hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高エネルギー大出力プラズマ熱源を用いた超高温多機能試験炉の開発に関する研究

また、以上の研究とともに、大出力プラズマ熱源の開発に関する研究、プラズマ炉のエネルギー収支についての解明、機能性材料の高温特性、機能性評価に関する研究を同時に行っている。今後、以上の結果の追試を行なうとともに、この超高温プラズマ炉の安定性、熱効率など性能を向上させるためにプラズマトーチ、炉心管の改良を行なう。また、機能性材料の高温試験、表面改質などの応用研究を進め、超高温プラズマ炉としての実用化の基礎研究とする予定である。本研究では、ガストンネル型大出力プラズマジェットを用いて超高温プラズマ炉を試作し、その性能の向上を計るとともにその応用に関する研究を行い、以下の結果を得ている。(1)前年度に引き続き、このプラズマ炉の性能試験を行った結果、熱効率については、作動ガスがアルゴンでは、約20kWの入力のとき約40hPaの圧力において80%の高熱効率であるが、窒素ガスの場合、熱効率が若干上昇し82%となることが確認されている。(2)このときプラズマ炉内中心(ト-チからの距離が100mmの位置)では、アンゴンプラズマの場合でも3000K以上の超高温となっているが、窒素プラズマの場合には、さらに高温の炉心温度3400Kが得られている。(3)この窒素プラズマ炉内の温度分布については、アルゴンプラズマと比較して、さらに高温領域が軸方向に伸び、ト-チからの距離が200mmの位置においても3000Kであるが、半径方向にはサーマルピンチ効果のため収縮し細いプラズマとなることが確認された。(4)多機能超高温プラズマ炉の実際の応用の一つとして、チタンの表面窒素の実験を行った。プラズマ照射時間を25秒と固定して照射距離を変化させると、距離が小さくなるにつれ試料温度が上昇し、L=100mmで厚さ10μmの窒化チタン膜が得られた。(5)この場合の窒化温度として、1050Kが得られたので、照射距離をさらに小さくしてプラズマを照射すると、短時間に試料温度が窒化温度に達し、同様の窒素チタン膜が得られることを確認した。(6)このようにして作製した窒化膜の表面からの硬度は、Hv=1500であった。これは、膜の厚さが10μmと薄いためであり、窒化が不十分の場合更に小さい値となる。本年度は、ガストンネル型大出力プラズマジェットを用いた超高温プラズマ炉の応用としてチタン材料の表面窒化に関する研究を行ない、以下の結果を得ている。(1)P=20kW、p=40hPaのとき、窒素プラズマ炉内の温度は3000K以上の超高温であるがTi試料を設置した場合は、炉心(1=100mm)の温度が低下する。しかし炉心においては2000Kを越える高温である。(2)窒素プラズマ炉を用いた窒化チタンの作製については、プラズマ入力P=24kW,圧力p=42hPa,t=25sのとき、1=120mmで表面に10um程度の膜が形成されている。(3)チタン試料温度はト-チ距離が短くなるにつれ急激に上昇し、1=150mmより近いト-チ距離では、1000K以上となる。1=100mmでは、1100K以上となっている。(4)窒化チタン表面のビッカース硬度もト-チ距離が短かくなるにつれて上昇し、1=100mmでは、Hv=1500の高い硬度を示している。(5)作製した窒化チタン表面のビッカース硬度と試料温度との関係については、試料温度が960Kまではビッカース硬度は400程度であるが、試料温度の上昇にともなって著しく上昇することが分かった。試料温度が1300Kは、ビッカース硬度Hv=1500に相当する。さらに、本研究の最終年度であるため、分担研究を取纏めるとともに、高エネルギー大出力プラズマ熱源を用いた超高温多機能試験炉の開発に関する研究についての総合的な評価を行なった。
トポロジカル絶縁体の新物質の開発とヘリカルスピン構造の解明

トポロジカル絶縁体は,物質の中身は絶縁体で,その表面では金属状態が実現し,欠陥や不純物によって電子が散乱されずエネルギーを損失することなく伝導ができるというとても魅力的な物質として期待される.本研究では,従来型より理想的な新しいトポロジカル絶縁体を独自に作成し,それらのヘリカルスピンテクスチャーの詳細な解明を行うため,高分解能・スピン角度分解光電子分光および低温走査型トンネル顕微鏡を用いて研究を行った.様々なた三元カルコゲナイド物質や薄膜を作成し,トポロジカル絶縁体であることを実験的に確立し,それらのトポロジカル表面状態のスピン偏極度を精度よく捉えることができた.トポロジカル絶縁体は,物質の中身は絶縁体で,その表面では金属状態が実現し,欠陥や不純物によって電子が散乱されずエネルギーを損失することなく伝導ができるというとても魅力的な物質として期待される.本研究では,従来型より理想的な新しいトポロジカル絶縁体を独自に作成し,それらのヘリカルスピンテクスチャーの詳細な解明を行うため,高分解能・スピン角度分解光電子分光および低温走査型トンネル顕微鏡を用いて研究を行った.様々なた三元カルコゲナイド物質や薄膜を作成し,トポロジカル絶縁体であることを実験的に確立し,それらのトポロジカル表面状態のスピン偏極度を精度よく捉えることができた.トポロジカル絶縁体は,物質の申身は絶縁体で,その表面では特殊な金属状態が実現し,欠陥や不純物によって電子が散乱されずエネルギーを損失することなく伝導ができるというとても魅力的な性質が期待されている。一方,2009年にビスマスセレナイド(Bi_2Se_3)がトポロジカル絶縁体であることが発見されて以来,国内外で精力的に研究が行われる様になった。世界中の研究グループにより,表面電子電流の直接検出を試みるべく数々の実験が行われたが,結果的には不本意な結晶内部の電流に支配され[2]、表面だけに生じる電流がとらえられなかった。このような中、表面電流が結晶内部に漏れることのない,より理想的な新しいトポロジカル絶縁体の物質探索が必要となってきた。本研究では,広島大学放射光科学研究センターの高輝度放射光を用いた高分解能・スピン角度分解光電子分光および低温走査型トンネル顕微鏡(LT-STM)を用いて,新しいトポロジカル絶縁体を独自に作成し,それらの運動量空間におけるヘリカルスピンテクスチャーの詳細な解明を行うことが目的である。平成23年度は,「スピン・角度分解光電子分光(SR-ARPES)装置の高効率化および測定」,「新しいトポロジカル絶縁体の開発・基礎物性評価」,「低温走査型トンネル顕微鏡(LT-STM)を用いた微分コンダクタンス像観測」を具体的な計画事項として掲げた。その結果,平成23年度の計画目標を順調に達成することが出来た。具体的には,新しいトポロジカル絶縁体TlBiSe_2,PbBi_2Te_4,Bi_2Te_2Se,Bi_2Se_2Te等の様々な3元カルコゲナイド物質について,トポロジカル絶縁体であることを実験的に確立し,それらのトポロジカル表面状態のスピン偏極度を精度よく捉えることができた。特に,Bi_2Te_2SeやBi_2Se_2Teについては,ディラック点を境として,トポロジカル表面状態上部だけでなく,下部についても明確なスピンテクスチャーを捉えることに成功した。またトポロジカル表面状態全体に渡って高いスピン偏極度を維持していることから,これらの物質が将来的なデバイス応用にとって有望であることを示した。これらの成果を,国内外の学会にて報告し,その一部については,国際学術雑誌に掲載あるいは採択されており既に国内外から高い評価を得ている。平成25年度は引き続き、バルクのトポロジカル絶縁体新物質の開発と測定を行った。得られた成果の概要は以下の通りである。1)本研究グループが2010年に発見した、理想的な表面ディラックコーンを有するトポロジカル絶縁体TlBiSe2について、これまで困難とされてきたバルク絶縁性の高い試料を世界に先駆けて作成することができた。実際に京都大学の白石研究室と共同で電子輸送特性を測定したところ、バルク絶縁性を示す縦抵抗の温度依存性と表面ディラックキャリアに由来する磁気振動の観測に初めて成功した。2)走査型トンネル顕微鏡および放射光励起内殻光電子分光を用いて、これまで未解明であったTlBiSe2最表面構造を決定し、最表面はSe層の上にタリウムの一原子層島が形成されていることを明らかにした。3)トポロジカル絶縁体新物質PbBi4Te4S3について放射光励起角度分解光電子分光を行ない、終端層の種類によってエネルギー位置の異なる2つのディラックコーンを観測した。さらには、スピン角度分解光電子分光を用いて、そのスピンテクスチャを明らかにした。4)相変化材料として知られるp型トポロジカル絶縁体GeSb2Te4,GeSb4Te7について2光子光電子分光を行い、非占有側に明確な表面ディラックコーンを観測した。今年度は、12報の論文が著名な学術誌に掲載された。また研究代表者は8件の国際会議での招待講演、6件の国内会議での招待講演をうけた。また最新の研究成果について、国内外の学会にて報告した。平成24年度は引き続き、バルクのトポロジカル絶縁体新物質の開発と測定を行った。

