浅井研究室

東北大学大学院工学研究科 応用化学専攻
分子システム化学講座 量子物理化学分野

研究テーマ:
 光や放射線による励起状態の物理化学



 浅井研究室では、光や放射線により生じる電子励起状態の制御を通じ、主に放射線センサーとなる光学材料を開発しています。開発した放射線センサーの用途として、核医学診断やがんの放射線治療などの医療現場におけるものや、放射光科学や素粒子物理実験での基礎科学における検出器を想定しています。開発している材料は、下記の2種類に分類されます。
・シンチレータ:放射線に入射後、即時に蛍光を提示する材料です。適切な光検出器との組み合わせにより、リアルタイムで動作する検出器を構成します。より高い精度での放射線計測を行うために、あるいは多様な計測対象に対応するための材料開発を進めています。例えば、放射線入射後の即時の蛍光(シンチレーション)の収率のより高い物質や、より短時間でシンチレーションの生じる物質、さらには高エネルギー光子や中性子との相互作用確率の高い物質などの開発を進めています。
・線量計:ある期間中の放射線の照射量(線量)の測定を可能とする材料です。放射線入射により生じたエネルギーを、準安定的な化学形態の分子や、電子正孔対の分離状態として蓄積し、その蓄積されたエネルギーを、何らかの形で読み取ることにより、線量の情報を得ることができます。例えば、放射線照射後に、熱や光の刺激により生じる蛍光(それぞれ熱蛍光および輝尽蛍光と呼びます)を通じ、あるいは照射後に生じるフォトルミネッセンス(ラジオフォトルミネッセンスと呼びます)を通じて線量を計測します。あるいは、照射後の色調変化(ラジオクロミズムと呼びます)に基づいて線量を計測します。読み出し方の工夫により、(いわゆるレントゲン写真のような)線量分布画像を取得することも可能です。
 これらの材料で高い性能を実現するために、本研究室では、無機単結晶やガラス、有機物、あるいは有機無機ハイブリッド材料など、多様な材料系を用いています。また、蛍光に関与する励起状態として、発光中心となるイオン内励起状態や内殻正孔、電荷移動状態、ワニエ励起子やフレンケル励起子、あるいは自己束縛励起子などの多様な励起状態を制御します。
 本研究室では、多くの大学や研究機関との共同研究を通じ、材料開発や性能評価、あるいは基礎過程の解明を進めています。最近の論文や学会発表で共著となった機関として、秋田大学、量子科学技術研究開発機構(高崎量子応用研究所、放射線医学総合研究所)、高エネルギー加速器研究機構、産業技術総合研究所(つくばセンター、関西センター)、首都大学東京、東京大学、横浜国立大学、名古屋大学、名古屋工業大学、奈良先端科学技術大学院大学、大阪大学、広島大学、フランス原子力庁が挙げられます。