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エネルギー科学 >> エネルギーシステム学

極限材料工学

[ 准教授 橋爪健一 , 助教 大宅 諒]

原子力・ 核融合 ・ 水素 ・ 放射線 ・ 太陽光等のエネルギー利用を念頭に 極限環境中 高温 ・ 高腐食 ・ 高放射線環境下など の物質 ・ 材料の研究を行っている 。 特に 、 物質 ・ 材料中の水素同位体 軽水素 、 重水素 、 三重水素 トリチウムの振舞い 溶解 、 拡散 、 透過など を明らかにすることを主要テーマとしている 。 水素は最も基本的な元素の一つであるが 、 その構造の単純さ 、 宇宙空間にも 、 地球上にも多量に存在する量的な豊富さ 、 また 、 エネルギー関連の物質 ・材料中で様々な振舞いをすることから 、 興味の尽きない元素である 。 本研究室では 、 このような水素の物質 ・ 材料中挙動とエネルギー材料開 発のための基礎学理をもとに教育を行っている 。


●原子炉材料 、 核融合炉材料 、 水素エネルギー材料の研究開発
●金属 、 セラミックス材料中の水素同位体の挙動研究
●放射線エネルギー利用研究


エネルギー科学 >> 電気理工学

光デバイス工学

[ 教授 濱口達史]

次世代のウェアラブルディスプレイや、究極のクリーンエネルギーと言われる核融合によるエネルギー生産を実現するための新技術の研究を行っている。具体的には、これらのキーデバイスとなる次世代の半導体レーザを実現するため研究を行っている。レーザー製造のための半導体ウェーハープロセスを中心に、素子評価、設計、シミュレーション、AIなどを駆使する。2025年度に新設された研究室で、一緒に立ち上げを進めてくれる元気でエネルギッシュな学生さんを募集しています。


●フルカラー半導体レーザー形成技術の研究
●超高出力半導体レーザー実現のための位相同期技術の創成
●光ピンセットをはじめとする光渦レーザー形成技術の創成


エネルギー科学 >> エネルギーシステム学

エネルギー変換理工学

[ 教授 山本直嗣 , 准教授 森田太智]

手のひらサイズの小型人工衛星用ロケットから 有人惑星間航行用のレーザー核融合ロケットエン ジンまで様々な次世代宇宙推進に関する研究およ び開発を、実験、計算機シミュレーションの両面 から進めています。さらに宇宙機のシステム設計 も行っています。
また、天体観測や衛星観測だけでは理解が難し い超新星残骸における衝撃波、太陽フレアにおけ る磁力線再結合、地球のバウ衝撃波等の高エネル ギー現象に似た状態を地上で再現し、詳細に計測 することで、宇宙の高エネルギープラズマ現象の 研究も進めています。


●手のひらサイズの小型イオンエンジンの開発
●ホールスラスタにおける異常輸送の解明
●電気推進機の自動制御に関する研究
●レーザー核融合ロケットの原理実証研究
●高強度レーザーによる天体プラズマ現象の研究


エネルギー科学 >> 電気理工学

光エレクトロニクス

[ 教授 浜本貴一 , 助教 Jiang Haisong（姜 海松）]

日々の健康を気軽にモニタするための小型呼気センシン グ光集積回路 、 将来の IT 機器内高速配線用の超高速半導体レーザ 、 将来の光通信容量を飛躍的に増大させる光多重伝送用の光集積回路などを研究しています 。 AI 技術を取り入れた最先端の光導波路技術を開拓し 、 画期的な光デバイスを実現しようとしています 。


●携帯健康診断を目指した光バイオセンシングデバイス “ 呼気 人間の息 センシング用光集積素子を研究して います 。 将来の健康診断装置等への適用を目指し 、 セ キュリティシステムや携帯端末などへ搭載可能な光セン シングシステムの研究を行っています 。
●超高速ネットワークを目指した次世代半導体レーザ 世界で初めて実証した アクティブ MMI 現象 を用い 、 世 界最高速比 100 1 000 倍以上の Tbps 級動作を目指した超高
速半導体レーザの研究を行っています 。 ●超大容量通信用空間モード多重デバイス 現在の 1000 倍以上の伝送容量増大を目指し 、 空間モード を人工的に交換することのできる光モードスイッチ 世 界初 を研究しています


エネルギー科学 >> エネルギーシステム学

プラズマ応用理工学

[ 教授 林信哉 , 准教授 柳生義人]

通常は私たちの身の回りにはない高エネルギー粒 子であるプラズマを用れば，これまで不可能であっ た技術が可能になります．「医療」「バイオ」「農 業」「環境」の各分野で役に立つプラズマの新しい 応用技術の研究開発を行っています．
プラズマは高いエネルギーを持ちますが寿命が短 いため，化学薬品とは異なり，薬剤の残留性の心配 がない安全無害な応用が可能です．この利点により 人と環境に優しい医療器材用プラズマ滅菌器や農産 物殺菌装置，食品殺菌装置を開発しています．また， 植物に酸素プラズマを照射することで植物の成長を 促進させる研究も行っています．
また，細胞に酸素プラズマを照射しがん細胞を殺 滅する研究を行っています．一方でT細胞，B細胞， マクロファージといった免疫細胞に酸素プラズマを 適度に照射することで免疫細胞を活性化し，病気の 予防につなげる研究も推進しています．


●酸素プラズマによる人と環境に優しい滅菌器
●プラズマ照射によるがん細胞の殺滅とメカニズム
●酸素プラズマによる免疫細胞の活性化


エネルギー科学 >> 電気理工学

非線形材料学

[ 教授 森野佳生 , 助教 翁長 朝功]

