hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微細組織化された熱電変換素子の創製と熱電性能の実験的検証

本研究で得られた成果は大きく分けて二つ挙げられる。一つは、熱電変換材料で発現する電子-格子系の間の非平衡定常状態の観測である。代表的な熱電現象として知られているペルチエ効果は、電子系で起こる現象であり、ペルチエ熱は電子を加熱、冷却し、格子を直接温めるわけではない。格子が加熱されるのは電子との熱的な相互作用を介してである。また電流印加の間、電場がかかっているので電子は強制的に流され、且つ発熱が継続して連続的に起こる。この様なことを考えると、熱電変換材料では電子-格子系の間に定常的な非平衡状態が発現することが期待される。前年度までで進めてきたハーマン法に基づく評価装置を使って電子温度、格子温度の測定からこの検証を試み、巨視的なサイズで非平衡状態が発現することを示した。第二点目は、Bi細線素子アレイを用いた熱電物性評価であり、数ミクロンから数十ミクロンの径からなる細線素子アレイでは、バルク素子でZT=0.1程度であった性能指数が、最大ZT=2.87まで実に2.6倍以上改善できることが明らかになった。本研究で開発した熱電物性評価装置では、性能指数のみならずゼーベック係数、熱伝導率も評価でき、その測定結果から細線化によってBiの結晶の制御が自動的に促進され、性能指数の大幅な改善は、結晶構造に由来する熱電物性の異方性に起因することを明らかにした。これについては、その制御の精密化、他の熱電材料への応用へと進めていく予定である。今年度は、この研究のまとめの段階にあるが、前半における装置開発に基づき、細線素子のみならず、バルクの素子についても重要な結果を生み出すことができ、全体としてまとまった形で終えることが出来た。本年度は、主に熱電性能指数評価システムの開発と、バルク材を用いた熱電物性の詳細な検討を行った。評価システムの開発は、ハーマン法による熱電モジュールの性能指数評価装置の開発である。バルク材の物性測定では、ハーマン法の特徴をフルに生かしつつ素子レベルでの評価装置の拡張を行った。主たる内容として試料内での温度分布の直接測定、低周波の交流電流において生じる熱流の観測(即ち熱流の振幅と位相の決定)が挙げられ、このような測定が可能となったことは大きな進捗事項として挙げられる。この中で後者については、バルク材を用いた熱電物性に関する詳細な実験データの積み上げから、素子が与えられた環境下で発揮する性能に少なからぬサイズ依存性が見られること、それが熱電材料内で現れる非線形で非平衡な定常的な温度分布に起因することを明らかにした。その結果によると、熱電発電、熱電冷却いずれにおいても熱電性能を上げるためには、素子の断面積を広くとり、長さを短くすることか有用な方法である。これは熱電モジュールなど実用化されている製品における高性能化の重要な指針を与えるものである。この非線形-非平衡定常状態の発現に関するにミクロな立場からの考察を現在進めているところであり、本研究での主たる目的である微細化された素子で発現する熱電性能との関係で大きな興味が持たれる。本年度得られた非線形-非平衡定常状態の発現といった成果は、次年度以降の薄膜材料、或いは微細化された試料でのより高性能な素子の可能性の検討に実験的な立場から見て極めて意義のある結果であると考えている。典型的な熱電現象であるペルチエ効果においては素子に直流電流を流した際、素子と電極の界面で発熱、吸熱が電子系で起こる。この電子系で発生したペルチエ熱が電子-格子相互作用を通して格子系へ伝えられる。また電流印加の間中ペルチエ熱は常に発生し続けることになる。

このようなことから、継続的な電流の印加によって達成される定常状態は、本質的に非平衡状態を生じることが可能であることが分かる。この現象は、電子温度と格子温度の不一致という形で発現すると期待される。本研究で開発したハーマン法による装置は、このような現象の有無、或いはもし実際に起こる場合、どの程度のものかを定量的に調べることが可能である。本年度は、ハーマン法による評価装置を改良し、電子温度と格子温度を独立にかつ同時に測定できる手法の開発を行った。この改良された装置を用い、非平衡熱電現象の発現の有無、定量的な振る舞いを重点的に調べ、電子-格子間の非平衡定常状態の発現を実験的に明らかにすることが出来た。電子系と格子系の非平衡な定常状態の存在を実験的に観測した例は今まで皆無であって、基礎物理学的な観点からも興味深いと考えられ、本研究の大きな成果としてあげることが出来る。このような現象は、ミクロな領域で特に顕著に現れると期待され、また応用の観点から見ても熱電材料の高性能化にも寄与できる可能性を秘めている。本研究で対象となる微細領域にある熱電素子への展開が期待される。今年度得られた成果は大きく分けて二つ挙げられる。一つは、熱電変換材料で発現する電子-格子系の間の非平衡定常状態の観測である。代表的な熱電現象として知られているペルチエ効果は、電子系で起こる現象であり、ペルチエ熱は電子を加熱、冷却し、格子を直接温めるわけではない。格子が加熱されるのは電子との熱的な相互作用を介してである。また電流印加の間、電場がかかっているので電子は強制的に流され、且つ発熱が継続して連続的に起こる。この様なことを考えると、熱電変換材料では電子-格子系の間に定常的な非平衡状態が発現することが期待される。前年度までで進めてきたハーマン法に基づく評価装置を使って電子温度、格子温度の測定からこの検証を試み、巨視的なサイズで非平衡状態が発現することを示した。第二点目は、Bi細線素子アレイを用いた熱電物性評価であり、数ミクロンから数十ミクロンの径からなる細線素子アレイでは、バルク素子でZT=0.1程度であった性能指数が、最大ZT=2.87まで実に2.5倍以上改善できることが明らかになった。本研究で開発した熱電物性評価装置では、性能指数のみならずゼーベック係数、熱伝導率も評価でき、その測定結果から細線化によってBiの結晶の制御が自動的に促進され、性能指数の大幅な改善は、結晶構造に由来する熱電物性の異方性に起因することを明らかにした。これについては、その制御の精密化、他の熱電材料への応用へと進めていく予定である。今年度は、この研究のまとめの段階にあるが、前年までの装置開発に基づき、細線素子のみならず、バルクの素子についても重要な結果を生み出すことができ、全体としてまとまった形で終えることが出来た。
高感度蛍光分光画像計測技術の開発

