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溜池卓越地域における河川水利の開発と調整に関する研究

河川を溜池卓越地域へ分水する利水計画は,これまでその実現が甚だ困難なものであるといわれ,吉野川の香川分水と紀の川の奈良分水のみが知られてきた.その最大の理由は,河川分水点の上下流間に新たな支配・従属の関係を設定するからである.本研究は,我が国において最大の溜池卓越地域である播州平野において,明治期の淡河川・山田川疎水事業と現在の東播用水事業の成立に共通する分水の実現条件を明らかにしたものである.淡河川・山田川疎水事業については,水利土功会・水利組合議事録・設計書を用いて分析した結果,その成立要因として既往の利水の水車補償・分水側の潅漑期間の制限による水利調整・技術移転による御坂サイフォン建設・明治政府の勧農政策・工事費調達等を分析し,分水事業が水源地域の下流部対策によって規定されることが明らかになった.なお,この疎水事業が分水に起因するが故に,この受益地域で溜池を潅漑用水源として存続させている点も重要な知見である.この点が毎稜疎水・明治用水の地域との相違点である.現在,淡河川・山田川疎水受益地域に展開する東播用水事業を,分水事業の点ではこの明治の疎水事業と共通している.その要となる加古川大堰と呑吐ダムの水没補償について実態調査を行った結果,次のことが明らかになった.東播用水は加古川下流部に古田優位の水利権をもつ五ヶ井・上部井両堰の取水量を25m^3/sから8m^3/sに変更することで水源手当が可能となったもので,そのためには,両堰の用水合口=加古川大堰の建設が必要条件であること,また,その大堰建設には両堰の水利団体が用水合口に妥協するに足る国費・技術などの外部的条件が必要であることを明らかにした.なお,呑吐ダムの水没補償の実態調査の結果,ダム建設の成否も水没者の生活再建措置を中心とした補償のあり方に規定されることを明らかにした.下流部対策による水利調整こそ分水実現の共通点となる.河川を溜池卓越地域へ分水する利水計画は,これまでその実現が甚だ困難なものであるといわれ,吉野川の香川分水と紀の川の奈良分水のみが知られてきた.その最大の理由は,河川分水点の上下流間に新たな支配・従属の関係を設定するからである.本研究は,我が国において最大の溜池卓越地域である播州平野において,明治期の淡河川・山田川疎水事業と現在の東播用水事業の成立に共通する分水の実現条件を明らかにしたものである.淡河川・山田川疎水事業については,水利土功会・水利組合議事録・設計書を用いて分析した結果,その成立要因として既往の利水の水車補償・分水側の潅漑期間の制限による水利調整・技術移転による御坂サイフォン建設・明治政府の勧農政策・工事費調達等を分析し,分水事業が水源地域の下流部対策によって規定されることが明らかになった.なお,この疎水事業が分水に起因するが故に,この受益地域で溜池を潅漑用水源として存続させている点も重要な知見である.この点が毎稜疎水・明治用水の地域との相違点である.現在,淡河川・山田川疎水受益地域に展開する東播用水事業を,分水事業の点ではこの明治の疎水事業と共通している.その要となる加古川大堰と呑吐ダムの水没補償について実態調査を行った結果,次のことが明らかになった.東播用水は加古川下流部に古田優位の水利権をもつ五ヶ井・上部井両堰の取水量を25m^3/sから8m^3/sに変更することで水源手当が可能となったもので,そのためには,両堰の用水合口=加古川大堰の建設が必要条件であること,また,その大堰建設には両堰の水利団体が用水合口に妥協するに足る国費・技術などの外部的条件が必要であることを明らかにした.なお,呑吐ダムの水没補償の実態調査の結果,ダム建設の成否も水没者の生活再建措置を中心とした補償のあり方に規定されることを明らかにした.下流部対策による水利調整こそ分水実現の共通点となる.明治期、わが国の三大疎水事業のひとつである兵庫県淡山疎水(淡河川・山田川)の実現条件と地域対応について研究調査した。まず、その前提となる問題点として、疎水事業を必要とする加古台地の自然的条件,溜池水利システムと水利慣行,溜池と河川水利の根本的な相違点,水利団体の組織と特質などを明らかにした上で、次の3点をもって、その実現条件であることを指摘することができた。1.水源対策として水車業補償と潅漑期間の制限による水利調整。2.技術移転による河川導水に必要な御坂サイホンの建設。3.明治政府の勧農政策と疎水事業の工事費の調達。この研究成果は、淡山疎水を從来のアプローチとは反対に、水源地域の下流部対策から分析することにより得られた新知見であり、わが国における流域変更=分水と地域対応の歴史的実験として位置づけることができたと考えられる。拙著:『水利開発と地域対応』の基本問題である。さらに、淡山疎水の通水効果を、同時代の安積疎水及び明治用水と比較調査を行った。三地域とも、開田による水田面積の拡大,土地生産力及び労働生産力の増大,地価上昇等の効果が顕著であった。

ただし、水田化率では、淡山疎水地域が他の安積・明治用水の受益地域を圧倒したことが注目される。ところで、前記の両疎水地域では、通水後に水源が安定し、從前からの溜池群を全く不要にしたのに対し、淡山疎水地域では上記のような水田化率の卓越にもかかわらず依然として溜池を主な潅漑用水源としているのである。これなどは、とくに降水量が少ないという理由では説明がつかず、淡山疎水事業が流域変更=分水に起因するものであることの説明によって、はじめて理解することができると考えられる。次年度は、かかる視点に立脚して、淡山疎水地域に展開する東播用水をみる。
高温熱直接発電用新素材の開発

(1)プラズマ・イオンプロセスによるFeSi_2系熱電材料開発を行い、次の結果を得た。O_2-イオン照射したアモルファスFeSi_2薄膜で熱起電力S6mV/K、電気伝導度σ110Ω^<-1>cm^<-1>、Z10^<-3>(K^<-1>)を実現した。また、FeSi_2多結晶粉体をO_2-プラズマ(13.56MHz)中で処理したセラミックスで、Z-指数を約10倍増大できた。(松原)(2)高電離イオン生成が可能なECRプラズマにより、β-ボロン、a-BCアモルファス薄膜を形成し、水素の添加により高温熱電半導体として有効性を示した。(権田)(3)プラズマCVDによるa-Si系アモルファス薄膜形成を行い、a-Si:BPが1000°Cの高温熱電材料として優れた熱電特性(Z10^<-3>/K)をもつことを示した。(木村)(4)高温・超高圧(1200°C、35GPa)の極限条件下で化合物合成について研究し、Li_<0.05>Co_<0.95>O焼結体でZ10^41/K(1000°C)を実現した。(島田)(5)ポリ・カルボシラン(PCS)を原料としたCVDにより、多孔質微細構造をもつ炭化ケイ素(β-SiC)セラミックスを開発し、その熱電気的特性の評価から、高性能熱電材料としての有効性を示した。(河本)(6)熱CVDによるカーボン基板上への(Ta_<0.7>Hf_<0.3>)Cの薄膜が、熱的安定性が高く熱電子放射特性の高いカソード電極となることを明らかにした。(矢田)(7)アルカリ金属熱発電(AMTEC)の主要材料であるβ、β"-アルミナ焼結体の化学的構造安定性(耐食性)について研究し、密度、粒子サイズが大きいほど、また微量のマグネシア(MgO)の添加で大幅に改善できることを示した。(加藤)(1)プラズマ・イオンプロセスによるFeSi_2系熱電材料開発を行い、次の結果を得た。(加藤)
キャピラリー-マイクロチップ統合分離分析システムの構築

