hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心拍変動の周波数解析データを用いた睡眠深度の推定基準の作成と信頼性・妥当性の検討

心拍変動を周波数解析することで得られる値のうちHF(nu)の値が、PSGで判定した覚醒・体動・REM・浅睡眠・深睡眠の5つの段階で差が出やすかったことから、初期の段階ではHF(nu)の値のみを用いて5つの段階の判定基準を作成した。しかしながら、その基準ではPSGとの一致率は高い場合でも80%以下であった。また入眠のタイミング(SleepOnset:SO)の判断や体動とREMの判断に誤りが生じることが多かった。そこで、SOについてはHRの変化を判定の指標に追加した。また体動とREMの判定については、これらの時期にはVLFとLF/HFの2つの値が他の睡眠期に比較して上昇するが、その上昇の割合が体動とREMでは異なるという特徴があったことから、その2つの値のバランスにより体動とREMを判定するという基準を加えることにより、PSGとの一致率を上昇させることができた。この基準により判定して描いた睡眠深度の経過図とPSGにより得られた睡眠深度の経過図とを、看護師資格をもつ第三者にどちらの方法で描いたものであると明らかにせずに提示し、睡眠サイクル数を判断してもらったところ、PSGでサイクルが不鮮明な症例を除き、判定したサイクル数はほぼ一致した。しかしながら、作成した基準では5つの段階は自動で判定できるが、SOはHRの経時的な変化のグラフを判定者が読み取って判断するため、入眠潜時が長いケースではSO時の変化が緩やかなことが多く判断しにくいという問題点が残っており、更なる基準の精錬が必要である。心拍変動の周波数解析から得られた複数の指標と心拍数の変化からは、夜間の腕時計型の睡眠覚醒判定器械で得られる以上の睡眠に関する情報を得ることができ、睡眠の質の判定に有効であることかわかったことから、今後は健康成人以外を対象としたデータでも同様な基準で判定する方法を検討する。本研究の目的は、心拍データから睡眠深度を推定するための基準を作成することである。18年度は、終夜睡眠ポリグラフィ(PSG)のデータから得られた睡眠深度と心拍変動データの周波数解析結果との関係性を検討し、周波数解析から得られる情報をもとに深度を推定する基準め作成を試みた。PSGはSleepSign(キッセイコムテック)による自動判定と視察により評価し、覚醒・体勤・REM睡眠・浅睡眠(ステージ1・2)・深睡眠(ステージ3・4)の5つの段階に区分した。心電図のRR間隔はアクティブトレーサー301(GMS)を被験者の体幹に専用のベルトにより固定して測定し、加速度データも合わせて得た。R-R間隔は時系列周波数解析ソフトMemCalc(諏訪トラスト)を用いて処理した。PSGと心拍変動データの解析結果との関係性の検討からは、交感神経活動を反映すると言われている高周波成分(HF)と低周波成分(LF)の比よりも、副交感神経活動を示すと考えられているHF(nu)のほうが、5つの段階で平均値に差が出やすいケースが多かったことから、判定基準としてHF(nu)の値と加速度データを用いることとした。周波数解析データと加速度データはExcel(マイクロソフト)に入力し、作成した基準をIF関数機能に入れ、5つの段階に区分した。この段階による推定では、一致率が4070%とケースによってバラツキが、大きく、推定基準としては不十分であることがわかった。特に体動が多い者や浅い睡眠が多い場合には一致する割合が低かった。また、1分エポックで描いた経過図のなかで極端に変動が激しい箇所を前後の段階を考慮して修正を加えることによって、PSGとの一致率は6080%に上昇することが明らかとなった。
AE波の周波数分析によるスタンパブルシート製品の成形性に対する新しい評価法

ポリプロピレン系スタンパブルシート製品の曲げ破壊時に発生するAE波を周波数分析することにより,破壊機構の識別ができることがわかったので,その方法を用いて,ガラス繊維の表面処理剤を変えた,ポリエチレンテレフタレート系スタンパブルシート製品を曲げ試験し,界面の接着性の違いが破壊機構に及ぼす影響を調べた.さらに本評論法が,他の複合材料に対しても有効かどうか調べるために,組成の異なる複合材料,すなわち強化繊維としてポリアリレート繊維(AF),アラミド繊維(KF),ガラス繊維(GF),カーボン繊維(CF)の連続繊維を用い,一方向強化したエポキシ樹脂成形品を作り,曲げ破壊時のAE波を周波数分析し,成形性の違いを評価した.それにより得られた主な結果は次の通りである.(1)繊維の表面処理剤としてエポキシ樹脂用バインダを用いた成形品では,繊維界面の接着性が良いので,曲げ破壊時にほとんど界面剥離が生じない.(2)不飽和ポリエステル樹脂用バインダやポリプロピレン樹脂用バインダを用いた成形品では,繊維界面の接着性はあまり良くないので,曲げ破壊時に多くの界面剥離が生じる.(3)曲げ強さは,CFRPが最も高く,GFRPがやや小さい値となっている.KFRPの曲げ強さはCFRP,GFRPの約半分であるが,AFRPの曲げ強さはさらに低くなっている.弾性率に関してはCFRPが最も高く,次にKFRP,GFRP,AFRPと順に小さくなっている.エポキシ樹脂単体の成形品の弾性率と比べると,これらの複合材料の弾性率はかなり高い.(4)AFRP,KFRPは延性的に破断する繊維で強化されているので,曲げ試験の中期からネッキングなどのために,繊維の断面積が小さくなり,そのため界面剥離などの破壊が進行し,最大荷重値になる前に荷重曲線の傾きが緩やかになる.(5)脆性的に破断する繊維で強化されたCFRP,GFRPは,最大荷重値付近でまず圧壊が起こり,その後,破壊が活発になり破断する。各種の組成の異なるスタンパブルシート成形品を曲げ破壊し,そのときに発生するAE波の周波数分析を行った結果,微視的な破壊現象と,AE波の周波数との間にはそれぞれ密接な対応関係があることがわかった.すなわち(1)マトリックスの破壊が65kHz付近(2)ガラス繊維の破断による破壊が85kHz付近(3)ガラス繊維とマトリックスの間の摩擦を伴ったすべりによる破壊が105kHz付近(4)ガラス繊維どうしのずれによる破壊が135kHz付近(5)ガラス繊維とマトリックスの界面の剥離による破壊が160kHz付近と明らかになった.次に,成形条件と成形性の関連について調べた.200×100mmの平板成形品が得られる金型を用いて,底面に設けた5本の圧力センサにより,成形中の金型キャビティ内の圧力測定を行った.その結果,以下のことが明らかになった.(1)金型がポジティブ型であるため,樹脂の冷却固化に伴い,製品の各部の圧力に大きな差が生じ,設定圧力よりもかなり高い部分が生じる.(2)圧力曲線の立ち上がりの違いにより,スタンパブルシートの成形性を判断することができる.(3)繊維含有率の異なる材料を成形したときには,繊維含有率が少ない方が流動時の圧力差も少なく,過圧縮による圧力のピークの値も小さい.繊維含有率が多い材料では,圧力の立ち上がりは不安定で,各チャンネル間の圧力差も大きく,過圧縮のピークも大きい,しかし成形に要する時間は短い.(4)繊維長の異なる材料を成形したときには,繊維長が長くなるほど,流動中の圧力挙動は不安定になる.

