hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フォトン走査トンネル顕微鏡による非線形光学応答の観測

半導体量子構造において,その発光寿命や非線形感受率をフォトン走査トンネル顕微鏡を用いて観測することを考える.ただしこの場合,プローブの励起・検出感度が最も深刻な問題となる.これを克服するためには,高効率プロープの作製が最重要な課題である。先鋭化ファイバ・プローブに金属膜をほどこすことによって微小開口を作製する場合,先端までの光の伝達効率はプローブの形状に大きく依存する.先端角および導波部分の長さの異なるプローブに対して、それらの伝達効率の開口径依存性を測定した結果,金属クラッド導波路のカットオフ領域の長さが先端角の小さなプローブほど長くなり,光量の大きな減衰をもたらしていることが明らかとなった.この結果をもとに実験上の操作性も考慮して,プローブ形状の最適化をおこなった.光ロスの小さい領域を十分長くとり,カットオフ径以後は極力短くなるように工夫してある.このような形状のプローブについて伝達効率を評価した結果,従来のプローブに比べ、1桁以上の効率の向上が達成された.さらに上記の最適化プローブを用いた半導体素子の空間分解分光のデモ実験として,横方向p-n接合における遷移領域の位置,幅,発光特性などの評価をおこなった.特に接合領域内に不純物濃度の乱れや内部電場の不均一性に起因すると思われる局所的な発光強度の変化が検出された.ここで,局所励起と局所検出を同時におこなうことにより,300nm程度の分解能が得られた.この大きさは,キャリアの拡散距離よりも十分短いものとなっており,本実験で開発したプローブが分解能,感度の点で優れていることを示している.今後は,低温における半導体量子構造の発光寿命,非線形感受率を同様のプローブを用いて測定する予定である.半導体量子構造において,その発光寿命や非線形感受率をフォトン走査トンネル顕微鏡を用いて観測することを考える.ただしこの場合,プローブの励起・検出感度が最も深刻な問題となる.これを克服するためには,高効率プロープの作製が最重要な課題である。先鋭化ファイバ・プローブに金属膜をほどこすことによって微小開口を作製する場合,先端までの光の伝達効率はプローブの形状に大きく依存する.先端角および導波部分の長さの異なるプローブに対して、それらの伝達効率の開口径依存性を測定した結果,金属クラッド導波路のカットオフ領域の長さが先端角の小さなプローブほど長くなり,光量の大きな減衰をもたらしていることが明らかとなった.この結果をもとに実験上の操作性も考慮して,プローブ形状の最適化をおこなった.光ロスの小さい領域を十分長くとり,カットオフ径以後は極力短くなるように工夫してある.このような形状のプローブについて伝達効率を評価した結果,従来のプローブに比べ、1桁以上の効率の向上が達成された.さらに上記の最適化プローブを用いた半導体素子の空間分解分光のデモ実験として,横方向p-n接合における遷移領域の位置,幅,発光特性などの評価をおこなった.特に接合領域内に不純物濃度の乱れや内部電場の不均一性に起因すると思われる局所的な発光強度の変化が検出された.ここで,局所励起と局所検出を同時におこなうことにより,300nm程度の分解能が得られた.この大きさは,キャリアの拡散距離よりも十分短いものとなっており,本実験で開発したプローブが分解能,感度の点で優れていることを示している.今後は,低温における半導体量子構造の発光寿命,非線形感受率を同様のプローブを用いて測定する予定である.
溶媒のゆらぎに律速される非熱平衡化学反応の理論

この10年ほどの間に、(反応速度に関する標準理論である)遷移状態理論の適用範囲の外にある反応が溶液反応に存在することに注目が集まっている。このような反応は、溶液中における電子、プロトンまたは原子群の移動などの単純な反応から、酵素反応など生体高分子の司る反応までを含む溶液内単分子反応一般に見られる。このことは、化学の基本問題の一つである溶液反応の速度に関する一般表式がまだ明らかになっていないことを意味する。筆者は1991年このような遷移状態理論が適用できない反応にも適用できる溶液反応の速度定数の一般式がk=1/(k_<TST>^<-1>+k_D^<-1>),(1)と言う形に書けることを示した。ここでk_<TST>は遷移状態理論の与える速度定数であり、溶媒の揺らぎの緩和時間τには依存しない。他方k_D(>0)はτの減少関数である。τは溶媒の粘性率ηに比例するので、k_Dはηの減少関数であり、大体K_D〓η^<-α>,0<α<1の依存性を持つ。今まで(1)は溶質分子の異性化反応のような1次反応に適用されると考えてきたが、今年度の特筆すべき成果として、溶液中の2次反応の速度定数も一般的に(1)の形を持つことを示すことができた。更にk_Dを計算するための公式を提出した。このようにして、溶液反応の速度定数が一般に(1)の形を持つことが明らかになった。反応速度が(1)で記述される状況では、反応始状態内の状態分布が熱平衡からずれたままで反応が進行する。従って、(1)は遷移状態理論の適用できる状況を超えて更に非熱平衡反応の状況までを覆う溶液反応の速度定数の一般式になっていることがわかる。このことを示し得たことは、化学における基本的な成果である。
遊離細胞系における物質能動輸送とエネルギー代謝調節機構

(1).(a).ラット遊離肝細胞における糖新生および尿素合成速度を、グルタミンを基質として求めた。【Ca^(2+)】動員性アゴニストであるフェニレフリンの両合成能に対する刺激応答が、カフェインによって、さらに増強されることを見い出し、それに伴う細胞内エネルギー代謝変動と合わせて検討した。両合成能は、10μMのフェニレフリンによって、それぞれ1.7,1.9倍(コントロール比)に増強された。1mMのカフェインは、この効果をさらに強め、それぞれ、2.1,2.4倍になった。5mM以上のカフェインは、むしろこの効果を抑制した。これらのカフェインによる効果は、フェニレフリンの存在と細胞外【Ca^(2+)】濃度に依存した。(b).カフェインによる両合成能の増強効果は肝細胞の呼吸活性を13%増大させた。この時両合成に使用されるATPはこの活性増大によって産生されるATPの約40%に相当した。ミトコンドリア内およびチトクロームCの酸化還元状態は、カフェインの効果によってより還元型に移行した。この条件下でのリン酸化ポテンシャルは、1.7×【10^3】2.4×【10^3】【M^(-1)】であり、ほぼ一定であった。両合成能のカフェインによる増強パターンはよく類似していたことから、ATP供給の選択性は、ないものと考えられた(Biochem.Pharmacol.に投稿予定)。(2).ウサギ胃粘膜より、高圧血管灌流,酵素処理,パコール密度勾配遠心による精製過程などを経て、遊離胃壁細胞を得た。生存率は9.5%以上と高かった。胃酸分泌の指標は、〔【^(14)C】〕-アミノピリンの取り込みにより調べ、各種分泌促進剤に反応した。同条件下での酸素消費速度も測定した。細胞の〔ATP〕/〔ADP〕比は細胞外pHに依存し、pHが68の範囲では、アルカリ側にシフトすると、その比はほぼ直線的に減少した。リン酸化ポテンシャルは約0.8×【10^3】【M^(-1)】であり、分泌促進剤刺激時でも、ほぼ一定に保たれていることがわかった(投稿準備中)。
訪日外国人旅行者の日本国内文化施設における芸術消費に関する調査研究

