hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
受精ダイナミクスに潜む連続体の数理：実験データに基づいた理論的アプローチ

精子の波形の違いの特徴づけのために、異なる粘性をもつ溶液内でのヒト精子の高速顕微鏡映像を解析した。すでに報告した手法を用いて精子の周りに生じる流れ場の解析を行い、精子遊泳の力学を少数の正則化Stokes極の重ね合わせによる数学表現に帰着させた。異なる溶液内での波形の違いがStokes極の配置パターンとして明確に特徴づけることができた。またこれらの数学的な表現を利用することにより、精子の集団レベルでの振る舞いを記述する数理モデルを構築した。高粘性性溶液中で見られる動的な精子の集団クラスタが形成されることが実験的に知られているが、これを定性的に再現することに成功した。これらの一連の研究は、鞭毛波形の幾何学的な特徴づけを集団運動への影響という形で明確にしており、受精メカニズムの理解に向けての重要な一歩だと考えている。多数の精子内の鞭毛波形の違いを調べるためには、多数の顕微画像の高速な画像解析が必要となる。鞭毛の一次元な構造に注目した中心軸変換を用いた画像解析アルゴリズムにより、精子鞭毛を含む鞭毛画像の自動解析が可能になった。今までの方法では多数のデータを一度に解析するには、多くの手間と時間がかかっていたことを考えると、今後の研究の進展にとって非常に意義深い。透明帯と結合した精子によって駆動する卵の運動を記述する数理モデルが大腸菌のような周毛生バクテリアの遊泳を記述する数理モデルと数学的に非常に近い構造を持っていることに気づいた。以前の数理モデルを一般化することにより、弾性的なやわらかさによりバクテリアの方向が定まることを理論的に示すことに成功した。これは、周毛性バクテリアの遊泳理論の基礎づけを与える重要な結果だと考えている。概ね計画通りに進んでいるが、特に次の2点に関しては研究スタート時には予測していなかった研究の進展があった。(1)中心軸変換を用いた画像解析アルゴリズムにより、精子鞭毛を含む鞭毛画像の自動解析が可能になった[Walker, Ishimoto & Wheeler, Sci. Rep. 2019]。今後はこの画像解析手法を使うことにより、研究が格段に進むことが期待される。(2)長期滞在していたOxford大学で聴講したセミナー講演がきっかけとなり、以前に報告した透明帯に結合した状態の精子と卵の運動を記述する数理モデル[Ishimoto, Ikawa & Okabe, Sci. Rep. 2017]が周毛性バクテリアの遊泳に適用できることに気づいた。以前の数理モデルを拡張・一般化することにより、周毛性バクテリアの一般的な遊泳理論を構築することができた[Ishimoto & Lauga, Proc. R. Soc. A, 2019]。これを逆に利用することで精子の透明帯通過時の力学についても新しい結果が得られるかもしれない。今後の研究方策としては、上記に記載した1年目の研究成果と予想外の研究の進展を考慮して、主に次の3点に取り組む予定である。(1)多数の鞭毛顕微画像を上記の画像解析手法を用いて解析し、精子間での波形の共通性とそこからの違いの特徴づけを行う。(2)個々の精子の鞭毛波形の実験データから集団運動を記述する数理モデルを構築したが、簡単化した精子間の流体相互作用の正当化を改めて検証する。特に2体間の流体相互作用に注目して直接数値計算との比較を行う。その際には、2次元的な運動に制限していた集団運動の数理モデルを3次元運動に拡張する必要がある。(3)透明帯結合時の精子とバクテリア鞭毛の相違点を考慮し、特に鞭毛(精子の数に対応)がひとつの場合に焦点を絞り、弾性と流体の双方が含まれる鞭毛遊泳の理論解析を進める。

概ね計画通りに進んでいるが、特に次の2点に関しては研究スタート時には予測していなかった研究の進展があった。(1)中心軸変換を用いた画像解析アルゴリズムにより、精子鞭毛を含む鞭毛画像の自動解析が可能になった[Walker, Ishimoto & Wheeler, Sci. Rep. 2019]。今後はこの画像解析手法を使うことにより、研究が格段に進むことが期待される。(2)長期滞在していたOxford大学で聴講したセミナー講演がきっかけとなり、以前に報告した透明帯に結合した状態の精子と卵の運動を記述する数理モデル[Ishimoto, Ikawa & Okabe, Sci. Rep. 2017]が周毛性バクテリアの遊泳に適用できることに気づいた。以前の数理モデルを拡張・一般化することにより、周毛性バクテリアの一般的な遊泳理論を構築することができた[Ishimoto & Lauga, Proc. R. Soc. A, 2019]。これを逆に利用することで精子の透明帯通過時の力学についても新しい結果が得られるかもしれない。今後の研究方策としては、上記に記載した1年目の研究成果と予想外の研究の進展を考慮して、主に次の3点に取り組む予定である。(1)多数の鞭毛顕微画像を上記の画像解析手法を用いて解析し、精子間での波形の共通性とそこからの違いの特徴づけを行う。(2)個々の精子の鞭毛波形の実験データから集団運動を記述する数理モデルを構築したが、簡単化した精子間の流体相互作用の正当化を改めて検証する。特に2体間の流体相互作用に注目して直接数値計算との比較を行う。その際には、2次元的な運動に制限していた集団運動の数理モデルを3次元運動に拡張する必要がある。(3)透明帯結合時の精子とバクテリア鞭毛の相違点を考慮し、特に鞭毛(精子の数に対応)がひとつの場合に焦点を絞り、弾性と流体の双方が含まれる鞭毛遊泳の理論解析を進める。[理由]所属先の変更と長期の海外渡航に伴い、備品等の所属の変更手続きと備品の移動に大幅な時間がかかり、当初購入を予定していた計算機ソフトウェア等の購入手続きが間に合わなかった。[使用計画]1年目に購入を計画していた計算機および計算関連ソフトウェアの購入を行う計画である。また、ここまでで得られた結果、および論文として発表した研究成果を国内および国外での学会等で発表することを計画しており、そのための学会参加費および旅費に使用する予定である。
尿路結石の新規関連遺伝子Nntによる抑制機構の解明と予防治療への応用