それと平行して、分子線エピタキシー(MBE)法を用いて強磁性ニッケル単結晶基板上にBi2Se3薄膜の作成も試みた。得られた成果の概要は以下の通りである。1)本研究グループが2010年に発見した、理想的な表面ディラックコーンを有するトポロジカル絶縁体TlBiSe2について、スピン角度分解光電子分光を行い、ヘリカルスピンテクスチャーの直接観測に成功した。さらに元素置換によるバルクキャリア制御に成功した。2)トポロジカル絶縁体、Bi2Te2SeやBi2Se2Teについて、ディラック点上部だけでなく、下部についても高いスピン偏極度が観測され、将来的な両極性トポロジカルデバイスへの応用に大きく期待ができることを示した。3)相変化材料、熱電変換材料として知られていたGeBi2Te4単結晶のトポロジカル表面状態が70%もの高いスピン偏極度を有することを明らかにした。これにより表面状態のスピン偏極度の結晶中に存在する原子配列の乱れによる影響は少ないことがわかった。4)走査型トンネル顕微鏡を用いて、トポロジカル絶縁体Bi2Te2Seの非占有状態側に明確な準粒子干渉パターンを観測することができた。この結果は非占有状態側でもそのトポロジカル表面状態としての性質が維持されていることを示している。今後、光励起のスピン流発生などへの応用につながると期待される。5)分子線エピタキシー法によりNi(111)単結晶表面上に典型的なトポロジカル絶縁体Bi2Se3薄膜の作成を試みたところ、エピタキシャル成長をしていることが分かった。これらの成果を、国内外の学会にて報告した。その一部については、国際学術雑誌に掲載あるいは採択されており既に国内外から高い評価を得ている。平成23年度では「スピン・角度分解光電子分光(SR-ARPES)装置の高効率化」が順調にすすみ,エネルギー分解能,運動量分解能において世界最高性能を達成した。このため比較的早い段階で具体的な物質を対象とした実験を開始することができ,いくつかの3元カルコゲナイド物質におけるトポロジカル表面状態が高いスピン偏極度を有することを明らかにした。これらの研究成果をすでに論文として投稿しており,一部については掲載が決定している。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度では、本科学研究費補助金の期間中に開発した「高効率スピン・角度分解光電子分光装置」を用いて、世界最高のエネルギーおよび運動量分解能を活かした実験データを得ることができた。例えば、3元系のトポロジカル絶縁体、Bi2Te2SeやBi2Se2Teについて、ディラック点上部だけでなく、下部についても高いスピン偏極度が観測され、将来的な両極性トポロジカルデバイスへの応用に大きく期待ができることを示した。本研究成果は広島大学よりプレス発表され、朝日新聞(平成24年11月5日)に掲載された。さらには、相変化材料として知られるGeBi2Te4についても、70%以上もの高いスピン偏極度が表面状態に現れることを明らかにした。これらの成果はすでに物理学分野では高い権威をもつフィジカルレビューレターズ等に掲載されており国内外で高い評価が得られている。また、平成23年度以降の研究成果に基づき、国内外から研究代表者に15件以上の招待講演の依頼があった。さらには研究代表者等が、国際会議で当該成果を招待講演で発表した際、海外研究者からの共同研究の数件の申し込みがあった。
高分散セルロースナノファイバー／ポリマー複合体の創製と機能化

