hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己骨髄細胞による脳・脊髄外傷の機能回復療法の開発

この3年間に表記の研究課題に関して数多くの知見を得ることができた。すなわち、自己骨髄から分離した骨髄間質細胞(bone marrow stromal cells; BMSC)の生物学的特性を解明し、脳・脊髄内におけるBMSCの挙動を神経機能解析、DNAマイクロアレイ、免疫染色、光イメージング、MRIなどの手法を用いて多面的に解析した。この研究を通して、自己骨髄細胞を移植することによって、脳挫傷や脊髄損傷の患者さんの神経機能を回復させるための治療方法を開発する上で重要なステップを形成した。マウス脳梗塞モデル、および、ラット脊髄損傷モデルに骨髄間質細胞(bone marrow stromal cell;BMSC)を定位的に移植すると、BMSCが病変周囲に遊走して神経細胞特有の表現型を獲得するのみならず、神経細胞にのみ存在する受容体の機能を獲得して、脳梗塞や脊髄損傷周囲における受容体機能を改善させることを明らかとした。これらの結果は、それぞれJ Nucl Med誌(2006)、J Neurotrauma誌(2006)に掲載された。BMSCが神経細胞に分化する際の分子生物学的背景を明らかにする目的で、培養BMSCのマイクロアレイ解析を実施した。その結果、BMSCは神経細胞への分化誘導によって、その遺伝子表現型を変化させることが判明した。この結果はBrain Res誌(2006)に掲載された。BMSCが病変周囲に遊走するためには病変周囲で産生されるSDF-1、および、BMSCの膜表面に存在するSDF-1に特異的受容体であるCXCR4が必須の役割を果たしていることを、CXCR4ノックアウトマウスを用いた実験を実施することで明らかとした。現在、J Cereb Blood Flow Metab誌に投稿中である。BMSCと神経細胞の共培養実験系を確立した。この実験系を活用することにより、BMSCの一部が神経細胞そのものへ分化すること、一部は神経細胞と細胞融合することを初めて証明した。また、BMSCはBDNFやNGFの産生を増加させることで、glutamateに暴露された神経細胞を保護することも明らかとした。現在、Brain Res誌に投稿中である。びまん性脳損傷をシミュレートするラット脳損傷モデルを確立した。このモデルでは、脳MRIや免疫染色上、脳梁や側脳室に微小出血をきたし神経細胞の軸策が特異的に傷害される。水迷路試験を行なうと短期記憶障害が発生していることが判明した。現在、BMSCを定位的に移植してその治療効果を検討中である。ラット脊髄損傷モデルにおける軸索の損傷をMRIや免疫染色で正確にトレースする技術を確立した。現在、現在、BMSCを定位的に移植してその治療効果を検討中である。蛍光標識した骨髄間質細胞(bone marrow stromal cells; BMSC)をラット脊髄損傷モデルに移植して、生体において移植されたBMSCを可視化する技術を開発した(J Neurotrauma誌2005)。GFP遺伝子と鉄製剤で二重標識したBMSCをマウス脳梗塞モデルに移植して、BMSCが脳内で活発に増殖を繰り返していることを初めて証明した(Brain Res誌2005)。ラット脊髄損傷モデル、マウス脳梗塞モデルに移植されたBMSCが神経細胞に分化することで、病変周囲におけるGABA受容体機能を改善させることをオートラジオグラフィの手法を用いて証明した(J Nucl Med誌2006, J Neurotrauma誌2006)。BMSCの遺伝子プロファイリングを解析することでBMSCが神経細胞に分化する能力を有していることを分子生物学的に証明した(Brain Res誌2006)。BMSCが有しているCXCR4受容体が、脳梗塞周囲で産生されるSDF-1を感知して、脳梗塞周囲に遊走することをノックアウトマウスを用いて証明した(Brain Res誌2007)。BMSCは神経細胞と共存することで神経細胞に分化する能力を有していること、BMSCはさまざまな神経栄養因子を産生することで興奮性アミノ酸に暴露された神経細胞を保護することを、新たに開発した共培養システムを用いて証明した(J Neurosci Res誌2008)。仔ラット脊髄スライスに移植したBMSCが脊髄の基質を溶解させて、運動ニューロンからの軸索伸長を促進する作用を有していることを証明した(Neurorehabil Neural Repair誌in press)。高次脳機能障害を有するラットびまん性軸索損傷モデルを新たに開発し、BMSC移植が高次脳機能を改善させることを証明した(J Neurosci Method誌、Exp Neurol誌投稿中)。ラット脊髄損傷モデルに移植されたBMSCは下行性運動線維を保護することで下肢の運動機能を改善させることを証明した(J Neurotrauma誌投稿準備中)。G-CSFがBMSCの脳保護効果を賦活することを証明した(Stroke投稿準備中)。BMSCが有し七いるCXCR4受容体が、脳梗塞周囲で産生されるSDF-1を感知して、脳梗塞周囲に遊走することをノックアウトマウスを用いて証明した(Brain Res誌2007)。

BMSCは神経細胞と共存することで神経細胞に分化する能力を有していること、BMSCはさまざまな神経栄養因子を産生することで神経細胞を保護することを、新たに開発した共培養システムを用いて証明した(J Neurosci Res誌2008)。仔ラット脊髄スライスに移植したBMSCが運動ニューロンからの軸索伸長を促進する作用を有していることを証明した(Neurorehabil Neural Repair誌2008)。高次脳機能障害を有するラットびまん性軸索損傷モデルを新たに開発し、BMSC移植が高次脳機能を改善させることを証明した(Neuropathology誌2008, 2009)。ラット脊髄損傷モデルに移植されたBMSCは下行性運動線維を保護することで下肢の運動機能を改善させることを証明した(Neurosurgery誌2009)。G-CSFがBMSCの脳保護効果を賦活することを証明した(Cytokine誌2009)。ラット脊髄損傷モデル、ラット大脳脳挫傷モデルにおいてフィブリンがBMSSC移植の際の有用なバイオマテリアルであることを証明した(J Neurosurg誌2009, Neuropathology誌2009)。新規ポリマーを用いることでマウス脳梗塞モデルへのBMSC移植がより効率的に実施できることを確認した(Neurosurgery誌in press)。長波長蛍光物質でBMSCを標識してラット脳梗塞モデルに移植することで頭皮上から移植細胞を可視化した(Stroke誌投稿中)。ラット脳挫傷モデルにBMSCを頚動脈から移植することで神経症状の改善を認めた(Neurosurgery誌投稿中)。
重点領域研究「ヒューマン・インタフェース」の企画,準備

