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プラズマ脱着による濃縮技術を用いたSOx・NOx同時完全除去装置の開発

発電所からの排ガス量は非常に大きく,NOxとSOx濃度は100200ppmと低い。これをそのまま処理することは,どのような技術を用いても装置が大きくなり,運転費も高くなるためか非効率的かつ非経済的である。我々が開発した非熱プラズマを用いた,より経済的なガス濃縮技術は煙道ガスを最初に吸着剤で吸着し,それから,吸着されたガスは非熱プラズマによって脱着処理を行うものである。この技術を用いると大容量,低濃度のガスを,小容量,低濃度に変換することができる。プラズマ脱着による高濃度化技術は,大気圧,低温,低エネルギー,短時間で達成すること可能であり,さらに,吸着剤は繰り返し再生することができる。この技術はガス量を一桁以上下げることができ,この結果,設備を大幅に縮小することができる。我々の研究では,プラズマ脱着による濃縮技術と非熱プラズマ・ケミカルハイブリッドシステムを用いた革新的NOx除去システムの開発に焦点をあてた。前年に得られた基礎データを基にして,モレキュラーシーブを充てんしたパルスコロナプラズマリアクタの最適化の研究を行った。その結果,濃度を20倍以上に増加,ガス量は一桁削減させることができた。火力発電所などから排出される窒素酸化物,硫黄酸化物(SOx, NOx)の除去技術の開発は緊急の課題である.しかしながら,従来の処理技術では,効率・コスト的に問題があり画期的な処理技術が望まれている.そこで,本研究では我々のグループにより世界で初めて試みられた.非平衡プラズマ脱着によるNOx濃縮化・小容量化(高濃縮化)技術とプラズマ・ケミカルハイブリッドシステムを用いたSOx・NOx同時完全除去装置の革新的技術開発を行い,その経済性,システムとしての評価を行い実用化の指針を追求した.吸着剤として,活性炭,モレキュラーシープ,疎水性ゼオライトを用い,バックグラウンドガスとしては空気,ヘリウム,アルゴンガスとし,ガス温度もバラメーターとしプラズマ脱着濃縮化を評価した.プラズマ発生装置としては,吸着剤ペレットを充填したバリアタイプパックドベッドリアクタとパルスコロナリアクタを用いた.電源としては,周波数可変AC電源(30kV, 60Hz30kHz),周波数可変パルス高圧電源(30kV, 1Hz1,000Hz),ローティティングスパークギャップによる高電圧極短パルス(30kV, 10mA)等を用いてプラズマ脱着による濃縮技術の最適化および高濃度化されたSOx・NOx除去技術の基礎データ取得を行なった.気相反応生成物はガス分析計により,CO, CO_2, NO, NO_2, N_2O, NOx, SO_2, O_3を測定し,液相はNO_2, NO_3, SO_3, SO_4イオンをイオンクロマトグラフにより同定した.プラズマリアクタ充填部のプラズマ発生部の局所温度は光ファイバー温度計により測定した.また,実用装置に使われるサイリスタスイッチによる高電圧パルス電源によるプラズマ脱着濃縮化の最適化も評価し,プラズマ脱着反応プロセスの分析,定量化,評価を行い,プラズマ脱着のメカニズムの解明を行なった.有害大気汚染物質を含む排ガス濃度は通常ppmオーダーと低く排ガス量は非常に大きい.これをそのまま処理することはどのような技術を用いても,処理装置が大きくなり,運転費も高くなり経済的でない.我々の開発した非平衡プラズマによる脱着濃縮技術は,省エネルギーかつ短時間に大気圧常温で脱着濃縮でき,同時に吸着材を再生,再利用出来る特徴を持つ.また,排ガスの小容量化により装置の大幅な小型化を可能にし,さらに,一桁以上の低コストで処理することが可能である.本研究ではこの非平衡プラズマ脱着によるNOx濃縮化・小容量化技術とプラズマ・ケミカルハイブリッドシステムを用いたSOx・NOx同時完全除去装置の革新的技術開発を行い,その経済性,システムとしての評価を行い実用化の指針を計ることを目的としている.前年度の研究から得られたプラズマ脱着による濃縮・分解処理の基礎データに基づいて,プラズマ・ケミカルリアクタ,プラズマ発生電源一つを選択し,最適化を検討した.そして濃縮されたSOx・NOxのプラズマ除去効率,反応生成物同定,消費エネルギー,経済性を評価した.

また,ハニカム状プラズマリアクタを用いて,プラズマ脱着濃縮化を行わずに吸収されたSOx・NOxを直接分解する新技術も検討した.同時にスケールアップに必要なリアクターや電源の設計指針やエンジニアリング評価,処理システムのトータルシステムとする最適化,設計指針の決定,経済性の評価を行った.
費用対効果からみた健康教育の有用性の検討

