平成28年度『UECパスポートセミナー』の講義内容
１年次の後期（第2学期）に理工系教養科目として『UECパスポートセミナー』を開講します。このセミナーは，それぞれの分野で研究をされている学内の５名の先生方の講演と学内研究設備での実習，学外の５名の先生方の講演と学外の研究施設・研究所の視察からなるユニークなセミナーです。
学外講師による講演内容
２月２日（木）
理化学研究所 仁科加速器研究センター 上野核分光研究室 主任研究員 上野 秀樹 先生
第１１回講演タイトル：ＲＩビームの生成と利用研究
講義概要
天然に存在する安定原子核は約270種あるが、寿命が短いものも含めると6000～9000種類もの原子核が存在しうると理論的には予言されている。これら寿命を持つ原子核はRI (Radioactive Isotope: 放射性同位核種) と呼ばれる。これらRIの大半は天然に存在しないので、我々とは無関係という印象を受ける。が、RIは実は宇宙の物質の創成そのものと深くかかわっている。
物質の本体（重さ）の99.9% 以上は、実は極微な原子核が担っており、宇宙で物質がどのように創成されたかを知るには、これら重元素の合成過程を明らかにする必要がある。現在提唱されている元素合成シナリオでは、RIが重元素合成の中心的役割を担うと考えられており、これを検証するには実際に様々なRIを生成し、その諸性質を調べねばならない。しかしミリ秒やマイクロ秒の寿命で壊変してしまう短寿命原子核をどのように生成し実験に利用すればよいのだろうか？
理化学研究所には、圧倒的な性能を誇る世界随一のRIビーム生成施設であるRIBF加速器施設が配備されており、日々様々な実験が行われている。本講義ではRIBF施設やここで行われている最先端の実験を紹介し、RIの生成法や利用研究について議論する。
キーワード
RI、中性子過剰核、放射線計測
レポート課題
- RIの生成はなぜ困難なのでしょうか？
- 理研で発見された113番元素 278Nhは寿命が約 2ミリ秒と報告されています。このような短い時間であっても原子核としては明確に存在したと言えるのですが、それはなぜでしょうか？
見学日程
- 3月1日（水）
１月１９日（木）
筑波大学 数理物質系 物理学域 大塚・神田研究室 助教 森下 將史 先生
第１０回講演タイトル：超低温におけるヘリウムの量子物性
講義概要
温度は、物質を構成する非常にたくさんの粒子の平均のエネルギーが、最低の状態からどれだけ高い値にあるかを示します。例えば、理想気体は温度の低下とともに運動エネルギーを失い、全ての気体粒子が完全に止まった状態が絶対零度です。現実の物質でも、絶対零度では全ての分子が静止し、「死の世界」が実現すると考えられていました。しかし、量子力学の不確定性原理に基づくと、絶対零度においても分子は静止することはありません。この運動を零点振動と呼びます。ヘリウムは非常に軽い単原子分子で、この零点振動が大きく、また原子間の相互作用も非常に弱いために、量子力学的な効果が顕著に表れる特異な物質と言えます。ヘリウムが絶対零度でも常圧では固化せず流体のままでいること、低温で超流動と呼ばれる粘性の全くない状態になること、などは量子性の現れです。講義では、ヘリウムの魅力にとりつかれた研究者が苦しみつつも楽しんでいる研究の一端を紹介します。
キーワード
ヘリウム、絶対零度、零点振動、超流動、準粒子、相転移
レポート課題
液体の入った２つの容器を接触させると、２つの容器内の液体の温度が同じになるとする。
10 ℃の冷水 と 90 ℃の熱水 が同量あるとき、容器を接触させることにより、冷水を何度まで温めることができるか、考察しなさい。
ただし、容器は必要に応じ、何個でも利用できることとする。一方、水の熱容量は温度に依らず、容器の熱容量は無視でき、外界との熱や仕事のやりとりはないとする。
