hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
急性腎障害のミトコンドリア機能保護とマイトファジーによる新規治療法の開発

研究開始当初の平成26年には、透析療法に至っている患者数は、全国で30万人を越え、今後糖尿病の増加、高齢化が加わり、さらに透析患者の増加が予想される。特に急性腎不全は、患者の高齢化などにより発症頻度は高まっており、ICU入院患者の20%で発症するといわれている。急性腎障害をおこした場合長期的な腎機能低下と生命予後の低下が起こる。この急性腎障害の病態解明と対策をはかった。今回の研究では、腎臓におけるオートファジーやミトコンドリアのオートファジーであるマイトファジー(Mitophagy)について急性腎障害での役割について検討し報告した。Small Heat Shock Protein Beta-1 (HSPB1)がミトコンドリアを保護しオートファジーを促進することを報告した。オートファジーを誘導し、ミトコンドリアの保護作用のある安全な薬剤があれば、急性腎障害の新規の薬剤となる可能性があり、その候補としてALA(5-aminolevurinic acid)の腎保護作用とそのメカニズムについて検討を加え報告した。ラットを用いたシスプラチン腎障害モデルでALAと鉄を経口投与するとCr,BUNCHの上昇が顕著に軽減され、AKI防止効果を有することを見いだした。組織学的検討でも尿細管の障害は抑制され、ALAは尿細管障害を軽減することを報告した。現在透析療法に至っている患者数は全国で30万人を越え、特に急性腎障害は、患者の高齢化などにより発症頻度は高まっており、全入院患者の5%、ICU入院患者の20%で発症するといわれている。急性腎障害をおこした場合長期的な腎機能低下と生命予後の悪化が起こる。本研究では、尿細管細胞のミトコンドリア機能の保持およびミトコンドリアのオートファジー(マイトファジー/Mitophagy, mitochondrial autophagy)の調整をすることにより、腎機能の保護、回復・再生を目標とする。具体的には、1)尿細管細胞におけるマイトファジー系の腎保護への関与、2)急性腎障害におけるミトコンドリアの機能保持の新規薬物による調整、3)急性腎障害腎生検検体でのオートファジー/マイトファジー検出とその意義の検討である。近位尿細管はミコトンドリアの含有量が高く、オートファジー/マイトファジーは尿細管の脱分化、再生に関与する可能性は高い。申請者らの研究室ではSestrin2とBNIP3に注目し、これらの遺伝子が虚血で近位尿細管細胞で誘導されオートファジーを促進する事を見いだしている。ミトコンドリア障害が急性腎障害の病態の主体とする考えはいままでになく、薬物(ALA)や遺伝子制御によるミトコンドリア障害の防御、マイトファジーの調整による急性腎障害の新規治療法の開発は新規性が高い。腎生検検体での検討により、臨床的な発展も期待でき、患者数が急増している急性腎障害と透析導入の画期的な治療法に結びつく可能性がある。消耗品等の購入額が当初に比べて少なくなったため学会参加費に使用する
新たな機械的結合の提唱と展開

これまでに、2つの輪が幾何的に連結したカテナン、1つの輪の中に1つの棒が通ったロタキサンの2種類の機械的結合が知られている。しかし、これら機械的結合をもつ化合物の合成には大きな問題点がある。カテナンやロタキサンには大員環が必須だが、大員環形成反応は常に多量化反応と競合する。本研究では、「カテナンでもロタキサンでもない第3の機械的結合」について、その存在の実証および応用展開を行う。
「もの」と「場所」の霊性の生成に関する宗教人類学的研究

現在中国では、宗教的な活動や慣習の意味が問い直されている。本研究では、主に中国における宗教についてのとらえ方の現代的変化を、聖性の在り方そのものと聖性が現れる「場所」や「もの」の在り方の具体的な変化をとおして明らかにしようとした。その結果分かったのは、政治的には宗教活動場所を特定の場所に限定しようとする力が働く一方で、そうした場所での活動に飽き足らなくなった人々が新たな活動場所を作ったり、世俗的な生活そのものを宗教的な修業の場として読み替えたりして、伝統的なものとは異なる聖なる場所を創造していることだった。本研究の目的は、中国と日本の事例研究を通して、現代的状況において「もの」や「場所」の霊性が生成するメカニズムの解明を目指すことである。方法としては、A徳宏タイ劇の劇神と舞台、B,今津人形芝居の人形と舞台、C,徳宏上座仏教の仏像と上座仏教寺院、D,聖遺物と仏塔、E,観音像と観音寺、F.シャーマンとその集会、という事例についてデータを収集し、それらを総合的に考察して結論を出す。このうち、Aについては、徳宏タイ劇の戯曲「シャンムーン」の翻訳と解説を書き上げ、『シャンムーン:雲南省・徳宏タイ劇の世界』と題した書籍の出版準備を完了した。3月にはその内容の一部を西日本宗教学会で発表した。Bについては、今津に関する基礎調査報告「今津の四季」が、『福岡市史:春夏秋冬』に掲載・出版された。ひき続き人形芝居の歴史を調査中であり、その成果は来年度出版予定の『福岡市史:人と人々』に掲載される予定である。Cについては、調査結果を中国語でまとめ、「作為観光資源的宗教建築:関于雲南省徳宏州芒市タイ族南伝上座部仏教的考察」と題して中国の学術雑誌『西南辺疆民族研究』に投稿し、2012年第十輯に掲載された。同じテーマについて日本語でまとめた論文も近々出版される予定である。Eについては、8月に基本的な調査を終え、論文執筆にとりかかるところである。すでに日本文化人類学会第46回研究大会で発表し、報告書を作成した。DとFについては8月に調査を行い、今後も引き続き調査を継続する予定である。本科研の狙いは現代における「聖地」の意義を探ることであり、現在はその考察の土台となる具体事例に関する個別調査の仕上げに入った段階である。今後はこれら個別の事例のなかから総合的に考察・補足調査すべきテーマをしぼり、結論を導き出すことが課題となる。前年度までに収集した資料が予想以上に膨大であったため、当該年度の中国での現地調査は現状確認程度の最低限のものに留めて、資料の整理と分析に力を入れた。国内のフィールドは住居の近くを選んでいるので、休日等を利用して長期的な調査を継続した。本科研で取り組んでいるAFの6つの課題のうち、A「徳宏タイ劇の劇神と舞台」に関する成果は書籍『シャンムーン:雲南省・徳宏タイ劇の世界』(長谷千代子訳著、岳小保共訳、2014、雄山閣)として出版した。B「今津人形芝居の人形と舞台」については、現地調査を終えてほぼ脱稿しており、次年度中に『福岡市史:人と人びと』の一部として出版される予定である。2013年10月26日に行なわれた九州人類学研究会オータムセミナーでは「今津人形芝居の舞台はいかに成立するか」と題して成果の一部を発表した。C「徳宏上座仏教の仏像と上座仏教寺院」に関する研究成果は、論文「観光資源化する上座仏教建築:雲南省徳宏州芒市の景観変容のなかで」として、『中国の民族文化資源:南部地域の分析から』(武内房司・塚田誠之編、2014、風響社)に収録・出版された。E「観音像と観音寺」については、基本的な調査を終え、論文作成に取りかかっている。次年度に国際学会で発表し、その後、国内か国外の学術雑誌に投稿する予定である。D「聖遺物と仏塔」ならびにF「シャーマンとシャーマンの集会」については、調査の継続が必要な段階である。方法としては、A.徳宏タイ劇の劇神と舞台、B.今津人形芝居の人形と舞台、C.徳宏上座仏教の仏像と上座仏教寺院、D.聖遺物と仏塔、E.観音像と観音寺、F.シャーマンとしゃーまんの集会、という事例についてデータを収集し、それらを総合的に考察して結論を導き出す。このうち、Aについては1月末に行った現地調査で3つのタイ劇を観察し、関係者たちに詳しい話を聞くことができた。現在データを整理・分析中である。なお、戯曲『シャンムーン』の下訳を終えた。B.については、年中行事や地理情報など基礎的な部分からの調査を開始し、同時に人形芝居の定期公演にかかわり、現在も定期的に稽古に参加して情報収集に努めている。今津の年中行事については、福岡市の事業として編纂されている『福岡市史』に「今津の四季」として掲載されることが決まった。Eについても1月末と9月に行った現地調査で、多くの収穫があり、観音信仰の中心は必ずしも観音寺ではなく、信仰を媒介として政府関係者から田舎暮らしの少数民族までをつなぐ独特なネットワークの存在が明らかになった。これは現代における「聖地」の意味を考察するための重要なポイントであり、データの整理と分析を進めている。

