hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超伝導ケーブル導体の過渡安定性に関する研究

平成6年度1.交流用超伝導ケーブル導体内の電流分布解析コードの開発:素線絶縁のない撚線ケーブル導体における交流通電定常時の導体内電流分布および常伝導転移直後の導体内の電流再配分や温度分布を解析する計算機コードの開発を主として行った。1)分布定数回路を用いた撚線ケーブル導体内の電流分析解析用コードを開発した。2)一次元有限要素法に基づく撚線ケーブル導体内の温度分布解析用コードを開発した。3)ピックアップコイルを用いた撚線ケーブル導体内の電流分布評価法を開発した。2.超伝導ケーブル導体における素線間接触電気抵抗の高感度測定法の開発:超伝導トランスを用いた装置を提案・試作し,10^<-8>Ωの感度が得られることを示した。平成7年度1.交流用超伝導ケーブル導体の常伝導転移特性:初年度開発した解析コードの妥当性を検証し,ケーブル導体の常伝導転移時の振る舞いを明確にするための実験を行った。1)3本撚線ケーブル導体を試料として,常伝導転移実験を行い,解析コードの妥当性を確認した。2)解析と実験から,導体の材料特性や冷媒の熱特性パラメータの影響を明確にした。2.素線間接触電気抵抗の実測:加速器用ラザフォード型導体を試料として測定を行い,良好な結果を得た。平成8年度1.交流用超伝導ケーブル導体の常伝導転移特性:新に3次元有限要素法コードを開発し,素線断面方向の温度分布の影響を考慮できるようにするとともに,最終年度として3年間に得られた知見をもとに高安定な導体構成の設計指針を示した。1)安定性を高めるために銅を複合させた線材について解析と実験を行った。2)銅を素線表面に施す(銅シース)と過渡安定性が大きく向上することを定量的に示すことができた。2.素線間接触電気抵抗の実測:加速器用ラザフォード型導体についてキュア温度や圧力を変え測定を行った結果,素線表面状態と接触抵抗の関係を一部明らかにすることができた。交流用超伝導撚線ケーブル導体内の電流分布について素線絶縁が施されていない3本、7本および(6+1)本(7本中、中心線1本を銅または銅ニッケルとしたもの)撚線ケーブル導体における交流通電定常時における導体内の電流分布および、素線1本が常伝導転移した直後の導体内の電流再配分や温度分布について検討を行った。(1)撚線ケーブル導体内の電流分布解析:素線間が電気的に接触していることを考慮に入れた分布定数回路モデルを仮定し、撚線ケーブル導体内の定常および非定常(常電導転移時)の電流分布を解析することのできる計算機コードを開発した。電流リ-ドとの接続部における電流分布や、常電導転移時の電流再配分現象を明確にし、また、これらの対象に対する素線間の接触抵抗の影響を調べた。(2)撚線ケーブル導体内の温度分布解析:(1)の電流分布解析と連成させて、有限要素法による導体内温度分布解析用計算機コードを開発した。これにより、常電導転移時の素線間横断電流によるジュール発熱の影響などを明確にできた。

(3)撚線ケーブル導体内の電流分布評価法:(1)(2)の解析の妥当性確認のため、撚線ケーブル導体内の電流分布を推定・評価できる方法として、導体周囲の磁束分布をピックアップコイルにより測定・評価(逆問題解析)する方法を開発・試作し、各素線電流の分布状況をある程度把握できるようになった。2.大容量撚線ケーブル導体における素線間接触電気抵抗の測定について撚線ケーブルタイプの導体の安定性を議論するには、導体内の電流分布を支配する素線間の微小な接触電気抵抗を正確に測定する必要がある。ここでは、超伝導トランスを利用した新しい高感度(10^<-8>Ω)の測定法を開発・試作し、加速器用成形撚線導体をサンプルとして実測し、良好な結果を得た。以上、本年度は、本研究を遂行するため必要となる解析コード、実験・測定法の開発を行い、良好な成果を得たので、次年度これらを有機的に利用し、研究の目的を達成したいと考えている。1.交流用超伝導撚線導体の常伝導転移特性素線絶縁の施されていない3本、7本および(6+1)本(7本中、中心線1本を銅または銅ニッケル線としたもの)撚線ケーブル導体の常伝導転移(クエンチ)特性を明確にするための実験と解析を行った。(1)クエンチ実験:3本撚線ケーブル導体を試料として、交流電流通電状態で、素線1本を選択的にヒ-タにより強制的に常伝導転移させたときの、撚線ケーブル導体内の電流再配分現象と、導体全体が常伝導状態へ転移する最小のヒ-タ投入熱量を測定した。その結果、銅を母材とする超伝導素線を束ねた直流用導体とは異なる特有のクエンチ特性を有することが示された。(2)クエンチ解析:昨年度開発したケーブル導体内の電流分布と温度分布を解析する計算機コードを用い、まず、3本撚線ケーブル導体について解析を行い、実験結果との比較により、その妥当性の確認を行うとともに、実験によって示された特有のクエンチ特性についてその発生機構について考察を行った。その上で、3本、7本および(6+1)本撚線ケーブル導体について解析・シミュレーションを行い、母材である銅ニッケルの電気抵抗率と熱伝導率のクエンチ特性に対する影響や、銅シース(素線表面に設けた銅の薄い層)の過渡安定性への寄与などを明確にした。次年度(最終年度)は、これらの結果をもとに安定度の高い素線および導体構成を明らかにすべく検討を行ったいくことになる。2.撚線ケーブル導体における素線間接触電気抵抗の測定撚線ケーブルタイプの導体の安定性を評価するためには、導体内の電流分布を支配する素線間の微小な接触電気抵抗を正確に知る必要がある。昨年度、超伝導トランスを利用した新しい高感度の測定法を開発・試作し、加速器用成形撚線導体をサンプルとして実測した結果、10^<-8>[Ω]という微小抵抗の測定が可能となった。本年度は、さらに同じ成形撚線導体について、キュア温度や接触圧力の素線間接触電気抵抗に対する影響を調べた。1.交流用超伝導撚線導体の常伝導転移特性撚線ケーブル導体の基本構成である3本撚線導体を試料として常伝導転移(クエンチ)特性を明確にするための実験と数値解析を行った。本研究の最終年度ということで、研究の最終目的である高安定導体の設計指針を明らかにすることを目指した。具体的には、安定化材として銅を複合させたNbTi/Cu/CuNiの3層構造の素線(絶縁被覆なし)について過渡安定性の評価を行うとともに、銅の断面配置の影響について詳しい検討を行った。(1)クエンチ実験:3本撚線のうちの素線1本を強制的にヒ-タにより常伝導転移させ導体全体がクエンチに至る最小のヒ-タ投入熱量(MQE)を各通電電流直について探った。得られた通電電流とMQEの関係を表す曲線を過渡安定性の評価基準とした。
異文化間教育の学習内容に関する日・豪の比較研究