健康教育による医学的評価尺度での成果とそのプロセスを調査する目的で,糖尿病における予防や治療としての生活習慣指導(健康教育)の効果を検討した.その結果,健康教育は糖尿病状態やQOL(生活の質)を改善させるが,その効果は必ずしも大きいものではなく,長期的な効果についても十分な成果は得られていなかった.すなわち,健康教育を実施するという費用(人,時間,労力等)に見合うだけの効果があるかどうかについては,今後も十分な検証が必要であることが確認された.健康教育による医学的評価尺度での成果とそのプロセスを調査する目的で,糖尿病における予防や治療としての生活習慣指導(健康教育)の効果を検討した.その結果,健康教育は糖尿病状態やQOL(生活の質)を改善させるが,その効果は必ずしも大きいものではなく,長期的な効果についても十分な成果は得られていなかった.すなわち,健康教育を実施するという費用(人,時間,労力等)に見合うだけの効果があるかどうかについては,今後も十分な検証が必要であることが確認された.本研究は,健康教育の評価について臨床疫学および臨床経済学の立場から検討するものである.すなわち,健康教育のプロセスに関わるコストを算出し費用対効果,言い換えれば,どれだけの人,時間,労力等を費やすことによって,健康改善効果がどれだけ得られるかを検証することが目的である。初年度の今年度は,関連する研究の成果を収集し検討した.1.糖尿病の発症および治療における生活習慣指導の有効性の検討健康教育の一例として,糖尿病に対する生活習慣指導の効果について発表されている研究成果を,MEDLINEを利用して調査した.本研究代表者は,平成1516年度基盤研究(C)「運動に関する根拠に基づく健康情報の評価と発信」で,糖尿病発症および治療に対する生活習慣の改善,特に身体活動の効果について検討した2003年までの研究成果を収集している.したがって,今回は2004年から2007年までの研究成果を同様の検索方法を用いて追加収集した.前回報告時と比較して,近年は質の高い研究が多く実施されるようになり,身体活動度の高い生活習慣をおくるように指導することは,糖尿病の発症や治療に効果的であることが,より明確となってきている.2.過去に実施された健康教育の費用対効果を評価した研究の検討医学中央雑誌を用いて,わが国で発表されている研究成果について調査した.この種の研究,特に論文化された研究は少ないことが確認できた.内容としても,健康教育の経済的効果として医療費を算出した研究がほとんどであり,本研究の目的である健康教育のプロセスに関わるコストに着目した研究は認められなかった.この点については,海外での研究を検索収集すべきであり,次年度に実施したい.なお,次年度は,今年度不十分であった点に加えて,健康教育と薬物療法の比較(費用対効果を含めて)やシミュレーションモデルの試作に取り組む予定である.本研究は,健康教育の評価について臨床疫学および臨床経済学の立場から検討するものである.1.糖尿病領域における健康教育の効果生活習慣指導のような教育的介入を実施した過去の研究における医学的評価尺度での成果と,個々の研究における教育のプロセスを調査する目的で,健康教育の一例として前年度と同様に糖尿病に対する生活習慣指導の効果に絞り,今年度は2000年1月から2008年12月までに発表されたmeta-analysisの結果について調査した.その結果,13論文が本調査の目的に適していた.その中で12論文が糖尿病患者への自己管理教育を評価していた.これらは患者教育によって血糖コントロールやQOLが改善されることを示していた.しかし,5論文においては血糖値の改善効果は小さかった.また,長期的な効果については十分に検討されていなかった.2型糖尿病のリスクが高い集団に実施した生活習慣指導によって,その発症が有意に低下したことを示していた論文もあった.以上の結果より,糖尿病領域において健康教育は糖尿病状態やQOLに良い効果をもたらすようだが,今後も効果だけでなく経済的評価という効率性をも含めて検討する必要があると思われた.なお,この成果は論文として発表した.2.健康教育の臨床経済学的評価前年度に引き続き,内外の研究動向を調査した.海外においても我が国と同様に健康教育の経済的評価を実施した論文は少なく,期待したような成果が得られなかった.この点については今後も調査を継続すると同時に,今回の研究期間中には十分にできなかったシミュレーションモデルについても検討を加える予定である.
膵β細胞エピゲノム変化に着目した肥満の成因における環境因子の役割の検討

本研究計画に重要な着想をもたらした、食餌誘導性肥満モデルマウス(DIOマウス)膵島の網羅的エピゲノム・遺伝子発現解析に関する検討について論文を投稿しアクセプトされた(Diabetologia. 61:2608-2620, 2018)。環境因子(60%高脂肪食摂取)の存在下、C57BL/6Jマウスの体重が増加する際に観察される膵島エピゲノム変化とインスリン分泌能に関する新知見を記述したものであり、増加するヒストン修飾H3K27ac領域にエンリッチするNRF1、MEF2A、GABPAの結合モチーフに着目した。論文を完成するにあたり、ラット膵β細胞株INS-1を用いたsiRNAによるNRF1、MEF2A、GABPAの機能喪失実験を行ったところ、3mMグルコース下においてインスリン分泌の亢進が認められたほか、これらのモチーフが関与するエピゲノム変化は、遊離脂肪酸のβ酸化に重要な遺伝子の発現を調節する可能性も示された。ところで上記検討を進める過程を通じ、意外なことに、2型糖尿病リスク環境(ケージ内単独飼育)の存在下に飼育した自然発症2型糖尿病モデルKKマウスの膵島においても、DIOマウスと類似したモチーフが同様のエピゲノム変化と関連している可能性が明らかとなってきた。耐糖能異常経過はそれぞれの系統で異なっており、環境因子刺激自体が同一ではないにもかかわらず、pre-diabeticな時期において体重増加時には、何らかの普遍的なメカニズムが膵島エピゲノム調節に作用し、インスリン分泌能を変化させている可能性があることを示している。また、肥満状態から2型糖尿病が進展する場合に重要な役割を担っていることも考えられる。本研究は当初、主としてINS-1細胞を用いた検討を計画していたが、2型糖尿病モデルKKマウスに対して、DIOマウスから得られた知見を踏襲する形で検討を続けることに意義があり、さらに有益な成果に結び付けられる可能性があると考えるに至った。自然発症2型糖尿病モデルマウスの病態検討に、DIOマウスで行ってきた研究成果の有用性が明らかとなってきた。DIOマウスや細胞株のみを用いた研究成果のインパクトは抽象的となりやすいが、KKマウスの検討によって肥満と2型糖尿病の両分野に対して、より具体的な研究目標を設定することが可能となったことから、本研究はおおむね順調に進展していると考える。KKマウス膵島の網羅的エピゲノム・遺伝子発現解析結果から、重要モチーフ(Nrf1, ETSファミリー)の標的遺伝子候補を検討する。必要に応じて、INS-1細胞を用いたsiRNAによる発現抑制実験も検討し、DIOマウス・KKマウスの膵島機能変化・病態メカニズムを考察する。
強相関ネットワーク複合系上のパーコレーション転移における臨界状態の解明