しかし過圧縮したときのピークはあまり変わらないが,繊維長が3mmのときは,流動性が悪くなる.各チャンネル間の圧力差は繊維長が短くなると大きくなる(5)繊維解繊度の異なる材料では,解繊度が大きくなると流動抵抗が大きくなるため,各チャンネル間の圧力差は大きくなり,過圧縮のピークも高くなる.成形に要する時間はあまり変わらない.本研究で開発した、AE波の周波数分析によりスタンパブルシートの成形性を評価する方法が、先端複合材料としてよく使われており、他の組成の樹脂系複合材料に関しても適用できるかどうかを調べた。実験で用いた複合材料は、マトリックスとしてエポキシ樹脂、強化材としてはポリアリレート繊維(クラレ製,商品名ベクトランT-155NT、以下AFと示す)、アラミド繊維(デュポン製、商品名ケブラK-49、以下KFと示す)、ガラス繊維(日東紡RS-110、以下GFと示す)、カーボン繊維(東レ製トレカT-300、以下CFと示す)を使用した一方向強化材である。繊維はすべて試験片の長手方向に配向している。また、繊維の体積含有率は約60%である。繊維の引張強さは、CFがもっとも強く、以下、KF、AF、GFの順に小さくなっている。また、弾性率もCFがもっとも大きく、以下、KF、GF、CFの順に低くなっている。得られた主な結果は、次の通りである。(1)AFRP,KFRPは、延性的に破断する繊維で強化されているので、曲げ試験の中期からネッキングなどのために繊維の断面積が小さくなり、そのため界面剥離などの破壊が進行し、最大荷重になる前に荷重曲線の傾きが緩やかになる。(2)脆性的に破断する繊維で強化されたCFRP、GFRPは最大荷重値付近でまず圧壊が起き、その後破壊が活発になり破断する。昨年度までの研究により、ポリプロピレン系スタンパブルシート成形品の成形性を評価する上で、AE波の周波数分析により、成形品の破壊機構を分類する方法が、有効な手法であることがわかった。そこで本評価法が、他の複合材料に対しても有効かどうか調べるために、組成の異なる複合材料に対して適用してみた。すなわち強化繊維としてポリアリレート繊維(AF)、アラミド繊維(KF)、ガラス繊維(GF)、カーボン繊維(CF)の連続繊維を用い、一方向強化したエポキシ樹脂成形品を作り、曲げ破壊するときのAE波を周波数分析し、成形性の違いを評価した。それにより得られた主な結晶は次の通りである。曲げ強さは、CFRPが最も高く、GFRPがやや小さい値となっている。KFRPの曲げ強さは、CFRP、GFRPの約半分であるが、AFRPの曲げ強さはさらに低くなっている。弾性率に関しては、CFRPが最も高く、次にKFRP、GFRP、AFRPと順に小さくなっている。エポキシ樹脂単体の成形品の弾性率と比べると、これらの複合材料の弾性率はかなり高い。(2)AFRP、KFRPは、延性的に破断する繊維で強化されているので、曲げ試験の中期からネッキングなどのために繊維の断面積が小さくなり、そのため界面剥離などの破壊が進行し、最大荷重値になる前に荷重曲線の傾きが緩やかになる。(3)脆性的に破断する繊維で強化されたCFRP、GFRPは、最大荷重値付近でまず圧壊が起こり、その後、破壊が活発になり破断する。
知識基盤社会における協働による問題解決活動を促す評価リテラシーの開発

1.概要高校生が将来活躍することになる知識基盤社会においては,オープンエンドな非定型の問題解決活動をチームで取り組むなど,自発的なプロジェクトを協働で推進することが求められている.これらに必要な資質・能力は,従来の伝統的な教科内容や指導方法では,効果的に育成できているとは言い難い面がある.この問題に対応するために問題解決型や探究活動型のプロジェクトを自律的に進めることを促す手法の一つとして,省察する力(具体的には観点別評価に基づく形成的アセスメント)に着目し,高等学校共通教科情報の学校設定科目や物理の課題研究の単元において実践研究をおこなった.本研究では,これらの形成的アセスメントにかかわる一連の技能を将来生徒が必要とされる評価リテラシーとして位置づけ,より実用的な手法とするために,生徒の活動記録からその効果について考察をおこなった.2.方法(1)評価リテラシーの育成に有効な問題解決活動や探究活動の開発・情報科の学校設定科目におけるプログラミング開発型チームプロジェクト・物理課題研究における物理概念を応用した探究型研究活動(2)(1)の生徒活動における観点別評価を用いた形成的評価(アセスメント)の開発・プロジェクト改善のための評価:チーム全体や個人で自発的改善に繋がる評価方法・個人の技能や能力に対する評価:チームにおける個人の役割や技能を明らかにする省察や評価(3)実践成果とその評価(考察)詳細は各論文や学会発表を参照3.結果生徒レポートなど実践を通して得られた記録から,問題解決型プロジェクトや探究型活動において,省察活動が生徒の自律的な活動を促していることの示唆が得られた.さらに,自律的なプロジェクトにおける形成的アセスメントの考え方及びその役割そのものについても生徒自身が理解して自覚的に活用していると考えられ推測される実践記録を得ることができた.1.概要高校生が将来活躍することになる知識基盤社会においては,オープンエンドな非定型の問題解決活動をチームで取り組むなど,自発的なプロジェクトを協働で推進することが求められている.これらに必要な資質・能力は,従来の伝統的な教科内容や指導方法では,効果的に育成できているとは言い難い面がある.この問題に対応するために問題解決型や探究活動型のプロジェクトを自律的に進めることを促す手法の一つとして,省察する力(具体的には観点別評価に基づく形成的アセスメント)に着目し,高等学校共通教科情報の学校設定科目や物理の課題研究の単元において実践研究をおこなった.本研究では,これらの形成的アセスメントにかかわる一連の技能を将来生徒が必要とされる評価リテラシーとして位置づけ,より実用的な手法とするために,生徒の活動記録からその効果について考察をおこなった.2.方法(1)評価リテラシーの育成に有効な問題解決活動や探究活動の開発・情報科の学校設定科目におけるプログラミング開発型チームプロジェクト・物理課題研究における物理概念を応用した探究型研究活動(2)(1)の生徒活動における観点別評価を用いた形成的評価(アセスメント)の開発・プロジェクト改善のための評価:チーム全体や個人で自発的改善に繋がる評価方法・個人の技能や能力に対する評価:チームにおける個人の役割や技能を明らかにする省察や評価(3)実践成果とその評価(考察)詳細は各論文や学会発表を参照3.結果生徒レポートなど実践を通して得られた記録から,問題解決型プロジェクトや探究型活動において,省察活動が生徒の自律的な活動を促していることの示唆が得られた.さらに,自律的なプロジェクトにおける形成的アセスメントの考え方及びその役割そのものについても生徒自身が理解して自覚的に活用していると考えられ推測される実践記録を得ることができた.
流体の運動方程式の解の挙動の研究

