hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
三相が共存している超流動ヘリウム流路内の熱輸送特性に関する研究

超伝導磁石を超流動ヘリウムやヘリウムIで冷却する場合、ワイヤーモーションや交流損失による発熱によって、冷却流路は超流動ヘリウム、ヘリウムI、ヘリウムガスの三相(またはヘリウムIとヘリウムガスの二相)が混在した状態となる。このときの流路内の熱輸送のメカニズムは非常に複雑で、これを明らかにすることは超伝導磁石の冷却安定性を議論する上で非常に有益である。本研究においては、超流動ヘリウムと過冷却ヘリウムによる冷却実験について数値解析を行い、超伝導磁石の冷却流路内の熱輸送特性を明らかにした。以下に平成16年度の成果をまとめる。超流動ヘリウム:昨年度までに実験を実施した流路モデルを対象に数値解析を行った。本数値解析は昨年度から引き続き行われており、本年度で全ての流路モデルに対する数値解析が完了した。流路モデルは4種類である。用いた数値解析手法は超流動ヘリウムの二流体モデルの式を基礎式とした二次元有限差分法である。パラメータは温度と熱流束とした。'数値解析結果は実験結果をよく表しており、実験では計測が困難である流路内の温度・流速分布が詳細に把握できた。また前川らの実験結果との比較から、二次元数値解析で三次元の熱輸送特性も記述できることがわかった。本研究成果は現在発表準備中である。過冷却ヘリウム:これまで進めてきた三相が共存する体系の数値解析の一部を利用して、二相が共存する大規模な体系の数値解析を試みた。対象とした流路は、今川らの過冷却R&Dコイルの冷却流路である。用いた数値解析手法はコイルr-θ平面での二次元有限要素法である。入口の温度・流速をパラメータとし、常伝導伝播を模擬した発熱をコイル最内層で加えた。この結果、熱輸送は対流が支配的であるが、自然対流は時定数が長いため入口の流速が重要であることがわかった。さらに本形状に超流動ヘリウム冷却を適用した場合の数値解析を行った結果、熱輸送特性は飛躍的に向上することがわかった。本研究の成果はIEEE Transactions on Applied Superconductivityに"Thermal-hydraulic Characteristics of Superconducting Coil Cooled by Subcooled He I"という題目で掲載されている。核融合炉や加速器など大型装置の超伝導磁石を加圧超流動ヘリウムで冷却する場合を想定し、その際に問題となる狭い冷却流路内における超流動ヘリウムの熱輸送特性について研究を行った。以下に平成14年度の成果をまとめる。数値解析:有限差分法による超流動ヘリウム二次元数値解析コードを、実験用流路モデル形状に適用し、λ転移温度以下での超流動ヘリウムの熱輸送特性を解析した。その結果、流路途中に存在する急激な絞り部分が熱輸送のメカニズムに与える影響を明らかにできた。特に絞り部分の下方においては、これまで静止しているとされていた超流動ヘリウムに、渦状の流れが形成されている可能性があることが示された。またλ転移および沸騰を考慮した数値解析への拡張のために、格子ボルツマン法の適用について調査・検討を行った。この流体数値計算手法は二相流の解析が可能であり、最近超流動ヘリウム特有の二流体方程式への適用の可能性も初めて示されたため、本研究への適用が可能であると判断した。実験:加圧超流動ヘリウム実験用フランジの整備、実験用流路モデルの設計・製作を行った。設計においては、数値シミュレーション結果を考慮して、手直しを行っている。本実験は相転移を生じた後の三相共存状態での熱輸送特性を焦点としているが、研究の進展に伴いヘリウム槽温度を上げて過冷却状態での熱輸送特性についてもあわせて調べることについて検討中である。本研究の成果は第19回国際低温工学国際会議(ICEC19)および2002年度秋季低温工学・超電導学会で以下の題目にて発表済みである。加圧超流動ヘリウムで超伝導磁石を冷却する場合に問題となる、狭い冷却流路内における超流動ヘリウムの熱輸送特性について研究を行った。以下に平成15年度の成果をまとめる。実験:昨年度整備した装置を用いて超流動ヘリウム中の熱輸送実験を行った。使用した流路モデルは超伝導磁石の冷却流路を模擬し、スペーサによる冷却流路断面積の減少の影響を調べるため、流路途中に急激な絞りを持った形状とした。定常実験においては相転移が生じる熱流束を詳しく測定した。また非定常実験においては加熱開始から相転移が発生し、そして発展してゆく過程を調査した。これらから本流路における熱輸送は絞りの形状や位置の影響が大きいことが明らかとなった。数値解析:実験用流路モデル(4種類)の有限差分法による超流動ヘリウム二次元数値解析を行った。それぞれの形状において温度を変えて相転移が生じる熱流束を計算し、相転移に至るまでの流路内の温度・流速を詳しく調べた。その結果、絞りの出入り口付近の流れや渦が熱輸送特性に大きく影響を与えていることがわかった。また混相状態の数値解析のために、有限要素法による二次元数値解析を行った。対象とした流路は直径約80cmの過冷却ヘリウム冷却のR&Dモデルコイルである。この結果、超流動ヘリウムと比較して過冷却ヘリウムは熱伝導率が小さいため、熱輸送特性は大変悪くなるが、強制的な流れにより改善されることがわかった。本研究の成果の一部は第18回国際磁石技術会議(MT18)で以下の題目にて発表済みである。

超伝導磁石を超流動ヘリウムやヘリウムIで冷却する場合、ワイヤーモーションや交流損失による発熱によって、冷却流路は超流動ヘリウム、ヘリウムI、ヘリウムガスの三相(またはヘリウムIとヘリウムガスの二相)が混在した状態となる。このときの流路内の熱輸送のメカニズムは非常に複雑で、これを明らかにすることは超伝導磁石の冷却安定性を議論する上で非常に有益である。本研究においては、超流動ヘリウムと過冷却ヘリウムによる冷却実験について数値解析を行い、超伝導磁石の冷却流路内の熱輸送特性を明らかにした。以下に平成16年度の成果をまとめる。超流動ヘリウム:昨年度までに実験を実施した流路モデルを対象に数値解析を行った。本数値解析は昨年度から引き続き行われており、本年度で全ての流路モデルに対する数値解析が完了した。流路モデルは4種類である。用いた数値解析手法は超流動ヘリウムの二流体モデルの式を基礎式とした二次元有限差分法である。パラメータは温度と熱流束とした。'数値解析結果は実験結果をよく表しており、実験では計測が困難である流路内の温度・流速分布が詳細に把握できた。また前川らの実験結果との比較から、二次元数値解析で三次元の熱輸送特性も記述できることがわかった。本研究成果は現在発表準備中である。過冷却ヘリウム:これまで進めてきた三相が共存する体系の数値解析の一部を利用して、二相が共存する大規模な体系の数値解析を試みた。対象とした流路は、今川らの過冷却R&Dコイルの冷却流路である。用いた数値解析手法はコイルr-θ平面での二次元有限要素法である。入口の温度・流速をパラメータとし、常伝導伝播を模擬した発熱をコイル最内層で加えた。この結果、熱輸送は対流が支配的であるが、自然対流は時定数が長いため入口の流速が重要であることがわかった。さらに本形状に超流動ヘリウム冷却を適用した場合の数値解析を行った結果、熱輸送特性は飛躍的に向上することがわかった。本研究の成果はIEEE Transactions on Applied Superconductivityに"Thermal-hydraulic Characteristics of Superconducting Coil Cooled by Subcooled He I"という題目で掲載されている。
徂徠学以後の近世日本儒学の展開について―寛政正学派と水戸学との関係を中心に―

