產官學合作斥資81億！日本仙台巨大顯微鏡「奈米露台」：不需真空構造也能看見原子物質

日本仙台新落成的「奈米露台」，有望用於半導體與電動車材料方面，明年將正式啟用。此案雖是政府主推，但民間積極參與使得該案草擬迄完工僅費時8年，目前已有不少企業登記使用。

日本文部科學省與量子科學技術研究開發機構（下稱量研機構）、東北大學青葉山校區、一般財團法人光科學創新中心合作，斥資360億日圓（約81億台幣）打造出次世代同步輻射設施「奈米露台」。它利用比陽光強10億倍的光源，可以看見原子大小的物質，因此又稱「巨大顯微鏡」，預料對於往後的半導體與電池材料開發會有所貢獻。

以環狀呈現的「奈米露台」周長349公尺，其作動方式為把與光速近乎等速的「電子光波」令其與磁力產生振動反應，接著放射出的同步輻射可讓0.1奈米（1奈米=10億分之1公尺）大小的原子物質現形。預計2024年就會正式啟用，每年營運費用約30億日圓。

目前登記使用的企業，有生活用品製造商愛麗思歐雅瑪、日本電信業龍頭NTT、化學醫藥品公司長瀨產業、化工藥水公司日本高純度化學、化妝品公司POLA化成工業等等。

一般光學顯微鏡的可視光反應，大多只能看見200奈米左右的物體，若想看見更微小的原子物質，就必須透過電子顯微鏡才行。但，受限於電子顯微鏡內部裝置須保持真空狀態，在沒有水份的情況下，很難觀察到物質在自然環境中產生的量變或質變。

不需真空構造 也能看見原子物質

奈米露台能夠在非真空狀態下，觀察極微細物質在自然環境中產生的變化。目前具備發出3吉（Giga）伏特高能量電子光束的能力，實證過程順利，年底之前會持續驗證同步輻射放出的穩定性。

設施正式啟動後，可運用在半導體、磁鐵、催化劑、食品等多項領域。例如，若是可以了解電子的狀態或質變情況，除了能夠促進次世代半導體的研發效率與精度外，在電動車電池與馬達、橡膠與塑膠等高分子材料、醫藥品方面的發展也有幫助。

日本此前較有名的同步輻射設施「SPring8」建於1997年，地點於兵庫縣佐用町。當時就利用該設施發出短波長光，光線穿過物質之後就能對物質構造進行解析，特別在金屬等重元素的研究上面特別有效。

奈米露台將波長較長的光透過高輝度顯影，就能觀察碳素、氮等輕元素以及物質表面變化，連電子的狀態都能一目瞭然。相較於SPring8，奈米露台可以發出比SPring8強100倍的長波長光，能夠觀察更加細微的物質，是全球首屈一指的次世代同步輻射設施。

量研機構次世代同步輻射設施整備開發中心，加速器團隊主管西森信行表示：「（奈米露台）有助於高性能催化劑、低耗電電子裝置的研發。」

產官學共同籌建研究 投入先進設備開發

奈米露台的建設結合了日本政府、仙台本地企業、地方政府、東北大學等產官學界的力量，透過各界的出資、集思廣益、實證作業等，分別為奈米露台這樣的大規模科學研究設施貢獻一己之力。

傳統上，大規模科學研究設施的建設基本上都是政府主導，當然也是政府出資。例如前述的SPring8，當初立案時就以學術研究目的為由，由政府負擔1100億日圓的工程費用。

但，此次打造奈米露台的360億日圓資金，政府只負擔170億日圓與建築物、工程用地提供等，其餘款項全由民間贊助分攤。

民間會如此積極參與的理由，在於2011年東日本大震災後仙台受創嚴重，因此地方政府與民間企業希望透過次世代同步輻射設施的建立，來促進地方產業振興。該案自2016年開始研擬可行方案，2018年就由東北大學選定施工地點。

量研機構理事長小安重夫表示：「為了增加民間使用奈米露台的意願，我們會持續展示奈米露台的具體成果。」

大規模科學研究設施若僅由政府擔綱建設，效率通常不高，因此會需要民間的力量，若是產官學能一併合作，就能有效提升效率。對於企業來說，若是設施的技術可促進產品研發與改良，他們就會願意共同出資參與；對於學界來說，若是設施有效促進科學研究，對科研有所貢獻與突破，學界參與實證的意願也會提高。

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