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ワークショップ・講演のご案内

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宇宙航空研究開発機構(きぼう利用センター)

テーマ

国際宇宙ステーションでの宇宙実験~学生も宇宙実験に参加している~

(1)地上から400キロにある有人宇宙施設、国際宇宙ステーションて?
国際宇宙ステーションには宇宙飛行士が常時滞在して、たくさんの宇宙実験を担当しています。まずは、宇宙ステーションを知りましょう。

(2)タンパク質実験から見えてくる創薬研究への貢献
宇宙兄弟の漫画を知っています?そこでは、宇宙飛行士が病気の治療薬を開発するための知見を宇宙で獲得したいという夢を語っていました。宇宙で実際にどのような実験が行われているのでしょうか。

(3)日本を含むアジアの中高生が宇宙実験に参加しています。
「AsianTry Zero-G」。それは日本を含むアジアの学生が自分で発案した物理実験を宇宙飛行士が行うプログラム。金井宇宙飛行士が担当した宇宙実験から微小重力の面白さを知りましょう。

(4)質問コーナー

【講師】有人宇宙技術部門きぼう利用センター
主任研究開発員 谷垣 文章 氏
主任研究開発員 岩田 茂美 氏

大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(KEK)

テーマ

20世紀の物理・21世紀の物理

19世紀末までに古典物理学の原理と方法が確立し、後は様々な現象にこの方法を応用していくことで自然が理解できる、と考える物理学者もいました。しかし、実際には、古典力学の理解も完全ではなく、また原子より小さなミクロな世界は、古典力学では記述できないことがわかってきました。

20世紀に入って、ミクロな世界を記述するためには、ニュートン力学では十分ではなく、量子力学という新たな力学原理が必要なことが分かりました。一方、マクロな世界では、アインシュタインの特殊・一般相対性理論により(古典)電気力学・重力を含めた、古典力学が完成しました。20世紀の100年間は、人類の自然に対する理解が、これまでになく急速に深まっていった時代でした。20世紀の終わりには、原子核よりさらに小さな世界から、宇宙の歴史を含む宇宙の全体像に至るまでを理解するに至ったのです。

ところが、21世紀に入って素晴らしい発見は続いているものの、物理学の進歩は20世紀に比べてその歩みが遅くなってきています。なぜ、物理学の進歩はここにきて、その歩みを緩めているのでしょうか?

私の講演では、20世紀に得られた科学的知見に基づいて、極微の世界である素粒子の世界と、広大な宇宙の構造と歴史に関する理解の進歩を説明したいと思います。そして、21世紀の物理学に残された課題と、物理学に進歩の減速についてお話しします。
若いみなさん方の力で、21世紀の物理学がさらに飛躍することを期待します。

【講師】栗原 良将 氏

国立研究開発法人物質・材料研究機構 磁性・スピントロニクス材料研究拠点

テーマ

世界最強ネオジウム磁石性能を極限まで引き出す革新技術~電子スピン操作とハルバッハ磁気回路構築~

永久磁石は、家電製品から自動車、大型放射光実験施設のビームラインに至るまで、あらゆるシーンで使用されています。反発力を利用した磁気浮上輸送システムにおいては、摩擦による発塵やエネルギー消費が原理的にゼロであることから、精密装置やエネルギー制約を受ける宇宙開発に適切と考えられています。さらにモーターにおいては、今後の電気自動車普及に伴って大量の需要が見込まれるため、最も重要な用途の一つです。

永久磁石の中でネオジウム磁石の磁束密度は今のところ最高です。しかし従来の性能を超える製品開発に貢献するためには、磁束密度をさらに極限まで強化することが求められます。我々はハルバッハ磁気回路に着目して磁石を試作したところ、同じ原料、体積でありながら従来比1.5倍の磁束密度強化に成功しました。これは使われる製品の性能が1.5倍に改善すること、または磁石コストを1.5分の1にできることを意味しています。また永久磁石開発の分野で1.5倍という値はインパクトが高いうえに、量産に適合する技術であることもポイントです。以上の技術革新の鍵は、磁石の根源である電子スピンの配列操作にありました。

