hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋交易路における仏教流伝形態の研究

しかしながら、当初予想していた以上にジャワ島中部地域の密教系仏教に関する遺品(法具・泥製奉納品)の数が豊富なため、これらの出土品の調査に重点を置いた。そのため、初年度に予定していたジャワ島東部地域の調査に関しては次年度に繰り越した。また、文献資料に関しては、インドネシア大学の古代文字の研究者の協力のもとにバリ島カランガスム地域の寺院に収蔵されているロンタルを中心に現地調査を続けている。しかしながら経典・儀軌の内容に基づいた分類を目的とした解読作業が研究の中心となり、一定の成果を上げるまでに予想以上に時間を要している。その中で古代ジャワ語で書かれた密教の儀軌である『Kalpa Buddha』の写本の翻訳が終了しており、その他収集した写本に関しては随時検討を加えている。おおむね順調に進展しているが、文献資料調査に関してはヒンドゥー教研に属するものと仏教に属するものが混在しているのみならず、資料数も多いためそれらを区分、また内容を特定するするために時間を要している。本研究はインドからの海洋交易ルートによって形成されたインド文化圏に属するインドネシア諸島において、8世紀から14世紀に盛行した密教系仏教の実像解明を目的としている。その目的のもとに、初年度は現地博物館を中心とする資料収集を実施した。2年目に当たる今年度は、現地より収集した資料に関して研究分担者ごとに分析作業を中心に進めた。合同調査として8月初旬にジャカルタ国立中央博物館に収蔵されている曼荼羅を構成する尊像群と法具類の蛍光X線機器を使用した成分分析を実施し一定の成果を得た。蛍光X線機器を使用した成分分析研究に関しては、次年度も継続して実施する予定にしている。その後、ジャワ島東部地域の遺蹟・博物館の調査を実施した。また、12月の中旬にはかつてのインドネシア諸島の宗主国であったオランダの博物館の調査を実施した。インドネシアの遺品を保管する3つの博物館には、相当数の密教系仏教の仏像、法具類、経典が収められており、今後も継続して調査をする予定である。とくに、経典に関しては、未発表のものもあり随時内容解明を進めていく。さらに、2月にはスマトラ島南西部地域の遺蹟・遺品の調査を実施した。この調査では、スマトラ島に多数出土している金属製マントラに関しての資料収集を重点的に実施した。金属製マントラは大きさや種類も豊富で、その用途も含め今だ解明されていない部分が多く、継続調査が必要となる。上記以外に、6月にジャカルタで現地調査員との合同会議を実施して、現状での調査の進捗状態、および今後の研究計画について検討を加えた。また、7月にはバリ島において島内寺院のロンタル経典の収蔵確認のための調査体制の見直しを現地協力員と行った。密教遺品の資料収集、および調査に関しては、一部を残しほぼ終了したといえる。ただ、当初調査対象地としていたロンボク島、カリマンタン島、スラウェシ島に関しては、調査対象となる遺品がないとの報告が現地調査員よりあり、今回の調査では見送ることにする。それに対して、インドネシア出土の密教遺品の多くが旧宗主国であるオランダに多数存在していることがわかった。
ヒドロゲナーゼの改良を目指した分子進化工学的手法の開発

本研究の主な成果は、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの宿主ベクター系による発現系構築に成功した事である。[NiFe]-ヒドロゲナーゼは複雑な翻訳後修飾によって活性型と成熟するため、大腸菌などを宿主とした発現系による組換えヒドロゲナーゼ蛋白質の作製が困難であった。しかし、[NiFe]-ヒドロゲナーゼ構造遺伝子をベクターに挿入し、翻訳後修飾関連遺伝子を宿主ゲノムに組み込み、両者の発現量を調節することで、ヒドロゲナーゼを活性型として発現させる事が可能であることを実証できた。また、この発現系では、簡便にヒドロゲナーゼへの変異導入ができるため、蛋白質工学に欠かせない変異ライブラリーの作製を可能となった。平成25年度は、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの発現系の改良と、スクリーニング系の改良を目標とした。発現系として、高いヒドロゲナーゼ発現能を有する水素細菌Ralstonia eutropha(R. eutropha)のヒドロゲナーゼ遺伝子破壊株HMU01を宿主とし、プロモーターとヒドロゲナーゼ遺伝子を挿入した広宿主域ベクターpBHR1を用いた独自の系をすでに完成させていたが、ヒドロゲナーゼ活性は痕跡量であった。そこで、ベクター側のプロモーターに変異を導入したpBHR79を作製し、さらにHMU01株のヒドロゲナーゼオペロン側にプロモーターを追加したMHU04を作製し、それぞれを組み合わせた発現系を検討した。その結果、pBHR9とHMU01並びにpBHR9とHMU04の組み合わせから有意なヒドロゲナーゼ活性が発現されることを突き止めた。さらに、水素雰囲気下で培養を行った場合を検討し、pBHR1とHMU04の組み合わせから高いヒドロゲナーゼ活性が観察された。その活性は野生株の半分程度であったが、進化工学を行う上で十分であり、当初の予定が達成されたことを示している。さらに平成26年度の実験を前倒しで進めるために、ベクター上のヒドロゲナーゼ遺伝子へのランダム変異導入を行い、ライブラリーを作製した。ハイスループットスクリーニング系の開発は平成26年以降の計画であったが、今回は96ウェルプレートを用いて、すべて人力で約3000クローンについて、水素分解能を指標にスクリーニングを行い、優位に水素分解能が向上した変異体の単離に成功している。平成25年度までに、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの発現系を構築し、その発現系を利用して[NiFe]-ヒドロゲナーゼのランダムライブラリを作製した。さらに、スクリーニングを行い、水素分解能が向上した[NiFe]-ヒドロゲナーゼ変異体の単離に成功している。平成26年度は、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの発現系の改良を行った。[NiFe]-ヒドロゲナーゼのスモールサブユニットC末端に付加していたタグの再検討や培養条件の最適化を行った結果、[NiFe]-ヒドロゲナーゼ変異体の大量調製を可能にした。計画書では、マイクロカプセルを利用したハイスループットスクリーニング系の開発と、[NiFe]-ヒドロゲナーゼ酸化速度の評価方法の開発を進める予定であったが、ハイスループットスクリーニング系の開発においては、宿主のバクテリアを閉じ込めるマイクロカプセルの共同開発相手とのマッティング等の問題から、現在のところ特筆すべき進展はない。一方で、[NiFe]-ヒドロゲナーゼ酸化速度の評価方法の開発については、以下の通り、大きな進展があった。[NiFe]-ヒドロゲナーゼ酸化状態は、共鳴ラマン分光法や赤外分光法にて評価する予定であったが、共鳴ラマン測定においては、マイナス100°C以下にサンプルを冷却した場合シャープなバンドを得ることができ、酸化還元に伴うスペクトル変化から速度論が議論できることを明らかにした。また、低温ではレーザーによるサンプル劣化を低く抑えることができることも明らかになった。今後は、失活過程の[NiFe]-ヒドロゲナーゼを急速凍結し、それぞれの冷凍サンプルの共鳴ラマンスペクトルや赤外吸収スペクトルを測定し、理論計算によるシミュレーションとの比較から、中間体や失活経路、失活速度定数を解明する予定である。これまでに、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの発現系の構築に成功し、ランダムライブラリの作製まで終了している。さらに、ライブラリーから活性が有意に向上した、[NiFe]-ヒドロゲナーゼ変異体の単離に成功している。これらの成果を論文にまとめて投稿したところ、レビュアーから多くの指摘を受け、共同研究者であるドイツ・ベルリン工科大レンツ教授とディスカッションを重ねたところ、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの精製方法について看過できない問題が明らかになった。本来、[NiFe]-ヒドロゲナーゼは、細胞から抽出した後に、直ちに酸化剤にて酸化状態に変換し、クロマトグラフィー精製すべきであったが、適切に酸化することなく精製していたため、測定に用いたサンプルは大部分が失活しており、比活性値の見直しが必要となった。そこで、ドイツ・ベルリン工科大にて、レンツ教授のもとで[NiFe]-ヒドロゲナーゼ調製を学び、その新しい精製方法を日本に持ち帰り、検討したところ、[NiFe]-ヒドロゲナーゼのみならず、ギ酸デヒドロゲナーゼにおいても、活性が数倍高いサンプルが得られることがわかり、研究が大幅な進展した。現在は、[NiFe]-ヒドロゲナーゼとともにギ酸デヒドロゲナーゼの酸素失活について、各種測定可能なサンプル量(それぞれ精製蛋白質サンプルを10 mg)の確保を目指している。その後、酵素活性の再測定と、論文の再投稿、さらに酸素失活速度測定法の確立を目指す。