レーザー走査用と信号光の走査用の2つのガルバノミラー装置を搭載し、これらを同期制御することで疑似的に多空間点同時計測するハイパースペクトルイメージング法を新たに開発した。開発した装置を用いて培養細胞や生物組織の蛍光及び、ラマン分光顕微画像計測を行い、1スペクトルあたり12 msという高速でスペクトルを取得できることを示した。得られた分光画像データの解析により複数の生体分子の局在の同時可視化に成功した。得られた信号の空間分解能も単焦点共焦点蛍光・ラマン顕微分光計と同等であることを示した。これにより分光顕微画像計測技術の従来の問題点である高分光性能と高イメージング性能の両立を達成した。蛍光顕微鏡に代表される分光顕微画像計測技術を向上し、画像情報及びスペクトル情報の同時取得と、その高感度化・高速化のため、測定の多点同時計測化と、取得データの数値的解析にもとづいた新規分光画像計測技術の開発を行った。本年度は【A.多空間点同時計測ハイパースペクトルイメージング分光器の開発】と、【B.取得データの自動数値的解析法の検討】を中心に研究を行った。【A.多空間点同時計測ハイパースペクトルイメージング分光器の開発】においては、多空間点同時計測ハイパースペクトルイメージング分光器のプロトタイプ制作を行った。本装置の中心的な機能をなすアダマールマスクは、当初の実験計画ではガラス基板上にアダマール配列をクロム蒸着したものを複数種作製し、使用する予定であったが、これを変更しデジタルミラーデバイスを用いた設計を採用することにした。デジタルミラーデバイスは電気的に制御可能な微小ミラーの集合体であり、コンピューター制御により、自由にマスク形状を制御することが可能な光学装置である。本装置を用いることで、多様なアダマールマスク形状の検討や、測定ルーチーンの完全自動化・高速化、蛍光励起光照射系への応用などの利点が期待できる。プロトタイプ装置開発ではデジタルミラーデバイスの制御系構築を主に行い、自由なマスクパターンの表示およびタイミング制御が可能となった。【B.取得データの自動数値的解析法の検討】においては、取得した大量の多点同時計測データを主成分分析と独立成分分析を組み合わせた計算法を検討し、新たな自動スペクトル・画像分離解析法の開発を行った。蛍光スペクトルと重畳して現れるラマンスペクトルを分離する際に、主成分分析で得られたスペクトル成分の組み換えを、非負拘束のもとで最も独立性が高い成分を探索することで、ほぼ自動的に良好な分離が達成することを見出した。当初の研究計画では、イメージング分光器の開発を初年度、次年度に励起光照射光学系を組み合わせた蛍光ハイパースペクトルイメージング装置の開発を行う予定であった。しかし、(研究実績の概要)でも述べたように、当初の計画には考えていなかったデジタルミラーデバイス装置を利用した装置設計を着想できたおかげで、イメージング分光器と蛍光励起照射系の設計、構築を本年度に並行して行うことができた。反面、アダマールマスクの詳細な検討について時間を割くことができず、次年度への持ち越し課題となった。全体を通してみると当初の計画と順序は異なるものの、必要な装置開発段階を着実に遂行できているため、研究は概ね順調に推移していると考えている。昨年度に構築したデジタルミラーデバイス(DMD)駆動型アダマールハイパースペクトルイメージング法の画像計測性能を検討したところ、DMDの低励起光利用効率(<1%)、マスクパターンの不完全性による再構築画像の歪みなどの問題点が生じた。このため、これらを解決する新たな多空間点同時計測ハイパースペクトルイメージング法を考案・開発しこの装置性能を検証した。新たに開発した装置はレーザー走査用と信号光の走査用の2つのガルバノミラー装置を搭載し、これらを同期制御することで、単焦点照射・共焦点検出構成のまま多スペクトルを同時にCCD上で積算できる顕微分光計である。新たに開発した装置を用いて培養細胞の蛍光及び、ラマン分光顕微画像計測を行い、約200点の画素について1秒の露光時間でスペクトルを同時取得できることを示した。レーザー照射領域を順次ずらしながら測定を繰り返すことで試料上の縦80 μm、横70 μmの領域から約3万点のスペクトルデータを6分以下の測定時間で取得した。得られた分光画像データの解析によりタンパク質、シトクロム類、脂質とタンパク質、核酸に由来する分子局在画像を明瞭に取得し、1スペクトルあたり12 msという高速で分子局在の明瞭な可視化に成功した。また、得られた信号の空間分解能も単焦点共焦点蛍光・ラマン顕微分光計と同等であることを示した。これにより、本研究の課題としていた従来の分光顕微画像計測技術の問題点である高分光性能と高速及び高分解能イメージング性能の両立を達成した。

得られた信号の空間分解能も単焦点共焦点蛍光・ラマン顕微分光計と同等であることを示した。これにより分光顕微画像計測技術の従来の問題点である高分光性能と高イメージング性能の両立を達成した。H29年度は、昨年構築したデジタルミラーデバイス制御系を光学系に組み込み、多空間点同時計測蛍光ハイパースペクトルイメージング装置の開発をまず行う。開発した装置を用い、アダマールマスクをはじめとした光学素子の最適化、多点同時測定の原理実証を行う。その後、開発したイメージング分光器を蛍光顕微分光計測に応用し、その性能の限界を検証する。蛍光顕微分光への応用では、高い空間分解能と測定時間の短縮化に注力する。デジタルミラーデバイスの自由度を活かし、多点同時計測次数と検出感度、速度、信号雑音比の関係について条件検討を行い、最適化を行う。また、電子増倍型の高速高感度CCDカメラを用い、全体の画像取得の高速化を図る。観察面以外からのノイズ信号量を定量評価し、その除去方法について検討する。まずはAperture Correlation法に基づいた解析を試み、信号雑音比と空間分解能の同時向上の可能性を検討する。年度後半では、開発した装置を用い、生細胞の蛍光観察を行う。多重蛍光標識した生細胞の蛍光ハイパースペクトル測定を行い、重なり合う蛍光信号のスペクトル分離や、局所的なスペクトルピーク位置変化の有無を検証し、蛍光顕微測定におけるスペクトル情報利用の可能性を探求する。スペクトル解析については昨年度に開発した自動数値的解析法を応用し、蛍光スペクトルの自動分離を行う方法を検討する。さらに、生細胞の蛍光観測について、本手法と既存手法の比較を行い、分光性能、イメージング性能、測定速度、感度それぞれについての性能向上度を定量的に評価する。分析化学当初計画では備品として200万円相当の空間位相変調光学素子の購入を計画していた。しかし、装置構成方法の詳細な検討により、方式は違うものの必要な光学変調の性能を有し、かつ、より安価(120万円)な製品を採用することにしたため次年度使用額が生じた。新たな装置構成方法のもとで従来は見込んでいなかった光学部品、機械部品の購入に残余金を充当する。
ニホンイモリにおける嗅覚系の分化に関する研究

