hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
結晶組織選択

1.一方向凝固における層状組織形成包晶合金を高温度勾配で一方向凝固を行うと2相が成長方向に積層したバンド組織が形成される。2相の競合成長において本質的な成長形態であることを磁場中一方向凝固により明らかにした。2.磁気異方性を利用した配向組織形成BiMn包晶化合物の配向組織形成プロセスとして、非平衡組織からの半溶融凝固および粗大化過程における配向組織形成が可能であることを明らかにした。さらに、磁場中粗大化過程における配向組織形成を界面エネルギー、磁気的なエネルギーを考慮した結晶粒の粗大化モデルを作成した。その結果、多くの合金などの界面エネルギーは10^<-1>から100J/m^2程度の大きさであり、磁気的なエネルギーも十分に粗大化の駆動力となり得ることが導かれた。さらに、レーザを用いた局的な加熱により、数10ミクロンの領域を配向させることができることを明らかにした。3.偏晶合金系の磁場による凝固組織制御偏晶合金は凝固時に2液相に分離し、密度差により大きな重力偏析を生じることが知られている。強い直流磁場でのCu粒子の浮上に対してローレンツ力がブレーキとして作用し、均一分散組織を形成することが可能であることが実験から明らかになった。AlーIn系においては、従来は形成が困難であった過偏晶組成領域で、数T以上の規則的なロッド組織が形成されることを明らかにした。Al-In系においては、従来は形成が困難であった過偏晶組成領域で、数T以上の規則的なロット組織が形成されることを明らかにした。強磁場印加による結晶組織選択では、包晶合金の高温度勾配下における一方向凝固について実験および検討を行った。バンド組織など周期的組織は、凝固界面における物質輸送、対流などの外乱に対して非常に敏感であることがモデル化により明らかになった。磁場の印加による非定常な対流の抑制は、周期組織の形成を安定化し、組織選択に有効であることが明らかになった。さらに、磁化率の濃度依存性などを利用した選択的な磁化力の作用は、物質輸送を変化させることにより周期的組織を制御できる可能性があることも確認された。これまでのローレンツ力による対流抑制、定常流の実現だけでなく、磁化による体積力の付加により、結晶組織選択を行える可能性を示したと考えられる。今後、強磁場を利用した組織選択、組織制御に結びつけるため、研究を展開する予定である。結晶組織選択と磁場を利用した組織制御では、BiMn化合物について初期組織、凝固過程の制御により、包晶化合物の磁場配向・組織選択に寄与するかどうかを調べた。非平衡共晶反応を利用し、液体急冷法によりBiとBiMn微細共晶組織を得た。

この非平衡共晶組織を包晶温度以下に急加熱・保持することにより、液相中にBiMn化合物が分散した非平衡状態が実現でき、磁場の印加が有効に作用し、BiMn包晶化合物のc軸が配向した多結晶を製造できることを確認した。従来の冷却過程において凝固させる手法に比べて、適応できる系が広がると考えられる。1.結晶組織選択と磁場を利用した配向組織形成急冷凝固により非平衡に形成されるBi/BiMn共晶組織を急速加熱・包晶温度以下で保持することにより、準安定共晶組織の部分的な溶融が生じることを確認した。固液共存状態において磁場を印加することにより、平衡状態では固液共存域が存在しない包晶化合物でも配向した組織が形成されることが明らかにした。2.周期組織形成に及ぼす磁場の効果磁場印加により対流を抑制しても周期組織が形成されることを実験面から確認し、周期組織形成が包晶系では本質的であることを明らかにした。磁場の印加により、Pb-Bi包晶系合金では周期組織形成距離が長くなり、安定して形成できることを明らかにした。実験結果をもとに、周期組織形成を非定常成長モデルの基礎を確立した。3.静磁場中の高周波誘導加熱による溶湯保持、凝固組織制御静磁場中における高周波誘導加熱により、静磁場により対流を抑制した状態での非接触加熱・保持法の基礎を確立した。1.一方向凝固における層状組織形成包晶合金を高温度勾配で一方向凝固を行うと2相が成長方向に積層したバンド組織が形成されることが報告されている。周期組織が形成される機構として、2相の競合成長において本質的な成長形態、非定常な振動する対流の影響が指摘されていた。この二つの機構のいずれが支配的を明らかにするために強磁場を利用した。磁場強度が増加するにともない非定常な対流は抑制されているが、層状組織はより顕著に形成された。包晶系などの競合成長時の層状組織形成は本質的な成長形態であり、磁場の印加による外乱の低下・マクロ偏析の低下は安定した層状組織に寄与することが明らかになった。2.磁気異方性を利用した配向組織形成粗大化の過程に磁場がどうように影響するかを明らかにし、界面エネルギー、磁気的なエネルギーを考慮した結晶粒の粗大化のモデルを用いて考察した。その結果、多くの合金などの界面エネルギーは10^<-1>から10^0J/m^2程度の大きさであり、磁気的なエネルギーも十分に粗大化の駆動力となり得ることが導かれた。実験により、粗大化の過程においても磁場による配向組織が形成されることが明らかになった。3.重力偏析の抑制による均一分散組織偏晶合金は凝固時に2液相に分離し、密度差により大きな重力偏析を生じることが知られている。強い直流磁場でのCu粒子の浮上(Pb粒子の沈降)に対してローレンツ力がブレーキとして作用し、均一分散組織を形成することが可能であることが実験から明らかになった。1.一方向凝固における層状組織形成包晶合金を高温度勾配で一方向凝固を行うと2相が成長方向に積層したバンド組織が形成される。2相の競合成長において本質的な成長形態であることを磁場中一方向凝固により明らかにした。2.磁気異方性を利用した配向組織形成BiMn包晶化合物の配向組織形成プロセスとして、非平衡組織からの半溶融凝固および粗大化過程における配向組織形成が可能であることを明らかにした。
不気味の谷の実験心理学的研究