3点だけ指摘しておく。(1)国際理解教育は、世界的な展望の中で自国のイメージについて再解釈する道を開き、将来へ向けて新しい国家観を構築する役割を果たしつつある。例えば、オーストラリアは,1970年代に、白豪主義を廃棄して多文化主義を国家政策として採用する大きな社会変化を経験した。オーストラリアの多文化教育の学習内容では、この大転換点を、オーストラリアの自己イメージが、「古いオーストラリア」から「新しいオーストラリア」へと変化したことを明らかにしている。多文化主義の「新しい自己イメージ」や新しい国家観を提示する迫力あるものとなっている。(2)わが国では、「国際理解教育の目標」と「学校の教育目標」との結びつきが、必ずしも明確になっていない。オーストラリアの多文化教育は、「オーストラリアという多文化社会に積極的に参加し得る能力と態度を育てる」ことを目標としており、それは学校の教育目標とうまく一致している。(3)オーストラリアの多文化教育では、教育プログラムや教材を評価する基準のチェックリストを開発している。オーストラリア社会が英国文化によって成立しているという白豪主義の伝統的な見解に挑戦をいどみ、多民族・多言語・多文化という新しい価値を提示している。
可聴域をこえる超高周波成分の周波数が脳と心に及ぼす影響の研究

本研究では、可聴域上限をこえる超高周波成分を豊富に含む音が間脳・中脳を含む深部脳の活動を高め心身を賦活する現象(ハイパーソニック・エフェクト)の発現強度が、超高周波成分の周波数に応じて変化する現象について、16kHz120kHz以上の帯域を8kHzごとに分割して抽出した超高周波成分を、2844kHzまでの帯域を、それまでアナログフィルターを用いて8kHzごとに分割していたものを、ソフトウェアを用いて作成したディジタルフィルターを用いて4kHzごとに分割して抽出した超高周波成分を、16kHz以下の可聴音と同時にまたは個別に呈示し、被験者の脳波α2成分から基幹脳活性化指標を算出し比較した。前年までに、可聴音と28-32kHzの超高周波成分を同時に呈示した場合に、可聴音のみを呈示した場合よりも基幹脳活性化指標は低下する傾向を示したことを踏まえ、本年度は、20kHz52kHzまでのより広い帯域を対象に、4kHzごとに分割して抽出した超高周波成分を可聴音とともに呈示して検討を行った。具体的には、100kHz前後に及ぶ超高周波成分を豊富に含む自然性の高い楽器音から、20-24kHz、24-28kHz、28-32kHz、32-36kHz、36-40kHz、40-44kHz、44-48kHz、48-52kHzの帯域幅の超高周波成分を、ディジタルフィルターによって抽出し、16kHz以下の可聴音と同時にまたは個別に呈示し、被験者の脳波α2成分から基幹脳活性化指標を算出し比較した。本年度は、可聴域上限をこえる超高周波成分を豊富に含む音が間脳・中脳を含む深部脳の活動を高め心身を賦活する現象(ハイパーソニック・エフェクト)の発現強度が、超高周波成分の周波数に応じて変化する現象について、超高周波成分をこれまでよりも詳細な周波数帯域幅に分割して効果を調べるためのシステム構築および予備研究を実施した。すなわち、これまでに研究者らが見出した、32kHz近辺40kHz近辺を境に、より高い周波数の超高周波が可聴音と共存すると深部脳活性は高まる一方、それより低い周波数成分が共存すると深部脳活性が低下することをふまえ、100kHz前後に及ぶ超高周波成分を豊富に含む自然性の高い楽器音から、28-32kHz、32-36kHz、36-40kHz、40-44kHz帯域幅の超高周波成分を抽出するディジタルフィルターをソフトウェアを用いて作成した。それによって抽出した超高周波成分を、16kHz以下の可聴音と同時にまたは個別に呈示し、被験者の脳波α2成分から基幹脳活性化指標を算出し比較した。6名の被験者による予備実験の結果、可聴音と28-32kHzの超高周波成分を同時に呈示した場合に、可聴音のみを呈示した場合よりも基幹脳活性化指標は低下する傾向を示した(p=0.056)。それに対して、32-36kHz、36-40kHz、40-44kHzの各超高周波成分を可聴音と同時に呈示した場合は、可聴音のみを呈示した場合と比較して、基幹脳活性化指標の低下や上昇などの明瞭な傾向は見出せなかった。これらの結果は、先行研究において24-32kHzの超高周波成分が可聴音と共存し基幹脳活性化指標の明瞭な低下を示したこと、32-40kHzや40-48kHzではそれほど明瞭な傾向を示さなかったことと矛盾しない。ディジタルフィルターによる音源の分割、音再生システム、手順などの方法が一定の妥当性を持ち、次年度以降の研究基盤が整ったことを確認できた。初年度である本年度は、音源の作成や再生システムの構築など実験環境の整備を行う計画としていた。そして、それらを予定通り実現し、予備実験によってそれらの有効性を確認することができた。実験に用いる可聴音や超高周波成分音源をフィルタリングして抽出する工程の前段階で、ソフトウェアの対応可能ファイル形式に合わせ音源のファイルフォーマットを1bit方式からPCM方式へと変換する必要のあることが分かった。これについて研究分担者が現有するハイレゾ音源編集システムを用いてファイルフォーマットの変換までスムーズに実施することができた。本年度は、可聴域上限をこえる超高周波成分を豊富に含む音が深部脳活性を高め心身を賦活する現象(ハイパーソニック・エフェクト)の発現強度が、超高周波成分の周波数に応じて変化する現象について検討する上で、より適切な情報構造を有する異なる音源においても同様に観察されるかどうかを確認するために、先行研究とは異なる音源を開発し、脳波計測実験を行った。まず、超高周波成分が豊富に含まれることが多い熱帯雨林環境音に着目し、アフリカやボルネオの熱帯雨林で超高密度収録された数十に及ぶ音源アーカイブについて、録音状態や超高周波成分の含有状況を周波数分析を行って確認した。その結果、計画している分割帯域毎にほぼ同程度の信号強度を有する実験用音源に適すると判断された音源を見出し、超高密度編集機器を用いて、100kHzに及ぶ超高周波成分を豊富に含む音源を実現した。この音源によるハイパーソニック・エフェクト発現を確認するために、楽器音を用いた先行研究に準じて、48kHz以下の周波数成分と48kHz以上の周波数成分とに分割して呈示し、被験者の脳波α2成分から基幹脳活性化指標を算出し比較した。その結果、48kHz以下の成分のみを呈示した場合に比べ、48kHz以上の超高周波成分を合わせて呈示した場合に、基幹脳活性化指標が増加する傾向を見いだした(p=0.073)。