以下、下記の項目に沿って、主な成果の概要を示す。(1)キャピラリー-アセンブルド・マイクロチップ(CAs-CHIP)作製の基盤技術開発CAs-CHIPは格子状PDMS基板への角型キャピラリー埋め込みによって作製した。角型キャピラリーは外周の四隅が完全に直角ではないため、PDMSへ埋め込んだ際、四隅での液漏れが生じるが、ここではPDMSモノマーをスピンコートしたガラス板を貼って加温する、という方法をとったところ、全ての隙間を埋めることができ、液漏れのないマイクロチップを作製することに成功した。(2)流体制御・バイオセンシングシステムの開発pNIPAAm固定化キャピラリー(バルブキャピラリー)、酵素固定化キャピラリーをCAs-CHIPのパーツとして利用し,局所的な流体制御・バイオセンシングの実現を試みた。その結果、複数バルブの独立制御に基づく液体停止および酵素固定化キャピラリーに基づくセンシングに成功した。(3)マルチイオンセンシングシステムの開発角型キャピラリー内壁に可塑化PVC膜を固定し、Na+、K+、Ca2+センシングキャピラリーを作製した。これらのセンサーキャピラリーをPDMS基板に埋め込み、マルチセンシングチップを作製した。このマイクロチップを用いることで、微量な試料溶液に含まれる多種類のイオンを同時に分析可能と考えられる。(4)除タンパク前処理集積化電気泳動分離システムの開発多層流形成を利用した除タンパクプロセスとキャピラリー電気泳動(CE)分離を試みた。除タンパク前処理チップの有無によるエレクトロフェログラムを比較した結果、除タンパクチップがない場合、低分子に加えてタンパクのブロードなピークが見られたのに対し、多層流によるタンパク分離をした場合は低分子のみのピークが見られ、除タンパクが実現可能であることが分かった。本年度はキャピラリー-マイクロチップ統合システム構築のための基盤技術開発として、次の項目を実施した。(A)キャピラリー-マイクロチップ結合法の開発(A)についてはポリマーマイクロチップとキャピラリーの結合法、(B)については高感度イオンセンシングチップの開発を実施した。(1)ポリマーマイクロチップ-角型キャピラリー結合法の開発ここでは角型ガラスキャピラリーを、角型断面を持つマイクロチャネルに接合させる方法を確立した。チップ材料としてポリジメチルシロキサン(PDMS)を用い、ガラス製モールドを用いるモールディング法によって角型マイクロチャネルを作製し、同サイズの角型キャピラリーを埋め込む。ここへスピンキャストしたPDMS薄膜をカバーとして用いることで、キャピラリー埋め込み時に生じるデッドボリュームや液漏れを防ぐことが可能となり、ポリマーマイクロチップ-角型キャピラリー結合法の基盤技術開発に成功した。(2)高感度イオンセンシングチップの開発油水界面でのイオン対抽出メカニズムに基づいたイオンセンシングチップを作製した。ここでは新規な作製法として、角型キャピラリー内壁にイオン選択性オプトード膜をコーティングし、そのキャピラリーをPDMSチップに埋め込んだ新型チップを作製した。オプトード膜の膜厚変化に伴う応答速度、感度を詳しく調べた結果、2分程度の応答時間で蛍光応答を示すセンシングキャピラリーの開発に成功した。このキャピラリーをPDMSチップに埋め込み、多種類イオンのセンシングチップ作製に成功した。(A)矩形キャピラリー結合マイクロチップを用いた電気泳動分析の基礎検討(B)温度応答性ポリマー修飾キャピラリーと小型ペルチェ素子を用いた試料導入バルブ機能チップの開発(C)希薄試料の濃縮が可能なモノリスポリマーを集積した濃縮チップの開発(A)矩形キャピラリーの一端にマイクロチップを結合させ、電気泳動分析用マイクロチップを試作した。

試料導入ポンプの制御に基づく分離キャピラリーへの試料注入法を検討したところ、ポンプ流量の時間間隔を制御することによって、試料注入・電気泳動分離ができることを確認した。(B)温度応答性ポリマーを矩形キャピラリー内に作製した。これを実際にチップに埋め込んでペルチェ素子による温度制御に基づく流体制御を試みたところ、従来用いられていた電熱線に基づく制御法と比較して、極めて迅速な制御が可能であることがわかった。また、本法は複数のバルブを1枚のチップに組み込むことも可能であるため、実際に2つのバルブキャピラリーを組み込んでチップを試作したところ、一定体積の試料溶液切り取りバルブとしても有効に機能することがわかった。(C)アルキル基を側鎖に有するモノリスポリマーをキャピラリー内に作製し、チップに埋め込むことによって、濃縮機能チップを試作した。疎水性相互作用に基づく試料濃縮の基礎的検討を行った結果、試料水溶液の導入に基づく吸着濃縮・有機溶媒を用いた溶離が可能であることが確認され、蛍光分子を用いたモデル実験では数百倍におよぶ試料濃縮が可能であることがわかった。次年度、これらの機能キャピラリーを有するマイクロチップを試作し、電気泳動分離キャピラリーと統合することで、前処理集積電気泳動分析チップとしての機能を検証する。本年度は、昨年度開発した基盤技術を踏まえ、下記の2項目を実施した。(1)多層流を活用した除タンパク前処理集積チップ(2)酵素反応キャピラリーを埋め込んだタンパク分解前処理集積チップ(1)角型キャピラリーを格子状PDMS基板に埋め込み、多層流を活用した除タンパク前処理チップを作製した。チップ内のT字流路に試料(フルオレセイン修飾牛血清アルブミン(F-BSA:M.W約70600)、ローダミンB(RB)、スルホローダミン(SR))を含む緩衝液と含まない緩衝液を導入・合流させ、多層流基づく除タンパクの基礎検討を実施した。その結果、両方の流量が0.5μl/mの時にRBとSRのみが拡散分離され、電気泳動(CE)キャピラリーへ導入可能であることが分かった。次に試料溶液がCE分離キャピラリーと直接触れないように緩衝液を1μl/mで導入し、そのポンプのON/OFFによる試料導入・CE分離(印加電圧:5kV)を試みた。その結果、前処理を行わない場合、RB, SRに加えてF-BSAのブロードなピークが見られたのに対し、前処理を行った場合はRB, SRのみのピークが見られ、除タンパク前処理の集積化が実現可能であることが分かった。また長いCE分離キャピラリーを用いることで、除タンパクされた低分子量成分の分離が改善され、泳動時間の再現性も良好であった。(2)トリプシン固定化キャピラリーを作製し、タンパク質のボトムアップ
ＧＥＭを用いた宇宙Ｘ線偏光計の開発と超強磁場中性子星（マグネター）の観測的研究