(1)非有界領域における非圧縮粘性流体の運動を記述するNavier-Stokes方程式の解の挙動について,定常解については無限遠方での減衰度を,定常解については解の様々なL^P状のノルムに関する時間減衰度を調べ,方程式の持つ非線形性がそれらにどのような影響を与えるかを明らかにした.(2)非粘性Burgers-Helmholtz連立系に対して,古典的およびソボレフ空間に属する時間大域的に存在するための十分条件を確立し,その漸近挙動を得た.また希薄波の漸近安定性を示し,進行波形の衝撃波の存在とその漸近安定性を示した.(3)圧縮性Euler-Helmholtz連立系とそれを含む一般の双曲・楕円型連立系に対し,エントロピー関数の数学的定義を確立し,その性質を調べた.(4)ベナール対流を記述する方程式および回転流体層中の流れを記述する方程式に対する初期値境界値問題において,空間2次元問題については,制御パラメータが臨界値に等しいときにも,解は初期値の大きさに無関係に時間無限大で定常解に収束することを証明した.(5)Korteweg-de Vires方程式の初期値問題において,強い特異性を許す初期値に対する弱解が,時刻が正(または負)になった瞬間,時間と空間方向に実解析的となることを見出した.(6)圧縮性の流体の基礎方程式系を含む,準線型双曲型方程式系の解の構造を調べるために,解の漸近展開をある関数のクラスにおいて実現する事を問題とし,漸近解を記述する関数のクラスを,平均値の定義できるものとして把握するための基礎となる考察を行った.(7)抽象ウィナー空間の新しい複素化を提唱し,それに基づく複素変数変換を確立し,それを用い抽象ウィナー空間W上の確率振動積分に対し漸近理論(停留位相法・鞍点法)を展開した.1.宮川は摂動項の入った非圧縮粘性流体の二種類の方程式の初期値問題を全空間で考え,その弱解の可積分関数の空間での長時間挙動を調べ,全空間における非圧縮粘性流の定常解のエネルギー安定のための十分条件が,この関数空間に属する摂動を与えた場合にも十分条件として通用することを示した(論文発表予定).2.さらに宮川は上記1で扱った初期値問題に対し,あるクラスの超関数の空間での解の長時間挙動を論,初期値が可積分条件を満たすとき,解の空間減衰率と時間減衰率の関係が,線形熱方程式の初期値問題の解の空間1階導関数のそれと一致することを見出し,従来の結果をほぼ最良の形にまで改良した(投稿準備中).3.吉川はキツネの伝染病の伝播方程式の振動解の存在問題を扱い,そのような解が定常解からの分岐として得られることを厳密に証明した(投稿準備中).4.川島は,圧縮粘性流体の1次元衝撃波と1次元膨張波のそれぞれについて,それらが2次元摂動に対して安定であるための条件を改良した(投稿準備中).5.宮川と川島は,上記1,2,4の結果の一部について,平成8年12月に大韓民国Taejon市で開催された,第4回韓日偏微分方程式研究集会において発表と討論を行った(報告集への投稿準備中).(1)非有界領域における非圧縮粘性流体の運動を記述するNavier-Stokes方程式の解の挙動について,定常解については無限遠方での減衰度を,定常解については解の様々なL^P状のノルムに関する時間減衰度を調べ,方程式の持つ非線形性がそれらにどのような影響を与えるかを明らかにした.(2)非粘性Burgers-Helmholtz連立系に対して,古典的およびソボレフ空間に属する時間大域的に存在するための十分条件を確立し,その漸近挙動を得た.また希薄波の漸近安定性を示し,進行波形の衝撃波の存在とその漸近安定性を示した.(3)圧縮性Euler-Helmholtz連立系とそれを含む一般の双曲・楕円型連立系に対し,エントロピー関数の数学的定義を確立し,その性質を調べた.(4)ベナール対流を記述する方程式および回転流体層中の流れを記述する方程式に対する初期値境界値問題において,空間2次元問題については,制御パラメータが臨界値に等しいときにも,解は初期値の大きさに無関係に時間無限大で定常解に収束することを証明した.(5)Korteweg-de Vires方程式の初期値問題において,強い特異性を許す初期値に対する弱解が,時刻が正(または負)になった瞬間,時間と空間方向に実解析的となることを見出した.(6)圧縮性の流体の基礎方程式系を含む,準線型双曲型方程式系の解の構造を調べるために,解の漸近展開をある関数のクラスにおいて実現する事を問題とし,漸近解を記述する関数のクラスを,平均値の定義できるものとして把握するための基礎となる考察を行った.(7)抽象ウィナー空間の新しい複素化を提唱し,それに基づく複素変数変換を確立し,それを用い抽象ウィナー空間W上の確率振動積分に対し漸近理論(停留位相法・鞍点法)を展開した.まず非線形方程式系の解の漸近挙動に対する解析的手法により得られた結果について述べる。n次元ユークリッド空間(n≧3)上の停留なナビア=ストークス流がフェファマン=ステインのハ-ディ空間もしくはL^1で安定となるための条件を見出した。さらに、その摂動に対して、長時間漸近挙動を調べ、正確な減衰(t→0)のオーダーを導出した。

