赤外自由電子レーザー研究センターI n f r a r e d F r e e E l e c t r o n L a s e r R e s e a r c h C e n t e r

実験室1

実験室2

実験室3

FEL装置室

FEL装置

FEL制御室レーザー光分配室

装置準備室

クライストロンRF電源

赤外自由電子レーザー研究センター（通称FEL-TUS: Free Electron Laser at Tokyo University of Science）は1999年4月、わが国初の赤外自由電子レーザー利用研究施設として本学野田キャンパスに設置されました。設立理念は、ユーザーフレンドリーなFELの設計、製作および高性能化を推進するとともにFELを用いる新しい光科学を開拓することにありました。つまり当研究センターは光源としてのFELの特徴を生かした「光利用研究」に重点を置いた研究施設として発

足し、その理念を維持したまま現在に至っています。当センターは2007年度文部科学省「先端研究施設共用イ

ノベーション創出事業」【産業戦略利用】に採択、さらに2009年度からは「先端研究施設共用促進事業」に参画している唯一の自由電子レーザーの研究施設です。学内の学術研究者や研究グループのみならず、広く大学・独立行政法人や産業界の外部機関に開放されています。

東京理科大学総合研究機構赤外自由電子レーザー研究センター（FEL-TUS）

RF電子銃

線形加速器

光発生部

赤外自由電子レーザー装置（IR-FEL）

Infrared Free Electron LaserResearch Center

赤外自由電子レーザー（IR-FEL）

利用例 赤外多光子吸収による新規化学反応の研究と分子創製IR-FELは特殊な時間構造を有する超短パルストレインを発振します。分子は一度に複数のFEL光子を吸収し、この赤外多光子過程によって分子内の化学結合の切断が容易に起こり、新しい分子の創製等が可能となります。この原理を利用して、同位体分離＊や分子内異性化反応＊＊等の研究が実施されています。

2

＊ 13C-selective infrared multiple photon dissociation of β-propiolactone by a free electron laser Y. Miyamoto, T. Majima, S. Arai, H. Akagi, A. Maeda, H. Hata, K. Kuramochi, Y. Kato and K. Tsukiyama Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. B, 269, 180-184(2011).

＊＊ Unimolecular isomerization from (CH3)3C-N≡C to (CH3)3C-C≡N induced by infrared free electron laser T. Kanda, Y. Kato, T. Imai and K. Tsukiyama Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. B, 269, 1944-1946(2011).

Infrared Multiphoton Dissociation Spectroscopic Analysis of Peptides and Oligosaccharides by Using Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry with a Midinfrared Free-Electron LaserK. Fukui, Y. Takada, T. Sumiyoshi, T. Imai and K. TakahashiJ. Phys. Chem. B 110, 16111-16116(2006).

利用例 微量生体高分子の構造解析真空中にトラップされた生体高分子イオンにIR-FELを入射し、多光子吸収解離（IRMPD）により得られたフラグメントの波長依存性を解析する。1

FEL波長掃引により得られたMSスペクトルFTICR MS

シリアル・ルイスX　[slex+Na]+

Ion source

SuperconductingMagnet

高出力短パルスレーザー光であり、なおかつ広範囲で波長連続可変

2. 赤外自由電子レーザーの特徴とその応用分野FEL-TUSに設置されている赤外自由電子レーザー（IR-FEL）は中赤外領域（5～14μm）に発振波長を持つ高出力のパルスレーザーです。この波長領域は分子の基準振動の振動数（図参照）に該当しており、ほとんどすべての物質（分子、機能性材料、生体細胞、etc.）が研究対象となります。またFELの数々の優れた特性は、図に示すようなさまざまな研究分野でそのポテンシャルを発揮することができます。

