hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
伝熱機構と空気流入機構に着目したマグネシウム加工粉の消火システムに関する研究

マグネシウム加工粉の消火システムを開発する目的で,消火用ガスとして使用を検討している不活性混合ガス流中のマグネシウム粉堆積層表面上の燃え拡がりについて実験的に検討を行った.実験には100mm(H)×90mm(W)×800mm(L)の風洞を用い,燃焼させるマグネシウム堆積層は厚さ3mm,幅15mm,長さ160mmである.堆積層の着火はマイクロトーチバーナを用いて堆積層の一端に着火した.不活性ガスおよび空気はボンベより流量計を介して流量調整した上で風洞に規定の流速となるようガスを導入した.使用した不活性ガスは、窒素ガス,アルゴン及びこれらの混合ガスである.実験の結果、不活性ガス流中では空気流中に比べ燃え拡がりの抑制効果があり,燃え拡がり速度は空気流中のおよそ1/5となった.また,燃焼残渣を詳細に観察したところ,アルゴン100%の不活性ガス流中以外では黄色の物質が残渣内部に形成されており,この物質は空気中で水分と反応しアンモニア臭を発したことから窒化マグネシウムであると推察される.窒化マグネシウムの形成過程では吸熱反応が起こるため,アルゴン100%の不活性ガスに比べ抑制効果は高くなるものと推察される.しかし,反応温度がさらに上昇すると窒化マグネシウムの分解反応によって発熱が生じるため,反応を適度に抑制するためのアルゴンガスを混合した窒素・アルゴン混合ガスが消火効果が最も高いものと考えられ,その混合比には最適値が存在するものと考えられる.よって混合比を変えた実験を実施したところ,アルゴン40%+窒素60%の混合ガスが最も消火効果が高いことがわかった.マグネシウム加工粉火災の消火システムを構築するための基礎データとして,マグネシウム粉体層上を燃え拡がる火炎において,火炎先端周囲の流れ場測定を行った.測定は自然対流下および対向流中で行った.火炎先端近傍の空気流速は,高分子など金属以外の物質の燃焼に比べ23倍の速度を持ち,約1m/s以上の速度で火炎へと流入する流れが見られた.このような大きな速度を持つ原因として,1.金属燃焼における火炎温度が25003000Kと非常に高く,浮力流れが大きいこと.2.粉体層内の急激な温度上昇により膨張した空気が粉体層より噴き出すこと.の2つが考えられる.マグネシウム加工粉火災の消火ガスによる消火の可能性を探るために,N_2,アルゴンおよび両者の混合比を20%づつ変えた消火ガスを用意し,対向流中へ消火ガスを流入させた場合のマグネシウム粉体層の燃え拡がり速度を測定する実験を行った.空気中では強い閃光を発して燃焼するが,消火ガス中では気相反応が抑えられて主として金属粉表面の表面反応により燃え拡がる.燃え拡がり速度は空気中に比べ半分程度まで低下し,燃え拡がりの抑制効果があることが示された.また,N_2やアルゴンの純ガスよりは両者を混合したガスの方が燃え拡がり速度は低くなる.最も燃え拡がり速度が小さく高い燃え拡がり抑制効果を示したのは,アルゴン40%:N_260%の混合ガスであった.混合ガスが高い燃え拡がり抑制効果を示すのは,アルゴンの気相反応抑制効果と燃焼反応によって生成された窒化物の分解反応における吸熱反応との相乗効果によるものと考えられる.燃焼残渣を詳細に観察した結果,消火ガス流中で燃え拡がった場合の燃焼残渣は表面に密な反応生成物による膜が形成され,燃焼反応している燃料層に十分消火ガスが流入せず,表面反応が継続されることがわかった.マグネシウム加工粉の消火システムを開発する目的で,消火用ガスとして使用を検討している不活性混合ガス流中のマグネシウム粉堆積層表面上の燃え拡がりについて実験的に検討を行った.実験には100mm(H)×90mm(W)×800mm(L)の風洞を用い,燃焼させるマグネシウム堆積層は厚さ3mm,幅15mm,長さ160mmである.堆積層の着火はマイクロトーチバーナを用いて堆積層の一端に着火した.不活性ガスおよび空気はボンベより流量計を介して流量調整した上で風洞に規定の流速となるようガスを導入した.使用した不活性ガスは、窒素ガス,アルゴン及びこれらの混合ガスである.実験の結果、不活性ガス流中では空気流中に比べ燃え拡がりの抑制効果があり,燃え拡がり速度は空気流中のおよそ1/5となった.また,燃焼残渣を詳細に観察したところ,アルゴン100%の不活性ガス流中以外では黄色の物質が残渣内部に形成されており,この物質は空気中で水分と反応しアンモニア臭を発したことから窒化マグネシウムであると推察される.窒化マグネシウムの形成過程では吸熱反応が起こるため,アルゴン100%の不活性ガスに比べ抑制効果は高くなるものと推察される.しかし,反応温度がさらに上昇すると窒化マグネシウムの分解反応によって発熱が生じるため,反応を適度に抑制するためのアルゴンガスを混合した窒素・アルゴン混合ガスが消火効果が最も高いものと考えられ,その混合比には最適値が存在するものと考えられる.よって混合比を変えた実験を実施したところ,アルゴン40%+窒素60%の混合ガスが最も消火効果が高いことがわかった.
血球細胞のプロトンチャネルによる生体防御システム