また、2(もしくは3)次元ユークリッド空間における摂動されたナビア=ストークス方程式の大域的な弱解の存在を示し、更に構成された弱解の運動エネルギーの減衰の代数的な割合について結果を得た。このエネルギー減衰を用いて、適当な条件のもと更に、この弱解がハ-ディ空間において減衰することを得た。更に仮定を強めれば弱解がL^1でも減衰することを証明できた。次に確率論的手法による結果を述べる。無限次元空間であるウィナー空間上に於ける停留位相の問題にたいし、実空間の新たな複素化を導入することで、長時間漸近挙動t→∽の確率論的対応物とも言える停留位相の問題について知見を得た。まず、一般の解析的な相関数と解析的な振幅関数を持つ確率振動積分に対してその漸近挙動のオーダーを評価出来た。とくに相関数の微分に強い可積分性を仮定すると指数減衰の出現することを見出した。また、相関数が2次形式であり、振幅関数が有限次元ウィナー=カオスである場合には漸近挙動を厳密に求めることが出来た。この場合に用いられたウィナー=カオスのスケルトンに対する考察は無限次元空間での漸近理論の困難さを物語る一つである。・全空間におけるNavier-Stokes方程式の非定常問題に対し,p>n/(n+1)のときにはすべての弱解は“L^P"で時間減衰し,p=n/(n+1)ではそうでないことを解明した.これにより,Navier-Stokes方程式の解と線形の熱伝導方程式の解の挙動との差異が明確になった(宮川).・圧縮性Euler-Helmholtz連立系とそれを含む一般の双曲・楕円型連立系に対し,エントロピー関数の数学的定義を与え,エントロピー関数が存在することと系が対称化可能であることの同値性を示した.さらに,系の安定性条件を代数的に定式化し,その条件の下で,Sobolev空間に属する滑らかな時間大域解の存在を示し,また,安定性条件の下で対応する線形化系の半群の減衰評価を与えた(川島).・圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式からオーバーベック・ブシネスク近似を行う際に,流体の運動によって生じる熱の影響をあらわす散逸関数を含んだ形の近似方程式を導出し,この近似方程式の解の存在や一意性などを考察し,通常のオーバーベック・ブシネスク方程式の解の性質と比較した.導出された散逸関数を伴う近似方程式の解の挙動でオーバーベック・ブシネスク方程式の場合と大きく異なる点として,オーバーベック・ブシネスク方程式では熱伝導解が不安定になるような状況においても,近似方程式では熱伝導解が安定になるという結果を得た(隠居).・2次の相関数を持つ確率振動積分が特に2次のラグランジ関数と対応する場合に,確率振動積分の表現がヤコビ方程式の解から定まる複素変数変換により記述されることをマリアヴァン解析を援用して解明した(谷口).
左肺上葉切除術後の左上肺静脈断端の血栓形成の原因検索および予防に関する研究

肺癌に対する肺葉切除後に肺静脈断端の血栓を発見されることがある。肺静脈断端の血栓はほぼ全てが左肺上葉切除後に発生し、発生頻度は10%を超えるとされているがその原因と危険因子は不明のままである。肺静脈断端の血栓は脳やその他の主要臓器の塞栓症を引き起こす可能性を秘めている。原因は遺残した左上肺静脈の内腔の血流停滞・乱流と推測されているが証明はされていない。我々は4D Flow MRI(任意のvoxelにおける3軸の速度情報と時間軸方向の情報が取得可能)により肺葉切除後の左房内の乱流を捉えることに成功した。今回の研究では葉切除後の4D Flow MRIのデータを集積し、乱流に関して定量評価を試みる。
アジア新興市場における金融仲介パターンの変化と景気循環の同調性

東アジアでは、2000年以後、銀行がその貸出先を企業から家計へ変化させている。この金融仲介パターンの変化は、マクロ経済と金融との連関やアジア諸国・地域間の金融循環や景気循環の同調性に対して影響を与えてきた。しかし、この金融仲介の変化の程度はアジア諸国間でばらつきがある。住宅価格循環と景気循環の同調性の程度は、より家計向け貸出が高い地域で、2000年代に上昇した。そして、家計向け貸出がより高いアジア諸国・地域間では、住宅価格循環や景気循環の同調性の程度は上昇した。本研究の目的は次の3つである。第1に、アジア諸国間で資産価格の循環的変動がどの程度同調・連動しているかを明らかにすること。第2に、アジア諸国における金融仲介の変化の特徴とその要因を明らかにすること。そして、第3に、アジア諸国間における景気循環の同調性の傾向を明らかにし、金融仲介の変化と関連付けて、同調性の特徴を検討することである。本研究の2年目に当たる平成24年度は、以下のことを行った。第1に、アジア諸国における金融仲介の変化の特徴を、金融統計データと個別銀行の財務データをもとに調査した。前年度にBankScopeデータベースより入手したアジア諸国の個別銀行財務データを整理し、資産構成の多様化の様子を探った。アジア各国の銀行は、2000年代に入り、貸出や証券保有など資産を多様化させているが、その程度は銀行間および各国間でばらつきがあることが確認できた。銀行の資産を多様化させる要因についても検討を始めた。この検討は本研究の目的2を行う上で有益である。ただ、検討結果をまとめる段階にまでは至っていない。第2に、アジア諸国における金融循環と景気循環の同調性に関する研究(Enya, 2012)の改善を行った。日本経済学会および東アジア経済学会(East Asian Economic Association)で報告し、討論者を始め参加者からのコメントを研究に反映させて、より分析を進めた。循環の上昇および下降局面の継続期間に注目し、これらを長期化させる金融的要因について、生存分析の考え方を用いて検討を行っているところである。この検討は、景気循環の特徴に影響を与える要因を探ることにつながるため、本研究の目的3である各国間の景気循環の同調性を検証する上で有益であると考えた。本研究の目的は、次の3つである。第1に、アジア諸国間で資産価格の循環的変動(金融循環)について、第2に、アジア諸国における金融仲介の変化とその要因について、第3に、アジア諸国間における景気循環の同調性について、金融仲介の変化と関連付けて検討することである。最終年度の平成25年度は以下のことを行った。第1にこれまでの取り組みから得られたアジア諸国の金融循環と景気循環をもとに、アジア諸国の金融循環の特徴、各国の景気循環と金融循環の関係について頑健性のテェックを行った。これはEnya(2012)に改善点として加え、再度英文校正を行った(本研究の目的1および目的3に関連)。今後、学術雑誌等で公刊したい。第2に、アジア諸国における金融仲介の変化の特徴を、金融経済データや個別銀行データをもとに調査した。アジア諸国における金融機関の資産構成の多様化や貸出先の多様化が進んでいること、そしてそれら多様化の程度は、アジア諸国間で、ばらつきがあることが確認できた。(本研究の目的2に関連)。第3に、アジア諸国を対象として、金融循環に影響を与える要因として資本流入がどんな役割を果たすか(本研究の目的1に関連する)、また各国の景気循環に強く影響を与えるようなタイプの金融循環に対して資本流入がどんな影響を与えるかを検討した(本研究の目的3に関連)。これは関連国際学会(Asia-Pacific Economic Association)で報告し、有益なコメントを参考に改善を行い、ディスカッションペーパーとして刊行した(Shinkai and Enya, 2014)。そして、韓国およびタイに在住する関連研究者を訪問し金融仲介の状況を調査した。最後に、この研究を通じて得られたアジアの金融循環に関する知見や政策的含意について、関連研究会において報告(塩谷, 2014)し、参加者から様々な視点からのコメントをいただいた。これらのコメントは、研究の更なる発展の方向性を検討する上で大変有益であった。本研究の初年度に当たる平成23年度は、以下のことを行った。第1に、アジア諸国における金融仲介の変化の特徴を、金融統計データをもとに調査した。概ねアジア地域の各国の金融仲介機関は、2000年代に入り、企業向け貸出から個人向貸出へ、その貸出先を変化させていることが確認できた。