人工物(画像)の写実性(本物らしさ)が人間の判断に影響を与えうることはよく知られており、そのような影響に言及した仮説に「不気味の谷」がある。この仮説は、高い写実性を持つロボットや人形が、観察者に不快感を与えるであろうと主張している。本研究では不気味の谷の検討を出発点として、より広い意味での写実性判断に関わる心的プロセスの解明を目指した。心理実験の結果、写実性の判断のために視覚系が利用している情報は、「本物らしさ」よりもむしろ「作りものらしさ」であることを示すデータが得られた。本研究課題では、「本物らしさ」または「リアリズム」の判断の背景にある知覚・認知メカニズムの、を、実験心理学的手法で検討している。20年度は、ロボット工学分野で「不気味の谷」として知られる現象を、顔の歪み残効の測定を通じて検討した。不気味の谷は、人工物を人間に似せていけば似せていくほど、人工物に対する観察者の印象が悪化していく(とされる)現象である。不気味の谷は、人工物全体について成り立ちうるものであるが、本研究では問題点を整理するために、研究対象を顔に限定し、生身の人間の顔=自然顔と、作り物の顔=人造顔に対する顔の知覚・認知を比較した。不気味の谷が生じる原因として次の二つのものが考えられる。1)自然顔と人造顔は、脳内の異なるメカニズムによって処理されており、それぞれのメカニズムの性質の違いを反映した現象(の一つ)が不気味の谷である。2)自然顔と人造顔は、脳内の同一のメカニズムによって処理されているが、そのメカニズム内で異なる処理を受けている。これら二つの仮説の妥当性を検証するために、自然顔と人造顔の間で顔の歪み残効が転移するかどうかを測定する実験を行った。今回用いた顔の歪み残効は、順応刺激として拡大された目を持つ顔(順応刺激)を持続的に観察すると、その直後に観察した顔(検査刺激)の目の大きさが過小評価されるという現象である。順応刺激として自然顔を用いた場合、検査刺激が自然顔と人造顔のいずれであっても残効が生じた。ただし、順応刺激として人造顔を用いると、検査刺激が自然顔と人造顔のいずれであっても残効はほとんど生じなかった。これらの結果は、人間の視覚系は自然顔と人造顔を同一のメカニズムによって処理しているが、人造顔に対する処理は不完全なものであることを示唆している。この成果は現在学術誌に投稿し、審査を受けている段階である。本研究課題では、「本物らしさ」または「写実性」の判断の背景にある知覚・認知メカニズムの特性を、実験心理学的手法で検討している。20年度は、ロボットや人形など、人間類似の人工物の外観が持つ写実性を対象とした実験を行ったが、21年度では情景画像が持つ写実性の判断についての検討を中心的に行った。ロボットや人形の場合、観察対象が生身の人間であるか、それとも作り物であるのかを識別するための心的メカニズムが主要な検討対象となるが、情景画像の場合、例えば、画像が風景写真であるのか、それとも風景画(油絵やスケッチなど)であるのかを識別するための心的メカニズムが検討対象となる。21年度は、実験手法の開発を主要な目的としたが、知覚心理学での伝統的実験手法である順応パラダイムが、情景画像の写実性判断を研究する際にも適用可能であることを示唆するデータを得た。例えば、風景画像を持続的に観察した直後には、写実性の度合いが高まって感じられることが分かった(写実性残効)。他にも、変化の見落とし課題や、境界拡張現象(boundary extension)の実験パラダイムを用いた研究手法の開発に着手した。境界拡張現象については、先行研究で報告されている現象の再現性自体が困難であり、本研究課題の文脈における有効性を確認することはできなかった。しかし、変化の見落としパラダイムを用いた実験については、写実性変化の検出に非対称性が存在することを示すデータが得られつつある。また、変化の見落としおよび順応パラダイムの結果を統合的に解釈するための理論構築に着手した。また、20年度に学術誌に投稿した不気味の谷に関する論文が受理された。本研究課題では、「本物らしさ」または「写実性」の判断の背景にある知覚・認知メカニズムの特性を、実験心理学的手法で検討してきた。21年度は、写実性判断に関する順応実験の結果に基づいて、写実性の判断が「本物らしさ」の検出過程というよりもむしろ、「作りものらしさ」の検出過程としてとらえるべきものであるという趣旨の仮説を提案した。22年度では、この理論の妥当性をさらに高めることを目的として、変化の見落とし実験を実施した。

この実験において、被験者は、写実的画像が非写実的画像へと徐々に変化する画像系列(動画)、またはその逆方向に変化する画像系列のどちらか一方を、一切の予備知識無しに観察した。半数近くの被験者が、写実性の変化が提示されたことに気づかなかったが、写実性の変化に気づいた被験者の多くは、写実的画像が非写実的画像に変化する画像系列を観察した被験者であった。つまり、「本物らしさ」が徐々に出現しても、写実性の変化には気づきづらかったが、「作りものらしさ」が徐々に出現すると、写実性の変化に比較的気づきやすかったということである。また、補足実験の結果から、この実験状況では、視覚情報が徐々に消滅することよりも、徐々に出現することの方が、検出が容易であったことがわかっている。これらの実験結果は、写実性の判断が「作りものらしさ」の検出過程を意味するという仮説を支持していると考えることができる。また、21年度の研究成果である、順応実験の結果をまとめた論文が学術誌に受理された。22年度の成果については、学術誌に投稿し、審査を受けている段階である。
量子集合論の研究と量子情報理論への応用

1.完備オーソモジュラ束の可換子の導入:完備オーソモジュラ束の任意の部分集合に対して,その可換子を定義した。任意の完備オーソモジュラ束は,全体集合の可換子で生成される直和因子とその補元で生成される直和因子に分解され、前者は完備ブール代数,後者はブール束を直和因子に持たない束になる。2.完備オーソモジュラ束の含意の導入:完備オーソモジュラ束に,可換元の間では古典論理の含意に一致するなど極めて一般的な要請を満たす含意論理接続詞のクラスを導入し,それらの性質を調べ,その最大のものと最小のものを特徴づけた。3.完備オーソモジュラ束に基づく量子集合の構成:任意の完備オーソモジュラ束上で上記のクラスに属する任意の含意接続詞を持つ論理に対して,量子集合論の普遍類を定義し,それらを定項として含む集合論の任意の論理式にその射影束の元を真理値として対応させる規則を定義し,有界論理式の真理値は,その定項が含まれる部分環に依存しないで絶対的に定まること(絶対性性原理)を証明した。ZFC集合論の普遍類からの埋め込みを定義し,それらのみを定項として含む有界論理式の真理値は,ZFC集合論における真理値と一致することを示した。4.量子集合論における移行原理:定項の集合に対して,それらが互いに可換であることを意味する命題の真理値を定義し,ZFCで証明される任意の論理式について,その定項に関する可換性の条件の下では,量子集合論で常に成立する事を表す移行原理を証明した。これまでの研究では,完備オーソモジュラ束がvon Neumann環の射影束の場合で,かつ,含意接続詞が佐々木アローである場合に,ZFCで証明される任意の「有界」論理式についてのみ移行原理が証明されていた。本研究により,これらの制約が大幅に緩和され,究極的な定式化のもとでZFCから量子集合論への移行原理が確立された。1.量子集合の構成:任意のvon Neumann環の射影束を論理とする量子集合論の普遍類を定義し,それらを定項として含む集合論の任意の論理式にその射影束の元を真理値として対応させる規則を定義し,有界論理式の真理値は,その定項が含まれる部分環に依存しないで絶対的に定まること(絶対性性原理)を証明した。また,ZFC集合論の普遍類からの埋め込みを定義し,それらのみを定項として含む有界論理式の真理値は,ZFC集合論における真理値と一致することを示した。2.量子集合論における移行原理:定項の集合に対して,それらが互いに可換であることを意味する命題の真理値を定義し,ZFCで証明される任意の有界論理式について,その定項に関する可換性の条件の下では,量子集合論で常に成立する事を表す移行原理を証明した。3.量子集合論における実数の構成:量子集合論の実数の全体とその射影束をもつvon Neumann環にaffiliateする自己共役作用素の全体が一対一に対応する事を証明し,量子集合論の実数が数直線の区間に属する真理値が対応する自己共役作用素のその区間に対するスペクトル射影と一致することを示した。この事から,量子集合論の実数に関する命題は,量子系の物理量に関する観測可能な命題と対応づけられる事が導かれた。4.量子実数論における相等関係:量子集合の間の相等関係は一般に等号公理を見たさないにもかかわらず,量子実数の間の相当関係は,非可換なもの同士であっても等号公理を満たすことを示した。6.相等関係と量子完全相関の対応:二つの実数が等しいという命題を所与の状態で成立する事と,対応する物理量がその状態で完全相関している事が同等である事を証明して,量子完全相関の様々な性質について調べた。