今年度は、日本国内でのX線偏光計の製作、米国ブルックヘブン国立研究所(BNL)の放射光施設におけるX線偏光計の校正試験、「すばる」望遠鏡によるマグネターの赤外線観測を行った。米国宇宙航空基地局ゴダード宇宙航空センター(NASA/GSFC)で開発が進んでいる光電子追跡型X線偏光計(以下、X線偏光計)は、衛星プロジェクトに向けた性能評価を優先して行うため、X線偏光計としての基本的な性能評価を行う上でスケジュール上の制約を受ける。私が所属する理化学研究所でX線偏光計を製作し、NASAでは手の届きにくいX線偏光計の基本的な性能評価を日本で行えるようにする。本年度は設計と製作、動作確認試験を行った。また、NASAと共同開発を行っているX線偏光計の較正試験において、BNLの放射光施設で利用したビームラインX-19Aが照射するX線の真の偏光度が不明という問題点があった。真の偏光度を高精度で測定するためには、偏光に対する感度を表す変調因子が高い別の偏光計が必要となる。そこで、コンプトン散乱およびトムソン・レイリー散乱を利用した偏光計(コンプトン型偏光計)を製作し、ビームラインX-19AのX線偏光度の測定を行った。測定を行った5.9keV、7.0keV、10.0keVの3つのエネルギーで90%以上の偏光度を持つことがわかり、X線偏光計の校正試験の結果にフィードバックし、X線偏光計の正しいレスポンスを得ることができた。10^<14>-10^<15>Gaussという超強磁場をエネルギー源としてX線を放射すると考えられているマグネターの一部は、赤外線・可視光の波長域でも対応天体を持ち、多波長での観測研究が盛んに行なわれている。未だに決定的な説のないマグネターからの赤外線・可視光放射メカニズムを解明するため、「すばる」望遠鏡の近赤外線分光撮像装置(IRCS)と188素子波面補償光学装置(AO-188)を用いて、赤外線・可視光に対応天体を持つマグネターSGR1806-20およびSGR0501+4516の測光観測を行なった。現在、本データの解析を行っている。日木国内でのX線偏光計の製作を今年度中に行い、来年度から性能評価試験を遂行する環境を整えることができた。また、X線偏光観測プロジェクトで開発を進めているX線偏光計の較正試験において、米国での実験をリードする役割となり、3つのエネルギーで偏光度を測ることでX線偏光計を正しく較正することができた。「すばる」望遠鏡によるマグネターの観測結果については、今年度に引き続き観測データの解析を進める。日本国内で製作したX線偏光計の動作試験・性能評価試験を行う。性能評価試験は、高輝度光科学研究センター(JASRI)の放射光施設(SPring-8)での実施を予定している。また、修士時代に行ったマグネター4U0142+61の赤外線波長域の観測データの解析結果の論文執筆、「すばる」望遠鏡によるSGR1806-20、SGR0501+4516の観測データの解析を引き続き行う。

現在、本データの解析を行っている。日木国内でのX線偏光計の製作を今年度中に行い、来年度から性能評価試験を遂行する環境を整えることができた。また、X線偏光観測プロジェクトで開発を進めているX線偏光計の較正試験において、米国での実験をリードする役割となり、3つのエネルギーで偏光度を測ることでX線偏光計を正しく較正することができた。「すばる」望遠鏡によるマグネターの観測結果については、今年度に引き続き観測データの解析を進める。日本国内で製作したX線偏光計の動作試験・性能評価試験を行う。性能評価試験は、高輝度光科学研究センター(JASRI)の放射光施設(SPring-8)での実施を予定している。また、修士時代に行ったマグネター4U0142+61の赤外線波長域の観測データの解析結果の論文執筆、「すばる」望遠鏡によるSGR1806-20、SGR0501+4516の観測データの解析を引き続き行う。
広東住血線虫症における好酸球増多機構の解析

広東住血線虫症における好酸球増多機構ならびに増多した好酸球の意義を検討し、次の様な成績を得た。1.肺動脈へ幼若成虫を移植された非固有宿主(モルモット)の好酸球応答誘導因子は主として虫体の排泄物・分泌物に存在し、一方、固有宿主(ラット)のそれは虫卵や第1期幼虫に存在する。幼若成虫抽出液に対する非固有宿主(マウス)の応答はT細胞非依存性である。つまり、この因子は骨髄に直接作用し、好酸球産生を刺戟する可能性がある。2.モルモットの好酸球は成虫由来のECFにin vitroでもin vivoでも強い遊走能を示すが、ラットのそれは遊走能を示さない。現在、モルモット好酸球におけるECFに対するレセプターの有無、ならびに虫卵や幼虫にもECF活性があるか否かを検討中である。3.肺動脈へ幼若成虫を移植後514日のモルモットの縦隔リンパ節細胞と脾細胞を幼若成虫抗原と共にin vitroで培養すると、好酸球産生刺戟因子をメジウム中に遊離,放出する。この因子は分子量1万以上の非透析性の物質である。骨髄液体培養で検索する限り、幼若成虫の体抗原や排泄物・分泌物は単独では好酸球産生刺戟活性を示さないが、現在、軟寒天培養法によってもこれを検索中である。4.髄液の細胞増多と好酸球増多は第3期幼虫を感染させたマウスでも認められ、それはT細胞依存性であった。この髄液の好酸球増多に一致して、脳からの虫体回収数が急激に減少することから、好酸球は虫体殺滅に関与している可能性がある。髄液の好酸球を電顕的に観察すると、脱顆粒像,顆粒数の減少,顆粒の小型化,円形化,その他機能の活性化を示唆する変化が認められた。髄液好酸球はPMAやdigitoninの刺戟で【O(^ー_2)】を生成する。幼若成虫抗原も【O(^ー_2)】産生を刺戟する可能性を示唆する成績を得ているが、現在尚、検討中である。今後はラットではT細胞が存在するにもかかわらず何故髄液の好酸球増多が起らないか、の分子レベルでの解析が必要である。
ヒト染色体異常に基づく染色体改変モデルマウスの統合的解析