工場やオフィスのみならず社会のすみずにも高度の自立的な機械が普及してきているがこれらの機械と人とのインタフェースに,人の生理・心理および生活・文化と整合はかった人間的なインタフェースを実現することが大切であり,そのためには「物の原理」を中心に機械を設計するのでなく,「人の原理」を理解し,それに即した設計を進める必要がある.従来「物の原理」を重視するあまり,「人の原理」がないがしろにされてきたきらいもあった.本研究はヒューマン・インタフェースを推進する上で必要な「人の原理」を体系化し,概念を精選し,実験的試行を深める筋道を明確にし,将来の重点領域研究の企画・準備を目的としたものである.ヒューマン・インタフェースの重点領域研究は従来から進められてきた音声,映像,知的推論といった個別技術的な研究促進ではなく,インタフェースにかかわる基本的な人の原理を解明整理し,体系化することである.人は最大の資源である.この資源を生かすためにインタフェース設計ではその目標は,注意力負担,記憶負担の軽減や身体的,精神的拘束からの解放として改善を実現してきた.今後一層の改善が期待されるが,ヒューマン・インタフェース向上の目標は人の最大の資源である発想を促進し支援する機能を実現することである.本総合研究はその成果として,「脳と行動のモデル」,「心の原理」,「機械化と人間化」を主要研究項目とする重点領域研究計画を策定し提出した.これを研究報告書に収録する.またこの研究を通じて研究代表者と分担者は相互にまた関連分野で活躍する専門的な識者と緊密な交流を行い,多大な成果を上げることができた.それらの成果の一部を研究報告書資料編に収録する.工場やオフィスのみならず社会のすみずにも高度の自立的な機械が普及してきているがこれらの機械と人とのインタフェースに,人の生理・心理および生活・文化と整合はかった人間的なインタフェースを実現することが大切であり,そのためには「物の原理」を中心に機械を設計するのでなく,「人の原理」を理解し,それに即した設計を進める必要がある.従来「物の原理」を重視するあまり,「人の原理」がないがしろにされてきたきらいもあった.本研究はヒューマン・インタフェースを推進する上で必要な「人の原理」を体系化し,概念を精選し,実験的試行を深める筋道を明確にし,将来の重点領域研究の企画・準備を目的としたものである.ヒューマン・インタフェースの重点領域研究は従来から進められてきた音声,映像,知的推論といった個別技術的な研究促進ではなく,インタフェースにかかわる基本的な人の原理を解明整理し,体系化することである.人は最大の資源である.この資源を生かすためにインタフェース設計ではその目標は,注意力負担,記憶負担の軽減や身体的,精神的拘束からの解放として改善を実現してきた.今後一層の改善が期待されるが,ヒューマン・インタフェース向上の目標は人の最大の資源である発想を促進し支援する機能を実現することである.本総合研究はその成果として,「脳と行動のモデル」,「心の原理」,「機械化と人間化」を主要研究項目とする重点領域研究計画を策定し提出した.これを研究報告書に収録する.またこの研究を通じて研究代表者と分担者は相互にまた関連分野で活躍する専門的な識者と緊密な交流を行い,多大な成果を上げることができた.それらの成果の一部を研究報告書資料編に収録する.
海馬神経系における空間認知マップ生成とその自己言及ダイナミクス

空間的知覚情報が海馬神経系において統合され認知マップを生成するメカニズムを行動レベルから明らかにした。具体的には、ラットを用い、その行動可能空間が拡大する過程における空間認知マップ生成プロセスを、運動パターン変化を通して解析した。空間ナビゲーション課題として、最初に迷路空間1を学習させ、その後、新しい迷路空間2を接続して行動可能領域を拡大した。そして、このような空間拡大の前後においてスタートからゴールまでの移動距離を計測した。その結果、各試行ごとの移動距離変化のうち、新たな空間2を追加した後、オフセット成分では、学習済みの空間1の移動距離が一過的に増加し、その後両空間とも揃って減少した。また振動成分では、移動距離の増加減少リズムが出現した。さらに、その移動距離の増加、減少区間ごとに行動速度および角速度のゆらぎを評価すると、増加区間ではゆらぎが大きく減少区間では小さかった。これらの結果をまとめると、1)空間認知マップは部分空間ごとに独立に形成されるのではなく、既存マップと新たな空間知覚情報を統合する形で、空間全体に関するマップとして発展的に生成されること、さらに2)仮説的マップ生成とそれに基づく空間解釈と呼び得る、意味的に異なるプロセスが経時的かつ循環的に進行し、空間認識を発展的に達成されること、の2点が示唆された。
マイクロプロセッサの形式的仕様記述・検証に関する研究

交付申請書に記載の通り、次の通り研究を行った。(1)形式的設計検証に関する研究従来の等価性や包含性の概念のもとでは、パイプライン処理などを行うマイクロプロセッサの等価性を論じることは難しかった。そこで、本研究では、レジスタやメモリなど命令セットによって仮定されている資源それぞれにおける値の変化に注目して、パイプラインやス-パスケーラなど種々の設計に対して、統一的な等価性の定義を与え、また、これに基づいた検証手法を開発した。また、この手法を実装するためには、大規模な回路の表現する関数に対する等価性判定など種々の演算を高速にまた少ない記憶容量で実現する必要性があることが明らかとなったため、二分モーメントグラフと呼ばれる、関数の新しい表現手法を導入して、特に従来手法では指数時間を要した乗算器に対する多項式時間の処理方式を新たに示した。これらの手法を融合させたマイクロプロセッサの検証システムの開発が今後の課題である。(2)仕様記述に関する研究これまで時相論理による仕様記述に対する検証手法の開発を行ってきており、この際、主に検証効率が良いことから分岐時間型の時相論理を用いてきたが、記述が直観に反し、繁雑であるといった問題点があった。これに対して、本研究では線形時間型の時相論理に基づく論理関数処理を用いた手法を開発・実装した。
第一原理電子構造計算による強誘電体表面の研究