このことは、先行研究において、48kHzより高い超高周波を用いた場合に、より低い成分を用いた場合に比較して基幹脳活性化指標が有意に増大したことと矛盾しない。こうして、異なる音源においても、少なくとも超高周波成分を48kHzを境に大きく分割した場合に、ポジティブな効果とネガティブな効果を検出しうることや、呈示時間を楽器音よりも長く設定した方が安定した結果が得られることなどが示され、次年度以降のより詳細な分析に向けた準備を整えることができた。2年目である本年度は、先行研究とは性質の異なる新たな実験用音源の作成や実験方法の検討と、ハイパーソニック・エフェクト発現の効果の検証を行った。当初計画では、超高周波成分をより詳細に分割して検討する実験まで行う予定であったが、異なるフォーマットが混在する録音アーカイブの膨大な音源を再生し点検する作業や周波数分析を行う選定作業に時間を要し、詳細な周波数分割実験は30年度に持ち越すこととした。本研究では、可聴域上限をこえる超高周波成分を豊富に含む音が間脳・中脳を含む深部脳の活動を高め心身を賦活する現象(ハイパーソニック・エフェクト)の発現強度が、超高周波成分の周波数に応じて変化する現象について、16kHz120kHz以上の帯域を8kHzごとに分割して抽出した超高周波成分を、2844kHzまでの帯域を、それまでアナログフィルターを用いて8kHzごとに分割していたものを、ソフトウェアを用いて作成したディジタルフィルターを用いて4kHzごとに分割して抽出した超高周波成分を、16kHz以下の可聴音と同時にまたは個別に呈示し、被験者の脳波α2成分から基幹脳活性化指標を算出し比較した。前年までに、可聴音と28-32kHzの超高周波成分を同時に呈示した場合に、可聴音のみを呈示した場合よりも基幹脳活性化指標は低下する傾向を示したことを踏まえ、本年度は、20kHz52kHzまでのより広い帯域を対象に、4kHzごとに分割して抽出した超高周波成分を可聴音とともに呈示して検討を行った。具体的には、100kHz前後に及ぶ超高周波成分を豊富に含む自然性の高い楽器音から、20-24kHz、24-28kHz、28-32kHz、32-36kHz、36-40kHz、40-44kHz、44-48kHz、48-52kHzの帯域幅の超高周波成分を、ディジタルフィルターによって抽出し、16kHz以下の可聴音と同時にまたは個別に呈示し、被験者の脳波α2成分から基幹脳活性化指標を算出し比較した。平成28年度に実施した実験環境を用いて、28年度に呈示した以外の広範な周波数帯域を対象とする実験を継続し、データの蓄積をはかる。得られた結果によっては、分割帯域幅を変えて検討する実験を行う。また超高周波成分の効果が周波数によって異なるという現象が、異なる音源においても同様に観察されるかどうかを確認するために、先行研究とは異なる音源を用いて脳波計測実験を行う。呈示する超高周波成分は、基幹脳活性を低下させる可能性の高い超高周波成分(16kHzー本研究で見出された境界周波数)、基幹脳活性を上昇させる可能性の高い超高周波成分(境界周波数以上)の2帯域に分割する。28年度と同様の音呈示システムを用いて被験者に音源を呈示して脳波計測実験を行い、16kHzまでの可聴音のみを呈示した時と比較して、これら2分割した超高周波成分が共存した時の基幹脳活性化指標にどのような差異を生じるかを検討する。平成28年度および平成29年度に整備した実験環境と新たに開発した音源を用いて、異なる音源やより広範な周波数帯域を分割して被験者に呈示して脳波計測実験を継続し、データの蓄積をはかる。
書き換えシステムの基本的性質の解明と関数型プログラムの評価戦略に関する研究

項書き換えシステム(TRS)の重要な性質に合流性があり、これまでの研究により、TRSが有限停止性又は線形性をみたす場合について、多くの成果が得られていた。他方、TRSが非停止かつ非線形の場合についてはほとんど研究されずにきたが、最近、本研究者らによって、書き換えグラフを用いる手法及び条件付TRSを用いる手法が新たに導入され、合流性に関する幾つかの新しい結果が示された。本研究では、この合流性に関する研究をさらに発展させることを目的として、まず右定項TRSについて考察し、そのクラスでは非E重なり性及び非ω重なり性が共に合流性を保証する。判定可能な十分条件であることを明らかにした。次に、右定項TRSのクラスを真に含む単純右線形TRSのクラスについて考察し、そのクラスにおいても非E重なり性が合流性を保証する十分条件であることを明らかにした。さらに、E重なりのあるTRSの合流性について考察し、E危険対に着目した、合流性を保証する十分条件を幾つか導くことに成功した。本研究では、また、合流性を保証する条件を導くためにこれまで提案された異なる2つの手法に対して、系列正規化可能性という概念を新たに導入することにより、統合化が可能であることを明らかにすると共に、この統合化された手法を用いて、従来の結果を拡張し、より一般化した条件を明らかにした。さらに、強い深さ保存性をみたすTRSのクラスについても考察し、非E重なり性がその合流性を保証する十分条件であることを明らかにした。以上の本研究の成果より、合流性に関する研究において、所期の目標を十分に達成することができた。さらにTRSの簡約化戦略及び関数型プログラムの効率の良い実行系を実現する方法についても基礎研究を行い、新しい知見を得た。項書き換えシステム(TRS)の重要な性質に合流があり、これまでの研究により、TRSが有限停止性又は線形性をみたす場合について、多くの成果が得られていた。他方、TRSが非停止かつ非線形の場合にはほとんど研究されずにきたが、最近、書き換えグラフの概念を導入することにより、右定項かつ非E重なりなTRSは合流性をみたすことが本研究代表者らによって示された。しかしながら、右定項TRSの非E重なり性を判定する問題は未解決のまま残されていた。そこで本研究では、この問題に対して考察し、判定可能であることを示した。次に、本研究では、非ω重なり性が右定項TRSの非E重なり性を保証し、かつ効率良く調べられる十分条件であることを示した。これらの結果より、非E重なり性及び非ω重なり性が共に右定項TRSの合流性を保証する、判定可能な十分条件であることを明らかにした。さらに、本研究では従来の結果を拡張して、右定項TRSのクラスを真に含む単純右線形TRSのクラスにおいても、非E重なり性が合流性を保証する十分条件であることを明らかにした。単純右線形TRSの非E重なり性を判定する問題は一般に非可解であるが、非強重なり性が非E重なり性を保証する、判定可能な十分条件であることが知られており、また、本研究では、深さ保存的な単純右線形TRSにおいては、非強重なり性よりも弱い条件である非ω重なり性が非E重なり性を保証する十分条件であることを示した。本研究では、また、TRSがE重なりする場合の合流性についても考察し、そのE危険対に着目した、合流性を保証する十分条件を幾つか導くことに成功した。以上の本研究の成果により、当初の計画通り、所期の目標を十分に達成したと考えられる。なお、合流性についての研究は、さらなる成果が期待されるため、次年度においても引き続き行う予定である。