1. 自由電子レーザーとは

電子ビーム（使い捨て）

シンクロトロン放射光

アンジュレーター磁石

共振器ミラー

共振器ミラー

FEL光

産業界による共用事例

印刷業科学計測機器製造業材料食品メーカーライフサイエンス系研究所医療科学光学機器メーカー

業種 利用課題名FELによる有機機能材料の配向性評価技術の確立中赤外レーザーを用いた質量分析技術の開発安定同位体分離技術の検討FELを用いた有機物の反応制御氷を用いるソフトイオン化法の開発自由電子レーザー照射による分子構造の変化赤外自由電子レーザー照射による光学材料の挙動観察

電子ビームを加速器で高エネルギーまで加速1

共振器で増幅させたレーザー光を取り出す3

アンジュレーター磁石で蛇行させ光（シンクロトロン放射光）を発生

2

反応誘起に基づく分子創製

（例）赤外多光子励起による 新規化学反応

高出力・高輝度

偏光計測に基づく物性解析

（例）表面・界面における 化学結合の配向性 の解析

直線偏光性

時間分解計測に基づく動的現象の解析

（例）pump-and-probe法による ダイナミクス追跡（例）時間分解サーモグラフィーに よる熱的ダイナミクスの追跡

パルス性分光計測に基づく構造解析

（例）気相における クラスターの 分子構造解析

中赤外における波長選択性

IR-FEL

700 900

14 10 8 7 6 512

1100 1300 1500 1700 1900 cm-1

μm

C-C伸縮、変角

C-F 伸縮

C-N、C-O 伸縮

FEL光の時間構造

発振波長　5～14μm

N-H 変角

C-H 変角 C=C 伸縮C=O 伸縮

ミクロパルスが多数集まったマクロパルスが5Hzで出力

Infrared Free Electron LaserResearch Center

赤外自由電子レーザー（IR-FEL）

利用例 赤外多光子吸収による新規化学反応の研究と分子創製IR-FELは特殊な時間構造を有する超短パルストレインを発振します。分子は一度に複数のFEL光子を吸収し、この赤外多光子過程によって分子内の化学結合の切断が容易に起こり、新しい分子の創製等が可能となります。この原理を利用して、同位体分離＊や分子内異性化反応＊＊等の研究が実施されています。

2

＊ 13C-selective infrared multiple photon dissociation of β-propiolactone by a free electron laser Y. Miyamoto, T. Majima, S. Arai, H. Akagi, A. Maeda, H. Hata, K. Kuramochi, Y. Kato and K. Tsukiyama Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. B, 269, 180-184(2011).

＊＊ Unimolecular isomerization from (CH3)3C-N≡C to (CH3)3C-C≡N induced by infrared free electron laser T. Kanda, Y. Kato, T. Imai and K. Tsukiyama Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. B, 269, 1944-1946(2011).

Infrared Multiphoton Dissociation Spectroscopic Analysis of Peptides and Oligosaccharides by Using Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry with a Midinfrared Free-Electron LaserK. Fukui, Y. Takada, T. Sumiyoshi, T. Imai and K. TakahashiJ. Phys. Chem. B 110, 16111-16116(2006).

利用例 微量生体高分子の構造解析真空中にトラップされた生体高分子イオンにIR-FELを入射し、多光子吸収解離（IRMPD）により得られたフラグメントの波長依存性を解析する。1

FEL波長掃引により得られたMSスペクトルFTICR MS

シリアル・ルイスX　[slex+Na]+

Ion source

SuperconductingMagnet

高出力短パルスレーザー光であり、なおかつ広範囲で波長連続可変

2. 赤外自由電子レーザーの特徴とその応用分野FEL-TUSに設置されている赤外自由電子レーザー（IR-FEL）は中赤外領域（5～14μm）に発振波長を持つ高出力のパルスレーザーです。この波長領域は分子の基準振動の振動数（図参照）に該当しており、ほとんどすべての物質（分子、機能性材料、生体細胞、etc.）が研究対象となります。またFELの数々の優れた特性は、図に示すようなさまざまな研究分野でそのポテンシャルを発揮することができます。