本年度は窒化物(IrN_2,OsN_2)の構造と電子状態を第一原理計算により解析した。これらの物質は、高圧・高温という条件下で新規に合成された化合物である。バルクモジュラスが非常に大きいことから高硬度材料の候補として注目されている。本研究の主題である強誘電体とは少しそれるが、緊急性のある課題として研究を実施した。これらの物質の構造の詳細が実験により判明していないため、まず類似物質をデータベースで検索し、構造モデルを構築した。仮定した構造モデルに対して第一原理計算を実施し、その構造の安定性と電子構造を調べた。その結果、どちらの化合物に対しても安定な構造が得られ、実験で得られたX線回折パターンとラマンスペクトルをよく説明できることから、得られた構造が実際に合成されたものと考えられる。電子構造については、OsN2がフェルミ面付近に擬ギャップを持つ金属、IrN2が小さなギャップを持つ絶縁体になるといことが第一原理計算から予測される。これらの擬ギャップや実際のギャップの起源は、それぞれの構造が持つ特性のために、価電子バンドの一部が結合軌道と反結合軌道に分裂して生じることが、電子密度と状態密度の解析により明らかとなった。誘電体に関しては、Ba_xSr_<1-x>TiO_3というペロブスカイト型化合物について、バルクと表面の構造と電子状態の解析を進めてきた。この研究については今後も解析を進めてゆく予定である。典型的な誘電体であるABO_3型ペロブスカイト酸化物の表面は、多くの研究グループにより実験・理論の両面から盛んに研究されてきた。特に、SrTiO_3とBaTiO_3の(001)理想表面は最も簡単な非極性面として詳細な理論計算が実施されている。最表面では陰イオンの酸素に比べて、陽イオンが真空側に変位していることがこれまでの研究から明らかとなり、第一原理計算によって得られた結果は定量的にも実験結果と一致する。我々は、複数のペロブスカイト型酸化物の第一原理計算を行い、得られた表面構造や電子構造を比較することにより、AイオンやBイオンの違いが与える影響を解析している。今年度はBaTiO_3とBaZrO_3を解析することにより、Bイオンの違いが表面での原子位置や電子構造に与える影響を調べた。その結果、最表面での陽イオンと陰イオンの変位差がBaZrO_3ではBaTiO_3よりも小さくなることがわかった。さらに、BaZrO_3では表面第二層の構造緩和が重要であることが明らかとなった。この2つの現象の原因は、ZrがTiよりも大きなイオン半径を持つため、BaZrO_3の格子定数がBaTiO_3に比べて伸びていることに起因する。大きな格子定数は、酸素が変位した場合の近接陽イオンからの斥力を減少させ、結果として表面第二層に位置する酸素原子の構造緩和を増大する。これが最表面の陽イオンを真空側に押しあげ、表面での陽イオンと陰イオンの変位差を減少させる原因となる。
半導体上金属超薄膜の電子構造と力学的耐久性の内部応力による変化

Si(111)結晶表面、および蒸着炭素やガラス非晶質表面に110nm厚のインジウム(In)、鉛(Pb)、銀(Ag)の薄膜を分子線蒸着法やスパッタリング法で形成した。反射高速電子線回析(RHEED)と電子エネルギ-損失分光(ELS)により膜の2次元結晶構造と電子状態を調べた。Si(111)表面上のInとPbにおいて、膜厚と温度に関する相図を完成することができた。その後エピ成長する膜においては、表面原子の価電子あるいは殻準位からの遷移を観測できたが、多結晶的になると信号は著しく減少した。透過電子顕微鏡(TEM)において、島状構造の形状と分布を観察し、成膜過程後期で生じる支配的な相互作用として、特にスパッタリングにおいて、イオン衝撃による表面の温度上昇の効果、絶緑性基板上の金属島粒子の帯電効果が明かになった。実用条件下での膜の耐久性については、主として付着強度と内部応力の観点から測定を進め、近年利用が盛んになった厚さ100nm以下の膜の成膜条件依存やそれらの多層膜構造の組み合せの適性について評価を行なった。内部応力は膜の配向性および膜自体の耐久性と関係があり、スパッタリング成膜過程では圧力への依存が大であった。付着強度の測定値の平均としては内部応力としては内部応力に関係することはなかったが、基板表面の汚れや粗さがひどい場合には外力による応力が集中する原因となり、特にセラミックなどの脆性破壊をする薄膜の強度のばらつきを増大させることがわかった。さらにこれらが、ゼロ正のバイアスをかけた場合は真空蒸着膜の構造に近く、負のバイアスを印刷すると島は小粒で均質になり、基板にかけるバイアスにより制御できることを示した。Si(111)表面の上にPbを13原子層厚だけ蒸着して生じる超構造を反射高速電子線回折(RHEED)で観察した.実験は10^<-8>Pa程度の超高真空中で行った. Si試料を加熱清浄処理した後に,毎秒0.01原子層程度のPb分子線を照射すると, 2種類の+ュCP次は島状膜の成長と内部応力の増大,またスパッタ膜での表面構造の観察を計画している.プラズマと基板とを隔離したRFマグネトロンスパッタ装置において、6×10^<-3>TorrのAr雰囲気のもとでSi(100)結晶面を基板として鉛をスパッタした。ターゲット上の平均電力密度は1W/cm^2で、成膜速度は〓/Sであった。基板に印加したバイアスは0/-150Vであった。X線回折による格子定数および基板の巨視的変形のそれぞれから鉛膜の内部応力を求めた。バイアスがOVにおいて5×10^7Pa程度の引張性応力を示し、負のバイアスによってそれが緩和される方向に変化した。実際の膜構造は、電子顕微鏡で観察した。厚さ25mmの鉛膜は110mmの径の島状を呈している。厚さが増すにつれ、単に島が合体する以上の巨大な粒がまばらに形成されていく。この粒は100300mmの直径になるとそれ以上はあまり大きくならず、新しい巨大粒がその間隔に成長してくるようにみえる。厚くなった膜は表面が粒で覆れたような形態をしている。内部応力のうち3×10^7Pa程度は成膜時の基板温度が200°c程度になるため熱歪みの影響であろう。ただし、バイアスを深くするとイオン衝撃の量も増すために基板温度が上昇し、結晶性の向上がみられるものの応力はあまり緩和されない。イオン衝撃の効果はX線で測定される粒よりもむしろ基板を一面に覆っている層状部分に作用し、基板の変形では表面に圧縮性応力が生じているような結果をもたらした。