これまでの研究では,完備オーソモジュラ束がvon Neumann環の射影束の場合で,かつ,含意接続詞が佐々木アローである場合に,ZFCで証明される任意の「有界」論理式についてのみ移行原理が証明されていた。本研究により,これらの制約が大幅に緩和され,究極的な定式化のもとでZFCから量子集合論への移行原理が確立された。
地下水汚染フィールドを利用したトレーサー試験方法の提案と汚染メカニズムの解明

本研究では,トレーサーとして糞便汚染指標であるコプロスタノールを利用することについて検討を加えた.トレーサー試験は,単一観測孔を利用するポイントダイリューション法により試験データを蓄積した.この観測孔を用いた水質の鉛直分布特性や時空間分布特性を明らかにした.コプロスタノールは,通常のトレーサーとしての利用は困難であるものの,汚染原因の特定への適用可能性を見出すことができた.硝酸性窒素による地下水汚染が明らかとなっているフィールドを用い、新たなトレーサーとしてコプロスタノールの利用を検討することを目的として、今年度,まずは汚染状況の調査を行うことと,新規に観測孔を設置し,深度方向の同時サンプリングを実施することを試みた。まず現場のトレーサー試験の観測孔の適地選定とオールコアボーリングを行い、現地の地質や流向および流速などを調べた。研究対象としたフィールドにおける水道水源井戸、民家所有の井戸、湧水地点において地下水をサンプリングし、現場においてpH,EC,ORPなどを測定して、実験室ではイオンクロマトグラフィーによる主要成分の分析を行い、ヘキサダイアグラム、トリリニアダイアグラムを描画し、水質の状況を把握した。サンプリングは2ヶ月に1度行い、水質変化の状況も把握している。硝酸性窒素と各イオン成分との相関関係より、汚染源として家畜糞尿や化学肥料が確認された。また硝酸性窒素濃度の高い場所では、本研究で新たなトレーサーとして利用を考えているコプロスタノールと硝酸性窒素濃度との関係を調べたところ、概ね硝酸性窒素濃度が高い点でコプロスタノールの濃度も高いことが確認された。硝酸態窒素による地下水汚染が明らかとなっているフィールドを用い、新たなトレーサーとしてコプロスタノールの利用を検討することを目的としてH24年度より研究を開始した。初年度にトレーサー試験を行うための観測孔を設置し、深度方向のサンプリングや研究対象地域の汚染状況を把握するためのサンプリングと分析を行ったが、今年度も観測孔および研究対象地域における2ヵ月に1度のサンプリングは継続しており、汚染状況の時間的な変動特性と空間的な広がりを把握するとともに、分析結果を用いた主成分分析やクラスター解析といった多変量解析による統計的処理を行い、サンプリング地点特性の分類を行った。その結果、硝酸態窒素汚染の影響を受けたサンプリング地点は、明確にその他の地点とは分離されることが分かった。昨年度とりまとめた水質分析結果の解析については、今年度10月の地下水学会において口頭発表した。また12月には、本研究に対してもレビューを戴いている海外研究協力先であるスウェーデン、ルンド大学のセミナーにおいても口頭発表し、有益なコメントを得ることができた。また初年度に明らかになったこととして、コプロスタノールそのものをトレーサー物質として試験に適用することは困難であるため、今年度は、まずトレーサー試験体制を確立するために、低濃度の塩水をトレーサーとして用い、計4回のトレーサー試験を実施した。今年度は、単孔式のトレーサー試験であるポイントダイリューション法により、現場を流れる地下水の流速と透水係数を把握することができた。計4回のトレーサー試験を実施する中で、トレーサーの投入方法や本課題で購入したサンプラーを用いた試験方法など、試験体制を確立する上での種々の知見を得ることができた。地下水汚染のトレーサーとして利用を検討しているコプロスタノールをその他の化学物質のトレーサーとしての活用事例についても検討した。硝酸性窒素による地下水汚染が明らかとなっているフィールドを用い、新たなトレーサーとしてコプロスタノールの利用を検討することを目的として平成24年度より研究を開始した。初年度(平成24年度)は、トレーサー試験を行うための深度50mの観測孔を2本設置した。1m区間ごとのサンプリングが可能なサンプラーを導入して、深度方向のサンプリングと分析を、現在まで継続して実施している。また研究対象地域の汚染状況を把握するためのサンプリングと分析も、初年度より継続して実施しており、初年度から平成25年度にかけて、それらのデータをとりまとめ、汚染状況の時間的な変動特性と空間的な広がりを把握するとともに、分析結果を用いた主成分分析やクラスター解析といった多変量解析によって統計的処理により、サンプリング地点特性の分析を行った。平成25年度から平成26年度にかけて、自己組織化マップにより、さらなるデータ解析を行い、水質分類を明確に行った。また本研究の一環として、研究対象地域の集落ごとの汚染可能性を推計することを試みた。これらの結果について、国内外の主要な学会において口頭発表、ポスター発表などを行った。トレーサー試験に関しては、初年度より継続して、試験方法を試行しており、ほぼ、ポイントダイリューション法による試験体制を確立できたと考えている。コプロスタノールそのものをトレーサー試験に適用することは困難であるため、サンプリングによるトレーサーとしての利用を検討しており、平成26年度末に、窒素同位体比と酸素同位体比などの同位体比測定結果と比較することによる窒素負荷の起源推定への利用可能性の検討に着手したところである。またポイントダイリューション法に用いない方の観測孔を利用した毎日の定時サンプリングと気象観測を1年間継続し、長期的な降雨、蒸発散、地下水位のデータを収集し、現地における地下水涵養モデルの構築を試みた。硝酸性窒素による地下水汚染が明らかとなっているフィールドにおいて、新たなトレーサーとしてコプロスタノールを利用を検討することを目的として平成24年度より研究を開始した。