精神遅滞患者の大規模ゲノムデータから疾患と相関する新規の染色体領域を同定する目的で行われたプロジェクトから、15q25.2-25.3領域が同定された。本研究は過年度に染色体工学により作製したヒト15q25.2-25.3領域欠失モデルマウスを用い、対象染色体領域の欠失がどのような行動パラダイムに影響を及ぼすか網羅的行動バッテリーを基に同定することを目的とした。この結果、社会性、空間記憶、作業記憶、抑うつ等は顕著な影響は認められないものの、オープンフィールド試験、高架式十字迷路試験から顕著な不安様行動が認められた。現在、MRIによる脳の構造変化とともに、不安様行動につながる分子基盤を解析中である。申請者は,新規に発達障害患者(自閉症を含む)より見出された15q25.2-25.3染色体領域(欠失)を対象に,本領域の欠失を反映した疾患モデルマウスの作製を試みた.本モデルマウスは,ヒト型動物モデルとして患者脳内の構造変化,遺伝子発現,神経生化学的変化等を反映しうる可能性がある他,前臨床モデルとして新規薬物の効果等を解析する上で有効なモデルとなりうる可能性がある.これまで、マウス胚性幹(ES)細胞を用いて染色体工学による染色体操作を実施,500kbに渡る巨大な対象染色体領域を欠失したES細胞を得ている.本ES細胞は,マウス胚盤胞にインジェクションする事で,最終的に,ヒト15q25.2-25.3領域に相当するマウス7番染色体領域を欠失したヒト型染色体改変マウスを作製した.一方,マウスの作製には,129系統のマウスES細胞(AB2.2細胞)を使用したため,C57BL/6系統へのバッククロスが必要である.特に脳神経科学分野におけるモデル動物を用いた解析には,129系統は脳梁の形成不全・行動の異常が認められる事からバッククロスが必須である.このため,本期間は,IVF(in vitro fertilization)によるスピードコンジェニック法を適用,C57BL/6系統へのバッククロスを実施した.理論上,レシピエント系統への置換率90%以上にするには最低4回のバッククロスが,また99%以上には7回,99.9%を超えるには10回以上が必要である.今回,10回のバッククロスを終了したため,行動実験を含む各種解析を実施する体制が整ったといえる.バッククロスを終えた染色体改変マウスは,発達障害患者から新規に見つかった染色体異常を反映した動物モデルであるが,現在まで際立った表現型(異常)は認められない.今後より詳細な解析を進めていく予定である.大規模ヒトゲノムDNAデータベースを用い,精神遅滞と相関する新規の染色体領域を同定するプロジェクトから,"15q25.2-25.3"の欠失が新たに報告された(Cooper GM et al., Nat. Genet., 2011).我々は,15q25.2-25.3染色体の遺伝的変異(欠失)が精神機能に及ぼす影響を解析するため,15q25.2-25.3領域をヘテロ欠失したモデルマウスを染色体工学を用いて作製し解析を行った.昨年度は,マウスの遺伝的背景をC57BL/6Jに統一するため,スピードコンジェニック法を適用,10回に渡る交配を経て,今期から解析を行う事が可能となった.コンジェニック法により遺伝的背景をC57BL/6系統に統一したモデルマウスは,一見顕著な異常は認められなかった.しかし包括的な行動試験を実施した結果,幾つかのパラダイムにおいて異常を認めた.特に,新奇環境での活動量,さらに不安行動の指標となる行動解析(オープンフィールド試験)では,染色体変異マウスは活動量自体に変化は認められなかったものの,チャンバー壁面に滞在する時間(不安行動)が野生型に比べ有意に増加した.同様に不安行動を解析する試験である高架式十字迷路試験でも,不安様行動の増加を認めた.一方,海馬依存的な空間記憶に関する試験,バーンズ迷路試験では変化が認められず,またY-mazeによる作業記憶の変化も認められなかった.このことから,前頭葉,海馬の記憶に関するパートは正常である一方,不安行動に関わる扁桃体を含む神経回路には何らかの異常が生じている可能性がある.さらなる解析として,現在,核磁気共鳴画像法(MRI)により脳の構造変化について解析を進めているところである.精神遅滞患者の大規模ゲノムデータから疾患と相関する新規の染色体領域を同定する目的で行われたプロジェクトから、15q25.2-25.3領域が同定された。今年度は特に,IVF(体外受精・顕微授精)によるC57BL/6系統へのコンジェニック化に多くの時間を割いた.現在まで,合計10回のバッククロスを実施したため,理論上99.9%以上はレシピエントのC57BL/6系統のマウスゲノムと同等と考えられる.バッククロスの途中経過における各種解析は,研究結果におけるノイズとなりうる可能性が考えられたため,特に細胞生化学的解析は中止した.

一方,上記したバッククロスは特に問題無く,スムーズに進める事が出来たため,現在は予定通り行動試験を行う事ができている.神経化学・神経薬理行動解析のバッテリーを開始した事から,ヒト患者の染色体異常を反映したマウスがどのような表現型を示すか明らかにしたい(アウトプットとして).現在,染色体マウスを様々な角度から解析すべくコロニーの拡大を図っているが,繁殖に少々手こずっている.雄性マウスで生殖系の異常を伴っている可能性もあり,今後組織レベルでの病理的解析も進めたい.マウス数が得られ次第,行動試験から得られた結果を基に細胞,特に初代培養神経細胞レベルの解析にフィードバックしたいと考えている.神経細胞では,スパインの形態・密度の他,突起の伸長・複雑性も同時に解析したいと考えている.また,本マウスは脳の構造にも影響を与える可能性が考えられるため,核磁気共鳴画像法による脳の構造解析も予定している.
重力子の質量の起源と宇宙論

Einsteinによって提唱された一般相対性理論は、実験・観測との整合性から重力の標準理論として広く認識されており、一般相対性理論と驚くべき精度で一致しています。このように太陽系スケールにおける検証では疑う余地がない一方、一般相対性理論は現代物理学では説明できない2つの問題を孕んでいます。一つはミクロなスケールにおける問題(重力の量子化の問題)、もう一つはマクロなスケールにおける問題(宇宙の加速膨張)です。これは、一般相対性理論はある「基礎理論」の一部の領域を記述する(ニュートン重力のような)理論であることを示唆しています。そのため、一般相対性理論を再現し、これらの問題を解決できるような重力理論はどのようなものか、探求する必要があり、現代物理に有益な知見をもたらすと期待しています。そのためには、まず重力理論の構築を行い、理論的問題(ゴースト不安定性やその他の不安定性)が現れないことを確認する必要があります。さらには、その理論を用いて宇宙論的な予言を行い、観測との比較を行うことで検証を行なっていく必要があります。本研究計画ではその第1段階にあたる構築を行なっております。有質量重力理論の一般的な理論を探求するため、まずは平坦な時空におけるスピン2の場に着目し、理論の可能性を探っています。前年度から進めている平坦なスピン2の場の最も一般的な理論のハミルトニアン解析が完成し、その物理的自由度に基づいた分類、さらにその理論が内包するゲージ変換の導出などを行いました。これは、曲がった時空への応用に非常に役に立つと考えられます。平坦な時空でのスピン2の場の最も一般的な理論の構築に成功し、それぞれの理論における性質等を明らかにしました。これは、新たな有質量重力理論の可能性を示唆するものであり、曲がった時空での応用の段階に到達することができました。今後は曲がった時空への応用を行なっていく予定です。研究計画に基づいた方針でこれまで得られた研究結果を発展させ、最終段階に到達するように解析を速やかに行なっていきます。そこで、主に、質量がゼロのspin-2の粒子(重力子)の理論の再構築を行いました。今まで知られている有質量の重力子の理論とは違い、一般相対性理論から出発するのではなく、より最も一般的な理論から出発し、BD ghostが現れない条件を、線形理論の範囲で明らかにしました。この論文は最終段階にきており、近々発表できると期待しています。また、重力子が質量をもつベクトル場と非自明な相互作用をする理論における宇宙の背景時空の進化、および、摂動安定性に関しても調べ、これまで知られていたスカラー場の場合と違い、非自明な相互作用が存在しても、安定であることを示しました。平坦な時空におけるspin-2の粒子を一般化することに成功しました。これは、当初の研究計画である縮退する有質量重力子が少なくとも、弱重力場の周りでは存在することを意味しています。これを非線形理論へと拡張していくことで、これまで知られていた有質量重力理論を超える理論を構築することが可能となることが期待され、十分な成果が得られたと考えています。