平成30年度は,前年度までに開発されたソフトゥエア環境を基盤として,ノード間に強い次数相関を持つネットワークに関する数値シミュレーションを行った。2007年,Nohによりノード結合に正の次数相関を持つある特定のタイプのネットワーク上でのパーコレーション転移は従来のような平均場型ではない可能性が示唆されたが,これが,正の次数相関を持つネットワークの一般的な性質であるかどうかについては不明である。本年度は,平成29年度で整備したソフトウェア開発環境を用いて,強い正の次数相関を持つネットワーク上でのパーコレーション転移についての詳細なシミュレーションを行い,Nohの計算結果で得られたような,有限サイズクラスター分布の転移点でのピーク消失は見られないことを確認した。この結果は表面上はNohの結果と矛盾するものであるが,両者が用いたネットワーク構造は異なっており,この矛盾がこのネットワーク構造の違いに起因するものなのかどうかについては,さらなる解析が必要である。この点においては,数値シミュレーションによる解析だけでは不十分であり,厳密な方程式系から出発する解析的手法が必要で,これが今後の研究の展開の方向となる。得られた数値計算結果は,平成30年9月の日本物理学会秋季大会,および12月イギリスのケンブリッジ大学で開催されたComplex Networks 2018にて発表された。また,複雑系の生み出す時系列データをネットワーク化するための手法に関する論文も出版されている。本研究課題は,ノード結合間に強い次数相関を持つ複雑ネットワーク上におけるパーコレーション転移を解析的手法と数値計算の両面から精査しようとするものであり,平成30年度で数値計算を用いたシミュレーション結果を得られたことで,最終年度における解析に確固たる基盤が得られたため。現在のところNohの得た結果と本研究での数値シミュレーション結果の間には差異がある。この違いが用いたネットワーク構造の特性にどの程度依存しているのかを解明するためには,解析的手法が必要である。平成31年度(令和元年度)は解析的手法を用いて,この点を明らかにしていきたい。平成29年度は,ノード間結合に強い次数相関を持つネットワークに関する数値シミュレーションのためのソフトウェア開発を主に行った。本研究は,次数相関というネットワークの構造的側面が,そのネットワーク上における様々な臨界現象にどのように影響するかを詳細に考察することを目的としていることから,数値シミュレーションについては,複雑ネットワークでモデル化されるシステムの生み出す動的側面も含んで計算可能となるように留意した。現在のところ,ネットワーク上の動的現象を表現する多変数時系列データのモデル化,およびそのネットワーク化,任意の次数相関を持つネットワーク複合系の生成等が可能になっている。本年度の成果は,次数相関を持つネットワーク上における動的現象に関する詳細な数値計算を可能とするものであり,複雑ネットワークによってモデル化される対象が広がった。また,この成果により,平成30年度以降,解析的手法を用いた考察結果を数値シミュレーションによって検証することで,研究を着実に進めていくことが可能となった。本研究課題は,解析的手法とその検証となる数値計算が両輪となって進むものであり,その一つの要素である数値計算のためのソフトウェアが順調に開発されていることで,続く年度において,解析的手法を用いた考察を検証することが可能となったため。平成30年度は,平成29年度に開発された数値計算ソフトウェアを用いた検証を行いながら,解析的手法を用いて可能な限り厳密な理論的考察を行う。平成29年度は,既存の計算機資源上でも使用可能なソフトウェア開発に集中することとし,計画していた計算機等の導入を次年度以降としたため。

繰り越した計算機等の導入は,平成30年度あるいは平成31年度に適切に行う。この年度は国際会議での発表回数が多く,旅費を確保するために物品費を抑えたことが残高が生じた原因である。次年度は本研究計画の最終年度であり,物品費,旅費ともにバランスよく適切に使用する予定である。
西村茂樹における洋学の基礎的研究

西村茂樹が、英語原書から翻訳した手書き原稿で、『増補改訂西村茂樹全集』に収録されなかったもののうち42点を翻刻して、電子データ化した。翻刻した資料42点のうち、原書と著者を調査し、37点については確認できた。明治前半期になされた洋学の実態を翻訳資料に即して明らかにする上で重要な意義がある。翻刻した資料は紙媒体として冊子体とするとともに、PDFとしてインターネット上で公開している。なお、西村における洋学が日本道徳の提唱と平行していることも指摘した。平成25年度は、西村茂樹の手書き文書のWordへの電子データ化作業を本格的に実施でき、Wordへの電子化は非常に順調に進んだが、問題点としては、国立国会図書館の方針により、国立国会図書館がデジタル化している原資料の閲覧不可能であったため、原資料において、かすれたり、裏面が写るなど、判読不可能な箇所について、原資料について直接確認することができなかったことである。Wordへの電子データ化を目指した38の資料について、公開に値する程度に翻刻できたものは37件であり、現時点では、翻刻の第一次点検を終えているので、平成26年度には、最終点検を経て、PDFとしてweb上に公開するとともに、紙媒体冊子としても公表する予定である。西村による翻訳の原書・原著者の確認できないでいる5件は、西村の付した書名のみで手がかりのまったくない状態であるが、今年度も、探索を続ける予定である。西村の翻訳を試みた原書・原著書の確認により、西村の洋学研究の広がりを明らかにできたこと、また、原書について翻訳した箇所と翻訳を省いた箇所を確認することで、西村における翻訳の態度、ひいては、彼の思想のあり方も明らかになりつつあり、また、西村にみられる西洋近代思想の受容のあり方が、近代日本思想の性格を明らかにしていることも明確になりつつある。本研究の目的は、西村茂樹による未公刊の西洋書翻訳を調査検討し、近代日本における洋学の性格を明らかにすることである。そのため、主に稿本として残されている西村による西洋書翻訳を収集し、その翻訳のあり方のなかに、西村における西洋近代思想の受容の特質を捉えようとするものである。稿本の形で残されている翻訳すべてを翻刻し、インターネット上で公開しようと目論んでいた。平成24年度は、主に、西村の西洋書翻訳の調査収集を行った。当初の見込みと異なり、『日本弘道会百十年史』に所載の国立国会図書館所蔵の西洋書翻訳は、大半がデジタル化されており、国立国会図書館での実地調査の必要は大幅に減少した。国立国会図書館でデジタル化されている西洋書翻訳の大部分を、研究室でダウンロードすることができた。そこで、西村の西洋諸翻訳の一つ亜勒山得便著『心學及道學』について翻刻と原書調査を試みた。翻訳原書の探求は比較的たやすく、また、原書の著者であるAlexander Bain 1818-1903についても、十八世紀後半のイギリス心理学界に持続的な影響を及ぼした重要な人物であること、さらに明治前半期の日本で彼の書物が多く翻訳されていることが明らかになった。本書については、解題を付して、web上にに公開する用意ができている。西村茂樹が、英語原書から翻訳した手書き資料について、原書調査を継続的に行うとともに、原書の著者の調査も継続的に行った。他方、手書き資料の電子媒体への翻刻を最終点検し、判読不明な箇所の解消に努めた。このことにより、国立国会図書館や研究者による資料調査と分類における不十分な点を正すことができた。資料の原書および著者を新たに発見した以外に、同一資料であるかのように扱われてきたものが別の資料との合綴であったことや、別の資料であるかのように扱われてきたいくつかの資料が同一原書についての異なる時期における翻訳であることなどを明らかにすることができた。翻刻した資料は42点であるが、1点は同一原書の時期を異にする翻訳なので、翻刻した資料は実質的に41点であるとした方がよいであろう。そのうち、翻訳原書を確認できなかった資料は4点である。確認できた原書については、そのすべてについて、著者を明らかにし、簡単な経歴を示す解題を付してPDF化して、インターネット上で公開した。別途、同じものを紙媒体の冊子に製本して研究者に頒布した西村の行った翻訳資料について、翻訳方法や翻訳内容を分析することで、彼の思想の性格に深く分析できなかったのは、時間的制約にもよるが、遺憾なことであった。また、資料の翻訳時期の特定もできなかったことも不満の残るところである。ただし、思想分析の不十分さを補う意味で、西村茂樹における洋学研究が日本道徳の提唱と平行していることを指摘し、そのことが西村個人の思想にとどまるのではなく、近代日本思想そのものの特質でもあることを指摘する論考を、別途、公表している。

