hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
卵胞顆粒層細胞の選択死を誘導する受容体分子の検索

顆粒層細胞表面に発現している新規な細胞死受容体分子の同定とその制御機構を解明することが、本研究の目標である。健常と退行卵胞を容易に識別できて卵胞を構成する細胞を容易に単離できるブタ卵胞を材料とし、健常卵胞顆粒層細胞表面ににみ存在し、退行の進行とともに消失する糖鎖の結合した膜蛋白を特異的に認識するモノクロナール抗体を作成できた。この抗体を培養顆粒層細胞の培養液中に添加して共培養することで、特異的にアポトーシスを誘導できた。この抗体が認識している膜糖蛋白は、アポトーシスシグナル受容体のひとつであることが分かった。この細胞死受容体の細胞質内下流にはインターロイキンβ1転換酵素様プロテアーゼ(カスパーゼ様プロテアーゼ)がアポトーシスシグナルの伝達に支配的に関与していることが、阻害剤スペクトルから確認された。このプロテアーゼ・カスケード系を介して核内に伝達されたシグナルは、顆粒層細胞核内の中性Ca^<2+>/Mg^<2+>依存性エンドヌクレアーゼのみを活性化してゲノムDNAをヌクレオソーム単位で切断することが分かった。併行して卵胞退行に伴って顆粒層細胞に特異的に発現するmRNAを検索した結果、インスリン様成長因子と血小板由来成長因子mRNAと塩基配列相同性の高いチロシンキナーゼ様蛋白をコードするmRNAが特異的に発現していることが分かった。これらから、顆粒層細胞アポトーシスを人為的制御できる可能性があることが分かった。哺乳類の卵巣には少数の卵母細胞を選抜して排卵させ、99.9%以上を卵胞閉鎖による選択的死滅に誘導する機構が存在する。この卵胞の生死を選択する分子機構の解明研究の一環として、顆粒層細胞にアポトーシスを誘導する分子機構、特に細胞表面に発現している受容体分子の制御機構の解明を進め、下記の成果、すなわち卵胞顆粒層細胞特異的細胞死受容体の発見とそのシグナル伝達系解明の賭を得た。(1)卵胞を構成する内外卵胞膜細胞、顆粒層細胞、卵丘細胞、卵母細胞を顕微鏡下に精密の分離できるブタ卵巣を材料として、卵胞退行に伴って顆粒層細胞に特異的に発現するmRNAを検出・同定するため、健常(卵胞外より卵子-卵丘細胞複合体が視認可)と退行(視認不可)卵胞由来の卵母、卵丘、顆粒層細胞のライブラリーを利用して、サブトラクション-PCR法にて退行卵胞に特異的なmRNAを増幅・同定し、チロシンキナーゼドメインをもつ血小板由来成長因子様の細胞分化制御因子を見いだした。(2)健常卵胞から調整した顆粒層細胞を抗原として感作して細胞膜結合性の糖蛋白質と糖鎖構造特に細胞膜表面に発現する顆粒層細胞特異的細胞死受容体分子を検索するため、標的分子を認識・検出できるモノクロナール抗体を作成できた。このモノクロナール抗体が認識する腫瘍壊死因子受容体スーパーファミリーに属する分子量55kDの新規細胞死受容林を同定した。この細胞死受容体は、肝、腎、脳などの卵巣以外の組織には発現していない、顆粒層細胞特異的に発現しているもので、FasやTNF受容体などの既知細胞死受容体とはことなることを証明できた。
組織制御したセラミックス繊維強化複合材料の高温クリープ変形に関する研究

セラミックス繊維強化複合材料の組織制御(微細化・均一化・緻密化)を向上させるために液体金属を用いた一方向凝固法(LMC-DS Method)を適用して共晶組成のNi-NiO系セラミックス繊維強化複合材料以下,繊維強化材と呼ぶ)を作製した。そしてこの繊維強化材の高温クリープ特性を検討するために定常クリープ速度の応力ならびに温度による変化を8731173Kの温度域,2187MPaの応力域で純Ni材および粒子状のNiOがNi中に分散した分散強化材と対比させて調査した。得られた主な知見は次のとおりである。1.液体金属を用いた一方向凝固法を適用することによって繊維間隔が2mumのセラミックス繊維強化複合材料を作製可能であることを明らかにした。2.純Ni材,分散強化材および繊維強化材を同一条件で試験した場合,sigma/G<5×10^<-4>の低応力域では純Ni材,分散強化材,繊維強化材の順に定常クリープ速度は小さくなる。繊維強化材では,繊維間隔の減少につれて定常クリープ速度は減少した。すなわち,繊維状のNiOを緻密に配列させると,複合材料の高温クリープ特性を著しく向上させることができることが明らかとなった。3.繊維強化材には通常の分散強化型合金と同様にしきい応力が存在した。このしきい応力を考慮すると繊維強化材のクリープ変形は次式で表すことができた。このとき,n'【similar or equal】5.0,Q_c'【similar or equal】300kj/mo1が得られ,繊維強化材は高温べき乗則クリープ変形に支配されていることが明らかになった。すなわち,繊維強化材中のNiO繊維は外部応力を直接負担するのではなく,通常の分散強化型合金中の分散粒子と同様に転位運動に対する障害物として作用することが繊維強化材の定常クリープ速度epsilonは繊維間隔lambdaによって変化し,lambdaが小さくなるにつれてepsilonは減少した。この場合,定常クリープ速度の繊維間隔依存性はepsilon=clambda^<4.5>と表すことができた。ここで,cは定数で繊維間隔によって変化する。この関係はlambdaの減少にともなってしきい応力が増加することで説明することができた。
発光性ルテニウム錯体をプローブとした半導体の格子欠陥密度の定量

