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原子力エネルギーと粒子ビームの深い理解に不可欠である量子エネルギー工学は総合工学であり、大学院学生は自身の専門に加えて量子エネルギー工学全体について深い理解を有していることが不可欠である。本授業においては、プラズマ計測、材料損傷・評価、加速器、流動等の量子エネルギー工学のいくつかの基幹要素に関する重要課題に関する座学と実習により、量子エネルギー工学全体について理解を深めるとともに、これらの課題に関する実践的知識を得ることを目的とする。
※本講義ではGoogle Classroomを使用して講義情報を発信します（クラスコード：c5xgwhd）。
Quantum energy engineering, which is indispensable for nuclear energy and particle beams, is comprehensive engineering. Graduate students are expected to have a deep understanding of quantum energy engineering as a whole in addition to their own specialties.
The purpose of this class is to deepen understanding of quantum energy engineering as a whole and acquire practical knowledge related to some key elements, such as plasma measurement, material damage and evaluation, accelerator and flow, through lectures and practical training.
*In this class, lecture information will be sent via Google Classroom (class code: c5xgwhd).
Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
我々の日常生活を支えている電気の３０パーセントは、原子力のエネルギーである。また、人の命を守るレントゲン写真機は、量子現象を利用したものである。電子・原子核・原子がおりなす量子現象の応用技術は、日常製品から、医療、宇宙開発まであらゆる分野で用いられている。空想から科学に実現する量子サイエンスを理解するために必要な基礎知識とその理解を得る。
２．概要
量子サイエンスは、電子・原子核・原子など物質を構成する粒子の本質、それらがおりなす現象、および、これらの人類のための応用を追及した学問である。電子・原子核・原子がどのようにできたかは、宇宙の創成にまで遡る。そして、物質からヒトまで、量子現象およびその応用と密接に関係している。さらに、原子力開発、宇宙開発などの巨大科学は、これらの知識のもとに展開される。これらの概要を系統的に説明する。
３．達成目標等
この授業では、電子・原子核・原子と自然との関わりについての基礎的知識とその現象の工学応用の広さを理解する能力を修得することを目標とする。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
1. Purpose
The applications of quantum science and technology have contributed to the development of the modern society significantly by making our dreams a reality. Nuclear energy contributes to approximately 30 percent of the electricity supply; X-ray radiography is indispensable in medical fields. In this course students learn fundamentals of the quantum science and technology necessary for studying in the Course of Quantum Science and Energy Engineering.
2. Summary
This course provides the general overview of the quantum science and technology as well as related topics including the Big Bang, nuclear power and space developments. Subsequently laboratories belonging to the Course of Quantum Science and Energy Engineering explain their research fields.
3. Goal
Students are expected to gain fundamental knowledge on electrons, nuclides, and atoms, and their characteristics used in various engineering applications.
Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
機械知能・航空実験Ⅰを基礎に、機械知能・航空工学科 量子サイエンスコースにおける専門知識の実践的な理解を目的とする。
２．概要
各専門科目の講義で修得した知識を基にして、下記のテーマについての実験を行う。実験には量子サイエンスコースの学生実験室、放射性同位元素実験室、および臨界未満装置実験室において専用の実験装置を用いる。
３．達成目標等
この実験では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。
・各専門科目の講義で修得した知識の理解を深めるとともに実験手法を体得する。
・卒業研究の研究実験のための素地を養う。
※本講義は、Google Classroomを利用する場合がある。その場合のクラスコードは「axcxv3f」である。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
1. Aim
Based on Experiment I, the aim of Laboratory Experiment II is for students to understand practical expertise in the course of Quantum Science and Energy Engineering, Department of Mechanical and Aerospace Engineering.
2. Overview
Based on the knowledge obtained in the lectures of each specialized subject, following experimental themes will be performed at the experiment room, radioisotope laboratory and subcritical assembly in the course of Quantum Science and Energy Engineering.
3. Achievement target
The purpose of this experiment is to acquire the following abilities.
・deepen understanding of knowledge obtained in lectures in each specialized subject
・cultivate a foundation for research experiments in graduation research
※This class may use Google Classroom. In that case, the class code is "axcxv3f".