表層にArイオンが打ち込まれたり、割り込み原子を生じさせたりしている効果であろう。微小摩擦機により膜の付着強度と摩擦係数を測定した。スクラッチに対し鉛膜は容易に塑性変化を起こし潤滑効果を示した。膜厚が増すにつれ、摩擦係数は徐々に増え300mm厚程度で一定値となった。これは鉛固体の特徴であり、鉛の弾性限界が著しく低いために、バイアス印加による硬化現象はとくに見出せなかった。プラズマと基板とを隔離したRFマグネトロンスパッタ装置において550mTorrのAr雰囲気で1nm厚のAgの超薄膜を形成した。透過電子顕微鏡によると膜は島状であり、島直径と島間距離の分布を画像解析により測定した。基板にゼロ正のバイアスをかけた場合は真空蒸着膜の構造に近く、島の成長に伴って島の合体が起こり、その間隙に新たな核生成成長が生じるのが観察された。したがって、島径や島間距離は広い分布をもった。一方、負のバイアスを印加すると、島は小粒で均質になった。島径の分布はバイアスを深くすると共にシャ-プになり、島間距離の動径分布関数は長距離に至るまで秩序が現れている。これはイオンの衝撃による基板温度の上昇により表面原子の移動が促進されると同時に島の帯電によって斥力が作用すること、大きな粒が静電エネルギ-的に不安定になることを示している。この効果はスパッタ圧力が低いほど顕著であった。質量分析計を用いた飛来イオンのエネルギ-測定とあわせると成膜速度あたりのイオンエネルギ-が300ev/Agを超すと膜が形成されないことがわかった。膜内の応力は圧力の低下と共に圧縮性になり、Arの打込みによる気泡が観察されるようになる。摩擦係数はバイアスが深いほど小さめの値を示す。結晶粒が小さくなって硬度が高まる一方で、塑性変形に伴う粒界部の抵抗力が小さくなるためと考えられる。基板温度を150200°Cに保つとAr気体の取り込みを小さくできるので、さらにイオン衝撃によって表面の清浄化がすすみ、付着強度が高まる。同種の実験をLaB_6膜の形成に適用したところ、内部応力と結晶粒の配向性に強い相関が認められ、バイアスの印加で膜の電気特性と力学特性をその場で制御する具体的技術が確立した。
エノラートの合成と反応の不斉触媒化

エノラートイオンは有機合成化学において最も繁用される反応中間体である。従って、その合成と反応は、有機合成化学に膨大な背景を持っている。本研究において我々は、下記の3種の触媒的不斉合成反応を開拓した。1.触媒的不斉脱プロトン化反応:脱プロトン化反応の速度は、三配座型リチウムアミドを用いた場合には、二配座型リチウムアミドを用いた場合に比べてかなり遅いことを見出した。この新知見を基に、二配座型キラルアミンと三配座型アキラルリチウムアミドを組み合わせることにより、触媒的不斉脱プロトン化の端緒を拓いた。2.触媒的不斉アルキル化反応:リチウムエノラートのアルキル化反応は、四配座型アミンを添加すると大きく反応速度が上昇し、二配座型アミンの添加では、反応速度への影響は殆どないことを見出した。この新知見を基に、四配座型キラルアミンと二配座型アキラルアミンを組み合わせることにより、触媒的不斉アルキル化を実現した。3.触媒的不斉プロトン化:アキラルなリチウムエノラートのプロトン化反応を、0.2当量の四配座型キラルアミン存在下に、溶媒に不溶なプロトン源で不斉プロトン化反応にし得ることを見出した。本反応の不斉触媒機構を検討中である。1.触媒的不斉脱プロトン化反応触媒量の含フッ素キラルアミンと過剰の三配座型アキラルリチウムアミド間のリチウム水素変換反応に基づく4置換シクロヘキサノンの触媒的不斉脱プロトン化反応の検討を行った。触媒量のキラルアミン(0.3当量)、アキラルリチウムアミド(2.4当量)を用い、THF中不斉反応を試みたが化学収率、不斉収率共に量論反応の結果に比べ著しく低い結果に終わった。リチウムアミド、アミン、リチウムエノラートの会合状態を変化させ所望の生成物を与える会合種の存在比率を高めるため添加剤を種々検討したところ、HMPAを2.4当量DABCOを1.2当量添加することで化学収率、不斉収率共に劇的に向上し量論反応に匹敵する結果(79%ee、83%収率)が得られ、リチウム水素交換反応による触媒的不斉説プロトン化反応の実現に初めて成功した。2.触媒的不斉アルキル化反応アキラルリチウムエノラートの不斉アルキル化反応は、当教室により開発された四配座型キラルアミンにより反応加速され、リチウムプロミド存在下極めて高い不斉収率で所望のαアルキルケトンを与えることを既に報告している。このキラルアミンを触媒量に減らすと反応はわずかしか進行しない。これは副生する過剰のリチウムプロミドが反応抑制の原因と考え、その捕捉剤としてアキラルジアミンであるTMEDAを反応系に共存させたところ、触媒反応は進行し高い不斉収率で所望の生成物を得ることに初めて成功した。以上のように新規な不斉触媒反応の方法論の開発に成功した。従って、その合成と反応は、有機化合化学に膨大な背景を持っている。この新知見を基に、二配座型キラルアミンと三配座型アキラルリチウムアミドを組み合わせることにより、触媒的不斉脱プロトン化の端緒を拓した。2.触媒的不斉アルキル化反応:リチウムエノラートのアルキル化反応は、四配座型アミンに添加すると大きく反応速度が上昇し、二配座型アミンの添加では、反応速度への影響は殆どないことを見出した。
ヒト培養細胞を用いた環境汚染物質の新規リスク評価系の開発