白血球が病原体を貪食し活性酸素を利用して退治する「自然免疫」は最も基本となる生体防御機構である。“武器"として使われる活性酸素は時として様々な疾病を誘発する“毒"ともなりうる生体内小分子である。そのため生体が活性酸素を利用するには多階層にわたる厳密な制御機構の存在が必要不可欠となる。本申請では生体で活性酸素を産生し利用している代表的なシステムである免疫系貪食細胞において、活性酸素産生制御に関わるH+チャネルに注目して、原子構造レベル・分子細胞レベル・組織臓器レベルと多階層に渡る機能解析を行い、生体におけるH+チャネルを介した生体防御機構を明らかにする目的で行う。本年度の達成:(構造機能レベル)前年度解析に成功したVSOPチャネルの膜貫通領域の結晶構造の論文を国際誌に発表した。その結晶構造を用いて、VSOPチャネルの2量体モデルを作成し、電気生理学的機能解析および分子動力学的シミュレーション解析を行った。亜鉛結合の動的構造基盤や、H+透過を生み出すであろう分子内の水分子の移動や、2量体間機能的相互作用の構造基盤を明らかにした。そのうちの一部に関して国際誌に発表した。(組織臓器レベル)VSOPノックアウトマウスの好中球を用いて解析を行った。刺激に対してエラスターゼ産生の亢進や、遊走性の亢進など、好中球の免疫応答が働き過ぎうまく制御されていない知見が得られた。研究結果を国際誌に発表した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の達成:(構造機能レベル)VSOPチャネルの膜貫通領域の結晶構造解析に成功し、生理的ブロッカーである亜鉛の結合する部位を明らかにし、国際誌に発表した。細胞内領域と膜貫通領域が一連のヘリックスによるしっかりとした構造により連絡していることを明らかにした。これは、細胞内の温度・酸化還元センサーからチャネル機能の根幹である膜貫通領域への機能的連絡に適した構造となっていることを示唆する。国際誌に発表した。(分子細胞レベル)酸化還元や亜鉛濃度といった環境要因が貪食細胞に発現したVSOPの機能、および活性酸素産生量、顆粒放出に与える影響を定量的に解析した。(組織臓器レベル)VSOPの免疫応答レベルでの機能(好中球の活性酸素産生、顆粒放出、遊走能、貪食能)を野生型、ノックアウトマウスの好中球を用いて解析した。膜蛋白質の構造解析は一般的に非常に難易度が高い。本研究では、これまで誰も成し遂げなかったVSOPチャネルの分子構造の解析に成功し、権威ある国際誌に発表した。免疫細胞を用いた細胞機能の解析を行い、活性酸素産生量が野生型と比較してVSOPノックアウトマウスで異なることを新規に見いだした。ノックアウトマウスの解析から、免疫システムの中核を担う好中球による細菌消化にVSOPチャネルが寄与していることを新規に明らかにした。このように、本研究領域の標榜する多階層に渡る解析を行い、十分な成果を上げた。本年度得られた知見を発展させ、VSOPチャネルの分子構造と外的要因による機能修飾機構、好中球の異物消化除去システムにおけるVSOPの役割を「定量的に解析」する。(1.分子構造レベルでの機能解析)

解かれたVSOPチャネルの膜貫通領域の結晶構造を基にして、シミュレーション班と適宜共同し、分子動力学的解析を行ない、H+透過(水のタンパク内侵入)、構造の安定性、チャネルの開閉をシミュレーションする。シミュレーションの結果を基にした電気生理学的機能解析を行い、両者の融合を図る。(2.細胞レベルでのチャネル機能)これまでの分子レベルでの研究から、VSOPチャネルの細胞内領域構造は温度、酸化還元に応答して変化することが明らかになった。これら外的修飾因子は実際の貪食細胞膜上に発現するVSOPを介した細胞機能を解析するため、VSOPの発現する血球細胞あるいはその培養株を用いて、細胞内pHの変化や膜電位の変化をイメージング技術を用いて定量的に解析する。(3.組織・臓器レベルでの免疫機能)好中球の免疫能に対する寄与解明を目指して、WT及びKOマウス好中球の走化性、貪食能、顆粒放出能について、動的イメージング、電気生理学技術を用いた解析を行う。(4.生体レベルでの統合的理解)生体で活動する貪食細胞における活性酸素産生の調節機構を統合的に理解することを目的として、実験結果から得られた数値を元にしてシミュレーションを行う。電位依存性H+チャネルであるVSOPの分子特性とそれを取り巻く環境(発現局在、分子密度、酸化還元、温度、pH、膜電位)により活性酸素産生がどのように調節されているかを理解する。27年度が最終年度であるため、記入しない。
注入可能電力を用いた競争環境における電力ネットワークの運用・計画に関する研究

本年度は,前年度開発した基本ツールを用い,以下の点について重点的に研究を行った。(1)前年度に開発した手法は,ある一時間断面で注入可能電力を評価し,それに基づいてネットワーク運用・計画を行うものであった。本年度は,すでに開発した手法を,複数時間断面を考慮できるように拡張すると共に,さらに,送電線における事故確率などを組み入れた上で,ネットワークの増強箇所,その時期などを総合的に評価するアルゴリズムを開発した。(2)注入可能電力を最大化する決定変数として,位相器,UPFCなどのパワーエレクトロニクス機器を適切にモデル化した上で開発手法に組み込み,その影響・効果を詳細に解析した。(3)ある送電線を拡張した際に得られる注入可能電力の増加量を感度解析により算出する手法を開発した。感度解析を用いて算出する注入可能電力の増加量は大きな誤差が生じることから,送電線を拡張する場合にそのまま本手法を適用するのではなく,安定度制約により実際の線路容量よりも線路の上下限制約が狭い範囲に設定されているような箇所に適用することが考えられる。これは,規制緩和の導入に伴い重視されつつある,既存の設備を有効利用することで設備投資の効率化を行うという風潮にも当てはまることから、利用価値のある考え方と思われる。(4)将来の不確定性を考慮した送電線増設効果を示す指標(CSR)の開発を行った。起こりうる将来のシナリオを複数考慮し,どのシナリオの発生確率も同等であると仮定していることから,多少現実味のない指標であるという感はいなめないが,規制緩和環境下における将来のシナリオというものは全く未知なものであり,全ての参加者に納得をさせ,設備の有効利用にもつながるこの指標は,公共的な役割を担うUtilityの設備計画において有用であると思われる。本研究では,「注入可能電力」という新しい指標を用い,競争環境下におけるネットワークの運用・計画について検討することを目的としている。本年度は,注入可能電力の具体的な計算方法を開発し,基本ツールの形で計算機上に構築すると共に,ネットワークの運用・計画に関していくつかのシナリオを想定し検討を行った。得られた知見をまとめると以下のようになる。1.ネットワーク運用に関する検討:(1)電気事業者の所有する電源の有効電力を制御し,注入可能電力の値を調整することにより,ネットワークを有効に利用させるという観点に基づいたオンラインでの発電運用が可能になることが明らかとなった。(2)ある参加者のネットワークアクセスが,他の参加者にどの程度影響を及ぼすことになるかを;注入可能電力の変化分を算出することで評価できることを明らかにした。これにより託送料金の目安を算定することが可能となる。2.ネットワーク計画に関する検討:注入可能電力の値を支配するボトルネック送電線を算定し,その送電線を増強・拡充すべき候補としたネットワーク計画について検討した。その際,ネットワークヘ注入する電力とネットワークから引き出す電力に対して種々のシナリオを設定することで,各々のシナリオに応じたネットワーク計画を立案することが可能となることを明らかにした。
カリクサレンイオノフォアを用いるイオンセンサーのための高性能感応膜の設計

