(57)【要約】【課題】超高密度重水素化ナノ粒子を用いる核融合反応により、多量の発熱とヘリウムとを造出する方法、及びその装置を提供すること。【解決手段】本発明では、金属ナノ超微粒子に重水素を固溶させ、かつ、重水素の凝縮体を形成させることにより原子比（重水素／金属）２００％以上の超高密度重水素化ナノ粒子を得、次いで、該粒子及び／又は上記重水素凝縮体にエネルギーを加え、核融合反応を惹起せ、多量の発熱とヘリウムとを造出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱およびヘリウムを発生させる方法であって、
金属ナノ超微粒子に重水素原子を固溶させることにより、原子比（Ｄ／Ｐｄ）が２５０％以上である超高密度重水素化ナノ粒子を反応容器内に形成する工程と、
振動子が浸かるように、重水（Ｄ２０）を伝導媒体として該反応容器内に注入する工程と、
超音波エネルギーを該振動子の端面から該伝導媒体を介して該超高密度重水素化ナノ粒子に加えることにより、熱およびヘリウムを発生させる工程と
を包含し、
該金属ナノ超微粒子は、支持体としてＺｒＯ２を用い、該支持体に平均径５ｎｍの金属（Ｐｄ）ナノ超微粒子を埋め込むことによって、「埋め込み型」の金属ナノ超微粒子（アトム・クラスター）として作製されたものである、方法。
【請求項２】
熱およびヘリウムを発生させる装置であって、
金属ナノ超微粒子に重水素原子を固溶させることにより形成された原子比（Ｄ／Ｐｄ）が２５０％以上である超高密度重水素化ナノ粒子が内部に配置された反応容器と、
該反応容器内に配置された振動子であって、伝導媒体としての重水（Ｄ２０）に浸かるように配置された振動子と
を備え、
該装置は、超音波エネルギーを該振動子の端面から該伝導媒体を介して該超高密度重水素化ナノ粒子に加えることにより、熱およびヘリウムを発生させるように構成されており、
該金属ナノ超微粒子は、支持体としてＺｒＯ２を用い、該支持体に平均径５ｎｍの金属（Ｐｄ）ナノ超微粒子を埋め込むことによって、「埋め込み型」の金属ナノ超微粒子（アトム・クラスター）として作製されたものである、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人類が求めている安全で、しかも資源の永久性が保証される新エネルギー、及び有用ではあるが存在率が極めて少ないヘリウムガスを量産する方法、並びに該方法により得られ新エネルギーとヘリウムの提供に関するものである。更に、この発明は、エネルギー理工学をはじめ、材料理工学、冷媒工学、航空工学等々の広分野における新しい科学と技術の発展、また、人類が存続するためのあらゆる活動、ひいては地球環境の保全に計り知れないほど寄与する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエネルギー開発は、化石燃料、水力、原子力、風力、水素、太陽エネルギーなどを用いて行われてきた。しかし、これ等は、いずれも資源、環境、効率等に係る深刻な問題を抱え、その将来性は憂慮されている。一方、新しいエネルギーとして超高温核融合が試みられてはいるが、現時点では、その実用化への道は未だ遠い。また、近年、パラジウム（Ｐｄ）を用いた電気分解によるエネルギー開発の研究も行われてはいるが、そのほとんどが疑問視されており、その中で本発明者らが唯一成功した超微粒子のＰｄブラックを用いるＤＳ−カソード（ＷＯ９５／３５５７４）、及び金属ナノ粒子を用いた上記カソード（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｊａｐａｎ  Ａｃａｄｅｍｙ，Ｖｏｌ．７８，Ｓｅｒ．Ｂ，Ｎｏ．３，ｐｐ．５７−６２，２００２）においてさえ効率が悪く、工業化は不可能な実情にあった。更に、発明者らは、超音波エネルギーによるバル