およそ1m区間ごとの地下水のサンプリングが可能なサンプラーを導入し、深度方向のサンプリングと分析を今年度まで継続して実施しており、水質の鉛直分布特性について解析を行い、結果をとりまとめた(平成28年度中には原著論文として投稿予定である)。また研究対象地域の汚染状況を把握するためのサンプリングと分析も、初年度より継続して実施してきているが、初年度から平成25年度までのデータに対して実施した、主成分分析やクラスター解析の結果についてとりまとめた原著論文が、今年度発行された。今年度(平成27年度)までの水質データを対象として、新たに自己組織化マップにより解析した結果についても、原著論文として投稿中である。トレーサー試験に関しては、現地へ観測孔を設置して以来、種々の方法を試みたところ、単一の観測孔を利用したポイントダイリューション法が適切であると、平成26年度には結論を得ていたため、今年度(平成28年度)は、ほぼ1ヵ月に1度の頻度で、集中的に、現場トレーサー試験を実施して試験データを蓄積した。本研究の第一の目的である、研究対象地におけるトレーサー試験体制の確立と、試験データの蓄積(昨年度は月1回の高頻度で実施した)と試験結果の解析方法を確立した(試験結果から透水係数と分散長を評価する方法の確立)。また第二の目的である、汚染メカニズムの解明に資するデータを取得するための様々な研究を実施することができた。さらに、研究の成果報告として、国内外の学会発表(アメリカ地球物理学会、日本地下水学会ほか)および国際誌(Environmental Earth Sciences)や国内誌(地下水学会誌)への論文発表を行うことができた。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たい。硝酸性窒素による地下水汚染が明らかとなっているフィールドにおいて、新たなトレーサーとしてコプロスタノールを利用を検討することを目的として平成24年度より研究を開始した。初年度(平成24年度)は、トレーサー試験を行うための深度50mの観測孔を2本設置した。およそ1m区間ごとの地下水のサンプリングが可能なサンプラーを導入し、深度方向のサンプリングと分析を今年度まで継続して実施しており、水質の鉛直分布特性について解析を行い、結果をとりまとめた(平成28年度は原著論文として投稿し、掲載された(Amano et al., 2016))。また研究対象地域の汚染状況を把握するためのサンプリングと分析も、初年度より継続して実施してきているが、初年度から平成25年度までのデータに対して実施した、主成分分析やクラスター解析の結果についてとりまとめた原著論文は、昨年度発行されている(Nakagawa et al., 2016)。平成27年度までの水質データを対象として、新たに自己組織化マップにより解析した結果についても、原著論文として投稿し、掲載されている(Nakagawa et al., 2016)。
連立発展方程式の形式的可積分性の研究

・2元連立発展方程式であって,ソコロフとシャバートの意味で形式的に可積分なもの,すなわち強対称性と強保存則を許容するものを、数式処理システムREDUCEを用いて数え上げることが研究の目的である.しかし,このような問題を一般的な状況で考えることは非常に困難であるので,次のような仮定を設ける.(1)「時間発展は従属変数の空間変数に関する微分多項式で与えられ,さらにそのような微分多項式は微分に適当な重み(weight)を与えると,その重みに関する同次多項式となる」.さらに,仮定(2):「時間発展は,空間変数に関する最高階の導関数について定数係数線形である」を付けることにより,数え上げの計算は,ようやくわれわれの手の届く範囲の問題となる.本研究では4階の発展方程式で,上記の条件(1)と(2)を満たすものを特定の微分重みに対して数え上げることを行った.その計算はそのような仮定をしても尚膨大であり,まだ計算は完成していない.計算がほぼ終了しているのは微分重みが1の場合のみである.・発展方程式の保存則を調べるには,従属変数とその空間微分で生成される微分多項式環における形式的変分解析の手法を用いる.このような微分多項式をゲルファント・ディキー変換すると対称多項式が得られ,保存則を調べるために重要なオイラー作用素の核を求める問題は,オイラー群とよばれる有限群の不変式を求めることに帰着する.そこで,一般の有限群の不変式環の生成元を求めるストルムフェルスのアルゴリズムを数式処理システムAsirに実装した.この実装結果を用いて保存則を調べるのは,今後の課題である.・2次のダルブー・ラメ方程式のモノドロミー群を具体的に計算した.また,ダルブー・ラメポテンシャルのスペクトル保存性を詳しく調べた.また,そのようなポテンシャルの特異点の位置を具体的に計算する手法をあわせて確立した.・離散パンルベ方程式にはアフィンワイル群が双有理的に作用する.特にq-パンルベIV方程式と呼ばれる離散パンルベ方程式について,その対称性がA^<(1)>_2型拡大アフィンワイル群であることを示し,さらに,この事実を拡張してA^<(1)>_<m-1>×A^<(1)>_<n-1>型のアフィンワイル群対称性をもつ離散力学系の階層を構成し,その階層がq-KP階層の簡約化により得られることを示した.・二つの可解カオス系である,算術調和平均とアルゴリズムとウラム・ノイマン写像が行列式解をもつことを示した.・2元連立発展方程式であって,ソコロフとシャバートの意味で形式的に可積分なもの,すなわち強対称性と強保存則を許容するものを、数式処理システムREDUCEを用いて数え上げることが研究の目的である.しかし,このような問題を一般的な状況で考えることは非常に困難であるので,次のような仮定を設ける.(1)「時間発展は従属変数の空間変数に関する微分多項式で与えられ,さらにそのような微分多項式は微分に適当な重み(weight)を与えると,その重みに関する同次多項式となる」.さらに,仮定(2):「時間発展は,空間変数に関する最高階の導関数について定数係数線形である」を付けることにより,数え上げの計算は,ようやくわれわれの手の届く範囲の問題となる.本研究では4階の発展方程式で,上記の条件(1)と(2)を満たすものを特定の微分重みに対して数え上げることを行った.その計算はそのような仮定をしても尚膨大であり,まだ計算は完成していない.計算がほぼ終了しているのは微分重みが1の場合のみである.・発展方程式の保存則を調べるには,従属変数とその空間微分で生成される微分多項式環における形式的変分解析の手法を用いる.このような微分多項式をゲルファント・ディキー変換すると対称多項式が得られ,保存則を調べるために重要なオイラー作用素の核を求める問題は,オイラー群とよばれる有限群の不変式を求めることに帰着する.そこで,一般の有限群の不変式環の生成元を求めるストルムフェルスのアルゴリズムを数式処理システムAsirに実装した.この実装結果を用いて保存則を調べるのは,今後の課題である.・2次のダルブー・ラメ方程式のモノドロミー群を具体的に計算した.また,ダルブー・ラメポテンシャルのスペクトル保存性を詳しく調べた.また,そのようなポテンシャルの特異点の位置を具体的に計算する手法をあわせて確立した.・離散パンルベ方程式にはアフィンワイル群が双有理的に作用する.特にq-パンルベIV方程式と呼ばれる離散パンルベ方程式について,その対称性がA^<(1)>_2型拡大アフィンワイル群であることを示し,さらに,この事実を拡張してA^<(1)>_<m-1>×A^<(1)>_<n-1>型のアフィンワイル群対称性をもつ離散力学系の階層を構成し,その階層がq-KP階層の簡約化により得られることを示した.・二つの可解カオス系である,算術調和平均とアルゴリズムとウラム・ノイマン写像が行列式解をもつことを示した.空間変数に関する最高階の導関数に関して定数係数線形であるような,4階の2元連立発展方程式のなかで,SokolovとShabatの意味で形式的に完全可積分なもの,すなわち,strong symmetryとstrong conservation lawを許容するものを,数式処理システムREDUCEを用いて数え上げるのが本研究の目的である.