項書き換えシステム(TRS)の重要な性質に合流性があり、これまでの研究により、TRSが有限停止性又は線形性をみたす場合について,多くの成果が得られていた.他方,TRSが非停止かつ非線形の場合にはほとんど研究されずにきたが,最近,本研究者らによって,書か換えグラフを用いる手法及び条件付TRSを用いる手法が新たに導入され,合流性に関する幾つかの新しい結果が示された.本研究では,非停止かつ非線形TRSの合流性に関する研究をさらに発展させることを目的として,前年度から研究を行ってきたが,前年度では合流性を保証する判定可能な十分条件を幾つか導くことに成功した.本年度においても引き続き合流性に関する研究を行い,まず,系列正規化可能性という概念を新たに導入することにより,これまでに提案された異なる2つの手法,即ち,書き換えグラフを用いる手法と条件付TRSを用いる手法の統合化が可能であることを明らかにした.次に,この統合化により,従来の結果を拡張した,合流性を保証するより一般的な条件を明らかにした.さらに,非停止かつ非線形TRSの合流性に関する従来の結果が右線形TRSの部分クラスに限定されていたのに対して,本研究では右線形ではないTRSについても考察し,強い深さ保存性をみたすTRSのクラスにおいて,非E重なり性が合流性を保証する十分条件であることを初めて明らかにした.この結果を得るために用いた手法はE重なりがある場合にも適用できるものであり,今後のさらなる研究の発展に役立つものと期待される.以上の本研究の成果より,合流性に関する研究において所期の目標を十分に達成することができた.さらに,TRSの簡約化戦略及び関数型プログラムの効率の良い実行系を実現する方法についても基礎研究を行い,新しい知見を得ており,今後の成果が期待される.以上の本研究の成果を取りまとめ,報告書を作成した.
X線非弾性散乱による広いエネルギー領域に亘る液体の吸収スペクトル測定法の開発

吸収係数、反射率などの光学特性は物質の最も基本的な性質のひとつであるばかりでなく、誘電率、ファンデアワールスカとも関係つけられ、また荷電粒子やX線との相互作用を記述する重要なデータである。しかし、実験上の困難から、真空紫外-軟X線領域のデータは少なく、特に気体についての実験は皆無といってよい。本研究では直接の吸収スペクトルの測定に代わり、X線の非弾性散乱を利用して可視-紫外から真空紫外、軟X線に至る広いエネルギー領域のスペクトルを同一条件で測定する新しい分光法を確立することを目的とした。本補助金により、湾曲分光結晶その他の部品を購入して分光器を製作し、それをフォトンファクトリー、あるいは米国ブルックヘブン国立研究所などの放射光施設に持ち込んで測定を行い、所期の目的を達成することができた。すなわち、最も基本的な物質である水について0200eVでの非弾性散乱スペクトルを得、反射率、吸光係数を導出することに成功した。これは放射線化学の基礎データとなるものであり、放射線化学会から依頼され、その機関誌に総説を執筆中である。また、非弾性散乱スペクトルの運動量移行(q)依存性からはX線の静的構造因子S(q)を導出でき、それは電子相関と深く関連している。そこで電子相関に関して従来の理論の正確さを検証したばかりでなく、新しい理論(カプルドクラスター法)による計算法を開発し、電子相関をよりよく取り入れることができた。本研究補助金により半導体X線検出器とその計測制御に使用するためのコンピューターおよび関連するエレクトロニクス、真空ポンプなどを購入した。また本科学計測研究所機械工場でチェンバーを製作し、非弾性X線散乱スペクトルを測定するための装置一式を整えた。現在実験室において既設の回転対陰極型X線発生装置(リガクRU-200)に手持ちの位置敏感比例計数管を流用してとりつけ、クロム、コバルトや鉄の特性X線を利用して調整作業中であるが、それらの自然幅(約3eV)以上の分解能を得ている。計算からは更に良い(leV以内)の分解能が得られているはずであるが、現在実験室においてはそれを確かめる術が無い。来年度は専有の位置敏感型比例X線計数管を購入して今年度製作した分光器に取りつけ、分光器・検出器・制御解析装置一式を完成させ、つくば高エネルギー加速器研究機構物質構造研究所フォトンファクトリーもしくは米国ブルックヘブン国立研究所NSLSに持ち込んで所期の性能がでることを確かめた後、水をはじめアルコール、ベンゼンなど分子性液体の非弾性X線散乱スペクトルを測定し、真空紫外-軟X線領域の吸収スペクートルに対座する光学定数を得る予定である。吸収係数、反射率などの光学特性は物質の最も基本的な性質のひとつであるばかりでなく、誘電率、ファンデアワールス力とも関係つけられ、また荷電粒子やX線との相互作用を記述する重要なデータである。本研究では直接の吸収スペクトルのの測定に代わり、X線の非弾性散乱を利用して可視-紫外から真空紫外、軟X線に至る広いエネルギー領域のスペクトルを同一条件で測定する新しい分光法を確立することを目的とした。
発達期の脳mTOR系を標的とした薬物治療により自閉症発症を阻む試み

