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片岡 淳 教授 Jun, Kataoka
応用物理学科/物理学及応用物理学専攻

片岡 淳 教授 Jun, Kataoka

略歴
2000年 東京大学大学院理学系研究科博士課程修了、博士(理学)。2000年 京都大学学振特別研究員PD、2001年 東京工業大学助手、2007年 同助教、2009年 早稲田大学理工学術院准教授を経て、2014年から現職。2009年度 NASA Group Achievement Award、2012年度 文部科学大臣表彰(若手科学賞)、2014年度 早稲田大学リサーチアワード(国際研究発信力)受賞。

主な担当科目
放射線計測学A・B、粒子実験特論A、放射線応用物理学演習、Intermediate Mechanics

一般的な天体望遠鏡は可視光を用いて月や星を観察しますが、より遠くにある巨大ブラックホールや中性子星など特殊な天体、人間の眼には見えないけれども宇宙空間に存在している高温ガスや爆発現象を観察するためには、可視光よりも高いエネルギーを持つX線やガンマ線などの電磁波(放射線の一種)が有利です。この高エネルギー宇宙物理学の分野で、未知の天体を観測し、正体を解明するための放射線検出器や光センサーを開発しているのが、応用物理学科の片岡淳教授です。

"COSMOS"との出会いから高エネルギー宇宙物理の道へ

少年時代から宇宙が好きで、天体望遠鏡を自作して毎日観測するような、凝り性の少年時代を送ってきました。宇宙に決定的な憧れを抱いたのは、カール・セーガン博士の “COSMOS” という大判の写真集を親に買ってもらったときです。宇宙の最遠方にある謎の天体として「クェーサー(準星)」が紹介されており、この天体の正体を自分で調べたい、と思ったのです。その好奇心のままに、物理を専門として選び、今に至ります。

卒業研究では故・折戸周治先生の下で、いまもダークマター(宇宙の大部分の質量を占めると言われ、目では見ることができない物質)のひとつの候補とされる「ボソン粒子」の探索という、学部生にしてはチャレンジングなテーマをいただき、研究の面白さを体感しました。しかしながら、この分野の研究を極めようとすると小規模なテーブルトップ実験では難しく、多くはKEK(高エネルギー加速器研究機構)やCERN(欧州原子核研究機構)などの大規模な素粒子実験機関で国際共同研究に参加することになります。素粒子物理は香りづけ程度として、あくまでも宇宙(天文)物理を主として研究を進めたかったため、折戸先生にも相談の上、修士課程から所属を宇宙科学研究所に変更しました。それ以降は一貫してX線天文衛星の検出器開発に携わり、博士号はASTRO-D(あすか;衛星は打ち上げ後に公募で名前が決まります)に搭載されていたX線検出器のデータ解析で取得しました。並行して次の衛星ASTRO-Eに搭載する検出器の開発も進めていたのですが、打ち上げ失敗で結果を得られず、5年後のASTRO-EII(すざく)再打ち上げで、ようやく日の目を見た、という苦い経験もしました。博士号取得後は、京大でポスドクとしてCANGAROO望遠鏡でのガンマ線チェレンコフ観測に1年間携わったのち、東工大で助手に就いてからは再びX線・ガンマ線宇宙物理の世界に戻りました。

量子計測の例
図1 開発した改良型ガンマ線カメラ

ガンマ線検出・可視化をキーワードに、産業・医療応用へ

X線やガンマ線など、数keV(キロ電子ボルト)以上を持つ高エネルギーの電磁波=放射線を用いて観測することで、数eVの可視光では見ることのできない、宇宙における様々な現象や天体を新たに発見することができます。未知との遭遇、とでもいいましょうか、宇宙は壮大でロマンに溢れていますが、一方で、社会生活・産業等と一線を隔している感もあり、寂しく思っていました。しかし、過酷な宇宙環境・衛星内で正しく動作するセンサーというのは我が国のみならず世界のハイテク技術の粋ですから、これをうまく社会に還元しない手はありません。最近の一例ですが、2011年に福島第一原発の事故があり、放射線のプロとして自分に何かできる事があるはずだと考えていた矢先、浜松ホトニクス社から「除染に役立つ超軽量ガンマ線カメラ」の共同開発のお話をいただきました。さらに同時期、創造理工学部の大河内博先生からも福島・浪江におけるフィールド調査のご提案をいただき、これだ、と思いましたね。2013年9月には従来の1/4以下、1.9kgの重さのガンマ線カメラをまず開発し、さらに改良を加えフィールド調査も継続しながら、2014年7月には従来の約10倍の感度と高解像度を両立するガンマ線カメラを送り出すことができました。今後の除染作業に多少でも役に立てばと考え、さらなる開発に取り組んでいます。