非線形な問題に対して物理・数学・情報学的知見を活用して様々な理論的研究を領域横断的に行っている（図１）。カオス・フラクタルなどの非線形科学や多数の要素が強く相互作用する複雑系に関しては数値シミュレーションなどを活用した理論的研究を行っている。
また、結合振動子系や複雑ネットワークの解析・機械学習アルゴリズム開発などを通して、電力網などを含む非線形動的システムの障害に対する頑健性解析、非線形動力学に基づく機械学習・脳模倣型AIに関する解析（図２）、実データを予測分類する数理情報学的なデータサイエンス研究等も行っている。その他にもボーズ凝縮体がつくる渦ソリトンの解析や、粘菌と呼ばれるアメーバ様単細胞生物の集合過程に現れるスパイラルパターン（図３）の解析等を行ってきた。より詳しくは研究室ウェブサイトを参照されたい。


●非線形振動子の集団同期
●様々な実データの数理的解析
●非線形動力学に基づく頑健性解析や機械学習アルゴリズム開発
●ボース・アインシュタイン凝縮体の渦ソリトン
●細胞性粘菌の集合ダイナミクス


エネルギー科学 >> エネルギーシステム学

エネルギー化学工学

[ 教授 片山一成]

魅力的な次世代エネルギーシステムの開発を目 指し、プロセス工学や熱物質移動工学分野の教育 と研究に取り組んでいます。基礎実験を通じて現 象をモデル化し、これに基づく数値シミュレー ションを活用して最適なシステムを追究します。
最先端科学技術の開発領域では、これまでの知 見のみでは現象を予測することが難しいような状 況が多く現れます。本研究室では、プラズマや超 臨界二酸化炭素と固体壁との界面や、液体金属・ 溶融塩など高温融体の流動場、中性子による核変 換反応場など、特殊な環境下での物質移動現象の 解明とそのモデル化に挑んでいます。また、放射 性物質であるトリチウムの環境動態や、プラズマ を用いた水素製造等にも取り組んでいます。これ らの知見は、核融合炉や次世代原子炉システム、 水素エネルギー利用社会の実現に生かされます。


●核融合発電プラント燃料循環システムの開発
●土壌及び植物における物質移動現象のモデル化
●液体金属及び溶融塩循環システムの開発
●プラズマや触媒等を用いた水素抽出技術の開発


エネルギー科学 >> 電気理工学

電磁応用工学

[ 教授 吉武剛 , 助教 楢木野 宏]

センシング材料とデバイス、さらにはデバイス創製のための要素技術を含めたプロセスと評価技術に関する研究を、材料創製からその評価、さらにはデバイス作製までを一貫して行うことで遂行している。センシング材料の創製にはスパッタ法、同軸型アークプラズマ堆積法などの物理気相成長法を主に用いている。近年、宇宙空間などの極環境でも動作できるIoTデバイスを創製することを目的として、オールダイヤモンドによる光、磁気、化学センシングデバイスの創製に注力している。


●宇宙をはじめとする極環境で動作できるオールダイヤモンドによる光、磁気、化学センシングデバイスの創製
●酸化ガリウム膜のダイヤモンド上へのヘテロエピタキシャル成長に基づいたpn接合型光受光素子の創製
●物理気相成長法によるナノダイヤモンド膜成長のプロセス開発と硬質被膜、生体親和被膜などとしの応用


エネルギー科学 >> エネルギーシステム学

粒子線物理工学

[ 教授 渡辺幸信 , 助教 川瀬頌一郎]

安全・安心・スマートな未来社会を支える粒 子線物理工学研究
中性子やミュオンといったミクロな粒子線のエ ネルギー・医療・宇宙開発分野への先端的応用を 目指し、物理学と医学・工学の分野融合研究を 行っています。加速器実験・理論計算に加えて数 値シミュレーションの手法を駆使し、がん等の検 査や治療に用いる新しい放射性薬剤製造法の開発、 半導体デバイスにおける宇宙線誘起ソフトエラー 発生機構の解明、高レベル放射性廃棄物の低毒化 や資源化のための核変換、宇宙線ミュオグラフィ による小中規模インフラ設備の透視による劣化診 断、機械学習を用いた放射線計測データの解析技 術開発といった研究テーマに取り組んでいます。


●ミュオグラフィ技術による構造物透視
●宇宙線誘起ソフトエラー発生機構の研究
●加速器中性子源を用いた医療用RI製造
●核変換による高レベル放射性廃棄物の低毒化
●先端放射線検出器およびデータ解析手法の開発


エネルギー科学 >> 電気理工学

電離反応工学

[ 准教授 山形幸彦 , 准教授 堤井君元]

電離反応を利用したプラズマプロセスは、通常の環境下では起こらない物理・化学的効果を発現可能であり、エレクトロニクス・材料分野から環境・エネルギー分野まで、持続可能社会を支える最先端技術です。私たちはプラズマやレーザーを駆使した①各種製造プロセスの開発・最適化やデバイス性能の解析、②過酷な環境下で使えるエレクトロニクス材料・デバイスやヒトにやさしいバイオ機能材料・デバイスの開発など、次世代を切り拓く先端的研究に取り組んでいます。


●プラズマ／レーザープロセスのレーザー計測法によ るパラメータ計測と反応制御
●パルスレーザー計測法による窒化物半導体の温度／ 歪みの非接触測定法の開発
●ナノ構造カーボン材料の電子エミッターへの応用
●ワイドバンドギャップ材料を用いた高温ダイオード および高温キャパシターの開発
●超硬質材料の表面機能制御とバイオ機能評価