hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カオスガスタ-ビンの力学系と応用に関する研究

不規則に回転方向を反転するカオスガスタービンを設計し、実際に製作した。このタービンの回転運動を支配する運動方程式は、角速度を表す変数を共有しつつ多数のローレンツ方程式が星形に結合したネットワークとして表現され、乱流状態にある高レイリー数の熱対流の速度場変動をモデル化する。また、この運動方程式が生み出すカオス信号を疑似乱数として利用することによって、通信文の新しい暗号化システムが実現可能である。本研究は、流体の乱流熱対流をロータの回転運動としてモデル化するカオスガスタービンの力学系を明らかにし、工学的応用方法を開発することを目的とする。研究期間の3年間において、熱対流の乱流化過程に関する物理モデルであるLorenz方程式とカオスガスタービンが従う運動方程式との関連を理論的に解明し、独自に設計、試作したカオスガスタービンを用いた実験を通して理論の妥当性を検証した上で、カオスガスタービン力学系のカオス通信への応用、および、発電への応用可能性を明らかにする計画である。平成22年度はカオスガスタービンの運動方程式の妥当性を検証した。その結果、ガスタービン方程式はローレンツ方程式を2N+1次元の多次元に拡張した力学系に等価であるという当初のモデルの正しさが実証された。このモデルでは、N個のローレンツ系が流体の速度場に対応する角速度変数を共有しながらstar型ネットワークを構成する。実際にガスタービンを試作し、ロータの回転運動を動画像として観測した。動画像から33msecごとに求められた角速度変動を運動方程式の数値解と比較し、概ね一致を確認した。ロータは頻繁かつ不規則に回転方向を変える。このような運動は高レイリー数の乱流対流において実際に観測される「平均風(mean wind)」に対応する可能性を発見した。この推測を検証するために統計解析を遂行中である。ガスタービン方程式のネットワーク構造はカオスマスキングによる秘話通信のセキュリティを格段に向上させる効果があることを発見し、カオス通信に関する特許発明として特許出願した。前年度では、ガスタービン運動方程式の無次元化を行い、無次元化運動方程式はローレンツ方程式を2N+1次元に拡張した星型ネットワークで表される力学系に等価であることを明らかにした。また、カオスガスタービンの動画から角速度の時間依存性を計測することを可能にし、角速度変動の理論予測と実験結果の比較を高い精度で実行した。これらの成果を踏まえ、平成23年度で設定した課題15についてそれぞれ以下の研究成果を得た。1.拡張ローレンツ方程式に従う二つのシステムが無次元角速度または無次元吸気圧の正弦フーリエ係数の直接結合を通して同期することをリアプノフ関数に基づく理論によって明らかにし、数値計算により実験的に確認した。これは先例のない知見である。2.拡張ローレンツ振動子のカオス同期を利用したカオス秘話通信の可能性を数値実験により実証した。拡張ローレンツ振動子を利用したカオスマスキングでは、暗号化鍵の規模を指数関数的に増大できるので、総当たり攻撃のよる暗号鍵推定が実際上不可能となる。3.拡張ローレンツ振動子のアナログ電子回路による表現をLTSpiceによる回路シミュレーションを通して数値実験的明らかにした。4.試作したカオスガスタービン間の実際の機械的結合機構については未解明であり、検討中である。5.拡張ローレンツ方程式は高レイリー数における乱流熱対流、即ち、乱流的大規模循環流の速度場変動に関する動力学モデルとなる可能性のあることを発見した。これは、熱流体力学における先例のない知見である。この発見に触発され、乱流状態にある風力から発電を行うシステムについて基礎検討を開始した。前年度では、拡張ローレンツ方程式に従う非線形振動子の直接結合系におけるカオス同期可能性を数値解析と電子回路シミュレーションによって明らかにした。また、拡張ローレンツ方程式が高レイリー数における乱流熱対流の速度場変動に関する動力学モデルとなることを発見した。これらの成果を踏まえ、平成24年度で設定した課題914についてそれぞれ以下の研究成果を得た。1.拡張ローレンツ方程式に従う結合振動子系の実システム化の際に不可避なパラメータミスマッチがカオス同期に及ぼす影響を理論および数値解析によって定量的に解明し、カオス同期に基づくカオスマスキング法はハードウェア化が困難であることを明らかにした。カオス同期のパラメータミスマッチ依存性は新しい知見である。2.拡張ローレンツ振動子が生成するカオス信号を疑似乱数として利用するが、結合振動子系のカオス同期に基づかない新しいカオス暗号化法を発見し、数値実験を通して暗号システムの実現可能性を実証した。カオス同期を用いた暗号の解読は不可能であり、かつ、実際上、one time pad方式に近い暗号システムが実現可能であることを明らかにした。この暗号化法は特許出願を検討中である。3.風力タービンの設計を開始し、乱流状態下の風向、風速の統計予測に基づく発電システムの研究に着手した。

4.カオスガスタービンの結合システムが発生可能な電力について基礎検討を行った結果、発電システムへの応用が不適当であることを確認したため、代替案として2次元流体の乱流状態と風力発電への応用可能性について基礎検討に着手した。カオスガスタービンの無次元化運動方程式としての拡張ローレンツ方程式の工学的応用であるカオス秘話通信については計画通りに進捗しており、今後、秘話通信の暗号鍵配送方式も含めてカオス秘話通信システムの可能性を数値実験により検証する計画である。拡張ローレンツ方程式が高レイリー数における乱流的大規模循環流の動力学モデルとなる可能性があることに関する発見は計画当初には予想されなかった研究成果であり、この発見に触発されて乱流からの風力発電の研究へと発展できたことは、カオスガスタービンによるカオス発電とは異なるものの、新しい発電方式の研究に着手したという意味で計画通りであると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。拡張ローレンツ方程式の動力学的性質については相当に重要な知見が得られた。この成果に基いて、カオス秘話通信への応用可能性について暗号鍵配送方式と暗号鍵規模の観点から数値実験を行い、秘話通信方式としての長所を定量的に解明する。風力発電への応用は、時空間カオスとしての乱流的風向、風速の確率予測を風力発電システムの制御に利用するという観点から推進する。ただし、personal power generationと表現されるような小規模発電システムを想定する。この観点からの発電システムの研究を推進するには、風速、風向に関する観測データが必要となる。この問題を解決するために、風向、風速計測装置の導入方法を検討する。
動的応答による混晶半導体の評価