昨年度報告した通り、新しい環境で培養を行ったところ、酵素活性が全く見られなくなったため、原因究明に大きな時間を割かざるを得なかった。しかし、原因はオートクレーブ後の培養液のpH値低下であることを突き止めた(pH低下の原因は不明)。そこで、オートクレーブ後、pH調節して培養したところ、酵素活性が回復した。また、上記の通り、精製方法の見直しを行うことになり、時間的なロスが生じたが、現在は精製方法が確立しており、現在、サンプルの大量調製中である。平成27年度では、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの精製手法に課題があったため、共同研究者であるドイツ・ベルリン工科大学レンツ教授の下で精製方法を習得し、その結果、[NiFe]-ヒドロゲナーゼ精製を成功させることができた。そこで、平成28年度に[NiFe]-ヒドロゲナーゼランダムライブラリから単離した高活性変異体について、精製し再評価したところ、意外にも、活性は野生型の十分の一以下であった。精製前の細胞抽出液中の総活性は、野生型と比較して有意に高いことから、以下のように考察できる。活性型の[NiFe]-ヒドロゲナーゼは、酸素存在下で酸化される事で、不可逆的に失活する事が知られているため、新しい精製方法では、酸化剤を用いることで、可逆的に再活性化可能な状態に変換して安定的に精製を進めることができる。しかし、変異体は、活性型として野生型と同等以上に発現したものの、酸化剤添加によっても不可逆に失活したため、活性が低くなったと考えられる。この仮説が正しければ、変異体のアミノ酸変異部位は、活性中心から遠く離れた、電子プール機能を有する鉄硫黄クラスター近傍であることから、鉄硫黄クラスターが可逆的失活と不可逆的失活をコントロールしている可能性が浮上する。[NiFe]-ヒドロゲナーゼの失活仮定や、可逆的失活と不可逆的失活のコントロールは、ヒドロゲナーゼ研究において、最も重要な課題であるが、今回の変異体の更なる解析によって新たな知見が得られものと期待できる。現在、この仮説を実証するために、失活状態の変異体の分光学的測定を予定している。本研究の主な成果は、[NiFe]-ヒドロゲナーゼの宿主ベクター系による発現系構築に成功した事である。[NiFe]-ヒドロゲナーゼは複雑な翻訳後修飾によって活性型と成熟するため、大腸菌などを宿主とした発現系による組換えヒドロゲナーゼ蛋白質の作製が困難であった。しかし、[NiFe]-ヒドロゲナーゼ構造遺伝子をベクターに挿入し、翻訳後修飾関連遺伝子を宿主ゲノムに組み込み、両者の発現量を調節することで、ヒドロゲナーゼを活性型として発現させる事が可能であることを実証できた。また、この発現系では、簡便にヒドロゲナーゼへの変異導入ができるため、蛋白質工学に欠かせない変異ライブラリーの作製を可能となった。平成26年度は、ハイスループットスクリーニング系の開発と[NiFe]-ヒドロゲナーゼ酸化速度の評価方法の開発を進める予定であった。[NiFe]-ヒドロゲナーゼ酸化速度の評価方法の開発では進展があった一方で、ハイスループットスクリーニング系の開発については、成果が上がっていない。
リン酸化酵素PDK1による活性調節がPKCの神経系での機能発揮に及ぼす役割の解明

PDK1はPKCのactivation loop (AL)をリン酸化し、PKCを成熟させる酵素である。このPDK1によるALリン酸化を抑制することがPKCターゲティング機構にどのような影響が現れるかを検討するため、PDK1の偽基質であるδALPIFを作製した。δALPIFはγ-およびδ-PKC-GFPのALリン酸化、キナーゼ活性を抑制するとともに、受容体刺激時にγ-,δ-PKC-GFPが細胞質から細胞質へと一過性にトランスロケーションした後に再び細胞質へ戻る(リトランスロケーション)までの時間を延長させることが分かった。このリトランスロケーションの遅延のメカニズムを詳細に検討するため、PDK1によりリン酸化を受けるγ-,δ-PKC-GFPのALに存在するスレオニン残基をアラニンに置換した変異PKC-GFP(PKC-ALM(ALmutant)-GFP)を作製した。γ-,δ-PKC-ALM-GFPにおいては、受容体刺激による細胞膜へのトランスロケーションは野生型PKC-GFPと同様に起こるが、その後のリトランスロケーションの遅延が見られた。同様の現象はPKCのキナーゼ活性を消失させた変異PKC-GFPでも観察された。受容体刺激によるPKCのトランスロケーションは一過性の細胞内Ca^<2+>濃度上昇と細胞膜でのジアシルグリセロール産生増大によって起こると考えられている。PKC-ALM-GFPにより、細胞内Ca^<2+>濃度の変化には影響しないが、ジアシルグリセロールが細胞膜で増大したままになることが明らかとなった。以上の結果より、PKCのALリン酸化の抑制は、PKCのキナーゼ活性を低下させ、ジアシルグリセロール分解を抑制し、それによりPKCのリトランスロケーションの遅延を引き起こすことが明らかとなった。PDK1はPKCのactivation loopをリン酸化し、PKCを成熟させる酵素である。このPDK1によるリン酸化が抑制されるとPKCターゲティング機構にどのような影響が現れるかを検討するため、δ-PKCのactivation loop付近の配列(δAL)とPDK1に高親和性に結合する配列(PIF)を組み合わせたペプチド断片、δALPIFをコードするcDNAを作製し、これを蛍光タンパク質GFPあるいはDsRed2との融合タンパク質として培養細胞株に発現させた。発現したδALPIFはリン酸化を受けており、これ自身がPDK1の基質として働くことが確認された。続いて、δALPIFをγ-あるいはδ-PKC-GFPと共発現させ、PKC activation loopのリン酸化量を検討したところ、γ-,δ-PKC-GFPのactivation loopのリン酸化はδALPIFにより有意に抑制された。続いてCHO細胞においてγ-,δ-PKC-GFPとδALPIF-DsRed2を共発現させ、ATPによるP2Y受容体刺激を与えたところ、δALPIF-DsRed2が発現している細胞でもγ-およびδ-PKC-GFPは単独発現時と同様に細胞質から細胞膜へのトランスロケーションを示した。γ-およびδ-PKC-GFPの単独発現時では刺激後1-2分で再び細胞質へ戻る(リトランスロケーション)が、δALPIF-DsRed2と共発現した細胞では、2分以上も細胞膜に留まっており、リトランスロケーションの起こる時間が有意に遅くなっていた。よって、δALPIFによるPKC activation loopのリン酸化の抑制はPKCのリトランスロケーションに重要な役割を果たしているということが明らかとなった。また、δALPIFを培養細胞に発現させるとその細胞で有意にアポトーシスが引き起こされ、PKC activation loopのリン酸化の抑制がアポトーシス誘発にも関与することが示唆された。
価値の多元化状況における保健システムの変貌