結節性硬化症はmTOR系の過剰な活性化を主な病態とする遺伝性疾患で、自閉症を高率に合併する。mTOR阻害薬を用いた自閉症の薬物治療を開発する目標に向けた橋渡し研究として、結節性硬化症モデルマウスを用いた薬物治療の実験を行なった。モデルマウスの思春期個体にmTOR阻害薬ラパマイシンを投与したところ、成獣と同等に自閉症様症状(社会的相互作用の低下)が改善した。しかし発達期にラパマイシンを長期投与すると全身状態の悪化、臓器の萎縮など副作用が顕著であり、今後、投与の時期と量を最適化する必要がある。TSCモデルマウス(Tsc1+/ーマウス、Tsc2+/ーマウス)は社会的相互作用の低下など、ヒトTSCと類似の自閉症様症状を呈する。このマウスの乳幼仔期におけるmTOR阻害薬投与が、自閉症発症を予防しうるか否かを検証するため、本年度は予備実験を実施した。TSCモデルマウスおよび対照(野生型)マウスの乳幼仔(P8P40)に対してrapamycin16mg/kgを週3回腹腔内注射し、全身状態および行動を観察した。P40以降に行動実験を施行した。その結果、TSCマウスと対照マウスの両方において、rapamycin(16mg/kg、週3回)は全身状態に対して、用量依存性に下記の悪影響をもたらした。(1)体重増加不良(16mg/kgの範囲で)、(2)毛並み不良(13mg/kgで軽度、6mg/kgで著明)、(3)易刺激性(3mg/kgで軽度、6mg/kgで著明)、(4)移動量の減少(36mg/kg)。TSCマウスにおいて、rapamycin投与群とvehicle投与群の間で社会性に関する差は認められなかった。本年度の結果から、マウス乳幼仔に対するrapamycin投与については、現行の投与計画では副作用の方が大き過ぎ、効果を判定し得ないことが明らかとなった。今後の実験では投与量ないし投与期間の短縮を図る。いっぽう、mTOR活性を過度に下げると易刺激性など違うタイプの発達障害をもたらす可能性、脳内mTOR活性のマーカーの必要性など今後の研究で重要と思われる課題が浮かび上がった。この研究はマウスの乳幼仔期におけるmTOR阻害薬投与が、自閉症発症を予防しうるか否かの検証を目的として開始した。しかし平成26年度に実施した予備実験で、期待したような行動に対する好影響が観察されなかった。その理由として(1)ヒトTSCにはてんかんがあるが、モデルマウスにはないために、てんかんが行動発達に及ぼす悪影響がこのモデルでは反映されていない、(2)行動試験に用いた社会的相互作用試験がこの実験には不向きである、の2つが考えられた。そこで平成27年度は(1)乳幼仔期に実験的にてんかん発作を生じてその後の行動発達への影響を調べる、(2)行動試験に別の試験を導入する、の2つの方針を立て、それぞれの目的に沿う予備実験を行った。その結果、(1)TSCマウス(成獣、乳幼仔)は対照マウスと比較して、けいれん誘発薬(カイニン酸、ペンチレンテトラゾール、NMDA)の単回投与におけるけいれんは同等であるが、複数回少量投与により強いけいれんを生じやすいこと、NMDAはTsc2+/ーマウスにスパスム様けいれんを誘発することがわかった。(2)共感性恐怖反応(Sandersら2013)が自閉症様行動のひとつの指標として有望であると判明した。平成27年度の実験については、ほぼ計画どおりに進捗した。てんかん発作を本実験モデルに実験的に追加することによって、ヒトの臨床により近いモデルが構築されてきた。また自閉症における対人共感性の低下(「心の理論」の欠如)を反映する共感性恐怖反応は、本実験における新たな行動試験として導入できるメドが立った。結節性硬化症(TSC)モデルマウス(Tsc1+/ーマウス、Tsc2+/ーマウス)は社会的相互作用の低下など、ヒトTSCと類似の自閉症様症状を呈する。同症状は成獣に対するmTOR阻害薬投与で改善する。本研究は乳幼仔に対するmTOR阻害薬投与で自閉症発症を予防することを期待して開始した。しかし平成26年度に実施した予備実験では行動に対する好影響が観察されなかった。そこで平成27年度から(1)乳幼仔期に実験的にてんかん発作を生じてその後の行動発達への影響を調べる、(2)行動試験に別の試験を導入する、の2つの方針を立て、それらの目的に沿う実験を行った。平成28年度に実験結果がほぼ出揃い、(1)カイニン酸、ペンチレンテトラゾール、NMDAなどの薬物で乳幼仔にけいれんを誘発した際の発作閾値は、TSCマウスと野生型の間で差がなく、Tsc1、Tsc2のハプロ不全のみではてんかん発作は生じないこと、本モデルはてんかんが行動発達に及ぼす影響を検討するには不適であることが判明した。

(2)新しい行動試験である相互性社会作用試験の導入により、成獣のみでなく乳幼仔においても高い再現性をもって社会性を評価できることが判明した。TSCマウス乳幼仔に対してmTOR阻害薬を長期投与すると、効果として脳の過成長が是正されること、副作用として胸腺、脾臓の萎縮と脂肪肝が生じることを見出した。ヒトTSCの脳症状のmTOR阻害薬による薬物治療の導入に向けた基礎データを、TSCモデル動物を用いて蓄積することができた。結節性硬化症はmTOR系の過剰な活性化を主な病態とする遺伝性疾患で、自閉症を高率に合併する。mTOR阻害薬を用いた自閉症の薬物治療を開発する目標に向けた橋渡し研究として、結節性硬化症モデルマウスを用いた薬物治療の実験を行なった。モデルマウスの思春期個体にmTOR阻害薬ラパマイシンを投与したところ、成獣と同等に自閉症様症状(社会的相互作用の低下)が改善した。しかし発達期にラパマイシンを長期投与すると全身状態の悪化、臓器の萎縮など副作用が顕著であり、今後、投与の時期と量を最適化する必要がある。平成26年度の実験については、当初の計画をほぼ完遂した。結果は「乳幼仔期のmTOR阻害薬投与に自閉症発症予防効果がある」という仮説を立証するものではなかったが、投与量と副作用の関係など、近い将来の展開が期待されるヒト患者での臨床研究の前段階における貴重なデータを得る事ができた。今後の実験では乳幼仔期のてんかん発作がその後の行動発達に及ぼす影響を、恐怖性共感反応を加えた新たな行動試験バッテリーを用いて調べる。医歯薬学今後の実験では投与量ないし投与期間の短縮を図る。また脳内mTOR活性のマーカーを探索する。研究成果のとりまとめ作業が一部、次年度に持ち越された。研究は当初計画どおりに進み、予算もほぼ予定どおりに使用したが、少額の残金が生じた。持ち越された研究成果のとりまとめ作業のための消耗品として使用する。次年度早々に物品費として使い切る予定である。
六方晶窒化ホウ素原子層における表面接触拡散現象