尿路結石は多因子疾患であり、遺伝因子に環境因子が作用して発症する。しかしその発症機序は不明であり、より詳細な解明が必要である。遺伝因子の研究には、近交系マウスが用いられることが多く、わずかな遺伝的差異が生じた亜系統が存在する。私たちは、亜系統マウスにおいて結石形成に差があることに着目し、Nnt遺伝子が結石形成を抑制していることを見出した。【研究1】Nntによる結石抑制効果の検討:腎由来細胞株を用い、蛍光標識したシュウ酸カルシウム一水和物(COM)結晶暴露による接着率とROS活性による酸化ストレスを比較する。【研究2】Nntトランスジェニックマウスによる結石抑制機序の解明:C57BL/6J(B6J)マウスはNntが欠失しているため、全長Nntを持ったB6Jトランスジェニックマウスを作製し、Nntの発現が結石形成量に与える影響を、マウスによる結石モデルを用いて比較検討する。本研究は、上記2つの研究により、新たな尿路結石抑制遺伝子候補であるNntの機能を解析し、尿路結石の形成機序を明らかにし、予防法に応用することを目的とする。平成30年度の成果として、1亜系統マウスを用いた尿路結石モデルマウスを作成し、採取した腎をメタカンにより固定し、ROS assay kitを用いた免疫染色でのROS活性の検討を行った。2尿路結石抑制遺伝子候補であるNntについて、遺伝子全長のクローニングを行った。3尿路結石の新規関連遺伝子Nntが腎に与える酸化ストレスへの影響と尿路結石抑制について、第106回日本泌尿器科学会総会にて報告を行った。Nnt遺伝子による尿路結石症への影響を、培養細胞を用いた手法にて検討を予定している。ヒト腎由来細胞株であるHK-2およびマウス腎由来細胞株であるM-1に対し、蛍光標識したシュウ酸カルシウム一水和物(COM)結晶を37°Cにて20分間暴露させる方法にて、結晶付着率および培養液中のROS活性を検討する予定であった。ただし、今回研究を実施している中で、Nntクローニングベクターによる遺伝子過剰発現系による検討を追加したほうが望ましいと考えられ、遺伝子クローニングを優先した。遺伝子クローニングについては、B6JおよびB6N亜系統マウスそれぞれのNnt遺伝子全長を、PCR法にて得ることとしたが、primerの設計がうまくいかずPCR productを得ることに難渋したため、そのほかの研究も含めて、進行が遅れている。Nnt遺伝子の全長クローニングを行うことができており、このベクターを用いて、今後の研究を進めていく予定である。当初は、培養細胞に対してCOM結晶を暴露させるのみにて、結晶付着率および培養液中のROS活性を検討する予定であったが、ベクターを培養細胞にトランスフェクションすることにより、Nntが過剰に発現した状態での変化を亜系統間の状況を再現して検討することが可能と考え、実行する予定である。また、Nnt遺伝子をsiRNAにて発現抑制した系での検討も予定しており、より詳細なNntと尿路結石症との関連を検討することが可能と考える。Nntトランスジェニックマウスによる結石抑制機序の解明については、Nntクローニングベクターの作製には成功したものの、動物愛護の観点からin vitroでの研究を優先することとし、培養細胞などを用いた研究成果が確認できた後に行う方針とした。

遺伝子クローニングについては、B6JおよびB6N亜系統マウスそれぞれのNnt遺伝子全長を、PCR法にて得ることとしたが、primerの設計がうまくいかずPCR productを得ることに難渋したため、そのほかの研究も含めて、進行が遅れている。Nnt遺伝子の全長クローニングを行うことができており、このベクターを用いて、今後の研究を進めていく予定である。当初は、培養細胞に対してCOM結晶を暴露させるのみにて、結晶付着率および培養液中のROS活性を検討する予定であったが、ベクターを培養細胞にトランスフェクションすることにより、Nntが過剰に発現した状態での変化を亜系統間の状況を再現して検討することが可能と考え、実行する予定である。また、Nnt遺伝子をsiRNAにて発現抑制した系での検討も予定しており、より詳細なNntと尿路結石症との関連を検討することが可能と考える。Nntトランスジェニックマウスによる結石抑制機序の解明については、Nntクローニングベクターの作製には成功したものの、動物愛護の観点からin vitroでの研究を優先することとし、培養細胞などを用いた研究成果が確認できた後に行う方針とした。
重度認知症者のQuality of Life

認知症は重症化すると“死に至る病"である。end-of-lifeアプローチの目標としてQuality of Life (QoL)が最重要視される反面、何が重度認知症者のQoLに影響するのか、この主題に関する知見は非常に少ない。認知症のQoLを向上ならびに悪化する因子は、認知機能や日常生活機能が提唱されてきたが、重度にいたった場合にはむしろ苦痛やBPSDが重要と思われる。本研究では重度認知症者のQoLに関連する因子を特定することを目的とする。それらを示すことで、従来の経験に基づくQoL向上を目指す治療方針から、重度認知症者に適した根拠に基づく治療方針の開発に大きく貢献できるものと期待される。
炎症性腸疾患における線維化機序解明と分子標的治療への応用

線維芽細胞の線維化における役割をNF-κB経路に焦点をあて検討を行った。筋線維芽細胞に特異的なNF-κB欠損マウスを作成し、dextran sodium sulfate(DSS)腸炎モデルや腸管同種移植モデルを、またin vitroでの検討は胎児線維芽細胞を使用した。結果、腸炎モデルにおいて炎症により誘導される筋線維芽細胞の細胞数はノックアウトマウスで少なく、また移植腸管においてはαSMAやTGFβはノックアウトマウスで減弱していた。MEFでの検討でも炎症刺激によるTGFβや炎症性サイトカインの発現はノックアウトMEFで低下しており、NF-kB経路が線維化形成に関与していることが示唆された。炎症性腸疾患患者の腸線維化におけるNF-kBの関与を検討するため研究を開始した。臨床検体の利用に関しては現在当該診療科と検体の研究利用に関して調整中である。病理医や当該外科診療科との連携のもと、臨床検体における検討を行っていく予定であるが、調整に時間を要している。そのため初年度に動物腸線維化モデルの検討を先に開始した。研究計画であげた、線維化に関わると考えられる筋線維芽細胞と細胞内シグナルのNF-kBに着目しB6野生型マウス(WT)と、筋線維芽細胞特異的NF-kB欠損マウス(IKKβΔMF)を用いて、2.5%dextransodium sulfate(DSS)自由飲水マウス腸炎モデルを作成し、腸炎や線維化の評価を行った。病理学的検討に加え、リアルタイムPCR法やウェスタンブロットによるmRNAおよびタンパク発現解析も行った。(結果)まず野生型マウスにDSS腸炎を起こし、腸炎回復期の22日目までの期間で筋線維芽細胞が最も多く動員される時点をα-smooth-muscle actinの免疫染色とウエスタンブロットで検討した。その結果、投与15日目の「潰瘍回復期」において最も多く筋線維芽細胞が動員されていた。この結果をふまえ、WTマウスとIKKβΔMFマウスでの比較検討では、15日目を基準に腸炎の評価を行った。その結果体重変化は、両群間に有意差はないもののWTに比べIKKβΔMFマウスの方が体重減少は軽度であった。腸炎の重症度を示す腸重量や腸の長さを検討した結果、いずれもIKKβΔMF群で腸炎が軽度であることが示唆された。HE染色による病理学的検討では、炎症細胞浸潤には2群間において有意な差は認められなかったが、潰瘍形成はIKKβΔMFマウス群でやや少ない傾向にあった。シリウスレッド染色では、線維性変化が認められず線維化の評価は不能であった。炎症性腸疾患における腸管線維化の分子メカニズムについて、炎症性サイトカインの転写因子であるNF-kBに着目し研究を行っている。平成27年度は1臨床検体利用の開始と、2動物腸管線維化モデルの検討を行った。1臨床検体の利用については、学内で得られたパラフィン固定腸管検体を用いて、遺伝子変異検索を行う準備を開始した。パラフィン切片を10μm厚に切り専用スライドグラスにのせ、レーザーマイクロダイセクションを開始した。予備実験として結腸粘膜層を剥離し、DNA抽出を開始している。Qbit測定においては次世代シークエンサー解析に足るDNAの質・量を確保できており、今後は次世代シークエンサーによる網羅的遺伝子解析を開始するため、ライブラリー調整を開始している。2初年度に検討を行ったIKKβΔMFマウスにおいて、DSS腸炎15日目の腸管においては、病理学的に明らかな線維化を認めなかったことから、同様のDSSモデルで長期間DSS刺激を加えることにより線維化発症モデルの報告があることから、DSS自由引水3回反復モデルを行った。その結果、WTマウスに比べてIKKβΔMFマウスでは、DSS投与中の体重が低値傾向にあったが、有意な低下は認めなかった。腸管線維化の有無および差異については現在解析を進めている。1臨床検体の次世代シークエンサーを用いた網羅解析については、臨床検体使用の調整に時間を要したため当初の予定より1年遅れているが、平成27年度より着手できている。2動物腸管線維化モデルについては、当初計画した短期DSSモデルにおいては十分な線維化変化が認められなかったため、長期DSSモデルなど他のモデルを検討する必要があり、時間を要している。SMCcreマウスを用いた細胞系譜解析についても、Rosa26rマウスが入手できていないため、代用としてRosaYFPマウスを使用し交配を開始しているが、解析には至っていないため時間を要している。炎症性腸疾患は原因不明の慢性炎症性疾患である。患者QOLを低下させる原因の一つに慢性炎症が惹起する腸の線維化とそれに伴う狭窄がある。粘膜の炎症や潰瘍形成の治癒過程において線維芽細胞が遊走し粘膜の修復を担う過程で線維化がおこり、管腔の狭細化が進行すると考えられているが、その機序は不明な点が多い。今回我々は慢性炎症後の腸管線維狭窄の機序解明を目的として、特に炎症や線維化形成過程に強く関与すると考えられるNF-κBシグナルに焦点をあて、炎症性腸疾患の腸管線維化の分子メカニズムについて以下の3つ、1マウス腸管線維化モデルを用いた検討、2マウス胎児線維芽細胞を用いた検討、そして3炎症性腸疾患患者臨床検体における遺伝子変異解析、を行い検討した。1転写因子NF-kBを線維化に関与する筋線維芽細胞

