核放射線物理グループは、国内有数の大型サイクロトロンを用いて原子核物理学や加速器科学及び放射線検出器開発から医学応用研究まで幅広い研究を行っており、加速器核物理研究部と応用核物理学研究部の2研究部から構成されます。拠点とする先端量子ビーム科学研究センター青葉山事業所は、サイクロトロンの多目的利用と放射性物質（RI）管理並びに短寿命・高レベルRIの利用推進を目的とした、学部横断的な研究施設です。

　核放射線物理学は、核反応や不安定核の崩壊等によって放出される様々な放射線を計測・解析することによって、原子核内部の多彩な振舞い、すなわち核構造や核反応、核子―核子相互作用等を実験的に究明するものです。本グループでは、更にこれらの研究に不可欠な加速器・測定器の開発研究も行っています。

　加速器核物理研究部のプロジェクトには、現在大きく以下の3つがあります。

1. 宇宙における元素合成過程の解明
   元素合成過程の中でも特に重要なトリプルアルファ反応の高温・高密度環境下での反応率を求める研究を行っています。
2. 原子核におけるクラスター構造の研究
   原子核にはアルファ粒子を準構成要素（クラスター）として記述できる状態が存在します。その中でも特に全てのアルファ粒子が最低エネルギー状態に凝縮したアルファ凝縮状態の実験的探索を推進しています。
3. 上サイクロトロンやイオン源の高度化
   上記の研究を推進するために必要なサイクロトロンの開発のみならず、革新的医療用RI製造に向けた大強度負イオン加速システムの開発を行っています。

　応用核物理研究部では、サイクロトロンからの高エネルギーイオンビームを用いた照射技術と３D線量評価技術の開発、大強度ビームの核反応による熱/熱外中性子ビーム生成（小型加速器中性子源）、及び高精度照射技術開発を行っています。さらには、工学研究科との共同研究で室温動作可能な高分解能・高検出効率の臭化タリウム半導体検出器を開発し、原子核物理、粒子線治療やホウ素中性子捕捉療法に関する先進的な医学物理研究など、基礎から応用にわたる幅広い分野の研究を推進しています。