ク（金属塊）やフォイル（金属箔）への重水（Ｄ２Ｏ）のインプランテーションとそこでの核融合反応の誘導を試みたが、発熱効率が極めて低く、実用化は不可能であった（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｊａｐａｎ  Ａｃａｄｅｍｙ，Ｖｏｌ．７８，Ｓｅｒ．Ｂ，Ｎｏ．３，ｐｐ．６３−６８，２００２）。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この発明は、金属ナノ超微粒子及び２次元金属ナノ粒子に相当する表面層（以下、これ等の両者を「アトム・クラスター」と総称する）が、従来のバルク（金属塊）やフォイル（金属箔）とは異質の機能あるいは挙動を呈するという知見の、核融合反応への意外かつ巧妙な応用と卓抜した創意に基づくものである。即ち、この発明は、従来のバルクやフォイルの踏襲使用下での条件の改変ではなく、上述したアトム・クラスターを用いる新規かつ斬新な諸条件の模索・選別・組合せ設定により完成された。
【０００４】
また、この発明者らは、長年にわたる刻苦勉励と鋭意研究を重ねた結果、最も水素を吸収することが知られているパラジウム（Ｐｄ）でさえ、重水素の固溶度は高々原子比（重水素原子／金属原子）７０〜８０％であり、１００％を超えることは不可能であるとする従来の定説を覆した。しかも、驚くべきことに、水素ガスへの数億気圧に相当する加圧効果を、実用的な約０．３〜約１００気圧の加圧下で実現すると共に、これを具に核融合反応に活用した。この発明は、かかる偉業と洞察に基づき完成された。
【０００５】
尚、この発明によれば、次の（１）〜（１１）が提供される：
（１）金属ナノ超微粒子又はその集団又は２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層に重水素を固溶させると共に、その各金属格子内に超高密度重水素の局所凝縮体を形成させ、これより得られる超高密度重水素化ナノ粒子、及び／又は該粒子又は前記表面層が吸蔵の上記重水素凝縮体に、エネルギーを加え、核融合反応を誘導するか惹起させることにより、多量の発熱を得る方法、及びヘリウムを造出量産する方法。
（２）金属ナノ超微粒子、その集団、及び２次元金属ナノ超微子に相当する表面層が、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀等の金属群から選ばれる少なくとも１種の金属又は２種以上の金属の組合せで構成されている前（１）記載の多量の発熱を得る方法、及びヘリウムを造出量産する方法。
（３）金属ナノ超微粒子（球形）、その集団、及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層（円形）が、埋め込み型の場合は、その平均径が、少なくとも該金属原子１３個で構成される格子サイズから最大５ｎｍまでの範囲にある前（１）又は（２）記載の多量の発熱を得る方法、及びヘリウムを造出量産する方法。
（４）金属ナノ超微粒子（球形）、その集団、及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層（円形）が、孤立型の場合は、その平均径が、少なくとも該金属原子１３個で構成される格子サイズから最大１５ｎｍまでの範囲にある前（１）又は（２）記載の多量の発熱を得る方法、及びヘリウムを造出量産する方法。
（５）超高密度重水素化ナノ粒子、その集団、及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層が、少なくとも２００パーセントの原子比（重水素／金属）で構成されるよう調整した前（１）〜（４）記載の多量の発熱を得る方法、及びヘリウムを造出量産する方法。
（６）エネルギーが、超音波、強磁場、高圧、レーザー、レーザー爆縮、高密度電子ビーム、高密度電流、放電、化学反応のエネルギー源群から選ばれる少なくとも１種の衝撃エネルギー及び／又は定常エネルギーであって、該エネルギーの程度が核融合反応を惹起させる強度又は量である前（１）〜（５）記載の多量の発熱を得る方法、及びヘリウムを造出量産する方法。
（７）金属ナノ超微粒子又はその集団又は２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層に