特異的に欠損したマウス(IKKβΔMF)を用い、DSS腸炎モデルおよび腸管同種移植モデルで検討を行ったが、結果は2群間の腸管線維化に有意な差は認めなかった。腸管同種移植モデルにおいては、野生型マウス移植片に比べIKKβΔMFマウス移植片組織内のαSMA陽性細胞やCD31陽性細胞は減弱しており、筋線維芽細胞におけるIKKβが血管増生や線維芽細胞の動員を介し、腸管線維化に寄与していることが示唆された。2野生型マウスおよびIKKβノックアウトマウス由来の胎児線維芽細胞(MEF; mouse embryonic fibroblasts)を用いて、LPSやIL-1β、TNF-αなどの炎症刺激による線維化関連遺伝子の発現を検討し、IKKβ依存的に線維化関連シグナルが発現していることが示された。3炎症性腸疾患患者検体における遺伝子変異解析を次世代シークエンサーを用いて行い、炎症や線維化に関わる遺伝子変異候補を抽出でき、以上より線維化感受性遺伝子やNF-kBを標的とした治療の可能性が示された。線維芽細胞の線維化における役割をNF-κB経路に焦点をあて検討を行った。筋線維芽細胞に特異的なNF-κB欠損マウスを作成し、dextran sodium sulfate(DSS)腸炎モデルや腸管同種移植モデルを、またin vitroでの検討は胎児線維芽細胞を使用した。結果、腸炎モデルにおいて炎症により誘導される筋線維芽細胞の細胞数はノックアウトマウスで少なく、また移植腸管においてはαSMAやTGFβはノックアウトマウスで減弱していた。MEFでの検討でも炎症刺激によるTGFβや炎症性サイトカインの発現はノックアウトMEFで低下しており、NF-kB経路が線維化形成に関与していることが示唆された。臨床検体利用に関しては、当該施設、当該診療科とひきつづき密に連携をとり、研究を進めていく。動物モデルに関しては、既存のモデルでは腸の線維化が十分確認できなかったことが挙げられる。1臨床検体の網羅解析に関しては、次世代シークエンサーによる解析にむけて、DNA抽出を継続し、ライブラリー調整が成功した検体については、網羅的シークエンスを予定している。2動物線維化モデルは、既に投与完了している長期反復DSSモデルでの線維化の有無などを解析するとともに、胎児由来線維芽細胞(MEF)を用いてNF-kBと炎症・線維化関連分子の遺伝子発現変化を検討する。また線維化モデル代替案として、腸管皮下移植モデルも検討中であり解析を進める予定である。消化器内科学以上の結果から平成27年度以降は、慢性炎症により腸線維化を惹起するモデルであるDSS反復投与モデルや、炎症腸管からの筋線維芽細胞の単離を試み、NF-kB活性化の有無による線維増生のメカニズムについて解析をおこなっていく予定である。特に線維化自体を誘発する手段や線維を確認する染色方法の確立と、筋線維芽細胞の単離技術の樹立を継続して行っていく予定である。1臨床検体の網羅的遺伝子解析については、DNA抽出までが予想以上に時間を要したため、今後次世代シークエンサーに用いる試薬類への支出がなかったことが理由としてあげられる。
20世紀アメリカ児童文学における子ども像と環境意識の変容