本研究では、アジア圏からの訪日外国人旅行者の日本国内博物館・美術館の訪問実態について多角的な視点から調査を実施し、その実態と博物館・美術館の現状とを比較、インバウンドの視点に立って需要と供給の乖離を検証した。そして観光要素として求められる要件を抽出し、アジア圏外国人旅行者の日本国内文化施設への来館を促し、芸術消費を向上させるために望まれる事項を指摘した。本研究では、訪日外国人旅行者(以下、旅行者)の日本国内文化施設(以下、施設)における芸術消費の実態と、施設側の現状との比較検討を通して、観光要素として求められる要件を抽出し、マーケティング・コンセプトとして取りまとめることを目的とした。研究期間には、東日本大震災、尖閣諸島をめぐる摩擦など予測できない事態が発生し、本研究に関わる観光分野のリスクを再認識する機会となった。最終年度の平成24年度は、前年度の研究成果を踏まえ、主に施設に対する調査を実施し、2年の研究期間を通して、アジア圏の旅行業界及び訪日旅行経験者に対する実態、施設の現状を調査し、旅行業者および外国人の視点に立った施設の魅力と問題点、旅行者の施設での芸術消費の状況、施設の旅行者に対するアプローチなどを把握した。これら研究の成果として、現段階において次の点を指摘する。1.旅行者の施設の訪問頻度、認知度は低い。2.訪日旅行形態は、個人ではなく団体旅行が主流であり、その旅程に施設は組込まれていない。3.旅程に組込むための条件には、自然風景の鑑賞や買い物など他の観光行動との組合せが可能であること、知名度が高いこと、所蔵品数や建築など施設に特徴がある、日本の文化歴史が紹介されている、などが挙げられる。4.施設の認知度の向上が急務であり、対象や媒体を選定し適切な広告活動を行うことが必要である。訪日意向の醸成には、具体的なツアープランを提案し、施設を含めた多くの観光要素を積極的に紹介することが効果的である。幅広く日本の芸術文化を紹介し、旅行者に対して施設の訪問や芸術文化を体験する機会を提供することは、観光施策に資するものであり、その場となる施設の課題の一つでもある。以上のような研究の成果は、施設のマネジメントの向上だけでなく、施設周辺地域の誘客戦略、さらには今後の観光政策やマーケティングの議論を深める、意義のあるものと考える。本研究では、訪日外国人旅行者の国内文化施設の利用動機、利用意向、利用経験などの芸術消費の実態調査を行い、調査結果から訪日外国人旅行者の芸術消費に関する仮説を構築、国内文化施設の現状との比較検討を通して、観光要素として求められる要件を抽出し、コンセプトとして取りまとめていくことを目的としている。研究の初年度である平成23年度は、訪日外国人旅行者に関する各種調査を中心に研究を計画していたが、3月に発生した東日本大震災、福島第一原子力発電所の事故という、研究にあたって大きな影響要因が生じた。このため、現実に即しながら最大限の成果が得られるよう、調査の実施には適宜検討および変更を加えながら、研究を推進した。まずデスク・リサーチによる基本情報の収集を行い、アジア圏に限定して、調査対象となる訪日外国人旅行者の出身国(出発国)を選定した。選定にあたっては、訪日旅行者数の現状および将来的な可能性、漢字文化圏と非漢字文化圏、対象国の博物館・美術館などの文化施設数、オンライン調査、ヒヤリング調査の実施可能性などの様々な点から検討し、総合的に判断した。10月にタイで発生した大規模洪水災害のため、タイで予定した調査を見送ることになったが、最終的に中国での訪日旅行に関するオンライン調査、旅行業者および訪日旅行経験者へのヒヤリング調査、ベトナムでの旅行業者へのヒヤリング調査を実施した。これらの調査から、旅行業者の視点に立った日本国内の文化施設の魅力と問題点、そして訪日外国人旅行者の日本国内の文化施設における芸術消費の実態を把握することができた。このように、訪日外国人旅行者の日本国内の文化施設の利用状況だけでなく、その心理的な価値などが明らかになり、消費傾向の情報を得ることが可能となる点で、アートマネジメントの分野だけでなく、観光分野においても本研究は重要性が高く、意義のある成果であると言えよう。東日本大震災などの訪日旅行者への影響、タイの洪水被害など研究計画への影響要因が発生したが、調査等の現実的な観点から実施の可能性を検討することで、研究計画を遅滞なく実施することに努め、研究を推進できた。このように予測不可能な要因のため調査仕様に多少の修正変更が生じたが、結果的にはより深く集中した調査となり、平成23年度に達成すべき成果を得られたと考える。平成23年度に実施した調査は、中国での訪日旅行に関するオンライン調査、旅行業者および訪日旅行経験者へのヒヤリング調査、ベトナムでの旅行業者へのヒヤリング調査である。これらの調査結果から、旅行業者の視点に立った日本国内の文化施設の魅力と問題点、そして訪日外国人旅行者の日本国内の文化施設における芸術消費の実態を把握することができた。また、入手可能な範囲でアジア圏における日本の文化施設などを紹介するガイドブック、訪日旅行パンフレットなどの参考資料を収集、今後の研究において検証材料となるよう内容を検討した。以上のように次年度に向けて研究は順調に進展していると考える。

平成23年度に行った各調査結果を踏まえ、日本国内の文化施設へのヒヤリング調査を実施し、研究全体の成果の取りまとめを行う。日本国内の文化施設へのヒヤリング調査は、訪日外国人旅行客が比較的多く訪れる国内の文化施設を直接訪問し、実態を観察することとする。調査対象施設としては、東京国立博物館(東京都)、ポーラ美術館(神奈川県)、地中美術館(香川県)、金沢21世紀美術館(石川県)などが候補に挙げられるが、平成23年度の調査から把握された博物館・美術館も含めた中から選定する。また選定した対象施設の担当者へのヒヤリング調査とともに、インバウンドを中心として観光産業関係者へのヒヤリング調査も計画している。平成23年度は東日本大震災等の予測不能な要因のため、調査の実施に関しては修正変更が生じた。このため次年度において、韓国(予定)等のアジア圏の国の訪日旅行経験者や旅行業者を対象に、ヒヤリング調査の追加実施を検討する。以上のように、平成24年度においては、平成23年度、24年度の研究を通して得られた情報、調査・分析結果を総合的に検討し、そこから導き出される事項について考察を加え、本研究の成果物として研究報告書を作成する。平成23年度においては、東日本大震災等の予測不能な要因が発生したため、調査の実施にあたり修正変更が加わり、平成24年度に繰り越される研究費が生じた。平成23年度から繰り越された研究費を含め、平成24年度の研究費については、主に日本国内の文化施設への訪問調査、観光産業関係者へのヒヤリング調査に関わる旅費、謝金、複写費、通信費、会議費に使用する。また、平成23年度に修正変更が生じた訪日旅行に関する調査について、韓国(予定)等のアジア圏の国の訪日旅行経験者や、インバウンドを中心とした旅行業者などを対象に、ヒヤリング調査の追加実施を検討している。その他に、研究資料用の図書費、研究成果発表用の費用として、研究費を使用する予定である。
日本版生物多様性バンキングの実証的研究