重水素を固溶させると共に、その各金属格子内に超高密度重水素の局所凝縮体を形成させる手段、これより得られる超高密度重水素化ナノ粒子、及び／又は該粒子又は前記表面層が吸蔵の上記重水素凝縮体に、エネルギーを加え、核融合反応を誘導するか惹起させる手段、及び核融合反応容器を少なくとも具備することを特徴とする多量の発熱を得る装置又はシステム、ヘリウムを造出量産する装置又はシステム、及び発熱とヘリウムの両者を量産する装置又はシステム。
（８）前（１）又は（５）記載の超高密度重水素化ナノ粒子及び／又は該粒子又は２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層が吸蔵の重水素凝縮体に、エネルギーを加え、核融合反応を誘導するか惹起させる手段、及び核融合反応容器を少なくとも有することを特徴とする多量の発熱を得る装置又はシステム、ヘリウムを造出量産する装置又はシステム、及び発熱とヘリウムの両者を同時に量産する装置又はシステム。
（９）前（１）〜（６）記載の方法から選ばれる１つの方法、又は前記（７）又は（８）の装置により製造されるヘリウム。
（１０）前（１）、（２）、（３）又は（４）記載の金属ナノ超微粒子とその集団並びに２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層。
（１１）前（１）又は（５）記載の超高密度重水素化ナノ粒子とその集団並びに２次元金属ナノ超微粒子に相当する超高密度重水素化表面層。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る方法は、放射能の危険性がなく安全であり、かつ、資源の永久性が保証され、操業・保守ともに容易である。また、エネルギー創生と同時に、貴重なヘリウムガスが量産され、低廉なかたちで広く提供される。更に、この発明に係る核融合反応装置から噴出されるＨｅを含む反応ガスには、当然、蒸気に変換する必要はなく、ジェットガスとして直接、発電機や機械の駆動に用いることができる利点がある。特に、新規な、しかもクリーンエネルギーとして、人類の存続と地球環境の保全に対し、計り知れない恩恵と至上の福音をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
金属ナノ超微粒子：この明細書に記載の用語「金属ナノ超微粒子」は、「金属ナノ超微粒子とその集団」及び「２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層」をも併せて意味し、また、該粒子の別称として「アトム・クラスター」と表記することがある。金属ナノ超微粒子（球形）及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層（円形）の平均径は、少なくとも該金属原子１３個で構成される格子サイズから、埋め込み型の場合は最大５ｎｍまで、孤立型の場合は最大１５ｎｍまでの範囲にある。該粒子は、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀等の金属群から選ばれる少なくとも１種の金属で構成される。尚、２種以上の金属は、これ等の各金属ナノ超微粒子が混合又は共存した形、あるいはこれ等の金属原子が混在する合金の形で用いることができる。
【０００８】
ところで、物質を細分化していくと、ある臨界サイズ以下になったとき、急速にその物性に変化が生じる。アトム・クラスターは、このように物性が急変した原子集団に対する称呼である（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，ＪＩＭ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．９，ｐｐ．５６３−５７５，１９９４）。尚、物性の急変とは、例えば、４原子からなる格子を想定すると、あたかも木製の非弾性格子がバネ製のそれに変化したときに見られる物性、即ち、原子間の結合に弾性が生じる現象であると認識される。この発明では、超微細分により物性が急変下の金属粒子あるいは金属結晶格子、及び金属表面層を、後述する超高密度重水素化ナノ粒子の作製に正に有効な材料として、即ち、前述した金属ナノ超微粒子あるいは２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層として用いる。
