hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形拡散方程式の爆発問題と解の形状

本年度は、冪乗型非線形項や指数型非線形項を含む、一般の非線形性を持つ半線形熱方程式に対する解の爆発集合の特徴付けに関する研究を行った。昨年度までの研究で、非線形項が冪乗型の場合に、半線形熱方程式の解の爆発集合の位置と拡散係数との関係が明らかとなった。その際、柳下氏による、初期値の最大点近くで解と同時に爆発する優解の構成法を改良し、議論を進めたが、それらの議論は非線形項の型に強く依存しているため、非線形項が一般の場合には、その議論を直接適用することはできない。本年度の研究では、このような優解が構成できるために非線形項が満たすべき条件を導出し、昨年度の結果の拡張に成功した。特に、指数型非線形項を含む一般の半線形熱方程式の解に対して、拡散係数が十分に小さいならば、解は初期値の近くでのみ爆発することを示した。また、これまで行ってきた拡散係数が十分に小さい場合の研究を通して、爆発時刻直前での解の形状と爆発集合の位置との関係が明らかになってきており、その応用として、零ディリクレ境界条件下における境界爆発解の非存在の証明への応用が可能であると予想している。今年度は、円環領域における拡散係数が十分に小さいとは限らない場合の半線形熱方程式の爆発問題を考察した。領域が円環領域の場合、moving plane法と呼ばれる手法を用いることで、外側の領域においては解が爆発しないことは示せるが、球対称解に限っても内側の領域で解が爆発する可能性を否定することはできない。この研究では、これまで得られた爆発集合の位置と爆発直前での解の形状との関係を用いることで、ディリクレ境界条件下において、解は領域内部でのみ爆発し、境界上では爆発しないことを示す。そのためには、解の増大度に関する評価や微分評価などを導く必要があるが、円環領域における球対称解に対しては必要な評価を導出できると考えている。本年度は、冪乗型非線形項を持つ半線形熱方程式の解の爆発集合の特徴付けに関する研究を行った。爆発集合の特徴付けは、非線形拡散方程式の解の形状や、解の最大点集合の挙動とも関連しており、爆発問題の解析や、拡散と非線形の相互作用を調べる上で、重要な研究対象である。一般的に、拡散項と非線形項のバランスにより解が様々な挙動を示すため、初期値や領域などの与えられた情報から爆発集合の位置を特定することは非常に困難であると考えられる。本研究では、拡散係数に着目し、特に、拡散係数が十分小さい場合、爆発集合の位置がどのように特徴付けされるかを調べた。拡散係数が小さい場合、非線形項の影響が拡散項に比べ強く働き、非線形項の影響により爆発集合が特徴付けされると予想される。実際、本研究では、この予想が正しいことを過去の結果の条件を包括する一般的な形で示し、解が初期値の最大点集合の近くでのみ爆発することを示した。更に、本研究では爆発集合の位置が熱方程式の最大点集合の時間局所的挙動によって特徴付けされることを示した。特に、初期値に最大点が複数点ある場合、爆発集合の位置は、最大点における初期値関数のなすグラフの平均曲率によって決定されることを示した。この結果は、拡散の効果が非常に小さいにも関わらず、爆発集合の位置には拡散項の影響が強く働くことを示した結果であり、また、爆発集合の位置と初期値関数のなすグラフの最大点における平均曲率の関係を記述する初めての結果である。
ゲーミフィケーションを用いたジョブ・クラフティング促進介入の心の健康への効果検討

本研究ではゲーミフィケーションを用いたジョブ・クラフティング(以下JC)促進プログラムを開発し、その効果検討をすることを目的とする。JCとは、労働者が自らの仕事のやりがいを高めるために自主的な働き方をすることであり、JCを促すことによる、労働者の心の健康増進の効果が注目されている。本研究では、カードゲームを用いて、参加者が能動的にJCを学び、実践するためのプログラムを開発する。続いて、本プログラムの心の健康増進への効果を、労働者に対する無作為化比較試験により検討する。
高速・低速ネットワーク混在環境における時間的に公平な協調作業に関する研究

