hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ポリマーゲル線量計を用いた放射線治療における金属の影響解析

本研究は、高精度放射線治療における体内金属の影響についてポリマーゲル線量計を用いて検証し、金属が存在する条件下での放射線治療の安全性を確認することを目的としている。平成27年度に線量計に用いるゲルをPAGATに決定し、線量計として用いる基礎実験を行った。平成28年度には、前年の結果に基づきアクリル製ボックス内に金属を埋設したPAGATに実際に放射線を照射し線量測定を実施した。実験計画に沿ってCT画像を用いた解析を行ったが、CT特有のノイズと低感度のため、CTでの評価は本研究における線量分布の評価には適さないと判断し、CTに代わる方法としてMRIを使用する方針とし、MRIのT2強調画像から得られるR2値から線量評価を行う基礎実験を改めて実施した。この方法により線量測定が可能であることを確認し、続いて金属埋設ゲルについて実測と三次元治療計画との比較を行った。本研究の結果、ステンレス製髄内釘が存在する条件下でボックス4門照射を行った場合に、金属近傍に3次元治療計画には反映されない高線量域が存在することが確認できた。また、周囲の線量分布には計画と実測で大きな差がなく、シミュレーションによる線量評価は概ね正確であることが確認できた。また、口腔内金属を想定した金パラジウム合金が咬合面存在するファントムを作成し強度変調放射線治療(IMRT)による照射を行い、実測線量が計画線量に比べて10%程度上回ることが確認された。本研究は、高精度放射線治療における体内金属の影響を、ポリマーゲル線量計を用い検証することを目的とした研究である。本年度は体内金属を有する患者を想定したポリマーゲル線量計の作成を主な目的と設定した基礎実験を行った。まずはじめにポリマーゲルの作成から、本研究で使用するゲルに金属を埋め込んだファントムの作成を行った。また、同時にポリマーゲルに対する照射を行い、X線CTを用いてデータを収集し、線量とCT値との相関を確認した。本研究で用いるポリマーゲルは、本研究で想定している患者に対する照射条件による影響を考慮してPAGATタイプを用いることとした。ファントム作成に先立ち、ゲルを入れる四角柱型のアクリル製のボックスを本研究のために設計し作成した。本研究に用いる金属類も当初の研究実施計画に沿ってすべて準備した。実際に準備したアクリルボックスにポリマーゲルを充満させた状態とポリマーゲル内に金属を埋め込んだ状態のものを準備し、これに対しエックス線を照射することでポリマーゲルが重合反応し白濁することも確認した。引き続いて、線量とCT値との相関を確認し、ポリマーゲルの線量計としての基礎データの取得を行った。ポリマーゲルを封入するガラス瓶を用意し、ガラス瓶にポリマーゲルを充満させ、このために準備した水等価ファントムにガラス瓶を挿入した状態で、6MVのエックス線を用い2グレイから14グレイまでの照射を行い、CTでポリマーゲルのCT値を測定した。吸収線量とCT値の間に相関があることを確認した。本研究では、使用するポリマーゲルを自作することとし、本研究ではPAGATタイプのものを使用することにした。このPAGATタイプのポリマーゲル作成において、研究開始当初にポリマーゲル自体の均質性とX線に対する反応が不安定であったため、研究全体としてはやや遅れが生じている状態である。本研究は、高精度放射線治療における体内金属の影響を、ポリマーゲル線量計を用い検証し、金属が存在する条件下での放射線治療の安全性を確認することを目的とした研究である。平成27年度に線量計に用いるゲルをPAGATに決定し、線量計として使用するための基礎実験を行った。平成28年度には、前年の結果に基づき、アクリルボックス内に金属を埋設したPAGATに対し実際に照射し線量測定を実施。実験計画に沿ってCT画像を用いた解析を行ったが、CT画像特有のノイズと低感度のため、CTによる評価が本研究における線量評価には適していないと判断し、線量評価にMRIを使用すること変更した。MRIのT2強調画像より得られるR2値と線量の相関を確認する基礎実験を実施し、線量測定が可能であることを確認した。続いて、実際の金属埋設ゲルを用い、線量分布の評価および3次元治療計画との比較を行った。ステンレス製の髄内釘が存在する条件下で、ボックス4門照射で照射した場合に金属近傍に、3次元治療計画では反映されない線量増加が見られた。また、髄内釘を通過するビーム線束の領域においては、治療計画と実測線量には大きな差はなく、汎用の治療計画装置に搭載されたMonte Carloシミュレーションによる線量評価は概ね正確であることが確認できた。現在、さらに複雑に配置された金属が存在する条件下、たとえば脊椎内固定用の金属ロッドおよびスクリューや歯科治療によって埋め込まれた多数の金属が存在する条件下、また、IMRTのような複雑な照射方法の条件下での線量評価を行い、金属による線量分布への影響を解析しており、学会等で発表する予定である。本研究では、使用するポリマーゲルはPAGATタイプを採用し、研究の過程で自作している。線量評価をおこなった際に感度が不均一であった。その理由としてゲルを自作していることが原因と考えられ、その対策が必要であった。また、ポリマーゲルは酸素の影響で反応が低下する。ゲルに金属の埋設状態によってはゲルが空気中の酸素の影響を受けることになる。

本研究においては、金属の埋設する際には、金属自体をラッピングしているがその状況によって、金属周囲のゲルの反応が不均一になることがあり、一連の実験行程の最後に線量評価できない事態が発生することがあった。そのため、研究全体としてはやや遅れが生じている状態である。本研究は、高精度放射線治療における体内金属の影響についてポリマーゲル線量計を用いて検証し、金属が存在する条件下での放射線治療の安全性を確認することを目的としている。平成27年度に線量計に用いるゲルをPAGATに決定し、線量計として用いる基礎実験を行った。平成28年度には、前年の結果に基づきアクリル製ボックス内に金属を埋設したPAGATに実際に放射線を照射し線量測定を実施した。実験計画に沿ってCT画像を用いた解析を行ったが、CT特有のノイズと低感度のため、CTでの評価は本研究における線量分布の評価には適さないと判断し、CTに代わる方法としてMRIを使用する方針とし、MRIのT2強調画像から得られるR2値から線量評価を行う基礎実験を改めて実施した。この方法により線量測定が可能であることを確認し、続いて金属埋設ゲルについて実測と三次元治療計画との比較を行った。ステンレス製髄内釘が存在する条件下でボックス4門照射を行った場合に、金属近傍に3次元治療計画には反映されない高線量域が存在することが確認できた。また、周囲の線量分布には計画と実測で大きな差がなく、シミュレーションによる線量評価は概ね正確であることが確認できた。平成29年度には、口腔内金属と脊椎後方固定術後のチタン製ロッドが存在する条件下で強度変調放射線治療(IMRT)による照射を行った。特に口腔内金属が咬合面付近に多数存在するような場合には、実測線量が計画線量を大幅に上回ることが確認された。これらの結果について、学会発表を行い、論文化していく予定である。本研究では、ポリマーゲルを自作している。このため、作成するごとにゲル線量計自体の感度の違いが見られた。さらにゲルに金属を埋設する際には、ゲルが酸素の影響を受けないようにする必要がある。実際に埋設する際には、測定時に金属を除去できるようにラッピングしているがその際の状況によって金属周囲のゲルの反応が低下することがあり、正確な線量評価を行うことができなくなる事態が発生していた。現在はこれらの問題は解消され、実験を遂行できているが、研究全体として遅れが生じている。
高血圧・脳卒中モデルとその対照系統の遺伝的標準化に関する研究