本研究は、近現代社会のさまざまな政治経済的変動のもとで保健システムが変貌する様子を文化人類学(医療人類学)の観点から考察した。M・フーコーの〈統治性〉の概念を通してモデル化し、彼の構想した西欧の局所的な歴史モデル[仮説]から、非西洋を含む論理的展開モデル[過程]への改訂を「多元的医療化」モデルの提示を通して試みた。グローバル化による価値の多様化の影響を最もつよく受けるのは、人々の固有の身体であり、ひいては人の生き方にほかならない。身体のあり方に介入し、また治療やケアを通して、人々の価値観や生き方に影響を与えるのは、医療や保健制度である。つまり、医療や保健制度に着目することが、グローバル化という現象のもとで起きている変化をもっとも適確にとらえる指標となる。本研究から、個人(=主体)の健康への配慮(anatomo-politic)と人口統計や公衆衛生などの集団的管理技術(bio-politic)という異なる2つの社会管理の技法とその相互連関の様態についての問題が主題化された。多くの文化人類学が対象にするかつての植民地の社会-ポストコロニアル社会と総称される-や近現代史にみられる帝国医療の実施状況のもとでは、理想=西欧的な統治性のタイプに綻びが生じ、さまざま異型の医療と保健の実践が生まれていることが示唆された。グローバル化が合理化や近代化を通して日常生活の場にもたらすものは、単一の変化ではなく、現地との対応のなかでうまれる動態的な文化的過程の結果であり「多元的医療化」の概念で明確に把握されることが明らかになった。国家主導の保健システムが、社会に受容され大衆化する社会過程がどのようなものであるのかを具体的に解明するのが、本研究の第一の目的である。この目的を実現するために、(1)歴史的資料による過去の社会過程に関する変容についての従来の議論の整理、(2)共時的な視座としての医療システムの機能主義的議論、(3)社会システムにおける医療の役割(=部分的機能)を整理する研究に着手した。また20世紀初頭前後の科学的医療の国家制度への組み込みと、同時期における帝国医療の実態について全地球的観点から資料収集をおこない、医療化現象に先立つ近代医療の優位性の確立に関する仮説を検証するのが、本研究の第二の目的である。これに関しては、国民国家と近代医療制度が密接に関連した日本や開発途上諸国のような地域における公衆衛生政策や大衆保健運動に関する基礎資料の収集を、インターネット情報を含む文献調査[担当:田口・慶田]ならびに、マレーシア、ベトナム、シンガポールへのフィールド調査[池田・佐藤]を通しておこなった。個別研究では、(i)キリスト教宣教医療と植民地医療に普及過程の歴史人類学的検討、(ii)医療的多元化に関する資料収集、(iii)先進国における近代医療の大衆化過程の検討、(iv)世界各地の大衆保健運動の社会動態の比較研究をおこなった。計画初年度であり、文献収集、現地資料の査察、データベースの構築などが中心となった。今年度の研究の反省としては、本研究のオリジナリティが予想していた以上に高いために、モデルとしたい先行研究が意外と少なかったことと、20世紀年以降の関連資料が際限なく多いために、当初目論んでいた全資料収集がマンパワーと資金不足により変更せざるを得なくなったということである。他方で、本研究に関心をもつ若い研究者が現れてきており、本研究が保健システムの歴史の再検討という学問的価値を有するのみらなず、未来の保健システムを考える際に不可欠の歴史的教訓となる期待も意想外に大きいこともわかった。新年度より他領域との研究交流を一段と進めてゆくことで、これらの変更に伴う欠点を改善していきたい。本年度の研究は、(1)歴史的資料の収集とそれらの分析から再構成する「国民医療」の成立過程を、我が国と東南アジア諸国のいくつかの事例に則して明らかにすること、ならびに(2)社会システムにおける価値の変貌という観点からみた、これまでの国家・医療・福祉・身体・統治に関する既存の理論の再検討、という2つを目標にした。