ただ、その変化の程度は各国間でばらつきかあることも確認した。この研究成果の一部は塩谷(2011)にまとめた。第2に、アジア諸国における金融変数と実物経済変数の循環的変動を抽出した。特に注目した金融変数は、資産価格として株価と不動産価格、そして銀行の貸出額である。また、実物経済変数としてはGDPである。これらのデータをもとに、実物経済変数GDPの循環的変動(景気循環)および金融変数の循環的変動(金融循環)の特徴を調査するとともに、各国ごとに、景気循環と金融循環との同調性を調査した。金融を介した各国間の景気循環の同調性を検証する上で、まず各国ごとに景気循環と金融循環の同調性を確認しておくことは有益であると考えた。銀行の家計向け貸出が多い地域ほど、景気循環と金融循環の同調性が高いことを確認した。この研究成果の一部はEnya(2012)にまとめた。本研究の目的1および目的3の検討については順調に進んでいる。アジア諸国の金融循環と景気循環を特定し、両循環について、それらの同調性や特徴づける要因などの検討が進んでいる。ただ、本研究の目的2の検討はやや遅れ気味である。個別銀行財務データの処理および分析に時間がかかってしまっている。この遅れのため、当初、研究成果の英文校正代としての謝金などに支出を予定していた10万円を、次年度に繰り越すことになった。次年度の早い時期に、現在までの成果をまとめたい。さらに、必要に応じて研究協力者の協力も検討し、より完成度の高い分析を行うなどして、遅れを取り戻したいと考えている。今年度予定していた取り組みは、概ね行うことができた。具体的には、以下の3点である。第1は、アジア諸国における金融変数の循環的変動(金融循環)および景気循環の特定であり、これについては終えつつある。今後は、両循環の特定化のためのより適した手法をも考慮して完成度を高める。第2は、アジア諸国間の循環の同調性についてであり、これについては、各国ごとに景気循環と金融循環の同調性を調査し、それら複数国の結果を比較検討することで、各国間の相違点や共通点を探った。これらは、先述した本研究の目的1を達成する上で、大変有益なものとなった。今後は、関連する研究会等でコメントを得て、研究の完成度を一層高めることに努める。そして、第3は、先述した本研究の目的2を達成するための統計データの整備である。これについては、今年度は個別銀行財務データベースの利用契約を業者と結び、現在、データの整備を進めている最中である。データ整備に若干の遅れがあるが、次年度は当初の予定通りデータ整備を終え、分析に入る予定である。基本的には、当初の研究計画に沿って、今後の研究を行う予定である。平成25年度に予定している取り組みは以下のとおりである。第1に、アジア諸国の金融循環と景気循環の検討については、これまでの研究成果の完成度を一層高め、学術雑誌への投稿を目指す(本研究の目的1および目的3に関連する)。
離散構造の基礎的および応用的研究

離散幾何学分野における本研究では平面上に配置された点集合を頂点とし、それらを結ぶ直線を辺とする幾何グラフを研究した。とくに2色の点集合から構成される幾何グラフとしての木の辺交差数に関する結果の3色の場合への拡張をはかり、良い評価を与えた。グラフ論分野においては6-可縮臨界グラフの次数6の頂点の分布に関する研究に引き続き、7-可縮臨界グラフを調べ、7-可縮臨界グラフでは少なくともその1/64の頂点が次数7であることを示した。木の頂点に隣接する葉の数をその頂点の葉次数とよび、葉次数の最大値をその木の最大葉次数と呼ぶ。与えられた整数を超えない最大葉次数の全域木がグラフに存在するための必要十分条件を求めた。グラフとその補グラフがともにk-可縮臨界グラフならばその頂点数の2乗はkの3乗で押さえられることを示し、この評価が最良であることを示すグラフの構成に成功した。連結度が5のグラフにおいて次数5の頂点の近傍は自明な切断点集合と呼ばれ、自明な切断点集合に両端点が含まれる辺を自明な非可縮辺と呼ぶ。可縮臨界5-連結グラフは頂点数の1/2の辺が自明な非可縮辺を含むことを示した。この事実を示す過程で可縮臨界5-連結グラフにおける自明でない非可縮辺の存在とある特定の部分グラフの存在との間の関係を見い出した。これは自明でない非可縮辺を持つ可縮臨界5-連結グラフの部分構造の特徴付けの基礎をなすものと考えられる。さらに4-正則4-連結グラフは三角形に含まれない辺の数の1/2の4-可縮辺を含むことを示した。4-連結グラフの次数5以上の頂点xの近傍の次数4の頂点の誘導する部分グラフがP_4と同型でなければ、xから距離1以内に4-可縮辺が少なくとも2本存在することを示した。擬確率的手法を用いて規模の大きいグラフはわずかの部分を除いて規則的部分グラフで覆えることを示した。これは現在まで知られているAlon-Yusterの定理を含む結果である。以下に本研究の本年度における実績の概要を示す。離散幾何学分野における本研究では平面上に勝手に配置された有限個の点集合をほぼ同数ずつ含むように平面を凸領域に分割できることを示した。また、平面上に配置された点集合を頂点とし、それらを結ぶ直線を辺とする幾何グラフを研究した。とくに2色の点集合から構成される幾何グラフとしての木の辺交差数に関する結果の3色の場合への拡張をはかった。グラフ論分野においては昨年の6-可縮臨界グラフの次数6の頂点の分布に関する研究に引き続き、7-可縮臨界グラフを調べ、7-可縮臨界グラフでは少なくともその1/64の頂点が次数7であることを示した。これは従来知られていた7-可縮臨界グラフでは少なくとも2点が次数7であるというKrieselの結果の大幅な改善である。与えられた辺を含む2-因子が存在するためのOre型の条件を与えた。クローを含まないグラフにおける道因子の長さの上限を求めた。最小次数2の自己補グラフの特徴付けを与えた。積グラフのバンド幅に関する新らしい上限を示した。