本研究ではネットワークに接続した複数のユーザが電子会議,ゲーム,協調作業などを行う状況を対象とし,ネットワークトポロジに依存する端末間の澤延較差に伴う時間的な不公平性を解消する機構「ユーザ操作時間公平性保証方式」を設計・評価した.この方式では,利用者が協調作業のためのサーバからの情報提供に対応した処理に要した時間を,利用者からの応答メッセージとともにサーバへ集め,これらに応じて利用者からの応答メッセージの処理順序を調整する.この方法は,(i)サーバのネットワーク上の位置によりシステム全体の応答性能が変わる,(ii)利用者側での処理時間の測定を利用者側からの報告に依存するので虚偽の報告がなされる危険性がある,という大きく2つの問題を含んでいる.本年度研究では各問題に対し以下のような成果が得られた.(i)の問題に対しては端末の移動によって動的にネットワークトポロジが変化する無線アドホックネットワークを想定した適用的手法の評価を行った,具体的には,昨年度に設計済みのサーバ・クライアント間の定期的なメッセージ交換によって把握したネットワークトポロジに応じてサーバ機能を異なるホストヘ移動させる手法をシミュレーションにより評価し,システム全体の応答時間の削減に効果があることを確かめた.(ii)の問題に対しては,昨年度に設計したネットワークインタフェースに耐タンパ性を備えた時刻記録装置を付加した専用ハードウェアを用いて利用者側の虚偽の報告を防止する方法について,ソフトウェア上のプロトタイプによりその実用性を評価した.さらに,ハードウェアを用いた手法の改良法として,サーバからのメッセージとその解読用の鍵を別々に送ることによって,暗号解読用の専用ハードウェアを必要とするもののネットワークプロトコルに依存しないで虚偽の報告を防止できる手法を考案し,その安全性を明らかにした.申請者が提案しているネットワーク遅延が動的に変化する状況を想定したユーザ操作時間公平性保証方式(ICEGEM)の拡張として,以下の2点について基礎的な検討を進めた。1.セキュリティ向上:ICEGEMはクライアント-サーバ型の協調アプリケーションにおいて,クライアントから報告されるユーザの操作時間の報告に基づいてサーバ側で公平性保証のための調停を行う。ICEGEMではユーザプログラムが改ざんされた場合,クライアント側から報告されるユーザ操作時間が偽証され,サーバ側での調停が正しく行えなくなってしまう。この問題に対し,ネットワーク中継装置を拡張した専用ハードウェアを用いて応答時間を判定し,クライアントによる虚偽メッセージの防止手法を検討した。具体的には,ネットワーク中継装置が通過するICEGEM使用メッセージの通過時刻を逐次サーバに報告する方式(報告形)と,中継装置自身がメッセージの通過時刻に応答時間を測定する方式(測定型)の2つを提案し,有効性を検討した。この結果,測定型が安全面,コスト面,信頼性の点から測定型が優れていることを明らかにした。2.モバイルアドホックネットワークへの拡張:モバイルアドホックネットワーク(MANET)環境ではネットワークを構成する端末が移動することによってネットワークのトポロジが変化する。このため,端末間の遅延差を隠蔽するための機能を有する端末のネットワークトポロジ上の位置が適切に保たれる保証がない。今年度はトポロジの変化に応じてネットワークトポロジの中心に近い端末が遅延差の吸収を行うように,遅延差吸収機能を担う端末を交代させる方法を提案し,MANETのルーティングプロトコルとしてDSR(Dynamic Source Routing)を用いた場合について,その有効性をシミュレーションに基づいて明らかにした。本研究ではネットワークに接続した複数のユーザが電子会議,ゲーム,協調作業などを行う状況を対象とし,ネットワークトポロジに依存する端末間の澤延較差に伴う時間的な不公平性を解消する機構「ユーザ操作時間公平性保証方式」を設計・評価した.この方式では,利用者が協調作業のためのサーバからの情報提供に対応した処理に要した時間を,利用者からの応答メッセージとともにサーバへ集め,これらに応じて利用者からの応答メッセージの処理順序を調整する.この方法は,(i)サーバのネットワーク上の位置によりシステム全体の応答性能が変わる,(ii)利用者側での処理時間の測定を利用者側からの報告に依存するので虚偽の報告がなされる危険性がある,という大きく2つの問題を含んでいる.本年度研究では各問題に対し以下のような成果が得られた.(i)の問題に対しては端末の移動によって動的にネットワークトポロジが変化する無線アドホックネットワークを想定した適用的手法の評価を行った,具体的には,昨年度に設計済みのサーバ・クライアント間の定期的なメッセージ交換によって把握したネットワークトポロジに応じてサーバ機能を異なるホストヘ移動させる手法をシミュレーションにより評価し,システム全体の応答時間の削減に効果があることを確かめた.(ii)の問題に対しては,昨年度に設計したネットワークインタフェースに耐タンパ性を備えた時刻記録装置を付加した専用ハードウェアを用いて利用者側の虚偽の報告を防止する方法について,ソフトウェア上のプロトタイプによりその実用性を評価した.さらに,ハードウェアを用いた手法の改良法として,サーバからのメッセージとその解読用の鍵を別々に送ることによって,暗号解読用の専用ハードウェアを必要とするもののネットワークプロトコルに依存しないで虚偽の報告を防止できる手法を考案し,その安全性を明らかにした.