1.研究目的混晶半導体は高速動作する発光・受光素子としてのポテンシァリティが高い。次世代のエレクトロニクスの基礎として時定数が10ピコ秒から1ナノ秒の領域における混晶半導体の電気的、光学的なダイナミックレスポンス特性を調べ、それらを支配する物理的機構を明らかにすることによって高速、高効率化への制御指針を得ることを目的とする。2.研究の方法と成果。(1)高速光導電応答特性の測定と解析モードロッキング法又は利得スイッチ法を半導体レーザに適用して得られるパルス幅1050ピコ秒の光パルスを2端子光導電素子に入射させる時に得られる応答電圧波形のパルス光強度依存性、バイアス電圧依存性を調べた。また2個の光導電素子をカスケード接続し、電子的相関測定により、RC時定数の影響を抑えた高時間分解能の応答特性測定が可能である。本年度はこれらの測定システムを完成し、GaAsバルク結晶に適用したところ、LEC法で作成したアンドープ半絶縁性GaAs結晶では時定数6080ピコ秒の応答が得られた。応答特性と感度特性を組み合わせて解析することによってキャリヤ走行時間効果とキャリヤ再結合寿命を分離する手法を開発中である。(2)双安定動作半導体レーザのスイッチング特性の測定と解析非励起領域をもつ半導体レーザの双安定動作領域において電気パルスによってスイッチオン又はスイッチオフする際の過渡特性について実験的、理論的な検討をおこなった。吸収領域の擬フェルミ準位の変化により吸収係数が時間とともに変化することを考慮したレート方程式近似による解析とInGaAsPレーザを用いた実験は良い一致を示した。発振閾値前に利得領域の自然放出光が吸収領域を光励起して部分的に褪色させる効果がスイッチング特性に強い影響を持つと判った。
MR装置の傾斜磁場を利用した位置検出センサによる低侵襲治療デバイス追尾システム

MR撮像に用いられる傾斜磁場がMR装置内でほぼ線形に変化することに着目し,治療デバイス先端に傾斜磁場による磁束の変化をとらえるコイルを配置して,リアルタイムで治療デバイスの位置・姿勢を測定するシステム,また治療デバイス先端にMR画像で高輝度となるマーカを取り付け,多方向からのプロジェクションデータを解析することによりデバイスの位置・姿勢を検出するシステムを提案した。更に, MR装置と内視鏡を融合させたMR-内視鏡システムにおいて,これらの位置姿勢検出システムから得られた情報をもとに,内視鏡の光学像とMR画像の重畳表示を行った.MR撮像に用いられる傾斜磁場がMR装置内でほぼ線形に変化することに着目し,治療デバイス先端に傾斜磁場による磁束の変化をとらえるコイルを配置して,リアルタイムで治療デバイスの位置・姿勢を測定するシステム,また治療デバイス先端にMR画像で高輝度となるマーカを取り付け,多方向からのプロジェクションデータを解析することによりデバイスの位置・姿勢を検出するシステムを提案した。更に, MR装置と内視鏡を融合させたMR-内視鏡システムにおいて,これらの位置姿勢検出システムから得られた情報をもとに,内視鏡の光学像とMR画像の重畳表示を行った.手技の難易度が高い低侵襲治療では、解剖画像にカテーテルなどの治療デバイスの現在位置を重畳表示するといったナビゲーションシステムを併用することにより、安全性の向上が期待される。このようなシステムにおいては、治療デバイスと身体との位置関係を正確に把握することが必要不可欠である。本研究は、MR装置の機能の一つである傾斜磁場が装置内でほぼ線形に変化することに清目し、治療デバイス先端における磁場強度をリアルタイムで計測し先端位置および向きを測定する位置・姿勢検出システムを開発することを目的としている。本年度は、MR内視鏡への実装を想定し、互いに直交するループ状の三対のコイルを内視鏡先端への実装に適した形状で配置した位置姿勢検出センサのプロトタイプを作成した。このコイルをMR装置内に置き傾斜磁場の印可により計測される誘導起電力からセンサ重心の位置および姿勢を導出するアルゴリズムを提案した。このコイルを内視鏡を模したアクリルチューブに実装し、傾斜磁場を印加した際の誘導起電力と位置・姿勢との関係について実験・検討を行った。実験の結果、位置については7.4mm、角度については6.8度の推定誤差で検出され、更なる精度の向上が必要であることがわかった。また、位置・姿勢検出システムにより得られた情報を用いて、MR内視鏡の術中ナビゲーションを行うための画像情報提示法について、検討した。MR内視鏡のナビゲーションには術前、術中のMRボリューム画像と内視鏡により得られる光学像のフュージョンを行うことで、臓器表面とその深部の情報を同時に提供することが可能となる。そこでひずみ補正に利用されるカメラキャリブレーションアルゴリズムを用いて内視鏡のレンズパラメータを求め、それを利用して内視鏡の視野の外側にひずみ処理を施したMRボリューム像を表示する手法を提案した。手技の難易度が高い低侵襲治療では,解剖画像に内視鏡やカテーテルなどの治療デバイスの現在位置を重畳表示するといったナビゲーションシステムを併用することにより,安全性の向上が期待される.このようなシステムにおいては,治療デバイスと身体との位置関係を正確に把握することが必要不可欠である.本研究は,MR装置内という高磁場環境下において,治療デバイスの先端位置および姿勢をリアルタイムで測定する位置・姿勢検出システムを開発することを目的としている.これまでに,MRの傾斜磁場を利用した位置/姿勢検出センサについて,互いに直交するループ状の三対のコイルを内視鏡先端への実装に適した形状で配置したプロトタイプを作成し実験を行ったが,結果より,位置,姿勢の推定誤差について,傾斜磁場の絶対値の小さい装置中心付近で特に無視できないことがわかった.これに対する対策を検討すると同時に,内視鏡先端にMRの共鳴周波数に調整した3つの共振コイルを取り付け,その内部に置いた造影剤を強調し,撮像することで内視鏡先端の位置,姿勢を検出することを考えた.共振コイル内部の造影剤からの信号を効率よく取得するため,内視鏡先端部に受信用コイルを置いた.本年度は,共振コイルおよび受信コイルをMR対応型内視鏡先端に取り付け,子ブタの胃腔内に挿入し,撮像実験を行った.受信した信号を画像として取得し,画像処理により,コイルの位置を特定した.他方向から画像を取得することにより,内視鏡先端の位置を一意に決定することができた.また,位置・姿勢検出システムにより得られた情報を用いて,MR内視鏡の術中ナビゲーションを行うための画像情報提示法について,さらに検討した.MR内腔コイルで撮像した胃壁の高精細画像と内視鏡により得られる光学像のフュージョンを行うことで,臓器表面とその深部の情報を同時に提供することが可能となった.手技の難易度が高い低侵襲治療では,解剖画像に内視鏡やカテーテルなどの治療デバイスの現在位置を重畳表示するといったナビゲーションシステムを併用することにより,安全性の向上が期待される.このようなシステムにおいては,治療デバイスと身体との位置関係を正確に把握することが必要不可欠である.本研究は,MR装置内という高磁場環境下において,治療デバイスの先端位置および姿勢をリアルタイムで測定する位置・姿勢検出システムを開発することを目的としている.これまでに,MRの傾斜磁場を利用した位置/姿勢検出センサについて,互いに直交するループ状の三対のコイルを内視鏡先端への実装に適した形状で配置したプロトタイプを作成し実験を行ったが,位置,姿勢の推定誤差について,傾斜磁場の絶対値の小さい装置中心付近で特に無視できないことがわかった.