平坦な時空でのスピン2の場の最も一般的な理論の構築に成功し、それぞれの理論における性質等を明らかにしました。これは、新たな有質量重力理論の可能性を示唆するものであり、曲がった時空での応用の段階に到達することができました。研究計画の通りに進めていくことで、これまでの研究成果を発展させ、宇宙論へと応用できる新たな理論の構築を目指します。今後は曲がった時空への応用を行なっていく予定です。研究計画に基づいた方針でこれまで得られた研究結果を発展させ、最終段階に到達するように解析を速やかに行なっていきます。研究打ち合わせを2018年度ではなく2019年度に行うほうが効率が良いと考えたため。2019年度の予算と合わせて、海外の大学へ赴き、今後の研究に関する打ち合わせを行うために使用する予定。
高表面積化キレ-ト樹脂に固定化した金属クラスタ-触媒の開発

1.キレ-ト樹脂への金属クラスタ-の固定化イミノニ酢酸基を有する架橋ポリスチレンであるキレ-ト樹脂をAl(III)錯体とした後,ヘキサクロロ白金(IV)イオンを固定化,さらに水素化ホウ素リチウム還元により白金クラスタ-とした。還元後イオン交換によりNa(I)およびMg(II)置換体を得た。パラジウムクラスタ-の担持はキレ-ト樹脂のNa(I),Mg(II)およびAl(III)錯体を塩化パラジウムの塩酸水溶液と処理後,水素化ホウ素リチウムで還元して行った。2.キレ-ト樹脂錯体担持金属クラスタ-のキャラクタリゼ-ションエタノ-ル洗浄乾燥したキレ-ト樹脂錯体の表面積は,金属クラスタ-担持前後共に,固定化金属の価数の増加とともに増大した。クラスタ-担持前のAl(III)錯体には,細孔径分布測定により40Aの細孔が多いことがわかった。固定化白金クラスタ-の平均粒径は26Aであり,白金クラスタ-が細孔を占めている。また,パラジウムクラスタ-の場合,金属イオンの種類によりパラジウムクラスタ-の分布状態に差違が見られた。3.キレ-ト樹脂錯体担持金属クラスタ-の触媒作用1項で合成した白金クラスタ-触媒を用いて,エタノ-ル中30°C1気圧水素下で1,3ーシクロオクタジエンなどのオレフィンの水素化を行ったところ,触媒活性は表面積の増加にともない増加した。また溶媒を無極性溶媒であるシクロヘキサンに変えても固定化金属イオンによりNa^+<Mg^<2+><Al^<3+>の順に活性の向上をはかれる。すなわち,本系では樹脂の高表面積化が触媒活性に直接反映している一方、パラジウムクラスタ-触媒でも同様の傾向が見られたが,さらに,クラスタ-粒子の樹脂中での分布状態が触媒活性に大きく影響していることが明らかとなった。また錯体樹脂担体と基質との相互作用による反応の基質選択性が観察された。(1)キレ-ト樹脂への白金クラスタ-の固定化水溶性高分子または界面活性剤の存在下にヘキサクロロ白金(IV)酸溶液をアルコ-ル還元または光還元して白金クラスタ-分散液を調製することができる。この白金クラスタ-分散液をイミノニ酢酸基を有する架橋ポリスチレンであるキレ-ト樹脂と処理しても、白金クラスタ-をキレ-ト樹脂に固定化することはできなかった。そこでキレ-ト樹脂にヘキサクロロ白金(IV)イオンの形で固定化後、還元により白金クラスタ-とする方法を検討した。ヘキサクロロ白金(IV)イオンはNa(I)およびMg(II)に置換したキレ-ト樹脂には吸着しないが、Al(III)イオンを置換したキレ-ト樹脂に吸着した。この吸着白金イオンをLiBH_4で還元したところ、白金のクラスタ-となり、キレ-ト樹脂固定化に成功した。(2)種々の表面積の白金クラスタ-固定化キレ-ト樹脂の調製白金クラスタ-を固定化したAl(III)置換キレ-ト樹脂をエタノ-ルで洗浄後乾燥し、BET法で表面積を測定したところ、16.2m^2g^<-1>であった。この樹脂をNaOHまたはMgCl_2溶液で処理すると、それぞれNa(I)およびMg(II)置換体が得られ、その乾燥表面積はそれぞれ1.5および13.7m^2g^<-1>であった。白金クラスタ-固定前のAl(III)置換

乾燥キレ-ト樹脂は、表面積が83.9m^2g_<-1>であり、その細孔径分布では半径20Åの細孔が多い。これに白金イオンを置換後、還元により白金クラスタ-を固定化すると、白金クラスタ-はこの細孔に制御されて、平均粒径26Åのものが生成していることが明らかとなった。(3)白金クラスタ-固定化キレ-ト樹脂の触媒作用(2)項で合成固定した触媒を用いて1,3-シクロオクタジエンのシクロオクテンへの選択的部分水素化を常温常圧下で行ったところ、活性は表面積に比例し、Al(III)置換体が最も高活性であることが明らかとなった。1.キレ-ト樹脂へのパラジウムクラスタ-の固定化キレ-ト樹脂にテトラクロロパラジウム(II)イオンの形で固定化後,還元によりパラジウムクラスタ-とする方法を検討した。テトラクロロパラジウム(II)イオンは白金の場合とは異なり,全てのキレ-ト樹脂錯体(CRーNa,CRーMg,CRーAl)に吸着された。この吸着されたパラジウムイオンを水素化ポウ素リチウムで還元したところパラジウムクラスタ-となり,キレ-ト樹脂固定化に成功した。2.キレ-ト樹脂錯体担持金属クラスタ-のキャラクタリゼ-ションパラジウムクラスタ-を担持した各キレ-ト樹脂錯体をエタノ-ルで洗浄後乾燥し,BET法で表面積を測定したところ,白金と同様にNa^+<Mg^<2+><Al^<3+>の順に表面積が増大していた。しかし,パラジウムクラスタ-担持により表面積が大きく減少していることが明らかになった。パラジウムクラスタ-を固定化したキレ-ト樹脂錯体の超薄切片を電子顕微鏡(TEM)で観察したところ,Mg(II)錯体では,パラジウムクラスタ-のほとんどが樹脂表面に分布しているのに対しAl(III)錯体では樹脂内部に均一に分布していた。これはキレ-ト樹脂錯体の細孔の大きさの相違により理解できる。3.キレ-ト樹脂錯体担持パラジウムクラスタ-の触媒作用1項で合成した触媒を用い,エタノ-ル中30°C1気圧水素下で,1,3ーシクロオクタジエン,アクリル酸,1ーヘキセンなどの水素化を行った。触媒活性はAl^<3+><Na^+<Mg^<2+>の順に大きくなっており,表面積の効果が表れなかった。これはむしろ2項で述べたパラジウムクラスタ-の樹脂表面での分布の相違に依存していると理解できる。更にアクリル酸,3ーブテン酸,アリルアミン,1ーヘキセンの水素化では錯体樹脂担体と基質との酸・塩基,または親水性相互作用に基づくと考えられる基質選択性を示した。この選択性には,キレ-ト樹脂と錯体を作る金属イオンの種類により,その能力に差があることが明らかとなった。
GISを用いた生活再建過程における支援資源の推定モデルの構築