里海バンクの検討として18年9月4日、静岡県南伊豆町、下田市にて過疎地域における可能性について下田市吉佐美区長(元下田市長)楠山俊介氏および同区青年団員と意見交換を行った。同時にアカウミガメの産卵地保全の看板設置式を、環境省関東地方環境事務所中田一誠氏、南伊豆町教育長佐野薫氏、河津建設株式会社社長河津市元氏らと、南伊豆町弓ヶ浜で行った。翌年3月67日、東京都大島町村松興業株式会社社長村松与志広氏らと島嶼版地域循環共生圏の可能性について意見交換を行った。里山バンクの検討として、18年10月22日、開発を実施したサンデンホールディングス株式会社斉藤好弘氏と事後管理を担当しているサンデンファシリティ株式会社落合清勝氏に対して群馬県前橋市工場でインタビュー調査を行なった。翌年2月23日、千葉県酒々井町株式会社光真電設椿雄次氏と里山地域の利用の可能性について議論した。3月26日、本学にて東急建設株式会社佐藤たくみ氏、白幡研氏と横浜市の上郷開発事業に伴い形成されつつある生物多様性オフセットについて意見交換した。グリーンインフラとしての都市型生物多様性バンクの検討として、横浜市中区百段公園にてバラ植物の無農薬無肥料栽培の実証実験を開始し維持管理をしながら、地域住民と都市部における無農薬無肥料栽培の可能性を検討した。政策的な検討として、18年8月20日、静岡県立大学で提案者が実行委員長となり、AIC2018 in Shizuokaを開催し、そのテーマフォーラムにて「グリーン・リージョンと環境アセスメント」についてアジア諸国の研究者と意見交換を行った。企業理念における生物多様性オフセットの動向については、19年3月1日に株式会社ブリヂストン稲継明宏氏と、さらに、国の動向として、2月13日、本学にて環境省環境影響評価課課長熊倉基之氏とアセス法での生物多様性オフセットについて意見交換した。154名(内海外から66名)が参加したAIC2018 in Shizuokaを実行委員長として開催するとともに、「グリーン・リージョンと環境アセスメント」をテーマとしたテーマフォーラムを企画し開催した他、上記、研究実績の概要に示したように多様なステークホルダーとの意見交換を行ってきた。生物多様性オフセット、里山バンク、里海バンク、流域バンク、都市型バンクに相当する可能性のある事業、地域、政策、制度などについては、その発掘とケーススタディーを引き続き進める。さらに日本における生物多様性オフセットの実現に向けて、必要な検討を行う。また、海外の事例調査として、中国、フランスの動向について現地調査を含めて行う。このテーマの勉強会は、環境アセスメント学会生態系研究部会として引き続き行う。さらに定量評価手法に関して実務者の研究会を開催する。

研究計画を見直し、2018年度の海外調査を2019年度以降への持ち越しするなどした関係で2018年度内の使用額が予想を下回ったため。ただし、2018年度に使用しなかった予算については次年度、研究成果の発表に必要な旅費(国内外)、事例調査に必要な旅費、都市型バンク検討に必要な物品代金、研究成果をとりまとめる際に使用するコンピュータとプリンター代金として支出する予定である。2018年5月30日付「伊豆新聞に太陽光発電建設に対する環境アセスメントの課題」と題して伊豆半島における太陽光発電所建設の問題と環境アセスメントの関係について寄稿した
ミトコンドリアをモデルとしたクマムシの極限環境耐性メカニズムの解析

陸生クマムシの一部は乾眠と呼ばれる脱水状態になって乾燥に耐えるが、その分子基盤には不明な点が多い。本研究では耐性の単純モデルとしてクマムシのミトコンドリアに着目し、ストレス耐性に関わる候補タンパク質として2種の熱可溶性タンパク質を初めて同定した。これらのタンパク質はヒト培養細胞の高浸透圧耐性を向上させることを示した。さらに、クマムシ個体から高純度のミトコンドリア分画を分離する方法を確立し、ショットガンプロテオミクスにより、クマムシのミトコンドリアに局在するタンパク質を網羅的に同定した。これらはミトコンドリアの保護に関わる良い候補と考えられる。本年度はまず、ヨコヅナクマムシのトランスクリプトームデータにおいて大量に発現する遺伝子から、ミトコンドリアに局在し、かつ加熱しても沈殿しない(熱可溶性)タンパク質2種を同定した。1種はLEAタンパク質と相同性を示したが、もう一種はクマムシ類に固有の遺伝子であった。これらの遺伝子をヒト培養細胞に導入し、それぞれを定常的に発現する株を作出した。これらの定常発現株について比較的温和な水欠乏ストレスである高浸透圧曝露への耐性を計測した結果、いずれの遺伝子の定常発現株も親株に比べて高浸透圧曝露後の生存率が向上していることが明らかになった。今回同定した2種の遺伝子はいずれもクマムシのミトコンドリアにおいて乾燥耐性に寄与していると考えられた。さらに、ミトコンドリアの耐性関連タンパク質を網羅的に同定するために、クマムシからミトコンドリア分画を単離し、質量分析を用いたショットガンプロテオミクス解析を実施した。単離したミトコンドリア分画は分画マーカーを用いたウェスタンブロットにおいて細胞質や小胞体の混入は認められず純度の高い分画が得られた。比較対象としてクマムシ全身の破砕液についても同様の解析を行い、両サンプルから合わせて約2000種類のタンパク質が検出された。ペプチドカウントをもとにミトコンドリア分画に濃縮されているタンパク質として約800種を同定した。このうちの約10%の遺伝子はクマムシに固有の新規遺伝子であり、耐性に関わる良い候補と考えられる。昨年度において、クマムシ個体のミトコンドリア分画とクマムシ個体全体についてショットガン比較プロテオミクスを行い、ミトコンドリア分画に濃縮されているタンパク質群を多数同定した。本年度は、これらのタンパク質群から、クマムシに特徴的な耐性能力に関わる候補として、他の後生動物に相同遺伝子が見出されないタンパク質群に着目して解析を進めた。まず、候補タンパク質群から、ショットガンプロテオミクスで検出されたペプチドカウント数を指標として発現量の高いものから優先的な候補としてgfp融合タンパク質をヒト培養細胞に発現させ、ミトコンドリアに局在する性質を持つタンパク質群を選別した。選別した遺伝子群を個別にヒト培養細胞に遺伝子導入して安定発現細胞株を作出し、これらの細胞を用いて弱い水欠乏ストレスである高浸透圧環境への曝露耐性を検証した。その結果、これまでに少なくとも2種のタンパク質において高浸透圧耐性が向上することを明らかにした。さらに、こうしたタンパク質のヨコヅナクマムシにおける機能や耐性への必要性を解析するためにRNAi法の検討を行った。その結果、成体内に二本鎖RNAを注入することで全身における標的遺伝子の発現量が顕著に低下することを確認した。発現の低下量から全身性のsystemic RNAiが起きたと考えられる。今回確立したRNAiの実験系は、本課題で同定したクマムシ固有のミトコンドリア局在タンパク質の機能解明に有用であるばかりでなく、これまでに多様な手法で提案されてきた耐性候補遺伝子の機能解析にも道を拓くものと期待される。トランスクリプトームデータを活用した解析が順調に進行し、2種のミトコンドリア局在熱可溶性タンパク質を同定した。このうちの1つはクマムシ固有の新規タンパク質であり、これまでに同定されていた細胞質局在型、細胞外分泌型と合わせてクマムシが主要な細胞内コンパートメントに合わせて固有の熱可溶性タンパク質を持っていることを明らかにした。さらに、今回同定した2種のタンパク質がヒト培養細胞の高浸透圧耐性を向上させることを示した。これはクマムシ遺伝子産物により他種細胞の耐性を向上させた初めての例であり、計画を上回る達成度である。ショットガンプロテオミクスについても高純度のミトコンドリア分画の単離に成功し、比較ショットガンプロテオーム解析によりミトコンドリア分画に濃縮された多数のタンパク質群を同定した。課題は順調に進展している。極限生物学今回、単一のクマムシ遺伝子の導入によりヒト培養細胞の耐性が向上したことから、同様の解析によって耐性を向上させる遺伝子群を同定することが可能と考えられる。そこで、ショットガンプロテオミクスで同定したタンパク質の中から有力な候補を選別し、これらの中からヒト培養細胞の耐性を向上させる遺伝子群を同定する。