このような問題を全く一般的に考察するのは,現在の理論的なレベルからも,また計算機の能力からも不可能であるので,時間発展が従属変数及びその空間変数に関する導関数の多項式で記述されるものに限って考えることにした.このようなクラスの発展方程式で今まで知られているものは,少数の例外的を除けば,時間発展を記述する微分多項式は,空間変数に関する微分に適当な重み(weight)を与えると,そのような重みに関する同次多項式となっている.従って,まず様々な微分重みに対する同次多項式で時間発展が記述される発展方程式を数え上げることとした.本年度は,上記で述べた数え上げの計算をするために必要なプログラムをREDUCE上で開発し,それを用いて,ある特別な重み(1-weight)に関して同次な時間発展を持つ4階の連立発展方程式であって,低階のformal symmetryとformal conservation lawを許容するものをほぼ数え上げることができた、Strong symmetryとstrong conservation lawはそれぞれ無限階のformal symmetryとformal conservation lawであるから,数え上げを完成するには,今まで得られた方程式に対して,高階のformal symmetryとformal conservation lawを許容する条件を調べて行く必要がある.また1-weight以外の重みに関する同次微分多項式で時間発展が記述される方程式の数え上げも次年度の課題である.・不変式論と保存則の研究:発展方程式の局所的な保存則を調べるには,場の変数とその高階の空間微分に関する微分多項式環における形式的変分解析の手法を用いる.このような微分多項式をゲルファント・ディキー変換すると対称多項式が得られ,保存則を調べるために重要なオイラー作用素の核を求める問題は,対称多項式のなす環ではオイラー群とよばれる有限群の不変式を求めることに対応している.そこで,有限群の不変式環の生成元を求めるストルムフェルスのアルゴリズムを数式処理システムAsirに実装すると共にアルゴリズムの検討を行った.・ダルブー・ラメ方程式及びダルブー・ラメポテンシャルの研究:2次のダルブー・ラメ方程式のモノドロミー群を具体的に計算した.ダルブー・ラメポテンシャルはある種のKdV方程式を満たすことはすでにわかっていたが,それを標準的なKdV方程式に変換する変換の具体的な形を求め,その結果を利用して楕円ソリトンをコンピュータグラフィックで描き,ソリトンの非線型相互作用の様子を視覚的に表現すると共に,その特異点の位置を具体的に計算する手法をあわせて確立した.これはKdV方程式などの非線型発展方程式の特異性を有する解の極の運動を記述するカロジェロ・モーザー・サザーランド系の厳密解法になっている.・離散パンルベ方程式の研究:離散パンルベ方程式にはアフィンワイル群が双有理的に作用する.特にq-パンルベIV方程式と呼ばれる離散パンルベ方程式について,その対称性がA型拡大アフィンワイル群であることを示し,さらに,この事実を拡張してA^<(1)>_<m-1>×A^<(1)>_<n-1>型のアフィンワイル群対称性をもっ離散力学系の階層を構成し,その階層がq-KP階層の簡約化により得られることを示した.・可解カオスの研究:二つの可解カオス系である,算術調和平均アルゴリズムとウラム・ノイマン写像が行列式解をもつことを示した.
3次元降雪プロファイルを用いた雪質および降雪強度予測システムの研究

本研究では、降雪粒子が降雪雲から地上付近に落下してくるまでの降雪過程を詳細に捕らえ、局所的な降雪予測を行うことを目的とした。小型垂直ドップラーレーダとスペクトル・アナライザを用いて、鉛直方向の降雪プロファイルの測定および地上付近水平面上の降雪プロファイル測定装置の開発を試みた。次に、画像処理手法により、地上付近を落下する降雪粒子の雪質と形状、落下速度、密度および降雪強度等の物理量の両方の測定を行うシステムの開発を行った。さらに、同期計測システムを作成して冬季期間連続測定を行い、種々の降雪現象をデータベース化した。本研究では、降雪粒子が降雪雲から地上付近に落下してくるまでの降雪過程(3次元降雪プロファイル)を詳細に捕らえ、局所的な降雪予測(雪質および降雪強度)を行うことを目的とする。今年度は主に以下の項目について研究を行った。・I.デュアルドップラーレーダを用いた3次元降雪プロファイルの測定準備小型垂直ドップラーレーダとスペクトル・アナライザを用いて、鉛直方向の降雪プロファイルの測定を行い、地上付近水平面上の降雪プロファイルの測定装置の開発を試みた。・II.画像処理手法による降雪粒子雪質測定システムの開発画像処理手法により、地上付近を落下する降雪粒子の雪質(雪結晶の構成具合等)と形状、落下速度、密度および降雪強度等の物理量の両方の測定を行うシステムの開発を行った。更に、測定装置の改良を行い、降雪量の測定を行う予定である。・I.デュアルドップラーレーダを用いた3次元降雪プロファイルの測定小型垂直ドップラーレーダとスペクトル・アナライザを用いて、鉛直方向の降雪プロファイルの測定を行い、地上付近水平面上の降雪プロファイルの測定を試みた。・II.画像処理手法による降雪粒子雪質測定システムの開発画像処理手法により、地上付近を落下する降雪粒子の雪質と形状、落下速度、密度および降雪強度等の物理量の両方の測定を行うシステムの開発を行った。・III.雪質および降雪強度予測システムの開発I.およびII.の同期計測システムを作成して冬季期間連続測定を行い、種々の降雪現象をデータベース化した。
伝導電荷光励起スペクトルによるSrS薄膜エレクトロルミネッセンスの励起機構の研究