見学日程
- 2月23日（木）
１月１２日（木）
東京理科大学 工学部教養／工学研究科電気工学専攻 物性理論研究室（山本研究室） 准教授 山本 貴博 先生
第９回講演タイトル：ナノ空間・ナノ表面での不思議な水の科学
講義概要
水はもっとも身近な物質の１つでありながら、未だその全貌が明らかとなっていない不思議な物質でもある。特に、物質の表面での水は、表面の濡れ性や摩擦特性を決めることから、その物性の解明が基礎科学的にも工学的応用上も重要な研究課題である。また、最近のナノテクノロジーの発展により、各種ナノ材料の表面での水のミクロな構造と特異な物性に注目が集まり、現在、国内外において活発に研究が進められている。
本セミナーでは、ナノ材料が作る空間やナノ材料表面での水の構造と物性に関する最新の研究成果に関して、特に、講演者の計算機シミュレーション結果を中心に講義する。本講義の内容は以下のとおりである。
① ナノ表面での水の不思議なミクロ構造と物性
② ナノ空間での水の不思議なミクロ構造と物性
③ ナノ空間での水の応用
キーワード
親水性，疎水性，バイオミメティクス（生物模倣），カーボンナノチューブ，グラフェン，メタンハイドレード
レポート課題
カーボンナノチューブの「内部空間での水」と「外表面水での水」のミクロな構造について，それぞれ300字程度で簡潔に説明せよ．
見学日程
- 2月22日（水）
１２月２２日（木）
宇宙航空研究開発機構 航空技術部門 研究開発員 野村 哲史 先生
第８回講演タイトル：惑星探査のための大気突入に関する研究
講義概要
現在，国際宇宙探査協働グループ（ISECG）により国際有人火星探査の検討が進められている中で，日本においては，長年培ってきた宇宙開発に関わる幅広い技術を活かしながら，国際的な地位を確固たるものにすべく，研究開発が鋭意進められている．火星への有人探査実現に向けた，いくつかの技術課題のなかでも，大気を有する惑星への着陸技術の獲得は，特に重要な課題のひとつである．下図に示されるように，大気突入時に宇宙機が高温に晒されることは，イメージしやすいが，その高温部分が一体どういう状況にあるのか，現象を正確に描写することは容易ではない．JAXAでは，その高温状態の物理現象解明による加熱予測精度向上や，宇宙機の耐熱技術の開発，そして，地上評価試験などに関わる研究開発活動を行っている．また，火星への着陸技術には，パラシュートによる減速や逆噴射しながらの障害物回避および着陸などが想定されており，いくつかのフィールド試験を重ねながら開発が進められている．本セミナーではJAXA航空技術部門および研究開発部門で研究開発されている，大気突入から着陸までの技術について紹介する．
キーワード
大気突入，着陸技術，空力加熱
レポート課題
- 加熱率の単位をSI単位系で示せ．
- 実際に大気突入を行った宇宙機，または現在検討されているミッションにおける大気突入条件を1つ例にあげ，その最大加熱率を有効数字2ケタで示せ．
- 身近な熱源（地表で感じる太陽光や暖房器具など）を1つ例に挙げ，その加熱率と2．の加熱率の比を有効数字1ケタで示せ．
見学日程
- 2月24日（金）
１２月８日（木）
産業技術総合研究所 計量標準総合センター 物理計測標準研究部門 時間標準研究グループ 主任研究員 安田 正美 先生
第７回講演タイトル：日時計から光格子時計まで ～秒の再定義に向けて～
講義概要
数ある計測・単位の中でも、際立って精度の高い物理量が時間です。時間の単位である、１秒の定義の正確さ・厳密さを極限まで追求してきた人類は、マクロな天体現象（地球の自転、公転）を基にする方法から離れ、ミクロな原子中の振動をよりどころにしました。そして、さらなる精度を極めようとしたとき、ついに原子の動きによる誤差の排除まで求められるようになりました。最新技術で原子運動の凍結までかなえた人類が手にした究極の１秒は、はたして私たちに何をもたらすのでしょうか？人類文明の発祥以来、まったく同じ目的を持ちながら連綿と進化を遂げ、今後もそのペースに衰えが見えない、時を計る道具、「時計」。この進化の原動力ともなった、政治や産業、科学技術との関わりや影響についても触れます。