本研究では、西村の英語原書からの翻訳が、広範な学問分野を対象としていること、それにもとづいて日本道徳の提唱がなされていることを確認している。そのことは、その後に展開する国民道徳論の性格を研究する計画にとって、重要な視角を与えている。日本倫理思想史手書き文書を翻刻してWordに電子化する作業は、アルバイトの筆耕、及び民間業者に委託することで、本年度に予定した通りに、実現できた。翻刻の出来としても、原資料の状態が必ずしも良好といえないものもあるという条件のもとでは、おおむね満足すべきものであった。本来、予定以上の成果といってもよいかもしれないのであるが、そう評価しえないのは、資料の分量が予想外に多かったことによる。翻刻できた分量はWordによる文字量計算では、700,000字を優に越えており、これは、A4サイズ1頁とすると優に700頁を越えることになる。このことが、西村翻訳の内容に即しての意義の分析について制約することになっている。また、重要と思われる資料の原書を確認できないことにも、手がかりが著しく乏しいとはいえ、不十分さを感ずる。西村茂樹の西洋書翻訳資料の大半が国立国会図書館でデジタル化されており、それをダウンロードするで入手できたことは、研究作業の上で大いに有利に作用した。これは、計画時点ではは明らかになっておらず、国立国会図書館の実地調査の中で明らかになったことであり、想定外の幸運であった。ところが、他方、わずか一冊の翻刻に大分時間のかかることは、これも予想外のことであり、研究計画にとって不利な事情である。資料の入手が大きくはかどった一方、翻刻が予想外に手間取ったことにより、計画はやや遅れたことになる。まず、西村翻訳のWord化について、ほぼ第一次点検を終えているので、公表のための最終点検を行い、公表にふさわしい形態に整える。次に、西村翻訳の原書の未確認のものの調査を継続する。その上で、本年度のもっとも重要な研究課題は、西村による西洋書翻訳のあり方の考察である。つまり、西村が、翻訳した文献の内容とその傾向、また、翻訳原書のどの部分を重視したのかなどを考察し、西村の思想的意義を明らかにすることである。このことと関連して、近代日本の思想の性格を見通したいと考えている。平成25年度は、未入手の西洋書翻訳を調査収集するとともに、翻訳原書およびその著者の調査を行うとともに、翻訳の翻刻を行うこととする。未入手の西洋書翻訳は、国立国会図書館でデジタル化されていて館外で入手できないものについては直接出向いて複写依頼をするにどし、その他のものについては日本弘道会その他に赴いて調査収集する。翻訳自体の収集は量的に少ないので多くの時間と労力を要しない。入手した翻訳の翻刻については、かなりの時間と労力を必要とするので、主要なものに限定し、アルバイトの筆耕に依頼した上、研究代表者が点検して完成することとする。平成25年度の主要な課題は、翻訳の原書の調査・確定である。これについては、web上で大抵は可能な作業となっており、原書を調達することで可能となることもある。なお、原書と翻訳部分とを大意使用する中で、西村における洋学の性格が明らかになるが、本年度は、一応、その端緒を得るにとどまることになろう。次年度に使用するため。本年度は最終年度であるので、次のことを実行する。
新規ノンサーベイアプローチによる産業連関表の推定

産業連関表に対する新たな分解法を提案し、負の値も対象とする拡張を行い、産業連関表と環境データを組み合わせた分析例を提示した。負の値も計算可能にしたことで産業連関表に対する構造分析の精度を上げることができた。日本の温室効果ガス排出量に関する環境データに提案法を適用し、時期を問わず排出量を増加させる方向に効果のあるパラメーターを抽出することができた。また、サプライチェーンの規模を保ったまま排出量減らすパスを提示した。産業連関表は作表コストが高く、発行に5年以上を要している。また、災害等の時期をまたいだデータの推計・補正は複雑で、これまでとは異なるデータも活用して作表できるようにするためのシステマティックな手法が必要となっている。本研究は、産業連関表を構造分解し、分解値の各々に異種データを取り込むことで、これまで推定の困難だった年や将来の推計を実現しようとするものである。初年度は、手法の開発・改良およびテストデータへの適用を行った。本研究で用いる構造分解法は、産業連関表を各産業規模と産業構造に直交分解する。この分解において負の値は対象外とされていたが、負の値にも対応した手法に改良することで、分解精度を上げることができた。さらに、分解値の1つである各産業規模をさらに分解し、投入および産出の産業シェアと各産業変化のマーケット全体に対する拡散のしやすさに細分化した。また、これまで1枚の産業連関表を構造分解していたが、時系列データの分解へと拡張した。1990年から2005年までの日本産業連関表に提案法を適用し、現在実用面での評価を行っている。本手法は、上記実用面での改良のほかに、産業連関表の研究において2つの問題を解決している。1つ目は構造分解の計算手順が内包していた問題に関する改良である。これまでの構造分解では、分解の過程で投入・産出に関する基本方程式を満たさない項が生じていたが、提案法では、すべての項が基本方程式を満たすように改良され、構造分解が求めようとする2つの年の経済を結ぶ平均経路をよりよく近似している。2つ目は、産業構造に着目する際に投入係数構造しか選べなかったことに対し、選択肢を増やしたことである。これまで産出方向の構造は着目できなかったが、投入・産出を一度に見るための非線形変換の分解を行うことにより、2次元の産業連関表が持つ2つの方向の情報を落とさずに結果を得られるようになった。最終年度は、開発したノンサーベイ法を構造分解分析に応用し、従来法で扱うことの難しかった負の値も含めた定式化を行った。1990年から2005年の温室効果ガス排出量および接続産業連関表のデータに、拡張した手法を適用し、前方連関および後方連関が温室効果ガス排出量増加を押し上げる効果を初めて定量化した。その結果、生産プロセスの上流への波及は、15年間、カーボンインテンシブな方向に動いていることを明らかにした。温室効果ガス排出量削減には、最終需要の縮小が有効とされるが、それは経済規模の縮小を意味し現実的ではない。本研究では、需要と供給を一切変えずに技術構造をのみを変えるシミュレーションを行い、最終需要および中間需要計を保ったまま温室効果ガスが数パーセント減少するという取引額表を提示した。また、ノンサーベイ法による産業連関表推計の応用のためのソフトウェア普及の一環として、東日本大震災後における47都道府県間産業連関表の作成を遂行していた、京都大学大学院エネルギー科学研究科エネルギー環境学研究室山下裕也氏らへプログラムの提供を行った。研究期間全体を通じて、実施したことは大きく2つある。1つ目は、正値のみを対象としてた産業連関表の直交分解法を元に、負値に対応した構造分解分析法に拡張したことである。これにより構造分解の精度が1桁上がり、小数点第4位まで近似できるように改善することができた。2つ目は、開発手法を温室効果ガス排出量データに適用し、経済規模縮小を伴わない排出削減の実現パスがあることを示したことである。ノンサーベイ法としての将来推計への応用だけでなく、環境対策と経済政策を両立するための金額ベースのゴールの設定にも、開発した手法は有用であることを示した。初年度の計画していた手法開発を終了し、データ解析のステップに移行することができたため、おおむね順調である。情報科学平成26年度に開発した手法を用いて産業連関表将来推計を行う。JIPデータベースの産業連関表への適用を予定していたが、時系列の途中で推計法が変更されており、手法の精度の吟味には使用できない可能性が高いため、他の接続産業連関表および環境データを組み合わせてデータ解析を行う予定である。データ購入を予定していたが、データ調査に時間を要したため、3月までに支出することができなかったため。データに関する調査終了次第速やかに支出する。
視床―大脳基底核回路における行動に対する期待の処理機構