そこで,内視鏡先端にMRの共鳴周波数に調整した3つの共振コイルを取り付け,その内部に置いた造影剤を強調し,撮像することで内視鏡先端の位置,姿勢を検出することを考えた.共振コイル内部の造影剤からの信号を効率よく取得するため,内視鏡先端部に受信用コイルを置いた.本年度は,昨年度作成した共振コイルおよび受信コイルをMR対応型内視鏡先端に取り付けるアタッチメントについて,内視鏡視野を妨げることの無いよう改良を施し,さらに実用性を高めた.また,位置・姿勢検出システムにより得られた情報をネットワークを通じてナビゲーション用システムに送信し,リアルタイムで内視鏡位置・姿勢情報を可視化する機能をシステムに追加した.
経営教育用マネジメント演習シュミレ-タの開発

本研究は大学・短大における講義中心の経営教育の弊害を取り除くため、コンピュ-タを技術的な基礎に置いて、マネジメント・ゲ-ムの導入による実戦的な経営活動を学生に疑似体験させるためのシステムの開発を目指したものである。マネジメント・ゲ-ムは企業の社員研修においても広く採用され、その教育的な効果が認められている。われわれが開発したものは、企業の社員研修用よりも、大学における教育用として効果のあるものである。学生は実務的知識に疎いので、その欠如を補い、さらにゲ-ム進行中にそれらの実務的知識の修得を促すようなシステムが最良と考えられるのである。当初、われわれがシステム化したマネジメント・ゲ-ムでは、審判団の行なう集計・検算作業のコンピュ-タ化を行なった。審判団の集計・検算作業がゲ-ム進行のスピ-ドアップのネックとなっていたからである。この結果、学生の意思決定作業時の指導がより密度の高いものとなった。続いて、学生の行う意決定・会計処理作業のコンピュ-タ化を目指した。ただし、この部分のコンピュ-タ化にあたっては、できる限り学生の手作業の部分を残した。全面的なコンピュ-タ化は教育効果が少ないという判断からである。したがって、審判団へのデ-タ提出にあたって審判団の作業がやりやすいようにシステム化した。この段階ではデ-タ集計はフロッピィディスクによるオンライン集計であった。そこで次に、LANシステムを用いたオンライン集計のシステムを構築することにした。しかし、パソコンのハ-ド技術的な制約からLANシステムによるゲ-ム・システムは一部しか完成せず、その全面的な構築には至らなかった。けれども、われわれは研究計画立案当初の目標を達成し、さらにその目標を上回る研究成果をあげることができた。本年度の研究の結果開発されたマネジメント・ゲーム・システムでは、学生のゲーム進行中の意思決定プロセスをスプレッド・シート方式による逐次段階処理として実習させる学生用のソフトウェアの審判団の集計・検算・販売成功用などのソフトウェアの2種類を作成した。しかしこの場合、ゲーム進行中の学生の意思決定の結果を、フロッピー・ディスクを媒体としたオフライン集計しているので、ゲームの展開を速めることとゲームの参加者数を増加させることが困難である。このために、複数の学生グループ用のパソコンと審判団用のパソコンとを接続してオンライン化を図ることが考慮された。われわれは、この目的のためにLAN(Local Area Network)システムの活用を検討した。つまり、複数のパソコン間でデータのやりとりを自由に行うことができるLANシステムの利点を活かして、学生の意思決定および財務諸表作成の作業に介入することで、学生が正しい作業を行うように促したりあるいは作業結果の正誤をチェックすることが非常に容易になるのである。われわれは、LANシステムを用いたゲーム・システムの開発にも着手したが、本年度は完成に到らなかった。それは、ラップトップ型パソコンを利用したLANシステムを構想したためであり、次年度には完成を目指したい。なお、これまでの研究の成果については、日本システム工学会での研究報告と日本経済短期大学紀要への論文掲載という形で発表を行っている。本年度は計画された研究期間の最終年度であり、本研究の完成を目指した。本研究は大学・短大における講義中心の経営教育の弊害を取り除くため、コンピュ-タを技術的な基礎において、マネジメント・ゲ-ムの導入による実戦的な経営活動を学生に疑似体験させるためのシステムの開発を目指したものである。マネジメント・ゲ-ムは企業の社員研修においても広く採用され、その教育的効果が認められている。

当初、われわれがシステム化したマネジメント・ゲ-ムでは、審判団の行なう集計・検算作業のコンピュ-タ化を行なった。審判団の集計・検算作業がゲ-ム進行のスピ-ドアップのネックとなっていたからである。この結果、学生の意思決定作業時の指導がより密度の高いものとなった。続いて、学生の行なう意思決定、会計処理作業のコンピュ-タ化を目指した。ただし、この部分のコンピュ-タ化にあたっては、できる限り学生の手作業の部分を残した。全面的なコンピュ-タ化は教育効果が少ないという判断からである。したがって、審判団へのデ-タ提出に当たって審判団がやりやすいようにシステム化した。この段階ではデ-タ集計はフロッピィディスクによるオフライン集計であった。そこで次に、LANシステムを用いたオンライン集計のシステムを構築することにした。しかし、パソコンのハ-ド技術的な制約からLANシステムによるゲ-ム・システムは一部しか完成せず、その全面的な構築には到らなかった。けれども、われわれの研究計画を立案した当初の目標は達成し、さらにその目標を上回る研究成果をあげたと確信する。
脊髄虚血に対する硫化水素の有効性と作用機序の解析