放射線、原子核の発見とそれに伴う量子力学の構築・発展により、化学の基礎となる原子の構造が明らかになり、化学結合、化学反応の微視的な理解ができるようになった。原子核と原子・分子にはエネルギーや粒子サイズのスケールは違うが、同じ量子力学的有限多体系として記述され、共通の概念で理解できる事が多い。
講義では、原子核の構造、壊変現象、壊変現象や放射線が原子分子へ及ぼす影響、元素の起源を、歴史的背景や最近の話題を織り交ぜ、分かり易く解説する。また、12月に行われる非密封放射性物質を用いた放射化学実験の解説も行う。
Due to the discovery of radiation and nuclei and the development of quantum mechanics accompanying it, the structure of the atom which becomes the basis of chemistry became clear, and microscopic understanding of chemical bonding and chemical reaction became possible. Although the scale of energy and particle size is different for nucleus and atom/molecule, both of them are written in the same quantum mechanical finite multi-body system, and can often be understood with common concepts. In the lecture, the structure of nuclei, disintegration phenomenon, disintegration phenomenon, the influence of radiation on atomic molecules, the origins of elements intertwined with the historical background and recent topics will be explained clearly. The radiochemical experiments using non-sealed radioactive materials to be held in December will be explained
Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
本講では、核融合エネルギーの全体像とその基礎となるプラズマ物理及び核融合炉工学の理解を目指す。
授業の前半には、プラズマの基本的振る舞い、磁場中での荷電粒子の軌道、粒子的側面（衝突や拡散）、流体的側面などプラズマ物理学の基礎を概説したのち、プラズマ閉じ込めのための磁場構造、プラズマの平衡と安定性、プラズマ輸送など、核融合プラズマの閉じ込めに関する物理を解説する。
授業の後半では、核融合を実現するための応用技術として、プラズマ加熱、プラズマ計測、材料科学、核融合炉システムの概要を解説する。
・講義に関連する情報、講義資料、レポート課題及び小テスト問題は、すべてGoogle Classroomに掲示する。受講を希望する学生は必ずGoogle classroomに登録すること。
・講義は、対面で行う。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")
The aim of this course is to develop a comprehensive understanding of fusion energy. In the initial part of the course, fundamental concepts of plasma physics will be introduced, emphasizing plasma behaviors such as charged particle motions, collisional effects, and fluid dynamics. Moreover, the basics of fusion plasma will be elucidated, building upon principles of plasma physics. This section will encompass topics like magnetohydrodynamic equilibrium, stability of fusion plasma, and plasma transport. In the latter half of the course, various applications toward fusion energy will be explored, including plasma heating, diagnostics, materials science, and fusion reactor systems.
• All essential information, lecture notes, report assignments and small tests will be posted on Google Classroom.
• Lectures will be conducted in person.
本講義では、原子核の性質、原子核の構造、原子核の崩壊、放射線と物質との相互作用を理解するために必要な原子核物理学の基礎を学び、その応用として放射線検出器、粒子加速器、原子力及び核融合の基礎知識を得る。
In this class, students will learn about the introductory nuclear physics to understand nuclear properties, nuclear structure, nuclear decay and interaction of radiation with matter, and achieve the basic knowledge of radiation detectors and particle accelerators, and nuclear power generation (nuclear fission and fusion) as applications of nuclear physics.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
原子力エネルギーシステムを学ぶ上で必要な放射線と放射能、原子力エネルギー発生の基本を学ぶと共に、エネルギーシステムにおける放射線と物質の相互作用を理解することで、安全性や廃棄物について理解する上で必要な基礎を理解することを目的とする。
核燃料は原子炉のエネルギーと中性子の発生源である。核燃料の種類やその基本特性を学ぶとともに、原子炉特有の運転環境で使われる燃料被覆管や構造材料について、その基本特性と製造及び加工法、原子炉での使用中における中性子と材料の相互作用による性質変化の基礎過程とそれによる特性の劣化について学ぶ。また核燃料サイクルや構造材料を含む廃棄物管理などの基本概念についても説明する。
同様に核融合反応によるエネルギーを利用する核融合炉についても、放射線と材料との相互作用と物理・化学的特性変化、安全性と廃棄物取り扱いなどについても学ぶ。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
The goal of this course is understanding of basic properties of various materials which consist of nuclear power systems including fission and fusion power reactors. This course will provide concise introduction of radiation and radioactivity, nuclear reactions for energy systems, interaction between radiation and materials, safety of nuclear systems and radioactive wastes.
Following topics will be introduced.
Types of nuclear fuels and their basic properties, fabrication and manufacturing process.