当日の講義では、磁石の起源を電子(粒子)のスピンという量子力学の概念まで掘り下げて説明し、磁束密度強化に必要なアイデアに迫ります。次にハルバッハ磁石方式モーターの模型を用いたデモンストレーションを参加者(2人で1機)に行って頂き、ハルバッハ磁気回路の利点を体感してみます。最後に電子スピン操作を用いた最新の研究動向であるスピントロニクスを簡単に紹介します。

【講師】 物質・材料研究機構 主任研究員 磯上 慎二 氏

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

テーマ

身近に、そして暮らしに広がる量子・放射線の利用

猟師さんや漁師さんなら知っているけど、量子って何?

この世界を作っている原子や素粒子、そして原子から出るエネルギーである放射線や光まで、全てが「量子」です。

量子の仲間である放射線は、様々な特徴を活かして、私たちの暮らしを豊かにしたり、安全・安心なに生活を向上させるため、いろいろな分野で利用され役に立っています。

ワークショップでは
◎放射線は恐くないの?危険ではないの?
◎私たちの身近で、どのようなことに利用されているの?
◎量子を利用した研究は、他に何があるの?
などについて、わかりやすい説明をしてくれることで有名な講師が楽しくお話をします。
また、参加者に、放射線の性質や利用がよくわかる簡単な実験をしていただきます。
興味のある方のご参加をお待ちしています!

【講師】 量子科学技術研究開発機構 鈴木 國弘 氏

筑波大学体育系 ヒューマン・ハイ・パフォーマンス先端研究センター(ARIHHP)

テーマ

運動で脳を活性化 −スポーツ神経科学の最前線−

科学技術の発達によってもたらされる健康長寿社会において、「人と社会の活力低下問題」解決が不可欠であり、その解決方策として、健康体力を増進する「運動・スポーツ」が有望視されている。運動によって前頭葉や海馬などを刺激し、注意・判断、学習・記憶などいわゆる認知機能を高める証拠が積み上がっている。しかし、多くの研究が運動処方に不可欠な運動条件(様式や運動強度など)を検討しておらず、統合的な研究の推進が遅れている。

ARIHHPセンターでは動物を用いた基礎研究において、運動強度にこだわった独自の運動モデルを確立、軽い運動でも海馬の神経活動や神経可塑性は十分に高まること、その結果として認知機能が向上することを明らかにしている。また、橋渡し研究として、人でもfMRI(磁気共鳴機能画像法)やfNIRS(近赤外線分光分析法)を駆使し、同様の結果を得ており、これらの研究成果を基盤に音楽に合わせた楽しい運動スローエアロビックを考案・提唱している(資料1参照)。

ワークショップ当日は、参加者にスローエアロビックを体験してもらい、その際、簡便な気分尺度(資料2参照)を用い、運動前後の覚醒度快適度など気分の変化を数値化することで、軽運動の効果を実感してもらう。またその時、脳で何が起きているのか、前述した最新のスポーツ神経科学の研究をもとに解説する。なお、スローエアロビックのインストラクターには、考案者の1人(元エアロビック世界チャンピオン、ARIHHP研究員)を招聘予定である。

参考資料
1. 脳フィットネスを高めるスローエアロビック (征矢英昭 著、NHK出版)
https://www.aerobic.or.jp/slowaerobic/
2. 二次元気分尺度(坂入洋右、征矢英昭 作成)
https://www.imfine.co.jp/tdms/

【講師】 筑波大学体育系 ヒューマン・ハイ・パフォーマンス先端研究センター(ARIHHP)
助教 岡本正洋 氏

日本大学理工学部

テーマ

宇宙エレベーターで切り拓く未来の惑星開発

ロケットに代わり多くの人が宇宙旅行ができる夢の宇宙往還機として半世紀前に考案された宇宙エレベータ(軌道エレベータ)は、近未来の実現にむけて日本の企業や海外の研究機関などで様々な基礎研究が開始されています。全長10万㎞にも渡るケーブル軌道とケーブルを昇降するクライマー(昇降機)の開発には多くの課題があり、従来の宇宙技術だけでは実現が難しいのですが、先端ロボット技術や建設技術にこれらの課題を解決するヒントがあることが分かってきました。宇宙エレベーター実現までの道のりを皆さんと一緒に考えたいと思います。今回は火星のテラフォーミングに宇宙エレベーターを導入するお話も紹介させていただきます。