【背景】脳は虚血・低酸素後に灌流により再灌流障害が生じ細胞死に至る。セボフルランは臓器保護作用のあるプレコンディショニング効果を持ちその作用機序としてATP感受性K+チャネルが重要な役割を担っている。今回、マウス脳スライスを用いて再灌流障害の一因である低酸素誘導性の興奮性シナプス後電位増大に対するセボフルランのKATPチャネルを介した効果を検討した。また、ニューロンはエネルギー枯渇時、グリアから供給された乳酸をエネルギー源として使用する。乳酸の細胞膜電位やEPSPへの影響も併せて検討した。【方法】B6Jマウス脳スライスを作製しホールセルパッチクランプ法を用いて線条体MS neuronから細胞膜電位やEPSPを計測した。酸素グルコース欠乏環境はスクロース外液に窒素を併用し作製した。KATPチャネル阻害薬としてグリベンクラミド、乳酸輸送体であるモノカルボン酸トランスポーターの阻害薬として4CINを使用した。【結果】3分間の酸素グルコース欠乏後、セボフルラン非投与群ではEPSPが増大した。一方、セボフルラン4%を15分間投与した群では非投与群と比較しEPSP増大が有意に抑制された。セボフルラン群にグリベンクラミドを投与するとその効果は消失した。4CIN群では酸素グルコース欠乏環境においてニューロンが脱分極するまでの時間を早めた。さらに4CIN群は酸素およびグルコースの存在下においてもEPSPを増大させたが、セボフルランはその増大を抑制しなかった。【結論】セボフルランは低酸素誘導性EPSP増大を抑制しグリベンクラミドはその作用を消失させた。セボフルランはKATPチャネルを介した脳保護効果を持つ可能性がある。セボフルランが4CIN群において酸素・グルコース存在下でもEPSP増大を抑制しなかったことからセボフルランの効果にモノカルボン酸トランスポーターの関与が示唆された。研究計画は遂行できており、本プロジェクトの学会発表・論文投稿を完了し、Minor revisionの段階にある。中枢神経虚血に対する吸入麻酔薬・硫化水素の作用、およびATP感受性Kチャネルの関与についてモデルマウスを用いて更に検討を進める。【背景】セボフルランは虚血プレコンディショニング効果を持ち、その作用機序としてATP感受性Kチャネル(以下KATPチャネル)が重要な役割を担っている。今回、マウス脳スライスを用いて再灌流障害の一因である虚血誘導性の興奮性シナプス後電位(以下EPSP)増大に対するセボフルランのKATPチャネルを介した効果を検討した。またエネルギー枯渇時、ニューロンはグリアから供給された乳酸をエネルギー源として使用する。乳酸の細胞膜電位やEPSPへの影響も検討した。【方法】B6Jマウス脳スライスを作製し、ホールセルパッチクランプ法を用いて線条体mediumsized spiny neuronから細胞膜電位やEPSPを計測した。KATPチャネル阻害薬としてグリベンクラミド、乳酸輸送体であるモノカルボン酸トランスポーターの阻害薬として4-CINを使用した。【結果】3分間の酸素グルコース欠乏環境後、セボフルラン非投与群ではEPSPが増大した。一方、セボフルラン4%を15分間投与した群では非投与群と比較するとEPSP増大が有意に抑制された。セボフルラン群にグリベンクラミドを投与した所、その効果は消失した。4-CIN群では酸素グルコース欠乏環境においてニューロンが脱分極するまでの時間を早めた。さらに4-CIN群は酸素グルコース欠乏環境でないにもかかわらずEPSPを増大させたが、セボフルランはその増大を抑制しなかった。【結論】セボフルランは虚血誘導性EPSP増大を抑制し、グリベンクラミドはその作用を消失させた。これはセボフルランがKATPチャネルを介して再灌流障害を軽減し中枢神経保護効果を持つ可能性を示唆している。また乳酸は細胞膜電位維持に寄与しEPSPにも影響を与えるが、セボフルランとの関係については更なる検討が必要である。初年度の研究計画は遂行できており、本プロジェクトにおける最初の論文を投稿する段階にある。

4CIN群では酸素グルコース欠乏環境においてニューロンが脱分極するまでの時間を早めた。さらに4CIN群は酸素およびグルコースの存在下においてもEPSPを増大させたが、セボフルランはその増大を抑制しなかった。【結論】セボフルランは低酸素誘導性EPSP増大を抑制しグリベンクラミドはその作用を消失させた。セボフルランはKATPチャネルを介した脳保護効果を持つ可能性がある。セボフルランが4CIN群において酸素・グルコース存在下でもEPSP増大を抑制しなかったことからセボフルランの効果にモノカルボン酸トランスポーターの関与が示唆された。研究計画は遂行できており、本プロジェクトの学会発表・論文投稿を完了し、Minor revisionの段階にある。中枢神経の虚血に対する吸入麻酔薬や硫化水素の作用についてモデルマウスを用いて更に検討を進める。中枢神経虚血に対する吸入麻酔薬・硫化水素の作用、およびATP感受性Kチャネルの関与についてモデルマウスを用いて更に検討を進める。昨年度は高価な試薬などの使用頻度が低かったが次年度は確実に増えることが見込まれる。昨年度は高価な試薬やモデルマウスの使用頻度が低かったが次年度は確実に増えることが見込まれる。
機能設計に基づく高性能鋳造用結晶粒微細化剤の開発と微細化機構究明

鋳造時に用いられている結晶粒微細化剤の微細化機構を究明する目的で,Al-TiおよびAl-Ti-B系添加剤によるAl鋳造材組織微細化のための鋳造条件最適化と微細化挙動を調査した.その成果を元に材料設計技術と機能設計に基づき新規結晶粒微細化剤を提案した.放電プラズマ焼結法により作製したAl-Al_5CuTi_2合金は鋳造Alに対して結晶粒微細化能を有することがわかった.また,Al切削屑の添加によっても微細化が進行することが見出された.加えて,結晶粒微細化剤製造に適用可能な巨大ひずみ法を提案した.鋳造時に用いられている結晶粒微細化剤の微細化機構を究明する目的で,Al-TiおよびAl-Ti-B系添加剤によるAl鋳造材組織微細化のための鋳造条件最適化と微細化挙動を調査した.その成果を元に材料設計技術と機能設計に基づき新規結晶粒微細化剤を提案した.放電プラズマ焼結法により作製したAl-Al_5CuTi_2合金は鋳造Alに対して結晶粒微細化能を有することがわかった.また,Al切削屑の添加によっても微細化が進行することが見出された.加えて,結晶粒微細化剤製造に適用可能な巨大ひずみ法を提案した.現在,ほとんどのAl合金鋳物の製造において,Al-TiやAl-Ti-BおよびAl-Ti-Cなど,Al-Ti系の結晶粒微細化剤が使用されている.結晶粒微細化効果の発現機構に関しては諸説があり,どの機構が主に作用するかを確証する実験結果は今のところない.この結晶粒微細化効果の発現機構の詳細を解明することは,単に凝固工学に新しい知見をもたらすのみならず,新たな結晶粒微細化剤を提案・開発する上で極めて重要である.研究代表者(渡辺)は,この結晶粒微細化剤に繰返し押出し(ECAP)による強ひずみ加工を施すことにより,結晶粒微細化剤中の異質核が破砕され,有効に働く異質核の数が劇的に増加するため,微細化能力が向上することを見いだしている.同手法では,同一体積分率かつ異なる粒径のAl_3Ti粒子を導入することが可能なため,添加量,鋳造温度,保持時間を変化させ系統立てた鋳造実験を行えば,溶解中のAl_3Ti粒子の挙動が解明できる.そこで本手法を用いて,鋳造中にAl_3Ti粒子が溶解するか否かを調査した.本年の主な成果は以下である.1)ECAP加工時のルートを変えることにより,異質核の破砕効果が異なることを見いだした.2)圧延でもある程度の異質核の破砕が行えることがわかり,この結晶粒微細化剤を用いると,微細化能が向上する.3)結晶粒微細化剤添加後の鋳造Alの微細化能を系統立って調査したところ,最適時間が異質核の大きさによって異なることを見いだした.本年度はAl-Ti-B系合金添加剤によるAl鋳造材組織微細化のための鋳造条件最適化と微細化挙動および切削屑を利用したAl鋳造材の結晶粒微細化に関して集中的に研究を行った.前者の研究により,1)Al-5%Ti-1%B添加剤内の,Al_3Ti粒子の大きさによって,Al鋳造材の最適な鋳造条件が変化した.最も微細化した条件はワイヤタイプの添加剤を用いて,保持時間が0.5分であった.2)Waffleタイプでは保持時間が2.5分以降から,ワイヤタイプでは保持時間が1.5分以降からフェーディング現象が見られた.3)ビッカース硬さ試験では,最も微細化したワイヤタイプの保持時間が0.5分において最も高い強度を示した,という結論を得た.また,後者の研究により,以下の結論を得た.1)切削屑を溶解炉で溶解させず,あらかじめ金型内部に投入して鋳造を行うことで結晶粒微細化が可能であることを見出した.2)機械的性質の評価として摩耗試験を行った結果,結晶粒は微細化されているが摩耗量が増加した.これは切削屑の投入量を多くした場合,凝固の際に投入した切削屑と溶湯との間に空隙が生じてしまったためと考えられる.3)この現象を緩和するために金型及び切削屑を予熱した状態で再び鋳造を行った.その結果,予熱を行っていない試料よりも結晶粒が粗大化してしまったが,摩耗特性を改善することができた.これらの結論を元に,最終年度において,鋳造時に一般的に用いられている結晶粒微細化剤の微細化機構を究明し,その成果を元に材料設計技術と機能設計に基づき新規結晶粒微細化剤を提案する予定である.溶湯中において有効な不均質核となる物質の条件として,母材金属結晶との原子配列の整合性が良いことが必要であることが知られている.L1_2構造である(Al,Y)_3Tiには,Al_3TiよりもAlとの整合性が良い物質もあり,(Al,Y)_3Ti粒子を不均質核として利用すれば,従来微細化剤よりも高い微細化性能を発揮する可能性がある.また,固相Al自身は不整合度がゼロであるため,これを核とする手法もあるであろう.そこで,前者の実験として本年度はAl_5CuTi_2に関して研究を行った.