(株)スギノマシン製バイオマスナノファイバー“BiNFi-s"(セルロース粉末の超高圧斜向衝突処理済み水スラリー;5wt%)を蒸留水で5倍に希釈し、高速ホモジナイザー処理を行いセルロースナノファイバー(CNF)水懸濁液(1 wt%)を得た。そこにジメチルスルホキシド(DMSO)を加えた後、系内の水を減圧留去して、CNF/DMSO懸濁液(1wt%)を調製し、アセチル化剤として酢酸ビニル、触媒として炭酸カリウムを用いて、80°CでCNFのアセチル化を行った。生成物、すなわちアセチル化CNF(Ac-CNF)を凍結乾燥後にフーリエ変換赤外分光光度計測定、中和滴定による置換度(DS)算出、電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)観察、WAXD測定および分散性試験に供し、特性化を行った。また、Ac-CNF/アセトン懸濁液を調製後、イソボルニルアクリレート(IB、共栄社化学(株)製)、反応性希釈剤(HAI、共栄社化学(株)製)、光重合開始剤、アクリロイル化変性ポリロタキサン(PRX;ASM社製)およびアセトンとを混合し、乾燥処理後、紫外線(UV)を照射してIB-HAI/Ac-CNF/PRX複合フィルムを作製した。得られた複合フィルムの物性を評価した。結果として、セルロースI型の結晶形を維持した、DSが0.4のAc-CNFが得られた。Ac-CNFの樹脂への添加によりフィルムの引張破断伸びが低下した一方で弾性率は向上し、1wt%の添加量で最も高い弾性率(1.48倍)を示した。この系にさらにPRXを添加するとその添加量の増加に伴いフィルムの引張強さおよび破断伸びを増加させることができた。一方、混練機を用いるポリエチレン(PE)とCNFとの複合化についても、CNFに予め脂肪酸処理炭酸カルシウムを吸着させることでその凝集を防ぎつつPE中への良好な分散を可能とできることが知られた。水スラリー中のCNFをアセチル化により疎水化する手法をおおむね確立できたと考えている。得られた試料は疎水性UV硬化型マトリックス樹脂中にほぼ良好に分散し、補強効果を引き出すことも計画通りほぼ実現できた。その場合、普通なら耐衝撃性の低下はやむを得ないところであるが、変性ポリロタキサンの併用でそのスライディング効果によりフィルムの伸びも増大させ耐衝撃性を向上させ得たことは興味深い。一方、混練機を用いたPEとCNFの複合化においては、脂肪酸処理炭酸カルシウムが両親媒性的、すなわち界面活性剤的役割を担い、CNF同士の凝集を防ぐと共にマトリックス樹脂であるPE中にCNFをおおむね良好に分散させ得ることができ、その効果は引張試験結果において、ブランクより高い引張特性を示すという形で反映された。以上より「(2)おおむね順調に進展している」と判断させていただいた。バイオマス度のできるだけ高い複合体の作製を意図して、疎水性UV硬化型セルロース誘導体の合成と、それをマトリックスとする化学修飾CNFを調製し複合化効果を検討する。一方で、セルロース粉末へのコハク酸エステル化、PO付加条件の適正化、界面活性剤の適用とポリオレフィン樹脂(PEやポリプロピレン(PP))への分散効果、特にPPに対する結晶化効果を評価する。(株)スギノマシン製バイオマスナノファイバー“BiNFi-s"(特殊なノズルが装着された超高圧斜向衝突処理[スターバースト処理]済みセルロース試料)の2 wt%試料ならびに5 wt%試料を10倍に蒸留水で希釈後、マグネチックスターラー、ブレンダーを用いて種々の撹拌速度および撹拌時間での解繊処理に供した結果、撹拌速度および撹拌時間の増加に伴って試料のセルロースナノファイバー(CNF)への解繊が進行することがFE-SEM観察より確認された。また、原液濃度の違いを比較すると、5 wt%試料では希釈および解繊処理後においても未解繊と思われる幅300 nm以上の太い繊維が観察された一方で、2 wt%試料では希釈および解繊処理後には未解繊部分はほとんど観察されず均一なCNF網目構造の形成が確認された。これらの結果より、今回用いた試料においては、低濃度のBiNFi-s試料を用いた方がよりCNFへの解繊が進行し易いことが明らかとなった。そこで、0.2wt%CNF水懸濁液を用いてブロックイソシアネート(BI)、アクリル系変性ポリビニルアルコール(a-PVA)、および蒸留水と所定の割合で混合し、紫外線を照射した後、乾燥処理ならびに熱処理を施すことでa-PVA/CNF/BI複合フィルム(デュアルキュア型フィルム)を作製した。得られたフィルムを、濁度測定、動的粘弾性(DMA)測定および膨潤試験に供し、キャラクタリゼーションを行った。結果、BIの添加が、a-PVA/CNF複合フィルムの熱機械的特性、耐水性の向上に有意に寄与し得ることが明らかとなった。(株)スギノマシン製スターバーストを用いた超高圧斜向衝突処理によるCeNF化を補完する手法の検討として、スターバースト処理試料を希釈して強攪拌すること、その際、スターバースト処理時のセルロース粉末濃度が2wt%と5wt%では、2wt%の方が、攪拌の効果が高くナノファイバー化が進みやすいことが知られた。これら濃度依存性の結果は、樹脂への添加に対して大きく役立つ基礎データが得られたことになる。

また、それら未処理CeNFを紫外線(UV)硬化型水系アクリル変性ポリビニルアルコール樹脂に添加しUV硬化させたフィルムは機械的強度は高いが耐水性に劣ることが知られた。そこでブロックイソシアネートを同時に仕込みUV硬化させたところ、熱安定性が向上し、かつ、体積膨潤率の減少、すなわち、耐水性が向上することが知られた。水を媒体としながらも30秒という極短時間のUV照射により高い物性のフィルムが得られたことで、CeNFを充填剤とする環境低負荷型でコーティング用途など実際性の高い複合体を得る可能性が開拓できた。更なる機能化の土台を築くことができたと考える。(株)スギノマシン製バイオマスナノファイバー“BiNFi-s"(セルロース粉末の超高圧斜向衝突処理済み水スラリー;5wt%)を蒸留水で5倍に希釈し、高速ホモジナイザー処理を行いセルロースナノファイバー(CNF)水懸濁液(1 wt%)を得た。そこにジメチルスルホキシド(DMSO)を加えた後、系内の水を減圧留去して、CNF/DMSO懸濁液(1wt%)を調製し、アセチル化剤として酢酸ビニル、触媒として炭酸カリウムを用いて、80°CでCNFのアセチル化を行った。生成物、すなわちアセチル化CNF(Ac-CNF)を凍結乾燥後にフーリエ変換赤外分光光度計測定、中和滴定による置換度(DS)算出、電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)観察、WAXD測定および分散性試験に供し、特性化を行った。また、Ac-CNF/アセトン懸濁液を調製後、イソボルニルアクリレート(IB、共栄社化学(株)製)、反応性希釈剤(HAI、共栄社化学(株)製)、光重合開始剤、アクリロイル化変性ポリロタキサン(PRX;ASM社製)およびアセトンとを混合し、乾燥処理後、紫外線(UV)を照射してIB-HAI/Ac-CNF/PRX複合フィルムを作製した。得られた複合フィルムの物性を評価した。結果として、セルロースI型の結晶形を維持した、DSが0.4のAc-CNFが得られた。Ac-CNFの樹脂への添加によりフィルムの引張破断伸びが低下した一方で弾性率は向上し、1wt%の添加量で最も高い弾性率(1.48倍)を示した。この系にさらにPRXを添加するとその添加量の増加に伴いフィルムの引張強さおよび破断伸びを増加させることができた。一方、混練機を用いるポリエチレン(PE)とCNFとの複合化についても、CNFに予め脂肪酸処理炭酸カルシウムを吸着させることでその凝集を防ぎつつPE中への良好な分散を可能とできることが知られた。水スラリー中のCNFをアセチル化により疎水化する手法をおおむね確立できたと考えている。得られた試料は疎水性UV硬化型マトリックス樹脂中にほぼ良好に分散し、補強効果を引き出すことも計画通りほぼ実現できた。その場合、普通なら耐衝撃性の低下はやむを得ないところであるが、変性ポリロタキサンの併用でそのスライディング効果によりフィルムの伸びも増大させ耐衝撃性を向上させ得たことは興味深い。一方、混練機を用いたPEとCNFの複合化においては、脂肪酸処理炭酸カルシウムが両親媒性的、すなわち界面活性剤的役割を担い、CNF同士の凝集を防ぐと共にマトリックス樹脂であるPE中にCNFをおおむね良好に分散させ得ることができ、その効果は引張試験結果において、ブランクより高い引張特性を示すという形で反映された。以上より「(2)おおむね順調に進展している」と判断させていただいた。未処理
内分泌かく乱作用の評価のための細胞内エストロゲンシグナルクロストーク機構の解明