本年度は、以下の三つの研究を行った。(1)水戸学の重要な学者である會澤正志齋の経書注釈(『読論日札』・『典護述義』・『読書日札』など)を詳細に検討し、正志齋がどのような先行説を摂取し、自己の思想を構築したのかを明らかにした。この作業によって、正志齋の思想が、江戸期の反宋学的思想(とりわけ伊藤仁斎と荻生徂徠)の蓄積に立脚したものであることが明らかになった。祭祀論に限らず、広い視野から正志齋の学問を見ることで、従来関心を集めてきた徂徠学との関係についても、新たな見解を示すことが出来た。(2)「直言」による説得を避け、修辞をこらした婉曲な表現によって相手の自発的な理解を得るという徂徠の議論について考察した。徂徠だけでなく、賀茂真淵や本居宣長、富士谷御杖にも同様の主張が見られ、説得以外の合意形成の手法が江戸期の思想家によって模索されていたことが解明された。近世後期における「公議」「公論」思潮の勃興は、これまで研究されてきたが、これとは別にそもそも説得自体に懐疑的な思想の流れが存在したことが、本研究によって明確になった。(3)徂徠学派の大多数は「史論」を執筆しておらず、徂徠学派に反発した人々が盛んに「史論」を著したことについて分析した。寛政正学派の学問の特徴は、この「史論」の重視にある。「史論」における計略及び政治的決断の重視が、頼山陽の『通議』などの著作に影響を及ぼしていることを明らかにした。本研究が主要な対象としているのは、(1)徂徠学派の中の詩文派と称する人々の流れ、(2)上方の反徂徠学的な儒者の流れ、(3)徂徠の礼楽論を淵源とする「制度」論者の流れ、の三つである。20年度前半は、(3)の流れの輪郭を浮かび上がらせるために、(3)を代表する学者である會澤正志齋の思想と朝鮮の丁茶山の思想を比較した。これによって同じ『周礼』に依拠した「制度」構想でも、正志齋の思想は、「制度」を人心収攬の「仕掛け」と捉える傾向を強く有していることが明らかになった。また台湾の著名な研究者である黄俊傑氏の著作を翻訳し、(3)の流れに対する海外の研究者の評価を検証した。これらの作業によって、東アジアという広い視野から見ても、(3)の流れは特異であり、江戸儒学特有の思潮と見做すことが出来ることが明らかになった。20年度後半は、(1)の流れについて研究した。従来、徂徠学の文芸論は、朱子学の「勧善懲悪」的な文学観から自己の感情の表現を解放したものであると位置づけられてきた。しかし、徂徠の経学著作を検討することで、徂徠の関心は自己の感情の表現ではなく、様々な立場の典型的な感情の理解にあることが明らかになった。また徂徠学において、古代の統治者たちは格言や詩を引用しながら対話したとされており、このような説が典拠表現を多用する徂徠学派の文芸の背後にあることが分かった。共通の教養に基づいた表現の愛好は、仲間意識を軸とする文人社会を生み出し、以後の時代の学問や文芸に大きな影響を与えた。この研究の意義は、18世紀前半に流行した徂徠学派の文芸の特質を内在的に考察したことにある。これまで徂徠学派の文芸は、近代文学へ至る過渡期の産物とされ、同時代の人々にとってそれがなぜ魅力的であったかについて十分な分析が行われてこなかった。本研究は18世紀以後の近世日本の学問や文芸を理解する上で、基礎となる視点を提供するものといえる。

(3)徂徠学派の大多数は「史論」を執筆しておらず、徂徠学派に反発した人々が盛んに「史論」を著したことについて分析した。寛政正学派の学問の特徴は、この「史論」の重視にある。「史論」における計略及び政治的決断の重視が、頼山陽の『通議』などの著作に影響を及ぼしていることを明らかにした。
多系交雑集団を用いたゲノミックセレクション法の開発と実証

多型交配集団を用いることで、親子関係のない系統間では有意な連鎖不平衡の距離が極めて短いアカクローバにおいても数百程度のマーカーでGenomics Selectionを行えることが実証できた。また、育種集団の選抜時において限られたマーカー数で選抜を行うことができるEGGS法を新たに開発することができた。ゲノミックセレクション(GS)法は、特定のトレーニング集団から得られたデータをもとに育種値(遺伝子の平均効果の和)を推定する式を作成し、育種の選抜過程においては遺伝子型値のみから推定された育種値をもとに優良個体を選抜する育種法である。本申請研究は、多系交雑集団を作成してゲノムの連鎖不平衡の距離を広げることで、より少ないDNAマーカーで効果的なGSを行う方法を開発・実証するものであるH22年度はアカクローバの多型交雑集団(以下AIL集団)各200個体を日本、スイス、インドおよびロシアの4カ国で栽培し、開花特性、収量性および植物性エストロジェン濃度など様々な形質の評価を行った。一方、ゲノムワイドなSSRマーカーによる多型マーカーによる遺伝し型解析を行った。これらのマーカーより検出された平均のアレル数は6.5であった。さらにSNPマーカーの開発を進めるため、Roche社454シーケンサーを用いてアカクローバの異なる2系統の配列を収集し、配列のアセンブルおよび候補SNPの検出を行った。アセンブルの結果えら得たコンティグ数は41,587であり、全リード長は45,990,294Mbpだった、これらの配列から2,227の候補SNPを設計し、Illumina社GoldenGateのSNPタイピングに適する1536のSNPを選抜した。AIL集団における多型解析の結果、1536SNPのうち784SNPが集団内で分離することが明らかとなった。本申請研究は、多系交雑集団を作成してゲノムの連鎖不平衡の距離を広げることで、より少ないDNAマーカーで効果的なGSを行う方法を開発・実証するものである。H23年度はH22年度に引き続き、多型交雑集団(以下AIL集団)各200個体を日本、スイスおよびインドの4ヶ国で栽培し、形質評価を引き続き行った。また、H22年度に開発したSNPのうち、ゲノム全体をカバーし、かつ集団内の分離の程度が良好だった384SNP、および75SSRマーカーを用いて、形質評価を行った全ての個体群に対し、遺伝子型解析を行った。解析を行った384SNPについては、H22年度に解析を実施できなかった約400個体についても遺伝子型解析を行った。得られた遺伝子型と表現型値をもとにGenotype Matrix Mapping法により解析を行ったところ、有意なQTLを同定することができた。一方、ゲノムワイドなマーカーから選抜マーカーを同定する手法として、連続した表現型値を1/0データに変換した後に選抜マーカーを同定するAdaboost法による選抜法を開発した。Adaboost法による選抜マーカーとGMM法により検出されたQTL近傍のマーカーを比較したところ、概ね一致することが明らかとなった。H24年度はH24年度に開発したAdaboost法による選抜マーカーの選定法をさらに改良し、Ensemble-based Genetic&Genomic Search (EGGS)法として確立した。EGGS法を用いてH22およびH23年度に評価した開花始日に関するデータで選抜マーカーを検出したところ、約20のマーカーで個体が選抜できることが明らかとなった。また、異なる環境下(日本、インド、スイス、ロシア)で得られたデータから選抜されたマーカーを比較したところ、共通して選ばれるマーカーがあることが認められた。これらのマーカーの選抜効果を確認するため、新たなに展開した1000個体の遺伝子型を調査した。遺伝子型を調査した個体は平成25年度に評価が終了し、選抜効果が確認できる予定である。Genomics Selectionを行うにあたり、推定式を作出するための遺伝型および表現型値については、概ね計画通り取得することができた。また、推定式の算出法についてマーカーの絞り込み等を行う手法について検討し、おおよその方向性を立てることができた。Genomic Selection法については現状と問題点をReviewにまとめ、現在査読付雑誌において印刷中である。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまで取得したデータをもとに作出した育種値推定式を用いて、選抜マーカーの同定を行う。対象とする形質は、環境の影響を極めて受けやすい種子生産性、影響を受けやすい開花始め日、および環境の影響を受けにくい毛ジの程度とする。