本研究の目的は、20世紀アメリカ児童文学における子ども像と自然環境意識の変容の歴史を解明することである。そこから得られた結論の第1は、自然環境の破壊と公害の先進国であるアメリカは、児童文学の分野において人間と自然環境の調和を真剣に考える先進国でもあるということである。結論の第2は、子どもが社会改革の可能性を秘めた存在であるという点である。第3の結論は、20世紀アメリカ児童文学、特に動物物語における子ども像と環境意識の歴史的変遷を『オズの魔法使い』を始めとする主要な作品に即して解明することにより、アメリカの児童文学が未来の社会を担う子どもたちに対して、新たな自然観、さらに自然環境への対応方法を提示してきたことが明らかとなった。すなわち、自然は人間が支配することのできない他者であるとの認識を持つことの必要性である。第4の結論は、児童文学に焦点を絞ることにより、自然・環境意識の変遷、レイチェル・カーソンのいう「驚きの感覚」を持つ子どもと自然環境との関連の歴史的特質、そして児童文学作家たちの環境意識の変容を明らかにしたことである。つまり本研究は、子どもと自然環境の角度から考察したアメリカ研究なのである。今後の課題は、子どもと自然環境の関わりを重視する新たなアメリカ児童文学史の構想であり、児童文学と環境教育との結びつきを視野に入れた研究へと幅を広げる必要性ではないだろうか。今後、このような考えに基づき、さらに多くの作家・作品を対象とすれば、その研究は国内外の最先端の研究と位置づけることが可能になると思われる。3年計画の初年度にあたるこの1年、研究課題に従い、基本文献の収集と時代区分に応じた文献の分析を行なった。その結果、19世紀後半より20世紀に至るアメリカ児童文学における子ども像と自然観は、ロマン主義思想の延長線上にあり、子どもは可能性を秘めた無垢な存在、自然は心安らぐ空間という意識が濃厚であったことが確認できた。オルコットの『若草物語』、クーリッジの『すてきなケティ』、ボームの『オズの魔法使い』、ウィギンの『少女レベッカ』等の主要作品がそのことをよく示している。その一方、環境への危機意識の芽ばえが、19世紀末刊行の『オズの魔法使い』から読み取ることが可能であった。自然と人間の共存の可能性への提言がすでに示されているこの作品は、20世紀における環境への危機意識の高まりの先駆的な作品として再評価に値すると言える。植物の案山子、動物のライオン、鉱物の木こり、そして人間のドロシーとの連帯には、現代の課題が暗示されていると言えよう。それ以降、20世紀アメリカ児童文学は、環境への危機意識を表明する注目すべき作品を輩出してきた。その背景には、アメリカの急速な都市化と環境破壊の進行があったと考えられる。絵本のジャンルでは、ブラックの『アンガスとあひる』、バートンの『ちいさいおうち』等を始めとする多数の作品、児童書のジャンルでは、ワイルダーの『大きな森の小さな家』、ローソンの『ウサギの丘』等を始めとする多くの作品が書き継がれてきた。結論として言えることは、子ども像に大きな変化は生じたのは第2次大戦後のことになるが、環境意識の変化はほぼ20世紀初頭に見られ、現代に近づくにつれその深刻さの度合いを深めてきたことである。研究二年目の本年度は、1940年代から60年初期に至るアメリカ児童文学における子ども像と環境への意識の高まりについて、日本の児童文学との比較を交えて調査研究した。研究への助言と協力を得たのは、所属する「文学・環境学会」の会員を初めとして、財団・日本環境フォーラムの理事長である岡島成行氏、フリーのネイチャーライターの加藤則芳氏らである。1940-50年代のアメリカ児童文学においては、明らかに環境破壊への危機意識を持つ作家・作品が増加したことが第一に指摘しうるだろう。

日本でもよく読まれているバートンの絵本『ちいさいおうち』(1942)、エッツの『わたしとあそんで』(1955)、児童書ではR.ローソンの『ウサギの丘』(1944)、E.B.ホワイトの『シャーロットのおくりもの』(1952)等は、自然環境の危機に対する自覚がすでに明確に認められるばかりか、現代社会が学ぶべき自然環境への新たな姿勢が読み取れる。新たな姿勢とは何かと言えば、それは自然を人間の思いのままに利用し、支配する「人間中心主義」の考えではなく、いわば自然の声に耳を澄ます姿勢、「自然との共生」の必要性とその手立てを喚起・提唱する姿勢であると要約することが可能である。このような考え方と姿勢は、アメリカ社会が環境破壊への懸念を抱くようになった1960年代に先駆ける画期的なものと言えるだろう。その詳細については、青山学院大学英米文学科発行の学術雑誌「英文学思潮」において論じた。また、2007年秋に刊行予定の『英米児童文学の宝箱』および『英米絵本の宝箱』においてもそのことを指摘した。本研究は、19世紀後半から20世紀にかけて、アメリカの児童文学に見られる子ども像が大きく変化したという歴史的事実を明らかにした。子どもは小さな大人から可能性を秘めた存在へと変化し、自然観も破壊から保護へと変容した。自然環境の破壊が進んだ結果、保護意識が高まるが、児童文学においても人間と自然環境との共存を模索する作品が確実に増えてきた。このような変化が、20世紀アメリカ児童文学の変容の核心にある。大人が破壊してきた自然環境を、子どもが修復しようとする。20世紀の子どもたちは、世界を変革する先頭に立つのである。その先例が、小さな少女が大人たちのリーダーとなるボームの『オズの魔法使い』(1900)である。異なる者たちと動物との間に、連帯が深まる様を描くこのファンタジー作品には、20世紀が必要とする人間と人間、人間と自然環境との望ましい関係が提示されていると評価しうる。そのような考えを受け継ぐ作品が、現代に近づくにつれ増えてきた。V.L.バートン、M.H.エッツ、R.マックロスキーらアメリカを代表する絵本作家たちは、自然から学ぶ子ども像を繰り返し表現した。児童向け物語ジャンルにおいても同じことが言える。その先駆的作家が、20世紀半ばに活躍したR.ローソンであり、代表作の『ウサギの丘』(1944)である。戦時下に発表されたこの物語は、動物と人間という異なる種類の者たちに必要なことは、争いではなく理解であるとして、和解の必要性を主張する。1960年代に登場したS.オデルはそのような考えを推し進めた結果、動物と人間は異なる他者であるとの前提で、相互の理解を主張した。オデルの立場は、今や児童文学界の共通認識となっているのである。
人物動作の推定による実写画像とCGの合成