日本で開発された血管系成人病の最良のモデルであるSHR,SHRSPおよび正常血圧WKYは近交系であるが、維持施設によって遺伝的背景(特にはWKY)が異なるため、本研究では遺伝的に標準化された系を確立し、高血圧性疾患発症機序解明に貢献すると共に予知から予防への医学の確立による成人病の根絶に寄与することを目的としている。標準系確立の必要性をモデル動物利用者(600人のSHR学会員および2700人の日本高血圧学会員)を対象にアンケート調査したところ、回答者の9割以上が病原菌のないSPF化した標準系の確立の必要性を痛感していることが明らかになった。一般に使用されているWKYの組織適合性抗原をSHR(SP)と比較したところ、京都大学で自家繁殖しているWKYを除いてほとんど全てのWKYの組織適合性抗原がSHR(SP)と異なり、SHR(SP)の対照系とはならないと考えられるので、京都大学で自家繁殖している系統をSPF化した。SPF化した系統について染色体上の46マーカーについて調べ、SPF化前のタイプと同じであることを確認した。1994年10月に開催された第8回SHR国際シンポジュウムおよびサテライトシンポジュウムにおいても標準化を支持する意見が多く、標準化された系統の海外への供給体制の確立等の要望があった。また、サテライトシンポジュウム開催時に開いた班会議において標準化したモデル動物の有効利用を討論した結果、世界のこの分野の進歩は速く、日本がこの分野でイニシャチブをとるには総合力が必要で、その為には各専門分野の班員によるモデル動物の病態生理、生化学的特徴分析と遺伝分析を組み合わせて病態発症原因遺伝子解明のための共同研究を進めることが緊急重要課題であり、成人病の根絶に貢献することであるとの結論に達した。
細胞ストレス応答におけるプロテアソームの活性制御機構

免疫抑制剤FK506によるNF-κB活性化の機序を明らかにするため、そのインヒビターのIκBαの分解について解析した。その結果、その分解は、IκBαのN末部の32番目と36番目のセリン残基(Seri32/Ser-36)に依存し、従来指摘されていたプロテアソームが関与していることを確かめた。さらに、Ser-32で燐酸化されたIκBαに対する特異抗体を用いてウェスタンブロットした結果、FK506がIκBαのSer-32の緩徐な燐酸化を引き起こすことが確認された。しかし、FK506はJNKの強い活性化を引き起こすにも関わらず、FK506によるIκB Kinase(IKK-1/-2)の活性化は認められなかった。また、IL-1によるIκBαの分解では、N末部のセリン残基の燐酸化に依存したN末部の21番目と22番目のリジン残基(Lys-21/Lys-22)へのユビキチン化が必須であるが、FK506によるIκBαの分解はこのN末部のユビキチン化部位に依存しないで起こった。以上、FK506によるIκBαの分解は、従来考えられている機構とは異なり、N末部のセリン残基の燐酸化には依存するが、N末部のユビキチン化部位には依存しないプロテアソーム蛋白分解機構によって起こると考えられた。現在我々は、ユビキチン化部位に依存しないプロテアソーム蛋白分解機構の解析を進めている。
生きものの力学物性を支配する非平衡統計力学

生きている細胞を培養しつつ、active/passiveマイクロレオロジー計測を遂行できる計測システムを開発した。生きている細胞は周囲環境の力学的な性質を調べることで、自らの振る舞いを決定している(力学知覚および力学適応)が、そのメカニズムは不明であった。本研究では開発したシステムを用いて生きている細胞の力生成と非平衡力学を同時に計測することで、その物理的メカニズムを初めて明らかにした。細胞培養可能な広帯域マイクロレオロジー計測システムを構築した。水による吸収の少ない近赤外レーザー(1064nm, 830nm)を、高いNAを持つ対物レンズで試料中に集光し、コロイド粒子を光トラップした。トラップ後のレーザー光の回折を4分割光ダイオードで検出し、コロイド粒子位置を精密検出した。従来のマイクロレオロジー計測システムでは、高いNAを持つ短作動距離の油浸コンデンサーレンズを使用して、試料を通過したトラップレーザーを集光していたため、サンプルを狭いセル中に封入する必要があった。細胞培養には、酸素、二酸化炭素、栄養分が十分に供給され、排泄物がバルクの培養液中に拡散希釈される必要がある。また、試料の体積に対して表面積が増大すると、バクテリア、マイコプラズマ等により汚染される可能性が増える。そこで今回作製する計測システムでは、油浸コンデンサーレンズのかわりに水浸対物レンズで透過光を集光した。水浸対物レンズは培養液に直接浸すことができるため、これにより計測試料を狭い空間に封入する必要がなくなった。さらに試料台上方にピエゾ駆動のシアーセルが設置できるように工夫し、細胞に外部から応力を与え、細胞内部の粘弾性が申請者らの発表した理論通りに制御されるか確認できるようにした。以上開発したシステムを用い、次年度以降に計画された実験を遂行する準備が整つた。長期間安定的に細胞を培養するためには、細胞培養液中に酸素、二酸化炭素、栄養分が十分に供給され、かつ、排泄物がバルクの培養液中に拡散希釈される必要がある。また、試料チャンバーの体積に対して表面積が増大すると、バクテリア、マイコプラズマ等により汚染される可能性が増える。従来のマイクロレオロジー計測システムでは、高いNAを持つ(従って)短作動距離の油浸コンデンサーレンズを使用して、試料を通過したトラップレーザーを集光していたため、サンプルを狭いセル中に封入する必要があった。そのため、簡便に計測試料を作製することと、長期にわたり細胞の健全性を保つことが困難であった。そこで本研究では、細胞培養可能な広帯域マイクロレオロジー計測システムを構築した。マイクロレオロジー計測では、水による吸収の少ない近赤外レーザー(1064nm, 830nm)を、高いNAを持つ対物レンズで試料中に集光し、コロイド粒子を光トラップする。トラップ後のレーザー光の回折を4分割光ダイオードで検出し、コロイド粒子位置を精密検出する。今回作製する計測システムでは、油浸コンデンサーレンズのかわりに水浸対物レンズで透過光を集光した。安定した細胞培養を行うためには、酸素、二酸化炭素、栄養分が十分に供給され、排泄物がバルクの培養液中に拡散希釈される必要がある。そこで研究代表者は前年度までに、細胞培養可能な広帯域マイクロレオロジー計測システムを構築した。当該システムでは、水による吸収の少ない近赤外レーザー(1064nm,830nm)を、高いNAを持つ対物レンズで試料中に集光し、コロイド粒子を光トラップし、トラップ後のレーザー光の回折を4分割光ダイオードで検出し、コロイド粒子位置を精密検出している。また、油浸コンデンサーレンズのかわりに水浸対物レンズで透過光を集光した。さらに試料台上方に超音波駆動のシアーセルが設置できるように工夫し、細胞骨格に外部から応力を与えつつマイクロレオロジー計測を行った。応力の印加に伴い細胞骨格は異方的に激しく硬化することを発見した。この細胞骨格の異方的硬化挙動を説明する理論を構築し、申請者らの発表した理論通りに制御されることを確認した。さらに開発したシステムを用い、細胞内部における力学特性と揺動散逸定理の破れとしての非平衡揺動力を定量化することで、細胞の力学知覚現象の物理メカニズムを細胞内部の非平衡統計力学を通して明らかにした。
TLRシグナル伝達におけるIRF-5活性化機構の解明