【０００９】
金属ナノ超微粒子は、アモルファス合金の酸化法、例えば、Ｚｒ６５・Ｐｄ３５アモルファス合金の酸化により、平均径が約５ｎｍのＺｒＯ２・Ｐｄのかたちで製造することができる。その詳細は、特開２００２−１０５６０９に記載されている。また、蒸着法によっても調製することができる。その詳細は、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，ＪＩＭ，Ｖｏｌ．３５（前述）に記載されている。
【００１０】
この発明によれば、金属ナノ超微粒子は、互いに接触することなく粒子ごとに独立した状態で支持体に埋め込まれた「埋め込み型」、又は互いに接触することなく粒子ごとに独立し状態で液体、気体、基盤等に分散させた「孤立型」により使用される。埋め込み型での上記粒子の平均径は、少なくとも該金属原子１３個で構成される格子サイズから最大５ｎｍまでの範囲であり、孤立型での前記粒子の平均径は、少なくとも該金属原子１３個で構成される格子サイズから最大１５ｎｍまでの範囲が必要である。尚、この発明に係る金属ナノ超微粒子（アトム・クラスター）及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層は、核融合反応用材料として単独で提供あるいは市販することができる。
【００１１】
超高密度重水素化ナノ粒子：この明細書に記載の用語「超高密度重水素化ナノ粒子」は、「超高密度重水素化ナノ粒子とその集団」及び「２次元超高密度重水素化ナノ粒子に相当する超高密度重水素化表面層」をも併せて意味する。前述の金属ナノ超微粒子（アトム・クラスター）及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層をホストとして用いることにより、原子比（重水素原子数／金属原子数）２００％以上の重水素原子を固溶させることが可能となる。この発明では、例えば、加圧下で平均径５ｎｍ以下の埋め込み型アトム・クラスターに重水素を吸蔵させる。かかる加圧により、１０気圧以下で原子比２５０％以上、また、１００気圧で原子比約３００％の重水素を固溶させ、金属結晶格子内の局所に容易に超高密度重水素の凝縮体を形成させることが可能であり、これにより、超高密度重水素化ナノ粒子を得ることができる。かかる重水素凝縮体の形成は、その重水
素２原子の核間隔を核融合が可能な０．２５Å以下に縮めるために行い、該重水素凝縮体は、数億気圧を負荷した重水素ガスに相当する加圧効果（正確には原子比４００％の場合）を受けていると概算される。尚、重水素は市販のものを用いることができる。また、この発明に係る超高密度重水素化ナノ粒子とその集団、及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する超高密度重水素化表面層は、核融合反応用材料として単独で提供あるいは市販することができる。
【００１２】
エネルギー：ここでいう「エネルギー」とは、衝撃エネルギーと定常エネルギーの両者を併せて意味する。超高密度重水素化ナノ粒子とその集団、及び２次元金属ナノ超微粒子に相当する超高密度重水素化表面層への負荷エネルギーの手段あるいはエネルギー源として、超音波、強磁場、高圧、レーザー、レーザー爆縮、高密度電子ビーム、高密度電流、放電、化学反応等を用いることができる。これ等のエネルギーは、単独又は２種以上を組合せて用いることができる。尚、超音波を使用の場合には、そのエネルギーを核融合反応体に伝導させるための伝導媒体が必要であり、これには、例えば、Ｄ２Ｏ（市販）やＨ２Ｏ等を用いることができる。また、加えるエネルギーの程度として、例えば、超音波では３００ワットで１９ｋＨｚの強度の様に、核融合反応を誘導するか惹起させるだけの強度
あるいは量が必要である。
【００１３】