CGベースの仮想衣服の生成方法としては,布の特性値を考慮したシミュレーションや,ゴム板などの弾性体をシミュレーションした結果を利用するものなどさまざまな手法が提案されている.しかし,従来のCGベースの衣服では複雑な形状の衣服の作成や,複雑なしわの生成が難しく,合成結果が不自然に見えるという問題があった.そこで,本研究では,動作推定ソフトウェアから得られた人物動作の推定結果と実写映像とを用いて,実写ベースの仮想衣服を生成・合成する手法を提案した.実写ベースの仮想衣服を生成・合成するために,仮想衣服用の映像と,利用者の映像をあらかじめ用意し,利用者の姿勢に類似する姿勢の衣服画像を,衣服映像の中から選択し,合成する.そのため,利用者の姿勢・動作とまったく異なった姿勢・動作の衣服映像から利用者の姿勢・動作にあった衣服画像を得ることは難しい.そこで,入力映像中の人物の動作を歩く,回転するという基本的な動作のみに限定した.また,衣服映像は,仮想衣服としたい衣服を着用している人物に入力映像の人物に近い姿勢・動作をさせたものとした.更に,CGベースのヘアスタイルの生成方法としては,頭部の3次元モデルに短冊状に細い髪を貼り付けて,髪の模様をテクスチャマッピングするなどの手法がある.しかし,CGベースの仮想衣服同様,複雑な形状のヘアスタイルの作成や,複雑な髪のシミュレーションが難しく,合成結果が不自然に見えるという問題があった.そこで,本研究では,頭部の3次元姿勢の推定結果と実写映像とを用いて,実写ベースのヘアスタイルを生成・合成する手法を提案した.本研究では,入力した人物の動画像から3次元姿勢を推定して,画像中の人物の姿勢と一致したCG画像を生成する.13年度は,姿勢推定部の基本的な問題に取り組み,1)姿勢推定の自動化と,2)ロバストネスの向上を行った.1)姿勢推定の自動化従来手法ではフレーム間の動作推定を自動的に行うことができるが,初期フレームでの位置合わせや,身体形状に合わせた人体モデルの作成等で人手が必要な部分が多い.これらの問題を解決して姿勢推定の自動化を行った.初期フレームの位置合わせ手法としては,まず人物画像のシルエットを抽出して,中心線に人体モデルを一致させる.最適化に拡張カルマンフィルタを用いることにより,入力データの信頼性を考慮に入れて高精度な推定を行った.2)動作推定のロバストネスの向上動作推定の過程で物理モデリングを併用することで,局所的な隠れや照明変化に対する姿勢推定の安定性を向上する手法を提案したCGベースの仮想衣服の生成方法としては,布の特性値を考慮したシミュレーションや,ゴム板などの弾性体をシミュレーションした結果を利用するものなどさまざまな手法が提案されている.しかし,従来のCGベースの衣服では複雑な形状の衣服の作成や,複雑なしわの生成が難しく,合成結果が不自然に見えるという問題があった.そこで,本研究では,動作推定ソフトウェアから得られた人物動作の推定結果と実写映像とを用いて,実写ベースの仮想衣服を生成・合成する手法を提案した.実写ベースの仮想衣服を生成・合成するために,仮想衣服用の映像と,利用者の映像をあらかじめ用意し,利用者の姿勢に類似する姿勢の衣服画像を,衣服映像の中から選択し,合成する.そのため,利用者の姿勢・動作とまったく異なった姿勢・動作の衣服映像から利用者の姿勢・動作にあった衣服画像を得ることは難しい.そこで,入力映像中の人物の動作を歩く,回転するという基本的な動作のみに限定した.また,衣服映像は,仮想衣服としたい衣服を着用している人物に入力映像の人物に近い姿勢・動作をさせたものとした.更に,CGベースのヘアスタイルの生成方法としては,頭部の3次元モデルに短冊状に細い髪を貼り付けて,髪の模様をテクスチャマッピングするなどの手法がある.しかし,CGベースの仮想衣服同様,複雑な形状のヘアスタイルの作成や,複雑な髪のシミュレーションが難しく,合成結果が不自然に見えるという問題があった.そこで,本研究では,頭部の3次元姿勢の推定結果と実写映像とを用いて,実写ベースのヘアスタイルを生成・合成する手法を提案した.
微粒子の生成過程に及ぼす水添加燃焼の効果

ディーゼル機関の燃焼過程で生成する窒素酸化物(NO_X)と微粒子(すす)はトレードオフの生成要因をもつため同時低減は困難である。これに対して,燃焼室内に水を導入する水添加燃焼(乳化燃料の使用,燃料と水との層状噴射など)は燃焼の悪化を抑えながらNO_Xを削減しうる手法として知られている。しかし,燃焼過程で生成する微粒子ならびに吐煙に対して及ぼす影響には不明な点が多い。本研究では,はじめに水乳化燃料使用時における吐煙生成の蛍光を明確にすることを目的として,実機関を用いて実験を行った。すなわち,実験パラメータとしてベース燃料の種類(軽油,および植物油のエステル化燃料;バイオディーゼル油の2種),EGR適用の有無,および水添加率などを設定して調べた結果,これらすべての実験において,乳化燃料を使用した場合には水添加なしに比べ吐煙濃度が顕著に低減することが明らかとなった。つぎに,微粒子やNO_Xなどの生成過程を時系列的に明らかにすることを目的として,現象を単純化した模型実験を計画した。すなわち,ディーゼル機関の燃焼をモデル化した燃焼室,雰囲気条件の準備を行うための高温高圧空気作製容器,燃焼を任意の時刻で中断するためのソレノイド駆動の隔膜破断装置,膨張した燃焼ガスをとどめておくためのガス膨張室,および燃料単発噴射装置などで構成される実験装置を製作した。燃焼室とガス膨張室とは隔膜(薄い鋼板)で仕切られており,この隔膜をソレノイド駆動の撃針により瞬時に破断することでガスを急速に膨張室に導いて燃焼を中断する。試作の結果,封入空気の初期圧力と温度がそれぞれ2MPa,450°Cの条件で実験が可能な装置を作ることができた。しかし着火遅れが実機に比べ長いなど,ディーゼル燃焼としては不十分であることから,微粒子生成量に関する正確なデータがとれるよう,さらに装置の改良が必要である。ディーゼル機関の燃焼過程で生成する窒素酸化物(NOx)と微粒子(すす)はトレードオフの関係にあるため、同時低減が困難である。これに対して、燃焼室内に水を導入する水添加燃焼は燃焼の悪化を抑えながらNOxを削減しうる手法として知られている。しかし、微粒子の生成に対して及ぼす影響は必ずしも明確ではない。本研究では現象を単純化した模型実験を行うことにより、水添加燃焼時の微粒子ならびにNOxなどの生成過程を時系列的に明らかにする。本年度は、上記目的のために、ディーゼル噴霧燃焼(初期圧力:3MPa、初期温度:500°C、空気過剰率:25)ができるような高温・高圧形定容燃焼器の設計、および製作を行った。すなわち、高温高圧空気作製容器を燃焼室とは別に設けて、両容器をステンレス鋼製細管(内径×外径=2mm×4mm)で接続し、燃焼用空気を供給する構造とした。燃焼容器には、隔膜破断法により燃焼ガスを瞬時に膨張させ、燃焼反応を凍結できるようなガスサンプリング用の膨張室が設けられている。燃焼室と膨張室とはガス通路を介してつながっており、ここに隔膜(薄い鋼板)をセットして両画室が仕切られる。燃焼開始から任意の時間が経過した時点で、ソレノイド駆動による針を用いて隔膜を機械的に破断し、ガスを急速に膨張室に導いて燃焼を中断・凍結する。現在の到達点として実験装置全体の製作を終了し、部品ごとに機能の確認を行った。その結果、高温高圧空気作製容器は上述の圧力および温度条件を満足することを確認した。しかし、ガスが膨張するのに要する時間が長いなど、燃焼室ならびに隔膜破断部には改良すべき点がいくつかあり、早急に解決して燃焼実験を行う予定である。