また、Fについては当初もっとも調査が困難と思われたが、二度の現地調査においてシャーマンたちとの幸運な出会いがあり、ある程度の調査が可能であるという感触を得た。理論研究はまだ緒に就いたばかりだが、10月に宗像市で行われた「九州人類学研究会オータム・セミナー」で、「フィールドから考える自然と宗教」というセッションを組み、宗教学の従来の概念に対する検討と、今後の見通しを中心に「場所性から考えるアニミズ試論:徳宏州の事例より」と題して発表した。本研究の狙いは現代的状況において「もの」や「場所」の霊性が生成するメカニズムの解明を目指すことである。方法としては、A.徳宏タイ劇の劇神と舞台、B.今津人形芝居の人形と舞台、C.徳宏上座仏教の仏像と上座仏教寺院、D.聖遺物と仏塔、E.観音像と観音寺、F.シャーマンとシャーマンの集会、という事例についてデータを収集し、それらを総合的に考察して結論を導き出す。このうち、Aについては前年度までに調査を終え、一定の成果も発表している。Bについては地域住民との話し合いが長引き、年度内の出版はできなかったが、原稿はすでに完成している。Cについては、近年徳宏州でも人気が高まりつつあるチベット仏教の家庭集会に参加する機会があり、上座仏教のみならず、大乗仏教やチベット仏教も含めて考察する方向に展開している。この成果についてはほぼ調査を終え、次年度に国際宗教史学会(IAHR)で発表する予定である。E「観音像と観音寺」については、2014年5月に国際人類学民族科学連合IUAESで発表し、英語論文を準備中である。DとFに関しては、引き続き調査を行っているが、特にFについては期間内に成果発表までこぎつけることが難しくなりつつある。ただし、Fはもともと実際にシャーマンの儀礼などを参与観察できる可能性は低かったため、想定内である。理論的総括に向けた仕事としては、タイラーの『原始文化』の日本語訳をほぼ完了し、アニミズム論に対する理解を深めた。翻訳書籍は次年度出版予定である。霊性が生成するメカニズムの理論化については、多くの理論書を読み、霊性とものや場所を結びつける物語の存在がカギを握るという見通しを得ている。本研究は複数の事例研究をもとに、現代社会における「もの」や「場所」の在り方の変化を考えるという構成になっている。今年度は、福岡市の今津人形芝居についての調査と報告書の執筆を終え、2016年3月刊行の『福岡市史民俗編ひとと人々』に「人形芝居と人々」としてその成果の一部を掲載することができた。ここでは、人形芝居が成立する場所の在り方が、明治から現在にかけてどのように変化したかを扱った。明治から昭和にかけては個人宅や校庭、神社境内などで手作りの舞台を作っていたのが、小学校や地域の会館施設へと選択肢が限定されていく様子を明らかにした。中国の観音信仰についての事例研究は、中国でのスピリチュアル運動に関する研究へと展開し、これについては2015年8月に調査を行うとともに、ドイツで開かれた国際宗教史学会で成果の一部を発表した。そこでは、宗教活動の可能な場所が限定されている中国において、家庭集会のようなものが成立したり、日常生活そのものが修業の場として読み替えられたりする状況を明らかにした。フェティシズムやアニミズムなど、理論面に関する研究としては、エドワード・タイラーの『原始文化』の翻訳作業を続けながら、訳語の検討を通して考察を続けた。この作業には思いのほか時間がかかっており、現在も継続中である。
微小共振器レーザーにおける単一モード動作の実現と自然放出結合率の決定

本研究は、色素Rh6Gを媒質としてパルス平板形微小共振器レーザにおいて、モード半径を励起ビーム径より大きくして単一モード動作を実現し、微小共振器レーザのキーパラメータである自然放出結合率を決定することを目的とした。これまでの反射鏡より一桁高反射率の反射鏡を用いて単一モード動作の実現を試みた結果、以下の知見が得られた。1.自然放出スペクトル線幅、発振線幅は、ともに現有の分光器の分解能以下に狭まっていると認められた。また出射光の広がり角およびモード半径は、しきい値以下では定性的に理論値と一致したが、しきい値以上では一致しなかった。しかし近視野像の撮影から直接求められたしきい値以上でのモード半径は101μmで増大が確認できた。2.入出力特性において、入力光強度が非常に小さい場合、出力光の強度に大きなゆらぎが観測された。入力光強度に対する出力パルス振幅のピーク値の頻度を測定したところ、自然放出領域で入力光強度が小さい場合には、ガウス的分布を示し、しきい値以上の領域での波形はポアッソン分布に従う。これは単一モードで発振しているレーザ光の光電子計数分布と定性的に同じ振る舞いであり、単一モード発振の根拠となる。これまで用いてきた93%の反射鏡による共振器では多数のモードが同時に動作しているため、このようなゆらぎが見られなかったと考えられる。本年は自然放出結合率など各パラメータの導出には至らなかったが、99.5%の高反射率鏡を用いた共振器での単一モード動作の実現を確認できた。
mRNAを標的とするオリゴ核酸のドラッグデリバリーシステム