同定した選抜マーカーを用いて、トレーニング集団と同様の遺伝子型背景をもつAIL集団1000個体から選抜を行う。選抜した個体群および無選抜の個体群の形質と遺伝子型の評価を行い、選抜効果を確認する。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ヒストン脱メチル化酵素JUMONJIによる高温を記憶する分子基盤の解明

1)JMJの下流の遺伝子発現が高温順化のために必要である。中程度高温によって順化をさせて、一定時間経過したのちに高温を与えた場合、野生型は高温順化して、耐性を保持した。しかし、jmj変異体では、高温順化する能力が低く、耐性を維持しにくくなることがわかった。2)JMJはヒストン修飾を介してHSPの発現を制御する。RNA-seqとChIP-seqにより、JMJによって遺伝子発現とヒストン修飾が制御される遺伝子をゲノムワイドに同定した。HSPからH3K27me3の修飾が取り除かれること、H3K4me3の修飾が残ることにより記憶が作られることがわかった。3)高温順化前にJMJを誘導すると、jmj変異体を相補できる。jmj変異体背景でJMJを誘導可能な系を作製した。高温順化前にJMJを誘導すると、遺伝子発現とヒストン修飾が回復することで表現型が一部相補されることがわかった。実験室の温度条件を複雑に変化させても、jmj変異体では顕著な表現型が見られる。JMJが外界の温度に応答して、植物の生存を制御する可能性がある。今後は研究成果をまとめるとともに、より複雑な条件でも高温順化が起こるかを確かめる。
アクティブフィルタ機能を有する電流形PWM整流回路の新制御方式

本研究では、電流形PWM整流回路にアクティブフィルタ機能を付与し、電源を介して並列に接続される他の機器が発生する高調波電流を補償する方式について検討を行った。まず、電流形PWM整流回路の過渡時の入力電流波形改善法として筆者が提案したLCフィルタのフィルタコンデンサ電圧を帰還する制御が、高調波成分に対して制動効果を与えることを明らかにし、従来の並列形アクティブフィルタにはない機能を有することを明らかにした。この制動効果により、系統に接続される他の機器が発生する高調波電流の拡大現象の抑制に高い効果を発揮することを理論的に示した。次に、この結果をもとに、本研究において提案した簡易解析モデルを用いて、帰還定数と高調波拡大現象抑制効果の関係を定量的に明らかにするとともに、整流回路本体の制御遅れに伴う不安定現象を回避するための設定指針を示した。さらに、高調波電流を電流源的に補償する並列形アクティブフィルタの機能を付与するための検討を行った。特に、高調波補償電流を系統に流すことによりPWM整流回路の入力電力が脈動し、直流出力電流の平滑性に影響を与える問題について、補償対象の従来形整流回路とPWM整流回路の容量比が与える影響などを明らかにした。また、理論的検討結果の妥当性を検証するために、試作装置を用いた実験を行い、主として制動効果による高調波拡大現象の抑制効果についての検証を行った。なお、高調波を電流源的に補償する並列形アクティブフィルタの機能をも付与することに関しては、DSPを用いた実験装置の準備を現在進めており、近く実験結果が得られる予定である。以上を踏まえ、本研究で検討した新制御方式により、高調波補償機能に加えて、高調波拡大現象抑制機能をも持つ電流形PWM整流回路の実現への見通しが得られたと考えいるる。
大変形下における高分子材料の凝集構造変化