II_aーVI_b族化合物半導体(CaS,SrS)に希土類イオンを添加することにより、青色(SrS:Ce)、赤色(CaS:Eu)、白色(SrS:Ce,Eu)などの種々のEL発光を得ることができる。このため、カラ-薄膜ELの有望な母体材料として注目されつつある。これらの薄膜EL素子では、Ce^<3+>やEu^<2+>などのfーd遷移を示す発光中心が効率のよいEL発光を示す。我々は、幾つかの実験結果より、希土類イオンを添加したCaS,SrS薄膜のEL励起機構として、次のようなモデルを提案した。まず高い電界による発光中心のイオン化(Ce^<3+>→Ce^<4+>,Eu^<2+>→Eu^<3+>)が生じる。引き続いて、イオン化した発光中心は伝導電子を捕獲して5d励起状態になり、5dー4f許容遷移により発光する。本研究では、この仮説を実験により直接的に明らかにすることを試みた。得らた結果を以下に示す。2.CaS:Eu,SrS:Eu,SrS:Ce,K薄膜EL素子の伝導電荷光励起スペクトルとフォトルミネッセンス(PL)励起スペクトルを比較した。いずれの素子でも伝導電荷光励起スペクトルとPL励起スペクトルは、良く一致していた。これはCeやEu発光中心が5d励起状態に励起されると、電界によりイオン化されることを示している。この結果は発光中心のイオン化が励起過程の最初の過程であることを示唆している。3.電界が十分高いとき、発光中心の5d励起電子は伝導帯に放出される。発光中心のイオン化の確率を電界の関数として定式化し、数値計算を行った。イオン化の確率は電界に依存しており、1ー2×10^6V/cm以上の強い電界でEuやCe発光中心のイオン化が生じると考えられる。II_a-VI_b族化合物半導体(CaS,SrS)は希土類イオンを添加することにより、青色(SrS:Ce)、赤色(CaS:Eu)、白色(SrS:Ce,Eu)などの種々のEL発光を得ることができる。このため、有望なカラ-薄膜ELの母体材料として注目されつつある。これらの薄膜EL素子では、Ce^<3+>やEu^<2+>などのf-d遷移を示す発光中心が効率のよいEL発光を示す。まずホットエレクトロンによる発光中心のイオン化(Ce^<3+>→Ce^<4+>,Eu^<2+>→Eu^<3+>)が生じる。引き続いて、イオン化した発光中心は伝導電子を捕獲して5d励起状態になり、5d-4f許容遷移により発光する。本研究では、この仮説を実験により直接的に明らかにしようと試みた。得られた結果を以下に示す。1.CaS:Eu,SrS:Eu,SrS:Ce,K薄膜EL素子の伝導電荷光励起スペクトルを測定した。いずれの素子においても、光励起による伝導電荷の増加が観測された。2.CaS:Eu,SrS:Eu,SrS:Ce,K薄膜EL素子の伝導電荷

光励起スペクトルとフォトルミネッセンス(PL)励起スペクトルを比較した。いずれの素子でも伝導電荷光励起スペクトルとPL励起スペクトルは、良く一致していた。これはCeやEu発光中心が(4f)(5d)励起状態には励起されると、電界によりイオン化されることを示している。この結果は発光中心のイオン化が励起過程の最初の過程であことを示唆している。これらの実験結果は、CaS,SrS薄膜EL素子の励起機構は発光中心のイオン化が最初に生じるという我々の仮説を支持している。今後、さらに、伝導電荷の過渡特性、すなわち、イオン化された発光中心が電子を捕獲する過程を実験的に明らかにする予定である。希土類イオンを添加したII_aーVI_b族化合物半導体(CaS,SrS)は、青色(SrS:Ce)、赤色(CaS:Eu)、白色(SrS:Ce,Eu)などのEL発光材料材料として注目されつつある。これらの薄膜EL素子では、Ce^<3+>やEu^<2+>などのfーd遷移を示す発光中心が効率のよいEL発光を示す。前年度、伝導電荷光励起スペクトルとフォトルミネッセンス(PL)励起スペクトルを測定し、比較することにより、CaS,SrSにおけるEL励起機構を検討し、発光中心のイオン化が主要な過程になっていることを実験的に明らかにした。本年度は発光中心のイオン化の過程をさらに詳細に検討するとともに、理論的な解析を行った。得られた結果を以下に示す。1.Eu^<2+>やCe^<3+>を添加したCaS,SrSのエネルギ-・バンド状態を考慮して、電界によって起こる発光中心のイオン化について検討した。Eu^<2+>またはCe^<3+>発光中心をCaS,SrS母体に添加したとき、発光中心の(4f)^n基底状態は禁制帯内に位置し、(4f)^<nー1>(5d)励起状態は伝導帯のX点に近接する。結晶場により分裂した5d電子のより高いエネルギ-状態は伝導帯に、一方より低いエネルギ-状態は禁制帯に存在する。このとき発光中心のdー伝導電子の波動関数と5d励起状態の電子の重なりから強い混合相互作用が存在すると考えられる。このことは電界が高いとき発光中心の5d励起電子が伝導帯に放出されることを意味している。2.発光中心のイオン化の確率を電界の関数として定式化し数値計算を行った。イオン化の確率は電界に依存しており、1ー2×10^6 V/cm以上の強い電界でEu^<2+>やCe^<3+>発光中心のイオン化が生じると考えられる。3.薄膜EL素子の伝導電荷について検討した。これらのEL蛍光体では、大多数の電子は発光中心のイオン化により供給される。伝導電荷は12μc/cm^2であり、それは0.61.2×10^<13>個/cm^2の電子に相当する。従って、0.2ー0.4%程度の発光中心がイオン化するものと考えられる。
メソポタミア・シリア・エジプトの文明の盛衰と環境変動