本研究において、我々は、同一上皮内で異なった機能や形質を持つ嗅感覚細胞(ORNs)や鋤鼻感覚細胞(VRNs)が分化するメカニズムを解析するために、ニホンイモリの嗅覚系を用いて検索を行った。GTP結合タンパクサブタイブおよび線毛に特異的なacetylated tubulin免疫組織化学の結果、成体ニホンイモリの嗅上皮にはGo絨毛型ORNsとGolf絨毛型ORNsが混在していることが明らかとなった。さらに、水中生活を送るオタマジャクシ期においては、嗅上皮にはGo-ORNsとGolf-ORNsが混在していたが、変態して上陸した未成熟ニホンイモリの嗅上皮においては、Go-ORNsは徐々に減少していき、上陸後90日目ではGolf-ORNsのみが認められるようになった。また、これらの陸生未成熟イモリの鋤鼻上皮には、Go-VRNsとGolf-VRNsが混在していた。このようなタイプの鋤鼻上皮は他の脊椎動物では報告がなく、未成熟期の陸生ニホンイモリに特徴的なものと考えられた。また、我々は、ニホンイモリのII型フェロモン受容体(V2Rs)の部分的な遺伝子配列を同定し、さらに、V2Rが鋤鼻上皮と共に嗅上皮にも発現していることを明らかにした。以上の結果から、ニホンイモリにおいては、アフリカツメガエルや超歯類と異なり、水溶性匂い分子受容に特化したGo-ORNsと揮発性匂い分子Golf-ORNsが同一chamber内に分布する特徴的な嗅上皮を持つものと考えられた。さらに、発生段階において、水中生活から陸生生活に適応して、嗅上皮や鋤鼻上皮の機能が変化するものと考えられた。ニホンイモリCynops pyrrhogasterの発生および成熟過程における嗅上皮および鋤鼻上皮の感覚上皮細胞の機能の変化を解析するため、幼生および成体の嗅覚系において、GTP結合タンパクGoαおよびGolfの発現を免疫組織化学的に検索した。さらに線毛を持つ嗅感覚上皮細胞と微絨毛を持つ鋤鼻感覚上皮細胞におけるGoαおよびGolfの発現を繊毛に特異的に分布するacetylated tubulin免疫組織化学によって検索した。鋤鼻上皮は水中生活期では明らかではなく、上陸直後の個体以降で認められた。Goα陽性反応は、水中生活期では、鼻腔上皮における感覚上皮細胞の鼻腔表面、樹状突起、細胞体および軸索に認められたが、上陸後、嗅上皮および鋤鼻上皮の感覚細胞の鼻腔表面の陽性反応は消失していた。成体においては嗅上皮および鋤鼻上皮の感覚細胞表面に陽性反応が認められた。Golf陽性反応は、水中生活期および上陸後の全ての幼生個体の嗅上皮および鋤鼻上皮の感覚細胞表面に認められたが、成体においては鋤鼻上皮の感覚細胞表面に陽性反応は認められなかった。成体におけるacetylated tubulinとGoαおよびGolfの免疫二重染色によって,Golfは繊毛を持つ嗅感覚上皮細胞に発現し,Goαは繊毛を持たない細胞に発現することが明らかとなった。以上のことから,ニホンイモリにおいては、発生および成熟過程での生活環境の変化に応じて、受容する匂い分子およびフェロモンの種類とそのシグナル伝達過程が変化することが予想されるが、感覚細胞表面に発現するGタンパクの種類の変化は、このような機能的な変化を反映しているものと考えられた。さらに,嗅上皮においては,GoαおよびGolfは異なった感覚上皮細胞に発現し,Golf陽性の嗅感覚上皮細胞とGoα陽性の鋤鼻感覚

上皮細胞が混在している可能性が示唆された。我々は、ニホンイモリのおける嗅覚系の免疫組織化学的検索の結果、鋤鼻上皮においては、Xenopus、ラットおよびマウスなどと同様に、Go陽性微絨毛型感覚上皮細胞が分布するが、嗅上皮では、魚類の鼻腔と類似し、Golf陽性線毛型感覚上皮細胞とGo陽性微絨毛型感覚上皮細胞が混在して分布していることを明らかにした。魚類の嗅上皮においては、嗅上皮のGo陽性微絨毛型感覚上皮細胞がフェロモン受容体を発現している。このため、ニホンイモリにおいても嗅上皮のGo陽性微絨毛型感覚上皮細胞が、鋤鼻器のGo陽性微絨毛型感覚上皮細胞と同様にフェロモンを受容している可能性が示唆される。さらに、ニホンイモリの主鼻腔と同様、微絨毛型感覚上皮細胞と線毛型感覚上皮細胞が混在するXenopusの鼻腔中憩室においては、水溶性匂い分子を受容する匂い受容体(OR1)と揮発性匂い分子を受容する匂い受容体(OR2)が発現しており、水中生活と陸生生活の両者に適応している。本研究では、ニホンイモリの鋤鼻上皮と嗅上皮におけるフェロモン受容体の分布およびクラスの相違を解析すること、嗅上皮に発現する匂い受容体のクラスを明らかにすることを目的に、ニホンイモリのV2R、OR1およびOR2遺伝子の単離を行った。ニホンイモリの嗅上皮および鋤鼻上皮を切除後、RNAを精製し、マウス、魚類、XenopusのV2R、OR1、OR2の共通領域のアミノ酸配列からdegenerated primersを設定し、RT-PCRを行った。この結果、V2Rは、鋤鼻上皮および嗅上皮に、OR1、OR2は嗅上皮に発現が認められた。このことから、ニホンイモリは水溶性匂い分子と揮発性匂い分子を受容することが可能であり、水中生活と陸生生活に適応した主嗅覚系を持つことが示唆された。さらに、嗅上皮においてもフェロモンの受容を行っている可能性が示唆された。
高齢者における突然死を予防する手段としての、摂取エネルギー制限の可能性