本研究は,レーザースペックルひずみ計を利用して,高分子のガラス転移領域での粘弾性緩和について,ポワソン比の時間変化から調べることを目的としたものである.初年度は,主に装置の開発,次年度はポリスチレンを中心にデータ収集を行った.この研究により得られた成果は以下の通りである.1)レーザースペックルひずみ計を用いた伸張試験機の開発伸張試験機にひずみ計を取り付け,粘弾性測定と同時に伸張方向と垂直な方向のひずみの変化の測定が可能な装置を開発した.この過程において,試験機の振動の軽減,恒温槽の風量の最適化,適当な強度のスペックルを得るための表面被覆材の探求等,種々の問題の解決が不可欠であったが,一応解決することができた.2)線形粘弾性と体積緩和ポリスチレンについてガラス転移温度から,+15度の温度範囲で定ひずみ速度下で測定を行った.その結果,粘弾性関数が線形応答を示すような低ひずみ速度の条件では,ポワソン比は,低温短時間領域では,0.3程度,高温長時間領域では,0.5になった.この時間変化には,粘弾性関数と同様の時間温度換算則が適用可能であった.しかしながら,得られた合成曲線は,粘弾性体に対する線形理論の予想とは一致せず,ポワッソン比の時間変化が遅れることが明らかになった.これは体積変化に対しては線形領域がきわめて小さいためと考えられた.3)非線形体積緩和ひずみ速度が大きく,粘弾性関数が非線形応答を示す場合には,短時間領域のポワソン比は増加し,0.5に近づくことが明らかになった.この結果は,伸張応力の降伏と密接に関連しており,高ひずみ速度条件下では,剛体的な応力発生よりも体積保存力が支配的になり,非圧縮性液体的な挙動を示すものと解釈できた.本研究は,レーザースペックルひずみ計を利用して,高分子のガラス転移領域での粘弾性緩和について,ポワソン比の時間変化から調べることを目的としたものである.初年度は,主に装置の開発,次年度はポリスチレンを中心にデータ収集を行った.この研究により得られた成果は以下の通りである.1)レーザースペックルひずみ計を用いた伸張試験機の開発伸張試験機にひずみ計を取り付け,粘弾性測定と同時に伸張方向と垂直な方向のひずみの変化の測定が可能な装置を開発した.この過程において,試験機の振動の軽減,恒温槽の風量の最適化,適当な強度のスペックルを得るための表面被覆材の探求等,種々の問題の解決が不可欠であったが,一応解決することができた.2)線形粘弾性と体積緩和ポリスチレンについてガラス転移温度から,+15度の温度範囲で定ひずみ速度下で測定を行った.その結果,粘弾性関数が線形応答を示すような低ひずみ速度の条件では,ポワソン比は,低温短時間領域では,0.3程度,高温長時間領域では,0.5になった.この時間変化には,粘弾性関数と同様の時間温度換算則が適用可能であった.しかしながら,得られた合成曲線は,粘弾性体に対する線形理論の予想とは一致せず,ポワッソン比の時間変化が遅れることが明らかになった.これは体積変化に対しては線形領域がきわめて小さいためと考えられた.3)非線形体積緩和ひずみ速度が大きく,粘弾性関数が非線形応答を示す場合には,短時間領域のポワソン比は増加し,0.5に近づくことが明らかになった.この結果は,伸張応力の降伏と密接に関連しており,高ひずみ速度条件下では,剛体的な応力発生よりも体積保存力が支配的になり,非圧縮性液体的な挙動を示すものと解釈できた.本研究は,ポアソン比あるいは体積変化を精密に測定することによって,高分子物質の伸長過程における分子の凝集状態の変化を調べ,材料特性改善の基礎知識を得ようとするものである.固体表面から散乱されるスペックル光の変化からひずみを測定する高精度レーザーストレイアナライザーを本研究費により購入した.これを引っ張り試験器に取り付けることにより,伸張過程でのポアソン比もしくは体積変化を,1KHzのサンプリング周波数で経時的に測定することができる装置を開発した.現在のところ測定可能な温度範囲は室温から150°Cであり,来年度中に室温以下での測定を可能にする予定である.透明試料について適用するには,表面からのスペックル光の強度を上げるため,表面上に微少な錯乱体を塗る必要があった.種々の材料,方法等を試したところ,現時点では市販の白色塗料を利用するのが,精度,再現性等において最もよい結果を与えた.この手法を用いて,ポリスチレンについて定速-軸伸長およびクリープの過程における横方向の変形を測定し,ポアソン比の時間変化を求めることを試みた.ガラス転移温度以上,あるいはガラス転移温度以下では,ポアソン比は時間に対しては変化せず,それぞれ0.5及び0.3程度となったが,ガラス転移温度近傍ではポアソン比は時間とともに変化し,その過程を追跡することに成功した.現在,ポアソン比がひずみ量に依存するガラス転移温度近傍おいて,大変形過程での測定を進めており,これらの結果に基づき,ガラス状領域での応力と変形に関して応力-ひずみ関係式(構成方程式)について考察し,ガラス状態における応力の発生機構や降伏現象に関する微視的描像について検討している.本研究は,レーザースペックルひずみ計を利用して,高分子のガラス転移領域での粘弾性緩和について,ポワソン比の時間変化から調べることを目的としたものである.得られた成果は以下の通りである.

1)体積変化と粘弾性緩和.伸張試験機にひずみ計を取り付け,伸張方向と素直な方向のひずみの変化の測定を行った.この目的達成のためには,試験機の振動の軽減,恒温槽の風量の最適化,適当な強度のスペックルを得るための表面被覆材の探求,種々の問題の解決が不可欠であったが,一応解決することができた.2)ポリスチレンについて,ガラス転移温度から,+15度の温度範囲で定ひずみ速度下で測定を行った.その結果,粘弾性関数が線形応答を示すような低ひずみ速度の条件では,ポワソン比は,低温短時間領域では,0.3程度,高温長時間領域では,0.5になった.この時間変化には,粘弾性関数と同様の時間温度換算則が適用可能であった.しかしながら,得られた合成曲線は,粘弾性体に対する線形理論の予想とは一致せず,ポワッソン比の時間変化が遅れることが明らかになった.これは体積変化に対しては線形領域がきわめて小さいためと考えられた.3)ひずみ速度が大きく,粘弾性関数が非線形応答を示す場合には,短時間領域のポワソン比は増加し,0.5に近づくことが明らかになった.この結果は,伸張応力の降伏と密接に関連しており,高ひずみ速度条件下では,剛体的な応力発生よりも体積保存力が支配的になり,非圧縮性液体的な挙動を示すものと解釈できた.
固体標的中で共鳴核反応を伴う後方散乱スペクトルの研究

本実験研究は、後方散乱スペクトル中に現れる共鳴ピークのエネルギーストラグリングにおよぼす共鳴核反応の影響を明かにすることを目的に、京都大学理学部8MVタンデム・バンデグラフ加速器を用いて行なった。p+^<12>C反応の4.8MeVの共鳴エネルギーを中心に散乱角138度と166度の励起断面積のエネルギー依存(励起関数)と、α+^<12>C反応の4.3MeVの共鳴エネルギーを中心に散乱角166度の励起関数の測定を行った。このとき使用した炭素標的は、極薄膜(2μg/cm^2)を使用した。得られた共鳴の半値幅は、p+^<12>C共鳴で10.5keV(138度)、9.8keV(166度)、また、α+^<12>C共鳴で35.4keV(166度)であり、どちらも自然幅と同等の値が得られ、以下の実験の解析にこの結果を使用した。結晶性炭素(HOPG)をもちいて、陽子とα粒子について、炭素固体中で共鳴核反応を起こすとき、後方散乱スペクトル中に現れる共鳴ピーク形の変化を詳細に調べた。共鳴エネルギーから約50100keVステップで入射エネルギーを増加させることで、共鳴反応の起こる場所を炭素表面から固体中(約15μm)へ移動させ、そこから後方散乱する時の共鳴ピークの形の変化を詳細に調べた。共鳴ピークのくずれは、エネルギーストラグリングと深く結びついていことが判り、共鳴核反応を伴うときのエネルギーストラグリングを、共鳴核反応を考慮したモデルを用いて、現在解析中である。また、p+^<12>C共鳴について、後方散乱の角度103度から167度(約4度ステップ)の範囲で、後方散乱する時の共鳴ピークの形の変化を詳細に調べ多結果、複合核共鳴の励起関数と後方散乱で観測される共鳴ピークの形の相関性を明らかにする事ができた。
濃縮放電処理法による希薄な気体状有害物質の無害化技術