イオン感応性電界効果トランジスター(ISFET)は小型化可能なイオンセンサーであるが、イオン感応膜の安定性などの問題で、あまり高性能のものは得られておらず、特に、ニュートラルキャリヤ型ISFETでは高い実用性を有するものは皆無に近い。本研究では、カリクサレンイオノフォアを用いるイオン感応膜の設計を試み、高選択性、高性能のニュートラルキャリヤ型半導体イオンセンサーの構築を目指した。実用的なナトリウムISFETを構築するために、感応膜材料として、従来より使用されている可塑化ポリ塩化ビニルではなく、接着性の優れたシリコーンゴムを採用することにした。しかしながら、カリクサレンイオノフォアのシリコーンゴムへの分散性は低く、まず、その分散性向上を図った。平成4年度の研究では、カリクサレンイオノフォアに非対称構造を導入し、カリクサレンイオノフォアのシリコーンゴム感応膜への分散性を改善した。平成5年度では、オリゴシロキサン残基を導入し、イオノフォアの分散性向上を図った。いずれにおいても、均一なカリクサレン/シリコーンゴム感応膜が得られ、電子顕微鏡観察などにより実証された。また、このイオン感応膜の膜インピーダンスは比較的小さく、高分散性を反映した。一方、従来より用いられているカリクサレンイオノフォアのシリコーンゴムへの分散性は乏しく、不均一な膜しか得られなかった。また、その膜のインピーダンスも大きく、ナトリウムISFETの電位安定性は低い。非対称構造またはオリゴシロキサン残基を有するカリクサレンイオノフォアを用いるナトリウムISFETは高イオン選択性で長寿命であり、高い実用性を有していることが判明した。臨床分析における実用性を検討するために、血液および尿中のナトリウム定量を試みたところ、極めて良好な結果が得られた。半導体素子を用いる化学センサーは、さまざまの利点を有しているが、感応膜の安定性などの問題もあり、高選択性および長寿命の半導体イオンセンサーは数少ない。特に、ニュートラルキャリヤ型半導体イオンセンサーでは実用的なものは皆無である。カリクス[4]アレンイオノフォアは極めて高いナトリウムイオン選択性を有しており、イオンセンサーのニュートラルキャリヤとして有望であるが、高融点で結晶性の高いものがほとんどで、高分子膜への溶解性、分散性に乏しい。特にイオン感応性電界効果トランジスター(ISFET)の感応膜材料として有用なシリコーンゴムへのカリクサレンイオノフォアの分散性は乏しく、イオンセンサー感応膜の安定性や寿命の点で極めて不利である。カリクサレンイオノフォアの低分散性はその対称構造に由来すると考えられるので、本年度は非対称カリクサレンイオノフォアの設計を行い、ナトリウムISFETへの応用を検討した。すなわち、分子を非対称構造にすることによって、分子凝集力を弱め結晶性を低下させ、高分子膜への分散性の向上を狙った。その結果、非対称カリクサレンイオノフォアを含むシリコーン感応膜は極めて均一で安定であることが判明し、このイオン感応膜を装着したナトリウムISFETは高感度、高イオン選択性を示した。また、このイオンセンサーの感度および選択性の経時変化を追跡したところ、120日を経過しても高性能を維持し、イオン感応膜の安定性を反映してイオンセンサーは極めて長寿命であることがわかった。

本研究では、カリクサレンイオノフォアを用いるイオン感応膜の設計を試み、高選択性、高性能のニュートラルキャリヤ型半導体イオンセンサーの構築を目指した。平成4年度の研究では、カリクサレンイオノフォア非対称構造を導入し、カリクサレンイオノフォアのシリコーンゴム感応膜への分散性を改善したが、本年度は、オリゴシロキサン残基を導入し、イオノフォアの分散性向上を図った。期待通り、均一なカリクサレン/シリコーンゴム感応膜が得られ、電子顕微鏡観察などにより実証された。また、このイオン感応膜の膜インピーダンスは比較的小さく、高分散性を反映した。一方、従来より用いられているカリクサレンイオノフォアのシリコーンゴムへの分散性は乏しく、不均一な膜しか得られなかった。また、その膜のインピーダンスも大きく、ナトリウムISFETの電位安定性は低い。このオリゴシロキサン残基を有するカリクサレンイオノフォアを用いるナトリウムISFETは高イオン選択性で長寿命であり、高い実用性を有していることが判明した。臨床分析における実用性を検討するために、血液および尿中のナトリウム定量を試みたところ、極めて良好な結果が得られた。
レーザーを駆使した極微量同位体分光分析手法の開発

本研究は,極微量同位体として41Ca+を対象とした超微細構造分光を目指し,それに必要となる同位体選別的操作技術の確立,およびそれらの技術を基盤として,極微量同位体分析法へと展開させることを目的に研究を行った.41Ca+と同じ核スピンをもつ43Ca+を用いて,超微細構造を考慮したレーザー冷却サイクルを確立し,効率的な冷却により43Ca+の個別イオンの観測に成功した.さらに,同位体選別的操作技術の向上を目指して,中性カルシウム原子の多段共鳴イオン化に必要となる新たな光源の開発を行い,3段共鳴励起を実現,同位体シフトを観測した.奇数安定同位体43Ca+を対象としたレーザー冷却遷移波長の確立と効率的冷却43Ca+は、最終ターゲットとしている41Ca+と同じ核スピンI=7/2を有している。43Ca+の超微細構造はすでに明らかにされているが、このレーザー冷却遷移を閉じるために必要な光源をAOMによる基本光の変調により実現し、基本光とのビートの測定によりその変調量を評価した。実際に43Ca+をイオントラップ中にローディングし、効率的な冷却により個別イオンの観測に成功し、超微細構造の計測を行った。これにより最終ターゲット41Ca+の捕獲冷却が十分可能であることが示唆された。レーザー共鳴イオン化による同位体選別的イオン導入中性Ca原子の多段階共鳴イオン化スキームはさまざま存在するが、基底状態の4s2 1S0から4s4p 1P1に対応する423 nm、4s4p 1P1から4s4d 1D2に対応する732 nmのスキームが半導体レーザーで対応することが可能である。これらを用いて少数同位体の同位体シフトの測定を行い、同位体選択性を実験的に検討した。1段目の423 nmだけでなく、2段目の732nmの共鳴を利用することで1段の共鳴だけを利用する場合より非常に高い同位体選択性で少数同位体を励起可能であることを示し、微量同位体のイオン化に非常に有用であることを示した。最終的に交流電場を利用した線形四重極で実現される質量電荷比による制御と、レーザー波長制御を用いて単一イオンレベルでの極微量同位体分光・分析を行うことを目標としているが、現在までに個別イオンの観測、最終ターゲットである41Ca+と同じ核スピンを持つ43Ca+の捕獲・効率的な冷却に成功しており、またイオン化においても2段の共鳴を使うことで微量同位体のイオン化を行うことに成功している。これに加え、理論計算のグループに依頼した超微細構造係数の結果や既往の研究から同位体シフトを推算し数値解析により算出したほかの同位体との相対的スペクトルの結果を組み合わせ、41Ca+のレーザー冷却を行うことが十分可能であることが示された。よって最終目標までには、さらなる高感度化および、極微量の同位体のイオン化を行うための新たなイオン化スキームの検討・単一イオンの生成導入・観測を行う必要がある。イオントラップを用いた単一イオンの観測極微量同位体分光・分析を行うには、その極微量の同位体を高い同位体選択性および効率によりイオン化した後、イオントラップ・レーザー冷却を用いて捕獲イオンを結晶化させ個別イオンとして観測する。そのためには単一レベルでのイオンから発生する蛍光観測が必要である。開発したイオントラップにおいて、波長・光強度を制御したレーザー光により単一原子レベルでのイオン化を行い、イオントラップ中に導入し捕獲する。さらにレーザー光源の周波数安定化や観測系の高感度化などにより、より高い精度で同位体をイオン化するとともに捕獲観測を行った。レーザー共鳴イオン化に用いる新たな光源の開発中性Ca原子の多段階共鳴イオン化のためにはさまざまなスキームが存在するが、これまで基底状態の4s2 1S0から4s4p 1P1に対応する423 nm、4s4p1P1から4s4d 1D2に対応する732 nmの半導体レーザーの設計・製作を行ってきた。ここから更に4s4d 1D2から4s39f 1F3に対応する837 nmの半導体レーザーを用いることで、3段階での同位体シフトの利用が可能になることから、中性Ca原子を更に同位体選択的に励起・イオン化することが可能となる。これには、高出力のレーザー光が必要であることから、外部共振器型半導体レーザーシステム(ECDL)に加えて、その光をシード光として増幅するテーパーアンプ半導体を導入し、波長制御された高出力のレーザー光を得るシステムの設計・製作を行った。その結果、所望の波長において1W以上の高出力を得ることに成功した。最終目標である交流電場を利用した線形四重極で実現される質量電荷比による制御と、レーザー波長制御を用いて単一イオンレベルでの極微量同位体分光・分析を行うために、現在までに少数イオンの捕獲観測に成功、またイオン化においても2段の共鳴での微量同位体のイオン化・さらなる共鳴スキームに対応した光源開発に成功している。よってこれから最終目標までには、装置のさらなる高感度化および、極微量の同位体のイオン化スキームの同位体選択性の評価・また質量電荷比の制御で除去できない同重体のイオントラップへの影響評価が必要となる。カルシウムの多段共鳴イオン化の実現これまで中性カルシウムの共鳴イオン化には,基底状態の4s2 1S0 →4s4p1