キーワード
計測標準、時計、時間、原子時計、光格子時計、再定義
レポート課題
- 時計の３つの構成要素について、実例を交えて説明してください。
- 精度無限大（不確かさゼロ）、大きさゼロ、消費電力ゼロ等の性質を持つ、「理想的時計」が存在する場合、その新しい応用について論じてください。
見学日程
- 2月21日（火）
研究設備センター見学
１２月１日（木） 学術技師 小林 利章 先生
第６回講義：最先端の教育研究を支える寒剤供給体制
集合場所：Ａ２０１
講義概要
物性物理学，光科学，新しい機能を持つ電子デバイスの開発を目指す電子工学など実験的研究においては，温度を制御して対象の振る舞いを測定することや新規現象を実現させて観察することが重要な研究手法です．特に温度を下げて低温環境を実現することはとても重要な実験操作ですが，物体を冷却するためには様々な工夫が必要です．簡単な方法は低温の物体（寒剤）に対象を接触させて熱を奪うことです．液体窒素（77K）は安価に大量に使うことが出来るので沢山使われていますが，さらに低い温度を実現するためには液体ヘリウム（4.2 K）が利用されます．液体ヘリウムは超伝導コイルの冷却にも使われます．さらに冷凍機を利用し様々な手法を組み合わせることで，対象を絶対零度に限りなく近い超低温まで冷却することも可能です． ヘリウムは有限の地下資源であり，日本では全量を国外からの輸入に頼る貴重資源です。資源の有効利用を図るために本学ではヘリウム液化システムを整備し運用しています．ヘリウムの循環利用により貴重な資源を有効利用できるだけでなく，実験室で安価に液体ヘリウムを利用できるようになるので研究環境を整えるためにも非常に重要な設備です．ヘリウム液化システムは主要大学や研究所で運用されていますが関東でも数カ所のみであり，多摩地区では本学にしか置かれていません．
今回はこのヘリウム液化システムを含めた寒剤供給体制の見学の他，研究設備センターが運用する測定装置類の見学も合わせて行います．
キーワード
液体ヘリウム，液体窒素，低温実験
レポート課題
講義聞いて，また研究設備センターを見学して学んだこと，感想などを記載して，東１号館３階エレベータ前のポストに提出ください．
提出期限：12月5日（月）
学内講師による講演内容
１１月１７日（木） 准教授 安井 正憲 先生
第５回講義：Ｘ線で分子を見る－Ｘ線結晶構造解析の原理－
講義概要
分子の構造や物質中の分子・原子の並びは、物質の性質を決定する非常に重要な要因となります。しかし、分子や原子はあまりにも小さくて、直接見ることはできません。物質のミクロな構造を探る方法はいろいろ開発されていますが、固体（結晶）を相手にする場合にはX線回折が非常に強力な手法になります。原子や分子が三次元的に整列した結晶に、目に見える光よりはるかに短い波長の電磁波（X線）を照射すると回折現象が起こります。この回折X線の強度を測定して構造解析を行うと、分子・原子を「見る」ことができます。この講義ではX線結晶構造解析の原理と、主に有機化合物の構造と性質の関係や、巨大なタンパク質分子の構造について紹介します。
キーワード
X線回折、結晶構造解析、分子構造
レポート課題
- X線構造解析と各種顕微鏡などとの差異について簡単に説明しなさい（それぞれの方法で、何を用いて、何がわかるか）。
- 塩化ナトリウム結晶で回折させるには、X線の波長の「光」が必要であることを説明しなさい（Nacl結晶の単位胞の大きさ（5.64Å）とブラッグの回折条件）。