希薄な揮発性有機化合物の濃縮・放電プラズマ分解において,閉流路中での大気圧バリア放電(閉ループDBD)により連続フロー処理の場合に比べて約3倍の分解効率を達成した.また,ディーゼル排ガス中の極小微粒子(DPM)も電気集塵法により捕集が可能で,局在化させたDPMとNO xは閉ループDBDにより効率的に同時分解する事を示した.本方式は希薄な気体状有害物質の処理に非常に有効であることを示した.希薄な揮発性有機化合物の濃縮・放電プラズマ分解において,閉流路中での大気圧バリア放電(閉ループDBD)により連続フロー処理の場合に比べて約3倍の分解効率を達成した.また,ディーゼル排ガス中の極小微粒子(DPM)も電気集塵法により捕集が可能で,局在化させたDPMとNO xは閉ループDBDにより効率的に同時分解する事を示した.本方式は希薄な気体状有害物質の処理に非常に有効であることを示した.濃縮放電処理法による希薄な気体状有害物質の無害化技術を開発するため、本年度は希薄VOCの高効率浄化実験と、ディーゼル排ガス中のNOxとDPMの同時分解実験を行った。多段式吸着・放電装置の各電極間にゼオライトを担持させた無機繊維ハニカム体を挿入し、風量60m^3/h、1004000ppmの各種VOCガスの分解を行い、高い分解効率が得られた。また、大気圧バリア放電生成用の電源回路を工夫する事で、従来問題となっていた電極耐久性の向上、力率の改善を達成した、細線多針形状のコロナ電極を前段に配置し電気集塵機能を兼ね備えた放電処理装置(EP/DBDリアクター)を作製し、最大45L/minの実ディーゼル排ガス中のDPMの集塵実験を行った。DC 5kVを印加して生成した負コロナ放電では、フィルターでは捕捉困難な0.1μm以下の極小DPMも90%以上の集塵率で捕集できることが示された。また、コロナ電極を改良して長時間動作時の集塵率低下の抑制も達成できた、EP/DBDリアクターで集塵したDPMのNOガスとの同時分解実験では、リアクターを外部ヒータで加熱する事により、DPM、NOx同時分解の反応応答性の大幅な改善と、バリア放電の消費電力低下を達成した。従来の分解反応進行の遅さと高い消費電力は、排ガス中の水分のリナクターへの付着によるバリア放電生成の阻害である事を明らかにした、一方で、集塵DPMと模擬ガスを用いた実験では、ガス中に水分が存在する場合にNOxの分解率が著しく向上し、また放電処理によるN_2O等の副生成物の生成も観測されず、DPMがほぼ完全分解している事が示された。濃縮放電処理法による希薄な気体状有害物質の無害化技術を開発するため,本年度は希薄揮発性有機化合物(VOC)の吸着・放電プラズマ分解,及びディーゼル排ガス中の窒素酸化物(NOx)とディーゼル微粒子(DPM)の同時分解について研究を行った.コンパクトな多段式吸着・放電プラズマ装置によるバッチ式閉ループ中での濃縮VOC処理では,連続フロー処理の場合に比べて約3倍の分解効率を達成した.また,放電生成用の電源回路を工夫し,電極板の絶縁破壊防止及び力率の改善を達成し,本方式の実用化へ向けて大きく前進した.ハニカムシートのコルゲート高,ピッチ,及び電極形状を種々変化させた場合の電界分布の数値解析により,メッシュ電極を使用することで放電開始電圧低減と10%程度の分解効率の改善が可能であることを明らかにした.電気集塵(EP)法を用いれば実ディーゼル排ガス中の0.1μm以下の極微小DPMでも90%以上の集塵率で1時間以上捕集できることが示された.捕集DPMとNOxの大気圧バリア放電(DBD)による同時分解実験では,外部ヒータによりEP/DBDリアクターを加熱して排ガス中の水分のリアクターへの付着を防止し,反応応答性の大幅な改善と放電電力の低下を達成した.また,バッチ式の閉ループDBD中でのEP捕集したDPMとNOxの同時分解では,連続フロー処理の揚合に比べて分解効率が向上し,処理空間中の水分がDPM,及びNOxの分解反応進行に大きく影響を及ぼしていることが分かった.さらに,VOC,DPM処理の何れにおいても,気体状有害物質の放電処理の際に問題となる処理後のNOx濃度を数ppm以下に抑制でき,本方式の有用性を実証した.
溶融塩のギガヘルツ領域における粘弾性挙動の研究

溶融塩化亜鉛ZnCl2を対象に6501000Kの温度範囲でレーザ光ブリュアン散乱実験を行った。ブリュアンピークのシフト量、半値幅からギガヘルツ域における音速と減衰係数を決定した。この領域では、音速に大きな分散が生じ、それに対応して、吸収係数に極大値を示した。すなわち、ZnCl2融体では緩和周波数がギガヘルツ域に分布していることが判った。また、ZnCl2にNaCl,KClを添加し、ZnCl2-NaClおよびZnCl2-KCl二成分系についても、同様なブリュアン散乱実験を行った。その結果、NaClあるいはKClを添加すると音速の分散が生じる温度域が次第に低温にシフトする。すなわち、融体の緩和周波数には、温度の上昇とアルカリ金属の添加は同様な効果があることが分かった。これは温度の上昇とアルカリ金属の添加はいずれもZnCl2融体中の重合体の解離を促進するため、融体の緩和速度が速くなるからであると考えた。次に、緩和に関する詳細な検討を行うため、ZnCl2-NaCl二成分系融体のブリュアンスペクトルの理論解析を試みた。HCl吹き込み、濾過さらに蒸留という過程を経て高純度に精製した試料を用いることによってレイリー成分(Rayleigh Component)を含む全周波数における散乱スペクトルを測定することに成功した。そのスペクトルについて、粘弾性理論で最適化処理により解析した。その結果、この二成分系のレイリーブリュアンスペクトルは単一緩和で記述することができることが分かった。融体の緩和時間は10^<-13>10^<-9>sに分布し、各組成については、ほぼアレニウス形の温度依存性を有する。NaCl濃度の上昇につれ、緩和時間は大幅に減少した。また無限低周波と高周波における音速の値もスペクトルの解析より得られた。無限低周波における音速V0は超音波域で測定された値と一致した。近年、溶融塩を反応媒体として用いる技術開発の進展に伴い、溶融塩中で生する反応の機構を解明し、これを制御するために必要な物理化学的性質に関する基礎的知見の拡大が望まれている。本研究ではギガヘルツ域の音波の伝播速度および吸収係数を溶融塩を対象として測定し、熱力学的性質や急速な変形に対する応答物性である粘弾制特性を明らかにしようとするものである。ギガヘルツ域の音波伝播挙動の測定にはレ-ザ-光ブリュアン散乱法を採用した。測定対象に選んだ塩化亜鉛は融点付近では数ポアズの高粘度を有して容易にガラス化するが、温度の上昇とともに粘度は急激に減少するという性質を示し、それに伴う構造の変化は極めて興味深い。本年度はブリュアン散乱法を高温融体に適用するための問題点を明らかにし、高精度で溶融塩化亜鉛の音速を決定した。本測定法はこれまで常温液体に適用されて来たが、高温の測定では融体の熱流動の影響、高温装置材料の選択の制約、熱輻射に起因するS/N比の低下などの要因のために測定は困難となる。塩化亜鉛については850Kまでの温度範囲で音速を決定することができた。試料容器としては透明石英ガラスが適当であり、昇温に伴うS/N比の低下は購入したトリプルパスを設置することで著しく改善されることを明らかにした。測定に伴う誤差は音速については【plus-minus】8mであった。得られた音速を超音波の音速と比較したところ、明らかに差異が認められ、音速の分散現象の存在が明らかになっ次年度では測定対象を塩化亜鉛を含む