木の頂点に隣接する葉の数をその頂点の葉次数とよび、葉次数の最大値をその木の最大葉次数と呼ぶ。与えられた整数を超えない最大葉次数の全域木がグラフに存在するための必要十分条件を求めた。グラフとその補グラフがともにk-可縮臨界グラフならばその頂点数の2乗はkの3乗で押さえられることを示し、この評価が最良であることを示すグラフの構成に成功した。擬確率的手法を用いて規模の大きい離散構造はわずかの部分を除いて規則的部分構造で覆えることを示した。これは現在まで知られている多くの定理や未解決の予想を近似的に含む一般的な結果である。以下に本研究の本年度における実績の概要を示す。離散幾何学分野における本研究では平面上に配置された点集合を頂点とし、それらを結ぶ直線を辺とする幾何グラフを研究した。とくに2色の点集合から構成される幾何グラフとしての木の辺交差数に関する結果の3色の場合への拡張をはかり、良い評価を与えた。辺着色された木は隣接する2辺が異なる色で着色されているとき、プロパーであるという。頂点数nの完全グラフはnが8以下の場合n-1色で辺着色すると、プロパーな全域木を含むことを示した。nが9以上の場合はnに関するある2次式にnを代入した値以上の色数で辺着色すると、プロパーな全域木を含むことを示した。さらにこれらの結果が最良であることも示した。グラフ論分野においては可縮臨界4-連結グラフ、可縮臨界5-連結グラフおよび極小可縮臨界5-連結グラフの研究をすすめた。まず、極小可縮臨界5-連結グラフの各頂点には次数5の頂点が2つ隣接していることを示した。連結度が5のグラフにおいて次数5の頂点の近傍は自明な切断点集合と呼ばれ、自明な切断点集合に両端点が含まれる辺を自明な非可縮辺と呼ぶ。可縮臨界5-連結グラフは頂点数の1/2の辺が自明な非可縮辺を含むことを示した。この事実を示す過程で可縮臨界5-連結グラフにおける自明でない非可縮辺の存在とある特定の部分グラフの存在との間の関係を見い出した。これは自明でない非可縮辺を持つ可縮臨界5-連結グラフの部分構造の特徴付けの基礎をなすものと考えられる。さらに可縮臨界4-連結グラフは三角形に含まれない辺の数の1/2の可縮辺を含むことを示した。擬確率的手法を用いて規模の大きいグラフはわずかの部分を除いて規則的部分グラフで覆えることを示した。これは現在まで知られているAlon-Yusterの定理を含む結果である。FontetとMartinovによる可縮臨界4-連結グラフの特徴付けにより4-連結グラフGが次数5以上の頂点を含むかあるいは三角形に含まれない辺を含めばGに4-可縮辺が存在する。そこで、4-連結グラフにおいて、(1)次数5以上の頂点の数、(2)次数5以上の頂点の近傍、(3)三角形に含まれない辺の数に関する4-可縮辺の分布の研究を行った。まず、4-連結グラフGはGの次数5以上の辺の頂点と同数以上の4-可縮辺を持つことそしてこの結果が最良であることを示した。また、4-連結グラフの次数5以上の頂点xの近傍で次数4の頂点の集合が長さ3の道を誘導しない場合には、xから距離1以内に少なくとも2本の4-可縮辺が存在することを示した。このとき、近傍の次数4の頂点の集合が長さ3の道を誘導しないという条件が必要であること、および2本が最良であることも示した。さらに、4-連結グラフGには三角形に含まれないGの辺の数の少くとも1/2の4-可縮辺が存在することを示した。これらの結果の証明は4-連結グラフの頂点xに4-可縮辺が接続していないならば、x以外に次数4の頂点を含む、xのみを共有頂点とする2つの三角形が存在するという補題を基礎に行われる。
浅海・湖沼域における水界の魚撈-農耕活動の文化生態学的研究

浅海や湖沼域の水界とその延長の陸界をひとつのシステムとみなして、農・漁その他の生業との兼業者が、自然認識や技術体系、社会構造や文化諸層で連続性、共時性をもちつつ、分化していったかという仮説のもとで、以下のフィールドで現地調査を実施した。1)沖縄県島尻郡伊平屋村島尻・田名:さんご礁潮間帯と島中央部の水田地帯2)長崎県壱岐郡芦辺町八幡浦・諸吉触:海女採取漁業とそれに隣接する純農村3)滋賀県高島郡勝野・近江八幡市沖島:えり漁の既存地と地曳網・しじみ曳が中心で、えり漁業が後発の地4)佐賀県諸富町・川副町:有明海沿岸の海苔養殖・干潟漁業とクリーク灌漑の地5)兵庫県赤穂市・香川県坂出市:もと塩田水界の環境利用は浅海域の場合、農地の延長と認識され、農民による農業的な漁法(えり漁や石干見)を発達させ、海域では太陰暦がなお生活の中心となっている。漁業を生業としない伊平屋島においても、糸満漁師から学んだ追込み漁を潮間帯での「おかずとり」的な漁撈に応用しているが、生業へは進化せず、山当てなどの漁民的定位術は用いられなかった。農と漁が集落として歴史的にも分離している壱岐の場合は、両者をつなげる共通原理は見いだし得ず、なお社会的にも隔離的な諸層が発見できた。干潟におけるクリーク灌漑は潮の干満を巧みに利用したものであり、漁撈技術にもその延長的な性格がある。塩田の場合、干潟利用の商品経済的発展ととらえられるが、土地所有は地主的であり、そこでの労働力である浜子にはすでに浅海域での在来的技術は社会的には継承されていない。
α－シリル－σ－アリル金属錯体形成を鍵とする触媒的炭素結合構築法の開発

α位にメタロイドを有するσーアリルパラジウム中間体を利用することで,パラダシクロブテン中間体やパラジウムカルベノイド中間体を発生させる新規手法をそれぞれ開発した。パラダシクロブテン中間体は,歪んだオレフィン類と反応することでシクロプロパン化生成物を立体選択的に与え,パラジウムカルベノイド中間体はカルベンの二量化生成物を与えた。また,パラジウム触媒存在下,3ーピナコラトボリルアリルアセテート,アルデヒド,そして有機ホウ素反応剤との反応を行うと三成分連結反応が進行し,(Z)-anti-ホモアリルアルコールが立体選択的に得られる反応も見出した。昨年度までに開発したパラジウムカルベノイドの新規発生法を利用して,有機色素材料の合成を検討した。触媒量のパラジウム錯体とフッ化セシウム存在下,3-トリメチルシリル-1,2-ジアーリルアリルアセテート誘導体の二量化反応を行うと,1,2,5,6-テトラアリール-1,3,5-ヘキサトリエン誘導体が中程度の収率で得られた。ここで得られた生成物は,溶液状態では蛍光発光特性を有しないが固体状態で蛍光発光する色素分子であった。例えば,1,2,5,6-テトラフェニル-1,3,5-ヘキサトリエンの蛍光スペクトルの極大波長は440nmであり量子収率は0.58であった。一方,触媒量のパラジウム錯体とフッ化セシウム存在下,3-ピナコラトボリル-1-アリールアリルベンゾエート誘導体とノルボルナジエンとの反応では,シクロプロパン化生成物がジアステレオマーの混合物として得られることを見出していた。今回,反応系に18-crown-6を添加したところ,シクロプロパン化生成物が高い立体選択性で得られる知見を得た。このことから,添加剤であるフッ化セシウムが塩基として作用するとパラジウムカルベノイドとパラダシクロブテン両方の中間体が生成し,フッ素アニオンとしてホウ素の活性化に作用するとパラダシクロブテン中間体を生成することが明らかとなった。さらに,3-ピナコラトボリル-1-アリールアリルアセテートとパラジウム触媒との反応からアリルホウ素が生成する点に着目し,アルデヒドとトリアルキルホウ素との反応を検討したところ,アンチ選択的なZ体のホモアリルアルコール誘導体の合成にも展開することができた。アンチ選択的なホモアリルアルコール誘導体の合成はいくつか知られているが,本反応では,ホモアリルアルコールのオレフィンの立体化学も完全にZ体に制御できている点で合成化学的に有用な反応である。触媒量のパラジウム錯体とフッ化セシウム存在下,3-トリメチルシリル-1-アリルアセテート誘導体1とノルボルナジエンとの反応では,シクロプロパン化反応が立体選択的に進行することを見出していた。本反応の反応活性種は,パラジウムカルベノイドとパラダシクロブテンが考えられる。そこで,基質のシリル基をピナコラトボリル基に代えて検討を行ったところ,シクロプロパン化生成物がジアステレオマーの混合物(5.6:1)として得られた。一方,スチリルジアゾ化合物とパラジウムから生成するパラジウムカルベノイドとノルボルナジエンとの反応では,シクロプロパン化生成物が2:1のジアステレオマーの混合物として得られた。このことから,α-ボリル-σ-アリルパラジウム錯体からはパラジウムカルベノイドとパラダシクロブテンの両方が生成していることが明らかとなった。このことから,シリル基を有する基質では,パラジウムカルベノイドではなく,稀な反応活性種であるパラダシクロブテンが真の活性種であると分かった。また,ケイ素と同族のゲルミル基を有する基質でも,ノルボルナジエンとのシクロプロパン化反応が立体選択的に進行する知見を得た。一方,パラジウム錯体,2,2'ービピリジン配位子,フッ化セシウム存在下,基質1の反応を極性溶媒中60°Cで行ったところ,1,6ージアリールー1,3,5ーヘキサトリエン誘導体2が良好な収率で得られることも見出した。本反応は,α-トリメチルシリル-σ-アリルパラジウム錯体形成後にシリル基がα脱離することによってパラジウムカルベノイドを生成し,パラジウムカルベノイドの不均化反応が進行することで得られたと考えられる。また,基質のシリル基をジアミノナフチル基で保護されたボリル基に代えると,40°C程度の温和な条件で生成物2が良好な収率で得られことも新たに見出した。昨年度の研究過程で,パラジウム触媒を用いた3位にボリル基を有するアリルアセテート,アルデヒド,およびトリアルキルホウ素反応剤による三成分連結反応を見出していた。そこで,この反応開発と反応機構の解明を中心に取り組んだ。アルデヒドの検討では,芳香族アルデヒド,脂肪族アルデヒド,