視床正中中心核の細胞が行動選択に伴う期待の処理にどのような関与をするか調べた。視床正中中心核の中に感覚刺激に応答するLLF細胞と感覚刺激に応答しないNSF細胞を同定した。逆行性刺激法を用いてこのうち少なくともLLF細胞は線条体に投射することが確かめられた。このLLF細胞は行動に対する期待が状況に適したものであるかを知らせる外的信号に応答した。一方NSF細胞は内的な期待の大きさをモニターしていることが示された。これらの細胞タイプ特異的な応答は異なる神経回路を介して行動選択に寄与する可能性を示唆する。本研究課題の目的は、視床CM核の中に存在する異なる感覚応答を示す細胞タイプ(感覚刺激に対して長い潜時で応答するLLF細胞と感覚刺激に対して興奮性応答を示さないNS細胞)が異なる神経回路を介して、状況に応じた適切な行動選択の実現に貢献している、という仮説の検証を行うことである。これまでの成果によって少数ながらもLLF細胞(4/13, 31%)が線条体に投射することが同定できた(NS細胞:0/9)。最終年度においては、これらLLF/NS細胞の行動選択過程における役割について解析を進めた。その結果、行動選択肢の価値が異なるバイアス課題中、大報酬と連合した行動または小報酬と連合した行動のどちらを行うべきかを指示する外的な手がかり刺激の提示の1秒前から「特定の行動が大報酬と連合する文脈」に選択的に活動を増加させる(例えば右行動が大報酬と連合するときの方が左行動が大報酬と連合するときよりも活動が大きい)NS細胞が多く見つかった。またこの持続活動の大きさは、その特定の行動が大報酬と連合するときにその後の行動反応時間と負の相関を示した。これらの結果は、報酬指示信号に先行するこのNS細胞の持続放電活動は動物の内的な期待に基づく「行動バイアス」を反映していると考えられる。(1)感覚刺激に対する応答性、(2)逆行性刺激法による機能結合の検証、の結果から視床CM核の異なる種類の細胞であるLLF細胞とNS細胞は異なる入出力関係(神経回路)を持っていることが示唆される。また(3)NS細胞は動物の内的な期待(報酬)に基づく「行動バイアス」を反映する可能性があることから、大脳皮質ー基底核ー視床(NS細胞)ー大脳皮質という基底核の外ループでバイアスの状態がモニターされ、基底核ー視床(LLF細胞)ー線条体という内ループを介して外的要求に基づいてバイアスのコントロールが行われる可能性を示唆する。本研究課題の目的は、視床正中中心核の中に存在する異なる感覚応答を示す細胞タイプ(感覚刺激に対して長い潜時で応答するLLF細胞と感覚刺激に対して興奮性応答を示さないNS細胞)が異なる神経回路を介して、状況に応じた適切な行動選択の実現に貢献している、という仮説の検証を行うことである。当該年度において、まずこれらのLLF・NS細胞が異なる神経回路を構成しているかどうかニホンザルを用いて電気生理学的に検証した。線条体に刺激電極を、視床の正中中心核に記録電極を刺入し、逆行性刺激法によって線条体に投射している正中中心核の細胞を同定し、その細胞が非予測的に感覚刺激を提示したときに応答するかどうかでその細胞がLLF細胞か、それともNS細胞かを判別した。先行研究によって、解剖学的に正中中心核の線条体への投射は前交連よりも後方の背側部であることがわかっているが、線条体は非常に大きな領野であるので、最初に逆行性スパイクが記録できたdepth profileに基づいて投射マップの作成を行った。その結果、相対的に正中中心核の前方ー後方軸および背側ー腹側軸は線条体の前方ー後方軸および背側ー腹側軸へと対応して投射関係がみられ、また正中中心核の内側ー外側軸は線条体の腹側ー背側軸に対応して、投射のトポグラフィカルなマップを得ることができた。現在まで22個の正中中心核細胞(LLF13個、NS9個)を記録したが、4/13個(31%)のLLF細胞が線条体投射細胞として同定できた。これらの結果は感覚刺激に対して応答を示すLLF細胞が主として線条体に投射していることを示唆するものであり、本研究の仮説を支持するものである。動物の周囲の状況に関する情報を含む感覚刺激を受ける細胞が、期待を表現していることが知られている線条体の活動を調節して、適切な行動選択を達成するための神経回路メカニズムとして重要であると考えられる。研究計画として、(1)刺激実験による神経回路の同定、および(2)同定した細胞タイプが行動に対する期待の処理機構に対してどのように貢献するか明らかにすることが平成24年度に行う計画であった。(1)については、現在までに外界からの感覚刺激に対して応答するLLF細胞が線条体に投射していることを示すデータを得ている。

(2)については、期待通りだったときの反応時間と期待外れだったときの反応時間の差分を用いて、動物の期待の大きさを試行ごとに推定することによって、LLF細胞が内的な期待と外的な指示との「ずれ」の信号をコードしていることを示唆するデータを得ており、現在論文にまとめて投稿準備中である。当初の計画通り、平成25年度も引き続き、刺激実験による投射細胞の同定と行動選択肢に期待差がある課題における投射細胞の活動の記録および解析を進めていきたい。現在、13個の線条体投射LLF細胞が記録できているが、より説得力のあるデータにするために20個以上は記録したいと考えている。現在の問題点としては、非常に小さい核である視床の正中中心核から広大な線条体へ投射しているため、線条体投射細胞が記録できる確率が非常に低い。この問題を解決するために、(1)ニホンザルにおける視床線条体投射の解剖学的知見を得る、(2)逆行性スパイクを効率的に記録するために視床に刺入する記録電極を電極軸に対して複数の電極が配置された多点記録電極を用いる。(1)については逆行性スパイクが記録できた線条体領域に逆行性トレーサーを注入して視床から投射を受けているか確認したいと考えている。該当なし
完全WKB解析の基礎付け及び応用