電荷秩序相に隣接した超伝導相における電荷揺らぎの役割の研究

有機導体・-(meso-DMBEDT -TTF)2PF6の電荷秩序相に隣接した超伝導相における電荷揺らぎの役割を明らかにするために、放射光X線を用いて静水圧0.5 GPa・圧力セル温度5 K程度までの圧力・温度範囲で単結晶構造解析が可能な実験装置を開発し、実験を行った。結果は、印加圧力0.1 GPaでも最低温度まで超格子反射は観測されず、圧力印加によって急激に相関長が減衰することが分かった。本研究の目的は、常圧電荷秩序相から圧力誘起超伝導相へと転移する有機導体において、電荷揺らぎがどのような役割を担っているかを明らかにすることである。超格子散漫散乱を観測することで電荷揺らぎを直接検出するために、新たにバックグラウンドを低減した単結晶構造解析用圧力セルを開発し、放射光X線回折計へ搭載可能な極低温冷凍機を作製した。これらの装置を用いて以下のような実験を行った。有機導体beta-(meso-DMBEDT-TTF)_2PF_6は常圧ではT_c=70Kで電荷秩序化する。圧力を印加することで電荷秩序相は抑制され、比較的低圧である0.6kbarで、電荷秩序と共存するT_c=4.6Kの超伝導体となる。圧力下において電気抵抗率測定やラマン散乱測定などが行われているが、常圧で存在する電荷秩序が超伝導発現機構にどのような役割を担っているかは明確ではない。電荷ゆらぎの役割を明らかにすることは、超伝導体研究においても重要な知見を提供すると考えられる。常圧で存在する電荷秩序は超格子反射として観測されているが、圧力印加によって抑制することで散漫散乱へと変化していくことが期待される。しかし、PBIシリンダー圧力セルを用いて低温圧力2kbarを印加し、ヘリウムフロー式冷凍装置によって5K程度まで冷却して回折実験を行ったが、超格子散漫散乱は明確には観測されなかった。この結果が、本質的に電荷秩序が存在しないのか、バックグラウンドがまだ高いために観測できないのかは明確ではない。また、電荷秩序と超伝導の共存領域では、T_cは4K程度であるが、圧力セル自体の温度はこれより若干高めであった。冷凍装置の最低温部は3.7K程度なので、装置に改良を施すことでT_c以下までの冷却は可能と考えられる。散漫散乱の有無を明確にするために、圧力セルの最適化を行い、4K以下で圧力誘起超伝導相の構造解析を行う予定である。本研究は、電荷秩序を示す有機導体beta-(meso-DMBEDT-TTF)_2PF_6の圧力誘起超伝導における電荷ゆらぎの役割を明らかにすることを目的とする。電荷秩序相と超伝導相が共存する本物質では、特に超伝導発現機構に興味が持たれている。比較的弱い圧力で電荷秩序が抑制され、超伝導が現れるため、電荷ゆらぎの超伝導発現機構における役割を解明するための最適な物質といえる。電荷ゆらぎは電荷秩序の抑制に伴う超格子散漫散乱として検出する。このためには、圧力下で散漫散乱を観測可能な低バックグラウンドの圧力セルと、超伝導転移温度よりも低温まで測定可能な冷凍機が必要となる。研究計画初年度である平成23年度は実験装置開発を主に行った。バックグラウンド低減型圧力セルとして作製したPBI圧力セルのクランプ圧力温度依存性を、既存のGM冷凍機を用いて確認した。この際、これまで18 Kだった到達最低温度を、コールドヘッドと圧力セルの接合部分を改良することで8 Kに改善した。次に予備実験として、試料を封入した状態で圧力を印加せずに冷却し、超格子反射が圧力セル中の試料から観測可能かどうかの確認を行った。結果、最低温では超格子反射をブラッグ反射の二桁落ち程度の強度で観測できた。また、回折実験と同時に測定できる電気抵抗率測定装置の立ち上げも行った。次年度はこれらの実験装置と新たに作製する極低温冷凍機を用いて、圧力下超格子散漫散乱の観測を目指す。冷凍機の設計が固まらず、開発にやや遅れが生じているが、既存の冷凍機の輻射シールド等を改良することで、到達最低温度を18 Kから8 Kに改善して予備実験を行えた。