まず、(1)の研究目標においては、我が国がアジア諸国の中では早くに西洋列強の植民地支配から自由になりつつ、西洋医学システムの導入を図り、伝染病対策ならびに壮丁の健康問題に起源をもつ、「国民の健康」管理システムを早期に確立したのに対して、東南アジア諸国は、植民地統治の一環として植民地医療システムが導入されることが根本的な違いになり、これらの要因の違いが今日における「国民の健康」管理システムの質的差異を形成していることがわかった。(2)の研究目標においては、前者の研究と関連しながら、国家・医療・福祉・身体・統治に関する、厚生経済学(ポストケイジアンからアマルティア・センまで)、政治思想(M・フーコーやハバーマス)などの議論について理論的に検討した。全体的な研究の傾向としては、医療を国家にとっての不可欠な統治課題とし、国民がそれに関する議論に積極的に関与すべきであるという議論から、国家の役割が縮小化し医療や福祉は国家運営や国民統治にとって「不要な荷物」として見なされてくる転換過程を明らかにした。このような政治思想の潮流の変化は、統治医療に関する批判理論的な言説が衰退する現今の状況を見事に反映している。我が国の医療社会学者や「生命学者」たちは、極端にミクロな実践の場でのアイデンティティポリティクスや「不毛な」文明論を展開しており、それらの潮流に抗する研究の重要性を強調し、次年度の研究に繋げたい。本年度は次の2つの点に関する具体的諸相が明らかになった。1.我が国がアジア諸国の中でいち早く西洋列強の植民地支配から自由になりつつ、西洋医学システムの導入を図り、伝染病対策ならびに壮丁の健康問題に起源をもつ、「国民の健康」管理システムを早期に確立した。他方、東南アジア諸国は、植民地統治の一環として植民地医療システムが導入されることが両者の根本的な違いになり、これが今日における「国民の健康」管理システムの質的差異を形成する原因になった。その政治状況に加え19世紀末に大流行するコレラをはじめとする伝染病と伝染病対策のグローバル化により、各国および各植民地の疾病管理のシステムの歴史に大きな刻印を残した(疾病流行による社会変化)。20世紀末から現在につづく多国籍バイオプロスペクターおよび新興感染症に対する世界保健機関による国際政治介入の隆盛などは、およそ百年前の先駆的な国際状況と極めて類似していることが判明した(社会変容システムにおける類似性)。2.ポスト福祉国家論によると、医療は国家にとっての不可欠な統治課題であったが、次第に国家の役割が縮小化し医療や福祉は国家運営や国民統治にとって「不要な荷物」として見なされてくる転換過程をとる。このような政治思想の潮流の変化の中で今日の近代医療の研究枠組みもまた措定されている。臨床医学研究を席巻したEBM(根拠に基づく医療)や公衆衛生や疫学研究の「健康転換」などの理論は、グローバルな健康政治学(global heath politics)の言語という観点から分析できることがいくつかの事例検討を通して明らかになった。情報と経済のグローバリゼーションがその地球上の市民にもたらす社会的インパクトのひとつとして、人間生活の「価値の多元化状況」が生起したことを指摘することができる。
肝性脳症における事象関連電位のトポグラフィー的研究

肝性脳症の早期診断法を明らかにするため、認知機能の異常(congnitive dysfunciton)について事象関連電位(P300)の等電位図(トポグラフィー)の面から検討し、次のような新しい知見を得た。1.代償性肝硬変例を中心に、血中アンモニア、記号追跡試験、WAIS(積木問題、符号問題)、光・音に対する反応時間の5項目の定量的神経機能検査を行い、2項目以上の異常を呈する潜在性脳症例を60%に検出した。2.肝硬変例における事象関連電位(P300)の振幅と潜時を測定し、潜在性脳症の有無で比較した結果、潜在性脳症例ではP300潜時の有意の延長が観察された。加齢による生理的変化を考慮してもこの差は有意であった。3.得られたP300のデーターを等電位分布図(トポグラフィー)作成用のシグナルプロセッサーで解析し、二次元カラー表示し、脳内局在の変化(脳マッピング)を記録した。その結果、対照例でみられるP300は中心・頭頂部付近に正円形にみられたのに対し、肝硬変例では側頭部または後頭部側に偏在する例がみられた。4.P300脳マッピングに異常がみられた例では、MRI像(T_1強調画像)で大脳基底核のT_1高信号病変が検出されることが多い。また、P300潜時の延長を示した例では、他の定量的神経機能検査、とくに警察庁方式のCRT検査(運転適性)に異常がみられる頻度が高い。5.今後の課題としては、潜在性脳症を呈する肝硬変例数を増加させることと、急性肝不全例とくに亜急性肝炎例での検討を行い、両群の比較を試みる。
震災特区の大気環境改善と風力発電の適切な普及に資する狭域数値風況予測技術の開発

本研究では,これまで「予測」を目標とする大気環境シミュレーションに関する研究を,「改善」に焦点を当てて,大気物理学・大気工学を融合して,「地球環境問題の解決に新しい科学的な手法」を得ることを最大の目的としている.また同時に,「風力エネルギーの有効利用,すなわち,風力発電の適切な普及」に資する「狭域スケールに的を絞った数値風況予測技術の開発」を検討した.本研究では,このRIAM-COMPACT数値流体モデルに対して,新たに地理情報システム(GIS)との相互連携技術を開発する.研究期間中に,具体的な地域を対象にし,大気環境シミュレーションを実施し,気流場特性を詳細に議論した.本研究では,これまで「予測」を目標とする大気環境シミュレーションに関する研究を,「改善」に焦点を当てて,大気物理学・大気工学を融合して,「地球環境問題の解決に新しい科学的な手法」を得ることを最大の目的としている.また同時に,「風力エネルギーの有効利用,すなわち,風力発電の適切な普及」に資する「狭域スケールに的を絞った数値風況予測技術の開発」を検討した.本研究では,このRIAM-COMPACT数値流体モデルに対して,新たに地理情報システム(GIS)との相互連携技術を開発する.研究期間中に,具体的な地域を対象にし,大気環境シミュレーションを実施し,気流場特性を詳細に議論した.現在,市街地や複雑地形の形状を3次元デジタルデータとして取得し,数値流体シミュレーション(CFD)の入力データとして利用するには多大な労力が必要である.そこで,一般的に入手可能な既存の3次元デジタルデータを取り込む手法をGIS技術と相互連携することにより開発した.さらに,最近無償で公開されつつある種々の日本を含む海外の標高データ(例えば,SRTM標高データなど)などの特殊なフォーマットからなるデータの自動変換技術も検討した.その結果,世界中の風況シミュレーションが可能になった.浮力の効果,すなわち,種々の大気安定度(不安定時,安定時等)へ適用可能とし,汎用性とロバスト性に優れた最新の乱流モデルの開発と導入,流入気流条件,境界条件,地面境界条件などの精緻化を行った.大気汚染物質として放出された化学物質の空気との比重を考慮した拡散モデルの開発を行い,単純な地形や実在都市域を対象にした計算を行った.汎用的なデスクトップPC1台で迅速に動作させるため,GPGPU対応のチューニングを施し,計算時間の短縮化を図った.同時に,マルチコアCPUでの高速な実行を可能にするチューニングも施した.以上の結果,スーパーコンピュータ並みの計算速度の高速化に成功した.流体シミュレーション(CFD)から出力される各計算値(格子点)に緯度・経度などの位置情報を付加させ,一義的に決まる場所(地図上)に即座に重ね合わせることに成功した.その結果,流体シミュレーション(CFD)の結果をGoogle Earth上に重ね合わせることに成功した.本研究では,これまで「予測」を目標とする大気環境シミュレーションに関する研究を,「改善」に焦点を当てて,大気物理学・大気工学を融合して,「地球環境問題の解決に新しい科学的な手法」を得ることを最大の目的としている.また同時に,「風力エネルギーの有効利用,すなわち,風力発電の適切な普及」に資する「狭域スケールに的を絞った数値風況予測技術の開発」を検討する.研究代表者は,九州大学応用力学研究所において,汎用的なWindows搭載のPC1台およびモバイルPC1台で動作可能な先端的数値風況(流体)シミュレーション技術の開発をこれまで行ってきた.この数値流体モデルは,大気工学および風工学の分野において,国内のみならず世界的に高い評価と研究成果を挙げてきた.本研究では,この研究代表者が開発してきた数値流体モデルに対して,新たに地理情報システム(GIS)との相互連携技術を開発する.研究期間中に,東日本大震災で特区指定を受ける予定の地域を対象にし,大気環境シミュレーションを実施する.その結果を利用して都市計画における「大気汚染の原因究明と大気環境改善法」を提案する.また同時に,「風力発電の適切な普及に資する高解像度風力資源マップ」を作成する.本研究を遂行することで,日本国内の大気環境問題のみならず,中国国内の大都市,インドを含むアジア大陸の大都市の大気環境問題や,風力エネルギーの有効利用にも汎用的に応用可能な次世代風況シミュレータの誕生に繋がる.研究開発の2年目は,具体的な実在市街地を対象に,詳細な地形構築を行うとともに大規模な数値風況シミュレーションに成功し,地表面に近い大気の複雑な振る舞いを明らかにした.本研究では,これまで「予測」を目標とする大気環境シミュレーションに関する研究を,「改善」に焦点を当てて,大気物理学・大気工学を融合して,「地球環境問題の解決に新しい科学的な手法」を得ることを最大の目的に設定した.また同時に,「風力エネルギーの有効利用,すなわち,風力発電の適切な普及」に資する「狭域スケールに的を絞った数値風況予測技術の開発」を検討した.研究代表者は,九州大学応用力学研究所において,汎用的なWindows搭載のPC1台およびモバイルPC1台で動作可能な先端的数値風況(流体)シミュレーション技術(RIAM-COMPACT:リアムコンパクト)の開発をこれまで行ってきた.この数値流体モデルは,大気工学および風工学の分野において,国内のみならず世界的に高い評価と研究成果を挙げてきた.本研究では,このRIAM-COMPACT数値流体モデルに対して,新たに地理情報システム(GIS)との相互連携技術を開発した.研究期間中に,東日本大震災で特区指定を受ける予定の地域を対象にし,大気環境シミュレーションを実施し,その結果を利用して都市計画における「大気汚染の原因究明と大気環境改善法」を提案した.また同時に,「風力発電の適切な普及に資する高解像度風力資源マップ」作成も検討した.26年度が最終年度であるため、記入しない。