栄養素不足のないエネルギー制限(ER)は種々の動物に対して老化遅延・寿命延長効果を示すことが知られている。本研究ではAKITA Diet(ER:200kJ/week, control:400 kJ/week)を用いてERをC57B1/6雄マウスに対して行ない、心臓への影響をみた。心臓の遺伝子発現を588ヶの遺伝子が載っているcDNAアレイでスクリーニングした結果、ERマウスでは胎生時に多く発現するミオシン軽鎖と温度変化等のストレスで出現するタンパク転写因子のmRNAの上昇が認められた。形態学的には、電子顕微鏡でCtマウス心筋に見られた小脂肪滴がERマウスにはほとんど認められず、心重量から、心肥大も認められなかった。無拘束24時間体温心電図記録により、ERマウスは体温変化に先行して心拍数が変化し、体温の低下時には心拍数が5分の1以下にまで下がることが判明した。また低体温時や体温上昇時には、危険な心室性期外収縮等は起こさず、低体温にうまく適応していることが分かった。さらに、ERの心臓は体温調節に重要な役割を積極的に果たしていることが示唆された。以上から、エネルギー制限は心臓の形態と機能を変化させて、幅広い体温とエネルギー状況に適応できるようにしていると考えられた。このことは、エネルギー制限が、高齢者の適応能力の低下を抑えることにより、危険な不整脈の発生を防止し、ひいては突然死を減少させる効果を持つ可能性を十分に示唆するものである。16週齢のC57Bl/6雄マウスをコントロール食群(400kJ/week)、エネルギー制限(ER)群(200kJ/week)に分け、一匹飼いとした。11ヶ月齢時に屠殺し、心臓を摘出し、すぐに液体窒素で凍結保存した。3匹分の心臓をプールし、mRNAを抽出し、これを32-PラベルcDNAに変換、精製後588種類の遺伝子発現検出用フィルターに一晩ハイブリダイズさせ、X線フィルムに感光させた。個々の遺伝子に相当する箇所のドットの濃さをhouse keeping genesの濃さで補正して、発現量を相対量として算出した。ERの効果を見るため、コントロール群の発現量に対するER群の発現量の比を個々の遺伝子で出した。ER群の発現量がコントロールに比べて違いがあるかの基準は、比が1.5倍以上か、1/1.5=0.66以下の場合とした。これらのことから、エネルギー制限マウスで生じている低体温とそれに対する生体適応が、エネルギー制限の老化遅延効果に本質的に関与する、という仮説を提出し、国際学会の招待シンポジウムで発表した。この発表で、低体温がマウスの寿命曲線の右方偏移(寿命延長)に大いに関与していると言うことが改めて認識され、いくつかの質問が提出されるなど、多くの反響があった。さらにこの国際学会や他の研究会で、他の研究者の耐寒性に関する最新の研究データ等を得たり、情報交換を行った。更に、これらの事実をもとに、エネルギー制限マウスの心臓では、温度センサーとしての熱ショックタンパク等の働きによって、心筋細胞の筋原繊維の微細構造と性質を変えている可能性のあるということを論文にまとめた(投稿中)。マウスの長期飼育と追跡調査を行い、コントロール群のほとんどは1年9ヶ月以内に死亡してしまったのに対し、エネルギー制限群は半数以上が現在も生存している。このことから、本学の実験動施設における飼育条件下でもエネルギー制限の寿命延長効果が実証された。エネルギー制限マウスで生じている低体温とそれに対する生体適応現象の詳細を明らかにすべく、これまでの長期飼育にて得られた高齢マウスの腹腔にテレメーターを埋め込み、無拘束状態での体温・心電図長時間記録を行った。その結果、心拍数は体温変化に先行して上下し、最大は給餌前後の毎分690回で、最低は早朝の体温下降時に毎分110回を記録した。麻酔による人為的低体温では心拍数は毎分250回までの低下に留まった。

以上より、エネルギー制限下の心臓では体温低下にともなう受動的な変化だけではなく、能動的な生体適応変化が生じていると考えられた。この内容を国内学会で発表した。この学会で、他の研究者の最新の研究データ等を得たり、技術的な情報交換を行った。また、薬物による不整脈の誘発実験手法を確立し、データ解析中である。更に、高齢マウスの心臓の電子顕微鏡像を得て詳細を検討中である。この内容を学会発表すべく準備をしている。
マンモグラムの二方向画像と左右画像を利用した腫瘤陰影読影のための画像処理システム

マンモグラムの読影では、左右の乳房組織を比較することが重要である。しかし、実際に撮影されたマンモグラムが左右対称にならない問題点があった。本研究では、乳頭を自動検出することによって左右のマンモグラムを自動的に位置合わせするアルゴリズムを開発した。また、正常な乳腺組織は左右対称になる特徴を利用して、コンピュータ支援診断システムによる腫瘤陰影の検出精度の向上を図った。具体的には、左右の画像の相互相関、画素値の差、高次局所自己相関特徴を用いて、左右の類似性を解析した。当該年度は,左右の乳房X線画像(マンモグラム)の位置合わせ処理と,左右画像の差分処理を利用した腫瘤陰影の偽陽性候補の削除処理の開発を行った.左右画像の位置合わせを行うために,基準点を自動的に決定するアルゴリズムの開発を行った.自動決定した大胸筋領域の境界線を直線近似して,その法線が最も長くなるスキンライン上の点を基準点とした.次に,基準点で位置合わせを行い,前述した左右の大胸筋の近似直線の角度が左右で一致するように,片側の画像をアフィン変換(回転処理)して,位置合わせ処理を実現した.このことによって,撮影時に乳房が斜めに移ってしまった場合にも対応できるようになった点が従来の研究とは異なる.150組の乳房X線画像を用いて左右画像の位置合わせ処理を評価したとき,成功率は89%と良好な結果を得た.次に,従来の研究で自動検出した腫瘤陰影候補から,誤検出した候補(偽陽性候補)を削除する処理を開発した.前述の左右画像の位置合わせ処理を行った後,検出した腫瘤陰影候補を最小に囲む矩形領域と,その候補と対称になる反対側の画像の領域を抽出し,それぞれ35次元の高次局所自己相関特徴を算出した.その後に,35次元の特徴空間における2者間の特徴のユークリッド距離(最短距離)を算出し,この距離を左右画像の類似度とした.この処理を598組の乳房X線画像を用いて評価したとき,腫瘤陰影を1個も削除せずに,偽陽性候補の約3%を正しく偽陽性候補を識別することができた.現時点では腫瘤陰影の領球を正確に自動決定できないが,改善できれば本処理で15%の偽陽性候補の削除が可能であることを確認した.従来は,国内の施設より収集した画像データを使用していたが、症例数が不足していたために、新たに米国の大学より2620症例の画像データを収集した。次に、MLO(Medio-Lateral Oblique)方向の画像の左右位置合わせプログラムの改良を行った。平成20年度に開発したプログラムでは、大胸筋領域の境界とスキンラインを自動検出し、それらの距離を自動計測し、最遠となる位置を乳頭として自動認識し、この処理を左右のMLO画像に対して行い、各々の乳頭の位置を合わせることによって、左右の画像の位置あわせを行っていた。しかし、大きな乳房の場合は撮影時の圧迫によってスキンラインが乳頭よりも体外方向にはみ出してしまうため、乳頭の自動認識に失敗する問題点があった。その解決手段として、スキンラインから乳頭の位置を決定できない場合は、左右画像のスキンラインを重ね合わせ、もっとも一致する位置関係を求める手法を考案し、プログラムを作成した。この左右画像の位置合わせプログラムを、従来の腫瘤陰影の自動検出プログラムに応用し、その性能が向上することを確認した。さらに、CC(Cranio-Caudal)方向の画像に対しても、乳頭の自動認識プログラムの開発を行った。CC画像の場合は、スキンライン上の頂点、即ち、スキンライン上でかつ体外方向の最遠の位置に乳頭が位置するため、この観点で乳頭の位置を自動決定するプログラムを作成した。最後に、MLO画像とCC画像から各々に抽出した乳頭の位置を三次元空間上で重ね合わせ、その表示をするシステムを開発した。本研究の目的は,左右マンモグラムの差分画像を作成し,開発中のマンモグラムCAD(Computer-aided Diagnosis)システムに応用することである.CADシステムへの応用により,腫瘤陰影の自動検出性能の向上を期待するものであった.1つめの課題として,左右の乳房X線画像を高精度で自動的に位置合わせする処理の実現であった.前年度までに,MLO(Medio-lateral Oblique)画像の場合は乳頭と大胸筋領域の自動検出を行い,それらの位置関係を利用したアルゴリズムを構築して位置合わせを行っていた.しかし,大きな乳房の画像や大胸筋の写像漏れの画像では位置合わせに失敗する問題点があったため,スキンラインの形状を利用する方法を追加して,2者の手法を自動選択して左右の画像を位置合わせするアルゴリズムを構築した.また,CC(Cranio-caudal)画像の場合は乳頭の位置のみで位置合わせをするアルゴリズムを構築した.2つめの課題は,CADシステムへの応用である.