生体防御において免疫系の賦活化は必須であり、また適時の適当な免疫応答が恒常性維持に重要である。IRF(インターフェロン制御因子)ファミリー転写因子はインターフェロン誘導のみならず、種々の免疫反応の誘導にも重要な転写因子であり、その異常によって自己免疫反応を含め、免疫応答の破綻をきたす。IRF-5は病原体関連分子の認識受容体であるToll-like receptor(TLR)の刺激により活性化され、炎症性サイトカインの誘導に重要な転写因子であることを明らかにしたが、TLR下流でのIRF-5活性化機構は不明である。この活性化機構のメカニズムの一端を解き明かすべく検討を進めた。まず、IRF-5遺伝子欠損マクロファージを用いてTLR刺激での誘導遺伝子についてマイクロアレイ解析によって検討したところ、これまで報告した炎症性サイトカインのみならず、その他の誘導遺伝子においても顕著な減弱がみとめられる遺伝子が複数存在することが明らかとなった。さらに興味深いことには、刺激において通常は発現が抑制されるような遺伝子群が、IRF-5遺伝子欠損細胞において、むしろ誘導が増強されていることが見いだされた。これらはプロテアーゼなど代謝に必要な酵素群の遺伝子であった。通常は感染時などに抑制されるべき分子が、逆に誘導されることから、IRF-5は自己を攻撃することに繋がる分子の発現を抑える役割を持っていることが示唆された。最近IRF-5について、自己免疫疾患の一つである全身性ループスエリテマトーデス(SLE)との関連が指摘されており、今後はこのIRF-5の遺伝子誘導の抑制機能にも焦点をあてつつ、研究計画に沿って検討を進めていく予定である。
多項式環と分離拡大

可換環上の分離拡大やガロア拡大の研究は、内外において、いろいろな立場からなされているが、原始元をもつガロア拡大は多項式環や既約多項式と密接な関係をもち、研究上各種の重要な情報を提供する素材である。また、応用上からも符号理論との関連において有益な研究対象である。ここでは主としてこの方面の研究成果について述べる。[1]体上のガロア多元環の原始元に関する研究。体上のガロア拡大体の原始元についてはすでにいろいろなことが知られているが、体上のガロア多元環の原始元については存在条件や構成方法に関して不明な点が多い。ここでは、ガロア多元環が原始元をもつための条件を既約多項式や極大部分体を利用して明確に与える。(裏面の第一、第二の論文参照)[2]有限体上のガロア多元環の原始元に関する研究。有限体上のガロア多元環は有限体論や符号理論において重要な役割を果たす。ここでは原始元の存在条件を拡大次数や組成列との関連において与えた。その条件はアリスメチィカルで利用しやすい。また、これは原始元をもつガロア拡大の範囲を決定するものとして有益な成果であると思われる。この成果については論文準備中である。[3]半局所環上のガロア拡大の原始元に関する研究これは[2]の成果を半局所環上のガロア拡大にまで拡張することを試みたものである。また、ガロア拡大のうちで重要な位置を占めるクンマー拡大に対し、原始元の存在条件や構成に関して精密な結果を得た。これについても論文準備中である。[4]その他の研究。これについては、符号理論、環の分離拡大、環の分解、環の可換性に関していくつかの有益な成果が得られた。[4]その他の研究。
分泌小胞に依存しないカルシウム結合性タンパク質複合体の細胞外遊離機構の解明

核タンパク質プロサイモシンα(ProT_α)は、シグナルペプチド配列を有しておらず、虚血性ストレスにより神経・アストロサイトより細胞外遊離される。ProT_αは、ネクローシス保護機構を介した神経保護機能を有する。虚血性ストレスによるProT_αの細胞外遊離は、ATP減少による核外移行後の非小胞性の細胞外遊離機構であることを明らかとした。また、細胞外共遊離分子として、Ca^<2+>結合性タンパク質S100A13を同定した。両者の相互作用はCa^<2+>依存性であり、いずれの分子もC末端領域が結合必須領域であった。ProT_αのC末端は核移行シグナルを有し、アポトーシスによって活性化されるカスパーゼ-3によって切断される。この時、細胞外遊離は起こらない。これらのことは、ネクローシスによって誘発されるProT_αの細胞外遊離機構は非小胞性機構であり、一方、アポトーシスストレス時には、細胞外遊離担体分子であるS100A13との相互作用能を失う為、細胞外遊離能を失うことを意味している。脳・神経糸において、細胞外自己保護因子の中には、分泌小胞によるエクソサイトーシスを介さずに細胞外に遊離するものが存在する。本研究は、自己保護分子ProTαとFGF-1の非小胞性遊離機構解明を目的とする。遊離機構調節分子の同定:遊離担体分子,S100A13と結合する分子として、新規にAnnexin A2の確認に成功し、その相互作用はCa^<2+>非依存性であることを明らかとした。バイオインフォマティクスによる遊離機構の解析と意味づけ:多次元データを自己組織化させ、視覚情報として抽出する自己組織化マップ(Self-Organization Map : SOM)解析を行った所、遊離と細胞外能は細胞と免疫系細胞が有しているという傾向が得られた。一方、興味深いことに脳のグリア細胞においては、アストロサイトは遊離機能をミクログリアは細胞外機能を有するという結果が得られ、脳細胞における本遊離と作用の意味付けの解明が期待される。蛋白質間相互作用を介した遊離機構ダイナミズムの解析:遊離単体分子: S100A13と遊離制御分子: p40Syt-1の分子間相互作用をバイオセンサーBIACOREを用いて解析した所、両者はCa^<2+>濃度依存的に相互作用し、さらにCu^<2+>がその相互作用を増強させることを見出した。本結果は、S100A13とFGF-1の相互作用様式と同一であることから、イオン制御機構が本遊離機構で重要な位置を占めることを意味している。カルシウム結合性タンパク質群による複合体形成が本非小胞性遊離の主要機構であるが、生体膜制御子Annexin A2が仮説通り関与する可能性が示唆された。これにより、最も重要な課題である細胞膜通過機構解明の手がかりとなることが期待される。脳神経系において、細胞外自己保護因子の中には、分泌小胞によるエクソサイトーシスを介さずに細胞外に遊離するものが存在する。本年度は、自己保護分子ProTαの非小胞性細胞外遊離機構の解明を行った。細胞外遊離担体分子の同定:細胞外ProTαと結合する分子としてS100A13を同定し、本分子がストレス誘発性ProTα細胞外遊離の遊離担体であるにとを明らかとした。蛋白質間相互作用解析:ProTαとS100A13の分子間相互作用をバイオセンサーQCMで解析し、両者の相互作用はCa^<2+>濃度依存的であることを見出した。さらに、ProTαの部分欠失変異体を用いてS100A13との相互作用必須領域の決定に成功した。ストレス種によるProTα遊離制御機構の解明:ProTαの遊離オは、ネポトーシス時に誘発され、アポトーシス時には起には起こらない。本制御は、アポトーシスによる活性化Caspase-3が、ProTαのS100A13相互作用必須領域を切断するためであることを明らかとした。遊離機構のパスウェイシミュレーション:ストレス種に主応じたProTα遊離機構駆動モデルを作製し、シミュレーションソフトによって解析したところ、細胞内外のそれぞの分子量変動について実験研究と同一の結果を得ることが出来た。