数値流体力学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究開始時に計画していた開発項目はほぼすべて完了できたので.当初予定していた研究協力体制(実施体制)についてもすべて協力を得られており,予定意通りの成果を上げている.また,本研究成の進捗情報および成果について,共同研究メンバーと定期的に議論を実施するとともに成果報告を行っていることも順調に研究活動が進んでいる大きな要因である.26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,従来の風力資源マップ(空間解像度500m)に比べて格段に高い空間解像度の風力資源マップ(空間解像度10m)を作成し,提案する予定である.また,ここで得られた風力資源マップに基づいて,風車の立地点および年間発電電力量(Kwh)や設備利用率(%)などの経済的インパクトを提示する.本技術を日本国内に市街地や風力発電所に適用する.市街地を対象にした計算では,汚染物質等の拡散現象を明らかにする.一方,風力エネルギーの有効利用については,本研究ではNEDOの風力資源マップ(空間解像度500m)に比べて格段に高い空間解像度の風力資源マップ(空間解像度10m)を作成する.また,得られた風力資源マップに基づいて,風車の立地点および年間発電電力量(Kwh)や設備利用率(%)などの経済的インパクトを提示する.26年度が最終年度であるため、記入しない。
歯周病における亜鉛イオンネットワーク依存性疾患進行メカニズムの解明

歯周病罹患組織では酸化ストレスが亢進している。申請者はこれまでに酸化ストレスが細胞内亜鉛イオン濃度を上昇すること、ならびに酸化ストレス誘導性細胞死プロセスを亜鉛イオンが増強することを報告している。従って、歯周病の進行に亜鉛イオンが関与している可能性が考えられる。しかしながら、歯周病と亜鉛イオンの関連性は明らかにされていない。申請者は、歯周組織構成細胞において、酸化ストレスが細胞内亜鉛イオン濃度の増加を介して炎症性シグナルを活性化するという予備実験の結果を得ており、亜鉛イオンは歯周病発症に寄与すると考えている。本研究では、歯周病進行における亜鉛イオン依存性メカニズムを解明することを目的とする。
超臨界流体を利用した高分子材料の機能化

ポリスチレン(PS)とポリメチルメタクリレート(PMMA)を取り上げ,三種類の超臨界流体(CO_2,N_2O,CHF_3)を利用した研究を中心に行った。高圧流体中でのガラス転移温度を決定する方法として,二つの方法(収縮挙動法,一軸延伸法)を確立した。格子流体理論から予測されていた四種類のガラス転移挙動(Type I-IV)を再現でき,ガラス転移挙動(TypeIII)を,はじめて純高分子系で見出した。温和な条件下でのPMMAのマイクロセルラー化と,一軸延伸処理を行った後のPMMAフィルムのマイクロセルラー化について検討した。延伸処理を伴わないマイクロセルラー化では,293.2323.2Kの温度範囲,215MPaの圧力範囲で,流体としてCO_2とN_2Oを使用した。発泡径はほぼそろっており,一様に発泡も分布した。低温で流体を収着させる方がPMMAのマイクロセルラー化には望ましい。低圧(発泡最低圧力)においても,最高圧力である15MPaで得られた発泡径・発泡数密度とほぼ等しい発泡体が得られた。一軸延伸処理を伴うPMMAフィルムのCO_2中でのマイクロセルラー化は延伸比1.75,延伸速度0.42mm/sの条件下で行った。323.2Kでは発泡は観測されなかったが,298.2K,308.2Kにおいては発泡が観測され,その発泡径,発泡密度に対する温度・圧力効果を,延伸を行わなかった場合の結果と比較したところ,延伸の影響はほとんど観測されなかった。Disperse Red1のCO_2,CHF_3流体中への溶解度を303.2K343.2Kの温度範囲,圧力約20MPaまで分光学的方法により測定し,溶解度に及ぼす流体・温度・圧力・流体密度の影響について検討した。その結果,低圧ではCHF_3中,高圧ではCO_2中の方が溶解度が高くなることが明らかになった。高圧流体中でポリマーフィルムの一軸延伸を行なうには、少なくともポリマーが可塑化している必要がある。まず、極性流体であるトリフルオロメタン中でのポリスチレンのガラス転移温度の決定を行なった。高圧流体中でのフィルムの幅の収縮状況からガラス転移温度は決定できる。トリフルオロメタン流体の圧力上昇とともにガラス転移温度の低下が観測されたが、その低下の程度は二酸化炭素流体中でのそれよりもかなり小さいことが明らかとなった。そのため、当初予定していたトリフルオロメタン中での一軸延伸処理実験は中止し、二酸化炭素よりも可塑化能力の高い液体の探索を行なった。六フッ化硫黄と亜酸化窒素について検討した結果、六フッ化硫黄はほとんど可塑化能力がないことが明らかとなった。以上の結果は、流体内のフッ素原子の存在はポリスチレンの可塑化にとって好ましくないことを示している。一方、亜酸化窒素は二酸化炭素よりも可塑化能力は高くガラス転移温度の低下はかなり大きい結果が得られた。また、逆行ガラス転移現象も観測された。亜酸化窒素中で測定温度範囲(273.2K358.2K)において約3.7MPa以上の圧力でポリスチレンは可塑化できることが明らかとなった。以上の結果から、亜酸化窒素はかなり可塑化能力が高い流体と考えられる。今後、予定していた一軸延伸処理、ポリマーに含浸させる試薬の超臨界流体への溶解度測定について亜酸化窒素を用いて検討を行なっていく。種々の高圧流体中でポリスチレン(PS)やポリメチルメタクリレート(PMMA)のガラス転移温度を決定した。