従来のCADシステムは1枚のマンモグラムから腫瘤陰影を自動検出するものであり,左右マンモグラムの対称性を十分に考慮できていなかった.正常マンモグラムは左右の構造が対称であることから,これまでにパターンマッチングによる左右の関心領域の類似性を解析するアルゴリズムを構築してきたが,位置合わせ処理の微小なずれが影響してしまう問題点があった.その改善のために,位置不変性の高い高次局所自己相関特徴を応用した左右の関心領域の類似性を解析するアルゴリズムを追加し,マンモグラムCADシステムに実装した.
現代中国都市の住宅供給における不動産企業の福祉的性格の二面性

経済発展が進む中国の都市では,多くの市民は民間不動産企業が建設する商品住宅を購入するが,民間不動産企業は同時に低所得者を対象とする経済適用住宅などの保障性住宅も建設している。北京市と蘭州市を研究対象として,民間不動産企業に聞き取り調査を行った結果,民間不動産企業は地方政府の要請として,自らの開発プロジェクトの中に保障性住宅を一定程度盛り込んでいることが明らかとなった。また,一般的に住宅供給の役割を終えたとされている「単位」は,構成員に対して市場価格より安価な住宅を供給しており,現在においても改革開放政策導入以前の役割が形を変えて維持されている。平成24年度は中国における現地調査を1回(10月4日10月10日:蘭州市)と国内における資料収集を2回(1月7日1月9日:札幌市,千葉市,3月28日3月31日:東京都千代田区,埼玉県熊谷市)実施した。中国における現地調査は甘粛省蘭州市において実施した。蘭州市内で住宅開発を行っている民間不動産開発業者の中から2社を,不動産仲介業者を1社選択して,聞き取り調査を実施した。2社の不動産開発業者のうち1社は甘粛省内のトップクラス,もう1社は中堅クラスの企業である。企業規模の違いを反映して,主要な顧客層や開発規模は異なるが,共に市政府との関わりの中で住宅開発を行っていることが明らかとなった。特に,両社ともに福祉的性格を持つ住宅開発を行っており,住宅の市場化が進む現代中国都市において,民間不動産開発企業が福祉的性格を持つ住宅を供給していることが確認された。また,不動産仲介業者からは賃貸・転売を含む住宅市場の全体像を把握することができた。なお,蘭州大学および西北師範大学を訪問し,蘭州市の都市発展に関わる資料を収集した。日本国内においては,JETROアジア経済研究所において,甘粛省および蘭州市に関する都市発展に関わる統計資料等を,国立国会図書館では中国の都市化,都市発展,都市住宅の開発に関する日本国内における学術研究資料を収集した。また,研究対象都市を全国の中で位置づけるために,都市発展・不動産開発に関わる統計を経年的に編集した統計書(DVD-ROM)を物品費で購入し,分析を進めた。なお,これらの研究成果をSLUASワークショップ(1月26日:北海道教育大学旭川校)において報告した。平成25年度は現地調査を2度(第1回:9月22日25日,第2回:10月24日29日)行い,本研究課題で主眼としている民間不動産企業による住宅開発とともに,単位による職員用住宅の開発など,幅広く保障性住宅の開発に関する資料を収集した。第1回は北京市を訪れ,北京市海淀区北部地区開発建設委員会などの政府機関において聞き取り調査を実施した。これらの機関では主として郊外地域の都市開発の現状とその中での住宅整備の実態などについて情報を得た。近年,北京市では新空港建設など郊外地域において大規模都市開発が盛んとなっており,それに伴って商品住宅ばかりでなく,保障性住宅の建設も進められていることなどが明らかとなった。第2回は蘭州市を訪れ,市街地周辺地域の都市化過程に関わる住宅地などを訪れ,住宅開発の経緯や現状を記録した。流入する農民工の居住地域では再開発による住宅整備が行われているほか,公的機関関係者のための住宅開発が継続的に行われていることなどが確認された。また,全国的な統計データの分析には『中国城市統計年鑑』,『中国房地産年鑑』などを用い,全国的な都市機能の経年的変化と住宅開発の関係に関して考察した。その結果,2000年以降急速に都市機能が第2次産業から第3次産業へとシフトしつつあること,大都市ほど保障性住宅の開発面積の割合が高いことや,沿海地域から内陸地域に開発動向が移行していることなどが明らかとなった。平成23年度は2度の現地調査(9月4日9日:北京市,11月23日29日:蘭州市)を実施した。第1回目の現地調査は北京市を訪問した。中国統計出版社,測絵局および北京市統計局において現代中国の住宅開発に関する統計資料および専門書等の購入を行った。また,海淀区および北京経済技術開発区において,住宅開発に関する資料収集および担当者への聞き取り調査を行った。さらに郊外地域の住宅開発の事例として,通州区土橋地区に行き,現地調査を行った。第2回目の現地調査は甘粛省蘭州市を訪問した。単位(企業等)による住宅整備の実態を把握するために,西北師範大学,蘭州電機会社,蘭州通用機械会社などを訪問し,教員・職員に対する住宅整備に関する歴史的経緯や現状について,担当者より資料収集および聞き取り調査を行った。