P1 →4s4d 1D2の2つの共鳴を用いたイオン化を行っていたが、さらに4s4d 1D2からリュードベリ準位への励起に対応する共鳴を利用することで,中性カルシウム原子の同位体選択的な励起・イオン化の更なる向上が期待される.3段目に使用されるレーザー光は高強度のレーザーが必要となるため,昨年度においては,外部共振器型半導体レーザーシステム(ECDL)に加えて、その光をシード光として増幅するテーパーアンプ半導体を導入し,1W以上の高出力を得ることに成功した.今年度はこの高出力レーザー光源を用いて,中性カルシウム原子の3段共鳴励起を実現,同位体シフトを観測した.これにより同位体選択性をさらに向上させることが可能となり,この成果を現在論文にまとめている.同重体イオンの影響評価ICP-MSは質量分析部により、質量分離が可能であるが、原理的には同重体を区別することはできない。開発している装置においては目的同位体と同じ質量を持つ同重体もトラップ部に導入されることになる。そこで、着目同位体の捕獲に同重体が及ぼす影響を観測するため,48Caに対する同重体としてTi元素を採用し,同重体効果を実験的に調査した.試料中の48Ca量を一定にした状態で,同重体のTi量を変化させたいくつかの試料を作成し,それぞれの試料をトラップした時の48Caからの蛍光量の変化を系統的に調べた.その結果,これまで使われてきたイオンローディングモデルの見直しが必要であることがわかり,蛍光量に対する熱的な効果を考慮したイオンローディングモデルを新たに考案し,目的同位体の捕獲・冷却のメカニズムを実験的に検討した.これにより,捕獲イオン量やイオンの捕獲後の温度変化などの定量評価に成功した.本研究は,極微量同位体として41Ca+を対象とした超微細構造分光を目指し,それに必要となる同位体選別的操作技術の確立,およびそれらの技術を基盤として,極微量同位体分析法へと展開させることを目的に研究を行った.41Ca+と同じ核スピンをもつ43Ca+を用いて,超微細構造を考慮したレーザー冷却サイクルを確立し,効率的な冷却により43Ca+の個別イオンの観測に成功した.さらに,同位体選別的操作技術の向上を目指して,中性カルシウム原子の多段共鳴イオン化に必要となる新たな光源の開発を行い,3段共鳴励起を実現,同位体シフトを観測した.イオントラップを用いた単一イオンの観測極微量同位体分光・分析を行うため、その極微量の同位体を高い同位体選択性によりイオン化した後、イオントラップ・レーザー冷却を用いて結晶化させ観測する予定である。そのためには単一レベルでのイオンから発生する蛍光観測が必要である。新たに開発した軸方向から観測が可能な小型イオントラップにおいて、波長・光強度を制御したレーザー光により単一原子レベルでのイオン化を行い、イオントラップ中に導入し捕獲する。また軸方向からの観測の利点を活かしてクーロン結晶の生成およびその観測を行う。さらにレーザー光源の周波数安定化や観測系の高感度化などにより、より高い精度で同位体をイオン化し、トラップ中に導入した上で捕獲観測を目指す。レーザー共鳴イオン化に用いる新たな光源の開発中性Ca原子の多段階共鳴イオン化スキームはさまざま存在するが、これまで基底状態の4s2 1S0から4s4p 1P1に対応する423 nm、4s4p 1P1から4s4d 1D2に対応する732 nmのスキームを実現するための半導体レーザーの設計・製作を行ってきた。
妊娠高血圧症の発症予防におけるトロンボキサン合成酵素阻害剤の基礎的・臨床的研究