1、(一次元)定常Schroedinger方程式のうち、Whittaker方程式(一つの単純変わり点と一つの単純極を持つ。)について、積分表示解と(ある正規化の)WKB解(のBorel和)の対応を考察し、パラメータの値が特別な場合については、一昨年に調べたWeber方程式と同様に簡単な関係が付き、それを用いてWKB解のBorel変換を調べられることが分かった。これによってWKB解のBorel変換のendless continuability等が確かめられる。一般の方程式でこの性質を示すことは、完全WKB解析とresurgence theoryの狭間で重要な問題である。従って簡単な方程式で確かめておくことは基本的である。また、一般の方程式をWKB解析的な変換(2、を参照)を通じて解析する際、一般の方程式をWeber方程式やWhittaker方程式といった方程式にある意味で帰着させるのだが、その際にWeber方程式やWhittaker方程式のWKB解のBorel変換についてよく理解しておく.ことは重要と思われる。2、昨年度より引き続いて、(いわゆる動かない特異点に関係する)WKB解析的変換のBorel総和可能性を考察していた。特に、鍵になると思われる、WKB解のBorel変換のある種の増大度に関する補題の証明を試みていた。(昨年度までに、Weber方程式(二つの単純変わり点を持つ方程式の標準形)やWhittaker方程式(一つの単純変わり点と一つの単純極を持つ方程式の標準形)への変換の場合にはできており、Legendre方程式(二つの単純極を持つ方程式の標準形)への変換の場合にできていなかった。)この問題について、目的の成果を得るまでには至らなかったが、証明のための、有力と思われる一つの方針を見つけることができた。(ただし、まだ確認中で、可否はまだ不明。)動かない特異点に関係するWKB解析的変換のBorel総和可能性が分かると、すでに知られている、いわゆる動く特異点に関係するWKB解析的変換のBorel総和可能性と合わせて、WKB解のBorel変換のendless continuability等が(原理的には)(WKB解析的変換論の観点から)分かることになると思われ、重要である。・2階線形常微分方程式でWKB解のBorel変換がfixed singularityをもつ最も簡単な例として、Weber方程式のWKB解のBorel変換について調べた。具体的には、Weber関数の積分表示とWKB解のBorel和の対応をつけ、積分表示をLaplace型の積分に直してその被積分関数を調べることで、WKB解のBorel変換の解析接続可能性と特異点について直接に調べた。・fixed singularityをもつ例で特殊関数では解が表せないものとして、3次多項式を係数に持つ方程式を調べた。Borel総和可能性に関する一般的な結果とStokes automorphismの表式をBorel平面の特異点の位置と不連続性に(証明はなしで)写した。また、WKB解のBorel変換のRiemann面を記述する方法として、竹井義次氏によって出された、モノドロミーを使って記述するというアイデアに基づいて、この例の場合にモノドロミーがどうなっているかを調べた。・一般的な方程式のWKB解のBorel変換の構造を、その方程式をAiry方程式やWeber方程式などのより基本的な方程式に帰着させることで調べようという変換論がある。そこに現れる変換級数のBorel総和可能性が分かれば、一般的な方程式のWKB解のBorel変換の特異点が証明付で完全に調べられるようになると思われるが、Weber方程式への変換級数のBorel総和可能性の証明を見つけた。・完全WKB解析を使った、3準位系の非断熱遷移の遷移確率の計算の問題で、2順位系では現れ得ない、いわゆる新しいStokes曲線が実際の計算に効く例を見つけた。より正確には、時刻t=-∞から+∞まで解を解析接続する際に、新しいStokes曲線を避けていくことができない例を見つけた。・大きなパラメータ付の2階線形常微分方程式のWKB解のBorel変換のいわゆる動かない特異点を解析する上で、Weber方程式等の標準形への変換(変換級数)のBorel総和可能性が重要であるが、昨年度、やや強い(と思われる)仮定の元で証明してあったWeber方程式への変換のBorel総和可能性を、より弱い仮定(方程式の係数の正則性を仮定する領域がよりせまい。)の下で証明することができた。また、Whittaker方程式への変換のBorel総和可能性も同様である。これによって、単純変わり点の対、あるいは単純変わり点と単純極の対に起因する動かない特異点については、WKB解析的な変換を通じてかなり弱い仮定のもとでも解析できるようになった。また、副産物として、(変わり点で正規化した)WKB解のBorel総和可能性に近い総和可能性(Laplace変換の積分路を、実軸から少しずらす。)が直接示されている。(ただし、これは変換の総和可能性がわかれば自明。)・単独高階(3階以上)線形常微分方程式、あるいは1階の方程式系(サイズが3以上)のWKB解のBorel総和可能性という問題がある。方程式系の場合には通常、形式的対角化を通じてWKB解の構成を行うのだが、これだとWKB解のBorel総和可能性を考える際に、(方程式のサイズがnならn個のWKB解を同時に扱うことになりかねず)不便である。