PSに対してはポリマーフィルム幅の収縮挙動から,またPMMAに対してはポリマーフィルムの一軸延伸の可否から,ガラス転移温度を決定した。その結果,ガラス転移挙動が流体によって大きく変化することが明らかとなった。これらの結果は今後の一軸延伸による配向付与などの高分子材料の機能化に対する有用な情報となる。亜酸化窒素流体ではいずれのポリマーもタイプIV(逆行ガラス化),二酸化炭素流体中ではPSに対しタイプII,PMMAに対しタイプIV,トリフロロメタン流体ではPSに対しタイプI,PMMAに対しタイプIIIのガラス転移挙動が得られた。以上の結果から、亜酸化窒素がポリマーの可塑剤として有効な流体であることが明らかとなった。新たに製作した高圧FT-IRセルを用いて,圧縮流体中におけるポリマーと流体との相互作用を検討した。しかし,現在のところ,十分なデータ蓄積に至っておらず,明確な情報は得られていない。そのため,ポリマーのマイクロセルラー化を併行して検討を進めた。その結果,二酸化炭素流体で処理したPMMAの発泡セル径と発泡密度に及ぼす温度・圧力効果,ならびに処理温度の影響について興味ある結果が得られた。すなわち,ガラス状態にあるPMMAにおいても,ある温度・圧力領域ではゴム状態にある時よりも発泡セル径は小さく,発泡密度は大きくなることが明らかとなった。温和な条件下でのPMMAのマイクロセルラー化について検討した。293.2323.2Kの温度範囲,215MPaの圧力範囲で,流体として二酸化炭素と亜酸化窒素を使用した。いずれの圧力下においても,発泡径はほぼそろっており,一様に発泡も分布した。発泡径は,低圧領域で小さく,圧力の上昇に伴い大きくなるが,さらに圧力が高くなると小さくなった。一方,発泡数密度は,低い圧力では高く,圧力の上昇に伴いいったん低くなるものの,また高くなる。293.2Kと323.2Kにおいて,約5MPa以上では,高圧になるにつれ発泡径は小さく,発泡数密度は高くなる。また,低温で流体を収着させる方がPMMAのマイクロセルラー化には望ましいことが明らかになった。一方,低圧(発泡最低圧力)においても,最高圧力である15MPaで得られた発泡径・発泡数密度とほぼ等しい発泡体が得られた。同様の現象は,流体として亜酸化窒素を用いた場合においても観測された。さらに,二酸化炭素中で一軸延伸処理を行った後のPMMAフィルムのマイクロセルラー化を試みた。延伸比は1.75,延伸速度は0.42mm/sの条件下,温度・圧力によるマイクロセルラーの発泡径,発泡密度に対する検討を行った。その結果,323.2Kではいずれの圧力下においても,発泡は観測されなかったが,298.2K,308.2Kにおいては,発泡が観測された。また,その発泡径,発泡密度に対する温度・圧力の効果を,延伸を行わなかった場合の結果と比較したところ,延伸の影響はほとんど観測されなかった。
電磁界数値解析の高速計算法の研究

モーメント法は金属導体からなるアンテナの数値解析手法として大変有効であり広く使われているが,誘電体近傍のアンテナ解析への適用が困難だとされている.受入研究者の研究グループは過去に提案した分極電流ブロックモデルのモーメント法は誘電体近傍のアンテナ解析への適用が可能であるが,3次元の誘電体を解析する場合は膨大な計算時間がかかるとの問題点が残っている.本研究では,昨年度まで提案してきた高速な数値解析法を分極電流ブロックモデルのモーメント法に適用する研究を行ない,計算時間の短縮を図り,モーメント法の適用範囲を一層広げることを目的としている.本年度の研究では,従来の提案法を分極電流ブロックモデルのモーメント法に適用し,3次元の誘電体を解析するモーメント法の高速化を図った.モーメント法の基底関数とする直方体のダイポール間の自己・相互インピーダンスを解析的に求めるために,モノポールの端部電荷を考慮した線状モノポール間の自己・相互インピーダンスの定式化を行い,過去の研究で与えられた式と比較し,端部電荷の有無と定式化との関係を数学と物理の両面から議論した.また,端部電荷を含めた線状モノポール間の自己・相互インピーダンスから,直方体モノポールセグメント間の自己・相互インピーダンスを導出し,式に含まれる5重積分の単積分を行った.最後に,数値計算例から,定式化されたモノポールセグメントの自己・相互インピーダンスの妥当性と計算時間の短縮化効果を検証した.さらに,誘電体を含めたアンテナのモーメント法解析を行い,本手法の妥当性と有効性を示した.本研究成果は,IEICEの論文誌2008年9月号「高速無線通信を支えるアンテナ・伝搬技術特集号」の招待論文に引用され,掲載される予定である.1.これまで提案してきたGrouping techniqueや,Overlapped grouping technique,およびMultiayerの手法をCG-FFT法に適応し,従来の計算法より遥かに計算量の少ない数値計算アルゴリズム(Preconditioned CG-FFT)を検討し,新たな解析手法を開発した.本手法を1万素子規模のアレーアンテナの電磁特性に適用した結果,解析精度も高く,計算時間も大幅に短縮されたことがわかった.その研究成果が学会論文誌に掲載され,国際会議でも発表された.2.100万素子の超大規模のアレーアンテナの電磁界解析を実現するために,小規模のアレーアンテナの電流分布から超大規模のアレーアンテナの電流分布を推定する電流分布拡張法を提案した.本手法を用いて,等位相・等振幅給電の様々なアレー構造に対し,電磁界解析を行い,その結果と厳密界と比較した.その結果,本手法の有効性及び適用条件を明らかにした.また,非均一分布の給電を行う場合のアレー構造対する解析法は,今後の課題となっている.モーメント法は金属導体からなるアンテナの数値解析手法として大変有効であり広く使われているが,誘電体近傍のアンテナ解析への適用が困難だとされている.受入研究者の研究グループは過去に提案した分極電流ブロックモデルのモーメント法は誘電体近傍のアンテナ解析への適用が可能であるが,3次元の誘電体を解析する場合は膨大な計算時間がかかるとの問題点が残っている.本研究では,昨年度まで提案してきた高速な数値解析法を分極電流ブロックモデルのモーメント法に適用する研究を行ない,計算時間の短縮を図り,モーメント法の適用範囲を一層広げることを目的としている.本年度の研究では,従来の提案法を分極電流ブロックモデルのモーメント法に適用し,3次元の誘電体を解析するモーメント法の高速化を図った.モーメント法の基底関数とする直方体のダイポール間の自己・相互インピーダンスを解析的に求めるために,モノポールの端部電荷を考慮した線状モノポール間の自己・相互インピーダンスの定式化を行い,過去の研究で与えられた式と比較し,端部電荷の有無と定式化との関係を数学と物理の両面から議論した.また,端部電荷を含めた線状モノポール間の自己・相互インピーダンスから,直方体モノポールセグメント間の自己・相互インピーダンスを導出し,式に含まれる5重積分の単積分を行った.最後に,数値計算例から,定式化されたモノポールセグメントの自己・相互インピーダンスの妥当性と計算時間の短縮化効果を検証した.さらに,誘電体を含めたアンテナのモーメント法解析を行い,本手法の妥当性と有効性を示した.本研究成果は,IEICEの論文誌2008年9月号「高速無線通信を支えるアンテナ・伝搬技術特集号」の招待論文に引用され,掲載される予定である.
ビスフェノールおよびノニルフェノールの毒性機構の解明