7回の研究会を開き,発表者は17名に及んだ。発表内容は2つのテ-マに大別される。すなわち,メソポタミア・シリア・エジプトにおける前3000年前後の古代国家の興隆について,もうひとつは前1000年前後における古代国家の変容ギリシア文明の興隆についてである。本年度は前者にのテ-マに力点をおいた。その結果,エジプトでは主に墓制の隔差として興隆の形痕をたどることが可能であり,いっぽうメソポタミア・シリアでは集落跡における祭祀建造物の顕在化としてその軌跡を追うことができる。しかし,両者における資料上の隔たりは大きい。また,シリア・メソポタミアでは前4000年頃にウバイド土器の分布圏が北方のデルタ方面に伸張する。国家形成の前史として,このような土器分布圏の拡大現象に注目すべきことが確認された。いっぽう,前1000年前後からはじまる古代国家の変容については,専門分野の文献史学の研究者を講師に招いて,積極的に考古学上の成果と対比を試みた。海の民の侵冦,ヒッタイトやミケ-ネの滅亡に始まり,ギリシア人の植民活動,後期アッシリア帝国・アケメネス期のペルシアの興隆に至るこの変容が,人類史上の画期をなしたことを確認するとともに,これら一連の変容が惹起された根本的原因についても,学史を踏まえながら議論を進めた。なお,本研究が環境との関連を問うものである以上,当該地域における花粉分析による古環境の復原の最新成果を持つことしきりである。
広宿主域な遺伝子伝達粒子が司る環境中遺伝子伝達機構の解明と評価

2.VP粒子DNAのmolecular cloningにより,大腸菌染色体遺伝子配列がほぼ同一頻度で得られ,初めて広宿主域遺伝子伝達粒子(VP)による水平遺伝子伝達の物質的実態を伴う証拠を獲得.好熱菌・高熱古細菌由来VPは,中温菌に高温耐性を伝達.3.土壌環境広宿主域VP検索:環境窒素固定細菌の生産ウイルス様粒子VLP(SG-VLP)を受容大腸菌E.coli DH5αに感染,4.37x10 transductants/粒子の頻度で窒素固定能獲得大腸菌株を獲得.SG-VLPの受容大腸菌をE.coli JE6937に替え,ca 10 transductant/粒子頻度で継代可能な粒子生産能/窒素固定能獲得大腸菌株を獲得.4.環境硫酸還元菌からのウイルス様粒子生産を確認.5.土壌環境回収DNAを用いてライブラリー構築効率を検討.効率的ライブラリー構築手法を確立.6.VPゲノム保有遺伝子発現モデルの検討:環境採集遺伝子領域の大腸菌内発現で複数の耐熱性保持分子種を含む可溶性蛋白質を獲得,数種の機能を解明.7.高温耐性獲得関与分子シャペロンGroELの温度適応領域を同定.真正細菌由来GroELのC末端領域と増殖温度の正相関を証明.枯草菌由来耐熱性分子シャペロンgroELを用いてsingle-ring mutant GroELを構築.大腸菌・枯草菌GroE間で異なる基質28種類を同定.基質蛋白質と大腸菌/枯草菌由来GroEの結合解析でGroEの基質結合能多様性を示唆.同定基質蛋白質中のAhpCのみが大腸菌GroEの基質として機能既知,好熱菌Thermus thermophilusの報告無し.大腸菌/枯草菌由来GroELの基質蛋白質として枯草菌RecA蛋白質を基質とした結合特異性を初めて発見.2.VP粒子DNAのmolecular cloningにより,大腸菌染色体遺伝子配列がほぼ同一頻度で得られ,初めて広宿主域遺伝子伝達粒子(VP)による水平遺伝子伝達の物質的実態を伴う証拠を獲得.好熱菌・高熱古細菌由来VPは,中温菌に高温耐性を伝達.3.土壌環境広宿主域VP検索:環境窒素固定細菌の生産ウイルス様粒子VLP(SG-VLP)を受容大腸菌E.coli DH5αに感染,4.37x10 transductants/粒子の頻度で窒素固定能獲得大腸菌株を獲得.SG-VLPの受容大腸菌をE.coli JE6937に替え,ca 10 transductant/粒子頻度で継代可能な粒子生産能/窒素固定能獲得大腸菌株を獲得.4.環境硫酸還元菌からのウイルス様粒子生産を確認.5.土壌環境回収DNAを用いてライブラリー構築効率を検討.効率的ライブラリー構築手法を確立.6.VPゲノム保有遺伝子発現モデルの検討:環境採集遺伝子領域の大腸菌内発現で複数の耐熱性保持分子種を含む可溶性蛋白質を獲得,数種の機能を解明.7.高温耐性獲得関与分子シャペロンGroELの温度適応領域を同定.真正細菌由来GroELのC末端領域と増殖温度の正相関を証明.枯草菌由来耐熱性分子シャペロンgroELを用いてsingle-ring mutant GroELを構築.大腸菌・枯草菌GroE間で異なる基質28種類を同定.基質蛋白質と大腸菌/枯草菌由来GroEの結合解析でGroEの基質結合能多様性を示唆.同定基質蛋白質中のAhpCのみが大腸菌GroEの基質として機能既知,好熱菌Thermus thermophilusの報告無し.大腸菌/枯草菌由来GroELの基質蛋白質として枯草菌RecA蛋白質を基質とした結合特異性を初めて発見.千浦は,広宿主域遺伝子伝達粒子(VP)のプラスミド伝達可能性検討のため,Aquifex sp由来ST-VPにより得られた形質導入大腸菌株(ST-E-trans)が生産した粒子(STEVP)を,amp'プラスミドを保持する大腸菌株に感染させ,粒子生産が獲得されることを確認し,生じた粒子を大腸菌DH5αに感染させたところamp'株が1.9×10^<-6> transductants/particleの形質導入頻度で生じプラスミド伝達を確認した.Ridgeは,これまで知見のない土壌環境でのVP検索のため,Philippineのサゴヤシ根元土壌から豊田剛己博士(東京農工大学)により採取された窒素固定細菌(sago2)の分譲を受け窒素固定能を指標として検討した.該菌株からのVLP(SG-VLP)生産能を確認し,精製SG-VLPを受容大腸菌に感染させたところ,4.37×10^<-7> transductants/particleの頻度で窒素固定能獲得大腸菌株が得られた.河原林は,VP内DNAのクローニングについての予備検討として,土壌環境からの回収DNAを用いてライブラリー構築効率の検討を行い,効率的ライブラリー構築手法を確立した.また,VPゲノム保有遺伝子の発現モデルとして,環境中から見出された遺伝子領域の大腸菌内での発現検討により,耐熱性を保持する複数の分子種を含む可溶性蛋白質が得られた.帆秋は,太平洋海洋底採泥試料から低温メタン菌並びに該菌を本来の宿主とする新規VP溶原菌の分離・培養,並びに同粒子生産条件を検討中である.