日本国内においては,現地調査実施前には,本研究課題に関して事前に収集していた統計資料等の分析を行い,現地調査実施後は,北京市および蘭州市における現地調査によって収集した資料の整理,統計資料の分析を行うことで,現代中国における民間不動産企業を含む住宅市場の形成と両市の住宅市場の実態に関して考察した。これらの現地調査を通じて,両都市においては,人口増加および経済発展に伴って,民間不動産資本を中心に,都市住民を対象とする住宅開発が大量に行われていることが明らかとなった。その一方で,市内の単位(企業等)は独自に教職員を対象とした住宅整備を実施していることが確認された。このような住宅整備は,1990年代の住宅改革によって終止符が打たれたと考えられている福祉的な住宅供給が,現在も形を変えて継続していることを示すものである。蘭州市において住宅を開発している不動産開発企業2社へ聞き取り調査を行うことができた。これによって,民間不動産開発企業が通常の商品住宅の開発・供給を行うと同時に,福祉的住宅の開発・供給も行っていることが確認できた。また,蘭州市の都市発展の歴史に関する資料を収集し,近年の都市計画との関わりにおける住宅開発の動向を把握した。なお,北京市と蘭州市の住宅開発に関する全国的位置づけを確認するために,経年統計を入手し,分析を進めた。北京市および蘭州市において,福祉的な住宅供給が行われていることが確認された。また,現代中国の住宅開発に近年の動向について聞き取り調査や書籍等を通じて情報を得ることができ,このような動向の中に本研究課題を位置づける基礎ができた。平成24年度の成果として,民間不動産開発企業が行う福祉的住宅の開発・供給には,市政府の関与が確認されたので,北京市・蘭州市の市政府において都市計画・住宅政策に関する聞き取り調査を進める。また,改革開放政策導入以前の都市地域の主要な住宅供給主体であった「労働単位」が現在においても,構成員に対して,直接的・間接的に住宅の提供を行っていると言われているので,可能な範囲で「労働単位」に対しても聞き取り調査を進める。なお,平成25年度が本研究課題の最終年度であるので,年度後半には研究成果を取りまとめて,最終成果報告書の作成を行う。現地調査において聞き取り調査を実施する企業を増やすことが必要である。福祉的な住宅供給には様々な類型があるのではないかと予想されるので,本研究課題に合致する企業をより多く適切に抽出して,聞き取り調査を実施する。平成24年度に引き続いて,北京市および蘭州市における現地調査を実施する(旅費の使用)。なお,現地調査で企業等の聞き取り調査を行うにあたって,研究協力者等に適切な謝金を支出する予定である(人件費・謝金の使用)。また,最終成果報告書を作成する(印刷費の使用)。平成23年度に引き続いて,北京市および蘭州市における現地調査を実施する(旅費の使用)。
心血管系におけるカベオリンの発現制御および機能に関する検討

細胞膜の特殊ドメインであるカベオラは、シグナリングの効率化や特異性に寄与すると推測されており、心筋肥大の情報伝達にも関与することが考えられる。肥大心筋におけるカベオラ及びカベオリンの制御を解明するために、α^1アドレナリン受容体刺激による肥大心筋細胞における両者の変化を検討した。α^1アドレナリン刺激薬であるphenylephrine(PHE)及びPKCの直接刺激薬であるphorbol12-myristate13-acetate(PMA)を新生児ラット心筋細胞に投与すると、心筋肥大を形成した。これらの細胞のカベオラ数を走査電顕で計測すると、カベオラ数はvehicleに比しPHEで4.0±1.9倍増加し、PMAでは1.7±2.4倍増加していた。カベオラ数増大に細胞内Ca^<2+>上昇が関与する可能性を計測し、Ca^<2+> ionophoreであるionomycinを心筋細胞に投与すると、PHEと同等のカベオラ増大効果がみられた。さらに細胞内Ca^<2+>のキレート剤であるBAPTAをPHEに加えて添加すると、PHEによるカベオラ数の増大効果は、vehicleと同程度まで抑制された。次に心筋カベオラの主要構成蛋白であるカベオリン-3の肥大心筋細胞での発現量の変化を検討した。カベオリン-3蛋白及びmRNAの発現は、vehicleに比しPHEで著明に増大し、PMAでは軽度増大、ionomycinでは両者の中間程度であった。PHEに加えてBAPTAを併用投与すると、PHEによるカベオリン-3の増大効果は、著明に抑制された。最後にカベオリン-3の細胞内分布の変化を免疫蛍光抗体法を用いて検討したが、各刺激薬の投与で特に変化はなかった。以上から、α^1アドレナリン刺激による肥大心筋細胞ではカベオラ数とカベオリン-3発現の増加がみられ、その機序としては細胞Ca^<2+>上昇を介することが推測された。今年度は、ホルモン刺激によるカベオラ、カベオリンの変化の検討として、新生児ラット培養心筋細胞におけるαアドレナリン受容体刺激の効果を検討した。α1受容体刺激薬であるフェニレフリンの投与では、走査電顕により評価される細胞あたりのカベオラ数の増大とともにカベオリン-3蛋白(+45%)、mRNA発現(+40%)冗進がみられた。その機序を解明するため、PKCの直接的刺激薬のPMAを投与したところ、カベオラ、カベオリン-3に対する増大効果はみられたが、フェニレフリシの効果に比し弱かった。そこで細胞内Ca^<2+>の影響を推測し、calcium ionophore(ionomycin)を投与すると、フェニレフリンと同等のカベオラ、カベオリン-3に対する効果が見られた。従って、α1受容体刺激によるカベオラ、カベオリン-3発現に対する制御は、細胞内Ca^<2+>動員によると推測された。一方、成熟心においてはカベオリン-3が主として発現しているが、心発達過程におけるカベオリンの発現制御は不明である。そこでラット心発達段階におけるカベオリンの変化を検討した。胎生17日のラット心室筋では、カベオリン-1,-2,-3ともわずかに発現していたのみであったが(順に成人量の14%、11%、28%)、共に胎生21日において著明に発現は冗進し、新生児期に最大となった。成熟ラットでは発現がやや低下した。ショ糖密度勾配法や免疫染色により評価されるカベオリンの細胞内分布は、各成熟段階で変化はみられなかった。本年度の研究により心臓のカベオリン、カベオラの生理学的変化およびホルモンによる制御が明らかとなった。来年度は、α1アドレナリン受容体刺激によるカベオリン発現増大の詳細なメカニズムを解明すると共に、カベオリン過剰発言トランスジェニック・マウス作製に着手する。

カベオリン-3蛋白及びmRNAの発現は、vehicleに比しPHEで著明に増大し、PMAでは軽度増大、ionomycinでは両者の中間程度であった。PHEに加えてBAPTAを併用投与すると、PHEによるカベオリン-3の増大効果は、著明に抑制された。最後にカベオリン-3の細胞内分布の変化を免疫蛍光抗体法を用いて検討したが、各刺激薬の投与で特に変化はなかった。以上から、α^1アドレナリン刺激による肥大心筋細胞ではカベオラ数とカベオリン-3発現の増加がみられ、その機序としては細胞Ca^<2+>上昇を介することが推測された。
遺伝子水平伝播による共生系の進化と起源の統合的解析-理論的推定および実験的検証-