遺伝子やアンチセンスなどの核酸を細胞内に導入する新規な試薬を合成し、細胞内への導入について検討した。1)DNA/PEG脂質複合体はエンドサイトーシスとは異なるメカニズムで癌細胞に取り込まれていることが示唆された。螢光標識されたDNAを用いた共焦点レーザー顕微鏡による細胞内局在の観察により、DNAは細胞質に局在することが示された。これはDNA/リポフェクチン複合体では細胞内導入後DNAが核に集積するのとは対照的であった。この現象を解明するために、単離された核膜や細胞質成分とDNA複合体との相互作用を検討した。その結果、DNA/PEG脂質複合体は細胞質中で細胞質成分と相互作用することで核内に移行できないことが示された。一方、DNA/リポフェクチン複合体はエンドソームからリリースするときDNAが複合体から遊離するため核に集積できると考えられた。2)糖鎖認識を介した細胞内への選択的な遺伝子導入を行った。DNA/ガラクトース脂質複合体はasialo-glycoprotein receptorを発現しているHepG2細胞に糖鎖特異的に取り込まれた。細胞への取り込み効率は糖鎖認識により支配されているが、β-ガラクトシダーゼのプラスミドを用いた遺伝子発現活性はDNA複合体がカチオン性であることにより高められることが示された。
強度の駆除圧を受けるヒグマ地域集団の維持機構の解明

1.ヒグマの各季節の生息数とその性比を明らかにするため、捕獲を伴わない個体識別用試料としてヒグマの体毛を、体毛回収トラップを用いて集めた。調査はヒグマの活動期間中(4-11月)を通じて行った。2.56本の背擦り木を延べ281回見回りし、40本から83試料を回収した。また、農地侵入時の痕跡22箇所から75試料を回収した。3.これらの試料からDNAを抽出し、マイクロサテライトDNA多型を用いて個体識別を行った。すでに2000年度に回収された試料についても、DNA増幅過程に生じる誤差を減らすための追加実験を行った。さらに識別個体について、性染色体上のアメロゲニン遺伝子を用いて性判別を行った。4.2002年に回収された試料については、全158試料中これまで64試料についてDNAの抽出、PCR法を用いた増幅に成功した。現在シークエンサーを用いて最終的な定量化実験中である。5.2000年度に回収された試料については、実験誤差を補正し、年間を通じて浦幌地域を利用した個体数が最低26頭いたことが明らかになった。季節別に見ると、春と初夏に個体数が最も多く、秋に最も少なかった。季節間の利用個体数の差は、当地域を利用する個体が定着個体だけでなく、他からの移入個体がいるという、本研究の仮説を支持する証拠と考えられた。6.各試料の採集地点から各個体の行動圏が描かれた。行動圏は個体間で大きく重複し、縄張りが見られないという従来の知見を支持した。行動圏のサイズは数十km^2の小型のものと、その倍以上の大型のものとが見られた。性判別の結果、小型の行動圏はオスとメス、大型のものはオスだけだった。小型の行動圏を持つオスは母グマと行動を共にするオスの子グマと解釈すれば、従来電波発信機を用いた個体追跡で指摘されてきた行動圏サイズの性的二型が個体の捕獲を伴わずに多数の個体で示されたことになる。
グローバル・エシックスとしての人間の安全保障研究

「人間の安全保障」をグローバル・エシックスとして論じる上で最も深刻な問題は武力紛争における民間人犠牲者の発生にある。本研究ではこの問題意識から出発し、人道的武力介入における民間人保護と巡る倫理的諸問題の顕在化させることにより、「保護する責任」概念における民間人犠牲者への回復的正義の実現をグローバル・エシックスの一部として位置づけることに成功した。本研究の計画は、正義の概念の捉え直しの一部として、正義の概念、特に回復的正義を構成する概念である復旧を巡る諸問題に焦点を当て、不正を被った民間人犠牲者に対して、彼らの権利を僅かながらも擁護し、正義を回復するための1つの方法として、復旧、具体的には謝罪、補償が考えられると共に、その必要性を論じることにある。当該年度における申請者の研究内容は以下の4つに集約される。(1)「グローバル・エシックス」、「人間の安全保障」、「正義」特に「回復的正義」といった本研究の基礎となる概念の定義付けと、それらの定義の検討、(2)グローバル・エシックスとしての「人間の安全保障」にかかわる特有の問題を顕在化させるために、「人間の安全保障」を実現する手段の1つである人道的武力介入を巡る倫理的問題の検討、(3)如何にして「人間の安全保障」としての人道的武力介入が正当化されるかという問いを考察するために、人道的武力介入が正当化されうる倫理的根拠を検討、(4)人道的武力介入における民間人犠牲者を巡る倫理的問題の検討を行ってきた。以上の研究内容は、当該年度において出版された2件の学術雑誌論文および6件の研究発表において十分に達成されたと考えられる。本研究の成果の意義は、研究成果発表によって人間の安全保障をグローバルエシックスの一部として位置づけ、また具体的には人道的武力介入における民間人保護と巡る倫理的諸問題を顕在化するに成功したことにあり、またこの点において本研究の重要性がある。研究計画にあるように、当該年度末にはそれまでの研究計画と実際の進捗状況を照らし合わせる研究レビューを行った結果、研究計画と実際の進捗状況に間に差はなく、むしろ平成20年度における研究内容を若干カバーする研究成果を出すことができた。それにより平成20年度における研究計画の大幅な見直し・修正を検討する必要はなくなったと考えられる。本研究の計画は、正義の概念の捉え直しとして、正義の概念、特に回復的正義を構成する概念である復旧を巡る諸問題に焦点を当て、武力紛争において不正を被った民間人犠牲者に対して、彼らの権利を僅かながらも擁護し、正義を回復するための1つの方法として、復旧、具体的には謝罪、補償が考えられると共に、その必要性を論じることにある。本年度においては、グローバル・エシックスとしての「人間の安全保障」を、回復的正義という観点から平和実践のための枠組みの構築するために、(1)回復的正義を巡る法的枠組みの検討とその限界の考察、(2)グローバル・エシックスとしての回復的正義の検討、(3)事例研究を通した回復的正義の実践とその可能性を検討してきた。研究の進めていく上で、「人間の安全保障」という大きなわくではなくより具体的な概念である「(武力紛争において民間人を)保護する責任」に焦点を当てることがより効果的であることが判明し、後者の概念に焦点を当てつつ研究を進めてきたが、基本的には研究の方向性には変わりがなく、むしろより具体的な研究を進めることができたと考えられる。研究の成果は、「保護する責任」概念における民間人戦争犠牲者への正義を論じるにあたり回復的正義の必要性を示すことにより、それをグローバル・エシックスの一部として位置づけ、また具体的には人道的武力介入における民間人保護と巡る倫理的諸問題の顕在化に成功したことにある。この点において本研究の重要性があると考えられる。当該年度末にはそれまでの研究計画と実際の進捗状況を照らし合わせる研究レビューを行った結果、研究計画と実際の進捗状況に実質的な差はなく、おおむね目的を達成することができた。
強磁場下の共鳴軟エックス線回折の開発