(あるWKB解はBorel総和可能だが別のある解はそうでない、ということが起こりうるため。)そこで形式的対角化を通じずに、1つのWKB解だけを直接構成できるようにした。これは方程式系のWKB解のBorel総和可能性を論じる上では出発点になる。1、(一次元)定常Schroedinger方程式のうち、Whittaker方程式(一つの単純変わり点と一つの単純極を持つ。)について、積分表示解と(ある正規化の)WKB解(のBorel和)の対応を考察し、パラメータの値が特別な場合については、一昨年に調べたWeber方程式と同様に簡単な関係が付き、それを用いてWKB解のBorel変換を調べられることが分かった。これによってWKB解のBorel変換のendless continuability等が確かめられる。一般の方程式でこの性質を示すことは、完全WKB解析とresurgence theoryの狭間で重要な問題である。従って簡単な方程式で確かめておくことは基本的である。また、一般の方程式をWKB解析的な変換(2、を参照)を通じて解析する際、一般の方程式をWeber方程式やWhittaker方程式といった方程式にある意味で帰着させるのだが、その際にWeber方程式やWhittaker方程式のWKB解のBorel変換についてよく理解しておく.ことは重要と思われる。2、昨年度より引き続いて、(いわゆる動かない特異点に関係する)WKB解析的変換のBorel総和可能性を考察していた。特に、鍵になると思われる、WKB解のBorel変換のある種の増大度に関する補題の証明を試みていた。(昨年度までに、Weber方程式(二つの単純変わり点を持つ方程式の標準形)やWhittaker方程式(一つの単純変わり点と一つの単純極を持つ方程式の標準形)への変換の場合にはできており、Legendre方程式(二つの単純極を持つ方程式の標準形)への変換の場合にできていなかった。)この問題について、目的の成果を得るまでには至らなかったが、証明のための、有力と思われる一つの方針を見つけることができた。(ただし、まだ確認中で、可否はまだ不明。)動かない特異点に関係するWKB解析的変換のBorel総和可能性が分かると、すでに知られている、いわゆる動く特異点に関係するWKB解析的変換のBorel総和可能性と合わせて、WKB解のBorel変換のendless continuability等が(原理的には)(WKB解析的変換論の観点から)分かることになると思われ、重要である。Weber方程式への変換のBorel総和可能性を9に書いた弱い仮定の下で証明できれば、Whittaker方程式やLegendre方程式への変換のBore1総和可能性がすべて同様に証明でき、WKB解のBorel変換のもつ動かない特異点の解析が標準形への変換を通じて行えると考えていたのだが、Legendre方程式への変換の場合にはうまくいかない点があって、それゆえWKB解のBorel変換の特異点をすべて変換を通じて解析できるという状態にならなかった。また、Weber方程式の場合の証明に予想以上に難しく、時間がかかってしまい(時間をかけてしまい)、ほかの問題(特に非断熱遷移の問題)をほとんどできなかった。
石炭の電気化学的液化・分解反応に関する研究

(1)メディエータの探索ターンオーバー数が大きく化学的に安定なメディエータを金属塩及び金属錯体の中から探索した。また,電解媒体pHの反応特性に与える影響を考察し,酸性とアルカリ性電解媒体別個に検討した。メディエータの探索は,メディエータの酸化体の相当する酸化剤も用いた石炭の試薬酸化実験によりその分解度を求めることにより行った。その結果、石炭の効果的分解には酸性,アルカリ性電解媒体とも,メディエータの酸化還元電位が+0.7V程度以上であれば充分であることがわかった。また,この結果と電極の酸素過電圧及び金属塩,金属錯体の溶解性より,酸性電解媒体ではCr^<3+>,Mr^<2+>,Tl^+,Fe^<2+>の塩をアルカリ性電解媒体ではV^<4+>の塩あるいはK_4Fe(CN)_6を用いることにより,水の電解を抑えた効率的な石炭分解が行えることがわかった。(2)電解条件の影響メディエータの探索から得た結果に基づいて,酸性電解媒体ではMnSO_4,アルカリ性電解媒体ではK_4Fe(CN)_6を用いて石炭電解酸化を行った。その結果、石炭の酸化分解により生じたフミン酸がアルカリ性電解媒体では電解媒体中に溶解して行くのに対し,酸性電解媒体では石炭粒子表面上に留まり,pHにより石炭分解特性が相当異なることがわかった。また,メディエータ酸化体の生成に対する電解電圧の影響を酸化体生成速度と電流効率の面より評価することにより,最適電解電圧の決定を行った。(3)石炭の電解酸化分解の律速過程と炭種の影響メディエータを用いた石炭酸化分解において,総括の石炭分解速度が,メディエータ酸化体生成過程とこの酸化体による石炭酸化分解過程のいずれによって律速されるのかを検討した。その結果,律速過程はメディエータの酸化還元電位,炭種の双方に依存して異なり,特に炭種には著しく影響されることがわかった。
ランゲルハンス細胞の神経栄養因子産生及びストレスホルモンによる機能制御について

BALB/cマウス皮膚から、抗1-A^d抗体を用いたパンニング法によりランゲルハンス細胞(LC)を精製し、以下の実験に供した。尚、本法により得られたLCの純度が95%以上であることを、フローサイトメトリーにより確認してある。1.神経栄養因子産生の制御申請者は既に、LCによるNGF及びbrain-derived neurotrophic factor(BDNF)の産生を確認しているが、本年度はこれら神経栄養因子の産生に及ぼすGM-CSF、TNF-αや抗CD40抗体の影響について検討した。LC培養上清中のNGF及びBDNF濃度をELISAにて解析した結果、抗CD40抗体の刺激によるこれら神経栄養因子濃度の上昇が認められた。他方、GM-CSF及びTNF-αを添加しても、これら因子の培養上清中濃度に変化はみられなかった。2.セロトニン受容体の発現セロトニンは神経伝達物質として、広く中枢及び末梢神経系に分布し、ストレスに深く関与していることが知られている。そこで申請者は、ストレスがLCの機能に与える影響を検討するべく、まずLCにおけるセロトニン受容体の発現につき解析した。RT-PCRにて、セロトニン受容体のサブタイプである5-HT1A, 2A及び2Bの遺伝子発現が確認されたが、5-HT1B, 1C及び5-HT3の発現は認められなかった。さらに5-HT1A及び2Aについては抗体が入手可能であったためWestern blotting法にてさらに解析し、両者とも蛋白質レベルでの産生が確認された。次にセロトニン受容体の機能について検討するべく、LCにおけるMHC classII発現に対するセロトニンの効果を解析したところ、セロトニンによりMHC classIIの発現は抑制された。これはストレス関連因子のセロトニンによりLCの機能が抑制されることを示すものである。BALB/cマウス皮膚から、抗I-A^d抗体を用いたパンニング法によりランゲルハンス細胞(LC)を精製し、以下の実験に供した。1.神経栄養因子の産生RT-PCR法を用いてNeurotrophin-3(NT-3)、glialcell line-derived neurotrophic factor(GDNF)及びciliary neurotrophic factor(CNTF)のLCによる遺伝子発現を検索した結果、これら3種の神経栄養因子いずれのmRNAもその発現を確認することができた。さらにこれらの因子のLCによる蛋白産生をWestern blotting法にて検討したところ、GDNF及びCNTFについては、陽性所見が得られたが、NT-3については陰性であった。このためさらに、NT-3についてLCの培養上清を用いたELISA法を行ったところ、少量のNT-3産生分泌を確認することができた。2.神経栄養因子受容体の発現BALB/cマウス皮膚から、抗1-A^d抗体を用いたパンニング法によりランゲルハンス細胞(LC)を精製し、以下の実験に供した。
3次元多様体のトポロジー