半導体中に存在する格子欠陥は、光励起電子と正孔の再結合中心として働くことが経験的に知られており、欠陥密度の低減は、高性能な太陽電池や光触媒を開発する上で欠かせない共通課題である。そしてそのためには、半導体中に存在する格子欠陥を適切に評価する手法が不可欠となるが、現状で我々は、材料の種類(組成や形状)を選ばず汎用的に適用できる測定手法を持たない。本研究では、光を吸収して励起状態となった発光性ルテニウム錯体が半導体へ電子を注入する現象に着目し、それに伴う発光減衰をモニターすることで半導体中に存在する格子欠陥密度の定量を試みる。具体的には、研究代表者が近年開発した格子欠陥密度の異なる酸化物半導体粉末とLUMO準位が異なる発光性ルテニウム錯体を用いることで、格子欠陥密度と発光減衰挙動の関連性を明らかとすることを目指している。本年度は新たに、九州大学山崎仁丈教授との共同で格子欠陥(具体的には酸素欠陥)密度を精密に制御したSrTiO3粉末試料の合成に成功した(ACS Catal.誌で発表)。この粉末試料にメチルホスフォン酸基をアンカー配位子として有するRu(II)トリスジイミン型錯体を吸着させ、Ru錯体の光励起後のSrTiO3への電子注入過程を時間発光分光法で観察した結果、酸素欠陥密度の高いSrTiO3ほどRu錯体の発光減衰が早まることがわかった。すなわち、励起状態のRu錯体からはSrTiO3への伝導帯への電子注入(よく知られている色素増感太陽電池における電子注入)に加えて、酸素欠陥への電子注入が起きていることが示された。格子欠陥を精密に制御したSrTiO3粉末試料の合成に成功し、Ru錯体との複合体における発光減衰測定から、当初狙いとしていた格子欠陥密度と発光減衰挙動の関連性の一端を明らかにすることに成功したことから、概ね順調に進展していると判断した。異なるジイミン配位子をもった類似のRu錯体を合成する。具体的には、メチル基あるいはトリフルオロメチル基をジイミン配位子に導入して、励起状態のRu錯体の酸化電位を制御する。これらのRu錯体を先に合成に成功したSrTiO3粉末試料に吸着させ、発光減衰挙動がどのように変化するかを調べる。具体的には、研究代表者が近年開発した格子欠陥密度の異なるルチル型TiO2とLUMO準位が異なる発光性ルテニウム錯体を用いることで、格子欠陥密度と発光減衰挙動の関連性を明らかとすることを目指している。平成29年度において実施した9ヶ月の研究で、当初の予定通りに一連の実験に必要なトリスビピリジン型のルテニウム錯体、ルチル型TiO2、およびそれらの複合試料の合成を済ませた。X線回折測定、紫外可視吸収測定などのキャラクタリゼーションを実施し、狙い通りの化合物が得られていることを確認した。さらには予備的な発光測定も実施し、微粒子懸濁系に特有な散乱光の影響を最小にして良好なスペクトルが得られる実験条件を明らかにした。これには発光モニター波長の選定が特に重要であることがわかった。研究開始時に計画していたルテニウム錯体、ルチル型TiO2およびそれらの複合試料を合成し、必要なキャラクタリゼーションまで済ませることができたため、概ね順調に進展していると判断した。すなわち、励起状態のRu錯体からはSrTiO3への伝導帯への電子注入(よく知られている色素増感

太陽電池における電子注入)に加えて、酸素欠陥への電子注入が起きていることが示された。格子欠陥を精密に制御したSrTiO3粉末試料の合成に成功し、Ru錯体との複合体における発光減衰測定から、当初狙いとしていた格子欠陥密度と発光減衰挙動の関連性の一端を明らかにすることに成功したことから、概ね順調に進展していると判断した。合成した一連のルテニウム錯体/ルチル型TiO2複合試料の発光測定を本格的に実施する。ルテニウム錯体の励起状態の酸化電位、ルチル型TiO2の格子欠陥密度が発光減衰挙動に与える影響を詳細に調べる予定である。異なるジイミン配位子をもった類似のRu錯体を合成する。具体的には、メチル基あるいはトリフルオロメチル基をジイミン配位子に導入して、励起状態のRu錯体の酸化電位を制御する。これらのRu錯体を先に合成に成功したSrTiO3粉末試料に吸着させ、発光減衰挙動がどのように変化するかを調べる。・繰越額が生じた状況他機関への異動が決まったグループメンバーからいくつかのルテニウム錯体を引き継ぐことができたため、ルテニウム錯体合成に必要な試薬購入費用を浮かせることができた。また、当初計上していた招待講演のための海外出張費用が、急遽先方負担でまかなえることになった。・平成29年度分予算とあわせた使用計画保有する分光器のスペック向上およびオプションパーツ購入に充てる予定である。さらには、新たに参加が決まったシンガポールでの国際学会12th International Conference onCeramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications (CMCEE 2018)への旅費に充てたい。繰越額が生じた状況:当初計上していた招待講演のための出張費用が、先方負担でまかなえることになったため。
黒質線条体in vitro系におけるMPP^+毒性と、その細胞死の機序の研究

黒質線条体in vitro系におけるMPP^+毒性とその細胞死の機序を明らかにすることを目的として、胎生17日のラット脳のドパミンニウロン(DN)の生存率を指標に用いて、MPP^+、free radical、神経成長因子などの影響を解析した。次の4点の結果を明らかにした。1)胎生ラット間脳前部をDN標的領域である線条体、新皮質でcocultureすると生存率が上昇したが、非標的域である海馬、小脳、四丘体、視床との各cocultureでは、前2者で増強を認めた。MPP^+毒性をこれらに加えると全ての領域で減弱した。2)黒質線条体の著明なgliosisを伴う変性に関わるとされる表皮増殖因子(EGF)や線維芽増殖因子(b-FGF)また塩酸の直接投与によって酸度を高めると、DNは特別の感受性を示して変性した。間脳前部のうちでもDN以外では感受性を示さず、脳の他の部位でも同様であった。コリナ-ジックニューロンも酸に感受性を示さなかった。DNに対する酸の感受性は、脳由来神経栄養因子(BDNF)の存在で抑制された。neurotropin3、あるいは神経成長因子では抑制されなかった。3)DN培養細胞に各種抗酸素薬あるいはグルタメイト受容体(GR)拮抗薬とMPP^+とをかけ合わせてfree radical、GRの関与を検討した。VE、VC、CoQ_<10>、カタラーゼなどの抗酸素薬は細胞死を軽減したが、allopurinol、superoxide dismutase、またGR拮抗薬はMPP^+細胞死を抑制しなかった。4)DN培養3日の後、インターロイキン(IL)1β(IL-1β)、IL-3、IL-6にMPP^+の有無の群それぞれの2-3日後の生存率を見た。IL-1βは0.11.0ng/mlの濃度より生存率を高めた。MPP^+毒性ではIL-6が10ng/ml以上の濃度で保護的作用を示した。これら3つのILでgliaの増生は何れも見られなかった。ラット中脳に含まれるドーパミナージックニューロンの生存率とMPP^+に対する神経毒性をcoculture培養系を用いて研究した。中脳ドーパミナージックニューロンの標的領域である線條体と大脳皮質とのcocultureでは、ドーパミナージックニューロンの生存率は増加していた。これら以外に、海馬と小脳とのcocultureでも生存率の増大が見られた。しかし、これ以外の領域とのcocultureでは、このような効果は見られなかった。これらのことは、生理的に供給される標的由来神経栄養因子以外にドーパミナージックニューロンに栄養的な効果をもたらす物質が存在することを示唆する。MPP^+神経毒性の場合は、標的および非標的領域のいずれのcocultureでも、生存率はコントロールと変わりなかった。このことは、パーキンソン病発症のメカニズムにおいて、生理的な神経栄養因子の供給との関係が示唆される。中脳と線条体など中枢神経の他領域とのcocultureにおいて、線条体と大脳皮質のような標的領野のみならず、小脳や海馬のような非標的領野とのcocultureでもドーパミナージックニューロンの生存率の増大が認められた。これ以外の領野では増大はみられなかった。