本年度は、3年計画の2年目として、以下の研究を実施した。(1)遺伝子発現プロファイル解析によるシグナルクロストーク機構の解析:本年度は、(4)で得た情報をもとにエストロゲンシグナル伝達経路に関してシグナルクロストークを検証した。一部の化合物ではエストロゲン受容体のアンタゴニストの作用によりシグナル伝達が阻害されない例があることからクロストークの可能性があるという結果を得たので、今後さらに継続して検討を行う予定である。(2)細胞機能をもとにしたシグナルクロストーク機構の検証:本年度は、天然物化合物に関する文献検索をもとにシグナルクロストークの例を検証し、(1)で検討した化合物についてメカニズムのまとめを行った。本研究の成果をまとめて論文として発表する予定である。(3)脳の性分化におけるエストロゲン応答細胞運動関連シグナルカスケードの解析(研究協力者との共同研究):本年度は、ラット脳(特に脳下垂体視床下部)の性分化との関連について、遺伝子発現解析の結果明らかになった遺伝子(タンパク質)に関して細胞運動などの機能とそれに関わるシグナルカスケードの情報を文献により検索を行った。(4)天然及び合成化合物を用いたシグナルクロストーク機構の検証(研究協力者との共同研究):本年度は、天然試料としてキノコの抽出物のエストロゲン活性について成果をまとめて論文として発表した(Kiyama他, Sci. Rep.誌)。また、他の天然物抽出物に関しても解析を行い、シグナル伝達経路に関する情報を得たので、まとめて学会において発表を行った。今後は、有効成分に関して候補化合物を選定し、シグナル伝達経路とシグナルクロストークに関して解析を行う予定である。本研究課題では、大学院生や大学所属の研究員の協力を得ることができたので、問題なく研究を継続することが可能になった。また、シグナル解析に関しても十分な解析システムを構築することができたので、本年度は問題なく研究を遂行することができた。本研究課題の直接の成果として論文発表を1件、学会発表を3件行った。また、本研究の波及効果として、天然物の応用に関する研究開発事業(学内事業と企業との共同研究各1件)を新たに開始した。したがって、本研究の進捗として基礎研究と応用研究の両方において成果が得られていると思われる。今後は、基礎と応用の両方の分野について、バランスを取りながら本研究を進めていきたい。本年度は、3年計画の1年目として、以下の研究を実施した。(1)遺伝子発現プロファイル解析によるシグナルクロストーク機構の解析:本項目では、エストロゲンシグナル伝達経路と低分子量Gタンパク質が関与するカスケードとのクロストークを検証し、bidirectionalとunidirectionalの大きく分けて2つの様式が存在することを得て、論文にて報告した(Kiyama, Eur. J. Pharmacol.)。(2)細胞機能をもとにしたシグナルクロストーク機構の検証:本項目では、文献検索や遺伝子発現プロファイル解析をもとに得られる候補低分子量Gタンパク質に注目して解析を行い、シグナルメディエーター(NF-κBやPPARなど)の阻害剤について情報を得た。(3)脳の性分化におけるエストロゲン応答細胞運動関連シグナルカスケードの解析(連携研究者との共同研究):本項目では、ラット脳(特に脳下垂体視床下部)の性分化との関連について、脳の分化におけるエストロゲンシグナルクロストーク機構について細胞運動に注目して解析を行った。(4)天然及び合成化合物を用いたシグナルクロストーク機構の検証(連携研究者との共同研究):本項目では、天然試料としてキノコのエストロゲン活性を評価し、その活性をもとに部分精製を行った。また、阻害剤を用いた解析を行い、シグナル伝達経路に関する情報を得て、創薬ターゲットの探索の探索を行った。さらに、漢方とその材料に関して作用メカニズムやアプリケーション例をまとめて論文として発表した(Kiyama, Am. J. Chin. Med.)。本研究課題では、当初は細胞培養に関して専任の研究員を新たに雇用して実験を依頼する予定であったが、研究員の公募を行ったが適当な人材を確保することができなかった。しかし、学内に協力してもらえる研究員を確保したので、課題の実施には影響は出なかった。また、シグナルメディエーターのタンパク質の検出に当初は発色法を検討したが、感度が低いことが分かったため、より感度の高い発光検出装置を購入することでその問題を解決した。このため、予期しない事態に対して研究予算の費目変更により対処を行った。

(4)天然及び合成化合物を用いたシグナルクロストーク機構の検証(研究協力者との共同研究):本年度は、天然試料としてキノコの抽出物のエストロゲン活性について成果をまとめて論文として発表した(Kiyama他, Sci. Rep.誌)。また、他の天然物抽出物に関しても解析を行い、シグナル伝達経路に関する情報を得たので、まとめて学会において発表を行った。今後は、有効成分に関して候補化合物を選定し、シグナル伝達経路とシグナルクロストークに関して解析を行う予定である。本研究課題では、大学院生や大学所属の研究員の協力を得ることができたので、問題なく研究を継続することが可能になった。また、シグナル解析に関しても十分な解析システムを構築することができたので、本年度は問題なく研究を遂行することができた。本研究課題の直接の成果として論文を2報発表した。また、間接的な効果として、応用に関する研究開発事業を2件新たに始めることになったため、応用研究の基礎として十分な役割を果たしており、成果も得られていると思われる。今後は、基礎と応用について明確に区別をするとともに、両者の間で連携を取りながら課題を進めていきたいと考えている。本研究課題の直接の成果として論文発表を1件、学会発表を3件行った。また、本研究の波及効果として、天然物の応用に関する研究開発事業(学内事業と企業との共同研究各1件)を新たに開始した。したがって、本研究の進捗として基礎研究と応用研究の両方において成果が得られていると思われる。今後は、基礎と応用の両方の分野について、バランスを取りながら本研究を進めていきたい。
化学受容における神経情報処理とサーカディアンクロック