1989年にWittenが経路積分とよばれる接続の空間の上での積分を用いて3次元多様体の(特別な場合として、結び目の)不変量を「定義」した。接続の空間は無限次元であるため、このWittenの「定義」は数学的に厳密ではないが、このWittenの不変量はその後様々な形でWittenのアイデアにもとづて再構成され、現在、量子不変量と呼ばれて、活発に研究されている。さて、絡み目のすべての量子不変量はKontsevichにより、普遍不変量(Kontsevich不変量)に統一された。筆者は、村上順、Thang Le両氏との共同研究で、この普遍不変量から3次元多様体の不変量(普遍摂動不変量)を構成した。これが、3次元多様体の摂動的量子不変量を統一していることが期待されている。さらに、村上順氏との共同研究で、普遍摂動不変量のみたすべき位相的量子場理論について考察した。一方、Vassilievにより絡み目の有限型不変量が定義されている。Kontsevich不変量は有限型不変量を統一しているとう意味においても普遍である。すなわち、任意の有限型不変量はKontsevich不変量をfactorして得られることがわかっている。これと類似の手法で3次元多様体の量子不変量を理解するため、筆者は、整ホモロジー球面の有限型不変量を定義した。さらに、Stavros Garoufalidisとの共同研究で、この有限型不変量が、絡み目の有限型不変量と同様に、「weight system」を定めることを証明した。これとThang Leの結果をあわせると、普遍摂動不変量が普遍な有限型不変量であることが示される1989年にWittenが経路積分とよばれる接続の空間の上での積分を用いて3次元多様体の(特別な場合として、結び目の)不変量を「定義」した。これとThang Leの結果をあわせると、普遍摂動不変量が普遍な有限型不変量であることが示される
転写調節分子CITED2による肥満の進展メカニズムの解明

転写調節因子CITED2は、肝臓におけるcAMPシグナル依存性の糖新生制御に重要な分子である。申請者らは、脂肪組織特異的CITED2遺伝子欠損マウス(CITED2-AdipoKO)を用いて本分子の脂肪細胞特異的な役割を検討した。CITED2-AdipoKOは対照マウスと比べて、通常食飼育下では体重、血糖値などに差を認めなかったが、高脂肪食飼育下では軽度の体重の減少を呈した。NMR法によるfatmassならびに各脂肪組織重量の測定から、体重の減少は脂肪組織重量の低下によるものであり、コールターカウンターを用いた脂肪細胞径の計測より脂肪細胞の小型化を伴うものであることが明らかとなった。CITED2-AdipoKOにおけるやせの原因を明らかにするために、交感神経刺激時の脂肪分解能を評価した。イソプロテレノールを投与した高脂肪食負荷マウスの血中、およびcAMP刺激した初代培養白色脂肪細胞の培地中の遊離脂肪酸濃度に差は認められなかった。次にエネルギー代謝能の指標としてマウス個体および単離成熟褐色脂肪細胞の酸素消費量を計測したところ、ノルアドレナリン刺激前は両群で差は認められなかったが、刺激後にはCITED2-AdipoKO脂肪細胞において増加傾向を認めた。これまでのところ、CITED2-AdipoKOマウスの肥満抵抗性の原因として、交感神経刺激時の脂肪細胞の脂肪分解の亢進よりは、むしろエネルギー消費の亢進が関与するものと推察された。本研究は主任研究者の転職により本年度で中止となった。
複雑系フォトニクスに基づく超高速物理乱数生成の高機能化

ランダムな数列を生成する乱数生成器は、情報セキュリティ分野や自然災害予測のための大規模数値シミュレーション分野に必要不可欠な基盤技術である。しかしながらコンピュータで生成される擬似乱数を用いた場合、安全性の脅威や予測精度の低下が近年大きな問題となっている。そこで本研究では、複雑系フォトニクス現象に基づく超高速物理乱数生成器の開発とその高機能化を行うことを目的とする。特に半導体レーザの高速性とカオスの不規則性を利用した超高速物理乱数生成器の開発を行い、大量の物理乱数に対するランダム性の質の定量的評価方法の確立を目標とする。さらに、物理乱数生成器のエントロピー生成率を実験データから定量的に評価し、乱数のランダム性の理論的保証を行う。本年度は、白色カオスのエントロピー生成率の評価方法を確立した。レーザカオス波形を2つに分割して干渉させて検出し、その差分信号を用いることで、広帯域な周波数スペクトルを有する白色カオスを実験的に生成した。この白色カオスを用いて高速物理乱数を生成し、そのエントロピー生成率を評価した。特に、物理乱数用の統計検定方式や、時系列データに基づくエントロピー評価方式を用いて、物理乱数としての非再現性の定量的な評価を行った。さらに白色カオス生成のためのパラメータを変化させて、エントロピー生成率が最大となるような乱数生成源の最適化を達成した。本評価方式を用いて、周波数帯域拡大カオスの物理乱数源のエントロピー生成率の定量的評価も行い、物理乱数源のランダム性を理論的に保障することに成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。さらに、物理乱数生成器のエントロピー生成率を実験データから定量的に評価して乱数のランダム性の理論的保証を行う。加えて、光集積回路および乱数生成処理用電子回路を一体化した高速物理乱数生成モジュールを開発し、実時間での超高速物理乱数生成を実験的に達成する。本年度は、帯域拡大カオスを用いた高速物理乱数生成を行った。カオス生成用レーザと帯域拡大用レーザを準備し、カオス発生用レーザの光出力を帯域拡大用レーザへと注入してレーザの波長を高精度に制御することで、帯域拡大を達成した。ここで光周波数差を変化させることにより、広帯域なカオス波形を生成することに成功した。さらに半導体レーザから受光素子までを一体化した乱数生成用の光集積回路の実験的調査を行った。非線形ダイナミクスの詳細な調査により、間欠性カオスの存在を新たに発見した。さらに外部共振器長の変化に対する、乱数生成に適したダイナミクス発生のパラメータ設定値を実験的に明らかにした。これらの成果は既に国際公刊論文誌に採択されている。本研究課題は当初の計画通りに進展している。本年度の研究において、帯域拡大カオスの発生や光集積回路のダイナミクスの調査において多くの成果が得られており、順調に研究課題が遂行されている。本年度は、白色カオスを用いた高速物理乱数生成実験を行った。2つのレーザカオス波形を干渉させて検出し、その差分信号を用いることで平坦な周波数スペクトルが得られた。この白色カオス信号を乱数源として用いることで、高速物理乱数生成実験に成功した。特に、白色カオスの生成には干渉の位相揺らぎを低減させることが重要であり、安定なシステムの構築を実験的に達成した。加えて、生成された白色カオスの周波数スペクトルの帯域や平坦度を算出し、得られた乱数の統計的性質と比較することで、乱数生成源としての定量的な評価を行った。本年度の研究において、白色カオスを用いた高速物理乱数生成実験において多くの成果が得られており、順調に研究課題が遂行されている。