複素環式芳香族アルデヒドのいずれにおいても収率ならびに立体選択性の面で良好な結果を与えた。基質の検討でも高い基質一般性が確認できた。カップリング反応剤であるホウ素反応剤について検討を行ったところ,トリアルキルホウ素反応剤では中程度から良好な収率で目的生成物を与えたのに対し,9-BBNまたはピナコラトボリル基を有するアルキルホウ素反応剤では反応が進行しなかった。一方,トリフェニルホウ素反応剤の検討では,高収率で生成物を与えたが,この場合,生成物のアルケンの立体選択性が低下した(E/Z = 1 /1.5)。さらに,キラルな基質を用いて不斉転写の検討を行ったところ,興味深いことに,82%程度の不斉転写率で反応が進行し,82%eeの生成物が得られた。この生成物を既知のジオール体へ誘導し,旋光度から絶対配置を決定したところ生成物の絶対配置は(1S, 2R)であった。σーアリルパラジウム形成時に生成するアリルボロネートとアルデヒドによる6員環遷移状態では逆の絶対配置を有する生成物が得られることになる。得られた生成物の絶対配置から反応機構を考察すると,σーアリルパラジウムとアルデヒドの6員環遷移状態形成時にアリルボロネートがアルデヒドへ分子内求核攻撃をすることでZ体のビニルパラジウム中間体を与え,これがホウ素反応剤とカップリング反応をすることで生成物を与えるという機構が提唱できる。σーアリルパラジウムがアルデヒドと6員環遷移状態を形成する報告例は少なく,本研究では反応機構の面からも極めて興味深い知見が得られた。有機合成化学平成25年度以降の研究計画では,1)パラジウムカルベノイドによる触媒的sp2C-H結合挿入反応の開発,2)パラダシクロブテン中間体とルイス酸触媒の共同効果による触媒的分子変換反応の開発を目的とした。研究計画1では,これまでの研究成果から困難であることがわかった。これは,パラジウムカルベノイドが他のロジウムやルテニウムカルベノイドよりも不安定なため,カルベンの二量化が容易に進行することが大きな原因である。そこで,次年度では,触媒をパラジウムからロジウムやルテニウムに変え,同様の触媒的sp2C-H結合挿入反応の開発を引き続き実施する。一方,3-ピナコラトボリル-1-アリールアリルベンゾエートを用いたオレフィンのシクロプロパン化反応では,パラジウムカルベノイドとパラダシクロブテン両方の中間体が生成し,シクロプロパン化反応の立体選択性が低下する新たな知見を得ることができた。18-crown-6とフッ化セシウムを添加することで求核性の高いフッ素アニオンを発生させ,これによりパラダシクロブテン中間体経由に反応経路が偏り立体選択的なオレフィンのシクロプロパン化反応が進行したと考えられる。これは研究計画段階では予期しなかった新たな発見である。さらに,ここで得られた成果から,パラジウム触媒による3-ピナコラトボリル-1-アリールアリルアセテート,アルデヒド,トリアルキルホウ素の三成分連結反応を新規に開発することにも成功した。本反応は,ジアステレオ選択性とオレフィンの立体化学の制御を一挙に行うことができる新しいホモアリルアルコール誘導体の合成法である。さらに,パラジウムカルベノイドを利用した二量化反応では,凝集誘起蛍光分子の合成に成功した。以上のように,研究計画段階では予期しなかった非常に有用な方法論を見出すことができたことらも明らかなように,概ね順調に研究が進行していると判断する。
素粒子実験で用いる半導体受光素子の微弱光検出能力の限界を探る