この温度は冷凍機のコールドヘッド温度とほぼ同じ温度であり、このノウハウを活かした設計を行い、目標の到達温度を実現する予定である。実験装置開発に関しては、圧力セルはほぼ満足できるものが出来上がり、電気抵抗率測定装置も前倒しで立ち上げを行っているため、残すは冷凍機のみである。極低温冷凍機の設計を詰めて作製を行う。平行して、圧力下試料の回折・電気抵抗同時測定の予備実験を行う。次に、圧力下超格子散漫散乱測定を徐々に印加圧力を増しながら最低温まで行い、電荷秩序の超伝導における役割を明らかにする。

当初の計画を変更し、圧力セル開発と次年度に予定していた電気抵抗率測定装置立ち上げを優先して行ったため、極低温冷凍機作製用予算に未使用額が生じた。電気抵抗率測定装置分の次年度請求額と、前年度繰越額を合わせて極低温冷凍機を作製するために使用する。圧力セルおよび、電気抵抗率測定装置は概ね完成しているため、使用計画は冷凍機作製が主で、他には各種消耗品等の予定である。
コラーゲン誘発性関節炎における骨髄細胞分化異常と骨量減少機序の解明-マクロファージ及びリンパ球の分化異常との関連

本年度は、コラーゲン誘発性関節炎(CIA)マウスにおいて、I.組織形態計測による骨代謝動態の経時的変化とII.マウス骨髄細胞培養による骨芽細胞と破骨細胞の分化状態の変化について検討を行った。I.組織形態計測による骨代謝動態の経時的変化の検討:方法)9週齢のDBA1/Jマウス90匹で実験を開始した。CIA群はアジュバントとBovine type II collagenを混合し、初回免疫を行った。21日目に追加免疫を同様に行った。対照群は、アジュバントのみを接種した。評価項目として、関節炎発症頻度、関節点数、尿中デオキシピリジノリンを測定した。初回免疫後、0、2、4、6、8週目に屠殺を行い両脛骨を摘出し、脛骨近位部で二次海綿骨の組織形態計測を行った。結果)CIA群では初回免疫後8週日目に100%であった。関節点数は8週目では平均8.4点であった。尿中DPDは4週以降有意に上昇していた。海綿骨重は4週以降に有意に減少していた。骨形成率は2週以降有意に低下していた。破骨細胞数は6週以降有意な上昇を認めた。II.マウス骨髄細胞培養による骨芽細胞と破骨細胞の分化状態の変化の検討:方法)実験Iと同様にCIAマウスを作成し、両脛骨を摘出した。脛骨より骨髄細胞を採取し、全骨髄細胞数、接着細胞数、CFU-fコロニー数およびCFU-GMコロニー数を測定した。結果)骨髄細胞培養では、全骨髄細胞数、接着性細胞数が4週目より減少した。CFU-GMコロニー数は、4週目で有意に増加を認めたが、CFU-fコロニー数は有意差を認めなかった。本年度はCIAマウスにおける関節炎発症早期の骨重の低下が骨芽細胞の分化異常に関与していることを明らかにした。本年度は、I.ステロイド投与によるラット椎体の骨塩量、骨代謝動態、骨強度の変化、II.アジュバント関節炎におけるステロイド投与の効果について検討を行った。Iステロイド投与による骨塩量、骨代謝動態の変化:方法)6週齢の雌性Sprague-Dawley(SD)ラット110匹を用いた。生食をvehicleとし、10、30、90、270mg/kgのPSLを実験開始時から週2回筋肉内投与した。実験開始時、実験開始後14日目および28日目に屠殺し、血清と第3・4・5腰椎(L3,L4,L5)を採取した。結果)270mg/kg投与群では骨塩量が対照群と比較して有意に低下していたが、体積と骨塩量で補正した骨強度は14日で対照群と比較して有意に高値であった。骨形成のパラメータは270mg/kg投与群で対照群と比較して有意に低下していた。IIアジュバント関節炎に対するステロイドの効果:方法)6週齢の雌性SDラット130匹を用いた。0.5mgのMycobacterium butyricumを右足蹠皮下に接種してアジュバント関節炎を惹起した。実験Iと同様にPSLを投与して、血清と腰椎を採取した。