2成分系に拡張するとともに、ブリユアンスペクトルの半値幅から得られる吸収係数を決定し、融体の緩和特性を明らかにし、第2成分添加が塩化亜鉛の構造にもたらう影響を明らかにする。溶融塩を反応媒体や熱媒体として用いる技術開発の進展に伴い、融体内で生ずる反応機構を解明し、これを制御するためには融体の物理化学的性質の理解が不可欠である.本研究ではブリュアン散乱法により、ギガヘルツ(10^9Hz)域の粘弾性挙動を明らかにし、構造との関連を検討することを目的とした.前年度までの実験でZnCl_2を対象として、800Kの高温まで音速の測定を行い、1GHz付近に音波伝播の緩和周波数が存在することが分かった.本年度はZnCl_2ーNaCl二成分系を対象とし、音速および緩和現象に対してさらに詳細な知見が得られる吸収係数を測定し、アルカリ金属塩化物の添加が粘弾性挙動に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした.本年度に行なった実験項目および得られた成果は次の通りである.1.屈折率はブリュアン散乱法で音速を決定するために不可欠な物性値であるZnCl_2ーNaCl二成分系融体については文献値が皆無であった.そこでZnCl_2ーNaCl二成分系融体の可視光域における屈折率を0.01%の高精度で最小偏角法により決定した.2.ZnCl_2ーNaCl二成分系融体中の極超音波の吸収係数をZnCl_2富側の組成で測定した.吸収係数を決定するにはブリュアンピ-クの線幅およびピ-ク位置を精度よく決定する必要がある.これを行なうためにスペクトルをいったんデジタル化したうえでパ-ソナルコンピュ-タに記憶させ、数学的に波形分離を行った.このようにして、吸収係数を8%の精度で決定できた.3.音速および吸収係数の組成および温度依存性を決定し、その結果に基づき、ZnCl_2ーNaCl二成分系融体の構の組成および温度変化を明らかにした.
バンドエンジニアリングによる準結晶半導体の探索とその熱電材料への応用

周期性をもたずに特殊な長距離秩序を持つ準結晶は結晶とアモルファスと並ぶ固体の概念の一つである。これまでに100種類以上の準結晶が発見されてきたが、準結晶において半導体は未だに見つかっていない。準結晶半導体の探索は固体物理学における挑戦的課題の一つであると同時に、高性能熱電材料への応用も期待されている。本研究では、第一原理計算と実験から、電子構造を元素置換等によって制御するバンドエンジニアリングの観点から、準結晶半導体を探索し、バンド構造を最適化することで、準結晶半導体による高性能熱電材料の創製を目指す。
神経修復時の神経突超、軸索ガイダンスに及ぼすインテグリンリンクドキナーゼの役割

モルモット大脳からクローニングしたIntegrin-linked kinase(ILK)のcDNA(GenBank Accession No.AF256520)をオリゴヌクレオチド変異法により、ILKの触媒ドメインに存在するN末端から359番目のグルタミンサン(E)をリジン(K)に点変異させることで、他の基本ドメインを保存させたまま酵素活性のみを不活化させたドミナントネガティブ体(DN-ILK)を作製した。DN-ILKと野生型ILKは、神経未分化細胞であるN1E-115細胞に導入後、それらタンパク質を高発現させることによりILKの機能を分化条件と未分化条件の両条件下で評価した。N1E-115細胞には、内在ILKが発現しているのでDN-ILKをステイブル発現することにより内在ILKの活性を阻害した結果、N1E-115細胞の神経突起形成を有意に阻害した。それに対して、野生型ILKをトランジエントに高発現させると、非分化条件下にもかかわらず、N1E-115細胞は神経突起を形成し神経へと分化した。以上の結果から、ILKはN1E-115細胞の神経突起形成に必要不可欠であることがわかった。さらに、ILKのシグナル下流にはp38MAP kinaseが存在し、ILKの活性化後に生じるp38MAP kinaseの活性化がN1E-115細胞の神経突起形成に必要であることを証明した。さらに、DN-ILKをステイブル発現したN1E-115細胞のタウタンパク質は高度に異常リン酸化され、その結果、この高度異常リン酸化タウが線維状に形質膜を内面から覆う篭状の形態をとることを新たに発見した。さらにタウの高度異常リン酸化は、内在ILKの不活化に伴い活性化されたGSK-3βにより引き起こされ、内在ILKはGSK-3βのSer9をリン酸化することで不活化し、タウタンパク質が高度異常リン酸化されないように保護していることを証明した。また、タウの異常リン酸化は、DN-ILK発現細胞の神経分化不全に部分的に関与していることを明らかになった。異常リン酸化タウは、アルツハイマー病の病理学的所見で認められる神経原線維変性の発生機構の1つと考えられており大変興味深い。このように、ILKは神経分化機構に直接関与するだけでなく、タウのリン酸化を調節することで、神経分化時の微小管形成の促進と分化後の微小管の安定化に寄与する。モルモット大脳からクローニングしたIntegrin-linked kinase (ILK)のcDNA (GenBank Accession No. AF256520)をオリゴヌクレオチド変異法により、ILKの触媒ドメインに存在するN末端から359番目のグルタミンサン(E)をリジン(K)に点変異させることで、他の基本ドメインを保存させたまま酵素活性のみを不活化させたドミナントネガティブ体(DN-ILK)を作製した。DN-ILKと野生型ILKは、哺乳類細胞への発現ベクターであるpTracer-CMVベクターに導入した。