放電プラズマ焼結法により低温短時間での焼結を行うことにより,本来平衡に存在しない不整合度のより小さなAl_5CuTi_2不均質核粒子を含むAl-Al_5CuTi_2結晶粒微細化剤の製造を行った.作製した微細化剤を用いて鋳造実験を行った.その結果,本研究で作製したAl-Al_5CuTi_2微細化剤を添加することで,Al鋳造材の結晶粒微細化が達成されたことがわかった.さらに本研究で作製した微細化剤は,保持時間に対してAl-Al_3Ti従来微細化剤と同様の挙動を示すことがわかった.後者の実験として,鋳造AlにAl切削屑の添加を行う実験も行った.その結果,鋳造材の結晶粒微細化が認められた.Alワイヤーおよびステンレス鋼ワイヤーを用いたモデル実験を行ったところ,結晶粒微細化の要因は1)投入された切削屑がAl溶湯の熱を奪うことで凝固を促進させたこと,2)Al溶湯が凝固する際に残存した切削屑が核生成サイトとして作用すること,の重畳効果によるものであることが見出された.
磁性トポロジカル絶縁体超格子における新奇電気磁気応答の創成

分子線エピタキシー法を用いてトポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体もしくは強磁性絶縁体のヘテロ構造を作製し、磁気輸送現象に関して次の二つを明らかにした。(1)強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体積層構造における巨大異常ホール効果層状強磁性絶縁体Cr2Ge2Te6をトポロジカル絶縁体と接合させることによって、磁気近接効果によるトポロジカル絶縁体表面状態の磁気ギャップ生成を起源とする、巨大異常ホール効果を観測した。ヘテロ構造の断面構造や磁化分布をそれぞれ透過電子顕微鏡や偏極中性子反射法を用いて明らかにし、これまでヘテロ構造作製が報告されていた遷移金属酸化物や希土類硫化物の磁化密度と比較することで、異常ホール効果を最大化するための磁気近接効果の機構を提案した。また、強磁性絶縁体の膜厚依存性から、磁性体の次元性変化に伴う磁気特性変化による磁気近接効果の影響を詳細に示した。本研究によって、磁気近接効果が量子異常ホール効果の発現とその高温化に向けて極めて有望であることを実証した。(2)磁性トポロジカル絶縁体におけるトポロジカル相転移の磁化方向制御量子異常ホール効果を発現する磁性トポロジカル絶縁体Cr-(Bi,Sb)2Te3において、外部磁場によって磁化方向を変化させることで、表面状態混成誘起の自明な絶縁体もしくは金属状態へと変化させることに成功した。また、このプローブが薄膜上下表面状態の混成度合いを定量化する優れた方法であることを示し、表面混成効果が無視できない膜厚は6nm以下と考えられていたが、実は10nm以上必要であることを明らかにした。強磁性絶縁体とトポロジカル絶縁体のヘテロ構造研究を順調に進め、量子異常ホール状態で現れる非散逸なカイラルエッジ電流の発現温度高温化に向けて前進している。特に、予備的であるが電流印加により磁化方向制御を可能にし、エッジ状態の新制御法開拓への新しい道筋を開きつつあるのは期待以上の進展である。加えて、量子異常ホール効果研究に関しても研究を進めており、量子性を保ちつつ、表面の一部のみに磁性を付与することができるようになった。順調に成果発表も行っており、本年度は論文2本掲載、1本投稿中である。研究実績(1)に関連して、強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体接合についての研究を引き続き進め、カイラルエッジ状態の電流制御を可能にする。また、研究実績(2)に関連して、トポロジカル絶縁体表面の半整数量子化ホール伝導度を磁気輸送および磁気光学によって実証し、理論で提唱されていたアクシオン電磁気学との関連を実験的に明らかにする。トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体、強磁性絶縁体とのヘテロ接合において、新奇な電気磁気応答開拓のための基盤物質作製および新機能実証を行った。以下に主な成果を示す。[1.強磁性絶縁体薄膜の作製]高品質なトポロジカル絶縁体へ強磁性誘起すると、その試料端に非散逸電流が流れる量子異常ホール効果を発現する。磁性不純物添加に依らないトポロジカルでない強磁性絶縁体との接合では、トポロジカル絶縁体の更なる高品質化により量子異常ホール効果が安定的に発現することが期待される。そこで実際に、分子線エピタキシー法によって強磁性絶縁体薄膜を作製した。X線回折、断面TEM等による評価からトポロジカル絶縁体との積層が可能であることを確かめた。[2.磁性/非磁性/磁性トポロジカル絶縁体三層構造における巨大磁気抵抗効果の観測]トポロジカル絶縁体では、電気磁気効果という電場の印加による磁化を生じる現象の発現が理論研究で予想されている。トポロジカル絶縁体を磁性/非磁性/磁性の三層構造にし、磁化方向を反平行すること(アクシオン絶縁体状態)が必要である。そのような三層構造を開発し、走査型SQUID顕微鏡でミクロな磁気的特性を明らかにした。磁性層へ添加する磁性元素に、保磁力が大きく異なるものを用いることで、磁化方向の反平行状態を安定にした。これによって量子異常ホール効果/アクシオン絶縁体状態を外部磁場で容易に制御可能になるとともに、電気抵抗値が10万倍変化する巨大磁気抵抗効果を観測した。[3.上記三層構造における量子化磁壁伝導の観測]上記三層構造では、通常の磁性一層構造とは異なり、3He冷媒温度で安定的に量子異常ホール効果を発現できる。3He冷凍機搭載磁気力顕微鏡によって量子異常ホール状態での磁区書き込みを行い、磁壁を自由に生成できるようにした。同時に電気輸送測定することで、量子化磁壁伝導の実証をした。当初の計画通り、トポロジカル絶縁体と積層可な強磁性絶縁体を開発し、機能性実証に向けた物質基盤を確立した。作製した積層構造において、新規性のある実験データも予備的であるがすでに出てきている。加えて、本研究課題開始以前より進めていた磁性/非磁性/磁性三層構造において、更なる改良を施すことで巨大磁気抵抗効果や量子化磁壁伝導という基礎学理のみならず応用面でも重要な効果を観測できたためである。強磁性絶縁体開発について1本論文執筆中で、磁性/非磁性/磁性三層構造での成果については3本の論文発表を行った。