本研究では災害発生後における被災者生活再建支援に係る業務に必要な資源量を推定する仕組みを構築した.過去の被災地から収集した被災者生活再建支援に係る業務の対応記録をもとにして,日別の業務発生量を調査し,簡易的なモデルを同定した.また,実投入された人的資源量から対応可能量を導出し,支援資源の推定モデルへと展開し,他地域でも適用可能となるように被害発生量の推定から資源量推定までの一連の流れを空間処理によって実現する仕組みを構築した.本研究では災害発生後における被災者生活再建支援に係る業務に必要な資源量を推定する仕組みを構築した.過去の被災地から収集した被災者生活再建支援に係る業務の対応記録をもとにして,日別の業務発生量を調査し,簡易的なモデルを同定した.また,実投入された人的資源量から対応可能量を導出し,支援資源の推定モデルへと展開し,他地域でも適用可能となるように被害発生量の推定から資源量推定までの一連の流れを空間処理によって実現する仕組みを構築した.本年度は新潟県中越沖地震後に柏崎市において実施された被災者生活再建支援業務のうち14業務(応急危険度判定,建物被害認定調査(外観調査),再調査(内観調査),被害認定調査データベース構築,り災証明発給,生活再建相談窓口対応,被災者認定の見直し,県制度支援金の支給,国制度支援金の支給,義援金の支給,、応急住宅修理制度の適用,仮設住宅入退居支援,仮設住宅入居者への住まいの再建支援,復興公営住宅への入居支援)を対象として,被災者台帳に記録された情報から業務量を分析した.本研究では,発災日である2007年7月16日から2009年11月30日までの869日間を対象として,各業務において日単位で発生した業務量を調査し,分析した.業務量の単位は業務ごとに異なるが,概して行政より提供される支援サービスの対象となる単位(世帯や建物,個人等)を採用した.この分析により,日単位で発生する業務量の全体像を把握するとともに,業務ごとに発生するピーク値およびピーク発生日を同定することができた.また,総業務量,実施総日数,業務開始日,業務終了日,平均業務量も明らかにした.これらの結果は,業務量を推定する上での基礎情報として活用することが可能である.一方で,業務発生期間を短期(1ヶ月未満)/長期(1ヶ月以上),ピークの発生回数を単数回/複数回という軸で分類し,14業務のそれぞれの業務の振る舞い方を整理した.その結果として,長期にわたる業務に対しては体制整備の必要性を追求するとともに,終了時期を判断する必要性を指摘した.ピークが複数回発生する業務では,支援期間中において方針変更が影響を与えており,方針変更に伴って発生する業務量を把握した上での判断が求められることを指摘した.H23年度では、被災者生活再建支援に関わる業務量の分析結果から、業務運用に必要となる実務者の専門性・技術および資源量の関係分析をおこなうこととしていた。しかし、同年に東日本大震災が発生したことにより、H22年度までの研究成果の精緻化をはかり、より社会に還元するために、東日本大震災における被災地の実態分析を重ねることとした。この分析では、発災から約1年間の間において、被災者生活再建支援を進める上で、どのように空間情報を活用し状況認識を統一したか、また、どのような業務量が発生し市町村間で差がでているかを分析の対象とした。発災から、まだ間もない被災地であるため、被災者生活再建支援の初期活動からの情報収集を可能とするために、被災者台帳システムの導入を試みた。本システムは、2007年の中越沖地震の発生後に被災地である柏崎市に導入することで、生活再建支援の過程の記録化を実現した。同様の仕組みを、東日本大震災でも導入することにより、各市町村で進められる被災者生活再建支援の過程の記録化を始めた。この記録を用いた分析により、業務量は対象市町村のみの被害程度だけで規定されず、近隣市町村の被害程度も考慮する必要があることが明らかとなった。一方、GISを用いた分析をおこなうにあたり、被災自治体に関する各種の基礎情報を地理空間情報に変換した。また、被災者生活再建支援過程の空間情報化にむけて、各被災者の被災時住所情報を元にしてジオコーディングをおこなった。しかし、我が国の住所体系は十分な整備がなされていないために、ジオコーディングは自動化が難しいのが現状であった。2つの市町を対象として、自動化が困難な理由をパターン化し、他地域へ適用できる仕組みへと展開する基礎分析をおこなった。この分析により15種類のパターンが導出された。このジオコーディングの精度向上により、被災地で収集される様々な情報を空間情報へと変換が可能となり、さらに投入資源量との比較分析を通した関係性の解明に向けた基礎技術の確立と、基礎情報の整備が実現された。H24年度では,被災者生活再建支援に関わる各種15業務を対象として三角分布における業務量の変化を表すモデルの構築を実施した.このモデルは,新潟県中越沖地震の被災地である柏崎市の実態調査から得られたデータおよび東日本大震災の被災地である岩手県の沿岸市町村を対象とした実態調査から得られたデータに基づいて構築した.H24年度末では東日本大震災の災害発生から2年が経過した時点であったため,この2年を調査分析対象期間とした.ここで示したモデルは,始点・終点・ピーク期・ピーク値を代表的に把握した三角分布とした.これは,簡易化したモデルを活用することで,俯瞰的に一定の精度を保てるとともに,電算化が容易となるためである.