“学説の疾患"とも呼称される妊娠中毒症は、依然として、妊娠死亡原因の主因であり、周産期死亡の誘因となるため極めて重要な疾患である。現在まで、多くの研究者によって本疾患の病因が研究されてきたが、未だ、その本態は不明である。私は予防医学の観点にたって本症の予知と予防について研究を行なった。妊娠中毒症の本態は高血圧症(妊娠高血圧症:PregnancyーInduced Hypertension,PIH)であり、PIHを発症する妊娠は、高血圧が顕性化する以前、既にangiotensinII(以下、AーIIと略す)に対する昇圧反応性が、正常妊娠にくらべ有意に亢進する事を報告した.この機序を解明するため本研究を立案し、トロンボキサン合成酵素阻害剤(OKYー046)を妊娠高血圧症モデル家兎に投与して連続的にASTを施行した。この結果、妊娠高血圧症妊婦に生じルAーIIに対する昇圧反応性の亢進にトロンボキサンが関与していることを明らかにした。また、正常妊婦早期に出現し産褥速やかに消失するAーIIに対する昇圧不応性と、内因性AーII濃度・プロゲステロン濃度が正の相関を持ち、トロンボキサンを放出する血小板の平均体積の負の相関を持つ事を明らかにした。経口カルシウム剤はAーIIに対する昇圧不応性を起こし、PIHの発症を臨床的に有意に減少させることを報告した.交付された補助金を用い、AーIIに対する昇圧反応性を低下させるカルシウムの作用機序について妊娠ラットを用いて、低カルシウム飼料で飼育するとAーIIに対する昇圧反応性の亢進が起こる(現在、投稿中)。現在、カルシウム調節ホルモンである副甲状腺ホルモン(PTH)に着目しAーIIに対する昇圧反応性におよぼすPTHの作用を平滑筋培養細胞を用いて検討すると共に血小板活性化因子分解酵素(PAFーAH)活性測定法の確立し、妊娠中毒症妊娠で測定中である。その病態が未だ明かではなく"学説の疾患"とも呼ばれる、妊娠中毒症は、産科診断学や治療学の発達した今日においても、妊産婦死亡原因や周産期死亡の主たる誘因である。我々は、予防こそが医学の根幹をなすと考え、本症の発症機序を明らかにする目的で、本学附属病院中央分娩部において、妊婦を対象にして発症に関する種々の因子を解析してきた。その結果、妊娠高血圧症妊婦(PIH)では高血圧が顕性化する1箇月以前より、昇圧剤(angiotensin II:A-II)に対する昇圧反応性が正常血圧妊婦にくらべて有意に亢進し、この変化はangiotensin sensitivity test(AST)で検出できる。即ち、ASTでPIHの発症を予知しうる可能性と、亢進した昇圧反応性を正常妊婦のlevelまで低下させることによってPIHの発症を予防しうる可能性があることを明らかにした。妊婦家兎を用い、大動脈の血流を電磁血流計で測定しながら腎動脈分岐下1cmの部位で大動脈を狭窄し、子宮胎盤血流量を正常の60%に低下させた妊娠高血圧症モデル家兎を作製した。本モデル家兎の血圧は上昇し、angiotensin IIに対する昇圧反応性も亢進しており、胎仔には子宮内胎児発育遅延や子宮内胎児死亡がみられた。このモデル家兎にthromboane合成阻害剤であるOKY-046を投与すると、血圧は下がり、A-IIに対する昇圧反応性も鈍化し胎仔損失率も改善した。薬剤投与後、経時的に測定した血漿prostaglandins値より、PIH発症前に生じる昇圧反応性の亢進にprostaglanginsが深く関与していることを示唆する結果が得られた。また予知検査の一環として、高血圧と共に母体予後や胎児予後と正の相関をもつ蛋白尿に注目し、尿中蛋白微量定量法を用いたPIH発症予知検査を行なった。尿中微量蛋白定量は、PIH発症予知に関して高い非発症予知率を持っており、本法の臨床的な有用性については、平成2年度に検討を進める予定である。浮腫、高血圧および蛋白尿を三主徴とする妊娠中毒症は、妊婦死亡原因の主因であり、周産期死亡の誘因となるため産科領域にとって極めて重要な疾患である。現在まで、多くの研究者によって本疾患の病因が研究されてきたが、"学説の疾患"と呼称されるごとく、未だ、本疾患の原因は不明で、症候群とも考えられる。このような疾患に対して我々は予防医学の観点にたって病態の解明を試みた。妊娠中毒症の本態は高血圧症(妊娠高血圧症:Pregnancy Induced Hypertension,PIH)であり、PIHを発症する妊婦は、高血圧が顕性化する以前、既にangiotensin II(以下、AーIIと略す)に対する昇圧反応性が、正常妊婦にくらべ有意に亢進することを見いだした。この機序を解明するため本研究を立案し、昨年度、トロンボキサン合成酵素阻害剤(OKYー046)を妊娠高血圧症モデル家兎に投与して連続的にASTを施行した。この結果、妊娠高血圧症妊婦に生じるAーIIに対する昇圧反応性の亢進にトロンボキサンが深く関与していることが判明した(現在、投稿中)。経口カルシウム剤もAーIIに対する昇圧反応性の亢進を低下させ、PIHの発症を臨床的に有意に減少することを、既に、我々は報告している。交付された補助金の一部を用い、AーIIに対する昇圧反応性を低下させるカルシウムの作用機序の基礎的検討を行なった(現在、投稿中)。

本年度は、カルシウム調節ホルモンである副甲状腺ホルモン(PTH)に着目しAーIIに対する昇圧反応性におよぼすPTHの作用を平滑筋培養細胞を用いて検討する。また、血小板活性化因子分解酵素(PAFーAH)活性測定法の確立と臨床研究に同意の得られた、正常妊婦およびPIH発症危険因子を保有する妊婦(高年初産婦、本態性高血圧合併妊娠、肥満妊婦等)を対象として、本酵素活性を測定する。現在、研究は順調に進行しており、当初の計画との大幅な変更点はないことを、付記し報告致します。“学説の疾患"とも呼称される妊娠中毒症は、依然として、妊娠死亡原因の主因であり、周産期死亡の誘因となるため極めて重要な疾患である。現在まで、多くの研究者によって本疾患の病因が研究されてきたが、未だ、その本態は不明である。私は予防医学の観点にたって本症の予知と予防について研究を行なった。妊娠中毒症の本態は高血圧症(妊娠高血圧症:PregnancyーInduced Hypertension,PIH)であり、PIHを発症する妊娠は、高血圧が顕性化する以前、既にangiotensinII(以下、AーIIと略す)に対する昇圧反応性が、正常妊娠にくらべ有意に亢進する事を報告した.この機序を解明するため本研究を立案し、トロンボキサン合成酵素阻害剤(OKYー046)を妊娠高血圧症モデル家兎に投与して連続的にASTを施行した。この結果、妊娠高血圧症妊婦に生じルAーIIに対する昇圧反応性の亢進にトロンボキサンが関与していることを明らかにした。また、正常妊婦早期に出現し産褥速やかに消失するAーIIに対する昇圧不応性と、内因性AーII濃度・プロゲステロン濃度が正の相関を持ち、トロンボキサンを放出する血小板の平均体積の負の相関を持つ事を明らかにした。経口カルシウム剤はAーIIに対する昇圧不応性を起こし、PIHの発症を臨床的に有意に減少させることを報告した.交付された補助金を用い、AーIIに対する昇圧反応性を低下させるカルシウムの作用機序について妊娠ラットを用いて、低カルシウム飼料で飼育するとAーIIに対する昇圧反応性の亢進が起こる(現在、投稿中)。現在、カルシウム調節ホルモンである副甲状腺ホルモン(PTH)に着目しAーIIに対する昇圧反応性におよぼすPTHの作用を平滑筋培養細胞を用いて検討すると共に血小板活性化因子分解酵素(PAFーAH)活性測定法の確立し、妊娠中毒症妊娠で測定中である。
食行動変容を促進する栄養アセスメントとリスクコミュニケーションに関する研究