ビスフェノールおよびノニルフェノールのラット線条体への影響をin vivoで、また、乳癌培養細胞を用いてin vitroで実験を行い、下記の成果をあげた。1ビスフェノールおよびノニルフェノールが、ラット線条体において、フリーラジカルの産生を引き起こすことを見いだした。この効果は、エストロゲンレセプターのアンタゴニストであるタモキシフェンでブロックされたことから、エストロゲンレセプターを介する効果であることが判明した。2動物実験でパーキンソン病類似の症状を引き起こすことが知られているMPP+とノニルフェノールをラット線条体を標的としてmicrodialysis法で投与したところ、フリーラジカルの産生を引き起こすとともに、ドーパミン産生を誘導することを見いだした。さらに、この系でヒスチジンがフリーラジカルの産生を抑制することを見いだした。さらに、この効果は、アロプリノールで抑制できることを見いだした。3細胞培養系の実験結果乳癌細胞でレセプター陽性(MCF7)および陰性細胞(MDA231)へのビスフェノールおよびノニルフェノールの効果を解析したところ、100μM以上の高濃度でレセプターの有無に拘わらず、細胞死を引き起こすことを初めて見いだした。また、細胞死情報伝達系の解明を行っており、ミトコンドリアへの障害によるチトクロームCの細胞質への流出が引き金になっていることも見いだした。
高並列なオープンソース量子格子模型シミュレーションソフトウェアの開発

格子上のハバード模型やハイゼンベルグ模型などの量子格子模型は、高温超伝導体のメカニズムを説明する模型として広く研究されており、このような模型を数値的に正確に解くことへの需要は非常に強い。そのため、今後数万ノードで数十万計算ユニットのような高並列化が求められるスーパーコンピュータで性能を発揮できる、量子格子模型のシミュレーションソフトウェアを開発し、オープンソースソフトウェアとして広く一般に公開することが本研究の主目的である。量子格子模型を解くための数値計算手法である、厳密対角化法およびMatrix Product State(MPS)法、およびテンソルネットワーク法の実装に向け、プログラム中の計算の大部分を占める行列の特異値分解や対角化、行列積演算について、近似手法を用いた実装とその評価を主に行った。Matrix Product State(MPS)法のシミュレーションプログラムの開発に際し、テンソルネットワークへの応用では計算量は削減されないが、並列化効率の上昇につながるRandomized SVDの評価を行い、近似の導入に伴う計算精度の問題はなく、速度も2倍以上になることを学会で発表するとともに、MPS法と同じカテゴリのテンソルネットワーク法の一種であるテンソル繰り込み群法へRandomized SVD法を適用した結果の論文も出版された。また、MPSとは類似する手法であるテンソルくりこみ群法にこのRandomized SVDを適用した論文を出版した。また、厳密対角化法やMPSのシミュレーションプログラムも含まれており、共同開発を行っているALPSプロジェクトのライブラリに関する論文も出版された。格子上のハバード模型やハイゼンベルグ模型などの量子格子模型は、高温超伝導などを説明する模型として広く研究されており、このような模型を数値的に解くことへの需要は非常に強い。そのため、今後数万ノードで数十万計算ユニットのようにさらに並列度が上がっていくことが予想される超並列スーパーコンピュータ上で性能を発揮できる、量子格子模型のシミュレーションソフトウェアを開発し、オープンソース・ソフトウェアとして広く一般に公開することが本研究の目的である。平成26年度は、まず、量子格子模型を解くための数値計算手法である、厳密対角化法及びMatrix Product State(MPS)法の実装に向け、プログラム中の計算の大部分を占める行列の特異値分解や対角化に対し、今後の大規模並列化に向けて内部で利用する新しい数値計算アルゴリズムの評価を行った。この手法は乱数を頻用する比較的新しい手法であり、未だ十分にテストされているものではなく、高品質な既存のライブラリも少ないため、実際に、本研究の対象であらわれるような構造の行列でも安全で高速かどうかを事前に確認する必要があった。この結果、本研究で用いられるような行列に対しても、既存の手法に基づくオープンソースライブラリの実装と比較して、少なくとも10倍程度の高速化が見込めることがわかった。また、対象としたアルゴリズムを理論的に検証したところ、並列化のしやすいアルゴリズムであることがわかった。また、近年のソフトウェア工学分野で頻用されている、継続的インテグレーションの手法は、本研究のように一人での上記アルゴリズムの実装及びテストなどに適用しても、有用性を確認できた。格子上のハバード模型やハイゼンベルグ模型などの量子格子模型は、高温超伝導体のメカニズムなどを説明する模型として広く研究されており、このような模型を数値的に正確に解くことへの需要は非常に強い。そのため、今後数万ノードで数十万計算ユニットのようにさらに並列度があがっていくこおが予想される超並列スーパーコンピュータ上で性能を発揮できる、量子格子模型のシミュレーションソフトウェアを開発し、オープンソース・ソフトウェアとして広く一般に公開することが本研究の目的である。平成27年度は、量子格子模型を解くための数値計算手法である、厳密対角化法及びMatrix Product State(MPS)法、およびテンソルネットワーク法の実装に向け、プログラム中の計算の大部分を占める行列の特異値分解や対角化、行列積演算について、演算加速装置(GPU)を利用する実装とその評価を行った。また、乱択アルゴリズムを用いた並列実装およびその評価も、前年度に継続して行った。GPUを使うことで、CPUだけの時よりも2-3倍は高速化できることがわかり、今後、CPUとGPUの双方の活用をめざして実装を改善していきたい。また、近年のソフトウェア工学分野で頻用されている、継続的インテグレーションの手法は、本研究のように一人でのアルゴリズムの実装・試験などに適用しても、十分な有用性を確認できた。当初の研究実施計画では、行列演算には既存のライブラリを利用することにしていたが、新アルゴリズムの導入で、新たに自ら実装する必要ができ、有望な数値計算アルゴリズムの試験およびその実装に時間を取られており、プログラムパッケージ全般の完成まではできなかったため。格子上のハバード模型やハイゼンベルグ模型などの量子格子模型は、高温超伝導体のメカニズムなどを説明する模型として広く研究されており、このような模型を数値的に正確にトクことへの需要は非常に強い。そのため、今後数万ノードで数十万計算ユニットのような高並列化が求められるスーパーコンピュータで性能を発揮できる、量子格子模型のシミュレーションソフトウェアを開発し、オープンソース・ソフトウェアとして広く一般に公開することが本研究の主目的である。平成28年度は、量子格子模型を解くための数値計算手法である、厳密対角化法およびMatrix Product State(MPS)法、およびテンソルネットワーク法の実装に向け、プログラム中の計算の大部分を占める行列の特異値分解や対角化、行列積演算について、近似手法を用いた実装とその評価を主に行った。