結果)関節炎対照群の骨塩量、骨強度および海綿骨量は非関節炎群と比較して有意に低値であった。PSL治療群では骨塩量と骨強度が関節炎対照群と比較して有意に高値であった。海綿骨量は270mg/kg投与群で関節炎対照群と比較して有意に高値であった。28日では関節炎対照群の破骨細胞面は非関節炎群と比較して有意に高値であったが、PSL投与群の破骨細胞面は関節炎対照群と比較して有意に低値であった。本年度はアジュバント関節炎ラットに対するPSL投与が腰椎の骨密度、海綿骨量、力学特性の指標の低下を防止したことを明らかにした。結果)

骨髄細胞培養では、全骨髄細胞数、接着性細胞数が4週目より減少した。CFU-GMコロニー数は、4週目で有意に増加を認めたが、CFU-fコロニー数は有意差を認めなかった。本年度はCIAマウスにおける関節炎発症早期の骨重の低下が骨芽細胞の分化異常に関与していることを明らかにした。
ランダム光共振器と半導体励起子の強結合による新奇物理現象の発現

本研究では、半導体微粒子で構成されるランダム共振器と半導体中の励起子を結合させ、励起子状態を制御することで、従来のランダム構造系では不可能な新奇物理現象の発現を目指している。今年度は、半導体微粒子のランダム共振器の詳細なレーザー特性を評価した。本研究では、半導体微粒子として、酸化亜鉛粉末を用いる。酸化亜鉛はその優れた発光特性から、有望なレーザー材料として知られており、安価・安全であることから紫外レーザーデバイスへの応用が期待されている。本研究では、酸化亜鉛中に励起される励起子モードとランダムレーザーモードの結合を図るため、簡易に作製可能なランダムレーザーの特徴と、モード制御性を兼ね備えた、凝集体構造の酸化亜鉛ランダムレーザーに着目し、特にマイクロ粒子で構成される数十から数百マイクロメートルオーダーの凝集体におけるランダムレーザー特性を評価した。その結果、ある励起レーザー強度に達すると、凝集体を構成するマイクロ粒子の表面にナノメートルオーダーのナノ構造が形成され、レーザー発振を生じるという結果が得られた。ナノ構造の組成を詳細に解析した結果、大きな組成変化は見られなかった。以上のことから、ランダム構造において自己組織的に最適なレーザー構造が出現し、構造の最適化が成されることを示唆している。本研究の成果から、ランダム構造と励起子との結合に関する構造作製には自律的な構造制御が利用できることを見いだしたといえる。今年度は、上記の目標を達成するために初期段階として、本研究遂行に最適な半導体微粒子の種類・サイズ・形状の選定を行い、さらに詳細な特性を評価した。本研究では、酸化亜鉛中に励起される励起子モードとランダムレーザーモードの結合を図るため、適切な構造を選択することで、ランダムレーザーの利点である簡便さを維持したまま、モード特性のある程度の制御が可能となる構造を模索した。本研究では、簡易に作製可能なランダムレーザーの特徴と、モード制御性を兼ね備えた、不均一形状をもつ酸化亜鉛マイクロ微粒子ランダムレーザーに着目し、マイクロ粒子のサイズや結晶性などをパラメータとしてレーザー発振特性の評価を行った。その結果、マイクロ粒子のモード制御性は、そのサイズに大きく依存することを見いだした。さらにレーザー発振のしきい値は、サイズだけでなく結晶性にも影響されることがわかった。レーザー発振しきい値が高い場合には、励起子は存在できずに、電子-正孔プラズマ状態で発振するため、本研究の到達目標である励起子との結合状態の実現は難しい。以上のように、ランダム共振器モードと励起子との結合させるためには、粒子サイズだけでなく酸化亜鉛の結晶性のコントロールも重要であることが明らかになった。本研究の進捗状況として、以後の研究に最適な系を見いだすため、簡易に作製可能なランダムレーザーの特徴を備え、モード制御が可能な、不均一形状酸化亜鉛マイクロ微粒子ランダムレーザーの、マイクロ粒子のサイズや結晶性などをパラメータとしたレーザー発振特性の評価を行った。