しかし、2030%の生存率を示させる範囲のMPP^+量では、いずれの領域のcocultureでも生存率に差異は認められなかった。この培養の研究過程で、新たにインターロイキンのドーパミナージックニューロンへの作用が存在し、またドーパミナージックニューロンに対して酸が選択的毒性をもつことが見出された。黒質線条体in vitro系におけるMPP^+毒性とその細胞死の機序を明らかにすることを目的として、胎生17日のラット脳のドバミンニウロン(DN)の生存率を指標に用いて、MPP^+、free radical、神経成長因子などの影響を解析した。次の4点の結果を明らかにした。1)胎生ラット間脳前部をDN標的領域である線条体、新皮質でcocultureすると生存率が上昇したが、非標的域である海馬、小脳、四丘体、視床とのcocultureでは、前2者で増強を認めた。MPP^+毒性をこれらに加えると全ての領域で減弱した。2)黒質線条体の著名なgliosisを伴う変性に関わるとされる表皮増殖因子(EGF)や線維芽増殖因子(b-FGF)また塩酸の直接投与によって酸度を高めると、DNは特別の感受性を示して変性した。間脳前部のうちでもDN以外では感受性を示さず、脳の他の部位でも同様であった。コリナ-ジックニューロンも酸に感受性を示さなかった。DNに対する酸の感受性は、脳由来神経栄養因子(BDNF)の存在で抑制された。neurotropin3、あるいは神経成長因子では抑制されなかった。3)DN培養細胞に各種抗酸素薬あるいはグルタメイト受容体(GR)拮抗薬とMPP^+とをかけ合わせてfree radical、GRの関与を検討した。VE、VC、CoQ_<10>、カタラーゼなどの抗酸素薬は細胞死を軽減したが、allopurinol、superoxide dismutase、またGR拮抗薬はMPP^+細胞死を抑制しなかった。4)DN培養3日の後、インターロイキン(IL)1β(IL-1β)、IL-3、IL-6にMPP^+も有無の群それぞれの2-3日後の生存率を見た。IL-1βは0.11.0ng/mlの濃度より生存率を高めた。MPP^+毒性ではIL-6が10ng/ml以上の濃度で保護的作用を示した。これら3つのILでgliaの増生は何れもみられなかった。
化学溶液処理によるPIT法MgB_2超伝導線材の高性能化

パウダー・イン・チューブ(PIT)法によるMgB_2超伝導線材において、充填するMgB_2粉を予め処理する有機酸溶液の温度や濃度を変化させた。高濃度ほど、線材の臨界電流密度(Jc)特性は向上したが、逆に高温では特性の向上の度合いは小さくなった。また予め炭素置換した充填粉末を用いると、未反応の炭素が弱結合として働き、特性は劣化した。この他、米国輸出規制によって入手困難な高品質アモルファス硼素を用いない、MgB_2の作製法を確立した。研究の目的本研究の目的はパウダー・イン・チューブ(PIT)法で作製したMgB_2線材の臨界電流密度(J_c)特性の改善である。MgB_2粉を有機酸溶液中で処理すると、結晶粒の微細化や、溶液からの炭素置換による上部臨界磁界(B_<c2>)の向上で、J_c特性が改善されることをこれまで明らかにした。この溶液処理プロセスは種々のパラメータを含んでいるが、これらのパラメータと線材特性との相関関係を詳細に検討することにより、MgB_2の化学溶液処理がex-situ法線材のJ_c特性向上にどれほど有効かを明らかにする。結果20年度は更なる向上を目指すため、作製パラメータの最適化を図った。市販MgB_2粉を種々の有機酸溶液で処理したが、それらの粉末を用いて作製した線材のJ_c特性には溶液依存性が見られた。しかし、J_c特性は実用化レベルには不十分であり、更なる改善のため、B_<c2>の向上に最も有効な手法の一つである炭素置換を検討した。本手法で起こる炭素置換は、有機溶媒の粒子表面への吸着によるものであり、置換量は1%程度で微量である。即ち、特性の改善は限られる。そこで、更なる改善のため、自作の炭素置換粉MgB_<2-x>C_x(x=0.05,0.1)を用いて線材を作製、評価を行った。この粉末の使用により結晶粒間結合が弱結合化し、J_cは低下した。透過電子顕微鏡による組織観察から、溶液処理及び未処理に関わらず、炭素置換粉でのみアモルファス状の微粒子が見られ、これが弱結合化を引き起こしていると考えられる。即ち、ex-situ法において、炭素置換粉末を充填粉として使用するのは困難であり、溶液処理法と組み合わせても、J_c特性の大幅な向上は容易ではないと思われる。研究の目的パウダー・イン・チューブ(PIT)法によるMgB_2線材の作製において、MgB_2粉を予め有機酸溶液中で処理すると、結晶粒の微細化や、溶液からの炭素置換による上部臨界磁界(B_<c2>)の向上で、臨界電流密度(J_c)特性が改善されることをこれまで明らかにした。この溶液処理プロセスは種々のパラメータを含んでいるが、これらのパラメータと線材特性との相関関係を詳細に検討することにより、MgB_2の化学溶液処理がex-situ法線材のJ_c特性向上にどれほど有効かを明らかにすることが、本研究の目的である。結果21年度は更なる向上を目指すため、作製パラメータの最適化を図った。本手法で起こる炭素置換は、有機溶媒の位子表面への吸着によるものであり、置換量は2-3%程度で微量である。そこで、処理温度を上げたり、溶液濃度を調整したりして、炭素置換の増大や特性改善を図ったが、室温、高濃度溶液による処理が最も有効であることを明らかにした。研究の目的はパウダー・イン・チューブ(PIT)法で作製したMgB_2線材の臨界電流密度(Jc)特性の向上である。

PIT法は、金属管に粉末を充填して線材形状に加工する手法であるが、MgB_2粉を充填するex situ法と、MgB_2の原料粉、例えばMgとBの混合粉を充填するin situ法とがある。どちらも充填粉の品質がJc特性に大きな影響を及ぼす。ex situ法では、有機酸溶液中で処理した、活性なMgB_2粉末を用いて線材を作製すると、Jc特性が改善されることをこれまでに報告した。前年度までシース材として、Mgと反応せず、安価なFeを用いていたが、シース/MgB_2界面に反応層Fe_2Bが生成した。そこで本年度は、シース材との反応を抑制するため、Feの代わりにTaを用い、この溶液処理法がどの程度までJc特性改善に有効かを明らかにすることを目的とした。一方、in situ法用充填粉末については、Mg-B(-C-H)系の前駆体粉末を溶液プロセスによって作製し、その熱分解や結晶化から活性なMgB_2の生成を目指した。研究結果として、ex situプロセスでは、MgB_2粉の処理、未処理に関わらず、TaシースではFeと同様、加工後のMgB_2コア層の組織は均質であった。しかし、加熱処理により、FeシースではMgB_2の焼結により、Jc特性が大幅に改善されるのに対して、Taシースでは大幅に低下した。Taシース線材のMgB_2コア層には、横手方向に多くの亀裂が入っていることが、組織観察から明らかとなった。これらは超伝導電流パスの障害となり、ex situ法ではTaシースは不適であるものと考えられる。一方、in situプロセスでは、Mg-B(-C-H)系化合物の一つとして、MgCl_2とNaBH_4とのメカノケミカル反応からMg(BH_4)_2を作製し、Arガス雰囲気中の加熱分解により、MgB_2がほぼ単相で得られることを確認した。
視覚特性に基づく夜間景観画像の高忠実度再現