交付申請書に記載の研究計画に基づき、昆虫の味覚受容に関する解析を行い、下記の成果を得た。これまでに、クロキンバエの唇弁味細胞において一酸化窒素合成酵素(NOS)が局在することをNADPHジァフォラーゼ染色により示した。NOは生体における重要な細胞間情報伝達分子の1つであり昆虫の味覚受容のセカンドメッセンジヤーとしても有力視されている。そこで本年度は、NOの標的分子であるsGC(可溶性グアニルシクラーゼ)が、NOS含有細胞で機能しうるのかどうかを知るために、sGCによって産生されるcGMPの局在を免疫組織化学的手法により調べた。その結果、IBMX(cGMP分解酵素の阻害剤)とSNP(NOドナー)の両処理を行った際に、クロキンバエ唇弁の数個の味細胞にcGMP抗体陽性像が検出された。このことから、cGMPは、糖受容だけでなく他の味覚受容細胞においても存在していると考えられた。しかしながら、NOドナーによる刺激がない状態においても、数個の味細胞にcGMP陽性像が見られた。つまり、cGMPの産生はNOに非依存的であったことから、唇弁味細胞内のcGMP濃度は常に高く維持されており、何らかの味覚情報伝達に関与している可能性が考えられた。一方、クロキンバエ唇弁において、三量体Gタンパク質(Gqα)も発現していることをウエスタンブロットおよび免疫組織化学により見いだしている。そこで本年度は、唇弁味細胞内のGqα陽性細胞が、上述のNOS含有細胞と同一かどうかを調べた。免疫染色とNADPHジァフォラーゼ染色を唇弁の連続切片に対して行ったところ、一部の細胞ではあるが、非常に近傍に両者の陽性像が見られる結果が得られ、GqとNOSが同一細胞内で働いていることが示唆された。以上、一連の結果より、クロキンバエ唇弁の糖受容細胞における味覚情報伝達経路の主要な分子の局在を明らかにすることができた。交付申請書に記載の研究実施計画に基づき、化学受容(味覚および嗅覚)における神経情報処理に関する解析を行い、下記の成果を得た。ハエの味覚受容細胞の電気生理学的・生化学的解析には、味覚受容細胞を分散状態で容易に識別できることが望ましい。そのための第一歩としてまず、レクチン組織化学を行った。具体的には、ハエ唇弁の凍結切片を作成し、7種類の蛍光標識レクチンを反応させ蛍光顕微鏡で観察した。その結果、Peanut agglutinin (PNA)が、味覚受容細胞を特異的に標識することが判明し、ハエ味覚受容細胞のマーカーとして利用できることが明らかになった。続いて、ハエの味覚情報が入力する食道下神経節の電気応答を記録するための装置をセットアップした。細胞内記録用のガラス微小電極は、横引きプラーを使用し先端部が径0.1mmになるよう芯入ガラス管を引いて作製した。この微小電極をハエ脳の細胞に刺入するとマイナス50mVの静止電位が見え、30mVのスパイクが2分以上観察された。これらと並行して、嗅覚情報処理の分子実態に迫るべく、嗅覚シグナルトランスダクションに関与する蛋白質の解析を行った。具体的には電気生理学的な分析の進んでいるカエル・イモリを材料に選び、OMP (olfactory marker protein)抗体、嗅覚特異的G蛋白質(Golf)抗体を用いて、ウエスタンブロット・免疫組織学的解析を行った。その結果、ラットOMPの全長を抗原として作製された抗OMP抗体はイモリの嗅細胞とは反応しなかった。このことから、哺乳類と両生類のOMPのアミノ酸配列は大きく異なっている、もしくはイモリにはOMPが存在しないことが示唆された。一方、抗ラットGolf抗体は、カエル・イモリの嗅上皮の繊毛部分と強く反応し、両生類においても哺乳類と同様この部分が嗅覚情報変換機構に関与していることが強く示唆された。交付申請書に記載の研究実績計画に基づき、昆虫の味覚受容における神経情報処理に関する解析を行い、下記の成果を得た。これまでに、ハエ成虫の味覚受容組織(唇弁)において、レクチンのひとつであるPeanut agglutinin(PNA)が、味受容細胞の一部を特異的に標識することを見いだした。そこで本年度は、当研究室において培養方法を確立することが可能となったハエさなぎ唇弁の細胞において、各種レクチンを反応させた。その結果、concanavalin A(ConA)、wheat germ agglutinin(WGA)、soybean agglutinin(SBA)に関しては、突起を伸ばした味細胞様の細胞でも染色が見られたが、PNAはグリア細胞のみに染色された。このような、染色パターンの違いは、化学受容細胞の表面の糖鎖の分布が、発生ステージとともに変化したためと考えられた。次に、クロキンバエの糖受容細胞における情報伝達機構を明らかにする目的で、成虫ハエの唇弁切片に対して、一酸化窒素合成酵素(NOS)が局在するかどうかを、NADPHジァフォラーゼ染色を用いて調べた。その結果、4つの味細胞のうち1つ、もしくは2つの細胞に強い陽性シグナルが検出された。電気生理学的な解析により、ハエの糖受容機構にNOおよびNOSが関与することが示されていることと併せ、糖受容細胞にNOSが存在すると考えられた。さらに、これまでクロキンバエ唇弁の糖受容細胞で機能していると考えられていたG蛋白質、Gqαに対する抗体を用いて免疫組織化学的な解析を行った。