ディーゼル機関の燃焼過程で生成する窒素酸化物(NOx)と微粒子(すす)はトレードオフの生成要因をもつため同時低減は困難である。これに対して、燃焼室内に水を導入する水添加燃焼(乳化燃料の使用,燃料と水との層状噴射など)は燃焼の悪化を抑えながらNOxを削減しうる手法として知られている。しかし,燃焼過程で生成する微粒子ならびに吐煙に対して及ぼす影響には不明な点が多い。本研究では,はじめに水乳化燃料使用時における吐煙生成の傾向を明確にすることを目的として,実機関を用いて実験を行った。すなわち,実験パラメータとしてベース燃料の種類(軽油,および植物油のエステル化燃料;バイオディーゼル油の2種),EGR適用の有無,および水添加率などを設定して調べた結果,これらすべての実験において,乳化燃料を使用した場合には水添加なしに比べ吐煙濃度が顕著に低減することが明らかとなった。つぎに,微粒子やNOxなどの生成過程を時系列的に明らかにすることを目的として,現象を単純化した模型実験を計画した。すなわち,ディーゼル機関の燃焼をモデル化した燃焼室,雰囲気条件の準備を行うための高温高圧空気作製容器,燃焼を任意の時刻で中断するためのソレノイド駆動の隔膜破断装置,膨張した燃焼ガスをとどめておくためのガス膨張室,および燃料単発噴射装置などで構成される実験装置を製作した。燃焼室とガス膨張室とは隔膜(薄い鋼板)で仕切られており,この隔膜をソレノイド駆動の撃針により瞬時に破断することでガスを急速に膨張室に導いて燃焼を中断する。試作の結果,封入空気の初期圧力と温度がそれぞれ2MPa,450°Cの条件で実験が可能な装置を作ることができた。しかし着火遅れが実機に比べ長いなど,ディーゼル燃焼としては不十分であることから,微粒子生成量に関する正確なデータがとれるよう,さらに装置の改良が必要である。
新たに発見された天然光合成系の合成化学的構築と構築体を用いる光合成反応の研究

(第1章)食用キノコ,トキイロヒラタケの色素タンパク質の(1)アミノ酸分析(17種のアミノ酸から構成),(2)糖鎖分析(ガラクトースからなる糖鎖を含む),(3)電気泳動(SDS-PAGE),(4)MALDI/TOF-MS,(5)蛍光X線分析,(6)ICP(Inductively Coupled Plasma),(7)再構成実験から,この色素タンパク質は(a)金属(FeあるいはZn)を介した色素(Indolone)と糖タンパク質との結合体(天然超分子)であること,(b)分子量25200と23700の両タンパク質[内一方(23700)が色素と結合]からなるヘテロダイマーであることが明らかとなった。さらに,分子量23700のタンパク質部分のみの単結晶X線構造解析の結果から,7本のα-ヘリックス構造を有することも判明した。この色素タンパク質の水溶液をタングステン電球(45W)で光照射するとO_2の発生が認められた。15回ほど間欠照射してもO_2の発生は明らかに認められたが,色素をとった糖タンパク質だけではO_2の発生はまったく認められなかった。次に、暗反応をHPLCで追跡した。本キノコから色素タンパク質を抽出した新鮮な水溶液にCO_2を飽和し,光照射するとHPLC(カラム:Shim-pack SCR-10SH)からピルビン酸の生成が顕著に認められ,また,CO_2に由来するシュウ酸の生成のほか,他のカルボン酸の生成も認められた。カラムをASAHIPAK・GS-320HQに変えると色素タンパク質,ATP(ADP),NADPH(NADP)と共に17種のアミノ酸および光合成の前駆体として重要なglucose,glucose-6-phosphate,fructose-6-phosphate,ribulose-1,5-bisphosphateおよび3-phosphoglycerateの生成が認められ,これらの生成スキームについても検討を加えた。光合成で生じる17種のアミノ酸が本キノコのタンパク質のアミノ酸類分析結果と一致することから,これらのアミノ酸は最終的にはタンパク質に誘導されるものと結論される。(第2章)我々は,新しい光合成色素,インドロン(1)の化学合成を目的とした研究の展開中に,まず構造の類似したイサチン(2)が,どのようにα-CyDに認識され,水溶性イサチン/α-CyD包接体を構築するかに興味をもち検討したところ,インドロン/α-CyD包接体と同様,安定な水溶性包接体が効率的に得られた。得られた包接体の構造は,元素分析,比施光度,電子スペクトル,CD,IR,^1H-および^<13>C-NMRスペクトルを測定し,それらの解析結果から確認した。なお,電子スペクトルデータの解析結果は,インドロン/α-CyD包接体の方がイサチン/α-CyD包接体よりもより強い電荷移動相互作用があることを示唆した。次に,先に我々は,発茸三日目のトキイロヒラタケの細胞内物質として新規有機三リン酸塩のMagnesium 1-Benzoyloxy-2-mercaptopropane-3-triphosphate (A)を見い出している。そこで,今回我々は,このAが本キノコの菌糸生育から子実態形成および成長にかけて,何らかの生物活性をもつのではないかと考え,このAの化学合成を目的とした研究の展開中に,まず構造の類似した水溶性の1-Benzoylglycerol(3)を合成し(収率36.4%),さらに本キノコに対する生物活性についても鋭意検討したところ,すこぶる発茸および成長を促進させる効果があることを見い出した。なお,この化合物3は新規であり,また,この生体分子メカニズムについては大変興味がもたれ,現在鋭意検討中である。

カラムをASAHIPAK・GS-320HQに変えると色素タンパク質,ATP(ADP),NADPH(NADP)と共に17種のアミノ酸および光合成の前駆体として重要なglucose,glucose-6-phosphate,fructose-6-phosphate,ribulose-1,5-bisphosphateおよび3-phosphoglycerateの生成が認められ,これらの生成スキームについても検討を加えた。光合成で生じる17種のアミノ酸が本キノコのタンパク質のアミノ酸類分析結果と一致することから,これらのアミノ酸は最終的にはタンパク質に誘導されるものと結論される。(第2章)我々は,新しい光合成色素,インドロン(1)の化学合成を目的とした研究の展開中に,まず構造の類似したイサチン(2)が,どのようにα-CyDに認識され,水溶性イサチン/α-CyD包接体を構築するかに興味をもち検討したところ,インドロン/α-CyD包接体と同様,安定な水溶性包接体が効率的に得られた。得られた包接体の構造は,元素分析,比施光度,電子スペクトル,CD,IR,^1H-および^<13>C-NMRスペクトルを測定し,それらの解析結果から確認した。なお,電子スペクトルデータの解析結果は,インドロン/α-CyD包接体の方がイサチン/α-CyD包接体よりもより強い電荷移動相互作用があることを示唆した。次に,先に我々は,発茸三日目のトキイロヒラタケの細胞内物質として新規有機三リン酸塩のMagnesium 1-Benzoyloxy-2-mercaptopropane-3-triphosphate (A)を見い出している。そこで,今回我々は,このAが本キノコの菌糸生育から子実態形成および成長にかけて,何らかの生物活性をもつのではないかと考え,このAの化学合成を目的とした研究の展開中に,まず構造の類似した水溶性の1-Benzoylglycerol(3)を合成し(収率36.4%),さらに本キノコに対する生物活性についても鋭意検討したところ,すこぶる発茸および成長を促進させる効果があることを見い出した。なお,この化合物3は新規であり,また,この生体分子メカニズムについては大変興味がもたれ,現在鋭意検討中である。先に我々は,傘の表も裏も美しいピンク色をした食用キノコ,トキイロヒラタケの新しいタイプの光合成機能性色素[3H-インドール-3-オン(1)(通称,インドロン)-タンパク質]の三次構造の解明の一助として,インドロン/α-シクロデキストリン(α-CyD)包接体を構築し,2,3の興味ある知見を得ている。そこで,今回我々は,インドロン1の化学合成を目的とした研究の展開中に,まず構造の類似したイサチン(2)が,どのようにα-CyDに確認され,水溶性イサチン/α-CyD包接体を構築するかに興味をもち検討したところ,インドロン/α-CyD包接体と同様,安定な水溶性包接体が効果的に得られた。得られた包接体の構造は,元素分析,比旋光度,電子スペクトル,CD,IR,1H-および13C-NMRスペクトルを測定し,それらの解析結果から確認した。次に,先に我々は,発茸三日目のトキイロヒラタケの細胞内物質として新規有機三リン酸塩のMagnesium 1-Benzoyloxy-2-mercaptopropane-3-triphosphate(A)を見い出している。
コンカレントトレーニングが骨格筋及び心臓血管系に与える影響とそのメカニズムの解明