さらに、これまでに同定した耐性関連遺伝子を含めて複数の遺伝子を同時に導入することで、ヒト培養細胞により高い耐性能力を付与できるか検討する。また、これらの遺伝子のクマムシにおける耐性への寄与を明らかにするためにゲノム編集技術を用いた機能阻害実験を試みる。
リジン及び関連代謝酵素群の構造・機能と分子進化機構の解明

我々は、T. thermophilus、Sulfolobus、Thermococcusにおいて、アミノ基を認識し結合する新奇なキャリアタンパク質(アミノ基キャリアタンパク質;AmCP)を介するリジン・アルギニン生合成を見出してきた。本研究では、リジン・アルギニン生合成において鍵となる個々の酵素のAmCP複合体の構造解析をおこなう。さらに、この生合成においては、各酵素とAmCPが超酵素複合体(メタボロン)を形成している可能性が示唆されており、その実体の解析を行う。さらにはリジン生合成とロイシン生合成やクエン酸回路を構成する酵素群の構造生物学、タンパク質工学などを通じて、生物が進化の過程でどのように基質特異性を獲得してきたかを原子レベルで明らかにすることを目的とする。Sulfolobusにおいては、リジンとアルギニンがbi-functionalな酵素で生合成されることから、これらのアミノ酸による複雑な転写調節ネットワークが存在することが示唆される。そこでその機構を解明する。また、本研究の前段階において、転写因子が直接酵素に相互作用することで酵素活性を調節する可能性が見出されてきたことから、その機構を解明することも本研究の目的の一つである。これらの統合的な解析により、Sulfolobusにおいて新たに見つかったリジン・アルギニン生合成系の全貌の解明を目指すこととする。これらの目的のために、既に若干の消耗品を購入した。さらに、研究成果を発表すると同時に生合成に関する最先端の情報を得るために国際シンポジウムに出席し、情報交換を行った。しかしながら、基盤研究(S)が採択されたため、本研究を廃止することとなった。29年度が最終年度であるため、記入しない。
骨・軟骨代謝制御に関与する新規遺伝子群の網羅的機能解析

我々は、骨粗鬆症などのロコモティブシンドロームの病因・病態解明のために、『可変型遺伝子トラップ法』により樹立した変異マウス系統を用いて、骨軟骨代謝に関与する新規遺伝子探索の効率的なスクリーニングを実施している。我々はそれらトラップクローンデータをデータベース『EGTC』(Database for the Exchangeable Gene Trap Clones, http://egtc.jp)に公開し、骨軟骨代謝に異常をきたす疾患モデルマウスライブラリーを構築中である。現在このEGTCデータベースに登録したクローンから、特に骨軟骨にトラップした遺伝子の発現のみられるクローンを選別し、その遺伝子欠損マウスを作製して骨軟骨表現型および遺伝子機能を解析している。1次スクリーニングとして上記データベース上で、今までin vivoで骨軟骨代謝に関する報告のない遺伝子の中で、EST profileやX-gal染色の結果から骨・骨髄において発現が強いトラップ遺伝子を選出し、ESクローンからヘテロ・ホモマウスを作製した。2次スクリーニングでは成長曲線や大腿骨を用いての3D-CTによる骨形態計測や骨力学試験、血液生化学的染色などを施行した。これまで52のノックアウトマウスラインを解析し、Lima1など42ライン(80.8%)に何らかの表現型異常を認め、現在そのいくつかの有意なラインについて各種組織学的評価や骨軟骨代謝関連の遺伝子発現解析など、より詳細な解析を行っている。これまでのスクリーニングの結果、42ライン(80.8%)に何らかの骨表現型異常を認めた。その中でさらに効率良く、骨軟骨代謝異常をきたす遺伝子を選別するために、骨形態計測の皮質骨骨塩量と骨力学試験の最大試験力の相関グラフを作成した。その中から著明な骨量減少をきたしたLima1/EPLINα遺伝子欠損マウスの解析を行った。二次スクリーニングの結果ではHomo mouseにおいて、明らかな骨量減少、骨強度低下を呈していた。またHomo mouseにおいてALP染色が薄く、骨形成能が低下していた。Lima1/EPLINは細胞接着に対するカドヘリン-カテニン複合体を連結するタンパク質で、細胞接着に関与する。一方、OBカドヘリンは骨芽細胞を含む線維芽細胞を含む間葉系細胞で発現している。Homo mouseにおいて、免疫染色で骨組織でのOBカドヘリンの発現低下を認め、初代骨芽細胞でも同様の結果であった。これらの結果からEPLINが欠損することによりOBカドヘリンーカテニン複合体を連結できず、細胞接着に異常を来たし、骨形成低下が生じたと考えられた。スクリーニングの結果、上記Lima1遺伝子以外にも骨軟骨代謝に関与すると考えられるマウスラインを複数保有している。それぞれについて、さらにin vivo/in vitroによる詳細な解析を行い、骨軟骨代謝に関与する新規遺伝子の同定を行う予定である。現在我々は、ロコモティブシンドロームを代表する骨粗鬆症などの病因・病態解明、そして新規創薬の為の未知の標的分子探索の為に、骨軟骨に異常をきたす遺伝子トラップマウスライブラリーを構築している。近年CRISPR/Cas9システムの開発により、ゲノム編集技術は大きく発展したが、この遺伝子トラップ技術の最大の利点は「未知遺伝子の発見および機能解析」にある。我々が開発した可変型遺伝子トラップマウスを用いた骨軟骨に異常を来す新規遺伝子群のスクリーニングシステムは非常に効率的で、このスクリーニングで異常を認めたマウスラインは骨軟骨代謝における重要な遺伝子をトラップしている可能性が非常に高い。今後これらのトラップマウスはバイオリソースとして様々な骨軟骨代謝研究での有効活用が可能で、さらに、我々の対象としている遺伝子は過去にin vivoで骨軟骨代謝に関する十分な報告がない遺伝子をばかりを選別しているため、新たな骨軟骨代謝制御機序を解明できる可能性があり、今後新規骨粗鬆症薬の創薬にも貢献できると考える。