前年度から継続して行っている乱択法の応用だけでなく、行列への近似を行うことで、精度を犠牲にしつつ計算量を下げることができる手法を試したところ、量子格子模型に対するMPS法においては物理量の計算結果には大きな影響がないことがわかってきたので、今後当該手法を実装したソフトウェアパッケージの更新に注力していきたい。精度を落とす近似がうまくいく結果は、今後論文を公開するとともに、GPUなどの演算加速装置への応用の可能性が高まっているので、そちらの実装も並行して行っていく予定である。行列演算への近似の導入が効果的であることが研究開始後にわかったため、その実装と評価に時間がかかっているため。また、研究代表者の持病の悪化の結果、研究時間を十分に取ることができなかったことも遅れている原因の一つである。格子上のハバード模型やハイゼンベルグ模型などの量子格子模型は、高温超伝導体のメカニズムを説明する模型として広く研究されており、このような模型を数値的に正確に解くことへの需要は非常に強い。そのため、今後数万ノードで数十万計算ユニットのような高並列化が求められるスーパーコンピュータで性能を発揮できる、量子格子模型のシミュレーションソフトウェアを開発し、オープンソースソフトウェアとして広く一般に公開することが本研究の主目的である。平成29年度は、量子格子模型を解くための数値計算手法である、厳密対角化法およびMatrix Product State(MPS)法、およびテンソルネットワーク法の実装に向け、プログラム中の計算の大部分を占める行列の特異値分解や対角化、行列積演算について、近似手法を用いた実装とその評価を主に行った。平成27年度から継続して行っている乱択法の応用についてはPhysical Review E誌に論文を発表したほか、平成28年度から継続して行っている行列そのものの近似を行う方法について、その評価を継続して行った。量子格子模型においては、行列の近似を行って精度を犠牲にしつつ計算量を下げる手法は主だった物理量の計算結果にほとんど影響を与えないことがわかったため、この結果に対する論文執筆をすすめている。また、並行して、この手法を実装したソフトウェアパッケージの公開に向けた準備を行うとともに、GPGPUなどの演算加速装置を利用できる実装への更新を進めていく。行列演算への近似の導入が効果的であることがわかったため、その手法についてオープンソース・ソフトウェアとして公開する前に論文執筆をする必要があるため、公開と普及について、遅れている。また、研究代表者の持病の悪化も遅れの原因の一つである。
酸化物イオン伝導体を用いた二酸化炭素分離膜の創製

中温域でCO_2を吸収・分離するセラミックス複合体を作製した。具体的には、CO_2と化学反応するLiFeO_2とCO_2分離速度を高めるためのCeO_2ナノ粒子をLiFeO_2粒子表面に複合化した。作製した複合体のCO_2分離能は、室温から500°Cの範囲で温度上昇とともに向上した。管状炉型電気炉とガスクロマトグラフによってCO_2/N_2混合ガス中からのCO_2分離能を評価した。その結果、作製した複合体は、中温域の400°Cにおいて、混合ガス中のCO_2濃度を約10%低下できることが分かった。酸化物イオン伝導体として酸化セリウムCeO_2に着目した。液相法によってセリウム(Ce)より酸化数の小さい種々の金属カチオンを置換して、CeO_2中の酸素欠陥数の向上を図った。次に、金属カチオン(Ca,MgあるいはY)を置換したCeO_2とCO_2吸収体である酸化カルシウム(CaO)からなる複合体を作製して、そのCO_2吸収分離能を調査した。その結果、Ca置換型CeO_2を用いた粉末が、300500°Cの範囲で最も優れたCO_2吸収能を有することがわかった。なお、吸収率は500°C以上において、CaOのほぼ100%がCO2の吸収分離に寄与したことを示している。合成したCa置換型CeO_2、Mg置換型CeO_2及びY置換型CeO_2とCaOをからなる多孔質複合体CaO/Ca-CeO_2、CaO/Mg-CeO_2及びCaO/Y-CeO_2の形態をSEMにより調査したところ、Ca置換型CeO_2を複合化した試料が最も微細な多孔質構造を有することが分かった。このような微細な多孔質構造が、優れたCO_2吸収能につながったと考えられた。適切な材料が見出されていない中温域においてCO2を吸収・分離するセラミックス材料の開発を行った。本申請課題で開発する分離材料のマトリックス物質には、中温でCO2と化学反応するLiFeO2を選択した。また、作製した分離材料のCO2分離速度を増大させるため、LiFeO2粒子表面にCeO2ナノ粒子を被覆した複合材料を開発した。複合する際には、粒子表面の電位が正負で大きく離れている性質を利用して、溶液中でLiFeO2粒子表面にCeO2ナノ粒子を被覆した。この作製方法によってLiFeO2柱状粒子の表面にCeO2ナノ粒子が被覆された多孔質の複合体を作製することができた。続いて、作製したCeO2/LiFeO2複合体のCO2吸収特性を、管状炉、およびTG-DTAを用いて評価した。CeO2を被覆した複合体は、各温度において、LiFeO2のみと比べて大きいCO2吸収率を有しており、CO2反応速度が向上したことが分かった。上述のようにCO2吸収速度を高くしたCeO2/LiFeO2複合体の試料を加熱電気炉の反応管内に装着して、CO2/N2混合ガス(CO2濃度:約80%)中からのCO2分離能(30400°C)を評価した。なお、試料を通過したガス成分の各濃度は、ガスクロマトグラフに連結させて、その場評価した。その結果、作製した複合体を用いることで、中温域の400°Cにおいて、混合ガス中のCO2濃度を約10%低下させることに成功した。順調。より良い成果を目指す。24年度が最終年度であるため、記入しない。