平成30年度は低照度環境下での見えの再現に関して取り組んだ。色知覚のメカニズムは未だ不明な点が多いため,単純刺激に対する色知覚のモデル化に比べ,複雑刺激に相当する画像の知覚モデルは再現精度の点で不十分な場合が多い。それゆえ本研究では,色の見え予測ではなく画像の見え予測について取り組んだ。夜間景観は暗所視レベルの見えと明所視レベルの見えが混在する特殊な見えとなるため,シーンの明るさはハイダイナミックレンジを想定した。それゆえ,このような環境下での見えを再現するために,視覚特性に基づくトーン圧縮手法をいくつか検討するに至った。本研究ではシーンの明度特徴を反映した輝度分布画像を利用するが,その生成法の改善に取り組んだ。さらに,輝度分布画像を利用せず,生理学実験から求められた網膜応答モデルを用いた階調制御にも取り組んだ。一連の処理の流れの中でシーン画像の平滑化処理を行う必要があるが,ガイデッドフィルタを導入することで処理の高速化も実現できた。検証実験では,上記の2つのトーン圧縮手法を他の画像の見えモデルと比較した。ハイダイナミックレンジシーンにおけるシーン画像の再現精度に関して比較を行い,提案手法の有用性を評価した。従来モデルの再現結果は全体的に明度が高く,一部の領域では不自然なほど明るくなることが多かったが,提案手法では不自然な輝度変化が抑えられ,特に網膜応答モデルを導入したトーン圧縮では実際の知覚に近いと思われる出力結果となった。主観評価実験においても同様の結果が得られ,本手法の有用性が実証できた。低照度環境下でのシーン画像の見えが概ね期待した精度で再現できたため。ハイダイナミックレンジシーンを対象としているが,ここまではWeb上で公開されているデータベース画像を利用してきた。それゆえ,身近な景観のハイダイナミックレンジ画像を生成する必要がある。実シーンと比較することで,モデルの改善が的確に行うことが可能となり,さらに見えの再現精度の向上が期待できる。平成29年度は低照度環境下での画像計測法の構築に取り組んだ。シーン情報の詳細な取得には分光画像計測が適している。しかし,波長帯域フィルタによる分光画像計測では,波長分解能とセンサに到達する光量はトレードオフの関係にあり,昼光下では分光画像計測に十分な光量の確保が可能だが,低照度環境下では光量確保が困難になり,画像のSN比の低下が懸念される。そこで,撮影用カメラと人間の目視感とほぼ等価なXYZカメラの2台のカメラでシーン撮影を行うことを考えた。つまり画像による夜間景観の分光分布計測は,デジタル一眼レフカメラのカメラ出力(測定値)から人間の目視感とほぼ等価なXYZカメラのカメラ出力(目標値)へのカラーマネージメント問題と捉える。しかし,当初購入を予定していたXYZカメラでは,低照度環境下における良好なカメラ出力の取得が困難であることを予備実験により確認した。それゆえXYZカメラの代わりに現有の分光放射輝度計を利用した。カメラ出力の補正を行うために,様々な物体色と光源色をカメラと分光放射輝度計で同時に撮影した。分光放射輝度計により得られた分光強度分布から三刺激値XYZに変換後,カメラ出力値との誤差が最小となるような補正行列を実験的に求めた。物体色としては多数の色票を計測対象とし,光源色は波長可変光源を用いて任意の分光分布を設計・照射したものを計測対象とした。また,低照度環境下での見えの再現に関して代表的な手法を幾つか実装し,今後の方針の検討も行った。当初購入を予定していたXYZカメラでは,低照度環境下で十分な露光時間が確保できず,画像中にノイズが顕著に現れた。それゆえ,分光放射輝度計による計測値から三刺激値XYZを求める必要があり,作業効率がやや悪化したため。平成30年度は前年度に確立した画像計測によるカメラ出力を用いて,色知覚モデルの構築を行い,見えの予測シミュレーションを行う。

色の予測モデルや,写真やCG分野で培われてきたトーンマッピング手法,視覚系の生理現象なども考慮した,夜間景観の見えの再現に適したモデルの構築に取り組む。ハイダイナミックレンジシーンを対象としているが,ここまではWeb上で公開されているデータベース画像を利用してきた。それゆえ,身近な景観のハイダイナミックレンジ画像を生成する必要がある。実シーンと比較することで,モデルの改善が的確に行うことが可能となり,さらに見えの再現精度の向上が期待できる。(理由)XYZカメラを購入予定であったが,所望の画像の取得が困難であることが予備実験により確認されたので,購入を断念したため。(使用計画)平成30年度の配分額と合算し,低照度環境下でも十分な感度特性を有するカメラを購入する予定である。(理由)スペクトルカメラを購入する予定であったが,平成30年度までの交付額では費用が不足したため。(使用計画)平成31年度の配分額と合算し,スペクトルカメラを購入する。
構造化パタン光投影による植物の光合成状態計測