ProTαは、アクローシス時において細胞内でフポトソーム形成阻害等の自己保護能を有しており、ネクローシス時には細胞外に遊離し自己保護能を駆動する。ProTαは細胞運命決定分子として位置づけられ、遊離の全容を含めた分子機構の解明が期待される。
超高効率汎用混相熱流動解析システムの構築

相変化を伴う熱流動解析における超高効率かつ汎用性を有するデカルト格子アプローチの核となる計算技術を確立するために,研究代表者が考案したシームレス仮想境界法及び安定化フェーズフィールド法を組み合わせたシームレス仮想境界フェーズフィールド法を構築し,基礎的な検証問題に対して適用した結果,本手法がデカルト格子に沿わない境界に対しても有効に機能することを示した.相変化を伴う熱流動場として沸騰・蒸発問題を取り上げ,さらに,周囲流体との一括シミュレーションを実施した結果,現象が再現でき,本研究で構築したシームレス仮想境界フェーズフィールド法は高効率で汎用的な手法であるとの結論を得た.平成25年度においては研究計画通り,1二相流に対するシームレス仮想境界フェーズフィールド法の有効性の検証,2相変化を伴う二相流に対するシームレス仮想境界フェーズフィールド法の適用性の検証を実施した.1に関しては,デカルト格子に沿う境界形状に対しては良好な結果が得られたが,曲率を有する境界形状に対しては若干参考解と異なる結果が得られたため,境界条件を考慮した多変数テーラー級数展開を用いた内挿法に変更して現在その検証を実施中であり,有望な結果が出つつある状況である.次年度も引き続き検証を実施する.また,安定性の制限を緩和する安定化フェーズフィールド法の構築に関しては,支配方程式に4階微分が含まれることにより安定性の制限が厳しくなるため,化学ポテンシャルに対してフィルター処理化学ポテンシャルを用いる手法を考案し,時間積分法に有理ルンゲ・クッタ法採用する手法とを比較した結果,フィルター処理化学ポテンシャルを用いる手法がより安定して計算可能(従来の10倍)であることが判明したため,この手法を採用した安定化フェーズフィールド法の構築を行った.2に関しては,相変化モデルとして温度回復法を用いて最初に1次元蒸発問題に対して適用した結果,解析解とも良好に一致し,その有効性を確認した.さらに,安定化フェーズフィールド法を用いて同様の問題を解析した結果,従来の7倍の時間刻み幅で信頼できる結果を得ることができることが判明した.次に,2次元Film boiling問題に適用し,その有効性の検証を実施した結果,従来の3倍の時間刻み幅で計算可能となったが,高効率な計算が行えるところまでは至らなかった.そこで,フィルター処理の手法を化学ポテンシャルの境界条件をも考慮したものに変更することとし,現在その検証を実施中である.平成26年度においては研究計画通り,1二相流に対するシームレス仮想境界フェーズフィールド法の有効性の検証,2相変化を伴う二相流に対するシームレス仮想境界フェーズフィールド法の適用性の検証,3周囲流体との相互作用の一括シミュレーションの一部を実施した.1に関しては,前年度の曲率を有する境界形状に対して若干異なる結果となったが,境界条件を考慮した多変数テーラー級数展開を用いた内挿法に変更して実施することにより,基本的な検証問題に対して良好な結果を得ることに成功した.2に関しては,前年度に実施した相変化モデルとして温度回復法を用いて1次元蒸発問題に対して有効性を確認したことを拡張し,2次元蒸発問題に対して適用を行い,物理的に妥当な結果を得ている.さらに,安定化フェーズフィールド法に関しては,フィルター処理の手法を化学ポテンシャルの境界条件をも考慮したものに変更することにより,57倍の時間刻み幅で計算可能となる結果を得た.3に関しては,一括シミュレーションの前段階として,機能性薄膜の効率的な形成法としての自己組織化に着目し,フェーズフィールド・クリスタル法を用いて自己組織化のシミュレーションを実施した.その結果,初期分布が安定なハニカム構造形成に影響を及ぼすことが判明し,さらに,ランダムな初期構造に対しても境界条件を工夫することで安定なハニカム構造が形成されることを示した.平成27年度においては,ほぼ当初の計画通りに1相変化を伴う二相流に対するシームレス仮想境界フェーズフィールド法の適用性の検証を引き続き実施するとともに,より実際問題に近い2周囲流体との相互作用の一括シミュレーションを実施した.また,昨年度に実施したシームレス仮想境界フェーズフィールド法の検証を引き続き実施した.1及び2に関しては,前年度実施した相変化モデルとして温度回復法を用いて2次元蒸発問題に対してシミュレーションを行い,物理的に妥当な結果を得るとともに,周囲流体との相互作用の一括シミュレーションとして,流れの有無が蒸発性能に与える影響についてのシミュレーションを実施した.その結果,流れの有無により蒸発性能が異なり,特に,流れの方向が蒸発性能に重要な影響与えることを示した.また,フェーズフィールド・クリスタル法による自己組織化のシミュレーションにおいては,境界条件として最も単純な周期条件を与えた際に安定なハニカムパターンを示さなかった条件に対して,境界を拘束することにより安定なハニカムパターンが形成されることを示し,実験における結果と合致する結果を得た.実験結果を再現する結果を得たことにより,機能性薄膜形成にシミュレーションの知見が反映可能であるとの結論を得た.さらに,シームレス仮想境界フェーズフィールド法を回転正方空洞内相分離問題に適用し,多変数Taylor級数展開による内挿法が有効に機能することを示した.相変化を伴う熱流動解析における超高効率かつ汎用性を有するデカルト格子アプローチの核となる計算技術を確立するために,研究代表者が考案したシームレス仮想境界法及び安定化フェーズフィールド法を組み合わせたシームレス仮想境界フェーズフィールド法を構築し,基礎的な検証問題に対して適用した結果,本手法がデカルト格子に沿わない境界に対しても有効に機能することを示した.相変化を伴う熱流動場として沸騰・蒸発問題を取り上げ,さらに,周囲流体との一括シミュレーションを実施した結果,現象が再現でき,本研究で構築したシームレス仮想境界フェーズフィールド法は高効率で汎用的な手法であるとの結論を得た.