乳がん細胞MDA-MB-231について、乳がん細胞MCF-7と同様に、PCR Arrayを用いた遺伝子発現の網羅的解析を行った。また、環境汚染物質として、多環芳香族炭化水素に注目し、benzo[a]pyrene(BaP)とそのハロゲン化物について、両細胞での応答の差異も解析した。さらに、環境汚染物質が生体内に取り込まれた際に、その作用は生体内に存在する様々な物質との複合作用として表れるものと考えた。そこで、BaP及びそのハロゲン化物について、女性ホルモンであるエストロジェン(E2)との共存下での作用を調べた。その結果、それらはE2のMCF-7細胞への作用に影響を与えることがわかった。環境汚染物質が生体内に取り込まれた際に、その作用は生体内に存在する様々な物質との複合作用として表れるものと考えられる。本研究では、環境汚染物質として、まず多環芳香族炭化水素の1つであるbenzo[a]pyrene(BaP)を取り上げた。これまでにBaPは、エストロジェン様作用が認められた物質で、生体内の女性ホルモンであるエストロジェンとの共存下ではどのような作用が表れるかを調べることにした。また、植物エストロジェンである大豆イソフラボンのゲニステインと、比較することにした。この際、エストジェン受容体(ER)を発現しているヒト乳がん細胞MCF-7を用いて、細胞増殖試験、標的遺伝子による遺伝子発現解析の手法を用いた。標的遺伝子としては、エストロジェン応答遺伝子であるpS2、AhR標的遺伝子であるCYP1A1、炎症マーカー遺伝子であるIL-6を用いた。BaPとエストロジェンを共に細胞に曝露させると、低濃度のBaPでは、エストロジェンの細胞増殖作用がそのまま表れるが、10-6 Mや10-5 Mの高濃度のBaPでは、エストロジェンの作用が打ち消され、BaP単独と同じレベルの作用が表れる傾向が見られた。ゲニステインとBaPの共曝露でも、同様の傾向が認められた。従って、BaPは、エストロジェンやゲニステインの増殖作用を抑制することが考えられた。BaPとゲニステインの共曝露において遺伝子の発現レベルを解析すると、10-5 Mや10-6 MのBaPは、ゲニステインによるpS2の発現のレベルを低下させ、逆にゲニステインはBaPによるCYP1A1やIL-6の発現誘導を濃度依存的に抑制した。これらの作用は、リガンドとしてのERへの結合能に関係していることも考えられ、AhRを含めて調べていく必要がある。本研究では、分化段階の異なるヒト培養細胞を用いて、遺伝子発現のプロファイリングを行い、環境汚染物質を曝露した際の遺伝子発現の変化を解析し、新規リスク評価系の開発を試みた。既に乳がん細胞MCF7において、PCR Array(Human Cancer Drug Resistance and Metabolism)により、遺伝子発現の網羅的解析を行ってきたが、Estrogen receptor(ER)を発現していないとされる乳がん細胞MDA-MB-231についても同様の解析を行った。その結果、両細胞において、様々な遺伝子の発現レベルが異なっていたが、特にER αの発現量がMCF7においてMDA-MB-231の数千倍高く、またV-erb、Retinoid X receptorα、ARなど多くの遺伝子においてMDA-MB-231での発現量が低かった。さらに、多環芳香族炭化水素であるBaPとその臭素化物のBrBaPの曝露では、ABCG2やCYP1A1のように、MCF7と同じく発現が上昇した遺伝子もあったが、発現量に変化のない遺伝子も多く存在した。一方、MCF7では変化のなかったRetinoic acid receptorで、発現量が高くなり、細胞によって応答性に違いが認められた。また、Br体ではMCF7と同様にCYP1A1の発現量が低かったが、低発現のERはBaP曝露により発現量が高まった。さらに、河川などから採集した環境水を、細胞に暴露し、細胞増殖や遺伝子発現の解析を行った。MCF-7の増殖能を濃度依存的に高め、MDA-MB-231の増殖能には影響を与えなかった環境水には、エストロジェン様物質が含まれていると考えられた。両細胞とも濃度依存的に増殖能が低下した環境水では、細胞毒性があると考えられた。一方、遺伝子発現については、IL-6の遺伝子発現レベルを上昇させた環境水もあった。本研究では、これまで、乳がん細胞MDA-MB-231について、乳がん細胞MCF-7と同様に、PCR Arrayを用いた遺伝子発現の網羅的解析を行った。(H24年度)

さらに、環境汚染物質が生体内に取り込まれた際に、その作用は生体内に存在する様々な物質との複合作用として表れるものと考えた。BaPは、これまでにエストロジェン様作用が認められた物質であることから、生体内の女性ホルモンであるエストロジェン(E2)との共存下での作用を調べ、植物エストロジェンである大豆イソフラボンのゲニステインと比較した。その結果、BaPはE2やゲニステインのMCF-7細胞の増殖作用を抑制した。(H25年度)次に、BaPのハロゲン化物である、塩素置換体ClBaPや臭素置換体BrBaPに注目した。ClBaPでは、E2と共に曝露させると、E2単独の細胞増殖作用よりも、濃度依存的に増殖能が上昇した。BrBaPも、ClBaPと比較すると弱いながら、同様の傾向が認められた。ClBaP、BrBaPは弱いエストロジェン作用を示すことがわかっているため、その効果が加わったものと考えられた。遺伝子の発現レベルを解析すると、pS2の発現レベルは、ClBaP、BrBaP単独ではわずかに上昇するが、E2との共存下ではE2の作用に対して抑制的に働いた。CYP1A1では、BaP、ClBaP、BrBaPにおいて上昇し、BrBaPでは10-10 MのE2の共存により発現レベルが低下した。IL-6では、いずれもE2との共存により上昇傾向が見られた。以上のことから、BaP、ClBaP、BrBaPを比較すると、エストロジェン作用に対する効果が異なることが考えられた。細胞生物学今回、BaPと、エストロジェンやゲニステインの複合作用について調べたが、BaPと天然のエストロジェンやイソフラボンでは、どのように異なるのか、その作用メカニズムの一端を明らかにできるものと考える。また、BaPでは、エストロジェンやゲニステインの作用を抑制する傾向も示され、生体内に入った際の影響も予想される。一方、BaPの塩素置換体、臭素置換体については、やや異なる結果も得られており、再度検証する必要がある。また、エストロジェンと、ゲニステインやダイゼインの複合効果についても検討した。低濃度のエストロジェンに、ゲニステインやダイゼインが加わると、エストロジェン様作用が高まり、細胞増殖が促進されるが、高濃度のエストロジェンに、ゲニステインやダイゼインが加わっても、エストロジェン作用以上にその効果を上げることはなく、むしろ抑制する傾向がみられ、現在も検証中である。そして、これまでPCR Arrayなどにより、新規リスク評価系のための有効な遺伝子マーカーを見つけることを試みたが、pS2、CYP1A1、IL-6を初めとして、いくつかの候補が出ている。実際に種々の物質でどのような結果になるか、上記の複合作用も含めて、調べているところである。環境汚染物質のリスク評価に適した標的遺伝子を探索することで、遺伝子発現解析に基づいた簡便な新規のリスク評価系の開発が可能となるものと考える。本研究では、ヒトへの影響を調べるために、いくつかのヒト培養細胞の遺伝子発現のプロファイリングを行い、新奇の環境汚染物質であるハロゲン化多環芳香族炭化水素を曝露した際の遺伝子発現の変化を解析し、体系的な生体へのリスク評価の基礎データを得て、新規リスク評価系の開発のための適切な遺伝子マーカーを見つけることを試みた。まず、2種のヒト
積層構造における超音波バンドギャップの解明と新しい非破壊評価原理への展開