六方晶窒化ホウ素(h-BN)の特異な発光特性を活かしたデバイス応用実現には電気伝導性の制御のための不純物添加技術が必要である。本研究ではh-BN原子層への接触拡散による不純物取り込みを系統的に検証し、h-BN原子層への機能賦与の指針を得ることを目的して、h-BN単結晶の高温安定性、原子層膜の酸化安定性、グラファイトとの接触安定性などをラマン散乱分光法により高温領域まで調べ、h-BNがバルク単結晶および原子層膜において比較的高い温度安定性を有することを見いだした。また、グラファイトとの接触によりラマン散乱スペクトルに比較的低温で異常が見られることがわかり、今後さらに詳細な実験検証が望まれる。本年度は昨年度に構築した共焦点ラマン散乱分光装置を用いた結晶状態の直接観察システムにより高圧法による六方晶窒化ホウ素単結晶の高温領域における各振動モードの温度依存性を1500°Cまでの高温領域まで詳細に調べた。さらにそのデータを基礎に、グラファイトを接触させたときのグラファイト自身および六方晶窒化ホウ素の各振動モードの振る舞いを詳細に調べた。六方晶窒化ホウ素の格子振動モードのうちラマン活性であるE2gモードはアルゴン雰囲気中では1500°Cまで安定であることが確認され、格子振動モードの非線形性に由来するピークシフトおよび半値幅の増大が観測された。また、六方晶窒化ホウ素原子層膜の酸化安定性を調べた。空気中にさらされた六方晶窒化ホウ素原子層膜(1ー4原子層)の温度を上げていき原子間力顕微鏡(AFM)とラマン分光法で観察したところ、850°Cまで単原子層状態を保つことがわかった。この温度領域からわずかな酸素ドープ(酸化)がエッチングラインとして観測された。このように単層六方晶窒化ホウ素は比較的高温でも安定であることがわかった。高温条件下における酸化に対する安定性は将来的にグラフェンを高温環境対応デバイスへの応用に際して重要である。一方、六方晶窒化ホウ素にグラファイトを接触させ、アルゴン雰囲気中でラマン散乱を調べてみると、約400°C以上の温度領域でピーク強度に異常が見られる。また、この領域でグラファイトの半値幅にも特異な振る舞いがみられた。このような振る舞いは六方晶窒化ホウ素とグラファイトのなんらかの相互作用によるものと考えられ、今後さらに詳細な実験検証が望まれる。六方晶窒化ホウ素(hBN)は高融点材料(融点3000°C以上)であるが、ある種の原子が表面よりhBN原子層に容易に取り込まれる結果、強固な結合を持つホウ素原子と窒素原子からなるsp2結合に影響を与えることが示唆される。本研究では原子層への接触拡散による取り込みを系統的に実証、解明することにより、hBN原子層への機能賦与の指針を得る。平成24年度は、主に昇温過程での原子層の接触反応の様子を共焦点ラマン散乱分光装置で直接観察するために、観察用高温炉を導入した。この高温炉は1500°Cまで顕微鏡観察のもとにラマン分光が可能であり、雰囲気ガスも制御できる。hBNの許容ラマン散乱モードは、高振動数のE2gモードと低振動数のE2gモードの二つである。このうち、高振動数モードの乱れは層内すなわち窒素とホウ素原子のsp2結合の異常を表し、低振動数モードによりこの物質の層間秩序の乱れがわかる。特に低振動数モードの観測のためには、特別な分光系を構築する必要があるが、既存の共焦点ラマン散乱分光装置を整備して測定を行った。常温では、二つのE2gモードは特に問題なく観測可能であることを確認した。また低振動数モードでは窒素や酸素分子に由来する回転振動モードが顕著に観測されるのでこれらを除去するためにアルゴンガス雰囲気での測定が効果的であることを見いだした。現在高温状態でこれらのラマンモードの振る舞いを調べているところである。本実験で最も重要な格子振動モードはE2g低振動数モードであるが、結晶性および温度上昇に由来するブロードニングおよび高温での熱輻射の影響があり測定が非常に困難である。また、顕微ラマン装置の不具合により精密電動ステージが不安定で試料位置を安定よく保つことが出来ないことも実験をさらに困難にしている。進行状況に記述したようなE2gモードを観測するための困難を克服するためにつぎのような方針で研究を進めていく。まず結晶性に由来するラマンモードのブロードニングを極力おさえるために、高温高圧下により温度差法で育成した単結晶を吟味して測定に採用する。また、温度上昇による熱輻射は分光器に入射して迷光成分となるため、分光器前に近赤外カットフィルターを設置し、より確度の高い測定を試みる。
金属医用材料新規コーティング材チタン酸カルシウム非晶質炭素複合物の組織反応

チタン酸カルシウム-非晶質炭素複合物(CaTiO_3-C)を用いた新規所用材料の開発が目的である。本研究では、CaTiO_3-Cの骨誘導能について培養細胞を用いて解析する。昨年度の結果から、アルコキシド法により作製したCaTiO_3-Cがハイドロキシアパタイトと比較して、細胞活性を向上させることを明らかにした。本年度は、アルコキシド法の改良と、作製したCaTiO_3-Cをナノ粒子とし、細胞活性の解析を行った。加熱時間を30分、2時間、12時間の3条件でCaTiO_3-Cを作製、ジェットミルおよびフィルターを用いナノ粒子とし、SEM、XRD、FT-TR解析を行った。また、骨原性細胞(KUSA cell)を用いて培養実験を行った。培地に上記条件で作製した粒子を添加し、MTS assayによる細胞増殖、アルカリホスファターゼ(ALP)活性測定による細胞分化について検討した。SEM解析の結果、粒径は6001000nmであった。XRD解析では30分および2時間の条件で作製した粒子にCa_3CO_3のピークが確認されたが、12時間加熱した粒子にはCa_3CO_3はみられなかった。しかし、FT-IR解析では3条件の粒子にCO_3が確認された。培養実験ではMTS assayおよびALP活性ともに加熱時間による有意な差は認められず、高い値を示した。本研究結果から、CaTiO_3-Cナノ粒子は細胞活性を向上させることを明らかにし、歯科材料への応用の可能性が示唆された。新規生体材料として近年注目されているチタン酸カルシウムについて研究を行った。本研究の目的は、チタンインプラントコーティング材、チタン酸カルシウム-非晶質炭素複合物(CaTiO3-C)の開発である。我々は、アルコキシド法及び改良型熱分解法によりチタン酸カルシウムを作製した。これらの方法で作製したチタン酸カルシウム粉末をEDS及びXRD解析した結果、Ti、Ca、O以外に非晶質炭素(-C)が含まれることを明らかにした。非晶質炭素を含むチタン酸カルシウム-非晶質炭素複合物(CaTiO3-C)について、その生体反応を確認するため、骨原性細胞(KUSA cell)を用いて培養実験を行った。培地にアルコキシド法及び改良型熱分解法により作製したCaTiO3-C粉末を添加し、MTS assayによる細胞増殖、アルカリホスファターゼ活性測定による細胞分化及び石灰化について検討した。対照としてハイドロキシアパタイト(HA、650°C)と乾式法(1200°C)によるチタン酸カルシウム粉末を用いた。培養実験の結果、アルコキシド法によるCaTiO3-C粉末を添加したものが最も細胞増殖、石灰化及びアルカリホスファターゼ活性が高く、次いで改良型熱分解法によるCaTiO3-C粉末を添加したものであり、HA以上に細胞活性を向上させることを明らかにした。このことから、CaTiO3-Cは新規コーティング材として利用できる可能性が示された。また、大量生産できるアルコキシド法によるCaTiO3-Cは歯科材料(充填材料)としても利用できる可能性が示された。
固相反応制御によるSi_3N_4と金属の接合