また,中越沖地震の事例では,支援提供の途中で制度改正や支援要件の見直しが実施されたため,業務量のピーク値が複数回発生した.これに対しては,三角分布を複数組み合わせ,モデルの簡素化を実施した.業務量推定のための三角分布モデルの構成要素であるピーク値および始点・終点間の幅を決定する要素は,被災地における被災世帯数・被害程度率に依存した.東日本大震災では,申請期間の延期も影響し,終点までの期間幅が長期にわたり,本報告書を執筆時点であっても最終点を完全に把握は出来ていない.上記のモデルに基づき,次なる災害に備えて空間データを活用し推計するための仕組み開発を進めた.これは,上記で示したように「被災者の数」にモデルが依存することから,「ハザード情報×社会資産量=被害量」という概念に基づき,シミュレーション等の結果として得られるハザード情報に対し,建物および人口を社会資産量として捉え,被害量の概数を把握し,それらからモデルに基づいた推計結果を提示することとした.本年度では,この推計に必要な基礎データの収集と,それらの空間データ化を実施し,自動化するための基礎整備を達成した.本研究の成果の精緻化を進めるために、2011年の東日本大震災の発生にともない、新しい被災地においてさらなる情報収集を実施した。災害の発生したH23年度中に、被災自治体に対する関係の確立と情報収集のための基盤構築をすることは、今後の研究を進めるために必須と考え、優先事項として位置づけた。そのため、H23年度では研究計画上に記していた新潟県中越沖地震の事例と並行して東日本大震災の情報分析を実施したため、全体として遅れが生じている。24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は本研究の最終年度である。H22H23年度の成果をとりまとめ、社会発信が可能となるよう仕組みの整備を進める。また、2011年に発生した東日本大震災の被災地における実態を取り入れ、これまでの研究成果の精度検証を進めることを計画している。本研究では、被災地における実態に基づいたモデル構築を対象としているため、被災自治体の協力が必要不可欠である。そのため、被災地の状況に応じて研究の進捗に影響を及ぼす可能性がある。被災自治体に研究の進捗が遅れた場合には、とりまとめに向けて研究計画の見直しをおこない、また研究体制の見直しをはかり研究協力者を募る。一方、研究が予定以上に進展した場合は、早期のとりまとめを進め、その精緻化を進めるとともに、社会発信を進めることとする。
インドネシアテンペによる高校生のための国際的農学ESD教材の開発

本研究は、テンペ(インドネシアの大豆発酵食品)を題材に、高校生が農業や国際的視点から持続的な社会について考え自ら行動し、能動的なキャリア選択を行えるようになる教材開発を目的とした。テンペの教材としての利点は、1)日本食で重要な味噌噌、醤油と同じ大豆を主原料としている、2)日本と関係が深いインドネシアの伝統食である、3)発酵時間が味噌や醤油と違い短く、教材として扱い易いこと等である。学校設定科目「農と環境」「環境科学実習」「総合的学習の時間」の授業をおもな対象とし実施した。このなかで、製造の方法や大豆栽培といった基礎的知識や経験のうえに、日本人になじみの簿いテンペを普及させる方法を生徒が考え、文化祭でテンペカレーの提供とインドネシアの文化とテンペに関するワークショップを福島在住のインドネシア人の方を招いて行った。国連の持続可能な開発目標(SDGs)の視点に、先進国・途上国の双方が普遍的に協働することが挙げられている。国際社会の変化に対応するため,学校教育も多様な学びの必要性が求められている。本開発では、テンペに関わることで、日本の農業のあり方や海外との関係、海外の文化や技術の導入方法、新しい国際協力・関係の在り方(これまで日本の技術を用いて途上国の支援を行っていたが、テンペにより国産大豆の消費を増やしたり大豆産地の活性化を図ることも可能になるかもしれない)などを自己の将来のキャリアとのつながりのなかで、持続的な社会の構築に積極的に関わっていくことのできる教材となった。生徒へのアンケートではインドネシアや国際的な問題へ親和性や関心が高まることがわかった。本校は、平成26年度にACCUのRiceプロジェクトに採択され、お米によるESD教材開発を海外の学校と実施することになった。テンペ教材の成果とあわせ、今後とも農学的視点からグローバル人材を育成できる教材開発に努めていきたい。
球状糖質両親媒性分子の創成と超構造制御

Divergent/Divergent法により、N-アセチル-D-グルコサミン(GlcNAc)を親水性半球ブロックに、n-ヘキシル基を疎水性半球ブロックにもつ新規糖質両親媒性表面ブロックデンドリマ-1の合成を行った。すなわち、N-(2-アミノエチル)カルバミン酸ベンジルを開始核として用い、アクリル酸メチルとのマイケル付加反応と、エチレンジアミンとのアミド形成反応とを繰り返してポリ(アミドアミン)半球ブロックを合成し、このsurface-メチルエステル基へn-ヘキシルアミンを導入した後、core-Z基をチオアニソール/トリフルオロ酢酸により脱保護し、再びデンドリマ-構築を行いN-アセチル-D-グルコサミン誘導体置換セリンN-カルボキシ無水物(NCA)を反応させ1を合成した。G=1.5/2.0およびG=2.5/3.0の1の水溶液の表面張力を滴重法により求めたところ、明確な屈曲点が現れ、臨界ミセル濃度(CMC)を示すことが分かった。CMCにおける張力は十分に低く、比較的規則性高く嵩高いデンドリマ-が気液界面に並んでいることが分かった。末端ヘキシル基の専有面積を計算すると、G=1.5/2.0とG=2.5/3.0のデンドリマ-について、それぞれ14A^2および34A^2であった。1の重水中での集合形態を中性子小角散乱でも検討した。さらに、重水素化エタノール中での1の集合体の形態を^1H NMR測定により推測した結果、逆ミセル型の集合形態をとっていると考えられた。一方、ポリ(アミドアミン)デンドリマ-の雲母表面上への集積を行い、原子間力顕微鏡(AFM)での観察を行った。分子設計により、扁球状あるいは球状のデンドリマ-を界面に並べて、その分子形状、分子間隔などを制御できることが明らかになった。
GFP蛍光による細胞内リン酸化反応のイメージング

申請者は細胞外からのシグナルがcAMPやカルシウムの上昇を介して、核内の遺伝子発現を制御するシグナルカスケードについて研究を行ってきた。転写因子CREBはA-kinaseによって活性化されるが、最近他のシグナルカスケード(CaM kinasesやMAP kinases)でも活性化され得る可能性が見出されている。そこで、本研究では、互いに異なる蛍光スペクトルを有する2種の緑色蛍光蛋白質Green Fluorescent Protein (以下GFPと略す)とCREBリン酸化ドメイン(以下KIDと略す)を繋いだキメラ蛋白を作り、KIDのリン酸化を蛍光スペクトルの変化としてモニターすることにより、細胞内での転写因子CREB活性化をリアルタイムでかつ定量的に観察することを試みた。このキメラ蛋白cDNAを組み込んだpQEベクターを導入した大腸菌から精製したキメラ蛋白が、CREBと同程度にA-kinaseなどでリン酸化をされることをin vitroで確かた。リン酸化の前後での蛍光変化を蛍光スペクトロメーターで調べたところ、リン酸化による蛍光変化が認められた。今後このキメラ蛋白が細胞内でのA-kinase活性のモニターに使えるか否か検討していく。
He液化冷凍機高効率化のための高機能性材料=蓄冷材=の開発研究