今年度の研究では、持久性運動の強度の違いがレジスタンス運動後の筋肥大に関連する細胞内シグナル伝達経路の活性化に与える影響について検討した。健康な若年男性6名はまず、本実験の2週間以上前に、LT・OBLA及び最大酸素摂取量の決定のために、エルゴメータを用いて漸増負荷テストを実施した。本実験当日はまず、約30分間の仰臥位安静の後、左脚の大腿四頭筋外側部から安静時の筋を摘出した。筋摘出60分後に、LTもしくはOBLA強度でのサイクリング運動を20分間実施した。各条件での運動は約1ヶ月の期間を空けて各々実施した。サイクリング運動終了90分後にBIODEX system 3を用いて右脚でレジスタンス運動を実施した(30度/秒で6レップ×4セット、セット間休息120秒)。運動終了後は、再度仰臥位にて安静を保ち、レジスタンス運動終了60分後に、右脚から2回目の筋サンプルを摘出した。筋肥大に関連する細胞内シグナル伝達経路の活性化はウエスタンブロッティング法を用いて分析した。まずmTOR系に関して、mTORのリン酸化は運動前に比べて運動後で増加傾向(p=0.135)を示したが、交互作用は認められず、両条件間に有意な差は認められなかった。またS6K1のリン酸化には時間の効果が認められ、運動後に有意に(p<0.05)増加したが、交互作用は認められず、条件間で違いは観察されなかった。一方でMAPK系に関して、ERKのリン酸化も運動前と比較して運動後で増加傾向(p=0.163)が認められたが、交互作用は認められず、条件間で差はみられなかった。従って、本研究の結果から、サイクリング運動であればレジスタンス運動と組み合わせた場合でも、その運動強度にかかわらず、レジスタンス運動によって引き起こされる筋肥大に関連したシグナル伝達経路の活性化に大きく影響することはないことが示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究の目的は、持久性運動の強度の違いがレジスタンス運動時のトレーニング量に与える影響にっいて検討することであった。健康な若年男性6名を対象に実施した。被験者はまず、乳酸閾値(LT)・血中乳酸蓄積開始点(OBLA)及び最大酸素摂取量の決定のために、漸増負荷テストを実施した。その後、各被験者は以下の3条件での本実験を約1週間の期間を空けてそれぞれ実施した:1コントロール(CON条件)、2LT強度でのランニング(LT条件)、3OBLA強度でのランニング(OBLA条件)。各運動強度でのランニング後にレジスタンス運動(膝伸展運動)時のトレーニング量(拳上回数×セット数)及び等尺性膝伸展筋力を評価した。膝伸展運動は最大拳上重量の70%の強度で3セット実施し、各セットにおける拳上回数を評価した。等尺性膝伸展筋力は運動前、運動直後、運動1時間後、運動4時間後、運動8時間後に測定した。膝伸展運動の総拳上回数はCON条件(23.8±3.4回)とLT条件(23.7±7.0回)で違いは認められなかったが、OBLA条件(19.7±4.9回)ではCON条件に対して有意(p<0.05)に低下した。等尺性膝伸展筋力には時間と条件の主効果及びこれらの交互作用が認められた。LT条件では運動直後にCON条件に比べて筋力の低下がみられたが、運動1時間後にはCON条件と同等の値まで回復していた。一方、OBLA条件では運動直後にCON及びLT条件に比べて大きな筋力低下が認められ、運動8時間後においても両条件よりもその値は低いままであった。若年男性を対象として、OBLA強度の持久性運動に続いてレジスタンス運動(膝伸展運動)を行った場合にはそのトレーニング量が有意に低下したが、LT強度での持久性運動はその後のレジスタンス運動のトレーニング量に大きな影響を与えない可能性が示唆された。

一方でMAPK系に関して、ERKのリン酸化も運動前と比較して運動後で増加傾向(p=0.163)が認められたが、交互作用は認められず、条件間で差はみられなかった。従って、本研究の結果から、サイクリング運動であればレジスタンス運動と組み合わせた場合でも、その運動強度にかかわらず、レジスタンス運動によって引き起こされる筋肥大に関連したシグナル伝達経路の活性化に大きく影響することはないことが示唆された。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。昨年度の研究目的は、持久性運動の強度の違いがレジスタンス運動時のトレーニング量に与える影響について検討することであった。研究の結果、大方当初の仮説通り、OBLA強度の持久性運動に続いてレジスタンス運動(膝伸展運動)を行った場合にはトレーニング量が有意に低下したが、LT強度での持久性運動はその後のレジスタンス運動のトレーニング量に大きな影響を与えない可能性が示唆された。本研究の目的は、レジスタンストレーニングと持久性トレーニングを組み合わせたコンカレントトレーニングのより効率的な実施条件について、運動強度の観点から検討することである。昨年度の研究では持久性運動の強度の違いによってレジスタンス運動時のトレーニング量に違いが出ることを明らかとした。引き続き本年度の研究では、持久性運動の強度の違いがレジスタンス運動によって引き起こされる筋肥大に関連した細胞内シグナル伝達経路の活性化に与える影響について検討していく予定である。
プラズマ中のタングステンイオン不純物挙動研究への原子過程からのアプローチ