Si_3N_4本来の耐熱性を利用するには、接合体におけるSi_3N_4と金属間の厳密な固相反応制御が要求される。本研究では、Si_3N_4と耐熱金属の一つであるNbとの高温における両立性を、接合体断面の組織観察および元素の定量分析およびX線回析による相の同定より調べるとともに、Si_3N_4とNbの接合強さとの関連も検討した。接合温度1573K以上で接合が開始し、7.2ksの一定接合時間では接合温度1673K以上では接合強さ300MPaの最高値を示し、それ以上の接合温度の上昇ではやや接合強さの低下を与え、例えば接合温度1873Kで235MPaを値を示した。これらの結果は接合温度1573K以上でSi_3N_4とNbの反応を示すもので、1673K,7.2ksの接合条件におけるSi_3N_4/Nbの接合体の断面組織では、Si_3N_4とNbの界面には層状の相、さらにNb内には別に塊状の相が認められる。各相の定量分析結果によれば界面における相にはSi16.5al%Si以外に18.5at%Nが含まれ、これはX線回析結果との対応からNb_5Si_3のNbケイ化物とNb_2NのNb窒化物の二相から成り立ち、このうち界面における層状の相がNb_5Si_3、これに隣接している塊状の相がNb_2Nに対応している。さらに高温の接合温度1873Kにおける接合体の断面組織観察では、Si_3N_4とNbの界面には厚さ約10μmに成長した層状のNb_5Si_3相,さらにNb内には別に塊状のNb_2N相が認められる。なお、40at%前後のSiを含む層状のNb_5Si_3相内部には68at%のよりSi量の多いNbSi_2が混在いている。このことは反応相の定量分析結果からも示され、1873KにおけるSi_3N_4とNbの反応相としてはNbSi_2 Nb_5Si_3のNbケイ化物とNb_2NのNb窒化物である。結局、NbはSi_3N_4と極めて良好に接合が行えることが分かった。
数学の授業における相互作用のパターンが生徒の数学学習に及ぼす効果の実証的研究

本研究の目的は,これまでのマイクロエスノグラフィーの方法論の限界として,ある意味で仮定されてきた,相互作用のパターンと生徒たちの数学学習との整合的関係そのものに焦点をあて,この関係を実証的に解明することである。平成12年度の主な研究成果として,少なくとも授業に積極的に参加している生徒は,そこで起こっている相互作用と整合する数学学習を成立させているということや,数学学習に影響する授業の相互作用の質が,教師だけではなく,学習者たちの独特な参加の仕方が存在し,これに影響を受けていることが明らかになってきた。平成13年度は,一連の授業のビデオデータ,その筆記録,フイールドノート,及び授業後の生徒たちへの臨床的インタビューのデータを対象として,平成12年度において明らかになってきたこれらの研究成果を中心に更なる検討を加え,相互作用と数学学習との間の関係に関する更なる分析・考察を行った。その主要な結果として,(1)ある生徒が授業における教師との相互作用において数学的意味を発展させる過程において,その相互作用を支えている別の生徒が存在し,両生徒は互いに学び合う関係を同時に形成していたこと,(2)生徒たちの独特な参加の仕方は,ある特定の生徒の特徴というよりもむしろ,この教室独自の小さな文化を形成していたということ,(3)生徒の対象への係り方,ないしは,数学的な「知り方」は,この教室独自の小さな文化の形成とともに構成されていたということ,が明らかとなった。本年度は,まず,先行研究に見られる典型的ないくつかの相互作用のパターンの事例を取り上げ,相互作用のパターンが数学学習に及ぼす影響,両者の関係について理論的に検討した。結果として,次の知見を得た。(1)相互作用のパターンにうまく参加していることと数学の学習がうまくなされていることとの間の関係は慎重に見なければならないこと。(2)一方,相互作用のパターンへの参加を通して学習は常に起こっていると考えられる。そして,相互作用のパターンが数学学習に及ぼす影響は主にメタレベルで生起する。次に,相互作用のパターンと数学学習との間の関係を実証的に検討するために,研究代表者と授業者とが協同で実施した,一連の授業のビデオデータ,筆記録,フィールドノート,及び授業後の生徒たちへの臨床的インタビューのデータを対象として,メタ知識の視点から,特に,一人の生徒に注目し,この生徒の視点から授業における相互作用と数学学習との間の関係を理解することを試みた。(1)授業に積極的に参加している生徒は,そこで起こっている相互作用と整合する数学学習を成立させているということ。(2)数学学習に影響する授業の相互作用の質は,教師だけではなく,学習者の参加の仕方によって影響を受けているということ。
炭酸アパタイトを用いた骨・再生医療に関する基礎的研究

本研究では、炭酸アパタイトをインプラント治療の骨増生および顎骨切除後の再建に応用する際、どのような条件下で利用すれば骨代謝が活発でより生体骨と近似した骨形成を営ませることができるかを解析することを目的としている。平成21年度は1.若齢ビーグル犬および老齢ビーグル犬を用いた炭酸アパタイト上での骨芽細胞および破骨細胞の共存培養系における骨形成能についての組織学的解析。2.若齢ビーグル犬および老齢ビーグル犬を用いた炭酸アパタイト上での骨芽細胞および破骨細胞の共存培養系において、形成された組織に特異的に発現する骨関連遺伝子に関する解析。を予定していた。平成21年10月までの時点で、若齢および老齢ビーグル犬から採取した骨髄細胞、骨芽細胞を炭酸アパタイト上に播種し、M-CSFとRANKL存在下で培養したところ、培養14日目から破骨細胞様の形態変化をSEMにて観察された。また、この骨髄細胞と骨芽細胞の共培養系に対して、BMP-2、超音波刺激、BMP-2+超音波刺激で分化誘導を行ったところ、BMP-2+超音波刺激群で著明な骨誘導が確認され、若齢、老齢でほぼ同等の誘導が認められた。研究代表者が平成21年10月から海外留学になり、実験が一時中断となったが、現在他の研究者に引き継ぎ研究は継続している。を予定していた。
CINCA症候群患者の臨床的解析と疾患関連CIAS1遺伝子変異の機能的解析