実習日程
- 12月13日（火）16:15-17:00
- 12月14日（水）17:00-17:45
- 集合場所：東6号館934号室
- 実習内容：単結晶X線回折装置の見学とX線結晶構造解析のデモ
１１月１０日（木） 教授 Sandhu Adarsh 先生
第４回講義：磁気を応用した医療診断装置開発とナノスケールその場観察へ向けた取り組み
講義概要
日常の生活には磁気を用いた製品が溢れています。身近なものでは紙などをホワイトボードに固定するためのマグネットから電気自動車などのモーター電流の計測など様々な分野にわたり利用されています。
医療診断の分野でも磁気は活躍しています。まず病気かどうかの診断は様々ありますが主に患者から血液を取って異常がないか検査します。多くの病気は血液中に健康な人にはない物質を出すのでこれを見つけることが病気を特定するのに必要です。そのために我々のグループは磁性粒子と呼ばれる小さな磁石を使った医療診断装置の開発を行っています。手法を簡単に説明するとナノサイズレベルの非常に小さい磁性粒子を操ることで採取した血液から異常な物質を捕まえて磁気センサで検出するという手法です。当日は様々な磁性粒子の検出方法やスマートフォン用医療診断装置開発、また液体中でのナノスケールその場観察に関して紹介します。
キーワード
バイオセンシング、医療診断、磁気センサ、ポイントオブケア検査
レポート課題
- 自分が興味のある分野での磁気センサの応用例を調べ、その使い方を図や写真を用いて説明してください。
- 病気かどうかを診断するための医療装置に関して、その使い方や動作原理を説明してください。
実習日程
- 12月5日（月）16:15-17：00
- 12月6日（火）16:15-17：00
- 集合場所：西1号館305号室
- 実習内容：３Dプリンター及び磁性粒子系医療診断技術の見学とデモ
１０月２７日（木） 准教授 森永 実 先生
第３回講義：光と原子の波による干渉計測
講義概要
「巨大な星」「小さな星」などというが星の大きさはどのようにして測っているのだろう？授業の前半では星の見掛けの大きさを知る方法として2 光子の 干渉を使った計測法を紹介する。
授業の後半では慣性座標系について考える。慣性座標系は「加速していない」「回転していない」座標系として特徴付けられるが、そのうち回転していない とはどういうことだろうか。ある座標系が回転しているかどうかはこの座標系に固定された望遠鏡で遠くの天体を見たときに静止しているかどうかで精 度良く検証できるが本当にそれが回転している・いないことであるのか考え、座標系の回転を精密に測る方法としてサニャック効果を用いた原子干渉計測 を紹介する。
キーワード
干渉計測・慣性座標系・原子光学・サニャック効果
レポート課題
- 遠くの見掛け上小さな物体の大きさを測る方法としてどのようなものがあるか？
- 何もない空間に放り出されたとき自分が加速しているか、回転しているか知るにはどうしたらよいか？
実習日程
- 12月7日（水）16:15-17:00
- 12月8日（木）16:15-17:00
- 集合場所：西7号館708号室（レーザー新世代研究センター小会議室）
- 実習内容：中性原子のレーザー冷却の紹介と装置見学その他
１０月２０日（木） 准教授 白川 英樹 先生
第２回講義：光るタンパク質、光で変わるタンパク質～光技術が拓く先端バイオ研究～
講義概要
