新材料開発や創薬など多くの分野で中性子が欠かせないツールとなりつつある。茨城県東海村にある大強度陽子加速器施設「Ｊ―ＰＡＲＣ」（ジェイパーク）はリチウムイオン電池の研究や高強度材料の開発などに大きく貢献。日本原子力研究開発機構の研究用原子炉「ＪＲＲ―３」は運転再開に向け動き始めた。産業界や大学から利用の要望が多い中性子利用施設を両輪としてフル稼働することで日本の産業発展が期待される。

　中性子は原子の中心にある原子核を構成する粒子の一つ。電荷を持たず、透過性がきわめて高い。Ｘ線で観察が困難な水素やリチウムなどの軽い元素を観察できる。日本での中性子利用施設として産業利用できる施設はＪＲＲ―３と、原子力機構と高エネルギー加速器研究機構が共同運営するＪ―ＰＡＲＣの「物質・生命科学実験施設」（ＭＬＦ）の２施設だ。

　ＪＲＲ―３とＭＬＦは機能を補完する関係にある。ウラン燃料の核分裂連鎖反応を使い中性子の定常ビームを作るＪＲＲ―３に対し、ＭＬＦは光速近くまで加速した陽子を水銀標的に当て、水銀の原子核が破壊され内部から中性子が４０ミリ秒ごとに飛び出す仕組みだ。

　「ＭＬＦでの観察が広い視野を捉える航空写真とすれば、ＪＲＲ―３は局所を精密に望遠レンズで撮るイメージ」（原子力機構原子力科学研究所の武田全康物質科学研究センター長）で、効率的かつ高精度に観察するには両施設をうまく使い分ける必要がある。欧州連合（ＥＵ）や米国、中国などは両タイプの中性子利用施設を持ち、それらを連携させることで相乗効果を高めている。

　ＭＬＦの産業利用採用件数の約３割はリチウムイオン電池関連が占める。電気自動車（ＥＶ）の普及に向け開発が進む全固体リチウムイオン電池の研究にも貢献している。東京工業大学とトヨタ自動車はＭＬＦの粉末中性子回折装置を使い、電流の出力を高められる電池材料を発見した。さらにたんぱく質中の水分子の動きを中性子で観察し、たんぱく質の機能を解明することで創薬につなげる研究も始まっている。

　ＭＬＦでは４月、利用運転の中性子ビーム出力を３００キロワットから５００キロワットに上げた。

　さらに１０００キロワットの利用運転を目指し、標的容器の改良を進めている。高強度化すれば実験にかかる時間を短縮でき、より多くのユーザーに利用機会を提供できる。ニーズの多様化にあわせ、新たな測定手法の確立にも取り組む。

　２００８年に稼働したＭＬＦに先立ち、初の国産原子炉であるＪＲＲ―３も、大学の基礎研究の用途などの中性子源として多くの中性子ビーム実験や照射に使われてきた。産業利用はトラブルによる停止があった０９年を除き、右肩上がりに増加。日産自動車が０８年、中性子の透過性を生かし駆動中のエンジン内部の潤滑油挙動の可視化を発表するなど、多くの企業が中性子を使った新しい研究開発手法を取り入れ始めた。

　だが、１１年の東日本大震災後に国の新規制基準対応のため稼働を停止。企業や大学は海外の中性子利用施設を使い実験せざるを得なくなった。中性子産業利用推進協議会（今井敬会長＝新日鉄住金名誉会長）の林眞琴事務局長は、「ＪＲＲ―３は世界で勝つための製品開発に不可欠で、できるだけ早く復旧してほしい」と訴える。

　原子力機構は１８年中にも設置変更許可取得を見込み、２０年秋の運転再開に向け１９年度には耐震補強工事に着手する予定だ。

　今後、中性子利用はますます多様な分野に広がるとみられる。斉藤直人Ｊ―ＰＡＲＣセンター長は「これからニーズが増えるのはたんぱく質の機能解明などの生命科学分野。生体試料の観察には凍らせる場合が多いが、中性子を使えばそのままの状態で実験できる」と強調する。