積層構造の材料特性を対象とした新しい非破壊評価原理の確立に向けて,積層構造における超音波バンドギャップに関する理論解析と実験的検討を行い,主に以下の成果を得た.(1)異なる積層構成を有する炭素繊維強化複合材料積層板の超音波バンドギャップ特性を明らかにするとともに,実測値と理論解析を対応させて構成層の複素弾性率と層間界面剛性を評価できることを示した.(2)バンドギャップ周波数における層間界面反射波の持続特性に着目して複合材料積層板の成形不良を評価できることを示した.(3)積層構造における二次高調波発生特性を理論的に解析し,分散性やバンドギャップの影響を明らかにした.本研究では、積層構造に対する新しい非破壊評価法の確立のため、超音波バンドギャップ特性や非線形超音波挙動を実験的、理論的に明らかにすることを目的としている。平成27年度の取り組みでは主に以下の成果が得られた。(1)炭素繊維強化複合材料(CFRP)積層板に水中でさまざまな角度から超音波を入射し、透過波スペクトルを実験的に評価した。本研究ではこれまでの反射波(二回透過波)測定にかわり、透過波を測定する方法を構築した。この方法を用いて、一方向積層板、直交積層板、擬似等方積層板に対して、バンドギャップ特性を含む透過率の周波数、入射角への依存性を明らかにした。(2)異なる積層構成を有するCFRP積層板に対して、層間界面をスプリング界面としてモデル化し、stiffness matrix法により斜角入射超音波の透過特性を理論的に解析した。また、実測結果との比較により層間界面剛性を同定した結果、透過率の周波数・入射角依存性やバンドギャップ特性の測定結果を理論的に再現できることを示した。(3)スプリング界面が周期的に配置された無限積層構造に対して、調和弾性波が界面に垂直に伝搬する場合の界面非線形性による高調波発生挙動を、摂動法とtransfer matrix法を用いて解析し、特に一部のスプリング界面が非線形性を有する場合の高調波振幅を理論的に求めた。これにより、積層構造に特有の分散性やバンドギャップ特性の影響により、高調波発生挙動は基本波周波数に極めて複雑に依存することを明らかにした。(4)微視空孔分布を含む一方向CFRP積層板における垂直入射超音波の伝搬挙動を数値シミュレーションと実験により検討した。その結果、反射波の短時間フーリエ変換におけるバンドギャップ周波数成分の時間減衰挙動と空孔率の関係を明らかにし、空孔率の非破壊評価に関して有用な知見を得た。交付申請書に記載したように、平成27年度の計画は、(1)積層構造に対する斜角入射超音波の透過波スペクトル測定法の確立、および(2)積層構造における斜角入射超音波透過特性の解析と層間界面剛性の同定、であった。「研究実績の概要」欄に記載した通り、これらについては当初の計画を達成することができ、成果発表を行った。以上に加えて、次年度以降に計画していた課題に関しても、まず、非線形スプリング界面を含む無限積層構造における高調波発生挙動について理論解析を完成させ、論文投稿を行った。また、積層構造に大振幅超音波を入射して高調波を測定するための測定系の構築に向けた予備的検討を進めた。さらに、CFRP積層板からの反射波におけるバンドギャップ周波数成分の時間減衰挙動に着目した空孔率の評価について数値解析と実験により検討し、成果を論文として投稿した。以上により、今年度の研究は当初の計画以上に進展したと評価する。本研究では、積層構造の新しい非破壊評価法の確立のため、積層構造における超音波バンドギャップ特性や非線形超音波挙動を実験的、理論的に明らかにすることを目的としている。平成28年度の取り組みでは主に以下の成果が得られた。(1)意図的に不良な条件で成形した一方向炭素繊維強化プラスチック複合材料(CFRP)積層板に対して、水浸法で探触子を走査しながら低周波数領域での超音波反射波測定を行い、厚さ方向の縦波伝搬速度および減衰係数と、成形不良に伴うポロシティ(微視空孔)含有率との間に良好な相関があることを明らかにした。また、バンドギャップ周波数成分を含む超音波をCFRP積層板に垂直入射した場合の反射波を測定し、反射波形の時間ー周波数解析を行った。その結果、バンドギャップ周波数成分の持続特性に着目することによって、ポロシティ含有率およびその厚さ方向の偏在分布についての情報を得ることができることを明らかにした。(2)前年度に行った、非線形スプリング界面を含む無限積層構造を界面に垂直に調和弾性波が伝搬する場合の二次高調波発生特性の解析を拡張し、非線形スプリング界面を含む有限積層構造に垂直に調和弾性波が入射する場合の二次高調波発生挙動に関する摂動解析を行った。その結果、無限積層構造と同様に有限積層構造においても、積層構造の周期性に起因するバンドギャップが二次高調波発生特性に大きな影響を及ぼすことがわかった。また、反射波および透過波に含まれる二次高調波振幅に及ぼす積層数、入射波周波数、非線形スプリング界面の数および積層構造中での位置の影響を明らかにした。研究開始当初の交付申請書に記載した平成28年度の計画は(1)積層構造の層間界面特性変化の非破壊評価、(2)積層構造に垂直入射する超音波の伝搬特性解析、に関するものであった。(1)については、成形条件の異常により、層間界面特性とともにポロシティ含有率も異なるCFRP積層板に対して、超音波バンドギャップに着目した非破壊評価の可能性が示された。

(2)については、前年度の無限積層構造に関する解析を拡張し、さらに複雑な有限積層構造に対する解析を行うことができた。また、前年度の研究成果を含め、これまでに得られた成果に関して学術誌や学会講演会で発表を行った。以上により、研究は計画通りおおむね順調に進んでいると評価する。本研究では、積層構造における超音波バンドギャップ特性や非線形超音波伝搬特性を実験的、理論的に明らかにすることにより、積層構造の新しい非破壊評価法の確立につなげることを目的としている。今年度の主な取り組みとしては、異なる成形条件で作製され、内部にポロシティ(微視空孔の分布)を含む炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の一方向積層板および擬似等方積層板に対して、水浸法で探触子を走査しながら超音波垂直反射波を計測し、超音波伝搬速度、減衰係数、バンドギャップ周波数での層間界面反射波の持続特性のそれぞれに着目した材料特性の画像化を行った。その結果、複雑な積層構成を有する擬似等方積層板に対しても、バンドギャップ周波数での層間界面反射波持続特性に着目することにより、積層板厚さ方向におけるポロシティの偏在の評価がある程度可能であることを示した。また、補助事業期間全体の主な成果として、異方性材料から構成された積層構造における超音波バンドギャップ特性を実験的、理論的に明らかにしたのに加えて、(1)バンドギャップを含む周波数範囲で測定したCFRP積層板の超音波透過スペクトルに理論モデルを対応付けることによって、CFRPの複素弾性係数や層間樹脂領域の界面剛性を同定できること、(2)CFRP積層板からの超音波反射波形に含まれる層間界面反射波の持続特性に着目して、積層板に含まれるポロシティの含有率や偏在分布の評価が可能であること、(3)界面非線形性を有する積層構造が、分散性やバンドギャップを反映して複雑な高調波発生特性を示すこと、を明らかにした。これらの成果により、超音波バンドギャップに着目した積層構造の新しい非破壊材料特性評価の可能性を示すことができた。積層構造の材料特性を対象とした新しい非破壊評価原理の確立に向けて,積層構造における超音波バンドギャップに関する理論解析と実験的検討を行い,主に以下の成果を得た.(1)異なる積層構成を有する炭素繊維強化複合材料積層板の超音波バンドギャップ特性を明らかにするとともに,実測値と理論解析を対応させて構成層の複素弾性率と層間界面剛性を評価できることを示した.(2)バンドギャップ周波数における層間界面反射波の持続特性に着目して複合材料積層板の成形不良を評価できることを示した.(3)積層構造における二次高調波発生特性を理論的に解析し,分散性やバンドギャップの影響を明らかにした.今後の推進方策としては以下の取り組みを計画している。(1)異なる層間界面特性を有するCFRP積層板に対して超音波バンドギャップ特性の測定を行うことにより、バンドギャップ特性に着目した非破壊評価法の確立に向けた検討を進める。(2)今年度に行った無限積層構造における高調波発生挙動の解析をさらに進め、有限積層構造に超音波が入射した場合の高調波発生挙動の解析を行う。これにより、現実の積層構造により近い状況での高調波発生挙動の周波数依存性を調べる。
長期的スロースリップおよび石英脈とプレート境界でのS波反射効率の空間変化との関係