核融合反応の装置及びシステム：基本的には、核融合反応体を収納する核融合反応容器、核融合反応制御の手段、上記の反応体に衝撃エネルギー及び／又は定常ネルギーを加え核融合反応を誘導するか惹起させる手段、発熱利用の手段及び／又はヘリウム採取の手段を具備した装置やシステムが推奨される。また、かかる装置やシステムが具備する上記の基本手段は、適宜、必要に応じて追加及び／又は省略することができる。例えば、図１に示す超音波励起核融合反応装置を用いることができる。尚、図１の符号部位の名称はそれぞれ、反応容器１、核融合反応体２、超音波振動子３、超音波伝導媒体４、真空排気口５、ガス（Ｄ２やＨ２等）注入口６、媒体（Ｄ２ＯやＨ２Ｏ等）注入口７、及びタービン発電機の駆動用ガス取出口８である。この場合、排出ガスは、タービン発電機駆動の動力源
とヘリウム源の両者に利用することができる。
【００１４】
また、この発明に係る核融合反応の装置及びシステムは、発電、電池、暖房、冷房等々の手段あるいはこれ等への用途として、従来では実用化ができなかった小型化や携帯化が可能である。
【００１５】
発熱：核融合反応の容器中で生成される高温高圧ガスは、ジェットガスして、蒸気や位置エネルギー等に変換することなく、タービン発電機や機械の駆動動力源に用いることができる。更に、水力、火力、風力、石炭、石油、原子力等の代替えエネルギーとして、また、地球環境の再生と保全を可能にするクリーンエネルギーとして、あらゆる分野で実用に供することができる。
【００１６】
ヘリウムの採取：核融合炉内で生成されたヘリウムは、他の混在ガスが約５０Ｋ付近で液化あるいは固化するので、共存する不純ガスを極低温で冷却液化又は固化することにより除去し、気体として量産採取することができる。また、上記不純物を精製用カラムに吸着させ除去することにより、採取することも可能である。尚、この発明により生産されるヘリウムは、衆知の用途、例えば、溶接用保護ガス、気球用充填ガス、放電管用封入ガス、潜水用人工空気等々に用いることができる。また、大量かつ低廉であるので、新規な用途の開発をも促す。
核融合反応に用いる元素：原子番号が４以下の元素とその同位元素が使用できる。また、これ等のうち取扱いの容易さを考慮すると、重水素（Ｄ）単体、及び重水素と水素あるいはトリチュウム（Ｔ）の使用が好ましい。更に好ましくは、安全性を考慮すると、次のＤＤ核融合反応：
２Ｄ＋２Ｄ＝４Ｈｅ＋格子エネルギー（２３．８ＭｅＶ）
は、中性子を生じず核融合反応それ自体が緩和であるので、後述するＤＤ反応に比べ優れて望ましい。従って、環境保全の観点から、この発明が初めて可能にした、前述の超高密度重水素化ナノ粒子あるいは超高密度重水素化ナノ粒子を用いるＤＤ反応の諸条件下での重水素（Ｄ）の単独使用が推奨される。しかし、Ｄ原子の超過激な衝突により３Ｈと中性子とを放出する衆知のＤＤ核融合反応は、非常に危険であるので、産業上利用及び環境保全の観点から望まれない。
【００１７】
以下、実施例を上げ、この出願の発明の構成、作用、及び効果につき、具体的に説明する。但し、この出願の発明は、以下に示す実施例にのみ、限定されるわけではない。
【実施例】
【００１８】
＜実施例１＞
核融合反応：先ず支持体としてジルコニア（ＺｒＯ２）を用い、この支持体に平均径５ｎｍの金属（Ｐｄ）ナノ超微粒子を埋め込み、いわゆる、埋め込み型の金属ナノ超微粒子（アトム・クラスター）を作製した。このアトム・クラスターを、図１に示す核融合反応装置にかけ、多量の発熱とヘリウムとを生成させた。即ち、図１に示すように、反応容器１の内側底部２に挿入した上記アトム・クラスターに重水素（Ｄ２）を注入の後、加圧によりこれを吸蔵させることにより、先ず核融合反応体（超高密度重水素化ナノ粒子）２を調製した。次いで、超音波振動子３の作動による衝撃エネルギーを、超音波伝導媒体（Ｄ２Ｏ）を通して核融合反応体２に加えることにより、核融合反応を行った。  以下、上記操作の手順を詳述する。
【００１９】
操作Ｉ：反応炉容器内に３．５ｇの前述Ｐｄアトム・クラスターを挿入した後、真空排気口５から高真空（１０−７Ｔｏｒｒ）に排気しながら１５０℃で焼きだしを行った。