その結果、糖受容細胞ではなく、それを取り囲む支持細胞にGqα抗体陽性像が検出された。糖受容細胞の情報伝達に関して、味細胞と支持細胞の間で何らかの相互作用がある可能性が考えられた。交付申請書に記載の研究計画に基づき、昆虫の味覚受容に関する解析を行い、下記の成果を得た。これまでに、クロキンバエの唇弁味細胞において一酸化窒素合成酵素(NOS)が局在することをNADPHジァフォラーゼ染色により示した。NOは生体における重要な細胞間情報伝達分子の1つであり昆虫の味覚受容のセカンドメッセンジヤーとしても有力視されている。そこで本年度は、NOの標的分子であるsGC(可溶性グアニルシクラーゼ)が、NOS含有細胞で機能しうるのかどうかを知るために、sGCによって産生されるcGMPの局在を免疫組織化学的手法により調べた。その結果、IBMX(cGMP分解酵素の阻害剤)とSNP(NOドナー)の両処理を行った際に、クロキンバエ唇弁の数個の味細胞にcGMP抗体陽性像が検出された。このことから、cGMPは、糖受容だけでなく他の味覚受容細胞においても存在していると考えられた。しかしながら、NOドナーによる刺激がない状態においても、数個の味細胞にcGMP陽性像が見られた。つまり、cGMPの産生はNOに非依存的であったことから、唇弁味細胞内のcGMP濃度は常に高く維持されており、何らかの味覚情報伝達に関与している可能性が考えられた。一方、クロキンバエ唇弁において、三量体Gタンパク質(Gqα)も発現していることをウエスタンブロットおよび免疫組織化学により見いだしている。そこで本年度は、唇弁味細胞内のGqα陽性細胞が、上述のNOS含有細胞と同一かどうかを調べた。免疫染色とNADPHジァフォラーゼ染色を唇弁の連続切片に対して行ったところ、一部の細胞ではあるが、非常に近傍に両者の陽性像が見られる結果が得られ、GqとNOSが同一細胞内で働いていることが示唆された。以上、一連の結果より、クロキンバエ唇弁の糖受容細胞における味覚情報伝達経路の主要な分子の局在を明らかにすることができた。
新規代謝調節型グルタミン酸受容体アゴニストによるシナプス伝達の増強

2-(carboxycyclopropyl)glycine(CCG)にフッ素を付け、CCGのカルボキシル基の酸度を高める、ないしはカルボキシル基の回転をCCGより強固に固定するといった官能基の立体的配置の僅かな変動が、CCGの生理活性(代謝調節型グルタミン酸受容体の選択的活性化、NMDA様脱分極、uptake阻害など)にどのような影響を及ぼすのだろうかをテーマに、フッ素置換体である3',3'-difluoro-CCG(3'F_2CCG)の神経薬理学的性質をCCGを対照に比較検討した。グルタミン酸骨格の立体配置が伸展型である4つのフッ素置換体は全て脊髄運動神経細胞を脱分極させたが、その有効濃度は各々著しく異なっていた。L-CCG-IはmGLuR1およびmGluR2/3を活性化する代謝調節型受容体アゴニストであることが知られているが、官能基の立体配置がL-CCG-Iに対応するL-3'-F_2CCG-Iは、L-CCG-Iと同様の性質を示し、かつその活性は3倍増大した。L-CCG-IIに対応するL-3'-F_2CCG-IIはL-CCG-IIより活性は著しく低かった。一方CCGの中で最も活性が強く、NMDA型受容体のアゴニストであるD-CCG-IIに対応するD-3'-F_2CCG-IIの活性はD-CCG-IIの1/10程度であった。これに対しD-CCG-Iとそれに対応するD-3'-F_2CCG-Iはほとんど同じ活性を示した。フッ素置換CCG誘導体がCCGより一層グルタミン酸骨格の立体配座を規定していると考えられることから、3'-F_2CCGはL-グルタミン酸と受容体の結合をアゴニストの立体配座の側面から研究するプローブとして更に有用なものと考えられる。
サハリンにおけるオホーツク文化集団の形成と変容―異文化接触の観点から―

この3年間の本科研による調査研究の成果をまとめて報告するシンポジウムを2/28-3/1に開催し、予稿集を刊行した。以下にそのアウトラインを記す。(1)これまで単二系統のものと考えられてきたオホーツク文化は、土器や住居の形態などの特徴にもとづいて、サハリン南端-北海道北端部に成立した「十和田系」グループと、サハリン南部-北海道東部に展開した「鈴谷-江ノ浦系」グループの2つに分けることができる。(2)前者は沿岸性海洋適応をとげた生活を特徴とし、その形成にはおそらく対岸沿海地方のグループの影響があった。(3)後者はラグーン地形に適応した生活を特徴とし、その形成には北海道続縄文文化と北サハリン文化がかかわった。(4)オホーツク人の歯の特徴である極端な摩耗は習慣性の咀嚼行為によってもたらされたと推定できる。ただしその原因については、歯を特定の作業に用いた結果ではないかとする考古学の側の理解と、食生活によるものではないかとする歯学の側の解釈が対立した状態にある。(5)北サハリン文化グループと続縄文文化グループの動向には気候変動が関与している可能性が大きい。それのより具体的な解明には湖沼堆積物などの分析などが今後求められる。いずれにせよ、今回の3年間の調査研究の成果を集約してさらに的を絞り、そのうえで第2次のサハリン調査研究プロジェクトを企画・実現してゆくことが重要である。サハリン州立大学所蔵のクズネツォーヴォ1遺跡の資料をおもに観察した。この資料は大量にあり,今回は全65箱中の13箱,すなわち約20%を精査した。その結果,続縄文文化(縄目鈴谷式)期とオホーツク文化前期(十和田式),同中期(江ノ浦式)の資料が大半であることが判明した。オホーツク文化の形成に関わると考えられる櫛歯文土器グループの資料はわずか1点しかみられず,しかもこれは刺突文・突瘤文を欠くものであった。ウスチアインスコエ遺跡資料などを典型とする櫛歯文グループは,オホーツク文化の発祥の地サハリン南端地域には及んでいないことをほぼ確実に予測できることになった。同じく,ユージュナヤ2遺跡とプレドリェフリャンカ遺跡資料の観察をおこなった。その結果,北海道の「前北式」グループがサハリン南部に進出し,在地グループと接触し(ユージュナヤ2遺跡),さらにサハリン的特徴を強め(プレドリェフリャンカ遺跡),スタラドプスコエ3遺跡段階に展開した過程を復原できた。鈴谷式との関連の解明が課題となる。札幌医科大学所蔵のオホーツク文化人の歯を観察した。多くの資料で歯は極度に摩耗しており,日常生活にも支障をきたすほどであった。おそらく一種の道具として酷使した結果であろう。今後の実験的な分析によって,作業の内容と対象をしぼりこめるであろう。ユージュナヤ、プリェドリェフリャンカ遺跡などの資料を引き続き精査・記録した結果、縄文晩期-続縄文期の展開はたどれるようになったが、これと初期オホーツク文化(十和田式段階)の間では、土器や石器などの面で差異が大きく、そのつながりはなお未解明である。クズネツォーヴォやアジョールスク遺跡など住居址とセットになったまとまりをもつ資料群を集中的に精査して各段階のモデルをつくりあげることがもとめられる。サハリン南西部ザミライラヴァガラヴァー遺跡の試掘調査で、これが時期的に北海道奥尻島チャツ遺跡などと並行する中期に属し、しかもそれと共通の懸崖型の砦遺跡であることが明らかになった。このことから、中期にオホーツク集団をめぐる社会的緊張が高まったことを推測できる。また南東部セディフ遺跡で、サハリンで2例目の青銅製帯飾板がみつかった。これは潭英杰・趙虹光による分類(1991)の「二型」にあたり、類例はとしては1012世紀アムール中流域ナデージュデインスカエ遺跡のものなどをあげることができる。以前にもこの遺跡では心臓形のペンダントや葡萄の葉を表現した青銅製の装飾品などパクローフカ文化の資料が発掘されている。