(1)強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体積層構造における巨大異常ホール効果層状強磁性絶縁体Cr2Ge2Te6をトポロジカル絶縁体と接合させることによって、磁気近接効果によるトポロジカル絶縁体表面状態の磁気ギャップ生成を起源とする、巨大異常ホール効果を観測した。ヘテロ構造の断面構造や磁化分布をそれぞれ透過電子顕微鏡や偏極中性子反射法を用いて明らかにし、これまでヘテロ構造作製が報告されていた遷移金属酸化物や希土類硫化物の磁化密度と比較することで、異常ホール効果を最大化するための磁気近接効果の機構を提案した。また、強磁性絶縁体の膜厚依存性から、磁性体の次元性変化に伴う磁気特性変化による磁気近接効果の影響を詳細に示した。本研究によって、磁気近接効果が量子異常ホール効果の発現とその高温化に向けて極めて有望であることを実証した。(2)磁性トポロジカル絶縁体におけるトポロジカル相転移の磁化方向制御量子異常ホール効果を発現する磁性トポロジカル絶縁体Cr-(Bi,Sb)2Te3において、外部磁場によって磁化方向を変化させることで、表面状態混成誘起の自明な絶縁体もしくは金属状態へと変化させることに成功した。また、このプローブが薄膜上下表面状態の混成度合いを定量化する優れた方法であることを示し、表面混成効果が無視できない膜厚は6nm以下と考えられていたが、実は10nm以上必要であることを明らかにした。強磁性絶縁体とトポロジカル絶縁体のヘテロ構造研究を順調に進め、量子異常ホール状態で現れる非散逸なカイラルエッジ電流の発現温度高温化に向けて前進している。特に、予備的であるが電流印加により磁化方向制御を可能にし、エッジ状態の新制御法開拓への新しい道筋を開きつつあるのは期待以上の進展である。加えて、量子異常ホール効果研究に関しても研究を進めており、量子性を保ちつつ、表面の一部のみに磁性を付与することができるようになった。順調に成果発表も行っており、本年度は論文2本掲載、1本投稿中である。強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体ヘテロ接合の高品質化とともに、観測される電気輸送現象の解明を行う予定である。また、それらを超格子化することで、電気磁気応答の巨大化や、その他機能性発現も可能かどうかについて検討する。一方で、磁性/非磁性/磁性トポロジカル絶縁体三層構造についても、理想的な電気輸送特性を確立できたので、3He温度以下で動作可能な新しい測定系の検討、立ち上げを行い、電気磁気効果の実証を目指す。研究実績(1)に関連して、強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体接合についての研究を引き続き進め、カイラルエッジ状態の電流制御を可能にする。また、研究実績(2)に関連して、トポロジカル絶縁体表面の半整数量子化ホール伝導度を磁気輸送および磁気光学によって実証し、理論で提唱されていたアクシオン電磁気学との関連を実験的に明らかにする。
インスタントン効果の顕在化

周期的境界条件によって生ずるトポロジカルに縮退した真空状態をθ真空と呼び、インスタントンは異なった巻き付き量子数間のトンネル遷移として解釈される。θ真空の存在は、QCDのU(1)問題を解決する上で理論上必要とされ、かつ、QCDラグランジアンのCP不変性を解釈付けるアクシオン場導入の背景としても必須となる。しかし、θ真空は解釈のために導入されたという意味で依然として形而上的であり、その物理的実存性が実験的に顕在化できているとは言い難い。そこでθ真空の物理的実存性を示すために、インスタントン効果の本質を顕在化させるための実験を試みた。素粒子原子核実験
CGを援用した都市内高架構造物の景観評価方法の開発

本研究では、高速道路や駅前広場スカイウェイシステム等の都市内高架構造物に着目して、それらが都市景観に与える影響をコンピューターグラフィックス(CG)を用いた心理分析的な評価手法の開発を行った。第1年度は、都市内高架構造物の影観予測を行なうためソフトウェアの改良を行い、入力効率化を検討した。さらに、高架構造物景観の中で最も重要な視点となる、橋脚部分を中心とした近景景観について、橋脚の寸法要因の変動による景観への影響を分析した。この結果、例えば、橋脚の開放感と安定感に一番影響を与える要因は、橋脚と桁下空間の面積比であり、面積比4050%の間では、評価は変動しやすいということが明らかになった。さらに、多様な視点評価の必要性を考慮して、駅前スカイウェイシステムを例にとり、遠景・中景・近景の視点変化による景観評価への影響について分析した。代替案のイメージは視点により変化し、代替案の評価も視点により大きく変化することが明らかになった。例えば橋脚高さが高くなると全体として「開放的な、明るい」イメージが増すが、中景と近景だけで圧迫感が低下するが、遠景では影響が見られないことなどが明らかになった。第2年度は、CGシステムの高速化を図り、動画を作成し、評価意識におよぼす影響度について、呈示方法の違いを比較した。この結果、圧迫感などの空間把握に関連する評価項目については動画が優れているが、美しさ、周辺との調和といった絵画的評価項目については静止面せも十分な精度が得られることが明らかになった。なお、この分析にを進めるに当たって、高架構造物の景観予測を行なうためのCGシステムの改良および、周辺建物の形状入力効率化にCD-ROM住宅地図の利用を検討した。しかしながらこれについては、背景画として十分な精度を得るには、当初目的としたデータ作成効率化にはさほど効果がないことが明らかになった。本研究は、高速道路や高架鉄道、駅前広場のスカスウェイシステム等の都市内に建設される高架構造物に着目して、それらが都市景観に与える影響をコンピュ-タグラフィックス(CG)の手法を用いて予測し、心理分析的視点からの評価手法の開発を目的としている。今年度は、まず物体入力の効率化のため、都市内高架構造物の景観予測ソフトウェアの改良、背景情報へのCDーROM住宅地図の応用を検討した。ソフトウェアの改良については、高架構造物や周辺建物、樹木などの物体を部品化して整理することや、修景に用いられる舗装材や建築素材の質感をシミュレ-ションする手法の研究を行なった。CDーROM利用による背景景観の再現については、格納されている平面形状に高さ情報を付加することで単純な形状を再現できる手法を開発した。ただし、景観評価に利用するには建物壁面のテクスチュアなどの付加情報が必要であり、この効率的な入力方法の検討が課題となっている。一方、高架構造物の景観評価方法については、橋脚形状とその寸法による影響に着目して、高架構造物の設計案を作成し、CG画像を用いて評価意識調査を行なった。この結果、高架構造物の開放感と安定感に影響を与えるのは、橋脚部分と桁下空間の見えの面積比であり、これが40%50%の間で評価が変化することが明らかになった。次に、様々な視点からの景観に対する評価の変化を分析した。このため、駅前スカイウエィの複数の計画案を多様な視点から評価する実験を行なった。この結果、視点変化の影響の多少は設計要因と関連しており、また、近景や眺望よりも中景の景観で視点の変化により影響が大きくなることが明らかになった。今後、視点の連続的動きなどの影響を分析し、高架構造物を見る視点場の設計などに応用を検討している。