1. 自由電子レーザーとは

電子ビーム（使い捨て）

シンクロトロン放射光

アンジュレーター磁石

共振器ミラー

共振器ミラー

FEL光

産業界による共用事例

印刷業科学計測機器製造業材料食品メーカーライフサイエンス系研究所医療科学光学機器メーカー

業種 利用課題名FELによる有機機能材料の配向性評価技術の確立中赤外レーザーを用いた質量分析技術の開発安定同位体分離技術の検討FELを用いた有機物の反応制御氷を用いるソフトイオン化法の開発自由電子レーザー照射による分子構造の変化赤外自由電子レーザー照射による光学材料の挙動観察

電子ビームを加速器で高エネルギーまで加速1

共振器で増幅させたレーザー光を取り出す3

アンジュレーター磁石で蛇行させ光（シンクロトロン放射光）を発生

2

反応誘起に基づく分子創製

（例）赤外多光子励起による 新規化学反応

高出力・高輝度

偏光計測に基づく物性解析

（例）表面・界面における 化学結合の配向性 の解析

直線偏光性

時間分解計測に基づく動的現象の解析

（例）pump-and-probe法による ダイナミクス追跡（例）時間分解サーモグラフィーに よる熱的ダイナミクスの追跡

パルス性分光計測に基づく構造解析

（例）気相における クラスターの 分子構造解析

中赤外における波長選択性

IR-FEL

700 900

14 10 8 7 6 512

1100 1300 1500 1700 1900 cm-1

μm

C-C伸縮、変角

C-F 伸縮

C-N、C-O 伸縮

FEL光の時間構造

発振波長　5～14μm

N-H 変角

C-H 変角 C=C 伸縮C=O 伸縮

ミクロパルスが多数集まったマクロパルスが5Hzで出力

Infrared Free Electron LaserResearch Center

赤外自由電子レーザー（IR-FEL）

利用例 赤外多光子吸収による新規化学反応の研究と分子創製IR-FELは特殊な時間構造を有する超短パルストレインを発振します。分子は一度に複数のFEL光子を吸収し、この赤外多光子過程によって分子内の化学結合の切断が容易に起こり、新しい分子の創製等が可能となります。この原理を利用して、同位体分離＊や分子内異性化反応＊＊等の研究が実施されています。

2

＊ 13C-selective infrared multiple photon dissociation of β-propiolactone by a free electron laser Y. Miyamoto, T. Majima, S. Arai, H. Akagi, A. Maeda, H. Hata, K. Kuramochi, Y. Kato and K. Tsukiyama Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. B, 269, 180-184(2011).

＊＊ Unimolecular isomerization from (CH3)3C-N≡C to (CH3)3C-C≡N induced by infrared free electron laser T. Kanda, Y. Kato, T. Imai and K. Tsukiyama Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. B, 269, 1944-1946(2011).

Infrared Multiphoton Dissociation Spectroscopic Analysis of Peptides and Oligosaccharides by Using Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry with a Midinfrared Free-Electron LaserK. Fukui, Y. Takada, T. Sumiyoshi, T. Imai and K. TakahashiJ. Phys. Chem. B 110, 16111-16116(2006).

利用例 微量生体高分子の構造解析真空中にトラップされた生体高分子イオンにIR-FELを入射し、多光子吸収解離（IRMPD）により得られたフラグメントの波長依存性を解析する。1

FEL波長掃引により得られたMSスペクトルFTICR MS

シリアル・ルイスX　[slex+Na]+

Ion source

SuperconductingMagnet

高出力短パルスレーザー光であり、なおかつ広範囲で波長連続可変

2. 赤外自由電子レーザーの特徴とその応用分野FEL-TUSに設置されている赤外自由電子レーザー（IR-FEL）は中赤外領域（5～14μm）に発振波長を持つ高出力のパルスレーザーです。この波長領域は分子の基準振動の振動数（図参照）に該当しており、ほとんどすべての物質（分子、機能性材料、生体細胞、etc.）が研究対象となります。またFELの数々の優れた特性は、図に示すようなさまざまな研究分野でそのポテンシャルを発揮することができます。

