No.022 特集:新たな宇宙探究の時代がやってきた:我々はどこから来て、どこへ向かうのか

No.022

特集:新たな宇宙探究の時代がやってきた。我々はどこから来て、どこへ向かうのか。

Visiting Laboratories研究室紹介

X線宇宙望遠鏡のノウハウを活かし、小型・軽量な放射線モニター装置を実現

2020.03.31

東京理科大学 理工学部 物理学科 幸村研究室

東京理科大学 理工学部 物理学科 幸村研究室

宇宙に第二の地球を造る「スペース・コロニー」構想。人類の宇宙進出を叶え、また人口爆発を解決する方法として、かねてより研究が続いているが、その実現のためには、まだ多くの課題が山積している。そんななか東京理科大学は、スペース・コロニーの実現のためにも、また地球上のさまざまな問題解決のためにも有用な技術の研究開発を、産学官の連携によるオープンイノベーションで実現するための場として、スペース・コロニー研究センターを立ち上げた。今回は、そのセンターの中から、地上向けとして研究されている民生技術を宇宙でも活用するための研究をしている「スペースQOL・システムデザインチーム」の木村真一教授と、幸村孝由教授に話を伺った。

(インタビュー・文/鳥嶋真也 写真/黒滝千里〈アマナ〉)

前編:東京理科大学 理工学部 物理学科 教授 幸村 孝由

幸村 孝由教授

小型・軽量な放射線モニター装置で、安全・快適な宇宙生活を目指す

Telescope Magazine(以下TM) ── 木村真一先生から、スペースQOL・システムデザインチームの役割や目的について伺ったのですが、幸村先生の研究室は、そのなかでどのような役割を担っておられるのですか。

幸村 ── スペースQOL・システムデザインチームでは、将来スペース・コロニーなど、誰もが宇宙で暮らせる時代の実現に向けて、そこにどのような困難があるのかを考え、その課題を解決することを目指しています。東京理科大学には、さまざまな分野の研究者がいますし、外部の研究者や企業の方々とも力を合わせ、これまで宇宙とは関連がなかった技術や知識を総動員することで実現したいと思っています。

そのなかで、私たちの研究室は「放射線」の研究で貢献することを考えています。人間が宇宙線(宇宙空間を飛び交う高エネルギーの放射線)で被曝すると、ガンなどの発症につながります。放射線を食い止めることは難しいのですが、放射線をモニターする検出器を作り、宇宙で生活する人に身に付けてもらうことで、安全と健康を守ることができるようになります。たとえば、どのような放射線が、どれくらいスペースコロニーや宇宙空間で活動する人間に降り注いでいるか、常にモニターすることで、宇宙空間で長時間作業をしている人に対して「これ以上の被曝は危険です」といった警告をリアルタイムに出すことができます。

TM ── 検出器の開発状況や展望について教えてください。

幸村 ── すでに国際宇宙ステーション(ISS)で、実証レベルで使われている装置はありますが、これは縦・横が約30cm、厚さが約15cmと、弁当箱より大きくて重く、また電力消費量も多いという欠点があります。誰もが宇宙で暮らせるような時代を見据えた場合、小さくて軽く、電力消費量も少ない装置が必要になってくるはずです。

そこで私たちは、手のひらサイズの装置にすることを目標としています。これが実現すれば、つねに携帯して持ち歩いたり、コロニーの各所にたくさん取り付けてモニタリングしたりすることが可能になるでしょう。

私たちの研究室では、宇宙X線望遠鏡など、人工衛星に搭載する、実際に宇宙で動かす検出器を開発してきた実績がありますので、それを活かして、小型・軽量化することを目指しています。また、宇宙線には陽子線や電子線、ガンマ線など、さまざまな種類がありますが、それらをひとつの装置で分析し、モニタリングできるようにしたいと考えています。さらに、通信装置も一緒に取り付けることで、取得したデータを自動的に地球などへ送信できるようにしたり、そこから危険性をアラートで自動的に知らせたりするようなシステムにすることも考えています。

放射線モニター用直流安定化電源
放射線モニター用に電圧をかける電源として使ったり、アナログ信号をデジタル信号に変換するADC(Analog-to-digital converter)回路などに電圧をかけたりするための装置。
放射線モニター用直流安定化電源

TM ── 小型・軽量化をする際の課題はあるのでしょうか。

幸村 ── 装置にたくさんの機能をもたせたうえに、小型化すると、回路が密集するため電気的なノイズが発生し、動作などに影響を与えてしまいます。それらの問題を解決するために、試作品を作って試験をしている段階です。

開発中の宇宙X線観測用のCMOSイメージセンサー
2020年代中頃に打ち上げを目指している宇宙望遠鏡に搭載して、銀河、ブラックホールといった様々な天体が放射しているX線を検出(観測)し、天体の撮像や分光観測に使用する予定。
開発中の宇宙X線観測用のCMOSイメージセンサー

幸村 ── また、放射線を測る装置自体も、強い放射線が当たるため、壊れてしまうことがあります。具体的には、放射線が検出器に入ってくると、放射線の一部が帯電し、それが悪さをして電子部品を壊してしまうのです。そこで、私たちが開発している検出器には、その帯電した電気を打ち消すような機能をもたせています。実際に、試作品に人工的に強い放射線を照射して、どれくらい耐えられるかという試験もしていますが、これまでに、従来品よりもはるかに強い放射線に耐えられることがわかっています。

幸村研究室のクリーンブース
クリーンブース(ビニールで仕切られた空間)の中には金属製の真空チャンバーがあり、その真空チャンバーの中に設置した放射線検出器に放射性同位体を用いてX線やガンマ線を照射してスペクトルを取得し、放射線に対する検出器の応答・性能を評価する。実験者は防塵服やマスクを着用して入室し、検出器の取り付けや電源の投入、検出器の温度やノイズレベルのモニタリングなどをする。また、クリーンブースの外にあるパソコンを操作してデータ取得を行い、検出器から送信されるデータを解析する。
幸村研究室のクリーンブース
Cross Talk

本間教授に聞く!史上初、ブラックホール撮像成功までの道程

本間教授に聞く!
史上初、ブラックホール撮像成功までの道程

前編 後編

Series Report

連載01

系外惑星、もうひとつの地球を探して

地球外知的生命体は存在するのか?

第1回 第2回 第3回

連載02

ブラックホール研究の先にある、超光速航法とタイムマシンの夢

過去や未来へ旅しよう!タイムマシンは実現できるか?

第1回 第2回 第3回

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