本研究は、高速道路や高架鉄道、駅前広場のスカイウェイシステム等の都市内に建設される高架構造物に着目して、それらが都市景観に与える影響をコンピュ-タ-グラフィックス(CG)の手法を用いて分析するとともに、さらにはその影響を心理分析的視点から評価する手法を開発することを目的とする。特に本研究では、以下の2つの技術開発を行なうことを目的とした。平成3年度は具体的には、以下の2点について研究をおこなった。1.高架構造物の景観予測を行なうためのCGシステムの開発において、周辺都市域の建物形状の入力にCD-ROM住宅地図の利用を検討し、デ-タ入力の効率化を検討した。しかしながらこれについては、背景画として十分な精度を得るにはCD-ROMに格納されていない建物高さや屋根形状、測面状況、色などの情報を入力する必要があり、当初目的としたデ-タ作成効率化にはさほど効果がないことが明らかになった。2.CGによる景観予測をもとに、心理分析手法による評価方法を開発した。特に本年度は、評価主体の移動を考慮して、動画を用いた評価方法を検討した。本研究では、駅前広場スカイウェイの高架構造物を対象として、その桁形状、桁高さ、色の設計要因を変化させた案を作成し、一対比較法による評価実験によって都市景観に与える影響を分析した。案呈示にコンピュ-タ-グラフィックスの静止画像を用いた場合と動画を用いた場合の、評価の精度を比較した。さらに各シ-ンでの景観要素の構成率と、その連続性や周期性に着目して、これらが評価意識におよぼす影響度についても呈示方法の違いを比較した。この結果、圧迫感などの空間把握に関連する評価項目については動画が優れているが、美しさ、周辺との調和といった絵画的評価項目については静止画せも十分な精度が得られることが明らかになった。
人工物オントロジーに基づく製造業における技術ドキュメントの融合に関する研究

本研究では,Webコンテンツの中から製造業における技術ドキュメントに焦点を絞り,工業製品に関する工学知識の融合とオープンな相互運用を実現する実用的な枠組みを開発することを目的とした.製造業の現場において爆発的に生産されデータベースなどに格納される工業製品関連知識の,記述コンテキストや独自概念体系への暗黙的依存性を,人工物に関する基盤的なオントロジーを核とした融合とオープンな相互運用性によって解決することを目指した.特に,平成18年度においては,製品ライフサイクルにおける製造と使用のフェイズに注目し,製造プロセスモデル,機能発揮プロセスモデル,ユーザ使用プロセスなどの関連性をプロセス間関係として捉え,オントロジー工学的に考察することを行った.まず,人工物の製品機能発揮プロセスと製造プロセスについて,両者の関係を,機能発揮の主体である人工物製品が製造プロセスの客体としての役割を果たすという役割(ロール)の違いとして定式化した.一般的なプロセス間関係を捉え,その特殊化として定義した.さらに,情報学研究で扱ってきた不具合プロセスとの関係を同様に定式化し,さらに関係を一般化した.また,ユーザ操作プロセスモデルとの関係性を分析し,ロールモデルとしては分散化されることを明らかにした.これらをまとめて,人工物関連プロセスの統合的モデル枠組みを構築した.また,それを支える人工物プロセスオントロジーを概念的に構築した.プログラム実装については,アノテーション枠組みの基礎的検討に加え,3次元的な人工物プロセス統合モデルビューアのプロトタイプを開発した.また,機能に関する一般オントロジー(一般機能オントロジー)を既存の機能定義をマッピングするための「参照オントロジー」として用いて,他の概念体系との具体的なマッピングとモデル構造の変換について検討した。
音声・点字による試験問題出題に必要な字注・意味注の挿入を実現するシステムの開発