Fuel clad and structural materials of fission reactors, fabrication and manufacturing process.
Degradation process during reactor operation period caused by neutron irradiation.
Base of interaction between energetic particles and materials through energy transfer by collisions.
Waste management of the nuclear materials.
Materials of fusion reactor : fabrication and manufacturing processes, material properties, degradation process, safety and waste management.
有限量子多体系である原子核は陽子と中性子で構成され、強い相互作用により様々な性質や構造が現れる。これらは原子核反応や崩壊の測定により実験的に解明されてきた。本講義では核子あたり数MeVから数百MeVのエネルギー領域における原子核反応・散乱実験について解説し、そこから明らかにされてきた原子核構造や集団運動状態について、最近のトピックスを織り交ぜて紹介する。
The nucleus, which is a finite quantum many-body system, is composed of protons and neutrons and have various properties and structures due to the strong interaction. These have been elucidated experimentally by observing the nuclear reaction and decay. Students will learn knowledge and experimental techniques of nuclear reaction and scattering experiments in the energy region from several MeV to several hundred MeV per nucleon. The experimental studies of nuclear structure and collective motion including recent works are introduced.
Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
半導体分野で電子デバイスやLSIを構築するための基礎となる電子材料の物性と製造技術、半導体プロセスの基礎原理と要素技術について、評価技術を含めて総合的に講義する。
授業にはGoogle Classroomを利用します。Google Classroomにアクセスし、クラスコードを入力して下さい。講義資料はISTUまたはGoogle Classroomにアップロードします。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")
This lecture gives essential and widespread knowledge concerning electronic materials and processing as follows. The physical properties and fabrication technique of electronic materials for a basis of constructing electronic devices and LSIs in the semiconductor field, a basic principle of semiconductor process and elemental technologies, and evaluation techniques.
Lectures are given online via Google Classroom. Please access to Classroom and input the code. Lecture notes are uploaded to ISTU or Google Classroom.
原子核を構成する陽子・中性子は、クォークという素粒子から作られた複合粒子であることが分かっている。クォークは単体として陽子・中性子（ハドロン）から取り出すことは出来ないが、ビックバンにより宇宙が開闢した直後には、宇宙はクォークが自由に飛びまわるクォークのガス状態だったと考えられる。宇宙の膨張により温度が下がると、クォークは陽子・中性子の中に閉じ込められ、軽い原子核を作り、電子をまとい原子を形成した。さらに重力によって原子が集まり星が形成されると、星の中でより重い原子核（すなわち重い元素）が合成された。最終的には超新星爆発や中性子星合体によってさらに重い原子核が合成され宇宙にばらまかれ、我々の世界の物質を構成する様々な元素が作られていったと考えられている。これら全ての過程を統一的に理解することは、物質科学の出発点ともいうべき壮大なテーマであり、それこそが、現代の原子核物理学＝ハドロンや原子核など強い相互作用に支配されたクォーク多体系の物理学、の使命である。
本講義では、こうした物質進化の歴史に沿って、クォークからスタートして原子核物理学を概観する。また、どういう実験事実からそれが分かってきたのか、最先端の研究の状況はどうか（例えば、中性子星内部の未知物質を加速器実験で解明しようとする実験など）、といった点にも触れながら講義を行う。
It is known that the protons and neutrons that compose atomic nuclei are composite particles made of elementary particles called quarks. Although quarks cannot be extracted from protons and neutrons (hadrons) as single particles, it is believed that immediately after the creation of the universe by the Big Bang, the universe was in a quark gas state with quarks flying around freely. As the temperature dropped due to the expansion of the universe, quarks were confined in protons and neutrons, which formed light nuclei and then created atoms by clothing electrons. After that, gravity brought the atoms together to form stars, and heavier nuclei (i.e., heavier elements) were synthesized within the stars. Finally, supernova explosions and neutron star mergers produced even heavier nuclei and dispersed them throughout the universe to create the variety of elements that make up the matter in our present world. Understanding all these processes in a unified manner is a grand theme as the starting point of material science, and this is the mission of modern nuclear physics, i.e., the physics of quark many-body systems such as hadrons and nuclei governed by strong interaction.
In this lecture, I will give an overview of nuclear physics starting from quarks along the history of matter evolution. The lecture will also touch on what kind of experimental facts have led to this understanding, and the state of the art of research (e.g., accelerator experiments to elucidate unknown matter in neutron stars).