本研究の目的は,新機能性物質の電子が織りなす秩序状態に焦点をあて,それと物質の特性の関係を解明することである.特に秩序状(構造カイラリティおよび磁気カイラリティなど)を原子レベルで直接観察するための新しい軟X線回折法を開発することである.この目的を実現するために,従来の軟X線回折装置にあらたに偏光解析装置および磁場発生装置を導入した.これによって,いままで見ることができなかったマルチフェロイック物質のスピン秩序のカイラリティや軌道秩序の観測が可能になった.これらの装置の実現は,世界ではじめての試みである.本研究の目的は,新機能性物質の電子が織りなす秩序状態に焦点をあて,それと物質の特性の関係を解明することである.特に秩序状(構造カイラリティおよび磁気カイラリティなど)を原子レベルで直接観察するための新しい軟X線回折法を開発することである.この目的を実現するために,従来の軟X線回折装置にあらたに偏光解析装置および磁場発生装置を導入した.これによって,いままで見ることができなかったマルチフェロイック物質のスピン秩序のカイラリティや軌道秩序の観測が可能になった.これらの装置の実現は,世界ではじめての試みである.本年度,軟X線回折装置に新たに偏光解析装置を導入した.また磁場中X線回折を実行するために5テスラ級の縦磁場超伝導磁石の設計を行った.この装置は年度内に納入される予定である.1.磁場中X線回折を軟X線で行うために,まず硬X線領域においてパルス磁場によるX線回折を試みた.試料は,擬一次元反強磁性体BaCo_2V_2O_8である.実験の最大磁場は約40テスラである.この結果,交換相互作用を通して磁場によって格子が変形する様子が明瞭に観察された.2.テルルの構造カイラリティを決定する実験を行った.以前行った水晶の実験では,右ねじ構造,左ねじ構造を区別ができたが絶対構造を決定することができなかった.この実験では,テルルのL_1吸収端を利用することによってE1E1だけの単純な散乱遷移だけを取り出すことができた.このため非常に単純な理論形式で実験結果を書き表すことができる事が判明し,カイラリティ構造を絶対的に決定するための理論公式の確立に成功した.3.CuFeO_2は三角格子を有する反強磁性体である.この物質は,Fe^<3+>であるにも関わらず温度11K以下で4サブラティス構造を有する物質である.さらに磁場中で強誘電性を示すことが示された.この物質の強誘電性の起源を探るため,硬X線,軟X線両方を用いてFeのK吸収端,L吸収端において共鳴X線回折実験を行った.これらの吸収端の違いによって,Feの4p状態,3d状態の秩序を明瞭に分けて測定することができた.軟X線の実験では,偏光解析装置を用いることによってX線回折の起源を解明した.我々は,本年度軟X線回折装置に導入するための10テスラ級の縦磁場パルスマグネットを設計した.3月にテスト実験をする予定である.定常磁場用の超伝導磁石は実験予定であったが,電極部の不具合のため修理を行っている.残念ながらまだ実験を行っていない.1.昨年度,構造カイラリティを絶対的に円偏光の極性から決定するために,ベルリナイト(AlP04)およびテルルの実験を行った.今年度は,磁気カイラリティに注目し,その絶対構造を決定する実験を行った.実験手法は円偏光X線による共鳴軟X線回折である.この研究のため阪大基礎工学研究科の木村研究室との共同研究を実施した.用いた物質は六方晶フェライトBa0.5Sr1.5Zn2Fe12022[ZnY(x=1.5)]である.これは,マルチフェロイックスのひとつであり,比較的高温で磁気電気的効果が現れる.この磁気構造はc軸にそってらせん構造となり,右,左のカイラリティが存在する.大きさが数ミリメートルの表面からの磁気反射を測定したところ,(003-)磁気反射が磁気カイラリティの違いまたはX線の円偏光の極性によって反射強度が反転することが明らかになった.さらに我々の装置では集光ミラーを導入しているためビームサイズが数十ミクロン程度と小さい.そのため,試料表面をスキャンすることによって,二次元磁気カイラリティドメイン分布がきれいに観測できることが判明した.2.CuFeO_2は三角格子を有する反強磁性体である.この物質は磁場中や添加物を加えることで強誘電性を示すことが示され,注目を浴びている物質である.昨年度は,この物質の強誘電性の起源を探るため,FeのL吸収端において共鳴X線回折実験を行い,軌道秩序に起因する衛星反射を観測した.今年度は,円偏光X線を用いて印加電場が軌道秩序のカイラリティ構造に及ぼす影響を観察した.本研究の目的は,新機能性物質の電子が織りなす秩序状態に焦点をあて,それと物質の特性の関係を解明することである.特に秩序状態(構造カイラリティおよび磁気カイラリティなど)を原子レベルで直接観察するため,新しい軟X線回折法を開発することである.

この目的を実現するために,従来の軟X線回折装置にあらたに偏光解析装置および磁場発生装置を導入した.当初,10^(-8)Paという超高真空に磁場発生装置を導入することは,技術的に困難を極めることが予想されたが,磁石本体を真空容器に封入することによりこの困難を克服することができた.一方,偏光解析装置は,順調に立ち上がり,いままで見ることができなかったマルチフェロイック物質の軌道秩序の観測を可能にした.これらの装置の実現は,世界ではじめての試みである.本年度,8月に磁場中軟X線回折実験を実現するため定常磁場用の超伝導磁石(最大磁場4テスラ)が完成した.また,10月に20テスラ級縦磁場パルスマグネットの製作が完成した.今年度は,マルチフェロイック物質を中心とした研究を行った.この物質群では,文字通り強的秩序状態が多重に存在する状態がある.特に磁場誘起による強誘電性の発現は,実用上大変興味が持たれている.その中でも特に磁気カイラル構造による結晶対称性の破れを理解することが重要となっている.我々のビームラインでは,円偏光X線を有効に使用できるために,カイラル磁気構造を直接観察することができる今年度は,他大学,研究機関との共同研究を活発に行った.そして,様々なマルチフェロイック物質の磁気カイラル構造について軟X線回折実験を行い,それらの強誘電相の発現機構について新たな知見を得ることができた.
プロジェクトマネジメントの応用的研究　－重要家畜伝染病の防疫活動への適用－