光の反射成分を分離するコンピュータビジョンの様々な方法を,植物のクロロフィル蛍光計測の高精度化に応用する研究を行った.成果の一つは,映像プロジェクタを用いて植物にパタン光を投影し,その反射光を直接反射成分と間接反射成分に分離することで,葉の内部を経由して表面に放出される表面下散乱光成分を取り出し,クロロフィル蛍光をより高精度に計測できることを確かめたことである.この他,二色性反射モデルを使った鏡面・拡散反射成分分離の方法などを開発した.初年度に構築したプロジェクタを用いた計測システムを使って,葉表面付近での反射光の成分分離法の検討を行った.まず,Nayarらが提案し,Guptaらが発展させた方法にもとづき,プロジェクタからパタン光を動的に制御しながら葉の表面に投影し,それをカメラで撮影した画像を用いて,葉表面付近からの反射光を,表面で反射しそのままカメラに届く直接光と,葉の内部に入り込み葉表面から飛び出した後カメラに届く間接光の2つの成分に分離する実験を行った.当初計画していたマルチスペクトル・プロジェクタカメラシステムを構築するよりも,プロジェクタおよびカメラそれぞれに照射光と反射光の余分な光をカットするためのバンドパスフィルターを取り付ける方が精度の面で有利ではないかとの着想を得て,これを実行した.フィルタの選定や,照射光の強度および角度,照射パタンの詳細など,いくつもの選択肢やパラメータがあり,これらを一つずつ試しながら実験を行い,このシステムを蛍光・吸収計測へ応用できる目処をつけることができた.この方法は,当初計画していた光合成励起光と蛍光測定光の分離を行うことなしに,植物蛍光計測が高精度に行える可能性を示すものである.結果として,従来から知られている均一な照明とカメラの組み合わせで植物蛍光を計測する方法に対し,構造化パタン光の照射制御を行うことで,蛍光計測の精度を大きく向上できる可能性が現実に近くなった.研究成果の一部,具体的にはプロジェクタとカメラを用いた高精度3次元形状推定の方法は国際会議CVPRにて発表し,それ以外の成果は公表へ向けて現在準備中である.本研究計画では,プロジェクタからパタン光を植物に照射し,葉の表面付近での反射光を物理的特性の異なる成分に分離する方法と,光合成の励起光と蛍光・吸収の測定光を分離する方法を実現し,クロロフィル蛍光計測を中心とする植物の光計測を高機能化することを目的とした.前年度までの研究により,前者の方法はその可能性について目処を付けることができていたが,当該年度においては,実験データの整理・解析を進め,より詳細な検証を行った.開発した方法は,プロジェクタからパタン光を動的に制御しながら葉の表面に投影し,それをカメラで撮影した画像を用いて,葉表面付近からの反射光を,表面で反射しそのままカメラに到達する直接成分と,葉の内部に入り込み葉表面から飛び出した後カメラに到達する間接成分の2つに分離する方法である.後者の間接成分にのみ,光合成活動と相関を持つと考えられる蛍光が含まれるはずである.従来の植物蛍光計測手法では,均一な照明とカメラの組み合わせで計測を行うが,提案手法は反射光の直接・間接の2成分を分離することで,従来方法よりも高い精度で蛍光計測および,それに基づく光合成状態推定が行えるというものである.この他にも,植物表面での直接反射(鏡面反射)成分を,画像1枚から色情報を用いて除去する新しい方法を構築した.これはスパース非負値行列分解を利用した方法で,従来の同様の方法に比べて,植物など特に分離が難しい対象でも高精度に行えるようにしたものである.なお,光合成励起光と測定光を分離するプロジェクタカメラシステムの開発は,当初計画していたようにはうまく行えなかった.しかしながらそれでも,完成した構造化光を制御し,蛍光計測を高精度化する方法は,その可能性を十分明らかにできたと言える.以上の成果は,論文誌に投稿予定であり,現在その準備を行っている.光の反射成分を分離するコンピュータビジョンの様々な方法を,植物のクロロフィル蛍光計測の高精度化に応用する研究を行った.成果の一つは,映像プロジェクタを用いて植物にパタン光を投影し,その反射光を直接反射成分と間接反射成分に分離することで,葉の内部を経由して表面に放出される表面下散乱光成分を取り出し,クロロフィル蛍光をより高精度に計測できることを確かめたことである.この他,二色性反射モデルを使った鏡面・拡散反射成分分離の方法などを開発した.まず,入射光に対するクロロフィル蛍光および葉の表面下散乱光のモデリングを行った.葉表面への入射光に対するクロロフィル蛍光ならびに表面下散乱光を,物理ベースビジョンの立場でモデル化した.次に,葉表面付近での反射光の成分分離法の検討とその蛍光・吸収計測への応用を検討した.Nayarらが提案し,Guptaらが発展させた方法を応用することで研究を進めた.基本原理は,プロジェクタから構造化されたパタン光を対象物に何種類か投影し,その際の反射光の輝度差から,反射光を直接反射成分とそれ以外に分離するというものである.文献では,ある植物の葉表面での反射光の分離結果が例示されており,実システムを組み,実験を重ねた.実験結果を踏まえ,現在,このように反射光を成分分離することでクロロフィル蛍光・吸収計測を高精度化する方法を,(1)で構築するモデルに基づいて実現すべく,研究を継続中である.当初計画では,マルチスペクトル・プロジェクタカメラシステムの構築を当該年度に行う予定であったが,上記モデリングおよび基本実験に予想よりも時間がかかったため,行うことができなかった.

プロジェクタとカメラを連携させて,対象となる植物の葉表面での照射光の照度を正確に制御する方法を実現すべく,対象となる植物の3次元形状を計測し,葉表面の照度を予測する方法を考えている.研究の目的は,プロジェクタからパタン光を植物に照射して,(i)葉の表面付近での反射光を各成分に分離する方法,並びに(ii)光合成の励起光と蛍光・吸収の測定光等を分離する方法を実現し,クロロフィル蛍光計測を中心とする植物の光計測を高機能化することにあった.(i)により,クロロフィル蛍光計測を高精度化できることは,一定の目処をつけることができた.ただしその精緻な検証は今後行う必要がある.(ii)については,今後も検討を続ける.研究実績の概要にて述べたとおり,入射光に対するクロロフィル蛍光および葉の表面下散乱のモデリングを行い,さらに反射光の成分分離方法の検討を行った.そのための実システムを組み立て,実験を行うところまではできたものの,その後予定していた,マルチスペクトル・プロジェクタカメラシステムの構築を行うことができず,翌年度に持越しとなった.理由は,上記モデリングおよび基本実験に予想よりも時間がかかったため,行うことができなかったことによる.24年度に行った研究の結果,プロジェクタからパタン光を投影してクロロフィル蛍光計測を高精度化することの可能性が現実に近いものとなった.最終年度となる25年度は,当初計画どおり,計測の検証実験を行う.当初計画にあったマルチスペクトル・プロジェクタカメラシステムによる計測の高精度化については,引き続き理論的検討を続ける.まず,前年度から持越しとなっているマルチスペクトル・プロジェクタカメラシステムの構築を行う.具体的には,照射光の制御および反射光の計測の両方をマルチスペクトルにて行える装置を構築する.諸条件を考慮して,既製の映像プロジェクタを流用する.既製のプロジェクタで実現できるのはRGB三原色の加算光のみであり,投影光の波長制御の自由度は低い.そこで,光源を意図的に変えたLCD方式のプロジェクタを複数台使い,対象物上で投影光を重ねる方法を採用する.各プロジェクタの光源のスペクトル分布をうまく選ぶことで,最終的に合成される光のスペクトルの自由度を増やせる.カメラについては,RGBカメラと複数照明を用いてシーンの反射スペクトルを得る方法を利用する.次に,光合成励起光と蛍光測定光の空間分離法の研究を行う.前年度の「(1)蛍光および表面下散乱光のモデリング」および「(2)反射光の成分分離法」の結果に基づき,葉表面への構造化パタン光投影により,クロロフィル蛍光を観察するための測定光と光合成の状態を変化させる励起光を分離する方法を実現する.基本原理は,反射光の成分分離同様,パタンの明領域と暗領域での画像輝度の振る舞いを利用する.分離精度を最大化する最適パタンの設計とその時系列処理の方法を実現する.多数の品種の植物や色々な環境での実験実施を計画している.そのために謝金等による人件費の支出を予定する.またこれまでの研究で得た成果の公表を行うため,旅費の支出も予定している.マルチスペクトル・プロジェクタカメラシステムを構築するため,プロジェクタとカメラの購入を予定している.また,引き続き,実験試料として計測対象となる植物サンプルを購入する.
アリストテレスにおける質料析出の手法－哲学史的発展からの総合的アプローチ－