本研究は、国際熱核融合実験炉や将来の核融合炉におけるプラズマ対向材料候補のタングステンのプラズマ中での挙動を分光計測手法で調べるため、原子分光モデルの構築とモデルの基礎である原子データの理論及び実験による生産と検証を行った。LHDプラズマで計測したタングステンスペクトルを解析し分光モデルで再現できた。また、スパッタリング実験でタングステン励起原子の運動量を計測し、プラズマへの放出過程を調べた。これにより、タングステンの発生から輸送までの総合的な挙動の理解とその制御へつながる成果を得た。タングステンィオンのプラズマ中の挙動と蓄積を分光計測手法で調べるために、サブタスクごとに研究を推進した。EBIT分光実験では、小型多価イオン源CoBITを用いた可視友び極端紫外(EUV)領域での低価数タングステンイオンの来同定ラインの観測と同定塗進め、Tokyo・EBITでは、44価と45価イオンの4s-4p遷移強度比の電子エネルギー依存性を調べて理論モデルと比較した。また、ECRイオン源で4価27価のWイオンビーム生成に成功し、電荷交換分光実験を24年度に開始する準備が整った。原子過程理論計算では、GRASPコードを用いて27価と26価イオンの原子構造の詳細計算を行い、CoBITで計湖した26価可視禁制線の同定を行った。HULIACコードを用いて20価から43価まで原子素過程データの計算を行い、分光モデルを構築した。一方、電子温度・密度を与えたときのイオン分布、放射損失量を計算する衝突輻射モデルも構築した。スパッタリング実験では、タングステン標的にKr+イオンビームを照射し、スパッタされたタングステンからの可視発光線を計測して運動量を評価した。プラズマ実験では、大型ヘリカル装置(LHD)にタングステンペレットを入射し、EUVおよび可視嶺域の分光計測を行い、電子温度変化に伴う5nm付近のスペクトル形状の変化や、16-22nmの擬似連続光も計測した。また、26価の可視禁制線の計測にも成功した。プラズマ中のタングステンイオンの空間分布を計測するために、高時間分解計測が可能なCCD検出器を整備し、既存のEUV斜入射分光器に設置した。LHDプラズマで41価44価イオンの発光線強度の空間分布を得ることができた。既存の不純物輸送コードを用いて解析を試みたが、実験結果の再現には現実よりも高い電子温度が必要となり、既存の電離・再結合速度係数の再評価が必要であることが明らかとなった。タングステンイオンのプラズマ中の挙動と蓄積を分光計測で調べるため、サブタスクごとに研究を推進した。年度末にまとめの会合を行い、研究の到達度、問題点、および今後の展開について検討を行った。EBIT分光実験では、極端紫外(EUV)領域での観測を進め、新たに26価の孤立した発光線を10nmに発見し、同定を行った。13価についても同定を進めている。ECRイオン源を用いた電荷交換分光実験では、17価のブロードな発光が観測された。スパッタリング実験では、スパッタされたタングステン励起原子からの可視発光線を計測し、発光強度の標的からの垂直距離依存性から、遷移によって垂直速度が変わるが、入射イオン種にはよらないなどの性質が分かった。水素イオン照射ではタングステン発光線が観測されず、スパッタリングイールドが非常に小さいことを実証した。理論計算では、GRASPコードによる原子構造計算や、HULLACコードによる原子素過程データ計算と衝突輻射モデルの構築を進め、分光計測との比較によりモデルの検証と改良を進めた。特に、32価前後のイオンでは、内殻励起による4d-4p遷移が6nm付近に見られるUnresolved Transition Arrayの形成に重要なことが分かった。また、電離モデルを発展させ、適用温度領域を広げた。一方、荷電交換電離断面積の理論計算では、タングステンイオンと衝突する水素の同位体効果が低エネルギー衝突で大きく見られることが分かり、実験での断面積計測による検証が待たれる。プラズマ実験では、中心温度が3keV程度までの様々なプラズマにおけるEUV分光データを蓄積した。多波長同時計測により3nm付近のスペクトルでイオン価数を同定し、EBITで発見された10nmの26価の発光線も検証した。44価、45価の空間分布計測を行い、タングステン輸送解析へ向け、前進した。タングステンイオンのプラズマ中の挙動と蓄積を分光計測手法で調べるために、前年度に引き続きサブタスクごとに研究を推進した。EBIT分光実験では、可視及び極端紫外(EUV)領域での833価Wイオンの観測と同定を進めた。ECRイオン源を用いた低価数Wイオンの電荷交換分光実験を行いEUV分光計測を行った。

理論計算では、HULLACコードを用いて20価から55価まで原子素過程データの計算を行い、分光モデルを構築し、また、FACコードで計算した原子素過程データを用いた14価から71価の分光モデルを構築し、大型ヘリカル装置(LHD)およびJT-60U装置によるプラズマ実験で得られたタングステンイオンスペクトルとの比較を行った。さらに、電離平衡時のイオン密度分布および放射損失量を計算する電離モデルを構築し、0.15keVの電子温度に対して計算を行った。スパッタリング実験では、タングステン標的にKr+およびAr+イオンビームを照射し、スパッタされたタングステンからの可視発光線を計測して運動量を評価し、発光線による違いを発見した。プラズマ実験では、EUVおよび可視領域の分光計測を行い、広い波長領域に対する分光データを得た。分光モデルによる計算との比較から、広い価数分布を仮定しなければスペクトルの再現が難しいことが分かった。またEUVでの発光線強度の空間分布計測も行い、45価の分布に対して既存の不純物輸送コードを用いた解析を行った。タングステン原子データ整備及び分光モデル構築はおおむね順調に進展している。大型ヘリカル装置での空間分布計測も可能となり、24年度には他の分光計測装置と共にデータが取得できる予定となっている。スパッタリング実験では運動量評価は出来るようになったが、インフラックス評価は検討が必要で、24年度の課題である。電荷交換分光実験は、イオンビーム生成に成功し、実験準備が整った。25年度が最終年度であるため、記入しない。中高価数のタングステンイオンについては原子素過程データの整備および分光モデル構築ができた。さらに電離モデルも構築でき、分光計測データの解析や不純物挙動を調べるための輸送モデル構築のための準備ができた。電子数が多い低価数タングステンイオンについては、エネルギーレベル数が膨大となり、原子素過程データの整備および分光モデルの構築が進んでいない。特に本研究に用いているHULLACコードは低価数イオンの計算精度が低く、他のコードによる原子素過程データの整備を検討する必要がある。プラズマ分光計測では、さまざまなプラズマ条件で、広い波長域での分光データが取得、蓄積されてきた。EBITやECRイオン源を利用した実験での分光データもそろってきており、分光モデルの検証も進められている。スパッタリング実験では、運動量評価は順調に進んでいるが、イールドの算定方法などの検討、理論による物理的考察を進める必要がある。24年度はタングステン原子データ整備と分光モデル構築を更に進めて、分光計測データ解析に用いることができるように整備する。EBIT分光実験で得られたスペクトルを使ってモデルの検証を行う。大型ヘリカル装置での視線上に電子温度・密度に分布がある場合の解析方法を確立させる。不純物輸送コードは、既存コードの問題点が明らかになったため、24年度は電離・再結合速度係数の評価を行い改良を目指す。電荷交換実験を開始し、分光データの取得を目指す。スパッタリング実験での運動量及びインフラックス評価について理論面から検討を進め、実験データの解析や比較検討を目指す。