そして、マイクロ粒子のモード制御性が、粒子サイズに大きく依存し、粒子径の増加に伴いモード数が増加する傾向であることがわかった。さらにレーザー発振のしきい値が、結晶性に大きな影響を受けることもわかった。そのため、励起子との結合のためには、当初想定したサイズ制御だけでなく優良な結晶性を持つ粒子の選定が重要であり、試料条件の最適化が必要であることがわかったため、本研究計画推進の基礎となる知見を得ることができたと評価される。今年度は、前年度に引き続いて、本研究遂行に最適な半導体微粒子の種類・サイズ・形状の選定を行い、さらに詳細な特性を評価した。今年度は、簡易に作製可能なランダムレーザーの特徴と、モード制御性を兼ね備えた、ナノ粒子で構成されるマイクロオーダーの凝集体構造の酸化亜鉛ランダムレーザーに着目し、ナノ粒子のサイズなどをパラメータとしてレーザー発振特性の評価を行った。その結果、この凝集体構造のレーザー発振特性は、凝集体を構成するナノ粒子のサイズに大きく依存することを見いだした。そして、レーザー発振の安定性が、サイズだけでなく凝集体に含まれる不純物等にも影響されることがわかった。そのため、適切な処理を行うことにより、不純物を含まない試料を作製し、安定したレーザー発振を生ずる構造体が、本研究の到達目標である励起子との結合状態の実現には必要であることを見いだした。以上のように、凝集体マイクロランダムレーザーでは、凝集体内の不純物のコントロールも重要であることが明らかになった。

本研究の進捗状況として、以後の研究に最適な系を見いだすため、簡易に作製可能なランダムレーザーの特徴を備え、モード制御が可能な、ナノ粒子で構成されるマイクロオーダーの凝集体酸化亜鉛ランダムレーザーの、ナノ粒子のサイズなどをパラメータとしたレーザー発振特性の評価を行った。そして、凝集体レーザーのレーザー発振特性が、凝集体に含まれる不純物の影響を強く受けることを見いだした。そのため、励起子との結合のためには、当初想定したサイズ制御だけでなく、研究計画時に予期していなかった不純物を含まない材料での組み立てが重要であり、試料条件のさらなる最適化を余儀なくされたため、研究の進捗にやや遅れが出ている。本研究では、半導体微粒子で構成されるランダム共振器と半導体中の励起子を結合させ、励起子状態を制御することで、従来のランダム構造系では不可能な新奇物理現象の発現を目指している。今年度は、半導体微粒子のランダム共振器の詳細なレーザー特性を評価した。本研究では、半導体微粒子として、酸化亜鉛粉末を用いる。酸化亜鉛はその優れた発光特性から、有望なレーザー材料として知られており、安価・安全であることから紫外レーザーデバイスへの応用が期待されている。本研究では、酸化亜鉛中に励起される励起子モードとランダムレーザーモードの結合を図るため、簡易に作製可能なランダムレーザーの特徴と、モード制御性を兼ね備えた、凝集体構造の酸化亜鉛ランダムレーザーに着目し、特にマイクロ粒子で構成される数十から数百マイクロメートルオーダーの凝集体におけるランダムレーザー特性を評価した。その結果、ある励起レーザー強度に達すると、凝集体を構成するマイクロ粒子の表面にナノメートルオーダーのナノ構造が形成され、レーザー発振を生じるという結果が得られた。ナノ構造の組成を詳細に解析した結果、大きな組成変化は見られなかった。以上のことから、ランダム構造において自己組織的に最適なレーザー構造が出現し、構造の最適化が成されることを示唆している。本研究の成果から、ランダム構造と励起子との結合に関する構造作製には自律的な構造制御が利用できることを見いだしたといえる。本研究の今後の研究推進方策としては、まず、低しきい値を持つ酸化亜鉛マイクロ微粒子ランダムレーザーとなる酸化亜鉛マイクロ粒子の選定を引き続き進める。そのために、粒子サイズだけでなく、粒子の結晶性の向上や不純物ドーピングなどにより、高い発光量子効率を有する酸化亜鉛粒子を探索し、そのレーザー特性の評価を広い温度範囲で行う。そして。早い段階での、ランダム共振器と励起子の強結合の実現ステップへの移行を行う予定である。本研究の今後の研究推進方策としては、これまでの研究経過で得た知見をもとに、不均一マイクロ粒子及び、凝集体マイクロ粒子の両者で、粒子の結晶性の向上や試料純度の精製を行い、低しきい値レーザーの作製を行う。そして、それらのモード特性の制御性や、低温でのレーザー特性の評価から、早期のランダム共振器と励起子の強結合の状態の発現の確認を行う予定である。