重要家畜伝染病の一つである口蹄疫は,より早い段階での防疫措置が必要であるが,感染力が有るにも関わらず感染を確認できない潜伏期間の問題がある.しかし,この問題に対処するための検出薬の開発は行われているものの,開発コストの問題があり解決は難しいのが現状である.また,発症後直ぐの殺処分と埋却は感染拡大を防ぐ上で非常に効果的であることがシミュレーション実験により確認されているが,埋却地確保のためには様々な問題を解決する必要があり,その時間がボトルネックとなり実現は非常に困難である.そこで,本研究では,Keelingモデルとして知られる口蹄疫の空間伝染モデルを用いて,未発症だが既感染の農場を推定するための数理的手法を開発した.しかし,過去の感染事例から得られるデータは限定的であるため,その推定精度の向上には限界がある.このため,推定失敗によって生じる可能性のある損失の大きさを考慮し,これをある程度小さく抑えるような殺処分対象領域を決定するための判断基準(以降,単に“判断基準"と記す)を設定する必要がある.本研究では,この判断基準が満たすべき要件を明らかにし,その要件を満たす判断基準の所在を,偽陰性率と擬陽性率,および偽陰性による感染拡大リスクに基づき合理的に特定する方法を検討した.なお,感染拡大リスクに関しては,感染拡大による家畜そのものの損害額のみならず,それに関わる地域産業の損害額も合算される必要があることから,2010年の宮崎県での口蹄疫感染の終息直後に出された「今後5年間での損害額の試算」について調査し,より現実に則した検討を行った.重要家畜伝染病の一つである口蹄疫はより早い段階での防疫措置が必要であるが,感染しているにも関わらず感染を確認できない潜伏期間の問題がある.しかし,この問題に対処するための検出薬の開発にはコストの問題があり,発症後直ぐの殺処分と埋却には埋却地確保に時間が掛かるといった問題がある.本研究では,「Keelingモデル」として知られる疫学モデルを用いて未発症だが既感染の農場を推定するための数学的手法を開発した.具体的には,感染地域で観測可能な変量として,各農場の感染の有無や保有動物数,動物種,及び農場間の距離等を利用し,未感染農場が周辺の感染農場から与えられる「感染させられる力」の総和という観測不能な変量を推算することができる数式をソフトセンサ・モデルとしてKeelingモデルに基づき導入した.また,各々の農場が感染しているかどうかを,ソフトセンサで推算される「感染させられる力」の総和の大きさに基づき推定する方法を考案した.本方法に2010年に宮崎県で発生した口蹄疫の感染事例を適用し,ソフトセンサ・モデルの構築と推定精度向上のための改良を幾つか行った.更に,改良方法の評価のための推定精度比較実験を行った.その結果,推定精度を向上させる普遍的な要因を見出した.本研究では,製造・開発プロセスではメジャーな「(プロジェクトのような)活動全般をマネジメントする」という考え方を,口蹄疫に代表される感染力の強い家畜感染症の問題に導入することにより,防疫活動の効率化を図れないかといった問題意識で研究に取り組んでいる.この問題に対し,まずは,口蹄疫の感染プロセスを表す数理モデルや,このモデルを使って行う防疫措置効果の分析といった既存研究の調査を行った.また,農水省の公式ホームページや宮崎県職員からの聞き取り調査に基づき,実際の防疫活動の流れを理解し,防疫活動全体を把握するための形式モデルによるモデル化を行った.以上の調査と準備を経て,マネジメントの基本である,管理上知るべき重要項目をリアルタイムに感知していく方法について検討した.具体的に,防疫活動の管理上の重点項目の一つは,日々移り変わっていく感染農場の所在の分布である.しかし,感染しているにも関わらず感染を確認できない潜伏期間の問題がある.そこで,この問題への対処方法を考えた.結果として,「Keelingモデル」として知られる数理疫学モデルを用いて,未発症だが既感染の農場を推定するための数学的手法を開発した.具体的には,化学プロセスの分野で広く用いられているソフトセンサの技術を潜伏期の問題に適用した.ソフトセンサは生産プロセスにおいてリアルタイムでの測定(確認)が困難な製品品質等を推定する有効な手法であることから,感染しているにも関わらず感染を確認できない潜伏期間の問題を扱う技術としてよく適合した.また,推定精度向上のためのモデル改良においても,ソフトセンサで用いられる手法が役にった.なお,構築したソフトセンサで計測された値の解釈の仕方や,推定性能向上のための改良を施したソフトセンサ・モデルの性能評価のための手法については,今回独自に開発した.重要家畜伝染病の一つである口蹄疫はより早い段階での防疫措置が必要であるが,感染力が有るにも関わらず感染を確認できない潜伏期間の問題がある.しかし,この問題に対処するための検出薬の開発は行われているが,開発コストの問題がある.また,発症後直ぐの殺処分と埋却は感染拡大を防ぐ上で非常に効果的であることがシミュレーション実験により確認されているが,埋却地確保の時間がボトルネックとなり実現は難しい.そこで,本研究では,Keelingモデルとして知られる口蹄疫の空間伝染モデルを用いて未発症だが既感染の農場を推定するための数理的手法を開発した.しかし,推定精度の向上には限界がある.このため,推定失敗によって生じる可能性のある損失の大きさを考慮し,これをある程度小さく抑えるような殺処分対象領域を決定するための判断基準(以降,単に“判断基準"と記す)を設定する必要がある.

本研究では,この判断基準が満たすべき要件を明らかにし,その要件を満たす判断基準の所在を,推定失敗率及び,その内訳である偽陰性率と擬陽性率に基づき合理的に特定する方法を検討した.また,防疫活動の進捗中,設定した判断基準に実効力を持たせるための基本的考え方を,防疫活動進捗のボトルネックとなる要因や,その解消方法と共に言及した.本研究では,製造・開発プロセスではメジャーな「(プロジェクトのような)活動全般をマネジメントする」という考え方を,口蹄疫に代表される感染力の強い家畜伝染病の問題に導入することにより,防疫活動の効率化を図れないかといった問題意識で取り組んでいる.初年度(H27年度)の感染推定手法の開発研究では,感染推定の成功率が最大となる判断基準(具体的には感染/未感染を立て分ける閾値)を見出すことを目標とした.しかし,推定精度の向上には限界がある.そのため,推定失敗のリスクを考慮する必要があり,その場合,推定成功率をより高くする判断基準よりも,むしろ推定失敗による経済的損失をより小さくする判断基準を選択することの方が重要となる.そこで,次年度(H28年度)では,推定失敗による損失をより小さくする判断基準の所在を明らかにするための方法開発に着手し,現在も引き続き行っている.また,この判断基準(閾値)の概念は,感染地域自治体職員の防疫上の意思決定や,それを実施する上での国や農場主との交渉を,合理的に行うためのシナリオを論理的にわかりやすく提供できる可能性を持つことが分かってきた.H28年度は,そのようなシナリオの一例として,国との予算交渉のためのシナリオを示し,シミュレーション実験を通し,そのようなシナリオの妥当性を実証的に示した.重要家畜伝染病の一つである口蹄疫は,より早い段階での防疫措置が必要であるが,感染力が有るにも関わらず感染を確認できない潜伏期間の問題がある.しかし,この問題に対処するための検出薬の開発は行われているものの,開発コストの問題があり解決は難しいのが現状である.また,発症後直ぐの殺処分と埋却は感染拡大を防ぐ上で非常に効果的であることがシミュレーション実験により確認されているが,埋却地確保のためには様々な問題を解決する必要があり,その時間がボトルネックとなり実現は非常に困難である.そこで,本研究では,Keelingモデルとして知られる口蹄疫の空間伝染モデルを用いて,未発症だが既感染の農場を推定するための数理的手法を開発した.しかし,過去の感染事例から得られるデータは限定的であるため,その推定精度の向上には限界がある.このため,推定失敗によって生じる可能性のある損失の大きさを考慮し,これをある程度小さく抑えるような殺処分対象領域を決定するための判断基準(以降,単に“判断基準"と記す)を設定する必要がある.本研究では,この判断基準が満たすべき要件を明らかにし,その要件を満たす判断基準の所在を,偽陰性率と擬陽性率,および偽陰性による感染拡大リスクに基づき合理的に特定する方法を検討した.なお,感染拡大リスクに関しては,感染拡大による家畜そのものの損害額のみならず,それに関わる地域産業の損害額も合算される必要があることから,2010年の宮崎県での口蹄疫感染の終息直後に出された「今後5年間での損害額の試算」について調査し,より現実に則した検討を行った.
実験レポートのWebベース協調添削支援システムの開発