Lima1/EPLINは細胞接着に対するカドヘリン-カテニン複合体を連結するタンパク質で、細胞接着に関与する。一方、OBカドヘリンは骨芽細胞を含む線維芽細胞を含む間葉系細胞で発現している。Homo mouseにおいて、免疫染色で骨組織でのOBカドヘリンの発現低下を認め、初代骨芽細胞でも同様の結果であった。これらの結果からEPLINが欠損することによりOBカドヘリンーカテニン複合体を連結できず、細胞接着に異常を来たし、骨形成低下が生じたと考えられた。スクリーニングの結果、上記Lima1遺伝子以外にも骨軟骨代謝に関与すると考えられるマウスラインを複数保有している。それぞれについて、さらにin vivo/in vitroによる詳細な解析を行い、骨軟骨代謝に関与する新規遺伝子の同定を行う予定である。現在我々は、ロコモティブシンドロームを代表する骨粗鬆症などの病因・病態解明、そして新規創薬の為の未知の標的分子探索の為に、骨軟骨に異常をきたす遺伝子トラップマウスライブラリーを構築している。近年CRISPR/Cas9システムの開発により、ゲノム編集技術は大きく発展したが、この遺伝子トラップ技術の最大の利点は「未知遺伝子の発見および機能解析」にある。我々が開発した可変型遺伝子トラップマウスを用いた骨軟骨に異常を来す新規遺伝子群のスクリーニングシステムは非常に効率的で、このスクリーニングで異常を認めたマウスラインは骨軟骨代謝における重要な遺伝子をトラップしている可能性が非常に高い。今後これらのトラップマウスはバイオリソースとして様々な骨軟骨代謝研究での有効活用が可能で、さらに、我々の対象としている遺伝子は過去にin vivoで骨軟骨代謝に関する十分な報告がない遺伝子をばかりを選別しているため、新たな骨軟骨代謝制御機序を解明できる可能性があり、今後新規骨粗鬆症薬の創薬にも貢献できると考える。
ロドプシンの発色団レチナール光異性化のトンネル反応機構

ロドプシンやバクテリオロドプシンのようなレチナールを発色団に含むレチナール蛋白質は、光子を吸収してから200fsあるいは500fsの超高速でレチナールの光異性化反応を誘起する。その機構を理解するためには発色団の励起状態のポテンシャル面(特にねじれ座標にたいする)を精度良く求めなければならない。さらに、90度のねじれ近くで振動の波束かどのようにして励起状態と基底状態のポテンシャル面間をトンネル遷移するか理解しなければならない。前の問題に対して、われわれは高度なab initio MO法(sa-CASSCF)をもちいて、発色団の基底状態と励起状態のねじれ座標に対するポテンシャル面の計算を行った。その結果、発色団の近傍にカウンターイオンを配置したモデルでは、平面から60度くらいのねじれ迄はほとんど平坦と見なされるような励起状態のポテンシャル面になり、60度を越えてねじれるとき急激なポテンシャルエネルギーの減少がみられた。それとともに、基底状態のポテンシャル面が上昇し、90度では0.8eV迄接近した。このポテンシャル面は発色団分子は励起されてからしばらくは自分の力ねじれ運動を始めるのでなく、タンパク質等の外部ポテンシャルの影響を受けながらねじれ出すことを暗示する。60度を越えてから自分の力でねじれていき、基底状態への断熱型トンネル遷移を起こすと期待される。われわれはこのようなポテンシャル面を取り入れて、バクテリオ口ドプシンの発色団の光異性化反応の分子動力学的シミュレーションを行った。そして、発色団は500-800fsで一方向的に光異性化反応をおこす結果が得られた。その過程を見ると、200fsぐらいで90度のねじれがおきており、ポテンシャル勾配のある残りの90度のねじれに300fsもかかっている。このように60度まで平坦なポテンシャル曲線を用いて、実験結果とよく一致する結果が得られた。
ポジショナルクローニング法を用いた多脾症／左右内臓逆位原因遺伝子の検索

内臓逆位症は、本来非対称性の発育を行う臓器や臓器系が対称性の発育を行うところにあり、複雑心奇形と脾臓、肺形成等の異常を伴う。この疾患は非対称性器官の左右の位置を決定する遺伝子の異常であると考えられている。我々は先にinv(11)(q13,q25)の染色体逆位をもつ内蔵逆位症を見出し、ポジショナルクローニング法を用いて逆位切断点領域をクローン化し、逆位切断点の構造を明らかにしてきた。さらに患者由来の切断点を含むゲノミッククローンより約30Kbにわたる全塩基配列を決定し、2つの候補遺伝子断片EST(Expressed Sequence Tag)をマッピングした。本研究では、逆位切断点によって分断されている遺伝子(DHTX)を同定した。ノーザン解析からヒト成人、胎児各組織で高い発現を認め、その遺伝子産物はcoiled-coil構造を有するタンパク質と推定された。DHTX遺伝子のゲノム構造を決定した結果、15個のエキソンからなる全長約250-300Kbの遺伝子であることがわかった。また、患者逆位切断点はイントロン6にあることが明らかとなった。
地盤と建物の連成効果を考慮に入れた地震荷重の提案