アリストテレスの『生成消滅論』における四元素論では、あらゆる物体が究極的には四つの元素から構成されることが述べられるが、重要なのはこの四元素が相互に変化するという点である。アリストテレスは『自然学』において物体変化が変化の前後において物体の同一性を担保するために「変化せずとどまる基体」を必要とすることを論じている。四元素論はあくまでも月下の世界における議論である。月下の世界では四元素が相互変化し、この四元素には「変化せずとどまる基体」として共通する要素が存在していると考えられる。しかしながらアリストテレスは、月下の世界については四元素がこれを構成するが、同時に天上の世界についてはこれを第五元素、アイテールが構成するとしている。そしてこの第五元素と先に述べた四つの元素が相互に変化することはない、とはアリストテレス自身が論じているところである。第五元素と四元素は相互に変化しないのだから、両者が共通する基体を持つとすべきかどうかは検討が必要になる。本研究の目的は、従来見逃されていた第五元素を四元素論と併せて考え、両者の関係を吟味することにある。平成26年度の成果は『形而上学』8巻1章、12巻2章における「場所についての質料(hyle kata topon)」に着目した研究である。月下・天井の物体は「移動する」ということにおいて、月下物体は直線運動、天上物体は円運動という違いはあれども、共通する。このことは少なくとも移動という場所的転化においては月下・天上の物体に共通して「場所についての質料」が必要であることを示唆している。「場所についての質料」を月下と天上に限定してそれぞれ吟味し、月下の物体の「場所についての質料」と、天上の物体の「場所についての質料」の異同を論じ、これを踏まえていわゆる第一質料と、ここで論じている「場所についての質料」の異同を論じることに繋げた。26年度が最終年度であるため、記入しない。アリストテレス研究におけるキーワードとなる第一質料については、従来は『形而上学』を中心とした質料形相論と、『生成消滅論』を中心とした四元素論との二つの議論から吟味されてきた。本研究では両議論において第一質料と目されてきたものが合致するかどうかを検討することを目的としているが、今年度はとりわけ『生成消滅論』を中心とした四元素論を扱った。アリストテレスの『生成消滅論』における四元素論は、あらゆる物体が究極的には四つの元素から構成されることが述べられるが、重要なのはこの四つの元素が相互に変化するという点である。アリストテレスは『自然学』において物体変化が変化の前後において物体の同一性を担保するために「変化せずとどまる要素」を必要とすることを論じている。この記述はすなわち、究極的であるはずの元素がさらに「変化せずとどまる要素」を有していることを示している。従来はこの元素の要素こそ第一質料であると目されてきた。第一質料は『形而上学』における質料形相論では、一切の形相(性質)をはぎ取られた裸の質料(性質を担う素材)として考えられているが、同様の存在が四元素論の中にもみられることからアリストテレスの思想に通底する概念として考えられうるというのが従来の考えであった。2013年度の成果としては、こうした従来のアリストテレス像に疑義を呈することができたことがあげられる。アリストテレスの元素論は、月下の世界については四元素がこれを構成するが、天上の世界についてはこれを第五元素、アイテールが構成している。月下の世界と天上の世界は没交渉的であり、やり取りを行わない。私はまず四元素論があくまでも月下の世界における議論であることを再確認した。なるほど確かに月下の世界では四元素が相互変化し、この四元素には「変化せずとどまる要素」として共通する要素が存在している。しかし従来の観点では見逃されていた第五元素をこの議論に持ち込んだ場合、第五元素と四元素は相互に変化しないのだから、共通する要素を持たない。よってこの四元素に共通する要素は第一質料ではない可能性がある。

月下・天井の物体は「移動する」ということにおいて、月下物体は直線運動、天上物体は円運動という違いはあれども、共通する。このことは少なくとも移動という場所的転化においては月下・天上の物体に共通して「場所についての質料」が必要であることを示唆している。「場所についての質料」を月下と天上に限定してそれぞれ吟味し、月下の物体の「場所についての質料」と、天上の物体の「場所についての質料」の異同を論じ、これを踏まえていわゆる第一質料と、ここで論じている「場所についての質料」の異同を論じることに繋げた。26年度が最終年度であるため、記入しない。アリストテレスの元素論には、アリストテレスを現代的な視点で見てしまっていた感があり、従来第五元素にはあまり研究の光が当たってこなかった。この第五元素に焦点を当てられたことはよかったが、第五元素に関する先行研究が少なく、進展は想定通りのものになっている。第五元素の研究を進め、続いて質料形相論を再検討し、両議論にみられる質料概念を比較吟味する予定である。第五元素ないしアリストテレス的世界観は現代ではあまり顧みられることはない。本研究は従来のアリストテレス像をより本来的なアリストテレス像へと立ち返らせることにつながる。本研究のネックは、第五元素についての先行研究がやや少ないことである。対応策として検討しているのは、資料についてこれまで参考にしていた範囲を広げ、よりアリストテレスと近い世界観を有していた新プラトン主義期の注釈書を扱うことである。アリストテレス的世界観は現代ではもはや力を有していないが、新プラトン主義期はまさに世界がアリストテレス的世界観の中で動いていた時代であり、第五元素に関する議論も多くなされている。
微細組織変化に基づく原子炉構造材料の機械的特性変化予測手法構築に関する研究