1.本システムの基盤機能の実現(1)Webベースのレポート作成・提出機能:Wikiと呼ばれる協調作業支援ツールの概念を使って、容易にレポートを作成できる機能を実現した。(2)版管理機能:学生のレポートを版管理し、修正箇所と内容の把握を容易にした。さらに、修正の指摘(コメント)と対応する修正箇所の把握を容易にする機能を実現した(3)レポート管理機能:個々の学生の実験の進捗状況、レポートの提出状況、添削の進行程度、評価点などを管理できる機能を実現した。2.コミュケーション機能(協調機能)の強化(1)複数の学生が班で実験を行い、班で1通のレポートを作成できる機能を実現した。メンバー同士が打ち合わせをする機能、お互いのレポートをピアレビューする機能、アクセス権管理、排他制御機構を実現した。(2)教員の添削作業支援として、複数課題のレポートが混在し、初提出、再提出のレポートが混在する中で、指定したポリシーに従った採点順番をアドバイスする機能を実現した。学生に対しては、教員が行なっている添削作業をモニタして、添削される順番に関する情報を提供する機能を実現した。3.レポート文書の推敲支援機能の実現段落を意識して書かせるために、トピックセンテンスを抽出する機能、適切なキーワードに基づいて章構成がなされているかどうかを検査する機能、読み難い文を形態素解析に基づいて判定する機能を実現した。4.実際の授業に適用する実証実験開発したシステムを実際の授業に適用して、評価を行った。その結果、レポートのターンアラウンド時間(学生がレポートを完成させてから教員が添削して返却するまでの時間)を短縮できた。学生ごとのバラツキを少なくすることもできた。◎本システムの基盤機能の実現1.Webベースのレポート作成・提出機能:Wikiと呼ばれる協調作業支援ツールの概念を使って、容易にレポートを作成できる機能を実現した。これは特別なツールを使用すること無く、通常のWebブラウザの機能だけを用いてレポートが作成できる仕組みである。レポートはハイパーテキストとして構造化される。さらに、レポートはその中に、図や表、ソースリストなどを含むために、通常のWikiの機能では不十分であり、機能拡張を行なった。3.レポート管理機能:個々の学生の実験の進捗状況、レポートの提出状況、添削の進行程度、評価点などを管理できる機能を実現した。そのために、対象となる実験の構成や進捗管理項目、取り扱うレポートの種類、締切り、採点基準と配点など、レポート管理に必要な様々な項目を整理し、システム中に定義できる仕組みを作成した。◎本システムを用いて実際の授業に適用する実証実験実際の授業で実験レポートの作成・添削に適用する実証実験を行った。対象授業は100人の学生に対して3人の教員が担当するものである。このために高性能パーソナルコンピュータを購入してWebサーバ、データベースサーバとして運用した。また、添削指導の大部分がオンライン化されたとしても、教員と学生が対面で直接指導することは重要であり、これを支援する機能が必要である。そのために、タブレット型コンピュータを用いて、画面を指示しながら面接することができるようにした。◎コミュケーション機能(協調機能)の強化教員と学生との間でやり取りされるレポート以外に、様々な質疑応答などのコミュニケーションが活発に行われるように支援する機能を実現した。電子メール、電子掲示板、チャットなどの既存の協調学習支援技術を応用しつつ、次のような特長を有するコミュニケーション機能を実現した。(1)コミュニケーションの中で頻繁にレポートの特定の箇所を参照・引用したり、教員のコメントの内容を参照・引用したりすることになる。書き手にとって、この参照・引用を容易にし、読み手に取って、参照・引用関係を容易に把握できるような仕組みを実現した。(2)複数の学生がチーム(班)で実験を行い、チームで1通のレポートを作成できる機能を実現した。

つまり、メンバー同士が打ち合わせをする機能、お互いのレポートをピアレビューする機能、アクセス権管理、排他制御機構を実現した。(3)教員の添削作業支援として、複数課題のレポートが混在し、初提出、再提出のレポートが混在する中で、指定したポリシーに従った採点順番をアドバイスする機能を実現した。学生に対しては、教員が行なっている添削作業をモニタして、添削される順番に関する情報を提供する機能を実現した。また、添削終了をメールで通知する機能なども実現し、レポートのターンアラウンド時間(学生がレポートを完成してから教員が添削して返却するまでの時間)を短縮する工夫を行なった。◎レポート文書の推敲支援機能の実現段落を意識して書かせるために、トピックセンテンスを抽出する機能、適切なキーワードに基づいて章構成がなされているかどうかを検査する機能、読み難い文を形態素解析に基づいて判定する機能を実現した。◎本システムを用いて実際の授業に適用する実証実験昨年度に引き続き、実証実験を実施した。1.実際の授業に適用する実証実験昨年度までに開発した以下のシステム機能を実際の授業に適用して,評価を行った。(1)複数の学生がチーム(班)で実験を行い,チームで1通のレポートを作成できる機能その結果,メンバー同士の打ち合わせに効果的な面も見られたが,実験終了からレポートの提出締め切りまでにあまり時間が無く,本システムの機能を用いてピアレビューをする時間がないという意見が多かった。(2)教員と学生に対して添削順番に関する情報を提供する機能その結果,この機能がレポートのターンアラウンド時間(学生がレポートを完成させてから教員が添削して返却するまでの時間)を短縮できた。学生ごとのバラツキを少なくすることもできたことが確認された。2.他の種類の授業への適用(1)実験レポート以外にも,「プログラミング方法論」「ソフトウェア品質管理」「ネットワークアーキテクチャ設計論」の各授業のレポート作成・提出に用いた。その結果,レポート作成に必要な十分な機能を有していることが分かった。また,レポートの構成管理機能も十分であることが分かった。(2)多数の学生の利用者登録,履修登録を円滑に行うために,利用者認証機能を本システムから分離、独立させた。その結果,将来的に他の学習管理システム(LMS)等との連携が可能になった。3.今後の課題(1)レポート文書の推敲支援機能を充実させる。(2)実験が遅れ気味であったり,添削指導への反応が遅れ気味であったりする学生を的確に把握し,指導できる機能を開発する。(3)さらに多くの授業での実践をおこなう。
直流超伝導ケーブルによる電力系統のエネルギー貯蔵機能の創出