平成26年度の研究計画は,1二相流に対するフェーズフィールドシームレス仮想境界法の有効性の検証(継続),2相変化を伴う二相流に対するフェーズフィールドシームレス仮想境界法の適用性の検証(継続)の実施である.1に関しては,課題はデカルト格子に沿わない境界形状にするシームレス仮想境界法の検証であり,多変数テーラー級数展開を採用することにより,参考解と一致する結果を得ることができた.2に関する本年度の課題は,安定化フェーズフィールド法の確立であり,支配方程式であるCahn-Hilliard方程式の化学ポテンシャルを離散フィルター処理化学ポテンシャルに置換する手法を相分離問題に適用した結果,従来の10倍の時間刻み幅で計算可能であったが,相変化を伴う解析においては5倍程度の時間刻み幅が限界であった.この点に関しては,離散フィルター以外の方策を検討中である.本年度においては,3周囲流体との相互作用の一括シミュレーションの一部も実施した.これは,フェーズフィールド・クリスタル法を用いて,安定なハニカム構造形成の要因を探るものであり,機能性薄膜形成に必要な要素である.その結果,自己組織化により安定なハニカム構造を形成するための要因として初期分布が支配的であるが,ランダムな初期分布に対しても境界条件を工夫することにより安定構造が得られることが判明し,実際の製造工程に応用できることが期待される.従って,進捗状況が良好なテーマと芳しくないテーマとが混在するものの,研究全体としては当初の計画を達成していると判断している.計算流体力学平成27年度においては,ほぼ当初の計画通りに2相変化を伴う二相流に対するフェーズフィールドシームレス仮想境界法の適用性の検証を引き続き実施するとともに,より実際問題に近い3周囲流体との相互作用の一括シミュレーションを実施する予定である.また,本年度に研究計画を達成できなかった項目(相変化を伴う解析における安定化フェーズフィールド法の構築)に関しても,安定化に資する手法を導入することを念頭に引き続き研究を実施する.平成25年度の研究計画は,1二相流に対するフェーズフィールドシームレス仮想境界法の有効性の検証,ならびに,2相変化を伴う二相流に対するフェーズフィールドシームレス仮想境界法の適用性の検証の一部の実施である.
スタッフの教育を加味した勤務スケジューリングの最適化モデルと支援システムの構築

病院で患者さんの検査、治療に使用される医用画像診断装置を扱う医療スタッフは限られた人的資源であり、多数多様な医用画像診断装置に働くスタッフを最適に配置することができれば、手術や治療に質の高いサービスの提供が可能となる。一方で、病院運営の長期的な観点ではスタッフの教育も重要な課題である。本研究課題ではスタッフの教育を加味した、勤務スケジューリングの最適化モデル、効率のよいアルゴリズム、支援システムの構築を行っている。昨年度は診療放射線技師の能力に関する制約や技師の教育という点を考慮した1カ月単位の短期スケジューリングモデルを構築した。しかしながら、構築した短期スケジューリングモデルは実運用するにあたって、処理速度に問題があった。そこで、本年度は昨年度に構築した短期スケジューリングモデルの処理速度について改善点を検討した。また技師の教育計画のための中期スケジューリングモデルについて検討した。システムの構築に当たっては、汎用の最適化パッケージを利用して開発期間を短縮している。短期スケジューリングモデルでは当院の実際の勤務配置データ1カ月分を過去のデータから抽出し、実運用可能か検討した。診断放射線技師の教育計画のための中期スケジューリングについては、教育計画に対する順序制約を構成するためにペトリネットを用いた手法を提案し,グループ移動計画問題および教育計画問題として構築した.提案した最適化モデルは計画の評価に短期スケジューリングの結果を用いている.短期スケジューリング自体に計算パワーを要求するため,中期スケジューリングを効率的に行うためのアルゴリズムの開発の課題が必要と考えられた。トップダウンアプローチとボトムアップアプローチを並行して、本研究課題を効率的に遂行できている。今年度は研究分担者はスケジューリングアルゴリズムの修正と、長期スケジューリングモデルの開発を行い、研究代表者はそのスケジューリングモデルを使用して、実際の実現場における1カ月分の勤務配置データを使用して、実際に運用可能か評価をおこなった。今後は、過去の他の月の勤務配置データを使用した解析や、現状課題となっている中期スケジューリングを効率的に行うためのアルゴリズムの開発に取り組んでいく必要がある。本研究課題ではスタッフの教育を加味した勤務スケジューリングの最適化モデルと支援システムの構築を行う。この問題には施設間差があるため、各施設におけるスタッフ教育や勤務スケジューリングの現状や問題点を明らかにしたのち、スタッフ教育の観点からの長期スケジューリングモデル、中期スケジューリングモデルの提案を行う予定である。スケジューリングモデルを構築するためには、「絶対守るべき条件」と「できれば守りたい条件」の洗い出しが必要である。病院内における放射線部門スタッフの適切な配置における検討は行われておらず、放射線部スタッフスケジューリングにおける現状と問題点を把握することはスケジューリングアルゴリズムを開発するために非常に重要である。今年度は、研究代表者によって当病院での放射線部門スタッフのスケジューリングの現状と問題点を明らかにした。「絶対守るべき条件」と「できれば守りたい条件」の洗い出しを行った。これは勤務スケジューリングの最適化モデルの開発と支援システムの構築には重要な拘束条件となる。当病院での状況を参考に32の拘束、制約条件を導きだした。また、共同研究者によって、制約条件を基に、スキルと若手教育を考慮した放射線技師の中期スケジューリングモデルを構築した。簡易モデルを用いて検証も行った。本モデルでは与えられた制約条件を全て満たし、放射線技師が制約に違反なく配置されることを確認した。また計算時間は最適化のための汎用ツールを使用して約1分以内となった。実現場の運用では、さらなる計算時間の短縮が求められるため、今後も計算時間の短縮が図れるように取り組んでいく。トップダウンアプローチとボトムアップアプローチを並行して本研究課題を効率的に遂行できている。今年度は研究計画書どおりに、研究代表者はトップダウンによるアプローチとして現状の問題点の明確化を行い、研究分担者はボトムアップアプローチとして中期スケジューリングモデルの構築をおこなった。