昨年までは建物を弾性体と見なして相互作用解析を行ってきたが、今年度は弾塑性応答をするものとして、これまでに観測されている複数の代表的な強新記録に対して地盤と建物の連成効果を考慮した応答スペクトルを多数計算した。この結果、短周期範囲で応答が大幅に減少するという相互作用の効果に加えて、建物が塑性化することにより建物の見かけの周期が伸びて、減衰の効果も増大することから、応答スペクトルの形状は短周期側に圧縮され、かつ応答値が減少することが分かった。この現象を考慮して、地盤と建物の連成効果および建物の塑性化の影響を同時に考慮した場合の地震応答を手計算でも容易に勘定できる簡便な手順を導入し、地震応答解析結果と比較することによりその妥当性を検証した。なお、この手法は現行の耐震設計のように応答スペクトルの形で与えたれている地震荷重に対してもそのまま適用することができる。他方、建物に塑性変形を許容すると応答スペクトルのピークが短周期側に移動するため、兵庫県南部地震で見られたように、10階建て前後の中層建物に比べて4階建て以下の低層建物の被害が著しく軽微であった事実をうまく説明できないことも同時に判明した。これは、大地震時には地盤も塑性化するために、地盤の等価せん断波速度も低減されるためと考えられることができる。ちなみに、室内の土質実験などで得られている地盤の剛性低下率などを参考に大振幅時の地盤の等価せん断波速度を計算し直すと、実際の被害と整合する解析結果が得られることが分かった。ただし、振幅に応じた等価専断は速度の具体的な低減方法についてはより慎重な検討が必要であり、今後の課題として残った。夏休みを利用して、西宮市、尼崎市、神戸市(主に長田区)の瀬戸内海沿岸から六甲山地にかけて立地する学校建築約30棟および周辺地盤で12成分の常時微動同時観測を行なった。被災地の学校の多くが避難所として使われており、被災した校舎の補修工事が夏休みに集中して行われている中、各教育委員会を始め関係者のご協力の下で比較的短期間に効率的に観測を行うことができた。相互作用の分析として、先ず、観測記録の中から建物の固有振動が顕著に見られる区間約40秒を取り出し、フーリエ振幅スペクトルを算定した。次に、適当な平滑化を施した後、固有振動に相当するピークの振幅を読み取り、これを基に建物-地盤連成系の振動モードを求めた。地盤の柔性(剛性の逆数)を表わす物理量として地盤(または建物)の振幅の相対的な大きさを取り、地盤と建物の変形(または変位)の比率で相互作用の大きさを表わすと、両者の間には強い相関関係があることがわかった。今後は、これらの分析結果を、筆者らが既に提案している相互作用を大まかに見積もる実用解法に当てはめ、この簡便手法の妥当性を検討するとともに、表層地盤の地質・土質から地盤剛性(柔性)を簡単に推定することを含めて、実用解法の改善を計る予定である。さらに、観測で得られた連成効果の大きさと、地震直後に行われた被災度判定の結果を照合することにより、学校建築の被害に及ぼした相互作用の影響を考察する。前年度に神戸、西宮地区で行った学校建築約30棟の常時微動観測記録についてフーリエスペクトルを計算し、これより地盤建物連成系ならびに建物のみの固有周期を読み取った。2種類の固有周期を用いて、半無限体上の円形基礎の動的地盤バネに関する多治見の式に現われる地盤のせん断波速度を算定した。他方、校舎の建設時に行われた標準貫入試験のN値から見かけ上等価なせん断波速度を求め、常時微動測定で得られたものと比較したところ両者の間には良い相関が認められた。

すなわち、標準貫入試験の結果さえ入手できれば、簡単な式を使って地盤の等価なバネ定数を推定できることが分かった。この地盤バネを用いて1995年兵庫県南部地震における神戸海洋気象台の記録に対して1質点のスウエー・ロッキングモデルの地震応答スペクトルを計算したところ、5-10階建ての建物に相当する周期範囲に極大値が現われ、7、8階前後の建物に大きな被害が生じた兵庫県南部地震の被災状況と調和的な解析結果を得た。なお、相互作用の効果を無視した基礎固定の解析では5階以下の低層建物の応答が大きくなり、被害状況をうまく説明できない。今後はより多くの強震記録に対して建物・地盤連成系の地震応答解析を行うとともに、手計算でも簡単に求められる実用的な解析手順を定式化する計画である。昨年度までは建物を弾性体と見なして相互作用解析を行ってきたが、今年度は建物が弾塑性応答をするものとして、これまでに観測されている複数の代表的な強新記録に対して地盤と建物の連成効果を考慮した応答スペクトルを多数計算した。この結果、短周期範囲で応答が大幅に減少するという相互作用の効果に加えて、建物が塑性化することにより建物の見かけの周期が伸びて、減衰の効果も増大することから、応答スペクトルの形状は短周期側に圧縮され、かつ応答値が減少することが分かった。この現象を考慮して、地盤と建物の連成効果および建物の塑性化の影響を同時に考慮した場合の地震応答を手計算でも容易に勘定できる簡便な手順を導入し、地震応答解析結果と比較することによりその妥当性を検証した。なお、この手法は現行の耐震設計のように応答スペクトルの形で与えられている地震荷重に対してもそのまま適用することができる。他方、建物に塑性変形を許容すると応答スペクトルのピークが短周期側に移動するため、兵庫県南部地震で見られたように、10階建て前後の中層建物に比べて4階建て以下の低層建物の被害が著しく軽微であった事実をうまく説明できないことも同時に判明した。これは、大地震時には地盤も塑性化するために、地盤の等価せん断波速度も低減されるためと考えることができる。ちなみに、室内の土質実験などで得られている地盤の剛性低下率などを参考に大振幅時の地盤の等価せん断波速度を計算し直すと、実際の被害と整合する解析結果が得られることが分かった。ただし、振幅に応じた等価専断は速度の具体的な低減方法についてはより慎重な検討が必要であり、今後の検討課題として残った。
宇宙推進器用セラミックス材料における微小欠陥の形状/寸法を考慮した破壊強度評価

セラミックスは耐酸化性および耐熱性に優れ、さらには低密度であることから、宇宙機用エンジン部材としての期待が高い。現在その中でも高靱性セラミックスの一つである窒化珪素を用いた次世代スラスタの開発が進められており、今後の惑星探査機への搭載が計画されている。しかしながら、セラミックス材料は脆性であるため、宇宙用部材としての信頼性確保のためには、熱的および機械的環境に対する強度評価だけでなく、宇宙空間に浮遊するメテオロイドとの衝突に対する衝撃強度評価も必要である。本年度は、窒化珪素セラミックスの耐メテオロイド衝撃性を実験的に評価した。実験は二段式軽ガス銃を用いて行い、直径0.5mmあるいは0.3mmの微小鋼球を最高4.5km/sまで加速させ、メテオロイド衝突と等価なエネルギを持つ飛翔体を厚さ13mmの平板ターゲットに衝突させた。超高速衝突実験によって窒化珪素に与えられた損傷形態は、衝突エネルギと板厚によって、以下の3つに分類することができた。1つ目は、低エネルギ衝突で見られた衝突面の衝突面のクレータ形成のみで、それよりも高い衝突エネルギでは、クレータだけでなく、さらに背面で部材の欠け落ち(スポール)が生じていた。3つ目の破損形態は、表面クレータおよび背面スポールとそれらが連結することでできた貫通穴が形成されるもので、薄い板材あるいはさらに高エネルギ衝突で生じていた。このように、実験のエネルギ範囲内では、局所的に損傷が形成されるものの、いずれの部材も破断することは無かった。スラスタの宇宙空間に曝露されるノズルスカートと呼ばれる部分は、運用時には応力がほとんどかからないため、想定されるメテオロイド衝突が生じたとしても、本実験で得られたような局所的な欠損が形成されるのみで、メテオロイド衝突後も運用に支障をきたすこと無くミッションを継続することが可能であると考えられる。軽量で耐熱性に優れるセラミックスは,宇宙器用次世代スラスタ材料として期待されている.その中でも窒化珪素は耐酸化性にも優れることから,現在窒化珪素製スラスタの開発が進められている.しかしながら,セラミックス材料は脆性であるため,その強度は部材に内在する欠陥に敏感である.セラミックスを構造材料として使用するためには,これらの特性を考慮した強度評価が必要である.本研究では,内在欠陥として表面近傍に存在する半楕円き裂を想定し,非対称四点曲げ試験法によるせん断荷重下でのき裂前縁における応力拡大係数について,き裂寸法による影響を有限要素法を用いて検討した.表面き裂に対して純粋せん断モードのみが作用する場合,応力拡大係数は部材表面近傍で面外せん断であるMode III成分を含み,き裂縁の位置によっては面外せん断と面内せん断(Mode II)の完全な混合モードとなっていた.ただし,応力拡大係数の最大値は常にき裂最深部であり,Mode II成分であった.そこでき裂最深部のMode II応力拡大係数についてのみ注目し,そのき裂形状のアスペクト比(き裂長さとき裂深さの比)やき裂寸法比(き裂深さと板厚の比)などに対する値の変化を検討した.対称四点曲げ試験法による純粋Mode I荷重下での貫通き裂および表面き裂に対する応力拡大係数の傾向に比べて,非対称四点曲げ試験での傾向は複雑なものとなっていた.そこで,様々なアスペクト比および寸法の表面き裂を想定して,それらに対する応力拡大係数を解析的に算出することで,せん断荷重下におけるき裂の応力拡大係数評価のためのデータベースを作成した.これを基に実験を行うことでせん断荷重下における微小き裂に対する破壊靱性値の詳細な評価が可能となった.セラミックスは耐酸化性および耐熱性に優れ、さらには低密度であることから、宇宙機用エンジン部材としての期待が高い。