本研究の目的は、直流超伝導ケーブルによる電力系統のエネルギー貯蔵機能の創出である。環境への意識の高まりと電力自由化の流れから太陽光や風力を原資とする再生可能エネルギーの大量導入が期待されるが、これらの発電量は天候による時間変化が大きく、設備容量や周波数変動の問題から、現状の電力系統の受け入れ許容量はごく限られたものになっている。この観点から、発電量の変動を吸収できる電力貯蔵技術の確立が極めて重要な課題となっている。そこで本研究では、超伝導ケーブルによる電力系統のエネルギー貯蔵機能を実証し、電力系統自体が再生可能エネルギーの出力変動補償を行える次世代電力ネットワークの可能性を示した。そこで本研究では、新しい超伝導ケーブルを用いた直流電力網を提案することにより、電力系統自体がエネルギー貯蔵機能を有する次世代電力ネットワークの実現可能性について検討する。平成28年度は、以下に取り組んだ。(1)エネルギー貯蔵機能付き超伝導ケーブルの試作:巻芯にコイルのように超伝導線材を密に巻き付けることで、エネルギーを磁気エネルギーとして貯蔵するという新しいコンセプトに基づき、小型の超伝導ケーブルを試作した。評価の結果、もくろみ通り、電気抵抗がゼロでインダクタンスのみを有し、損失なくエネルギーを貯蔵できることを確認した。(2)エネルギー貯蔵機能付き電力系統の機能実証:試作した超伝導ケーブルを、リアルタイム電力系統シミュレータを用いたハードウェア閉ループ試験(HILS)に適用することで、エネルギー貯蔵機能付き電力系統の実規模相当の動作を再現した。これにより、再生可能エネルギーによる電力の供給がとまっても、しばらくの間はケーブル自体に蓄積されたエネルギーによって、負荷への電力供給が問題なく行えることを実証した。上述の2項目は、当初の予定のとおりであり、本研究は順調に進んでいると認められる。特に、超伝導線材を用いるために電気抵抗がゼロとなって損失がないと一見認識されるかもしれないが、エネルギーの出し入れには電流の変化を伴うために、交流損失が発生することが懸念材料であった。試作した超伝導ケーブルは設計通りのインダクタンスを有し、またHILSの試験によって蓄積したエネルギーを損失がほとんど無視できる状態で放電できることを確認できたことは大変大きな成果である。加えて、試作したケーブルは小型であるものの、HILSで想定した系統の挙動の規模はMW級であり、規模調整によって実規模相当の機能を模擬できたことは、他に類を見ない成果である。以上により、当初の目論見通りに、順調に成果が得られているものと考えている。平成28年度は、独創的なアイデアによる新規機能を実証するに至った。平成29年度は、超伝導ケーブルと系統との相互作用をさらに詳細に調査し、次世代電力系統の最適な形態を提案していくことを目指す。具体的には以下に取り組む。(3)エネルギー貯蔵機能付き電力系統の最適化と波及効果の検証:1年目に引き続き(1)(2)を繰り返すことによって、対象のマイクログリッドに最適な超伝導ケーブルとその運用形態を検討する。特に、事故時の現象まで項目(2)の手法によって評価することで、超伝導ケーブルの電流容量とインダクタンスの最適化ならびに系統内接続構成の最適化を行い、エネルギー貯蔵機能付き電力系統のマイクログリッドモデルとして提示する。さらに、上記がハードウェアを使用せずにシミュレーションのみで表現できるようになれば、本研究で提案するエネルギー貯蔵機能付き超伝導ケーブルのモデルが構築できたことになる。本モデルを用いて、マイクログリッドにとどまらずに検討範囲を広げ、本研究の成果の波及効果を提示する。究極の形態としては、地球規模の電力系統を直流超伝導ケーブルでループ状に接続するものとなり、そのエネルギー貯蔵機能によって、平準化された世界規模の再生可能エネルギーの利用(サハラ砂漠の太陽光発電、ブラジルの水力発電など)と負荷変動を気にしないエネルギー消費が可能となる。超伝導工学ほぼ予定どおりに使用できたと考えるが、当初の予定よりも冷媒の使用量が少なかったため、残額が生じた。具体的には、試作した超伝導ケーブルの損失が想定よりも小さかったため、蒸発する冷媒の量が少なかったためであり、ポジティブな理由によるものである。次年度の試験の回数を1回程度増やし、超伝導ケーブル運用の最適化に必要な情報を当初予定より多く集めることで対応する。
新奇な圧力誘起水素－炭素間相互作用の制御とその機構解明

高圧下で生じる水素ー炭素π電子系間の新規な圧力誘起相互作用をグラファイト構造を持つ物質全般で理解するたに、数層グラフェン、類似構造をもつ六方晶窒化ホウ素をヘリウム中、水素中で加圧し、圧力誘起構造変化のその場観察をおこなった。高圧水素雰囲気下で加圧したグラファイト、六方晶窒化ホウ素では、ホストの電子構造が違うにもかかわらず、両者とも、水素の影響をうけた構造の圧力変化を示した。一方で、DFT計算による高圧水素雰囲気下で加圧したグラファイト、六方晶窒化ホウ素の構造変化の検証からは、いずれも水素吸蔵されていないか、入ったとしても極少量でなければならないことが示唆された。平成25年度は、高圧下でグラフェンの構造、物性を評価することを目的として、1.高圧下利用のためのグラフェン転写用基板の評価、2.グラフェンのダイヤモンドアンビルへの転写と転写後のグラフェン積層数の評価、3.水素分子の位置および配向の理論的予測をおこなった。1について、高圧下でグラフェンの構造、物性を評価するには、グラフェンの基板材料が高圧下でも安定していることが必要条件となる。本研究ではダイヤモンドアンビルの他、最近、利用報告の多い六方晶窒化ホウ素単結晶(hBN)について、顕微鏡観察、ラマンスペクトル測定により、高圧下での構造安定性について評価をおこなった。2について、従来のグラフェン積層数の評価手法を用いてダイヤモンド上に転写したグラフェンの積層数の評価をおこなったが、ダイヤモンドのラマンスペクトル(2次)が、グラフェンのG'バンドと重なるため、精密な積層数の評価が困難であることがわかり、これに変わる方法でダイヤモンドアンビルに転写されてたグラファイトの積層数を評価した。3について、高圧下で水素吸蔵をおこすメソカーボンマイクロビーズについて、2種類のモデル(モデル1:グラファイトのスタッキングが水素吸蔵に伴いABからAA構造に変化したもの、モデル2:水素分子が2,3層おきに挿入されたステージング構造をとるもの)を想定し、内部ストレス計算をおこなった。モデル1を検証するため、実験で得られた2GPaにおける層間距離を固定し、ABスタッキングとAAスタッキングした層間に水素分子をおいたモデルをつくり、その原子にどの程度の力がかかっているかを計算により求めた。これまでの研究では、高密度水素ガスとグラファイト構造をもつ炭素材料の同時加圧とX線回折、ラマン分光法によるその場観察から、室温で水素ー炭素間相互作用の生成を示唆する現象を発見した。本研究では、この新規な圧力誘起水素ー炭素間相互作用をグラフェン1枚からグラファイトに至るまでのグラファイト構造をもつ物質全般で理解することを目的とした。グラファイト構造をもつ炭素材料のうち、より単純な系"グラフェン"に注目し、精密な圧力制御技術のもとに、「グラフェンの積層数」が炭素ー水素間相互作用に与える影響を探索するため、平成24年度は次の研究項目を実施した。1.常圧から1メガパスカルまでの圧力下で、グラフェンからグラファイトに至る水素ー炭素間相互作用の観察をおこなうための圧力制御と、ラマンスペクトルのその場観察が可能なシステムを構築した。2.炭素ナノ構造体であるメソカーボンマイクロビーズ(MCMBs)と高密度水素ガスが共存する系で観察された圧力誘起構造変化の結果を用いて、MCMBsのもつグラファイト構造における水素分子の位置や配向、層間にかかる圧力について理論的予測をおこなった。3.グラフェンの積層数が無限大である状態、つまりグラファイト単結晶についても、圧力下で水素が与える影響をX線回折やラマン分光法によるその場観察を介して調べようとした。水素ガス共存のもと圧力下でグラファイトの単結晶X線回折をおこなうための専用圧力セルの設計とその作成をおこなった。平成26年度は、(1)グラフェン基板材料である六方晶窒化ホウ素(hBN)の水素中での加圧、(2)ダイヤモンド基板上での数層グラフェンの加圧、(3)DFT計算による高圧水素雰囲気下で加圧したhBNの構造変化の検証をおこなった。(1)では、グラフェンの基板材料として用いられる六方晶窒化ホウ素BNの水素の影響を知るため、高圧水素中でhBNを加圧した。hBNはグラファイトと同様に面内構造の伸展が生じることが明らかとなり、水素圧力媒体を用いる本研究では、hBNをグラフェンの基板材料として使用できないことがわかった。また、粉末X線回折、ラマンスペクトルの結果から、11GPaでhBNからウルツ鉱型BN(wBN)への相転移が生じ、回収試料はwBN構造をもつことが明らかになった。(2)では、高圧下で水素の影響がないダイヤモンドアンビルに、数層グラフェンを転写し、ヘリウム、および、メタノールエタノール混合液圧媒体を用いた加圧を試みた。グラフェンの積層数はダイヤモンド基板のラマンスペクトルより決定することができた(特許出願中)。