今年度は研究分担者はスケジューリングアルゴリズムの修正と、長期スケジューリングモデルの開発を行い、研究代表者はそのスケジューリングモデルを使用して、実際の実現場における1カ月分の勤務配置データを使用して、実際に運用可能か評価をおこなった。放射線部スタッフスケジューリングにおける現状と問題点を把握することはスケジューリングアルゴリズムを開発するために非常に重要である。この点は各施設で異なる可能性がある。本年度、着手できなかったアンケート調査を他施設に行い、多施設の放射線部門スタッフのスケジューリングの現状と問題点を明らかにする予定である。この結果を現在のスケジューリングモデルに反映させ勤務スケジューリングの最適化モデルの開発と支援システムの構築を図った行く予定である。また一方で、スケジューリングモデルのさらに良いアルゴリズムの開発も行う予定である。今後は、過去の他の月の勤務配置データを使用した解析や、現状課題となっている中期スケジューリングを効率的に行うためのアルゴリズムの開発に取り組んでいく必要がある。本年度は、スケジューリングモデル構築のための制約条件を洗い出すため、当病院の例を参考に行った。「絶対守るべき条件」と「できれば守りたい条件」の洗い出しを行った。当初予定した他施設へのアンケート調査は次年度へ持ち越すため、次年度使用予定とする。また、環境整備のための物品も次年度購入予定とした。環境整備のための物品購入などは次年度に購入予定としたため。
新規マウス肝再生モデルによる肝前駆細胞から肝細胞への分化過程の解析

重篤あるいは慢性的な障害を受けた肝臓では、胆管上皮細胞に由来する肝前駆細胞が活性化され、これが肝細胞へと分化することで肝再生が担われる。これまで、こうした肝再生過程の解析に有用なマウスモデルが存在せず、分子機構の解明にまで至っていなかった。これまでに、細胞ストレス応答シグナル経路のコアとなるがん抑制遺伝子産物に注目し、これをアデノ随伴ウイルスベクター(AAV)により生体マウスの肝細胞で強制発現させることで、肝前駆細胞から肝細胞への分化を誘導可能な新たなマウスモデルの樹立に成功していた。本研究では、このAAVによる強制発現マウス肝障害・再生モデルを用いて、肝前駆細胞から肝細胞への分化に関わる分子機構の解明に取り組むことを目的としている。本年度はそのモデルにおいて、胆管上皮細胞をシングルセルレベルで解析することで、肝細胞へ分化しうる胆管上皮細胞の一部の集団を特定することを試みた。この解析からは、胆管上皮細胞の中に存在する肝前駆細胞を同定できなかったが、今年度のデータを用いることで、胆管上皮細胞のheterogeneityについて新たな知見が得られることが想定される。また、肝前駆細胞の活性化を付随する胆管のリモデリングそのものの分子基盤の解明という、異なるアプローチを用いることによって、新しい知見も得られている。また、肝前駆細胞の活性化を付随する胆管のリモデリングそのものの分子基盤の解明という、異なるアプローチを用いることによって、新しい知見が得られている。また、学会での成果報告も定期的に行っており、プロジェクト全体が概ね順調に進んでいる。in vitro培養系による解析から、胆管のリモデリングには、その構造を保つような機構が胆管自身に備わっていること、また、その維持機構が破綻した場合の表現型を発見することができた。胆管上皮細胞内で働く遺伝子によって、その構造が維持されることは新規の知見であり、この新しい概念とそれを制御する因子を明らかにするという形で、学術論文にまとめようと考えている。そのため、学術論文にまとめるために、以下の実験を計画している。1胆管構造を制御するために必須の遺伝子の同定2遺伝子欠損マウスを用いたin vivoにおける候補遺伝子の機能評価解析重篤あるいは慢性的な障害を受けた肝臓では、胆管上皮細胞に由来する肝前駆細胞が活性化され、これが肝細胞へと分化することで肝再生が担われる。本年度はそのモデルにおいて、胆管上皮細胞由来肝細胞が出現する頻度の定量評価・出現メカニズムの解析を進めた。その結果、すべての胆管上皮細胞が肝細胞に分化するわけでなく、その中の一部(亜集団)のみが肝細胞へと分化することを示唆する結果を得ている。一方で、想定以上に胆管上皮細胞由来の肝細胞の出現する頻度は想定以上に少ないことも明らかにした。これらの結果を受け、本研究計画の目的である「分化過程の解析」をより確実に遂行するために、まずは胆管上皮細胞に焦点を絞り、これをシングルセルレベルで解析することで、肝細胞へ分化しうる胆管上皮細胞の一部の集団を特定するという新たな研究戦略に切り替えた。今年度中に、すでにサンプルをsingle-cell RNA-seq解析に供してデータの取得を完了した。今後、バイオインフォテクス的な解析により、肝細胞へ分化転換する胆管の亜集団の特定およびその分化過程の動態を明らかにする。今年度は、胆管上皮細胞由来肝細胞が出現する頻度の定量評価・出現メカニズムの解析を進めた。予定通り今年度中に、これらのサンプルをsingle-cell RNA-seq解析に供してデータの取得を完了した。肝前駆細胞から肝細胞への分化を誘導可能な新たなマウスモデルの肝臓中で、どういった変化が生じているかについての解析も、順調に進んでいる。

これまで、こうした肝再生過程の解析に有用なマウスモデルが存在せず、分子機構の解明にまで至っていなかった。これまでに、細胞ストレス応答シグナル経路のコアとなるがん抑制遺伝子産物に注目し、これをアデノ随伴ウイルスベクター(AAV)により生体マウスの肝細胞で強制発現させることで、肝前駆細胞から肝細胞への分化を誘導可能な新たなマウスモデルの樹立に成功していた。本研究では、このAAVによる強制発現マウス肝障害・再生モデルを用いて、肝前駆細胞から肝細胞への分化に関わる分子機構の解明に取り組むことを目的としている。本年度はそのモデルにおいて、胆管上皮細胞をシングルセルレベルで解析することで、肝細胞へ分化しうる胆管上皮細胞の一部の集団を特定することを試みた。この解析からは、胆管上皮細胞の中に存在する肝前駆細胞を同定できなかったが、今年度のデータを用いることで、胆管上皮細胞のheterogeneityについて新たな知見が得られることが想定される。また、肝前駆細胞の活性化を付随する胆管のリモデリングそのものの分子基盤の解明という、異なるアプローチを用いることによって、新しい知見も得られている。また、肝前駆細胞の活性化を付随する胆管のリモデリングそのものの分子基盤の解明という、異なるアプローチを用いることによって、新しい知見が得られている。また、学会での成果報告も定期的に行っており、プロジェクト全体が概ね順調に進んでいる。今年度明らかにした、肝前駆細胞から肝細胞への分化を誘導可能な新たなマウスモデルの肝臓中での変化について、検証はまだ十分であるとは言えないため、他のフェノタイプの解析とともに来年度も引き続き検討を進めていきたいと考えている。今年度中に、すでにサンプルをsingle-cell RNA-seq解析に供してデータの取得を完了した。今後、バイオインフォテクス的な解析により、肝細胞へ分化転換する胆管の亜集団の特定およびその分化過程の動態を明らかにする。さらに分化過程の解析からその制御に関わる分子機構を理解することを目指す。in vitro培養系による解析から、胆管のリモデリングには、その構造を保つような機構が胆管自身に備わっていること、また、その維持機構が破綻した場合の表現型を発見することができた。胆管上皮細胞内で働く遺伝子によって、その構造が維持されることは新規の知見であり、この新しい概念とそれを制御する因子を明らかにするという形で、学術論文にまとめようと考えている。そのため、学術論文にまとめるために、以下の実験を計画している。1胆管構造を制御するために必須の遺伝子の同定2遺伝子欠損マウスを用いたin vivoにおける候補遺伝子の機能評価解析
二次元クラスターとしての極薄膜固体の物理化学的挙動