今年度は,本課題の研究を効率的に実施できるようにするための準備を行った.すなわち,反射波を出す地震やプレート境界上での反射点となりうる場所の特定に役立つように,西南日本のうち紀伊半島の地震活動の特徴を詳細に調べた.連携研究者の京都大学防災研究所の澁谷教授のによる不連続面の情報に基づき紀伊半島の震源分布を分類し,それぞれの特徴やb値について調べた.また,Qp構造についても調べ,それとの比較検討も同時に行った.この地域のb値は、スラブ内地震(0.82),内陸地殻内地震(1.01),マントルウエッジ内地震(1.06)の順に値が大きくなっていた.さらにスラブ内地震について海洋性地殻と海洋性マントルに区分すると、海洋性地殻のb値(1.01)は,海洋性マントルのb値(0.74)と比べ大きいことがわかった.b値の空間変化については,三重県の尾鷲市と大阪府の堺市を結ぶ線を境に、各々の地震活動のb値が大きく変化することを見つけた.なおこの境界線は,過去の大規模スラブ内地震の震源が2つ分布し,Miyoshi and Ishibashi (2004; 2005)の"スラブの断裂"の場所,熊野酸性岩の北端や深部低周波微動のセグメント境界にも対応していた.海洋性地殻内地震と海洋性マントル内地震のb値を比べると,境界線の東側地域(0.92,および0.66)は西側地域(1.06および0.76)よりもそれぞれ小さくなることがわかった.その一方でマントルウエッジ内の地震では,上記の境界線の東側地域のb値(1.28)は西側地域(0.99)に比べ大きい値を示していることがわかった.これらの結果を総合すると,今年度の結果により,紀伊半島下の海洋性マントルは,上記の境界線より南西部の方が北東部より含水化が大きい一方,マントルウエッジ領域では,西側の方が東側よりも含水化が小さいことが明らかになった.紀伊半島では地震のb値の研究を行ってみたところ,スロー地震のセグメンテーション境界に対応して値が急変することがわかった.このb値の空間変化は,減衰構造の空間変化とも非常に調和的なものとなっていた.これらの成果は,次年度以降の研究活動に非常に役立つ情報と言える.このような通常の地震のb値とスロー地震の発生様式との比較検討は,当初の計画では入れていなかった.しかし,研究協力者および指導学生である学部学生・広瀬勇樹氏の卒論研究で対応関係の兆候が見えていた.そのため,広瀬氏の結果を参考にしながら,紀伊半島の地震のb値をさらに詳細に調べたところ,本研究計画の効率的な実施に役立つ成果が得られた.また,本研究計画を応用した内容により,ハーバード大学のDelbridge博士との共同研究を行い,東北地方のM9地震の前後でスラブ内の地震活動および応力場に変化があったことを見出していたが,その成果が論文として発表することができた.Ando et al. (2012)では,微動のセグメント境界が,プレート境界でのレオロジー特性の違いが生じる場所で形成されることを数値シミュレーション結果に基づき指摘している.この指摘を踏まえると,紀伊半島下でスラブ内地震およびマントルウエッジ内地震のb値が急変する場所は,プレート境界でも構成物質やレオロジーが急変していると考えられる,そして,本研究の結果も,四国下の減衰構造解析を行ったKita and Matsubara (2016)が指摘したように,上盤側プレートの不均質性がプレート境界上で発生する微動のセグメント境界形成と密接に関わることを支持している.Audet and Burgmann (2014)では,上盤側およびプレート境界でのシリカの含有量が,微動セグメントの周期性を決めることを,複数の沈み込み帯での観測結果をもとに指摘している.本研究の申請書に記載した通り,西南日本では,過去のプレート境界と想定される断層における石英脈の形成が多数報告されている.本研究の今年度の成果により見出されたマントルウエッジとスラブ内におけるb値の空間変化は,紀伊半島の西部のプレート境界では東部よりも石英脈が発達しており,スラブからのマントルウエッジへの水の流入が東部よりも起きにくいことを意味すると考えられる.以上のことを踏まえ,来年度はマントルウエッジおよび内陸地殻内地震によるプレート境界における反射波の検出する研究活動を実施し,反射効率の空間変化を調べる予定である.今年度は,本課題の研究を効率的に実施できるようにするための準備を行った.すなわち,反射波を出す地震やプレート境界上での反射点となりうる場所の特定に役立つように,西南日本のうち紀伊半島の地震活動の特徴を詳細に調べた.連携研究者の京都大学防災研究所の澁谷教授のによる不連続面の情報に基づき紀伊半島の震源分布を分類し,それぞれの特徴やb値について調べた.また,Qp構造についても調べ,それとの比較検討も同時に行った.この地域のb値は、スラブ内地震(0.82),内陸地殻内地震(1.01),マントルウエッジ内地震(1.06)の順に値が大きくなっていた.さらにスラブ内地震について海洋性地殻と海洋性マントルに区分すると、海洋性地殻のb値(1.01)は,海洋性マントルのb値(0.74)と比べ大きいことがわかった.b値の空間変化については,三重県の尾鷲市と大阪府の堺市を結ぶ線を境に、各々の地震活動のb値が大きく変化することを見つけた.