本研究で開発したプログラムが今まで知られていなかった遺伝子の共生関連の機能推定を行えることを確かめるために、既存のデータベースと本研究の比較を行った。全nod遺伝子(23遺伝子)のうちどれだけを共生に関与するものとして機能予測が可能であるかということを例に調べた。その結果、系統プロファイル法やRosetta stone法、Gene neighbor法では機能推定できなかったnod遺伝子の多くが本研究手法で初めて計算的に機能予測できることを確認した。またnod遺伝子以外の根粒形成遺伝子群遺(nol遺伝子群)、窒素固定関連遺伝子群(nif, fix遺伝子群)の共生機能の進化的予測に成功した。さらに共生アイランド全体がゲノムの他の領域と異なる特徴を持つことを推定できた。この他、計画当初考えていたような遺伝子の水平伝播が分子系統学的に推定できただけではなく、根粒形成の促進に関わる遺伝子機能の平行進化や、遺伝子置換によるマメー根粒菌宿主特異性の新規な組み合わせの進化といった、従来知られていなかった進化的現象を発見した。また難しかった遺伝子破壞系をようやく確立した。そしていままでMesorhizobium根粒形成に必須と考えられてきた共通nod遺伝子群の中に、進化的な特徴が他とは違った遺伝子があることを計算により見いだし、遺伝子破壞により機能を調べ、このnod遺伝子が破壊されていても植物はある程度の根粒形成を行うことを確認した。さらにかずさDNA研究所との共同研究により遺伝子破壞株の提供を受け、共生機能が未知であったいくつかの遺伝子の中に(進化的な予測どおり)根粒形成に関与するものがあることを発見しつつある。本研究ではまず根粒形成遺伝子群(nod)の分子進化解析を行いその結果nod遺伝子群ほぼ全てにおいて、描いた分子系統樹が"生物種の系統樹"と適合しないこと、およびこの主原因が水平伝播にある可能性が高いことを突き止めた。そして当初考えていたような遺伝子の水平伝播を分子系統学的に推定するとともに、根粒形成の促進に関わる遺伝子機能が平行進化したことや、遺伝子置換によるマメー根粒菌宿主特異性の新規な組み合わせの進化といった、新しい進化的現象を発見した。水平伝播遺伝子の特徴を系統樹から認識し、自動抽出するプログラム(Evolutionary Process Searchプログラム)を開発した。そして、バクテリアの種の系統樹と矛盾した系統関係を示す遺伝子をゲノム全てから網羅探索し、新規な共生関連遺伝子の予測を行つた。その結果、はじめにその特徴を解析したnod遺伝子以外の根粒形成遺伝子群遺(他のnod遺伝子,nol遺伝子群)に加え、窒素固定関連遺伝子群(nif,fix遺伝子群)の出力に成功した。さらに共生アイランド全体の特定と共生機能未研究な遺伝子の抽出にも成功した。本研究の目標である進化機構のゲノムからの理解に向け、既存のモデル植物およびモデルバクテリアに加えて、野外におけるマメおよび根粒菌の採集と同定を行った。調べたバクテリアについての結果では、これまでに知られていたよりもかなり大きな多様性が自然界に存在することが明らかになった。
教員養成学部におけるプログラミング教育指導力育成モデルの構築

本研究は,小・中学校で大きな課題となっているプログラミング教育の必修化を円滑に実施するために,教員養成学部におけるプログラミング教育指導力育成モデルの構築を目的とした。構築する育成モデルは,プログラミング教育指導力の修得基準および対応した教員養成学部での授業教材で構成する。30年度は,29年度に実施した学生のプログラミング教育に関する意識調査をさらに進め,小学校および教員も対象に実施し,尺度の妥当性・信頼性を確認し,実態把握や効果測定に活用できる尺度を作成できた。また,ICT活用指導力調査とも合わせ,学生および教員のプログラミング教育に関する信念の実態を分析し,学会報告を行った。現在,論文化の準備を進めている。教員養成学部でのプログラミング教育の授業については,29年度の実践を踏まえ,さらに改善を進め,実施した。30年度は,小学校理科等での活用も踏まえ,教材用マイコンボードも導入し,補助教材も活用した。これら資料や教材を研究グループ内で共有すると共に,各研究分担者のところでもそれぞれ複数の教材を開発してもらい,同様に共有した。教員研修についても教員研修プログラムを開発すると共に,免許更新や通常研修会などで複数実施し,その効果を確認することができた。さらに小学生および中学生を対象にした教材の開発および実践による効果の検証をも進めている。ここまでの研究成果を踏まえ,プログラミング教育に関するシンポジウムを日本産業技術教育学会全国大会(8月・信州大)において開催し,複数のパネリストからの提案を受け,議論をした。当初予定を超える123名以上の参加者で盛況となった。また,各県個別研究成果は,日本産業技術教育学会では,全国大会,北海道支部,関東支部,東海支部,北陸支部大会,技術教育分科会,日本教育工学会では全国大会および国際会議でそれぞれ学会発表をおこなった。30年度は,当初予定していたカリキュラム・教材の開発が概ね順調に進み,教員養成の学生を対象にした試行実践や各種調査および教員研修等が実施できた。また,プログラミング教育の信念を測定する尺度も作成でき,論文化の準備も進めている。研究成果は,国際会議を含め,複数の研究発表を行うと共に,日本産業技術教育学会全国大会で研究成果を紹介するシンポジウムを開催し,多数の関係者に参加してもらうことができた。現在,プログラミング教育に関する信念の論文化,各実践や教材開発の論文化,書籍化を進めており,2019年度内にそれぞれ投稿・刊行する予定である。また,教材開発や各種実践も進め,順次成果を関連学会で発表をしていく。プログラミング教育に関する修得基準については,試案を作成し,2019年8月に開催される日本産業技術教育学会全国大会で発表をして,多くのフィードバックを集め,改善を図り,2019年度内に修得基準案として公開していく予定である2019年度も,プログラミング教育についてのシンポジウムを,2月開催で準備を進めている。本研究で進めているプログラミング教育の実践等の成果を発信できるようにする予定である。29年度は,教員養成学部での必修のICT関連授業を対象に,プログラミング教育の授業を3時間で設計し,実践を行い,学生らの意識の変容や教育効果を確認した。関連して,紙媒体のリーフレットおよびデジタル教材として,毎時間のスライドやサンプルプログラム等の複数の教材を開発した。これら教材を研究グループ内で共有すると共に,各研究分担者のところでもそれぞれ複数の教材を開発してもらい,同様に共有した。また,学生のプログラミング教育に関する意識調査についての質問紙を作成し,予備的調査を実施し,意識実態を明らかにした。さらに小学生および中学生を対象にした教材の開発も複数進めることができ,実践による効果の検証をすることができた。以上の結果は,日本産業技術教育学会では,全国大会,北海道支部,関東支部,東海支部,北陸支部大会,技術教育分科会,日本教育工学会では全国大会および国際会議でそれぞれ学会発表をすることができた。同様に,3本の論文,1冊の書籍にもまとめ,出版することができた。初年度は,当初予定していたカリキュラム・教材の開発が概ね順調に進み,教員養成の学生を対象にした試行実践や各種調査を実施できた。また,教員研修および小中学生を対象にした実践を実施し,その有効性を確認することができた。これら成果を予定していた各学会で発表し,複数の論文かができた。