超高真空排気装置に10Kまで冷却可能な極低温冷凍機,プラズマスプレー用グロー放電管,四重極質量分析計,排気用にタンデムターボ分子ポンプを取り付けた。プラズマスプレーにより,窒素,一酸化炭素,炭素,アセトン,ユ-プロパノールなどを冷却した基板上に蒸着した。これを,水素ガスをプラズマ分解して生成した水素原子と反応させた。N_2マトリックス中に捕捉されたN原子とH原子の反応においては,H原子がN_2マトリックス中を少なくとも200Å以上拡散移動し,膜中のN原子を水添して,アンモニア分子を生成することが分った。COとH原子との反応においては,H原子が,トンネル反応機構で,COのC側に付加し,HCOを生成し,これが逐次,H原子と反応して,ホルムアルデヒド,さらには,メタノールを生成することが分った。また,反応CO(q^3π)+CO(q^3π)→C+CO_2を利用して,冷却基板上に,C原子をCOマトリックスとともに蒸着し,H原子と反応させた。反応生成物の昇温脱離マススペクトルの測定により,極めて効率よく,メタンが生成することが分った。これらの実験結果は,星間空間に存在する冷えた星間塵が宇宙の化学進化に重要な役割を果たすことを世界に先駆けて検証したものである。
伝承的に食品保存の目的で利用されてきた植物の探索と機能の解明

伝統的に食品を包む素材として用いられてきた植物を中心に、食品保存に有効性を発現する成分の解明を行った。関西および沖縄において11種の植物を採集し、極性の異なる各種溶媒で抽出して、酸化抑制活性と抗菌活性を測定した。リノール酸の自動酸化に対する抑制活性をロダン鉄法、TBA法で測定し、すべての植物の酢酸エチル可溶部と水可溶部にα-トコフェロールにより強い抗酸化活性を認めた。水可溶部についてはESRを用いてスーパーオキシドアニオン捕捉活性、DPPHラジカル捕捉活性を測り、いずれの植物にも活性を認めた。ヨモギからは抗酸化成分としてカフェオイルキナ酸、ジカフェオイルキナ酸関連化合物を単離、構造決定した。抗菌性に関しては、カキの葉のアセトン抽出物から虫歯菌(Streptoooocus mutans)に抗菌活性をもつケンフェロールを単離した。3種のmutans菌、2種のE.coli、B.subtilis、S.aureusに対しても抗菌性を示し、そのうち6種に2550ppmのMICを示した。イリオモテクマタケランの各抽出区分はE.coli、S.aureusに抗菌活性を示した。活性成分を各種クロマトグラフィーで精製し、機器分析で構造解析した結果、新規化合物1-(2,4,5-trimethoxy-E-styryl)-2-(2,4,5-trimethoxy-Z-styryl)cyclobutaneを含む4種の化合物を決定した。これらの化合物はいずれも5mMで活性を示し、2,4,5-trimethoxybenzaldehyde、2,4,5-trimethoxycinnamaldehydeはS.aureusに強い活性を示した。伝統的に食品に用いられてきた植物の葉には優れた抗酸化性、抗菌性があり、その有効成分をいくつか明らかにし、これが応用面で有効に活用できる示唆を与えることができた。本研究は、伝承的に用いられてきた食品保存の手法のなかで、とくに食品を包むという行為に着目し、これまでに用いられてきた植物の調査を行い、その保存効果を発現する活性成分を明らかにすることを目的とする。植物の葉などでモチ、飯、菓子、肉類、魚類を包む習慣は、古くから伝えられてきた民族や地域の固有の食文化であり、これを文献等によって調査した。その結果、日本で用いられてきたハラン、カキ、サクラの葉、タケ皮およびフィリピン産のバナナ、パンダンの葉などを選抜した。これらの乾燥物を溶媒抽出し、分画した。各分画物に関してロダン鉄法、TBA法で抗酸化活性を測定したところ、すべての植物の酢酸エチル溶解区分に強い活性を認めた。現在、活性成分の精製、単離を行っており、次年度へ継続する。一方、古い伝統をもつ高温、多湿の沖縄に赴き、八重山群島(石垣島、西表島)において食習慣に関する調査を行った。琉球大学熱帯生物圏研究センター、国際農林水産業研究センターの協力により熱帯植物に関する情報を得、また土地の古老に聞き取り調査を行い伝統的食素材に関する知見を得た。これらの情報に基いて両島においてゲットウ(沖縄名サンニン)オキナワサルトリイバラ(サンキラ)、リュウキュウバショウ(シマバサ)などを採集した。沖縄産植物の活性スクリーニング、活性成分の単離と化学構造の解明は次年度以降とする。伝統的に食品を包む素材として用いられてきた植物に着目して、食品保存に有効性を発現する成分の解明を進めている。昨年度、代表的な植物を探索し,抗酸化性を指標にスクリーニングを行った。そのなかで強い活性を示したカキの葉について、今年度は抗菌性を測定した。とくに、う触性を示すStreptococcus mutansに対して抑制効果を示した。