スラスタの宇宙空間に曝露されるノズルスカートと呼ばれる部分は、運用時には応力がほとんどかからないため、想定されるメテオロイド衝突が生じたとしても、本実験で得られたような局所的な欠損が形成されるのみで、メテオロイド衝突後も運用に支障をきたすこと無くミッションを継続することが可能であると考えられる。
ホモロジー論におけるカテゴリー論的手法

このテーマについては代表者と研究協力者佃修一氏(琉球大学理学部助手)が協力して研究した。有限複体を底空間とする主束の同伴随伴束のホモトピー型の研究を、fibrewise homotopy theoryを用いて研究し、その分類に成功した。このときfibrewiseな局所化について研究し、この意味でいつこの随伴束が自明かという問題も解決することで分類問題を解決した。ゲージ群は、この随伴束の切断の空間と考えられるので、さらに岡山理科大学栗林勝彦助教授との共同研究では随伴束のコホモロジーの構造についても研究した。これらの研究では、圏論の考え方が重要であった。2.ホモトピー代数の研究ホモトピー代数はGrothendickのSGAにその起源があり、その後Quillenによって定式化された。その後あまり注目されなかったが最近代数多様体のホモトピー論を考える上で重要になってきている。このように普通の意味でのホモトピーが考えられない圏でのホモトピー論ではモデルカテゴリーを考えることでホモトピー論を展開する必要が多い。この方向で重要なのがヱタールホモトピー論である。従来よりも圏論的な手法を取り入れることによりSpin(2n+1)/U(n)とSp(n)/U(n)は1/2で局所化するとホモトピー同値であることを示すことができた。L-S Categoryは多様体の上の可微分な函数の特異点の数を数える問題を起源としている。この問題を考えるときに高次のホモトピー結合性の問題と深い関係があることが最近九州大学数理科学院の岩瀬則夫助教授の研究で発見された。代表者は岩瀬氏と共同でいくつかの成果を得ており現在プレプリントを作成中である。K理論の大域的研究このテーマの研究では代表者が研究協力者岸本大祐氏と共同で研究し、K理論の分類空間BUについてBott mapや外テンソルに当たる写像の特徴付けを得た。さらにBUの非可算無限個のクローンのうち外テンソルにあたる写像を持つものはBUに限ることを示した。またKR理論のBott周期性定理のホモトピー論的証明とその分類空間BRのホモトピー論的特徴付けにも成功した。非安定K理論の研究このテーマについては代表者と研究協力者濱中裕明氏が共同で研究しました。今年度得られた成果は2n次元の有限複体Xに対して、その非安定K群[X, U(n)]の元の位数の上限の決定や2n次元の整係数コホモロジー群との関係を決定した。又Xを低空間とする複素ベクトル束のn次Chern数との関連も決定できた。ホモトピー代数の応用このテーマでは代表者が分担者深谷賢治氏の協力を得て研究を遂行し種々の微分幾何学的な不変量の構成とホモトピー代数の関連を研究した。又代数多様体のホモトピー論との関連も研究した。力学系理論との関連の研究このテーマについては代表者が分担者國府寛司氏の協力の元でConleyの研究をカテゴリー論的な観点から見なおすことを中心に研究した。Conley indexがある種の複体の貼り付け写像として定義できることを示したこのテーマについては代表者と研究協力者佃修一氏(琉球大学理学部助手)が協力して研究した。
触媒活性部位での多元的協調作用を活用する人工酵素の開発

申請者が開発した二つの異なる金属を有する複合金属錯体Al-Li-bis(binaphthoxide)(ALB)やLa-Li-tris(binaphthoxide)(LLB)は、中心金属がルイス酸として、アルカリ金属-酸素結合がブレンステッド塩基として機能し、反応の両基質を活性化するとともに、触媒の多数の不斉配位子が基質の配向を高度に制御する。活性部位での多元的協調作用を利用する不斉触媒である。今回、新展開として、特に不斉ホモカップリング反応のような同一種の二分子の基質に対する新しいタイプの二重活性化機構を有する触媒の開発研究を行った。R体のジホルミルビナフトールとアミノ酸であるtert-(S)-ロイシンから導かれるジイミン体に対し四当量の酸化硫酸バナジウム(VOSO_4)を添加することにより新規バナジウム二核錯体(R,S)-1を合成した。酸素雰囲気下、2-ナフトールのカップリング反応に錯体(R,S)-1を用いたところ、収率83%、光学収率83%eeでカップリング体が得られた。本反応は、過剰の酸素雰囲気下よりも空気中程度の酸素濃度で反応を行った場合の方がエナンチオ選択性は高いことが明らかとなった。新規二重活化機構の存在を明確にするために反応溶液のFAB-Mass、NMR、ESR測定による反応中間体の解析、及び、錯体(R,S)-1と類似の構造を有する単核錯体2を合成して、2-ナフトールのカップリング反応における反応速度解析を行った。カップリング反応は2-ナフトールに対して二次の反応として解析でき、20°Cでの二核錯体(R,S)-1の反応速度は、単核錯体2の約48倍であった。また二核錯体(R,S)-1を用いた2-ナフトールのカップリング反応では、カップリング体の不斉収率は反応初期から高く、二核錯体(R,S)-1の持つ二重活性化機構は触媒活性とエナンチオ選択性の両方の向上に寄与していることが明らかとなった。また、ビフェニル骨格を持つ二核錯体3を調製して、触媒活性を調べた結果、二核錯体3は、二核錯体(R,S)-1と比較して触媒活性に若干の低下がみられるものの二重活性化機能は保持していることが明らかとなった。
動的冷却安定化による高電流密度超伝導導体の開発研究