素粒子実験用の粒子検出器の中には、荷電粒子が物質中を通過するときに生じるシンチレーション光のような極めて微弱な光信号を捉えることによって粒子を検出するものがある。本研究では、アバランシェフォトダイオードやマルチピクセルフォトンカウンター(MPPC)など、粒子検出器の受光素子の候補となり得る半導体受光素子の微弱光検出能力を評価する実験を行った結果、MPPCが最も高感度であることが分かった。特に、MPPCをー40°C程度まで冷却することによって、従来用いられてきた光電子増倍管などでは検出効率が著しく低下する光子7個程度の極めて微弱な光信号に対しても、100%近い検出効率が得られることが分かった。平成23年度に完成させた測定装置を用いてアバランシェフォトダイオード(APD)やマルチピクセルフォトンカウンター(MPPC)などの半導体受光素子に微弱な光信号を照射し、その性能評価を行う実験を本格的に開始した。まず最初に浜松ホトニクス製の短波長型シリコンAPD S8664-55の過剰雑音係数の測定を詳しく行い、その波長特性を調べた。微弱光信号に対する検出効率はS/N比によって決まるが、今回はその内のN(ノイズ)の特性を詳しく調べたことになる。その結果、このAPDでは、波長500 nm以下の短波長光に対して過剰雑音が小さくなることが分かった。実際の素粒子実験でもこのような短波長の光信号を検出することになるが、一般にAPDは短波長の光に対しては量子効率が低く、従ってS(信号)が小さいため、不利であると思われていた。しかし、今回の測定結果から、短波長領域でSが小さくなっても、同時にNも小さくなるため、結果的に十分大きいS/N比が維持され、十分大きい検出効率が得られる可能性が出てきた。このAPDで微弱光信号に対する検出効率を実際に測定することが、次年度以降の課題となる。次に、浜松ホトニクス製のMPPC S10362-11-100Cを用いて、シンチレーティングファイバーにβ線を照射したときの平均光子数13個程度の光パルスに対する検出効率を測定したところ、MPPCを室温中に置いたときには検出効率は87%程度であったが、MPPCをー25°C以下に冷却することによって、ほぼ100%近い検出効率が得られた。これは、MPPCを冷却することによって、MPPC中の熱電子によるノイズが減少し、信号とノイズを弁別するためのしきい値を下げることができたためである。もっと低温まで冷却することで、もっと微弱な光信号に対しても十分な検出効率が得られるようになるか否かを調べることが、次年度以降の課題となる。光子10個以下の微弱な光信号に対するアバランシェフォトダイオード(APD)やマルチピクセルフォトンカウンター(MPPC)の系統的な性能評価を行うに先立って、その光源となる発光ダイオード(LED)の発光特性を詳しく調べた。特に、LEDに幅20ns程度の短いパルス電圧を加えてパルス発光させ、そのパルス当たりの光子数を、加える電圧の値や減光用フィルターの透過率を調整することによって平均020個の間の任意の値に設定できる光源を開発し、その光子数分布がポアソン分布に従うことを確認した。用いたLEDは、素粒子実験で用いるシンチレーターや波長変換ファイバー等の発光波長に合わせて、ピーク波長が460nm、503nm、520nmのものを選択した。また、本研究の初年度に透明アクリル樹脂に宇宙線μ粒子を照射したときのチェレンコフ光を利用する光源を作製したが、今年度はこの光源に改良を加え、アクリル樹脂の厚さを種々調整することによって平均光子数10個以下の光信号を作ることができるようにした。また、この光信号の光子数の分布もほぼポアソン分布に従うことを確認した。これらの光源を用いたAPDやMPPCの系統的な性能評価実験は来年度から行うことになるが、今年度は、そのための予備実験として、室温中に置いた受光面5mm×5mmの浜松ホトニクス社製APD S8664-55に上記LEDの光信号を照射したところ、100%近い検出効率を得るには、パルス当たり光子50個程度以上必要であった。APDを冷却することによってどこまで性能を向上させることができるかが今後の課題となる。また、同社製の直径1mmφの特注APD SPL2368では、ー50°Cまで冷却すれば平均光子数10個程度の光信号に対してほぼ100%の検出効率が得られているので、次年度にはさらに光子数の少ない光信号で性能評価を行う。今年度は、アバランシェフォトダイオード(APD)やマルチピクセルフォトンカウンター(MPPC)などの半導体受光素子の性能評価を次年度から本格的に行うために必要となる以下のような装置を製作した。はじめに、半導体受光素子冷却装置の改造を行った。これまでは、半導体受光素子のノイズを抑えるためにペルチエ素子を用いて冷却していたが、この場合、冷却温度はー50°Cが限界となる。本研究ではこれまで以上に受光素子のノイズを抑える必要があることから、この冷却装置を改造し、液体窒素を用いて受光素子をさらに低い温度まで冷却できるようにした。次に、半導体受光素子の性能評価を行うための光源を製作した。本研究では、平均光子数10個以下の極めて微弱な光信号を必要とする。このため、シンチレーティングファイバーにβ線を照射したときのシンチレーション光を利用した光源や、透明のアクリル樹脂に宇宙線μ粒子を照射したときのチェレンコフ光を利用した光源などを製作した。

さらに、発光ダイオード(LED)に時間幅数十ナノ秒程度の速いパルス電圧を送ることによって微弱な光パルスを発生させるタイプの光源も製作した。特に後者の光源は、用いるLEDの種類によって様々な波長の微弱光パルスを作ることができ、受光素子の諸特性の波長依存性を調べる際に便利である。これらの光源を用いて、APDの二次電子増倍率や過剰雑音係数を測定する予備実験を既に開始し、良好な結果も得られている。さらに、信号読み出し用電子回路の製作も行った。半導体受光素子の内、特にAPDで極めて微弱な光信号を読み出す場合、APD自体の光電子増倍率があまり高くないため、それを補うことができる極めて高利得・低ノイズの荷電有感型アンプが必要となる。このため、デジテックス社のアンプチップHIC-1576を用いた増幅回路を作製した。今年度は、浜松ホトニクス社製のアバランシェフォトダイオード(APD)S5343mod(APDアレイSPL2367等の元になった特注品)およびS8664-55に、平均光子数30個以下の微弱な光パルスを照射し、微弱光検出能力の限界を探る実験を行った。光源には、素粒子実験で用いる3HF型シンチレーターの発光スペクトルに合わせて、波長500600nmのLEDを用いた。光パルス中のパルス毎の光子数は、平均光子数の周りにポアソン分布することが分かっている。そのような光パルスをAPDに照射すると、APDの中で入射光子数に比例する数の光電子が生成され、それが電気信号となって検出される。本研究では、そのような光パルスがノイズではなく信号として識別される確率(検出効率)と、その光パルスがAPDの中で生成する平均光電子数を測定した。一般に、素粒子を検出する実験では、飛来した素粒子を、できれば100%、少なくとも97%以上の確率で検出することが望まれる。これは、本研究において、受光素子に入射する光パルスを97%以上の確率で検出する必要があることを意味する。本研究で、室温中に置かれたAPDに対して行った実験の結果、光パルスを97%以上の確率で検出するために必要な平均光電子数は、受光面の大きい(5mm×5mm)S8664-55では78個であったが、受光面が小さく(直径1mm)、従ってノイズも小さいS5343modでは33個であった。さらに、このS5343modをー40°Cまで冷却し、さらなるノイズの低減を図ったところ、平均光電子数14個の光パルスで97%の検出効率が得られた。なお、このAPDで光電子を14個得るためには、入射光パルス中に光子が15個程度あればよく、同じ検出効率を達成するためには20個以上の光子を必要とする光電子増倍管などに比べて、APDの方が高感度であることが分かった。今年度は、半導体受光素子の一種であるマルチピクセルフォトンカウンター(MPPC)の微弱光検出能力を評価する実験を行った。種々のMPPCの中で検出効率の最も大きい浜松ホトニクス社製のS10362-11-100C(受光面1mm×1mm、ピクセルサイズ100μm×100μm)を選択した。光源として用いたLEDの光パルス中のパルス毎の光子数は、平均光子数の周りにポアソン分布することが分かっている。そのような光パルスをMPPCに照射すると、MPPCを構成する多数のピクセルの内、光子が当たったピクセルの中で一定の確率で光電子が生成され、それが電気信号となって出力される。