なおこの境界線は,過去の大規模スラブ内地震の震源が2つ分布し,Miyoshi and Ishibashi (2004; 2005)の"スラブの断裂"の場所,熊野酸性岩の北端や深部低周波微動のセグメント境界にも対応していた.海洋性地殻内地震と海洋性マントル内地震のb値を比べると,境界線の東側地域(0.92,および0.66)は西側地域(1.06および0.76)よりもそれぞれ小さくなることがわかった.その一方でマントルウエッジ内の地震では,上記の境界線の東側地域のb値(1.28)は西側地域(0.99)に比べ大きい値を示していることがわかった.これらの結果を総合すると,今年度の結果により,紀伊半島下の海洋性マントルは,上記の境界線より南西部の方が北東部より含水化が大きい一方,マントルウエッジ領域では,西側の方が東側よりも含水化が小さいことが明らかになった.紀伊半島では地震のb値の研究を行ってみたところ,スロー地震のセグメンテーション境界に対応して値が急変することがわかった.このb値の空間変化は,減衰構造の空間変化とも非常に調和的なものとなっていた.これらの成果は,次年度以降の研究活動に非常に役立つ情報と言える.このような通常の地震のb値とスロー地震の発生様式との比較検討は,当初の計画では入れていなかった.しかし,研究協力者および指導学生である学部学生・広瀬勇樹氏の卒論研究で対応関係の兆候が見えていた.そのため,広瀬氏の結果を参考にしながら,紀伊半島の地震のb値をさらに詳細に調べたところ,本研究計画の効率的な実施に役立つ成果が得られた.また,本研究計画を応用した内容により,ハーバード大学のDelbridge博士との共同研究を行い,東北地方のM9地震の前後でスラブ内の地震活動および応力場に変化があったことを見出していたが,その成果が論文として発表することができた.Ando et al. (2012)では,微動のセグメント境界が,プレート境界でのレオロジー特性の違いが生じる場所で形成されることを数値シミュレーション結果に基づき指摘している.この指摘を踏まえると,紀伊半島下でスラブ内地震およびマントルウエッジ内地震のb値が急変する場所は,プレート境界でも構成物質やレオロジーが急変していると考えられる,そして,本研究の結果も,四国下の減衰構造解析を行ったKita and Matsubara (2016)が指摘したように,上盤側プレートの不均質性がプレート境界上で発生する微動のセグメント境界形成と密接に関わることを支持している.Audet and Burgmann (2014)では,上盤側およびプレート境界でのシリカの含有量が,微動セグメントの周期性を決めることを,複数の沈み込み帯での観測結果をもとに指摘している.本研究の申請書に記載した通り,西南日本では,過去のプレート境界と想定される断層における石英脈の形成が多数報告されている.本研究の今年度の成果により見出されたマントルウエッジとスラブ内におけるb値の空間変化は,紀伊半島の西部のプレート境界では東部よりも石英脈が発達しており,スラブからのマントルウエッジへの水の流入が東部よりも起きにくいことを意味すると考えられる.以上のことを踏まえ,来年度はマントルウエッジおよび内陸地殻内地震によるプレート境界における反射波の検出する研究活動を実施し,反射効率の空間変化を調べる予定である.
超音波探傷手法を用いた応力腐食割れと疲労き裂の判別手法の開発

本研究は,原子力発電設備に生じた欠陥が疲労き裂であるか応力腐食割れであるかを超音波探傷試験による非破壊検査で判別することを目的としている.はじめに,これまで本邦の原子力発電設備に生じた疲労き裂と応力腐食割れの形状について調査を行い,原子力発電設備の溶接部に生じる応力腐食割れは主に金属結晶の粒界に沿って進展し,屈曲した形状になるという特徴があることを見出した.一方で疲労き裂は屈曲せずに進展するため,非破壊検査手法を用いて部材内に生じた欠陥を高い空間分解能で可視化して詳細な形状を観察できれば,両者の形状の差異から欠陥種別を判定できる可能性がある.そこで,き裂を可視化できる手法として現在広く使用されつつあるフェイズドアレイ探傷システムを使用して,応力腐食割れの可視化実験を行った.その結果,現在主流のフェイズドアレイ用超音波探触子では,空間分解能が十分ではなく,欠陥種別を判定できるほどの鮮明な可視化画像は得られないことが明らかになった.そこで,超音波探触子が生成する音場を解析するソフトウェアを独自に開発し,それを用いてより高い空間分解能を有するフェイズドアレイ探触子を設計した.また,この探触子によって得られる受信信号に対して開口合成法と呼ばれる可視化手法を適用すれば欠陥形状を明瞭に可視化できることを差分法による数値シミュレーションで示した.さらに,フェイズドアレイ探触子の各素子で超音波を送受信した時の超音波の強度分布はフォーカスしている欠陥の局所的な傾きと関係があることを明らかにし,この特徴を利用して欠陥の局所的な傾きを推定する手法を提案した.また,推定された欠陥の傾きを色彩の変化に反映させて可視化する新しい開口合成法を開発し,この方法によって疲労き裂と応力腐食割れの種別判定が可能であることを示した.本研究は,原子力発電設備に生じた欠陥が疲労き裂であるか応力腐食割れであるかを超音波探傷試験による非破壊検査で判別することを目的としている.はじめに,これまで本邦の原子力発電設備に生じた疲労き裂と応力腐食割れの形状について調査を行い,原子力発電設備の溶接部に生じる応力腐食割れは主に金属結晶の粒界に沿って進展し,屈曲した形状になるという特徴があることを見出した.一方で疲労き裂は屈曲せずに進展するため,非破壊検査手法を用いて部材内に生じた欠陥を高い空間分解能で可視化して詳細な形状を観察できれば,両者の形状の差異から欠陥種別を判定できる可能性がある.そこで,き裂を可視化できる手法として現在広く使用されつつあるフェイズドアレイ探傷システムを使用して,応力腐食割れの可視化実験を行った.その結果,現在主流のフェイズドアレイ用超音波探触子では,空間分解能が十分ではなく,欠陥種別を判定できるほどの鮮明な可視化画像は得られないことが明らかになった.そこで,超音波探触子が生成する音場を解析するソフトウェアを独自に開発し,それを用いてより高い空間分解能を有するフェイズドアレイ探触子を設計した.また,この探触子によって得られる受信信号に対して開口合成法と呼ばれる可視化手法を適用すれば欠陥形状を明瞭に可視化できることを差分法による数値シミュレーションで示した.さらに,フェイズドアレイ探触子の各素子で超音波を送受信した時の超音波の強度分布はフォーカスしている欠陥の局所的な傾きと関係があることを明らかにし,この特徴を利用して欠陥の局所的な傾きを推定する手法を提案した.また,推定された欠陥の傾きを色彩の変化に反映させて可視化する新しい開口合成法を開発し,この方法によって疲労き裂と応力腐食割れの種別判定が可能であることを示した.