【目的1】CIAS1変異を伴う単球のLPS依存性細胞死の機構を解析し、CINCA患者の病態生理との関連を解明する。【本年度実績】共同研究者の千葉大学神戸博士らとの検討で、肥満細胞がCINCA症候群患者の病態形成に重要であることが判明し、皮膚の好中球浸潤に変異型肥満細胞由来のIL-1βが重要であることをもまとめて論文発表した。細胞死の機序については、より生理的な系で解明するために、現在患者さんから皮膚を頂いて疾患関連iPS細胞を作成している。今後、これを用いて解析を進める予定である。【目的2】本邦におけるCINCA症候群と類縁疾患(CAPS)症例を集積し、疾患責任遺伝子を解明し、CAPSの再分類を試みる。【本年度実績】変異陰性のCAPS患者の多くが潜在性モザイクと判明したため、予定通りCAPS患者、特に重症型のCINCA症候群の全国調査を行った。ヘテロ型とモザイク型では関節症状などの表現型の差異を認めたのでこれをまとめ、ローマにおける国際会議で発表した。さらに、モザイク患者の世界的な頻度と、その表現型の差異を解明するため、ヨーロッパ・アメリカの諸機関と連携して国際調査を行うこととした。現在我々が検体を集精しており、解析を准めている。【実績】我々は、CINCA症候群患者の末梢血単核球を解析し、CIAS1変異を持つ単球がLPS刺激により急速に細胞死に陥ることを発見した。この現象が、患者の病態生理にどのような影響を及ぼしているかを検討するために、細胞死の機構を解析したところ、カテプシンB依存性かつカスパーゼ1非依存性であり、従来のIL-1b産生系とは別個の経路が細胞死に関わっていることを発見した。また、この現象は、CIAS1変異を持つ単球に特有の現象であり、リンパ球や正常単球では認めなかった。【実績】CINCA症候群を含む、CIAS1遺伝子の変異が原因で発症する一連の症候群をCAPS(cryopyrin-associated periodic syndrome)と称するが、臨床的にCAPSと診断されてもCIAS1の変異が見つからない症例が存在する。これら変異変異陰性患者の単球を用いてLPS依存性細胞死の有無を検討したところ、4例中3例では、一部の単球が細胞死に陥り、これらの細胞はCIAS1変異を持つことが判明した。このことから、変異陰性のCAPS患者には、通常では同定できない変異CIAS1のモザイク患者がいることが判明し、変異陰性CAPS患者の遺伝的背景の一部が明らかにされた。
偶発作用を受けるRCやS造骨組の動的応答と部材損傷評価に関する研究

衝撃荷重を受ける構造物の動的挙動特性や部材損傷レベルの簡易評価手法を確立するために,ファイバー要素を用いた有限要素解析手法に着目し,2種類の断面寸法を有する小型の鉄筋コンクリート(RC)梁やスパン長の異なるH形鋼(S)梁を対象に衝撃応答解析を実施し,実験結果との比較によってその適用性を検討した。その結果,要素分割長を梁高の半分程度とすることによって,荷重作用位置における応答変位をほぼ適切に再現可能であることを明らかにし,ファイバー要素を用いた解析手法は実務レベルにおいて部材の損傷評価手法として十分に適用可能であることを確認した。本研究の最終目的は,車両衝突やガス爆発等の偶発作用による構造物の進行的崩壊を防ぐために,強靱性を有する構造物の設計法を確立することである。すなわち,偶発作用の一つである突発衝撃荷重作用時における構造物の動的挙動特性や部材損傷レベルを実験的・数値解析的側面から把握し,強靱性やリダンダンシーをもつ安全・安心な構造物の設計法確立に向けた検討を行うものである。本研究では,特に部材損傷レベルの評価手法として,有限要素法(FEM)および最も単純な1自由度モデルに代わる第3の手法としてファイバー要素を用いた解析手法に着目し,梁や門型骨組を対象に重錘落下衝撃実験結果との比較によってその妥当性に関する検討を行う。本研究を達成するために,本年度は断面寸法の異なる2種類の小型鉄筋コンクリート(RC)梁(純スパン長:2.7mおよび3m)を対象に,ファイバー要素を用いた衝撃応答解析を実施し,既往の研究で得られた実験結果との比較によってその妥当性を検討した。数値解析は,実験結果から得られた衝撃力波形をスパン中央に与えることにより実施した。また,部材要素長(分割長)が解析結果に与える影響についても検討を行っている。その結果,(1)曲げ破壊型で終局に至るRC梁の場合には,要素長を桁高の1/2程度とすることにより,衝撃荷重載荷位置における梁の応答変位を精度よく再現可能であること,(2)支点反力に関しては,最大応答値を過小に評価する傾向があるものの,その波形性状は大略再現可能であることを明らかにした。次年度は,実規模に近い大型のRC梁に対する適用性を検討するとともに,鋼材に対する同解析手法の妥当性を検証するために,鋼(S)梁を製作し静載荷および重錘落下衝撃実験を実施する予定である。本研究の最終目的は,車両衝突やガス爆発等の偶発作用による構造物の進行性崩壊を防ぐために,強靭性を有する構造物の設計法を確立することである。すなわち,偶発作用の一つである突発衝撃荷重作用時における構造物の動的挙動特性や部材損傷レベルを実験的・数値解析的側面から把握し,強靭性やリダンダンシーをもつ安全・安心な構造物の設計法の確立に向けた検討を行うものである。本研究目的を達成するために,本年度は純スパン長の異なる鋼(S)梁(純スパン長:1, 2, 3, 4m)を対象に,静載荷実験および衝撃荷重載荷実験を実施した。梁材の形状寸法はH194×150×6×9のH形鋼である。衝撃載荷実験は,質量300kgあるいは500kgの鋼製重錘を用いて,目標入力エネルギーに対応した高さより,重錘を梁材のスパン中央に自由落下させることにより行った。衝撃載荷実験では,入力エネルギーを漸増させる繰り返し衝撃載荷と所定の入力エネルギーで一度だけ載荷する単一載荷の2種類を実施した。また,重錘質量を変化させることによって,入力エネルギー等価や力積等価に関する実験も実施した。なお,重錘衝突点近傍には緩衝材として天然ゴム(150×150×50mm)を設置した。また,静載荷実験は,重錘衝撃実験と同一条件となるように,梁材中央部に緩衝ゴムを設置し,その上面に油圧ジャッキを用いて鉛直荷重を作用させた。その結果,(1)静載荷実験および衝撃荷重載荷実験ともに,載荷点近傍のフランジに発生する局部変形で終局に至ること,(2)入力エネルギーと最大載荷点変位にはほぼ線形の関係が成立すること,(3)同一力積を載荷した場合には,重錘質量の大きさによって最大応答変位が異なること,(4)有限要素解析結果より,鋼材や天然ゴムの材料物性値を適切に解析モデルに反映させることによって,弾性から弾塑性応答に至るまでの重錘衝撃力や載荷点変位をほぼ適切に再現可能であること,等を明らかにした。本研究の最終目的は,偶発作用の一つである突発衝撃荷重作用時における構造物の動的挙動特性や部材損傷レベルを実験的・数値解析的側面から把握し,強靭性やリダンダンシーをもつ安全・安心な構造物の設計法の確立に向けた検討を行うものである。本研究では,特に部材損傷評価レベルの評価手法として,ファイバー要素を用いた解析手法に着目し,その妥当性の検討を行った。本年度は昨年度実施した純スパン長の異なるH形鋼梁(純スパン長:2, 3, 4m)の静載荷および衝撃荷重載荷実験を対象に,ファイバー要素を用いた数値解析を実施し,載荷点変位および支点反力に着目してその適用性に関する検討を行った。解析対象の実験は,静載荷実験の他,質量300kgの鋼製重錘を所定の目標入力エネルギーに対応した高さより,重錘を梁材のスパン中央に自由落下させた全14ケースである。