17世紀に光学顕微鏡が発明されて以来，生物科学の研究は新たな光技術の開発と並行して発展を続けてきました．最近でも，従来の解像度の限界を超える新たな顕微鏡法の開発をした研究者が，一昨年のノーベル化学賞を受賞しました．今日の生命科学・生命工学分野の研究で使われる測定・解析手法には，実に様々な光技術が応用されていますが，本講義では主に，生物がつくる優秀な機能分子であるタンパク質を活用した方法について，私たちの研究室で行っている具体的な研究の例を交えてお話しします．なかでも，（１）”光るタンパク質”を使って生きた細胞の中の生体分子の動きを詳しく『観る』技術と，（２）”光で変わるタンパク質”を使って細胞の挙動を意のままに『操る』ためのアプローチに焦点をあて，それらの原理や実際の応用例について解説します．
キーワード
蛍光タンパク質、光センサータンパク質、バイオイメージング、オプトジェネティクス
レポート課題
- 生きたままの細胞の中で特定の種類の分子だけを観察するには、どのような方法を用いればよいか？
- 光センサータンパク質の応用法（対象は生物でなくても構わない）を１つ提案せよ。
実習日程
- 12月8日 （木）16:30-17:30
- 12月15日（木）16:30-17:30
- 集合場所：東6号館728号室
- 実習内容：共焦点レーザー顕微鏡による蛍光観察
１０月１３日（木） 准教授 村中 隆弘 先生
第１回講義：新超伝導体開発の表と裏
講義概要
超伝導現象は，ある温度（Tｃ：超伝導転移温度）以下で電気抵抗がゼロになる不思議な現象です．1911年にオランダの Heike Kamerlingh Onnes によって，初めて水銀の超伝導が発見されました．その発見以降次々と新しい超伝導体が発見され，研究分野の一つとして新超伝導体開発研究が発展し，今日に至ります．
当初は主に経験則に従う方針でしたが，1957年のＢＣＳ（Bardeen Cooper Schrieffer）理論の発見によって超伝導現象を示すメカニズムが明らかにされてからは，その状況は一変しました．超伝導状態では，本来反発しあう電子同士が，電子と格子振動との相互作用によってクーパー対を形成します．どのような物質が合成可能で，それが超伝導に有利になるのか（クーパー対が形成されやすいか）という厳密な予想は難しいですが，ＢＣＳ理論で提唱されたメカニズムに沿った方針によって研究が発展しました．現在では，その予想の範囲を大きく超えるものや風変りな現象を示すものなど，様々な物質が発見されています．
超伝導研究発展の歴史は，新しい超伝導体発見の歴史でもあります．本講義では，超伝導現象の紹介とその応用例，さらに新超伝導物質開発に必要とされることや実際の研究を成功（表）・失敗（裏）例も含めて紹介します．
キーワード
超伝導 、金属間化合物、新物質開発
レポート課題
- 超伝導が示す性質は何か？また、それを利用する方法を自分なりに考えてみよ。
- 超伝導状態が実現するために有利な状況を作るには、何が必要と考えられるか？
実習日程
- 12月15日（木）16:30-17:15
- 12月22日（木）16:30-17:15
- 集合場所：東6号館537号室
- 実習内容：実験室見学と試料合成・超伝導のデモ
学内研究設備見学・実習の申し込み
申し込み受付期間：１１月２９日（火）１７：００ （受付終了しました．）
学内研究設備見学・実習の希望者は下記メールでの申し込みを行ってください．
- 宛先：contactアットpassport.uec.ac.jp （アットを@に置き換えてください。）
- 件名：学内研究設備の実習希望
- 本文１：学籍番号，氏名
- 本文２：自己紹介：興味のある学問分野，研究について（１４０字程度）
- 本文３：第１希望研究室（先生の名前），希望理由（１４０字程度），参加可能な日時
- 本文４：第２希望研究室（先生の名前），希望理由（１４０字程度），参加可能な日時
Ａ学籍番号@edu.cc.uec.ac.jpメールにて送付すること．
受講申し込みのお知らせ
申し込みは締め切りました．
ガイダンス
時間：１０月６日（木）１限
場所：Ａ２０１
UECパスポートプログラムの目的とセミナーの内容をご案内した後，受講希望者数を調査します．