■宇宙エレベーターの仕組みを理解する
宇宙エレベーターは人や物資の宇宙空間への輸送をわずかなエネルギーで実現する合理的な仕組みです。どのように宇宙まで行って帰ってくるのかを動画や実験で説明します。

■宇宙エレベーター開発の現状を知る
日本の企業による開発計画、米国、ドイツなどで行われている競技会や製作したクライマーとその昇降実験、2018年にこうのとり7号機で打ち上げられた宇宙エレベーター実証衛星などの事例を示して開発の現状をご紹介します。

■宇宙エレベーター実現までの様々な課題について考える
宇宙エレベーター実現までに実験で確認することや克服しなければならないことが沢山あります。日本の科学者グループが研究開発しているハイブリット宇宙エレベーターや宇宙テザー技術などの説明を通じて、実現までの技術ロードマップについて考えてみましょう。

【講師】 日本大学理工学部 次長・教授 青木 義男 氏

東京農業大学 生命科学部 分子生命化学科

テーマ

バイオで作るプラスチックが、生き物と環境を守る

「プラスチック」と聞いて、皆さんはどんなイメージを持ちますか?

日常生活ではありとあらゆるところに使われている欠かせないものですが、石油を消費するとか、環境汚染のもとになっているなど、あまりいいイメージはないかもしれません。

でもプラスチックは私たちが日常目にする以外にも、意外なところであっと驚くような使われ方をしています。

また最近では石油からだけではなく、植物や微生物など、生き物からつくられる、あるいは生き物のはたらきで分解されるようなプラスチックが普及しつつあります。

このワークショップでは、そうしたプラスチックの面白い使われ方や、生き物からつくられる、あるいは生き物によって分解されるプラスチックを紹介し、人や環境とプラスチックの望ましいかかわり方について考えます。

【講師】 東京農業大学 生命科学部 分子生命化学科 准教授 石井 大輔(イシイ ダイスケ) 氏

東邦大学

テーマ

トランスサイエンス・科学の限界を超えて −生態系保全の最前線をテーマに−

■トランスサイエンス・科学が答えられる限界の先に
科学技術は高度に発展し、私たちの日々の生活に欠かせないものとなる一方、時に私たち人間社会に脅威を与えます。科学と私たちはどのように向き合っていけばいいのか。「科学に問うことはできても、科学だけでは解決しない問題」、トランス・サイエンスの課題について、最先端の環境科学をテーマに考えていきます。

■高校で「生物」を履修していなくても大丈夫!Twitterで講義の内容を同時解説します!!
スマホ片手に新しい講義体験をお楽しみください。

■私たちが便利な生活と引き換えに失ってしまったもの
豊かな生態系は生態系サービスとして我々の人間社会にあらゆる恵みをもたらしてくれています。一方で、私たちはそんな生態系を過去に例を見ない速さで破壊し、その恵みを自らうしなってしまいました。最新の研究によって、いま私たちのおかれている状況の危うさが浮き彫りになりつつあります。

■経済の発展と生態系の保全を両立するオフセットの仕組み
私たちは既に手にした便利な生活を手放すことはできませんし、世界にはまだまだ貧困で厳しい状況におかれている人々が数多くいます。経済的開発と社会の発展を持続可能な方法で実現するためにはどうしたら良いか。経済の仕組みを取り入れて生態系保全を実現する生物多様性オフセットの驚きのメカニズムについて解説します。

【講師】 東邦大学 理学部 生命圏環境科学科 准教授 柴田 裕希 氏

タンガルーマ 海洋教育保護センター

テーマ

科学で海洋動物の理解を深め、自然界との共存を計る
-自然環境への害を最小限に抑えた、オーストラリアのエコツーリズム感動の心を自然保護の力へ-

海洋生物学の研究が、なぜエコツーリズムに必要とされているのか?