活性区分を精製したところ、ケンフェロールを単離、同定した。S.mutans K1に対するMICは25μg/mlと強力であり、一般細菌に対しても抗菌効果が見られた。(日本防菌防黴学会で発表、H10.5)沖縄の八重山群島において、伝承的に用いられてきた食素材に関する聞き取り調査をして採集した植物を80%アセトン溶液で抽出した。それを酢酸エチル可溶部と水可溶部とに分け、抗酸化活性を測定した。ゲットウ、クマタケラン、イトバショウ、ササバサンキライ、サルトリイバラ、ボタンボウフウの葉のいずれの区分にもα-トコフェロールより強い活性を認めた。それぞれの水可溶部に関してESRを用いてスーパーオキシドアニオン(O_2^-)捕捉活性、DPPHラジカル消去能を測定したところ、いずれにも活性が見られた。(日本栄養・食糧学会で発表、H10.4)ヨモギに関してはブタノール抽出区分から抗酸化成分としてカフェオイルキナ酸、ジカフェオイルキナ酸の関連化合物を単離、構造決定した。(日本栄養・食糧学会近畿支部大会で発表、H9.10)伝統的に食品を包む素材として用いられてきた植物を中心に、食品保存に有効性を発現する成分の解明を行った。関西および沖縄において11種の植物を採集し、極性の異なる各種溶媒で抽出して、酸化抑制活性と抗菌活性を測定した。リノール酸の自動酸化に対する抑制活性をロダン鉄法、TBA法で測定し、すべての植物の酢酸エチル可溶部と水可溶部にα-トコフェロールより強い抗酸化活性を認めた。水可溶部についてはESRを用いてスーパーオキシドアニオン捕捉活性、DPPHラジカル捕捉活性を測り、いずれの植物にも活性を認めた。ヨモギからは抗酸化成分としてカフェオイルキナ酸、ジカフェオイルキナ酸関連化合物を単離、構造決定した。抗菌性に関しては、カキの葉のアセトン抽出物から虫歯菌(Streptococcus mutans)に抗菌活性を持つケンフェロールを単離した。3種のmutans菌、2種のE.coli、B.subtilis、S.aureusに対しても抗菌性を示し、そのうち6種に2550ppmのMICを示した。イリオモテクマタケランの各抽出区分はE.coli、S.aureusに抗菌活性を示した。活性成分を各種クロマトグラフィーで精製し、機器分析で構造解析した結果、新規化合物1-(2,4,5-trimethoxy-E-styry)-2-(2,4,5-trimethoxy-Z-styryl)cyclobutaneを含む4種の化合物を決定した。これらの化合物はいずれも5mMで活性を示し、2,4,5-trimethoxybenzaldehyde、2,4,5-trimethoxycinnamaldehydeはS.aureusに強い活性を示した。伝統的に食品に用いられてきた植物の葉には優れた抗酸化性、抗菌性があり、その有効成分をいくつか明かにし、これらが応用面で有効に活用できる示唆を与えることができた。
天体シミュレーションによるｒプロセス元素の起源の解明

1.前年度に開発した元素合成計算コードを連星中性子星の合体にも応用できるよう改良を加えた。この計算コードを用いて、最新の殻模型計算から求めた中性子数126の原子核のベータ崩壊反応率がrプロセスにどう影響を与えるかを、原子核理論モデルFRDMのベータ崩壊反応率で計算した場合と比較することで調べた。これらの原子核のβ崩壊はrプロセスのボトルネック核反応であり、rプロセスの研究において重要な核反応である。我々は、最新のベータ崩壊反応率がrプロセスの第3ピークの構造を変化させ、超新星モデルにおいては第3ピークよりも重い元素の量を増加させることを確認した。連星中性子星合体モデルでは、第3ピークの構造を変化させるのみにとどまり、アクチナイドの量はあまり変化しなかった。2.前年度に引き続き磁気回転超新星の1.5次元計算を行った。磁場を含まない流体計算で現在最も標準的な数値フラックスの計算法であるHLLC法を新たに導入した。前年度行った計算と大きな違いが現れないことを確認した。また、1次元の超新星シミュレーションは爆発しないことが知られており、ニュートリノ加熱効率を人工的に上げることで爆発させるが、この人工的な加熱の方法には任意性がある。一つの自然な方法は、対流不安定な領域の加熱率を上げることで対流による熱の輸送を模倣するようにして加熱率を上げることである。現在そのように書き換えた場合の計算を終えており、結果の解析を進めている。3.その他、Shibagaki et al. (2016)で用いた新しい核分裂モデルと1で用いたFRDMとで比較を行い、原子核モデルの元素合成に及ぼす影響について調べる研究や、自転する大質量星の重力崩壊について多次元シミュレーションを行い、元素・ニュートリノ・重力波について調べる研究を進めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。中性子数密度の高い天体環境で起こるrプロセスと呼ばれる元素合成過程により、金やウランといった重元素が作られたと考えられている。rプロセスは超新星爆発や連星中性子星の合体で起きていると考えられているが、実際にどこでこれらの元素が作られているのかはまだ明らかになっていない。超新星爆発ではコアバウンスの約1秒後程度で中性子星から風が起こる。特に強い磁場を帯びている中性子星のことをマグネターと呼び、そこからの風(マグネター風)に乗って放出される物質がどのような元素組成になっているかを系統的に調べるのが本研究の目的の1つであった。多次元の数値シミュレーションを用いて、超新星爆発の進化を重力崩壊からマグネター風が吹くまで追うのは困難であるが、本研究では1.5次元の計算手法によって計算の軽量化をしているため、系統的に調べることが比較的容易に出来る。本研究ではGR1Dと呼ばれるオープンソースコードを磁気流体が取り扱えるように拡張し、超新星爆発の1.5次元磁気流体シミュレーションを行っている。流体計算で得られた数値データから流体の軌跡を求め、元素合成計算に応用することでマグネター風の組成を調べた。本年度はテスト計算による計算コードの確認の後、磁場なしのモデルと初期中心磁場が10の11乗Gのモデルを計算し比較を行った。今回調べた親星モデルに関しては、磁場がない場合と初期中心磁場が10の11乗Gの場合では元素組成に違いがでないことが明らかになった。まず私の研究の進捗状況について述べる。私は、GR1Dと呼ばれる1次元一般相対論的流体計算コードを磁気流体計算ができるように拡張し、原始マグネター風の数値計算とそこで起こる元素合成について研究を行った。その準備として、まず、相対論的・非相対論的な衝撃波管問題やガス球の収縮の際の磁気フラックスの保存から、開発したコードが正しく機能していることを確認した。この計算コードを用いて、重力崩壊型超新星の磁気流体シミュレーションを約3秒まで行うことに成功した。わたしの計算では、中性子星は強い磁場を帯びており、いわゆるマグネターというものになっている。そこからの風(マグネター風)に乗って放出される物質がどのような元素組成になっているか調べるのが目的であった。今回調べた親星モデルに関しては、初期磁場が10の11乗Gまでは元素組成に影響しないことが明らかになった。この研究については、保存量から基本量への変換が想定したより難航したため、親星の質量を変えるなどしたときの結果はまだ得られておらず、予定から若干の遅れがある。また、私は元素合成の系統的研究を行うにあたり、その準備として、(A)疎行列計算ライブラリ(UMFPACK)の導入(B)標準的な核反応公開ライブラリ(REACLIB)の導入という2点の元素合成計算コードの改良を主に行った。さらに計算コストを下げるために、解く行列のサイズを時間によって変化させる工夫を行った。こちらの研究については、予定より前倒しで進めていることもあり、当初の計画より多く進展していると言える。以上のことから、総合的には研究はおおむね順調に進展していると考える。