。

　SPring‐8などが、波長が短く透過に優れる硬X線を用い、金属の解析などを得意としていたのに対し、ナノテラスでは炭素や酸素、リチウムなどの解析に強みを発揮する違いがある。

　ナノテラスは従来国内にあった軟X線向けの施設の約100倍の光源性能を持ち、その明るさは太陽光の約10億倍。国内の軟X線領域の放射光施設は、世界と比べて後れを取っていたが、ナノテラスが稼働することで、その差を一気に逆転することができる。

　ナノテラスの活用方法の創出を担う、本学国際放射光イノベーション・スマート研究センターの村松淳司センター長は「軟X線を使うことで、食や医療など、さまざまな分野への応用が期待できる」と話す。

　例えば、医薬品を開発した際に、構造が計画通りになっているかだけでなく、医薬品が体内に入ったときに、意図したように働いているかどうかまでチェックすることができるという。

　食の分野でも活用が見込まれる。農林水産物には炭素が含まれているため、それらを利用して産地を特定することができ、産地偽装問題の解決などが期待されている。

ビームライン設置　本学が主導

　ナノテラスでは今後、蓄積リングから発生させた光を分岐し、形を整えたものを実験室へ導く装置である「ビームライン＝図＝」を設置、調整していく。

　村松センター長は「設計通り電子が回るか、設計通りの性能が出るかどうかは、これからの調整に懸かっている。一番大事なところ」とビームラインの調整の重要性を説く。調整がうまくいかないと、放射光エネルギーが減少してしまうため、ナノテラスの性能を支える要となる作業だといえる。

　ビームラインの設置を主導するのは本学。初期に設置する10本のビームラインのうち、施設の建設費を出資したコアリション・メンバーが優先的に使える「コアリション・ビームライン」として使用される7本を、本学の教員が設計し、調整している。最終的には28本のビームラインが設置される予定だ。

運用に企業の力　「コアリション・コンセプト」産学連携ねらう

　ナノテラスの活用にあたっては、産学連携として「コアリション（有志連合）・コンセプト＝図＝」が掲げられている点も新しい。課題ごとに企業と研究機関がパートナーとなり、異分野の融合を促すことでイノベーションエコシステム（行政、大学、研究機関、企業などが相互に関与し、絶え間なくイノベーションが創出される環境）の創出を目指す。本学は今後、学術的な側面から、使用者の支援に取り組んでいく予定だ。

　ナノテラスは国の施設でありながら、建設資金の約半分を宮城県、仙台市、本学、東北経済連合会の4者で負担している。加えて、4者で負担するうちの約半分は、コアリション・コンセプトに賛同した100社以上の企業が、一口5千万円の施設使用権を購入することによって拠出されている。

　出資した企業（コアリション・メンバー）は、ナノテラスの運用開始後、優先的に施設を使う権利を得る。一口5千万円でインセンティブを販売することで、建設資金を調達しつつ、産学の連携を加速させた形だ。本学でも5口分を購入し、若手研究者の研究を後押ししていく。

　産業利用を主目的としていることもナノテラスの特徴だ。SPring‐8を使用するためには申請をして審査に合格しなければならないが、ナノテラスの場合は不要。コアリション・メンバーであれば必ず施設を使用できる。

東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター村松淳司　センター長

　ナノテラスが稼働すれば、あらゆる研究が大きく進むことになります。それが、私がナノテラスに期待するところです。どういう研究かというと、ナノテラスが得意とする軟X線領域が生きる、農業や医学分野などで、従来よりも格段に良いデータがたくさん出てくることでしょう。ですから、世界中の研究者が、ナノテラスを使いたいと思って、仙台に来ることになると思います。