これら資料や教材を研究グループ内で共有すると共に,各研究分担者のところでもそれぞれ複数の教材を開発してもらい,同様に共有した。教員研修についても教員研修プログラムを開発すると共に,免許更新や通常研修会などで複数実施し,その効果を確認することができた。さらに小学生および中学生を対象にした教材の開発および実践による効果の検証をも進めている。ここまでの研究成果を踏まえ,プログラミング教育に関するシンポジウムを日本産業技術教育学会全国大会(8月・信州大)において開催し,複数のパネリストからの提案を受け,議論をした。当初予定を超える123名以上の参加者で盛況となった。また,各県個別研究成果は,日本産業技術教育学会では,全国大会,北海道支部,関東支部,東海支部,北陸支部大会,技術教育分科会,日本教育工学会では全国大会および国際会議でそれぞれ学会発表をおこなった。30年度は,当初予定していたカリキュラム・教材の開発が概ね順調に進み,教員養成の学生を対象にした試行実践や各種調査および教員研修等が実施できた。また,プログラミング教育の信念を測定する尺度も作成でき,論文化の準備も進めている。研究成果は,国際会議を含め,複数の研究発表を行うと共に,日本産業技術教育学会全国大会で研究成果を紹介するシンポジウムを開催し,多数の関係者に参加してもらうことができた。29年度の成果を踏まえ,プログラミング教育に関する意識実態の質問紙を改善し,妥当性・信頼性を確認の上で,複数大学において調査を実施する。教員研修もカリキュラムや教材の改良および実践を進めていく。そして29年度同様に研究成果を学会発表すると共に,国際会議および論文投稿を進めていく。また,成果を広げるために,開発した教材やカリキュラムをWebにして公開をしていく。プログラミング教育についてのシンポジウムは,8月に開催される日本産業技術教育学会全国大会にして開催できるように準備を進める。現在,プログラミング教育に関する信念の論文化,各実践や教材開発の論文化,書籍化を進めており,2019年度内にそれぞれ投稿・刊行する予定である。また,教材開発や各種実践も進め,順次成果を関連学会で発表をしていく。プログラミング教育に関する修得基準については,試案を作成し,2019年8月に開催される日本産業技術教育学会全国大会で発表をして,多くのフィードバックを集め,改善を図り,2019年度内に修得基準案として公開していく予定である2019年度も,プログラミング教育についてのシンポジウムを,2月開催で準備を進めている。本研究で進めているプログラミング教育の実践等の成果を発信できるようにする予定である。
冷中性子減速材内組入れ型超冷中性子源の研究

現在、大強度加速器中性子源の建設が国内・国外で計画されている。これまで、加速器中性子源では超冷中性子源は設置されてこなかったがこのような大強度線源では設置できる可能性がある。加速器冷中性子源で、超冷中性子強度を増やす方法としては、冷中性子源において冷中性子境強度を増やすこと、超冷中性子源の効率を上げること、超冷中性子源・冷減速材のカップリングを良くすることの三つが考えられる。冷減速材の中に超冷中性子源を組入れるような形でカップリングを良くするためには、熱負荷の小さい冷中性子源が望ましい。この条件に合致する冷中性子源として、結合型液体水素減速材がある。これを用いることによって従来型の非結合体液体水素に比べて約3倍の強度が得られる。さらに強度を上げる方法として、液体水素減速材周囲にプレモデレータをつけて、ターゲットで発生した高エネルギー中性子をあらかじめ減速してから入射する方法がある。プレモデレータ材料として何が最も優れているかについて検討した。材料としては、水素数密度が高いものが優れていると考えられるので、ポリエチレン・水・ZrH_2を調べた。プレモデレータとしての最適厚さはポリエチレン2cm,水・ZrH_2が3cmであった。その時の冷中性子強度はプレモデレータが無い場合と比較して、ポリエチレンで2倍、水1.8倍、ZrH_21.5倍であった。ZrH_2の特性が劣るのは、熱中性子領域に中性子とエネルギーのやりとりをする有効な運動モードがないためである。ポリエチレンは放射線損傷に弱いので、水が最も優れたプレモデレータ材料である。今後は、この水プレモデレータ付液体水素冷中性子源に、超冷中性子源を組み入れて、超冷中性子強度がどうなるかを検討する。
カムチャッカ半島の地熱資源調査

本研究では、1999(平成11年度)に3回の相互訪問と野外調査(つごう3回)、2000年に野外調査および2001年にロシア人研究者の招聘を行った。野外調査では主としてカムチャッカ半島のムトノフスキー地熱地帯の調査を行った。これらの相互訪問および野外調査の結果、以下のようなことが明らかになった。カムチャッカ半島には、南北に2列の大きな火山列があり、29個の活火山が分布している。活火山のほとんどは東側火山列に分布し、この火山列の南方延長は千島(クリル)諸島から知床半島に連なり、千島弧を形成している。カムチャッカ半島の地熱資源のほとんどは東側火山列に賦存している。Paratunsky、Malkinsky, Paushetsky, Mutnovsky等が代表的地熱地帯であり、このうちParatunsky、Malkinskyは州都のPetropavlovsk-Kamchatsky(P/K)近郊に位置し、現在は温泉、鮭養殖場、農業施設等に対する熱水利用が図られている。Mutnovsky地熱地帯は、P/Kより120km南西に位置し、現在までに約90本の地熱井が堀削され、パイロットプラント(12MW)が稼動するとともに、2001年末を目標に20MWの実用プラント(Dachny Site)の建設が進められており、将来的には計4050MWの発電が計画されている。これらの地熱開発設備は、Mutnovsky火山の標高800m程度の溶岩台地に展開している。本地域の地質構造は大きくN-S方向の背斜構造と、NE-SW系のグラーベン構造が卓越し、断層もN-S方向とNE-SW方向に発達する。地表に分布する火山噴出岩類には、3方向(N-S, NE-SW, E-W)の熱収縮割れ目が観察される。熱水の最高温度は約300°Cで、300°Cの等温線は、海抜-750mに位置している。熱水の上昇域は、熱源の一部と考えられる閃緑岩の縁に沿って形成されている。貯留層の規模は、南北5km、東西3km、深度2km程度と推定され、エンタルピーは1270-1390kj/kg、72MW程度の発電ポテンシャルが期待されている(Kiryukhin,2000)。ロシアアカデミー・火山研究所(カムチャッカ半島・ペトロパブロフスク・カムチャツキー)から5人の地熱ならびに火山研究者を東北大学に招聘し、カムチャッカ半島の地熱資源に関するワークショップを開催した。ワークショップでは、カムチャッカ半島ならびに千島(クリル)諸島に賦存する火山ならびに地熱資源についてロシア側から地質、貯留層環境、地熱利用の現況と将来計画について紹介があった。日本側からは、現在東北大学地熱研究グループで行われている地熱研究について紹介し、ロシア・カムチャッカ半島での今後の地熱資源探査と利用についての討論を行った。ついで、日本側研究者がカムチャッカ半島を訪問し、火山研究所、州政府、ならびに電力会社を訪問し、研究協力を求めるとともに、火山研究所では研究ミニシンポジウムを開催した。