メタボリックシンドロームが増加し、早期対策が求められている。我々は2000年から、学習と自己決定に基づく肥満改善プログラムを開発し、島根県在住の壮年(累計295名、BMI25.0±3.0、年齢56.2±8.4歳)を対象に、3カ月で3kgの体重減少および10%の代謝指標の改善を目標とした、食行動と身体活動への介入研究を行ってきた。2004-2005年には、自己健康リスク認知と食行動および身体活動の変容を促進するリスクコミュニケーションを図るため、個別のリスクリストを作成し、身体状況と栄養・身体活動の評価および参加動機から、改善すべき習慣の行動目標をより明確にした。参加者の健康リスク認知は専門家の査定とほぼ一致したが、目標達成のための行動目標設定には、具体化、数量化の面で専門家の支援が必要であった。プログラム期間中の学習会では、個別の検査結果をもとに行動変容の促進因子と阻害因子について学び、参加者同士で話し合った。その結果、262kcal(13.1%)の摂取熱量減少および147kcal(7.7%)の消費熱量増加により、体重は1.5kg(2.2^-7.7kg)減少し、BMI(2.4%)、ウエスト囲(2.2%)、収縮期/拡張期血圧(2.3/3.8%)、総コレステロール(3,0%)、LDLコレステロール(4.0%)、HDLコレステロール(5.4%)、中性脂肪(13.3%)、血糖(1.4%)が有意に改善した。個別の健康リスク評価とリスクコミュニケーションがメタボリックシンドロームの早期予防・改善に有効であることを明らかにした。体重変化量に影響を与えた要因は、ステップワイズ回帰分析により、摂取熱量差17%,消費熱量差9%,前BMI3%で計29%が説明できた。栄養素では炭水化物摂取減少の寄与率が18%で最も高く、運動では歩行による消費熱量増加の寄与率が8%で最も高かった。一方、体重変化量の代謝パラメータ改善への寄与率は、総コレステロール7.0%、中性脂肪5.4%、HDLコレステロール2.7%、血糖2.6%であり、10%未満であった。体重減少によってメタボリックシンドロームが改善しやすい集団を判別することが必要であり、代謝症候群を構成する肥満とその他の代謝異常との関係について、民族差や食行動の差異に着目した研究が課題である。【対象と方法】島根県在住の壮年(2004年男10名、女46名、2000年開始からの累計244名)を対象に、8-11月の3カ月間のすこやかライフプログラムを実施した。プログラムは、開始前後に、内臓脂肪型肥満に関係する体格、血液生化学、食習慣、活動調査、体力測定、心理テストを行い、行動目標を設定し、自己評価表と万歩計を配布した。2週間後に開始前の検査結果を個別に報告し、行動変容の意義と方法を学習した。2カ月後には、行動変容の促進因子と阻害因子、人間関係や支援環境づくりの方法について参加者間で学んだ。

プログラム終了後には、検査結果と変容行動の関連性について学習した。2004年には、自己健康リスク認知と食行動および身体活動の変容を促進するリスクコミュニケーションを図るため、リスクリストを作成し、初回調査時に、これまでの健診データ、栄養・運動評価、参加動機から行動目標をより明確にした。【結果と考察】参加者の健康リスク認知は、専門家の査定とほぼ一致していた。また、達成目標の設定は専門家が3カ月の期間中には無理と査定し目標を下げた例があったが、ほぼ妥当であった。目標達成のための行動目標設定には、具体化、数量化の面で専門家の支援が必要であった。体重、BMI、ウエスト囲、ウエスト・ヒップ比、総コレステロールは有意に減少し、HDL-Cは有意に増加した。熱量出納は、摂取熱量246kcal減少、消費熱量149kcal増加となった。心理面では、日本語版Health Locus of Controlでは超自然の得点が有意に減少し、SF-36では身体機能と全身的健康観が有意に増加した。2004年は、2003年に比べ体重減少は少なかったが、血清脂質、糖質、血圧がより適正値に近づき、身体機能と全身的健康観が増加した。個別の健康リスク評価とリスクコミュニケーション、ニーズに応じた実行可能な行動目標の設定・実行が、代謝症候群の早期予防に有効であることが明らかになった。系統的なリスクリストの作成および行動変容を促進するリスクコミュニケーション手法の再検討が課題である。島根県在住の壮年(2000年開始からの累計295名)を対象に、3カ月間のすこやかライフプログラムを実施した。開始前後に、体格、血液生化学、食習慣、活動調査、体力測定、心理テストを行い、行動目標を設定し実行を促した。2週間後に開始前の検査結果を個別に報告し、行動変容の意義と方法を学習した。2カ月後には、ストレスコーピング、行動変容の促進・阻害因子、人間関係や支援環境づくりの方法について参加者間で学んだ。1)自己健康リスクの認知を支援するリスクコミュニケーションが可能なリスクリストを作成した2005年には、自己健康リスク認知と食行動および身体活動の変容を促進するリスクコミュニケーションを図るため、個別のリスクリストを作成し、初回調査時に、これまでの健診データ、栄養・運動評価、参加動機から行動目標をより明確にした。2)食行動変容を促進する栄養アセスメントとリスクコミュニケーション技法を開発した参加者の健康リスク認知は専門家の査定とほぼ一致したが、目標達成のための行動目標設定には、具体化、数量化の面で専門家の支援が必要であった。体重、BMI、ウエスト囲、ウエスト・ヒップ比、収縮期・拡張期血圧、中性脂肪、TG/HDL-C、血糖は有意に減少し、インスリン抵抗性の改善が認められた。熱量出納は、摂取熱量429kcal(21%)減少、消費熱量163kcal(7%)増加となった。個別の健康リスク評価とリスクコミュニケーションがメタボリックシンドロームの早期予防・改善に有効であることが明らかになった。3)メタボリックシンドローム診断の必須項目であるウエスト囲の妥当性について検証した女性のウエスト囲基準値の妥当性についてROC分析を行った結果、至適カットオフ値は77-80cmとなり、90cmはスクリーニング基準値として妥当性を欠いていることが明らかになった。
昆虫生体防御の分子機構