DN-ILKと野生型ILK cDNAは、神経未分化細胞であるN1E-115細胞に導入後、それらタンパク質を高発現させることによりILKの機能を分化条件と未分化条件の両条件下で評価した。N1E-115細胞には、内在ILKが発現しているのでDN-ILKをステイブル発現することにより内在ILKの活性を阻害した結果、N1E-115細胞の神経突起形成を有意に阻害した。それに対して、野生型ILKをトランジェントに高発現させると、非分化条件下にもかかわらず、N1E-115細胞は神経突起を形成し神経へと分化した。以上の結果から、ILKはN1E-115細胞の神経突起形成に必要不可欠であることがわかった。さらに、ILKのシグナル下流にはp38MAP kinaseが存在し、ILKの活性化後に生じるp38MAP kinaseの活性化がN1E-115細胞の神経突起形成に必要であることを証明した。また、本研究過程において、DN-ILKをステイブル発現したN1E-115細胞のタウタンパク質は、高リン酸化されることを新たに発見した。この結果は、内在LLKはタウタンパク質が高リン酸化されないように保護していることを示唆している。高リン酸化タウは、アルツハイマー病の病理学的所見で認められる神経原線維変性の発生機構の1つと考えられており大変興味深い。そこで現在、ILKの酵素活性がどのようにタウタンパク質の高リン酸化を阻害するのか、その機構について詳細に検討している。モルモット大脳からクローニングしたIntegrin-linked kinase(ILK)のcDNA(GenBank Accession No.Af256520)をオリゴヌクレオチド変異法により、ILKの触媒ドメインに存在するN末端から359番目のグルタミンサン(E)をリジン(K)に点変異させることで、他の基本ドメインを保存させたまま酵素活性のみを不活化させたドミナントネガティブ体(DN-ILK)を作製した。DN-ILK.cDNAは神経未分化細胞であるN1E-115細胞に導入後、DN-ILKタンパク質を高発現させた。N1E-115細胞には、内在ILKが発現しているのでDN-ILKをステイブル発現することにより内在ILKの活性を阻害した。DN-ILKをステイブル発現したN1E-115細胞のタウタンパク質は高度に異常リン酸化され、その結果、この高度異常リン酸化タウが線維状に形質膜を内面から覆う篭状の形態をとることを新たに発見した。さらにタウの高度異常リン酸化は、内在ILKの不活化に伴い活性化されたGSK-3βにより引き起こされ、内在LLKはGSK-3βのSer_9をリン酸化することで不活化し、タウタンパク質が高度異常リン酸化されないように保護していることを証明した。また、タウの異常リン酸化は、DN-ILK発現細胞の神経分化不全に部分的に関与していることを明らかになった。異常リン酸化タウは、アルツハイマー病の病理学的所見で認められる神経原線維変性の発生機構の1つと考えられており大変興味深い。このように、ILKは神経分化機構に直接関与するだけでなく、タウのリン酸化を調節することで、神経分化時の微小管形成の促進と分化後の微小管の安定化に寄与する。
舞踊の発達的起源の検討：舞踊の階層性に関する発達認知科学的研究

本研究の大きな目標は舞踊行動の進化的・発達的起源を明らかにすることである。舞踊行動は特定の順序で並べられた複数の抽象的な身体運動からなる時系列情報であり、それらの身体運動が段階的に統合されることで階層構造をもつ。ヒトの舞踊行動の萌芽は発達初期にみられる。乳児は、リズミカルな身振り手振りを用いて、養育者とのコミュニケーションを開始する。しかし、発達初期の律動的な身体運動の構造、そして、その律動的な身体運動の経験とその後の身体運動の階層構造を創作する能力との関連性については明らかにされていない。そこで、本研究では、舞踊行動の根底にある身体運動の階層構造を創作する能力の発達過程を検討する。
高齢者の学習・社会参加におけるセルフヘルプ・グループの意義

本年度は、昨年度から続く2年間の研究の最終年度にあたり、引き続き理論研究と事例研究とを並行して進めてきた。理論研究については、1)成人教育研究・高齢者学習関連の文献を手がかりとしながら学習者組織もしくは学習と社会参加との関連のとらえ方を整理し、2)福祉・医療や心理学関連の文献のなかから当事者組織(セルフヘルプ・グループ)、特に組織運営の面に関する理論枠組みを抽出・整理し、さらに3)組織学習論をはじめとする組織経営学の枠組みを整理するという作業を前提に、各領域の理論枠組みを比較検討しつつ進めてきた。また、事例研究については、社会教育施設における高齢者対象事業を分析の対象として選び、担当職員や事業参加者へのヒアリングを中心に調査をおこなった。この事例研究は、理論研究を通じて得られた分析枠組みの有効性を検証するためのものであったが、上記の分析枠組みが高齢者の学習活動だけでなく社会活動に対しても有効性を持ちうるかを検証するため、老人クラブ関係者にもヒアリングをおこなった。最後に、理論研究および事例研究の成果を報告書にまとめ、提出した。本研究は、高齢者の積極的な社会参加を促す上で重要な意味を持つ当事者組織について、教育学・社会福祉・心理学・社会学・経営学(組織論)などの領域における研究成果を整理し、それらを統合的にとらえる理論枠組みを提示しようとするものである。特に、社会福祉の領域で近年注目を集めているセルフヘルプ・グループの組織原理を理解した上で、それらを学習活動における高齢者間の関係と比較することによって、高齢者の学習、特に社会とのつながりを促す学習活動とその支援方法に関する理論枠組みを再検討することが課題となるだろう。2年間にわたる研究の1年目にあたる今年度は、理論枠組みの整理および次年度に実施予定の調査の準備をおこなった。理論枠組みの整理については、主としてセルフヘルプ・グループの組織運営とメンバー間関係、経営学の領域における組織運営(企業組織や非営利組織など)等に関する国内外の文献を読み込む作業を中心に研究を進めた。それらの研究における分析枠組みを中心に、そこで前提とされている理論的・社会的背景をも考慮した上で、高齢者教育ないしは社会教育の領域における学習集団・学習者間の関係についての研究と比較検討する作業もあわせておこなった。また、これと並行して進めた次年度に実施予定の調査に向けての準備については、調査の設計・方針や分析方法を改めて検討し直すとともに、調査対象となる高齢者グループを選択するための情報収集・連絡を中心に作業を進めた。
空隙スケール・マイクロＣＴに基づく原油回収ダイナミクスの解明