"科学の参謀本部"-ロシア/ソ連邦/ロシア科学アカデミーの総合的研究-

「科学アカデミー」の実践機関としての,現代にいたるまでの存続は,ロシア・ソヴィエト科学発展のもっとも特徴的な枠組みのひとつとなっている.本研究において,われわれは科学アカデミーを存続させた歴史的諸要因の解明につとめた.最近,さまざまな文書館で公開された,かつての機密資料の研究のおかげで,科学史の分野においても,伝統的なロシア/ソヴィエト社会にたいする伝統的な全体主義モデルはより多元主義的な見方に取って代わられつつある.3年間の活発な研究活動を通じてえられた研究成果は,さまざまな歴史的瞬間において権力に対抗してしめされた科学者のイニシァティヴや主体性を確認するものとなり,結果として,上述した,われわれが現在目撃しているロシア/ソヴィエト科学史研究における重要な変化を補強するものとなっている.「科学アカデミー」の実践機関としての,現代にいたるまでの存続は,ロシア・ソヴィエト科学発展のもっとも特徴的な枠組みのひとつとなっている.本研究において,われわれは科学アカデミーを存続させた歴史的諸要因の解明につとめた.最近,さまざまな文書館で公開された,かつての機密資料の研究のおかげで,科学史の分野においても,伝統的なロシア/ソヴィエト社会にたいする伝統的な全体主義モデルはより多元主義的な見方に取って代わられつつある.3年間の活発な研究活動を通じてえられた研究成果は,さまざまな歴史的瞬間において権力に対抗してしめされた科学者のイニシァティヴや主体性を確認するものとなり,結果として,上述した,われわれが現在目撃しているロシア/ソヴィエト科学史研究における重要な変化を補強するものとなっている.各国の科学アカデミーが近代史において名誉職機関と化していったのにたいし,ロシア/ソ連邦/ロシア科学アカデミーは現在にいたるまで,傘下に多くの学術研究機関を集めることで,一国の研究活動全般の展開に圧倒的な影響力を発揮する特有の組織となった.この科学アカデミーの近現代ロシア史上における役割,組織,社会的・政治的なありようを分析することは科学社会学・科学技術史の重要な研究課題である.研究にあたっては,現地で収集した文書記録類(公文書,ドキュメント等),および文献(書籍,論文,その他)を資料として,それらを読むことを通じて史実を再構成する,いわゆる文献実証の方法を採用する.このため,研究代表者の市川,研究分担者の梶,研究協力者の藤岡毅(同志社大学・嘱託講師),金山浩司(日本学術振興会・特別研究員PD),齋藤宏文(東京工業大学・教育工学開発センター・特任助教),隠岐さや香(広島大学・大学院総合科学研究科・准教授)をモスクワやサンクト=ペテルブルク,あるいはパリに派遣し,それぞれ当地の科学アカデミー文書館などで資料調査に従事せしめた.研究分担者=小林は国内で飼料調査に従事した.また,本研究の実施にはロシア科学アカデミー・S.I.ヴァヴィロフ名称自然科学史=技術史研究所の協力が欠かせないが,9月には同研究所サンクト=ペテルブルク支部と,11月に同研究所本体と協力協定を締結した.同研究所サンクト=ペテルブルク支部から2011年2月,主任研究員のガリーナ・イヴァノヴナ・スマーギナ女史を招き,東京で公開セミナーを開催した.さらに,年度末には,1年間にわたる研究成果(の一部)を取りまとめ,本研究独自の論集として刊行した(『"科学の参謀本部"-ロシア/ソ連邦/ロシア科学アカデミーの総合的研究-(平成2224年度日本学術振興会科学研究費補助金[基盤研究(B)]研究成果中間報告)』Vol.1).