本研究の目的は、実用金属超伝導の応用を可能にするために不可欠なHe液化機高効率化のための磁性体蓄冷材の基礎研究を行うものである。従来このような蓄冷材には、鉛あるいは鉛系合金が使用されてきたが、これ等金属の比熱は格子振動に由来するものであり、Heガス比熱の著しく増大する10K以下で、蓄冷材としての用をなさなくなる。本研究の主題は、この10K以下で唯一大きな比熱異常を示す磁性体の相転移点近傍の磁気比熱に注目し、これを蓄冷材に応用しようとするものである。このような観点から、本研究では次のようなことが行なわれまた明らかにされている。(I)蓄冷材に用い得る磁性材料の選択条件を明らかにし、次のような重希土類磁性合金系、1)(Er1-xDyx)Ni2、2)Er(Ni1-xCo_x)_23)Er3NiおよびEr3Co、等を研究対象に選んだ。(II)これ等材料の物性を明らかにするため、1)アーク溶解法で試料を作製し、アニールによる均質化處理を行い、2)X線による試料同定を行った後、3)2K30K領域で比熱測定および熱伝導測定を行った。(III)この磁性材料を実用化する場合には、鉛(高温側)と磁性体蓄冷材(低温側)とを適当な比で積層型にしたものを蓄冷器として用いなければならないが、この比をシミュレーションより明らかにした。(IV)鉛とEr3Niを積層にしたGM冷凍機用の蓄冷器を作り、冷凍試験を行い、磁性体蓄冷材の効果を明らかにした。この結果、このような磁性体蓄冷材を使用すると、J-T弁なしでHe液化が可能になり、効率も飛躍的に上昇することが明らかにされた。これ等の結果は、本年7月、米国ロスアンジェルスで行なわれる低温工学国際会議、5月中国杭州で行なわれる低温工学・冷凍の国際会議で5件の論文(うち2件は招待講演)として発表される予定である。
長時間放電時のディスラプションと熱崩壊の研究

1.2.45GHz高周波はプラズマ周辺電流を駆動し、8.2GHz高周波はプラズマ中心電流を駆動すると考えられる。レイトレースおよびフォッカー・ブランク方程式を数値計算することにより、制御可能なプラズマ電流密度分布を求めることができる。このための数値計算プログラムを開発し、8.2GHz LHCDプラズマに適用した結果、駆動されるプラズマ電流の絶対値はエネルギーギャップのモデル化に依存するが、駆動されるプラズマ電流分布の線平均電子密度に対する依存性は、高エネルギー電子から放射される硬X線の分布測定結果から計算した電流密度のそれと定性的に一致した。2.8.2GHz LHCD放電における不純物密度分布をマルチチャンネル真空紫外分光器にて測定した結果、ポロイダルリミターの材質であるモリブテン不純物量がプラズマ中心において時間的に増加し、放電終了に至っている。このことは不純物放射冷却による熱崩壊およびそれに続く電流崩壊を示唆している。3.プラズマ中の不純物増加対策として、超伝導トカマクTRIAM-1Mにて単-Xポイント配位を可能とした。同配位時のダイバータ板への熱負荷分布を仮定して、ダイバータ板およびステンレス取付板の2次元温度分布を数値計算した結果と、水冷したステンレス取付板に設置したCA熱電対の測定結果を比較することにより、タイバータ板への熱負荷総量は高周波入力電力の2835%であることがわかった。4.定常プラズマでどのような電流分布が得られるかを計算するためには、定常電子密度分布を仮定して、レイトレースおよびフォッカー・ブランク方程式を数値計算するだけでなく、得られた電流密度分布を粒子およびエネルギーのソース項として、電子密度および温度分布を計算し、最初に計算した分布と一致するまで繰り返し計算する必要があることがわかった。5.定常プラズマでどのような電流分布をプラズマが実現するかは、どのような閉じ込めが定常的に実現されるかという問題に通じる。電流分布が異常輸送係数に及ぼす影響について理論的に検討し、「プラズマ閉じ込め」という観点から「分布制御研究」の一つの要素を定式化した。その定式化に基づいてLHCDおよび高ベータ化実験に関連した閉じ込め改善現象について理論的に検討した。レイトレースおよびフォッカー・プランク方程式を数値計算することにより、制御可能なプラズマ電流密度分布を求めることができる。このための数値計算プログラムを開発し、8.2GHzLHCDプラズマに適用した結果.駆動されるプラズマ電流の絶対値はエネルギーギャップのモデル化に依存するが.駆動されるプラズマ電流分布の線平均電子密度に対する依存性は、高エネルギー電子から放射される硬X線の分布測定結果から計算した電流密度のそれと定性的に一致した。2.8.2GHzLHCD放電における不純物密度分布をマルチチャンネル真空紫外分光器にて測定した結果.ポロイダルリシターの材質であるモリブデン不純物量がプラズマ中心において時間的に増加し、放電終了に至っている。3.プラズマ中の不純物低減対策として、超伝導トカマクTRIAM-1Mにてダイバータ配位を可能としダイバータ板を設置した。シングルヌル・ダイバータ配位時のダイバータ板への熱負荷分布を仮定し、ダイバータ板およびステンレス取付板の2次元温度分布を数値計算した結果、水冷した場合でもステンレス取付板に設置したCA熱電対にてダイバータ板への熱負荷総量の時間変化は測定可能であることがわかった。

4.定常プラズマでどのような電流分布をプラズマが実現するかは、どのような閉じ込めが定常的に実現されるかという問題に通じる。電流分布が異常輸送係数に及ぼす影響について理論的に検討し、「プラズマ閉じ込め」という観点から「分布制御研究」の一つの要素を定式化した。その定式化に基づいてLHCDおよび高ベータ化実験に関連した閉じ込め改善現象について理論的に検討した。1.定常プラズマでどのような電流分布が得られるかを計算するためには、定常電子密度および温度分布を仮定して、レイトレースおよびフォッカー・プランク方程式を数値計算するだけでなく、得られた電流密度分布を粒子およびエネルギーのソース項として、電子密度および温度分布を計算し、最初に計算した分布と一致するまで繰り返し計算する必要があることがわかった。2.熱崩壊の時定数を測定するべく、トロイダル磁場が定常である特長を生かして、反磁性ループを設置した。また、トロイダル磁場コイル容器に流れる渦電流の影響を除くために補正ループも設置した。3.リミターへの熱負荷集中にて発生するホットスポットは、プラズマ位置を一定に制御しても避けられない。この対策としてプラズマ断面の映像処理システムを開発し、ホットスポットの検出および回避を実験的に確認した。4.プラズマ中の不純物低減対策として、超伝導トカマクTRIAM-1Mにて単一Xポイント配位を可能とした。同配位プラズマの位置・断面形状の検出には、楕円断面プラズマの検出式を適用した後、平衡解析コード解と比較して補正した。5.円形断面プラズマから単一Xポイント配位に近付けていく途中から、ダイバータ板付近において、モリブデン不純物流入に伴う可視放射光が観測されるとともに、イオン飽和電流の増加が多チャンネルラングミュアプローチにて確認された。6:単一Xポイント配位時のダイバータ板への熱負荷分布を仮定して、ダイバータ板およびステンレス取付板の2次元温度分布を数値計算した結果と、水冷したステンレス取付板に設置したCA熱電対の測定結果を比較することにより、ダイハ-タ板への熱負荷総量は高周波入力電力の約50%であることがわかった。