1.バクテリアにより誘導される遺伝子のクローニングと発現ペプチドグリカン(PGN)認識システムの解明と,バクテリア侵入により誘導される遺伝子群の解析を通して昆虫の生体防御システムを遺伝子レベルで解明することを目的として,suppression subtractive hybridization法を用いて,エリ蚕においてバクテリア感染により特異的に誘導される遺伝子を網羅的に検索し,数十種のDNA断片を得た.これらのDNA断片をプローブとして,免疫化エリ蚕脂肪体cDNAライブラリーを検索して,機能未知遺伝子Hdd11,新規のlebocin様遺伝子,tyrosine 3-hydroxylase(TH)遺伝子,および2種のセリンプロテアーゼ遺伝子の全長cDNAを得て,それらの構造ならびに発現誘導について解析を行った.中でも,バクテリア感染により誘導されるTH遺伝子の発見は初めてである.2.ペプチドグリカン認識タンパク質(PGRP)の単離ならびにcDNAのクローニングとその発現エリ蚕およびカイコ体液からPGRPを含む数種のPGN結合タンパク質を単離した.また,エリ蚕脂肪体で発現する2種のPGRP cDNAをクローニングした.そのうちの一つのアミノ酸配列は,エリ蚕体液から単離したタンパク質およびカイコ,タバコスズメガから単離されている鱗翅目昆虫タイプとは異なっており,ショウジョウバエのLBタイプに近いもので,特に中腸で強く発現しており,バクテリアまたはペプチドグリカン(PGN)の注射により誘導された.1.バクテリアにより誘導される遺伝子のクローニングと発現ペプチドグリカン(PGN)認識システムの解明と,バクテリア侵入により誘導される遺伝子群の解析を通して昆虫の生体防御システムを遺伝子レベルで解明することを目的として,suppression subtractive hybridization法を用いて,エリ蚕においてバクテリア感染により特異的に誘導される遺伝子を網羅的に検索し,数十種のDNA断片を得た.これらのDNA断片をプローブとして,免疫化エリ蚕脂肪体cDNAライブラリーを検索して,機能未知遺伝子Hdd11,新規のlebocin様遺伝子,tyrosine 3-hydroxylase(TH)遺伝子,および2種のセリンプロテアーゼ遺伝子の全長cDNAを得て,それらの構造ならびに発現誘導について解析を行った.中でも,バクテリア感染により誘導されるTH遺伝子の発見は初めてである.2.ペプチドグリカン認識タンパク質(PGRP)の単離ならびにcDNAのクローニングとその発現エリ蚕およびカイコ体液からPGRPを含む数種のPGN結合タンパク質を単離した.また,エリ蚕脂肪体で発現する2種のPGRP cDNAをクローニングした.そのうちの一つのアミノ酸配列は,エリ蚕体液から単離したタンパク質およびカイコ,タバコスズメガから単離されている鱗翅目昆虫タイプとは異なっており,ショウジョウバエのLBタイプに近いもので,特に中腸で強く発現しており,バクテリアまたはペプチドグリカン(PGN)の注射により誘導された.1.ペプチドグリカン認識タンパク質(PGRP) cDNAのクローニングとその発現エリ蚕脂肪体で発現するPGRP cDNAをクローニングした.このcDNAから推定されるアミノ酸配列は,エリ蚕体液から単離したタンパク質およびカイコ,タバコスズメガから単離されている鱗翅目昆虫タイプとは異なっており,ショウジョウバエのLBタイプに近いものであった.このことから,エリ蚕には少なくとも2種のPGRPが存在することが明らかになった.このPGRPcDNAは,脂肪体と中腸で特に強く発現しており,バクテリアまたはペプチドグリカン(PGN)の注射により誘導された.2.バクテリアにより誘導されるHdd11 cDNAのクローニングとその発現エリ蚕脂肪体でバクテリアにより誘導される遺伝子をsuppression subtractive hybridization (SSH)法により検索し,62種の遺伝子断片を得た.その中から,機能未知の免疫関連遺伝子Hdd11 cDNAをクローニングした.この遺伝子は,無処理幼虫では全く発現していないが,バクテリア,PGN,β1,3-グルカンなどの注射により,脂肪体と中腸で誘導された.3.バクテリアにより誘導されるtyrosine 3-hydoroxylase (TH)遺伝子のクローニングとその発現THはdopamine生合成の律速酵素で,神経伝達およびクチクラ形成に関与していることが知られているが,エリ蚕脂肪体でバクテリアにより誘導されるTHを発見し,cDNAをクローニングした.この酵素は,似た反応を触媒するフェノールオキシダーゼとは全く別のタンパク質であり,生体防御にどの様に関わっているか興味を持たれる.4.バクテリアにより誘導されるレポシンcDNAのクローニングエリ蚕から,カイコのレボシンcDNAと相同性のあるcDNAをクローニングしたが,このcDNAには抗菌性タンパク質であるレボシンペプチドに相当する領域が無く新規の遺伝子であると考えられる.1.バクテリアにより誘導される遺伝子のクローニングペプチドグリカン(PGN)認識システムの解明と,バクテリア侵入により誘導される遺伝子群の解析を通して昆虫の生体防御システムを遺伝子レベルで解明することを目的として,suppression subtractive hybridization法を用いて,エリ蚕においてバクテリア感染により特異的に誘導される数十種の遺伝子断片を得た.これらをプローブとして,免疫化エリ蚕脂肪体cDNAライブラリーを検索していくつかの全長cDNAをクローニングした.2.Hdd11遺伝子の解析機能未知遺伝子Hdd11は,バクテリア菌体およびPGNの注射により脂肪体で特異的に誘導された.3.lebocin様遺伝子の解析エリ蚕から,カイコのlebocin遺伝子のプロシグメント部分とのみ高いホモロジーを有するが,抗菌性ペプチドlebocinをコードしないcDNAを得た.この特異な遺伝子の構造,発現組織,誘導因子などの解析により,この遺伝子は抗菌性ペプチド生成以外の別の未知の機能を有するものであることが明らかになった.4.バクテリアにより誘導されるtyrosine

3-hydroxylase(TH)遺伝子の解析THは神経伝達物質であるドーパミン合成の律速酵素として知られており,脳などの神経系で主に発現している.エリ蚕において,このTH遺伝子がバクテリアにより脂肪体で誘導されることを見出した.5.バクテリアにより誘導されるセリンプロテアーゼ遺伝子の解析2種の誘導性セリンプロテアーゼ遺伝子をクローニングした.その一つはプロフェノールオキシダーゼ活性化に関わる酵素と思われる.
休耕田を利用した富栄養化水による周年野菜栽培システムの確立