マリンエジュケーション&コンサバーションセンターの母体、タンガルーマアイランドリゾート成功の秘密/背景。

オーストラリア第三の都市ブリスベン近郊の人気の観光地に、今も多様の動物が存在する理由。

科学研究を基に作られた、未来も考慮した上でのマネージメント計画。

野生動物から学ぶ自然のすばらしさ、人間が及ぼす影響。

海洋生物の理解を深め、私たちにできることを探ろう!!

【講師】 担当員

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 Japan Atomic Energy Agency

テーマ

ニホニウム ―日本初の新元素合成―
Nihonium -Discovery of New Element in Japan-

日本初、アジア初の新元素「ニホニウム」。

2016年に新たに周期表の仲間になったこの113番元素は、元素の元となる原子核を人工的に合成し、それを見つけるという方法で作られました。日本の大型加速器を用いた原子核物理研究の成果となります。

今回、「ニホニウム」がどのようにして合成・発見されたのか、その共同研究者の1人が直接皆様に説明します!

今回の成果を理解するために重要なポイントは、原子は中心にある原子核とそれを取り巻く電子から構成され、そしてその原子核が「陽子」と「中性子」という2種類の粒子から構成されている、という点です。
この「陽子」と「中性子」の組み合わせを変えることにより、様々な原子核や元素を作ることができます。

今回のワークショップでは、【(1)「宇宙の錬金術」:我々の身の周りの元素が宇宙の中でどのようにして作られていったか】、【(2)元素を人工的に作る「現代の錬金術」:元素を人工的に作る重元素物理学の現状】の2つを、基本となる原子核の状態から説明し、ロシア、ドイツなどとの熾烈な国際競争となったニホニウム合成・発見の経緯について分かり易く紹介します。
皆さんも原子核の世界の地図である核図表を使って、一緒に考えてみましょう。

また、今年2019年は「国際周期表年」です。これはメンデレーエフが元素の周期表のアイデアを提案してから150年目にあたるのを記念しています。
今回のワークショップを通して、元素の起源についての理解を深めてみませんか?

【講師】 先端基礎研究センター 重元素核科学研究グループ
研究主幹 小浦 寛之 氏
(茨城大学大学院 客員教授)

筑波大学 生存ダイナミクス研究センター

テーマ

想像から創造される未来:バイオテクノロジーに何ができる?
Imagination makes future creative: what can biotechnology do for a better life?

皆さんが毎日使っているスマホは、生活の必需品ですね。このような素晴らしい機器でも、20年前には存在しませんでした。では、なぜ開発できたのでしょうか?

「テクノロジーが進化したから」も一つの答えですが、もう一つ重要なことは、私たちが「こんな物があったら便利なのに・・」という想像が、新製品(カメラ、ラジオ、テレビ、電子レンジ、ビデオなど)を生みだしてきたことも事実です。

ご存知の iPS 細胞は、15年前にはありませんでした。遺伝子の情報を書き換えることができるゲノム編集技術が登場したのも、つい5年ほど前です。私たちの身近にある食物・食品や健康・医療を考えた時、美味しいものを沢山食べても病気にならず、長生きができるのも嬉しいかも知れません。しかし、20年後、50年後にどのようになっていれば私たちは幸せでしょうか?

想像から創造される未来について、遺伝子技術が拓くバイオテクノロジーから考えてみたいと思います。

【講師】 筑波大学 生存ダイナミクス研究センター 教授 深水 昭吉 氏

茨城県立土浦第一高等学校 地学部

テーマ

プラネタリウム上映

◆自作によるプラネタリウム上映
「プラネタリウムは、一度として同じ上映はありません。上映を担当する部員の好みで種類も変わります。
例えば神話好きなら神話の話を盛り込んだり、“メシエ天体”の話を盛り込む部員もいたり。これが手作りプラネタリウムの醍醐味です」

◆過去に体験した学生の感想
・小さいドーム型の空間の中で、手を伸ばすと星が触れそうなくらい、たくさんの星がきれいに見えた。
・構造についての簡単な説明がありましたが、投影する部分の見た目は本格的で、とても手作りとは思えなかったです。
・たくさんの星座を見ることができた。知らない星座の説明もあって、勉強になりました。

【講師】 茨城県立土浦第一高等学校 地学部

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