構造材料の健全性を保つために材料中微細組織の挙動を把握することは極めて重要であり,特にそれら組織の移動機構として知られる拡散現象のモデル化を行うことは必須である.一方,ミクロ組織挙動を把握する上で分子動力学(MD)法が従来広く用いられてきたが,時間スケールの問題から分子動力学法を用いた拡散挙動のモデル化は現実的ではない.すなわち,現在の材料中微細組織挙動予測技術体系において,原子レベルの精度を保持しつつマルチ時間スケール現象を再現する技術の発展が強く望まれている.近年,MD法と同等の精度を有するメゾ時間スケール計算手法としてOn-the-fly kMC法が注目を浴びているが,計算コストの高さが大きな問題となっている.以上を踏まえ,平成30年度は,On-the-fly kMC法の一種であるSelf-evolving atomistic kinetic Monte Carlo (SEAKMC)法の高速化スキームの提案を行った.高速化スキームのベンチマーク計算を行った結果,約100倍の高速化に成功した.さらに得られた活性化過程の精度も元々のSEAKMC法の持つ精度と同等であることを確認した.さらに高速化SEAKMC法を原子炉構造材料中に形成された照射誘起欠陥に適用した結果,当該クラスタが複雑な過程を経つつMD時間スケールを超えて安定形態に変換する様子が確認された.平成30年度は,原子レベルの精度を有するメゾ時間スケール現象予測手法として非常に有望なSEAKMC法の高度化を行い,従来の課題であった材料中微細組織挙動予測手法のメゾ時間スケール化の強化を行った.次年度はkMC法が共通して抱えるFlicker eventsを克服する新たな手法開発に着手し,微細組織挙動予測技術の更なる発展に資することを目的とする.平成30年度に提案したSEAKMC法高速化スキームは,最初から高精度・高計算コストな活性化過程探索を行うのではなく,はじめに低精度・低計算コストで過程探索を行い,そこで得られた情報を“予想"として用いて高精度な過程探索を行うというものである.これにより,最初から精度の高い過程探索を行うよりも大幅に計算コストが削減された状態で活性化過程を見つけることができる.スキーム適用後における計算時間と適用前における計算時間を比較した結果,最大で約100倍の高速化が達成されていることを確認した.さらにスキーム適用前後の精度を比較した結果,得られる活性化過程の精度に相違がほとんど見られないことを確認した.これら結果より,元々のSEAKMC法と同等の精度を保持しつつ大幅な高速化が実現されていることを確認した.これらの成果に関して,現在の微細組織挙動予測技術体系の発展という全体の目標に照らし合わせた時に,期待以上の大幅な進捗が得られていると言える.さらにこれら手法は原子炉構造材料のみならず,他の構造材料に関しても十分適用できるものであるため,工学的にも非常に価値の高いものである.SEAKMC法を含むkMC法における一般的な課題として些細な現象(Flicker events)の再現に膨大なステップ数が割かれてしまい全体の変化が殆ど見られないということが挙げられる.平成30年度に行った原子炉構造材料における照射誘起欠陥クラスタの安定形態解析シミュレーションにおいても,一部のクラスタに関してはFlicker eventsの影響によりクラスタの安定形態への変換が見られなかった.よってKMC法の持つメゾ時間スケール性を保持しつつ別のコンセプトを取り入れた,新たな手法の適用が望まれる.KMC法の持つメゾ時間スケール性の肝となっているのは,MD法のように各原子振動まで逐一追うのではなく,一つの現象を「ポテンシャルエネルギー曲面(PES)上のある極小点から別の極小点への遷移」と捉えるstate-to-state dynamicsの考え方であるが,このstate-to-statedynamicsのモデルを取り入れた場合,クラスタの不安定形状から安定形態への変換は,PES上のエネルギーの高いstateからエネルギーのより低いstateへの遷移とみなすことができる.すなわち,不安定形状から安定形態へ変換する際のクラスタの挙動プロセスにおいて,系はPES上のstate間をホップしながらエネルギーのより低いstateを探し求めて,PES上を彷徨うということに例えられる.よって平成31年度(令和元年度)においてはクラスタの変換をエネルギー最小化問題としてモデル化することにより,最適化アルゴリズムを適用した微細組織安定形態の解析手法の開発を試みる.さらに,エネルギー的に不安定な形状をした照射誘起欠陥クラスタに開発手法を適用し,MD時間スケールを超えて発生するクラスタの安定形態への変換を再現する.構造材料の健全性を保つために材料中微細組織の挙動を把握することは極めて重要であり,特にそれら組織の移動機構として知られる拡散現象のモデル化を行うことは必須である.一方,ミクロ組織挙動を把握する上で分子動力学(MD)法が従来広く用いられてきたが,時間スケールの問題から分子動力学法を用いた拡散挙動のモデル化は現実的ではない.すなわち,現在の材料中微細組織挙動予測技術体系において,原子レベルの精度を保持しつつマルチ時間スケール現象を再現する技術の発展が強く望まれている.近年,MD法と同等の精度を有するメゾ時間スケール計算手法としてOn-the-fly kMC法が注目を浴びているが,計算コストの高さが大きな問題となっている.以上を踏まえ,平成30年度は,On-the-fly kMC法の一種であるSelf-evolving atomistic kinetic Monte Carlo (SEAKMC)法の高速化スキームの提案を行った.高速化スキームのベンチマーク計算を行った結果,約100倍の高速化に成功した.さらに得られた活性化過程の精度も元々のSEAKMC法の持つ精度と同等であることを確認した.

さらに高速化SEAKMC法を原子炉構造材料中に形成された照射誘起欠陥に適用した結果,当該クラスタが複雑な過程を経つつMD時間スケールを超えて安定形態に変換する様子が確認された.平成30年度は,原子レベルの精度を有するメゾ時間スケール現象予測手法として非常に有望なSEAKMC法の高度化を行い,従来の課題であった材料中微細組織挙動予測手法のメゾ時間スケール化の強化を行った.次年度はkMC法が共通して抱えるFlicker eventsを克服する新たな手法開発に着手し,微細組織挙動予測技術の更なる発展に資することを目的とする.平成30年度に提案したSEAKMC法高速化スキームは,最初から高精度・高計算コストな活性化過程探索を行うのではなく,はじめに低精度・低計算コストで過程探索を行い,そこで得られた情報を“予想"として用いて高精度な過程探索を行うというものである.これにより,最初から精度の高い過程探索を行うよりも大幅に計算コストが削減された状態で活性化過程を見つけることができる.スキーム適用後における計算時間と適用前における計算時間を比較した結果,最大で約100倍の高速化が達成されていることを確認した.さらにスキーム適用前後の精度を比較した結果,得られる活性化過程の精度に相違がほとんど見られないことを確認した.これら結果より,元々のSEAKMC法と同等の精度を保持しつつ大幅な高速化が実現されていることを確認した.これらの成果に関して,現在の微細組織挙動予測技術体系の発展という全体の目標に照らし合わせた時に,期待以上の大幅な進捗が得られていると言える.さらにこれら手法は原子炉構造材料のみならず,他の構造材料に関しても十分適用できるものであるため,工学的にも非常に価値の高いものである.SEAKMC法を含むkMC法における一般的な課題として些細な現象(Flicker events)の再現に膨大なステップ数が割かれてしまい全体の変化が殆ど見られないということが挙げられる.平成30年度に行った原子炉構造材料における照射誘起欠陥クラスタの安定形態解析シミュレーションにおいても,一部のクラスタに関してはFlicker eventsの影響によりクラスタの安定形態への変換が見られなかった.よってKMC法の持つメゾ時間スケール性を保持しつつ別のコンセプトを取り入れた,新たな手法の適用が望まれる.KMC法の持つメゾ時間スケール性の肝となっているのは,MD法のように各原子振動まで逐一追うのではなく,一つの現象を「ポテンシャルエネルギー曲面(PES)上のある極小点から別の極小点への遷移」と捉えるstate-to-state dynamicsの考え方であるが,このstate-to-state
太陽活動の長周期変動のメカニズム解明および太陽活動が地球気候に与える影響の評価