富栄養化湖沼水を用いた野菜生産では、湖水中の栄養塩濃度は極めて低く、植物が吸収する養分の大半は懸濁物質SSに由来することが明らかになった。また、SSは一定量以上に根圏に捕捉されても植物の収量は上限以上にはならないことが分かった。SSには有機体の窒素が多く含まれるが、直接園芸培地化するには不適当なため、堆肥化し養分を無機化することが効果的と考えられた。富栄養化水を浄化すると共に,富栄養化水を培養液として用いた栽培およびSS(懸濁物質,浮遊物質)を培地として栽培を行う周年的な実用規模の野菜生産システムを設計・実用化し,最終的には,本研究の結果得られた成果を,我が国だけにとどまらず広くアジア地域また,世界各地にも応用可能な汎用的な技術にすることが本研究の目的である.過去の研究で,開発中のシステムにより,富栄養化水中のSSが大幅に除去可能であることが判明している.さらに,エンサイ等の野菜はイオン状態の肥料成分だけでなく,捕捉されたSS中の肥料成分も一部利用していることが分かっている.SSは,水中に分散している固形物で,粒径2mm以下のものと定義され,湖沼の富栄養化,水質汚濁にも大きく関わっている物質である.本研究では以下の項目についてさらに発展的に研究し,実際農家に利用可能なシステムを開発することを目的として研究を行なっている.本年度については休耕田を利用した野菜栽培・浄化システムの栽培ベッド底部にリブを設けてSS捕捉率を高める改良を行った.また,ベッド内のSSが堆積する範囲は取水口からの距離に依存するためベッドの長軸方向の長さについても検討を行い,より効率的にSS捕捉率を高める改良を行った.極低濃度域の培養液濃度がトマト苗の養分吸収速度に及ぼす影響について研究を行なった結果,低濃度の培養液でも高い吸収速度・吸収濃度で無機成分吸収を行なっていることが明らかとなった.これにより培養液としては極低濃度な富栄養化水でも野菜栽培は十分可能であることが示唆された.本栽培法の基本的技術の開発は順調に進み,次年度以降の試験を既に始めているが,他の研究者とも情報交換を行ない,効率的に試験を進める予定である.富栄養化水を培養液として用いて野菜を栽培し,同時に富栄養化水を浄化する養液栽培システム,およびSS(懸濁物質,浮遊物質)を培地として栽培を行う周年的な実用規模の野菜生産システムを設計、実用化し,最終的には,得られた成果を,我が国だけにとどまらず,広くアジア地域また,世界各地にも応用可能な汎用的な技術にすることが本研究の目的である。本研究では以下の項目についてさらに発展的に研究し,実際農家に利用可能なシステムを開発することを目的として研究を行なっている。これまでの研究で,開発中のシステムにより,富栄養化水中のSS(懸濁物質,浮遊物質)が大幅に除去可能であることが判明している。さらに,エンサイ等の野菜はイオン状態の肥料成分だけでなく,捕捉されたSS中の肥料成分も一部利用していることが分かってきた。SSは,水中に分散している固形物で,粒径2mm以下のものと定義され,湖沼の富栄養化にも大きく関わっている物質である。本年度はこのSSに注目して試験を行った。栽培中にSSを積極的に捕捉し栽培試験を行ったところSSが生育に寄与していることが明らかとなった。このように,栽培中にSSを積極的に捕捉し,捕捉したSSで冬期の栽培を行うというようなシステムは現状では着想されておらず,極めて独創的かつ有意義な研究である。本栽培法の基本的技術の開発は順調に進み,最終年度となる本年度の試験を既に始めている。今後も他の研究者とも情報交換を行ない,効率的に試験を進める予定である。これまでの研究から、富栄養化水を培養液として用いる栽培システムにより、水中のSS(懸濁物質)を大幅に除去可能であることが判明した。さらに、エンサイ等の野菜は、水中のイオン状態の肥料成分だけでなく、水路内に自重で沈積し根圏に捕捉されたSSからも養分を一部吸収することが分かってきた。SSは主に土壌粒子やプランクトンの死骸などから構成され、湖沼の富栄養化にも密接に関わっており、これを栽培に有効利用し、さらに系外に除去すれば浄化にも貢献できる。そこで,栽培中にSSをより積極的に捕捉し、回収したSSを培地化して特に水温が低下する冬季に栽培に用いるという、周年的な野菜生産システムの開発を目的に研究した。本年度は、水路に引き込む富栄養化水の流量を変え、流速の違いによるSSの挙動とエンサイの収量との関係を詳細に調査した。また、SSの培地化を試みた。湖沼の底泥も同様に供試した。SSおよび底泥の化学的特性を分析・評価し、造粒加工や籾殻くん炭との混合により物理性の改善を図った。

コマツナを用いて栽培試験を行い、生育速度や養分欠乏症の有無から、SSや底泥を培地として利用する可能性を検討した。その結果、今後、他資材との混合による物理性の改善や、堆積発酵による有機物の無機化、さらに潅水頻度の検討等、培地として利用するために多くの改善を必要とすることが明らかになった。最終的には本研究の結果得られた成果は,我が国だけにとどまらず広くアジア地域、また世界各地にも応用可能な汎用的な技術になると思われる。
機体組込型超音速ノズルにおける環境汚染熱物質の生成機構

本研究は、将来のHST飛行の実現にあたり、機体組込みという特徴的な形態をとる水素気体燃料の超音速燃焼推進システムを取り上げ、エンジン排気と高層大気との熱化学反応流体干渉による環境汚染物質(主としてNOx)生成に焦点をあて検討した。理論解析においては、水素-酸素-窒素系の化学反応を数値解析するにあたり、その計算の硬直性(Stiffiness)に対処する計算方式を提案し、これを排気ノズルの非平衡反応流れに適用し有益性を確認した。その結果、これまで無視されていたノズル内部での反応が機体外部を利用する大気への膨張過程を通じて、オゾン反応連鎖物質の生成に係わることが捉えられた。実験解析においては、スペースチャンバー内に高層大気環境(圧力及びオゾン状態)を模擬設定し、これに2Dスリットから調圧したNOガスを音速噴射させた。ノズル後流の可視化(シュリーレン法及びLIF法)の結果、噴射流れの衝撃波構造や付随する密度勾配、さらにNO数密度の空間分布などが明らかにされ、オゾン雰囲気の大気混合領域でオゾン-NO化学反応によるNOx濃度の変化(減少)が確認された。機体組込型超音速ノズルの仕様を実験パラメータ(膨張比や燃料ガス組成など)の検討を踏まえて決定し製作段階に入った。高層大気シミュレーションのための環境設備(スペースチャンバー)への計測光路のアクセスを工夫し冷温ジェットを用いたシュリーレンやレーザー流速計のチェックを終え、現在、LIF(レーザー誘起蛍光法)による反応性ガス組成分析のソフトウェアを習得している。希薄大気と、超音速ジェットとの熱流体干渉を数値シミュレーションするためのDSMCコードは一部開発を終え、ワークステーション上での計算効率の向上を目指すベンチマークテストを実施した。また、古典的なナビア・ストークス運動式に基づく有限体積法TVDコードを非平衡反応流へ拡張適用することも試みた。これら計算結果の効果的なグラフィック処理の方法が色々な角度から検討されつつある。希薄大気をシミュレーションする環境設備(低圧スペースチャンバー)に2次元ノズルを装着し、NOガスを音速噴射する実験を行った。スペースチャンバー内部には、オゾンガスも導入されており、丁度エンジン排気が、高層大気中のオゾンと反応する状況を模擬している。シュリーレン法とLIF(レーザー誘起蛍光)法を併用して、反応性超音速ジェットの混合過程を観察した結果は、従来の相似法則を確認すると共に、せん断層の大規模不安定構造による反応促進効果を示唆している。上記を数値シミュレーションにより解明する計算コードの開発も平行して進められており,特に多化学種を含む反応系路の検討に主力を注いでいる。本研究は、将来のHST飛行の実現にあたり、機体組込みという特徴的な形態をとる水素機体燃料の超音速燃焼推進システムを取り上げ、エンジン排気と高層大気との熱化学反応流体干渉による環境汚染物質(主としてNOx)生成に焦点をあて検討した。理論解析においては、水素-酸素-窒素系の化学反応を数値解析するにあたり、その計算の硬直性(Stiffiness)に対処する計算方法を提案し、これを排気ノズルの非平衡反応流れに適用し有益性を確認した。