1. 自由電子レーザーとは

電子ビーム（使い捨て）

シンクロトロン放射光

アンジュレーター磁石

共振器ミラー

共振器ミラー

FEL光

産業界による共用事例

印刷業科学計測機器製造業材料食品メーカーライフサイエンス系研究所医療科学光学機器メーカー

業種 利用課題名FELによる有機機能材料の配向性評価技術の確立中赤外レーザーを用いた質量分析技術の開発安定同位体分離技術の検討FELを用いた有機物の反応制御氷を用いるソフトイオン化法の開発自由電子レーザー照射による分子構造の変化赤外自由電子レーザー照射による光学材料の挙動観察

電子ビームを加速器で高エネルギーまで加速1

共振器で増幅させたレーザー光を取り出す3

アンジュレーター磁石で蛇行させ光（シンクロトロン放射光）を発生

2

反応誘起に基づく分子創製

（例）赤外多光子励起による 新規化学反応

高出力・高輝度

偏光計測に基づく物性解析

（例）表面・界面における 化学結合の配向性 の解析

直線偏光性

時間分解計測に基づく動的現象の解析

（例）pump-and-probe法による ダイナミクス追跡（例）時間分解サーモグラフィーに よる熱的ダイナミクスの追跡

パルス性分光計測に基づく構造解析

（例）気相における クラスターの 分子構造解析

中赤外における波長選択性

IR-FEL

700 900

14 10 8 7 6 512

1100 1300 1500 1700 1900 cm-1

μm

C-C伸縮、変角

C-F 伸縮

C-N、C-O 伸縮

FEL光の時間構造

発振波長　5～14μm

N-H 変角

C-H 変角 C=C 伸縮C=O 伸縮

ミクロパルスが多数集まったマクロパルスが5Hzで出力

生命医科学研究所

吉野家

柏IC→

東武野田線

15号館

16号館

1号館

2号館

4号館

3号館 5号館

6号館

8号館

10号館

11号館

正門

基礎工学部

理工学部

薬学部

運河駅

16

14号館 13号館

7号館

9号館

12号館

飯田橋駅

上野駅

大宮駅

新宿駅

東京駅

JRつくばエクスプレス東武野田線

神楽坂キャンパス

秋葉原駅 船橋駅

千葉駅

柏駅

流山おおたかの森駅運河駅

野田キャンパス

IR-FEL利用の流れ

交通アクセス

東京理科大学 総合研究機構赤外自由電子レーザー研究センター

利用相談利用申込

利用課題申請書の提出 施設利用 利用成果

報告書の提出課題選定委員会による審査・選定

随時

専門技術スタッフとリエゾンが申請までサポート 技術指導研究員による技術サポート

成果占有・公開延期可能

《車でのアクセス》常磐自動車道 柏ICから車で約9分（国道16号線を春日部方面に進み、吉野家16号線下三ヶ尾店の先の信号を左折）

［野田キャンパス］

JR山手線…秋葉原駅乗換え→（つくばエクスプレス）流山おおたかの森駅乗換え→（東武野田線）運河駅まで[約41分]JR山手線…上野駅乗換え→（JR常磐線快速）柏駅乗換え→（東武野田線）運河駅まで[約49分]

秋葉原駅から

東京駅から

上野駅から

東武野田線「運河駅」下車

つくばエクスプレス…流山おおたかの森駅乗換え→（東武野田線）運河駅まで[約38分]

JR常磐線快速…柏駅乗換え→（東武野田線）運河駅まで[約43分]

千葉駅から

大宮駅から東武野田線…運河駅まで[約60分]

JR総武線…船橋駅乗換え→（東武野田線）運河駅まで[約60分]

〒278-8510 千葉県野田市山崎2641TEL：04-7121-4290 ／ FAX：04-7121-4298URL：http://www.rs.noda.tus.ac.jp/fel-tus/ http://www.rs.noda.tus.ac.jp/liaison/　E-mail: fel-tus@rs.noda.tus.ac.jp

赤外自由電子レーザー研究センター

野田キャンパス

案 内 図