ProctorやClarkがおこなった先行研究では、シリコン基板上のグラフェンでは3.5GPa、自立グラフェンでは8GPaが最大圧力であった。ダイヤモンド基板上のグラフェンについて、10GPaを超えるラマンシフトの測定に今回初めて成功した。(3)では、(1)の実験結果について、構造最適化により、水素による加圧前後の構造モデルについて、格子定数、状態方程式を推定し、粉末X線回折実験の結果と比較した。結果は、水素が入った計算によるモデルの格子定数のc軸、単位体積が実験値よりも有意に大きな値となった。こうなった理由として、Van der Waals相互作用が計算によって上手く再現できない、モデル構造が違う等が考えられる。一方、水素が入っていない計算によるモデルの格子パラメータは、実験値に近い値となった。高圧物性圧力発生装置であるダイヤモンドアンビルセルを用い、剥離したグラフェンをダイヤモンドアンビル上に転写し、積層数の評価をおこなった。高さ2mmのダイヤモンドアンビル越しにグラフェンのラマンスペクトルが観察できることから、グラフェンの高圧下におけるその場観察が可能であることを確認した。水素分子の位置や配向についての理論的予測については、今のところ実験結果を再現できていない。原因として、モデルが違うこと、Van der Waals相互作用が上手く再現できないことが考えられる。1.新奇水素ー炭素間相互作用に誘起された構造異常は、ダイヤモンドアンビルセルで加圧可能な最小圧力:100メガパスカル(MPa)の圧力で既に発生する。水素ー炭素間相互作用の発現機構を明らかにするには、常圧から100 MPaまでの範囲で構造のその場観察が必要である。本研究では、ファーストステップとして1 MPa以下での圧力制御とラマンスペクトルのその場観察が可能なシステムを作成した。既存の流体用圧力セルを応用したガス圧制御セルを用い、試料の昇圧を水素ガスでおこなうために、デジタル圧力計、圧力ハンドポンプを導入し、顕微ラマン分光測定装置内に配管した。これにより、常圧から1 MPaまでの精密圧力制御と同時ラマン測定が可能になった。2.これまでの研究で得たMCMBs-水素について、密度汎関数理論計算による静的な構造最適化をおこない、X線回折で得た格子定数の圧力変化の再現を試みた。計算結果は実験結果と異なり、圧力下では面間距離が広がり、面内構造の伸びを再現しないことを示した。次に、グラファイトの層間にある割合で水素分子を挟んだモデルを作成した。層間距離を常圧で観察されるグラファイトの値に固定し、層間にかかる実効的な圧力を計算した。水素が層間に挟まることで、7GPa程度の圧力が層間に働くことがわかった。これらの結果は、理論計算が新奇な圧力誘起炭素ー水素間相互作用をうまく再現していないこと、ひいては現状のモデルで再現できない力が新奇相互作用であることを示唆する。3.グラフェンの積層数が無限大である状態、つまりグラファイト単結晶についても、圧力下で水素が与える影響をX線回折によるその場観察を介して調べようとした。散乱角度が80度まで測定可能な小型で軽量な単結晶X線回折用圧力セルを新たに設計した。平成25年度にセルの組み立て、加圧チェックを経て、試料の単結晶X線回折を行う予定である。
実用超潤滑のための基礎研究(振動による摩擦・摩耗制御)

本年度は2つの対偶実験によって摩擦力と振動の関係を明らかにした。1。一般に使用される摩擦試験機を使って、摩擦部に振動を加える実験を行って、摩擦力、摩耗量の測定値と理論値を比較検討し、これらが制御可能であることを明らかにする。我々の従来の研究で、摩擦系の垂直方向の振動特性(弾性変形)を考慮して摩擦力を定量的に求めてきた。この方法では、接触面の塑性変形を無視しているので、接触部の摩耗量が多いと接触界面が大きく塑性変形するので、測定値は理論値に比べて大きめに計算されていた。今回は接触部の変形の計上と塑性変形量を考慮にいれ、塑性変形後、非線形な形状変化する物体の弾性変形をミンドリン理論を用いて計算し、摩擦力を定量的に求めた。この結果は、11月に名古屋で行われた日本トライボロジー学会で発表した。2。振動状態を精密に測定するために製作した摩擦試験機を使用し、すべり摩擦に起因して発生する摩擦振動現象を調べ、摩擦力、摩耗量の大きさあるいは変化の様子から摩擦振動の発生メカニズムを明らかにする。今回はじめて行う実験であるが、摩擦試料として高温特性、耐摩耗性に優れている窒化けい素セラミックを使って、摩擦振動の発生しやすい高速摺動試験を行った。この結果、ある速度において摩擦振動が生じ、摩耗量が飛躍的に大きくなることがわかった。この速度の摩擦波形を周波数解析した結果、摩擦系が共振していること、摩耗過程は回転速度よりゆっくり進行することがわかった。この結果は、3月に東京で行われる精密工学会で発表する予定である。1。2。