本研究では、屋久杉等の古木や南極氷床コアに含まれる宇宙線起源・放射性核種の濃度を1年の時間分解能で測定し、過去2500年間における太陽11年/22年周期の特性の変化を調べ、太陽の数十から数百年スケールの長周期変動のメカニズムを明らかにすることを目的としている。また、太陽の長周期変動が地球の気候に影響するメカニズムについても調査を行っている。本年度は主にマウンダー極小期と中世の温暖期について、宇宙線起源・放射性核種の分析および解析を行い、宇宙線の11年/22年周期変動の特性を詳細に調べた。また、放射性核種の分析に用いられたものと同じ古木から得られた酸素同位体比データを解析し、マウンダー極小期と中世温暖期における気候変動に太陽および宇宙線が果たした役割を調べた。その結果、(1)マウンダー極小期、中世温暖期ともに宇宙線のモジュレーションが現代とは大幅に異なっており、宇宙線の飛来量に22年周期が顕著に現れること、(2)マウンダー極小期、中世の温暖期とも気候変動に明瞭な22年周期が現れること(ただしマウンダー極小期では太陽周期が14年に伸びていたため、"22年"周期は実際には28年周期であり、中世温暖期では太陽周期が9年であったため、"22年"周期は18年であった)が明らかとなった。日射量変動にはこのような"22年"変動は見られない。したがって、太陽が気候変動に影響するメカニズムには宇宙線が大きな役割を果たしていることが示された。太陽活動と宇宙線変動の11年周期および22年周期の特性の時間変化が明らかとなったことで、数十年の時間スケールにおける気候変動パターンを理解するための手がかりが得られた。この結果はEPSLに公表した。また現在より詳細な内容を示した論文を執筆中である。本研究では、屋久杉、室生寺杉およびクスノキの古木に含まれる宇宙線起源・放射性炭素の濃度を単年輪毎に高精度で測定し、過去2500年間における太陽11年/22年周期の特性の変化を調べ、太陽の数十から数百年スケールの長周期変動のメカニズムを明らかにすることを目的としている。また、それらの太陽の長周期変動が地球の気候に影響するメカニズムについても調査を行っている。本年度は主に起源前4世紀頃に起こった数十年にわたる無黒点期(太陽活動極小期)についての測定を行い、その間における11年/22年周期変動の特性を調べた。測定には、名古屋大が保有する加速器質量分析計を使用した。測定の結果、紀元前4世紀の太陽活動極小期における太陽11年/22年周期変動は、西暦17世紀に起こった太陽活動極小期であるマウンダー極小期と非常に酷似した性質を持ち、平均的な周期長が現在より約3年長い14年周期であったことが明らかとなった。太陽活動極小期は、その存続時間の違いから、3つの型に分類されており、今回測定を行った紀元前4世紀の太陽活動極小期はマウンダー型に分類されている。本研究の結果は、太陽の長周期変動にともない太陽11年/22年周期の振る舞いが変化するということを示唆するとともに、存続時間が同じタイプの極小期であれば、太陽が似たような振る舞いを持つ可能性を示唆している。今後はシュペーラー型の極小期についての測定を重点的に行っていく。本年度は、上記の測定に加え、南極氷床に含まれるベリリウム10の濃度測定を開始した。ベリリウム10も放射性炭素と同様に宇宙線によって作られるが、大気による減衰がなく、より明確な太陽のシグナルが検出できる可能性がある。今後は、特に11年変動が弱くなる太陽活動極小期の開始時期についてベリリウムを補助的に用い、太陽変動の履歴をより詳細に調べていく。本年度は主にマウンダー極小期について、高精度で宇宙線起源・放射性核種(炭素およびベリリウム10)の測定を行い、マウンダー極小期における宇宙線の11年/22年周期変動の特性を詳細に調べた。測定には、東京大学が保有する加速器質量分析計を使用した。また、本測定に用いたものと同じ古木中の酸素同位体比をあわせて測定し、マウンダー極小期における気候変動の復元を行い、宇宙線変動との関連性を調べた。その結果、(1)マウンダー極小期においては宇宙線のモジュレーションが現代とは大幅に異なっており、太陽双極子磁場が負(A<0)のときに宇宙線の飛来量が顕著に増大すること、(2)そのため宇宙線起源・放射性核種の変動には明瞭な22年周期が現れること(ただしマウンダー極小期では太陽周期が14年に伸びていたため、いわゆる"22年"周期は実際には28年周期であった)、(3)グリーンランド地域および日本における気候変動は、日射量の変動よりも宇宙線の変動と似通ったパターンを保有すること(すなわち太陽双極子磁場が負のときに気候は寒冷化する)、等が明らかとなった。このことは、太陽が気候変動に影響するメカニズムには宇宙線が大きな役割を果たしていることを示している。

マウンダー極小期における宇宙線の特異な変動に着目することで、十数十年の時間スケールの気候変動を理解する上で非常に重要な新しい知見が得られた。この結果については現在論文改稿中である。本研究では、屋久杉等の古木や南極氷床コアに含まれる宇宙線起源・放射性核種の濃度を1年の時間分解能で測定し、過去2500年間における太陽11年/22年周期の特性の変化を調べ、太陽の数十から数百年スケールの長周期変動のメカニズムを明らかにすることを目的としている。また、太陽の長周期変動が地球の気候に影響するメカニズムについても調査を行っている。本年度は主にマウンダー極小期と中世の温暖期について、宇宙線起源・放射性核種の分析および解析を行い、宇宙線の11年/22年周期変動の特性を詳細に調べた。また、放射性核種の分析に用いられたものと同じ古木から得られた酸素同位体比データを解析し、マウンダー極小期と中世温暖期における気候変動に太陽および宇宙線が果たした役割を調べた。その結果、(1)マウンダー極小期、中世温暖期ともに宇宙線のモジュレーションが現代とは大幅に異なっており、宇宙線の飛来量に22年周期が顕著に現れること、(2)マウンダー極小期、中世の温暖期とも気候変動に明瞭な22年周期が現れること(ただしマウンダー極小期では太陽周期が14年に伸びていたため、"22年"周期は実際には28年周期であり、中世温暖期では太陽周期が9年であったため、"22年"周期は18年であった)が明らかとなった。日射量変動にはこのような"22年"変動は見られない。したがって、太陽が気候変動に影響するメカニズムには宇宙線が大きな役割を果たしていることが示された。太陽活動と宇宙線変動の11年周期および22年周期の特性の時間変化が明らかとなったことで、数十年の時間スケールにおける気候変動パターンを理解するための手がかりが得られた。この結果はEPSLに公表した。また現在より詳細な内容を示した論文を執筆中である。