これらは北海道ではまったく出土していないので、後期以降オホーツク集団の一体性が弱まり、地方的独立性が強まった状況が考えられる。オホーツク文化の変容過程を示すものであろう。京大・札幌医大所蔵の人骨資料歯の観察から極度の咬耗例(外傾)が多いことが判明した。咬耗面のSEMによる観察結果と臨床データを総合すると、道具としての歯の使用よりも、食習慣(食物の種類・物理的特性・異物の条件)による過度のすり減りである可能性がおおきくなった。この3年間の本科研による調査研究の成果をまとめて報告するシンポジウムを2/28-3/1に開催し、予稿集を刊行した。以下にそのアウトラインを記す。(1)これまで単一系統のものと考えられてきたオホーツク文化は、土器や住居の形態などの特徴にもとづいて、サハリン南端-北海道北端部に成立した「十和田系」グループと、サハリン南部-北海道東部に展開した「鈴谷-江ノ浦系」グループの2つに分けることができる。(2)前者は沿岸性海洋適応をとげた生活を特徴とし、その形成にはおそらく対岸沿海地方のグループの影響があった。(3)後者はラグーン地形に適応した生活を特徴とし、その形成には北海道続縄文文化と北サハリン文化がかかわった。(4)オホーツク人の歯の特徴である極端な摩耗は習慣性の咀嚼行為によってもたらされたと推定できる。ただしその原因については、歯を特定の作業に用いた結果ではないかとする考古学の側の理解と、食生活によるものではないかとする歯学の側の解釈が対立した状態にある。(5)北サハリン文化グループと続縄文文化グループの動向には気候変動が関与している可能性が大きい。それのより具体的な解明には湖沼堆積物などの分析などが今後求められる。いずれにせよ、今回の3年間の調査研究の成果を集約してさらに的を絞り、そのうえで第2次のサハリン調査研究プロジェクトを企画・実現してゆくことが重要である。
光スイッチングを組み込んだ超分子化合物の新規光物性評価

近年、物質が有する様々な機能を光でスイッチさせることができる新しい物質、新しい技術を開発する研究が盛んに行われている。光スイッチングを光誘起スピン転移現象すなわちLight-Induced Excited Spin State Trapping (LISST)現象を用いることにより開発する試みは、強い分子間相互作用を導入することにより、これまで不可能であった化合物に対して光スイッチング機能の出現を導き出した。これらの指導原理に基づいて、光誘起相転移化合物(有機化合物や無機化合物)を光スイッチング分子デバイスとして開発した。さらに光による磁気的・構造的制御に対して、光スイッチングを応用することが可能であり、新規光物性(光磁石、光伝導体、光エネルギー変換など)の出現が期待される。鉄(II)錯体[Fe(pyterpy)_2](ClO_4)_2は、低スピン錯体であった。この鉄(II)錯体は、配位子のピリジン部位が他の金属イオンで配位することができる空サイトがある。この部位を他の金属イオン(銀(I)あるいは鉄(II)イオン)と作用させることにより、一次元の集積型金属錯体を構築することに成功した。さらにコバルト(II)錯体[Co(pyterpy)_2](ClO_4)_2は、温度に依存してスピンクロスオーバー挙動を示した。このコバルト(II)錯体を鉄(II)イオンと作用させると一次元のコバルト(II)鉄(II)錯体を形成することができ、この一次元の集積型金属錯体は、スピンクロスオーバー挙動を示すことを初めて観測した。本研究の結果は、超分子に相互作用の組み込み方や組織化のための指導原理を提供し、構成単位の外場制御によって超分子組織体の動的な構造変化と物性制御を導く出すことに成功した。
相変化を伴う多孔質層内の熱および物質移動に関する研究