久留主は,高温耐性獲得に関与する分子シャペロン解析の手始めとして,分子シャペロンGroELの温度適応領域の同定を行い,真正細菌由来GroELのCOOH末端領域が反応温度に関与することを明らかにした.同領域は蛋白質工学的解析から14量体形成に必須な領域で,温度依存性の構造成熟化に関わることを明らかにした.更に様々な反応温度を有するGroELを大腸菌に導入した結果,増殖温度をGroEL反応温度に正の相関があることを見出した.千浦は,広宿主域遺伝子伝達粒子(VP)の薬剤耐性伝達,プラスミド伝達に加えて細胞質性蛋白質が該粒子により伝達出来るかを検討し,何れについてもpositiveな結果を得,国内外の学会等で発表した.また,Aquifex sp由来ST-VPにより得られた形質導入大腸菌株(ST-E-trans)生産粒子(STEVP)が広宿主域を発現する原因究明の為,該粒子を酵素としてpeptidase/proteinase, glycosidase活性の有無を検討し,それぞれ1.05punit/粒子;51.1funit/粒子(1unit:1μmole turnover/min at 30°C)のmultifunctionalな機能を粒子に確認した.河原林は,ウイルス様粒子内DNAのクローニング手法の予備検討として,高温土壌環境から回収したDNAを用いたライブラリー構築効率検討を進め,その結果,ライブラリー構築は可能であった.また,ウイルス様粒子ゲノム塩基配列決定以降に必要な検出遺伝子発現のモデル系として,超好熱古細菌ゲノムや高温環境中からの検出遺伝子領域の大腸菌内発現を検討し,耐熱性可溶性タンパク質数種の獲得と,その数種の機能を明らかに出来た.久留主は,GroELアミノ酸配列について,枯草菌groELを用いて,基質やGroESを正常結合不可能だが放出不能となったsingle-ring mutant GroELを構築し,GroES-GroEL複合体にトラップされたタンパク質中から,大腸菌・枯草菌GroE間で異なる基質を同定し,さらに,基質蛋白質とGroE(大腸菌と枯草菌由来)の結合能等を生化学的手法により解析したところ,細菌間で構造の異なるタンパクが基質として同定でき,GroEの基質多様性が示唆された.杉立は,硫酸還元菌の嫌気培養条件を検討し,粒子生産を確認した.千浦は,Aquifex sp由来ST-VPにより得られた形質導入大腸菌株(ST-E-trans)生産粒子(STEVP)が広宿主域を発現する原因究明の為,該粒子をE.coli DH5α(ΔlacZYQ-argF relA1 recA)に感染させ,ΔlacZ-argFの元栄養性回復を指標として得た形質導入大腸菌株(DH-lac-trans)にlog期から粒子生産が行われる事,粒子関連DNAはplasmid状に細胞質に浮遊する事を確認し,この粒子関連DNAを河原林と共同してmolecular cloningし,粒子生産遺伝子の特定を試みた.その結果,粒子特定遺伝子の特定には到らなかったが,遺伝子配列として欠損遺伝子部分以外の大腸菌染色体遺伝子配列がほぼ同一頻度で得られた.この結果は,Aquifex spやST-E-transからrecAが導入されたのか,粒子自身に組換えを担当するrec相当遺伝子が含まれている可能性を示唆するが,その起源の特定には到っていない。
ソーラーレーザーと触媒によるCO_2のメタノール転換に関する基礎研究

本研究は、1.ソーラーレーザーの開発、2.触媒の特性測定、3.光によるCO_2還元反応の素過程研究などが柱になっている。1.ソーラーレーザーについては、(1)太陽電池による半導体レーザーの直接発振特性から、最大太陽光照度のほぼ1/4でレーザー光強度が飽和に達することが明らかになり、太陽電池の発電能力が太陽光照度に関して飽和する点に改良の余地のあることがわかった。(2)上記ソーラーレーザーシステムに蓄電池を組み込み、昼夜にまたがる連続発振が達成できた。(3)ソーラーレーザーの波長変換に関しては、Erを添加したファイバーに近赤外域の半導体レーザー光を注入し、アップコンバージョンによる緑色光への変換を確認したが、変換効率の測定にまでは至らなかった。(4)レーザー光の大出力化には、個々のレーザー光をファイバーで集める方法と、半導体レーザーをアレイに組む方法とがあるが、波長変換にファイバーを用いるなら、ファイバーで集める方法が好都合と思われる。2.触媒については、従来から高温高圧下でのCO_2のメタノール転換用として用いられているFe_2O_3やCuOのほかに、光触媒としてのTiO_2、各種ゼオライト、希土類元素などについて(1)紫外・可視・赤外域の吸収スペクトル測定と、(2)CO_2およびH_2Oの吸着・脱離特性を調べた。その結果、光吸収の点ではFe_2O_3が、また、ガスの吸着・脱離特性ではゼオライトが優れていることが判明した。そのほか、メタノールへの転換効率の高い光触媒として、湿った酸化銅Cu_2O・xH_2Oが新たに見つかった。3.については、(1)反応の素過程が追跡しやすいマトリクス試料に関する基礎研究として、吸光度測定技術を確立し、CO_2のマトリクス試料の紫外から赤外までのスペクトルを測定した。また、(2)CO_2とH_2Oを混合して11Kで凝固させた試料にXeエキシマランプ光(172nm)を照射することにより、メタノールが生成することを確かめた。今後は、半導体レーザーとファイバーとのカップリングなど、ソーラーレーザー技術の熟成、気相反応に使える光触媒の開発、CO_2の光還元に必要な光の波長を光触媒を用いることによって長くする研究、などが課題となる。太陽電池による半導体レーザーの直接発振特性を、世界で初めて明らかにすることができた。この形式のソーラーレーザーは新しい試みなので、発振の高効率化と安定化を目指した回路設計にとりかかり、余分な電力の消費をさけるため、抵抗はできるだけ小さくするなどの基本的方針を定めることができた。フォトンコストとのかねあいで、昼夜連続発振が望ましいか否かの検討を進める一方、波長変換のための構成要素の選択を進め、変換デバイスの型式による変換光の性状を考慮した光触媒反応容器の概念設計を終えた。波長変換は、いまのところ、パルス発振させたソーラーレーザー光を非線形結晶に照射する方法と、光ファイバーを用いる方法の二つが対象となっている。