磁場閉込め方式の核融合の次期装置においては,大型超伝導マグネットが強く要求されている.従来,大型マグネットを安定に動作させる方策として冷却安定化法が採用されている.この方法は信頼性は高いが動作電流密度が30A/mm^2程度の小さな値になるという欠点をもつ.本研究の目的は,安定化材である銅の低温における特性,高い熱伝導度ときわめて小さい磁気拡散係数を有効に利用した新しい安定化方法「動的冷却安定化法」の理論の定式化を行い,それによる予測をモデル導体を用いて実証することにある.この方法によればNb_3Snテープ導体による大型コイルにおいて,動作電流密度を100A/mm^2まで上げられることが可能となると予想される.1理論解析考察の対象とする導体は巾広のテープ導体で,ここでは超伝導体として厚さd=25ー90μmのNb_3Snをとりあげた.これを厚さがD/2mmの銅のテープで両側よりサンドウィッチした複合導体を考える.巾広面が液体ヘリウムで冷却される条件のもとで,外部加熱やパルス的変動磁場を加えた場合の安定限界電流密度Jsを解析より求めた.Jsは超伝導体及び銅の物性値,ヘリウムの伝熱係数できまるが,銅の厚さDとともに増加するのが特徴である.2予備的実験と理論の比較素材としてのCuーNb_3SnーCuテープはd=25μm,D=0.1mmを用いた.この導体は磁気的に不安定であった.つぎにこの導体の両側に銅テープ(D=2mm)を付加すると磁気不安定性は解消する.解析によると,前者ではJs=1.1×10^4A/mm^2,後者ではJs_2=4.8×10^4A/mm^2で,他方現実の臨界電流密度Jcとすると, Js_1〈Jc〈Js_2の関係があって,観測事実を説明できる.なおこの安定化法は先進材料,酸化物にも將未適用されるであろう.磁場閉込め方式の核融合の次期装置においては,大型超伝導マグネットが強く要求されている.従来,大型マグネットを安定に動作させる方策として冷却安定化法が採用されている.この方法は信頼性は高いが動作電流密度が30A/mm^2程度の小さな値になるという欠点をもつ.本研究の目的は,安定化材である銅の低温における特性,高い熱伝導度ときわめて小さい磁気拡散係数を有効に利用した新しい安定化方法「動的冷却安定化法」の理論の定式化を行い,それによる予測をモデル導体を用いて実証することにある.この方法によればNb_3Snテープ導体による大型コイルにおいて,動作電流密度を100A/mm^2まで上げられることが可能となると予想される.1理論解析考察の対象とする導体は巾広のテープ導体で,ここでは超伝導体として厚さd=25ー90μmのNb_3Snをとりあげた.これを厚さがD/2mmの銅のテープで両側よりサンドウィッチした複合導体を考える.巾広面が液体ヘリウムで冷却される条件のもとで,外部加熱やパルス的変動磁場を加えた場合の安定限界電流密度Jsを解析より求めた.Jsは超伝導体及び銅の物性値,ヘリウムの伝熱係数できまるが,銅の厚さDとともに増加するのが特徴である.2予備的実験と理論の比較素材としてのCuーNb_3SnーCuテープはd=25μm,D=0.1mmを用いた.この導体は磁気的に不安定であった.つぎにこの導体の両側に銅テープ(D=2mm)を付加すると磁気不安定性は解消する.解析によると,前者ではJs=1.1×10^4A/mm^2,後者ではJs_2=4.8×10^4A/mm^2で,他方現実の臨界電流密度Jcとすると, Js_1〈Jc〈Js_2の関係があって,観測事実を説明できる.なおこの安定化法は先進材料,酸化物にも將未適用されるであろう.
弦理論の非摂動的側面、特に高次元物体(ブレーン)の力学についての研究

昨年度得られた結果のもっとも主要なものである、交差するブレーンの組み替え機構の解明において、次の二点の重要な事実が判明した:(1)ブレーンの場所を表す座標が行列となりブレーンから離れた場所にある他のブレーンを統一的に記述している。(2)ブレーンの組み替えは局所的なブレーンの対消滅と見ることが出来る。これらの二点いついて掘り下げるべく研究を行った。まず(1)に関しては、更に一般的な行列的ブレーン配置について、その生成する超重力理論のソース配置を具体的に行列理論を使って計算し、このようなぼやけたブレーンがどう解釈できるかを追及し論文に仕上げた。次に(2)に関しては、これまでブレーン消滅に関するタキオン凝縮の予想を証明するために使われてきた境界弦場理論の摂動的定式化を初めて行った。これは弦の場の理論が弦理論の摂動論と矛盾しないことを初めて示した仕事である。またその応用としてタキオン凝縮でブレーンが実際に消えていることが示される。これらの結果はMod.Phys.Lett.Aに招待論文としてまとめが掲載された。これらの結果は、ソウル国立大学素粒子理論研究室での招待講義で詳細に発表したほか、韓国高等研究所でセミナー発表を行った。また、7月には弦理論唯一の大規模国際研究会である「Strings2004」とそのサテライト研究会「Strings at CERN」に出席し、研究者と議論を行った。また夏にはAspen物理学研究所に滞在し、タキオン凝縮について研究交流を行い、その結果は2005年1月にプレプリントの形で完成させた。研究計画に基づき、平成15年度前半では、超弦理論における交差するブレーンがどのように組み替わるかを、低エネルギー有効理論の立場から明らかにした。これは、ブレーンが局所的に消滅したことに相当しており、ブレーンの消滅に関するSenの予想を特定の場合に証明したことになる。ブレーンの組み替えは、ブレーンを弦理論の基本的物体だとする立場では非常に基本的な相互作用である。また、ブレーンを元とする弦理論的現象論でも、この組み替え機構は、インフレーション宇宙モデルや標準模型のヒッグス機構などを実現するための中核をなす。これらの意味で、ブレーンの相互作用の重要な部分を解明したと考える。この研究結果について、弦理論の唯一の大規模国際研究会である『Strings2003』研究会において発表を行なった。また、本研究は、マサチューセッツ工科大学のTaylor助教授との共同研究に基づく部分もあり、本科学研究費の外国旅費を使用してマサチューセッツ工科大学に10日程度滞在したことが、研究に本質的な発展を促した。このようなプレーンの動力学は、ブレーン間をつなぐ弦の力学に大きく依っており、それは非可換な行列で体現されている。この非可換性が高次元のブレーンの形にどのように寄与しているかを、15年度後半の研究で明らかにした。ここでは、更に具体的に、行列の情報が、ブレーンから離れた場所に於いても高次元空間の電荷分布の情報を与えていることを明らかにした。これらの研究成果は、合衆国アルゴンヌ国立研究所における、ブレーンの力学に関する国際研究会の招待講演で発表を行なった。また、その他各地でも研究講演を行なった(筑波大学、高エネルギー加速器研究機構、お茶の水大学、埼玉大学、理化学研究所、東京工業大学、ハーバード大学、マサチューセッツ工科大学、東京大学、京都大学)。