【００２０】
操作ＩＩ：重水素（Ｄ２）ガスを注入口６から一定速度（２０ｃｃ／ｍｉｎ）で導入することにより、容器内圧を約１０気圧にし、このガスを核融合反応体のＰｄアトム・クラスターの中にＤ原子の状態で固溶させ、かつ、凝縮体を形成させることにより、原子比（Ｄ／Ｐｄ）２５０％以上からなる超高密度重水素化ナノＰｄ粒子を得た。尚、固溶原子の量は、注入ガス流速と反応容器内のガス圧上昇までの時間の両者から算出した。
【００２１】
操作ＩＩＩ：重水（Ｄ２Ｏ）を図１に示すように、振動子３が十分に浸かるよ
う、注入口７から反応容器内に注入した。
【００２２】
操作ＩＶ：振動子３の端面から超音波エネルギーを、伝導媒体４を通して核融合反応体２に与えた。
【００２３】
以上の条件下で発生した反応容器内のガスにつき、四重極質量分析計（ＱＭＳ：ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）により分析した。また、操作ＩＶでの反応終了後の試料を取出し、これを上記ＱＭＳの試料容器内で約１，３００℃に加熱し、発生したガスを前述と同様に質量分析した。
【００２４】
その結果を図２と図３に示す。尚、図３（ａ）と（ｂ）におけるＭａｓｓ  ｎｕｍｂｅｒ  Ｍ２（＝Ｄ）、Ｍ３（＝ＤＨ）であり、図３（ａ）の極めて多量のＭ４はＨｅを、これに対し、図３（ｂ）のＭ４はＤ２をそれぞれ表す。尚、図３（ｃ）はＭ４のスペクトル表示であり、時間経過と共にＤ２は消滅し、Ｈｅのみが残留することを示している。特筆すべきは、図３（ａ）におけるＭ４（＝Ｈｅ）は桁違いに多く、アトム・クラスターに吸蔵されていた超高密度重水素がほとんど変化し放出されたことを示している。これに対し、図３（ｂ）では、反応終了後のアトム・クラスターにはＨｅとＤがほとんど存在しないことを示している。
【００２５】
操作ＩＩＩでの重水素（Ｄ２）ガスの注入時に、化学反応エネルギーとして約４０ｋＪ／ｍｏｌを放出し、反応容器外壁でわずかな温度上昇が検出された（図２の曲線Ａ）。また、図２の曲線Ｂに示すように、操作ＩＶでの超音波処理に伴い、反応容器外壁表面の温度が急激に上昇し、特異的な温度特性が見られた。このことは、核融合反応が約１０分間、継続したことを意味する。その際、媒体Ｄ２Ｏがほとんど気化しており、Ｄ２又はＤに分解し、反応容器内は高温・高圧状態になり、核融合反応のすさまじさを示している。以上の知見に基づき、生じた核融合反応は、２Ｄ＋２Ｄ＝４Ｈｅ＋格子エネルギー（２３．８ＭｅＶ）であると判断された。
【００２６】
尚、前述した操作ＩＩにおいて、原子比（Ｄ／Ｐｄ）が２００％未満、即ち、多量の重水素を吸蔵しない重水素化ナノＰｄ粒子を調整し、これを操作ＩＩＩ及びＩＶに供した場合には、媒体Ｄ２Ｏは気化蒸発することなく、ほぼ残存することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】超音波励起核融合装置の原理を示す概略縦断面図である。
【図２】超高密度重水素化Ｐｄアトム・クラスターの超音波負荷による経時的な発熱の変化を示す図である。曲線Ａは、超音波処理前の重水素ガス注入時の化学反応熱、Ｂは超音波負荷時の発熱の時間経過を各々示す。
【図３】（ａ）と（ｃ）は、核融合反応により生じた反応容器内部の反応ガスにつき、ＱＭＳを用いて質量分析した結果を示す図である。（ｂ）は上記反応終了後に反応容器から試料を取出し、ＱＭＳの試料容器内で約１，３００℃に加熱し、発生したガスを上記と同様に質量分析した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    核融合反応容器
２    核融合反応体
３    超音波振動子
４    超音波伝導媒体
５    真空排気口
６    ガス（Ｄ２ガス）注入口
７    伝導媒体（Ｄ２Ｏ）注入口
８    タービン発電機駆動用のガス取出し口
【図１】
2008261868.tif 000003
【図２】
2008261868.tif 000004
【図３】
2008261868.tif 000005