多孔質の空隙スケールの界面張力や濡れ性に支配される水・油の二相流動を高分解能で可視化する.岩石内部にトラップされるオイル量を決定する上で重要となるスナップオフの進行過程を可視化し,現象の解明を行った.次に,トラップされたオイル液滴周囲の流動場計測を行った.トラップされたオイルに隣接するポアにおいても水は流動しているが,両者の間には流動していない澱んだ水膜が存在し,両者の間の物質輸送を阻害している.これは,界面活性剤などを用いたトラップされたオイル液滴の再移動化の低下要因となる.空隙スケール計測を数値解析と融合した,数値解析に基づいた多孔質内流動パラメータ推定手法を開発した.トラップされたオイル液滴周囲の流動場計測を試みる.X線CTで撮像を行う際に,水とオイルを区別しやすくするように通常,水にヨウ化ナトリウム(NaI)を溶解させ,X線吸収能を上昇させている.NaI水溶液と純水を用いることにより,速度場計測に必要なマーキングを行うことを試みた.また,ヨードデカン,ヨードドデカンなどのオイルを用いるとオイルの方のX線吸収能をコントロールすることができるとともに,密度を水と一致させることが可能であり,浮力の影響を排除した実験が可能であることが見いだせた.これらの手法を適用して,トラップされたオイルの周辺の流動場の可視化を試みた.ガラスビーズ充填層の場合,トラップされている油に隣接する空隙においても水は流動しており,離れた空隙と比べて流速に変化はほとんどないことがわかった.一方で界面活性剤などを注入した場合,トラップされたオイルが流動していないために界面に容易には到達できない.隣接するポアに至るまでは対流で運ばれるが,その後,拡散で輸送されれていることが示唆された.今後,原油回収の効率を高めるために,ガス注入などの方法を用いることで,流れ場を乱し,界面活性剤の輸送を促進することなどが考えられる.また,これらの現象を数値シミュレーションから分析するために,格子ボルツマン法を用いた計算コードの開発を進めた.CTデータを取り込んでの簡単な系での解析はほぼ可能な状況に至った.今後,デジタル・コア・ラボラトリーの基礎となる開発を行った.デジタルコアラボラトリーの構築に向け,マイクロフォーカスX線CTにより取得した多孔質媒体の空隙形状に対して格子ボルツマン法(LBM)による直接数値シミュレーションの適用を試みた.実験では直径400ミクロンのガラスビーズ充填層にオイルを飽和し,水を注入してオイルを生産するプロセスを模擬した.この充填層から油が生産されるプロセスをX線CTにより可視化した.得られた多孔質媒体の形状からLBMを適用する数値的な多孔質形状を取得した.使用したLBMモデルはShan-Chen型の二相流モデルで原油生産プロセスの計算に実績のあるPanらのモデルを用いた.なお,このモデルは将来的に多重緩和を導入することにより広いパラメーター範囲のでの安定性の向上が可能である.取得した多孔質に対して安定したシミュレーションを行うことができた.オイルは98%の回収することができ,これは実験結果の95%と非常に近い値になっている.これを踏まえて次に,多孔質表面の濡れ性に関する検証を行った.水に対して濡れやすいガラスピーズ同様にオイルに対して濡れやすいガラスビーズを用いて原油生産実験を行うとともに数値シミュレーションを行った.その結果,原油回収率は実験及び計算ともに93%および85%に低下した.濡れ性の変化による飽和率低下は数値シミュレーションで再現することができたが,空隙スケールでみたときのオイルが残留する位置については実験と数値シミュレーションで相違がみられた.比較的均質な多孔質媒体であるが,数値シミュレーションの対象としたスケールよりも大きいスケールで流動場の不均質性が存在していることが考えられる.マイクロフォーカスX線CTによる多孔質形状の取得とこれにLBMを適用し,多孔質の流動特性の取得が可能であることを実証することができた.多孔質の空隙スケールの界面張力や濡れ性に支配される水・油の二相流動を高分解能で可視化する.岩石内部にトラップされるオイル量を決定する上で重要となるスナップオフの進行過程を可視化し,現象の解明を行った.次に,トラップされたオイル液滴周囲の流動場計測を行った.トラップされたオイルに隣接するポアにおいても水は流動しているが,両者の間には流動していない澱んだ水膜が存在し,両者の間の物質輸送を阻害している.これは,界面活性剤などを用いたトラップされたオイル液滴の再移動化の低下要因となる.空隙スケール計測を数値解析と融合した,数値解析に基づいた多孔質内流動パラメータ推定手法を開発した.初期状態としてオイルで飽和されている多孔質媒体を考える.ここに水を注入すると一部のオイルは界面張力によりトラップされる.トラップされているオイルの周囲の水の中に形成される流動場はこの後に注入されるサーファクタントがどのように界面に到達するかを把握する上で重要な因子となる.本研究では,サーファクタントフラッディングの高効率化および低コスト化に対する指針を得ることを目的として,単純な多孔質媒体を対象として,サーファクタントフラッディングの動作メカニズムの観察を行った.併せて,水の流動場に擾乱を与え,効果的にサーファクタントを界面へと到達させる方法として,ガス注入の効果について検討を行った.5種の径のポア1502個が幅90 - 198 μmの5種の幅を有する流路で接続されたガラスプレートを用いた.ポアの配位数は4である.

プレートは初期状態としてドデカンで飽和する.次いで,水,(空気),サーファクタントの順に,一定流速で注入した.流速はキャピラリー数が1.0 ×10-6になるようにした.これらの実験で得られた知見は以下の通りである.トラップされたオイルに隣接するポアの内部では水は流動していない.よって,ガス注入を行わない場合,サーファクタントがトラップされたオイルの界面に容易に到達できず,生産性が制限される.ガス圧入を行うことは,ガスが主に水で満たされている部分を流動するために,直接的にはオイルの生産性に寄与しない.しかし,ガス圧入後にサーファクタントを圧入すると,ガスが分散し,ネットワーク状態でトラップされ,サーファクタントの流れをブロックする.この結果,サーファクタントは流路を変えられ,水と油の界面に到達し,油の生産性が向上する.また,これらの2次元実験を3次元へと発展させX線CTによる計測も行い同様な結果を得ている.本年度の主要なテーマとして「砂岩を対象とした可視化試験」および「流動現象の高解像度可視化・原油トラップメカニズム解明」を挙げている.前者については主要な砂岩であるベレア砂岩を対象として,特に,砂岩固有の層理面がオイルの流動やトラップにどのような影響を与えているか可視化を行った.高解像度撮像を行うためには岩石コアを極力小さくする必要があるが,コアが小さくなると流体注入のコントロールが非常に困難となってくる.小型のコア試験を設計製作することでオイル,水,ガスのインジェクションの切り替えに伴う擾乱を抑えた実験を行うことが可能になった.これらのコア試験装置を用いて数種類の岩石コアにおける原油生産プロセスを空隙スケールで可視化することに成功した.「流動現象の高解像度可視化・原油トラップメカニズムの解明」については,ガラスビーズ充填層を用いて行った.特に,水,油,ガスの相をCT撮像画像で明瞭に区別するためのドーピング手法を開発した.これらの方法により高解像度撮像を行い,空隙スケールでの以下のような現象を観察することに成功した.スナップオフ現象と呼ばれる,濡れ性により空隙内部に水が自発的に侵入し,オイルの連続性を切断するプロセスを可視化した.また,同じ空隙内部に水が濡れ性により,膜状にトラップされる様子を可視化した.以上のことから本研究はおおむね順調に進展していると判断している.本研究では,原油を貯留層から生産する際の,回収率の飛躍的な向上を目指して,岩石多孔質内部の空隙スケールの流動現象のダイナミクスを解明することを最大の目的としている.これまでに2次元実験で明らかになってきている原油回収に関する諸現象を,独自に開発してきたマイクロフォーカスX線CT装置を駆使した可視化手法により,多孔質の空隙スケールの界面張力や濡れ性に支配される水・油の二相流動を高分解能で可視化することにおおむね成功し,いくつかの新しい知見を得ており,研究は順調に進展している.可視化試験についてはおおむね計画通り進展している.