テストメディアとして音声ないし点字を用いる場合に判別が困難な同音異字語を説明するための注記挿入を半自動で行うシステム(ソフトウェア)を開発した。また、研究の進捗過程でその必要性が確認された。(1)『視覚障害者(児)のための漢字説明辞書』の編纂(2)センター試験過去間中の字注の分析(3)音声出題システムの基礎となるコンピュータ試験問題閲覧環境の開発テストメディアとして音声ないし点字を用いる場合に判別が困難な同音異字語を説明するための注記挿入を半自動で行うシステム(ソフトウェア)を開発した。(1)『視覚障害者(児)のための漢字説明辞書』の編纂(2)センター試験過去間中の字注の分析(3)音声出題システムの基礎となるコンピュータ試験問題閲覧環境の開発22年度に関わる目標は、「システムの動作検証と被験者実験用問題文の作成に供する、センター試験点字過去問のデータベース化の遂行」の大部分「注の付与が必要な語を抽出するシステムの開発」の一部であった。以下、交付申請書の「計画」に付した番号を参照しつつ詳述する。22年度は、電子書籍をめぐる技術的発展と社会的・経済的展開が本格化した。本研究も1.について、独自形式ではなく、こうした潮流に即した研究推進を要求された。国際学会での調査からは、視覚障害・読字障害分野において、DAISYフォーマットをベースにリッチ・コンテンツを整備する趨勢が確認されたが、後継企画策定中のため、現状どのバージョンを用いて試験問題を入力するか熟慮を要することも判明した(→DAISY 2.02を選択)。また同フォーマットでは規格上、テキスト情報が簡便に扱えないことを確認し、データ入力に用いるオーサリングツールの検証を慎重に進めた(→SaveAsDAISYを選択)。2.5.等を遂行し、2000年以降のセンター試験国語過去問のデータベース化を一通り終えた。3.(形態素解析モジュールの開発)は、オープンソースソフトウェアのChasenの流用が可能と判断し、実装に入るために4.(後述)に注力した。4.「同音異字語抽出システムの読み辞書の開発」について。経験のある点字出版所・視覚障害教育関係者に面接調査を実施した。視覚障害児漢字教育の方針未確立の問題は、交付申請書「研究の学術的な特色・独創的点」に指摘したが、想定以上に共通認識が不足していることが分かった。そこで、試験問題の字注付与のみならず、教育現場での利用に供することができる「漢字説明辞書」を作成することとした。福祉工学、視覚障害児国語教育、ユーザ(視覚障害者)それぞれの見地に基づく漢字説明を併載し、字注としての条件を考慮して選択を行うシステムの開発を進めている。(1)システムの実装・評価に必要となる辞書データの編纂。同音異字語の説明は、字注(「チュウ:注ぐの注」のような形式で漢字を1文字単位で説明する注記)と意味注(「イミ:ある表現に対応し、それによって指示される内容。」のように単語単位で意味内容を説明する注記)を適宜使い分けて用いる必要がある。前年度の調査から、特に字注に関しては、視覚障害者(児)に対する漢字指導・解説の広範な活動の中に位置づけることが可能かつ望ましいことが確認された。そこで、整備中の辞書データを本システム専用のデータに終止させることなく「視覚障害者(児)のための字注・漢字説明辞書(仮称)」として広く提供すべく編纂を進めた。また、こうした辞書へのニーズを把握・分析するために学会、研究協議会などの機会を活用して視覚特別支援教育の現場スタッフからの十分な意見聴取を試みた。(2)単語難易度を同定するアルゴリズムの検討とテスト実装。試験問題中の同音異字語が存在する語のうちどの語に注記を付すかを判断しなくてはならない。今回、想定するテストメディアは、音声ないし(仮名分かち書きを用いる)日本語点字であり、音声単語親密度に立脚した難易度判定アルゴリズムが有望である。このテスト実装を行うとともに、前年度に整備したセンター試験国語の現代文過去問データ中で字注が付された語句の音声単語親密度を分析した。本研究では、テストメディアとして音声ないし点字を用いる場合に判別が困難な同音異字語を説明するための注記の挿入を半自動で行うシステム(ソフトウェア)の開発を行ってきた。最終年度である本年度(24年度)は、研究成果を実体化すべく以下を行った。1「漢字説明辞書」の編纂。前年度まで、本研究のシステム(ソフトウェア)のデータとして用いるべく字注(詳細読み)辞書を整備してきた。同データは、視覚障害者(児)のための漢字説明辞書として、教科指導の場での活用が可能であり、またそうした活用を通じて初等中等教育との連携が実現できる。そのため、教育現場で参照できる辞書としての編纂を行った。冊子形態での編集を一通り完了した。あわせて、検索性を確保した電子書籍形態(ePubフォーマット)での編集についても作業を進めた。2ソフトウェアの開発完了と過去問字注の分析。(1)本研究の主要な課題である字注挿入システム(ソフトウェア)の開発を完了した。音声単語親密度を基準として、問題文より注を付すべき単語を抜き出し、字注辞書を参照し字注文章の候補を提示する。

(2) (1)の開発の過程で得られたソフトウェアルーチンを用いて、センター試験国語過去問に対して作題担当者の判断で付された字注の分析を行った。これらの字注は、おおむね適切と判断されるが、一部その論拠が確認しがたいものがあり、本研究で開発したようなシステムの導入が有用であることが確認された。字注データの辞書としての有用性・提供意義が確認されたため、『漢字説明辞書』としての編纂が作業として増えた分、他の進捗に影響が出ている。他方で自動付与の対照として考慮していた「意味注」については、これまで2カ年の試験問題作成プロセスの調査の結果から、入力による国語辞書の検索が適切かつ十分という見解に到達し、当該開発が省略された。総合しておおむね順調な進展と判断する。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度となる24年度の主要な課題は、1.「漢字説明辞書」としても利用可能な字注(詳細読み)辞書の公表・提供2.国内外での研究成果の報告3.ソフトウェアの開発完了と評価となる。実践的に活用可能な成果物としての公表と、グループ・インタビュー等を導入した多角的な評価に留意する。
高電圧非線形波動の衝突を用いた発光現象とその応用

紫外領域に広がる短波長光源は、光化学、表面処理、ディスプレイデバイスなど各種の産業において要求が高く、とくに高効率、高強度、高繰り返しの動作特性が必要である。これを満足する実用的な光源の実現には、半導体パワーデバイスを用いた高速高電圧パルス電源が不可欠である。本研究は非線型伝送線路を導入することにより、半導体パワーデバイスを用いても、立ち上がり時間が数10ns以下の高電圧パルスを実現できる技術を確立することを目的とした。高電圧パルスを発生するために非線型波動を利用すると、多様な形式が可能で回路設計に自由度をもたせることができる。まずソリトンの積極的な利用を検討し、ソリトン発生の高効率化、複数の非線型線路を用いてソリトンの衝突あるいは重畳が可能な回路設計について、回路シミュレーションをもとに回路パラメータを決定する指針を得た。またソリトンを衝突あるいは重畳させる回路は、それぞれ動作特性が異なるので、負荷に適合するよう選択すれば良いことを明らかにした。これらの知見は実験によっても確認している。次に市販のセラミックス粉末材料から非線型容量特性が顕著で、残留インダクタンスのきわめて低い高耐圧セラミックコンデンサを試作し、高耐圧化の問題を解決した。これを用いて低インダクタンスの高耐圧非線型伝送線路を実際に構成し、出力15kV、立ち上がり時間14nsの高電圧パルスの発生を実現した。このパルスを放電負荷に供給し安定な放電を得た。さらにXeガスを用いた放電実験では、紫外光の発光効率が印加電圧パルス波形に大きく依存することを示し、立ち上がり時間の短いパルスを加えることにより高効率な紫外光発光を実現できることを明らかにした。二次元ディスプレイには他種類の方式が提案、実用化されている。そのなかで放電を利用する方式は高輝度、大面積化に適していると思われるが、高電圧を制御する駆動回路が要求されるので、従来にない回路方式の可能性がある。本研究は高速サイリスタと非線形線路を組み合わせて発生させたリソトンを、二次元上の任意の位置で衝突させて生じる高速高電圧パルスにより発光現象を誘起し表示動作を実現しようとするものである。提案する方法は高速で大電力のパルスを効率よく発生できるので、高輝度大面積ディスプレイへの可能性を有する。今年度は、伝送線路系において非線形波動が衝突したとき、どのような回路特性をもつかを、実験的に調べた。まず、二つの非線形伝送線路の出力端を接続して、二つのソリトンを正面衝突させた場合、出力電圧は二倍以上となり、パルス幅の短縮効果がみられることが明らかとなった。パルス幅が短く、同極性で二倍以上の電圧変化が得られるので、放電発光を駆動するのに適していることが実証できた。次に、高速で立上がる電圧パルスとなるので紫外領域の発光についても検討した。さらに、電子ビームを制御する方式への可能性を調べるため、誘電体表面からの電子放出についても検討し、ビーム電流値の大きな電子の発生を得た。ソリトンの正面衝突による方法は非線形線路中のコンデンサの耐電圧への要求が厳しくなることが判明した。この問題を解決するため非線形線路の出力端をパルス的に直列接続する方法を検討し、その有効性を明らかにした。