近年,冬期冷熱の有効利用が試みられており,その非定常状態での凍結・融解熱伝達特性を明らかにすることが重要な課題となっている.そこで,本研究では,基本的なモデルである固体粒子と氷からなる矩形多孔質層を左垂直面から融解させた場合の融解挙動および非定常融解熱伝達特性に及ぼす加熱面温度,粒子物性および粒子径の影響について,数値解析および実験により検討を加えた.その結果、本研究の範囲内で以下のことが明らかになった.(1)粒子径が大きく加熱壁温度が大きい場合,顕著な自然対流がみられ,融解領域には時計方向まわりの大きな渦流れが生じ,融解界面形状は時計方向まわりの大きな渦流れによって支配される.また,加熱壁温度の減少にともない,融解界面形状に及ぼす密度逆転の影響は増大する.(2)融解初期の修正ヌセルト数は伝導解と一致し,融解過程は伝導伝熱で支配されるが,時間の経過とともに融解領域が増大し自然対流伝熱支配に遷移する.粒子径(浸透率)が大きく,加熱壁温度が高い場合,修正ヌセルト数は極小値を示した後増大する.(3)加熱壁温度の増大とともに自然対流の影響が強くなり,融解領域の修正ヌセルト数は大きくなり,融解量の時間に対する増加割合も増大する.しかし,粒子径(浸透率)が大きい場合,密度逆転の影響が認められ,加熱壁温度が4°Cの場合の修正ヌセルト数は8°Cの場合に比べ大きく,融解量の増加割合も増大する.(4)熱移動の形態が対流伝熱支配から伝導伝熱支配に遷移する時間は粒子径の増大および加熱壁温度の増大にともない小さくなる.(5)融解領域内に自然対流が生ずる加熱壁温度は粒子径の増大とともに減少する.また,粒子径が5mm以下,加熱壁温度が8°C以下の範囲では,いずれの場合に対しても自然対流の影響は非常に小さい.近年,冬期冷熱の有効利用が試みられており,その非定常状態での凍結・融解熱伝達特性を明らかにすることが重要な課題となっている.そこで,本研究では,基本的なモデルである固体粒子と氷からなる矩形多孔質層を左垂直面から融解させた場合の融解挙動および非定常融解熱伝達特性に及ぼす加熱面温度,粒子物性および粒子径の影響について,数値解析および実験により検討を加えた.その結果、本研究の範囲内で以下のことが明らかになった.(1)粒子径が大きく加熱壁温度が大きい場合,顕著な自然対流がみられ,融解領域には時計方向まわりの大きな渦流れが生じ,融解界面形状は時計方向まわりの大きな渦流れによって支配される.また,加熱壁温度の減少にともない,融解界面形状に及ぼす密度逆転の影響は増大する.(2)融解初期の修正ヌセルト数は伝導解と一致し,融解過程は伝導伝熱で支配されるが,時間の経過とともに融解領域が増大し自然対流伝熱支配に遷移する.粒子径(浸透率)が大きく,加熱壁温度が高い場合,修正ヌセルト数は極小値を示した後増大する.(3)加熱壁温度の増大とともに自然対流の影響が強くなり,融解領域の修正ヌセルト数は大きくなり,融解量の時間に対する増加割合も増大する.しかし,粒子径(浸透率)が大きい場合,密度逆転の影響が認められ,加熱壁温度が4°Cの場合の修正ヌセルト数は8°Cの場合に比べ大きく,融解量の増加割合も増大する.(4)熱移動の形態が対流伝熱支配から伝導伝熱支配に遷移する時間は粒子径の増大および加熱壁温度の増大にともない小さくなる.(5)融解領域内に自然対流が生ずる加熱壁温度は粒子径の増大とともに減少する.また,粒子径が5mm以下,加熱壁温度が8°C以下の範囲では,いずれの場合に対しても自然対流の影響は非常に小さい.近年,環境保護や省エネルギ-の観点から,自然エネルギ-の有効利用が活発に行われている。寒冷地においても,冬期冷熱をヒ-トパイプにより土壌に蓄え,低温貯蔵庫として活用するなど,冬期冷熱の有効利用が試みられており,その非定常状態での凍結・融解熱伝達特性を明らかにすることが重要な課題となっている.本研究では,このような背景から,基本的なモデルである固体粒子と氷からなる矩形多孔質層を左垂直面から融解させた場合の融解挙動および非定常融解熱伝達に及ぼす加熱面温度および粒子径の影響について実験的検討を加えた.さらに,氷のみ場合の融解実験を行い,比較検討を試みた.実験粒子としては,直径2,5,16mmの3種類のガラス球を用いた.融解実験は,凍結多孔質層の初期温度を0°C一定とし,加熱面温度が4,8,14,20°Cの場合について行い,容器内温度および加熱面での熱流束の経時変化を4時間測定した.その結果,本研究の実験範囲内で以下のことが明らかになった.1.粒子径が大きく加熱壁面温度が高い場合,融解量は下部に比べ上部で多く,氷のみを融解させた場合と同様の傾向を示す.しかし,加熱面温度が低い場合は、融解界面形状は加熱面とほぼ平行となっており,密度逆転にともなう流れの影響は小さいことが分かった.2.粒子径が大きい場合,加熱面におけるヌセント数は,融解開始直後では大きな値を示すが,時間の経過と共に急激な減少を示す.その後,ヌセント数は最小値を示した後,対流の発生により加熱面近傍の温度匂配が増大するため,ヌセント数は増大する傾向を示す

.3.粒子径が小さい場合,顕著な自然対流の影響は見られず,加熱面におけるヌセント数は,時間と共に単調に減少し,融解領域内の熱移動が伝導伝熱で行われるとした場合の伝導解と同様の傾向を示す.寒冷地における土壌の凍結現象は,これまで,凍害として見られていたが,近年この冷熱エネルギーを有効に活用することが試みられている.寒凍地における地熱熱源ヒートポンプの利用,土壌を潜熱蓄熱材として活用した低温貯蔵庫の建設などはその典型的な例として挙げられる.また,近年潜熱蓄熱材の熱特性改善のため伝熱促進体を混入した場合の凍結・融解挙動に関する検討が行われている.このように多孔質層の相変化現象は,多くの工学問題と関連しており,その非定常状態での凍結・融解熱伝達特性を明らかにすることが重要な課題となっている.本研究では,以上のような背景から,凍結した矩形多孔質層を左垂直面から融解させた場合の融解挙動および非定常融解熱伝達に及ぼす粒子物性の影響について実験的検討を加えた.実験粒子としては,ガラス粒子,鉄粒子,ステンレス粒子,クローム粒子,アルミナ粒子を用いた.融解実験は,凍結多孔質層の初期温度を0°C一定とし,加熱面温度が20°Cの場合について行い,容器内温度および加熱面での熱流束の経時変化を4時間測定した.さらに,境界固定法を用いた数値解析を行い,計算結果と実験結果との比較を行った。その結果,本研究の範囲内で以下のことが明らかになった.1.熱伝導率の大きな粒子を用いた場合,試料内温度分布の経時変化より,粒子径の大きな場合には自然対流が生ずることが知られた.また,粒子径が小さい場合は,ガラス粒子層の場合に比べ,融解量は増大するが,加熱面でのヌセルト数は時間と共に単調に減少し,融解領域内での顕著な自然対流の影響は見られなかった.2.計算結果と実験結果との比較を行った結果,ヌセルト数の計算結果は実験値に比べ大きな値を示すものの,計算結果は融解挙動およびヌセルト数の実験結果の傾向をよく表すことが知られた.寒冷地における土壌の凍結現象は,これまで,凍害として見られていたが,近年この冷熱エネルギーを有効に活用することが試みられている.寒冷地においても,冬期冷熱をヒートパイプにより土壌に蓄え,低温貯蔵庫として活用するなど,冬期冷熱の有効利用が試みられており,その非定常状態での凍結・融解熱伝達特性を明らかにすることが重要な課題となっている.そこで,本研究では,昨年度まで基本的なモデルである固体粒子と氷からなる矩形多孔質層を左垂直面から融解させた場合の融解挙動および非定常融解熱伝達に及ぼす加熱面温度,粒子物性および粒子径の影響について,種々の粒子を用いて実験的検討を加えた.本年度は,凍結した矩形多孔質層の融解挙動および融解熱伝達特性に関して数値解析を行い,水の密度逆転の影響を調べるとともに,昨年度までの実験結果との比較を行った.数値解析には,境界固定法を用いた.また,融解領域内の運動方程式には,ダルシー項ならびに速度の二乗に比例するForchheimer項を多孔質層による流動抵抗として取り入れた.その結果,本研究の範囲内で以下のことが明らかになった.1.加熱壁面のヌセルト数の計算結果と実験結果との比較を行った結果,浸透率が大きく,加熱壁面温度が高い場合,ヌセルト数の計算結果は実験値に比べ大きな値を示すものの,計算結果は融解挙動およびヌセルト数の実験結果の傾向をよく表すことが知られた.2.融解初期のヌセルト数は伝導解と一致し,融解過程は伝導伝熱で支配されるが,時間の経過とともに融解領域が増大し自然対流支配に遷移する.浸透率が大きい場合,ヌセルト数は,遷移の際に極小値を示す.3.融解過程は,加熱壁面温度が大きいほど自然対流の影響を強く受ける.