同論集には,研究協力協定に基づき,数名のロシア人研究者からも寄稿していただいた.各国の科学アカデミーが近代史において名誉職機関と化していったのにたいし,ロシア/ソ連邦/ロシア科学アカデミーは現在にいたるまで,傘下に多くの学術研究機関を集めることで,一国の研究活動全般の展開に圧倒的な影響力を発揮する特有の組織となった.この科学アカデミーの近現代ロシア史上における役割,組織,社会的・政治的なありようを分析することは科学社会学・科学技術史の重要な研究課題である.研究にあたっては,現地で収集した文書記録類(公文書,ドキュメント等),および文献(書籍論文等)を資料として,それらを読むことを通じて史実を再構成する,いわゆる文献実証の方法を採用する.このため,研究代表者の市川,研究分担者の梶,研究協力者の藤岡毅(同志社大学・嘱託講師),金山浩司(日本学術振興会・特別研究員PD),齋藤宏文(東京工業大学・教育工学開発センター・特任助教),をモスクワ,サンクト=ペテルブルク,およびノヴォシビルスクに派遣し,それぞれ当地の科学アカデミー文書館などで資料調査に従事せしめた.2012年2月にはロシアから生物学史で顕著な業績を有するエドアルド・I.コルチンスキー氏,キリル・O.ロシヤーノフ氏を招き,日本科学史学会生物学史分科会と共同で東京工業大学を会場に大規模なシンポジウム「ルイセンコ事件再考」を開催した(約60名参加).また,北京の清華大学科学・技術与社会研究所において,研究代表者の市川はセミナーを開催し,当地の科学史家との研究交流につとめた.昨年度に引続き,年度末に1年間にわたる研究成果(の一部)を取りまとめ,本研究独自の論集として刊行した(『"科学の参謀本部"-ロシア/ソ連邦/ロシア科学アカデミーの総合的研究-(平成2224年度日本学術振興会科学研究費補助金[基盤研究(B)]研究成果中間報告)』Vol.2).同論集には,研究協力協定に基づき,数名のロシア人研究者からも寄稿していただいている.※実名記載については全員了承済み.研究にあたっては,現地における文書記録類(公文書,ドキュメント等)の収集に力を入れた.

このため,研究代表者の市川,研究分担者の梶,研究協力者の藤岡毅(同志社大学・嘱託講師),金山浩司(日本学術振興会・特別研究員PD),齋藤宏文(東京工業大学・教育工学開発センター・特任助教),をモスクワなどに派遣し,当地の科学アカデミー文書館などで資料調査に従事せしめた.最終年度となった本年度は研究成果の発表にも力を入れた.2012年4月にはロシア科学アカデミー・自然科学史=技術史研究所第18回年次学術集会に市川を派遣し,研究発表を行わせた.同年6月にウィーンで開催されたThe 2nd International Workshop on Lysenkoismには藤岡,齋藤,金山の3名を派遣し,藤岡,齋藤には研究発表を行わせた.また,同年10月に開催されたロシア史研究会大会の場において,アメリカからスラヴァ・ゲローヴィチ氏,カナダからアレクセイ・コジェフニコフ氏を招き,これに金山を加えて,本科研提供によるパネル企画「科学とソヴィエト権力ー対抗・協調・縺れー」を開催した(以上,研究協力者・ゲストの実名表記については本人承諾済).昨年度末に開催された日本科学史学会生物学史分科会と共同のシンポジウム「ルィセンコ事件再考」の成果は同分科会の雑誌『生物学史研究』No88に特集され,2013年3月に刊行された.また,上記ロシア史研究会でのパネル企画の成果は,日本科学史学会の欧文誌=_Historia Scientiarum_Vol.22 No.3に特集された.このほか,昨年度に引続き,本科研独自の論集として(『“科学の参謀本部"ーロシア/ソ連邦/ロシア科学アカデミーの総合的研究ー(平成2224年度日本学術振興会科学研究費補助金[基盤研究(B)]研究成果中間報告)』Vol.3)を刊行した.当初の目標であった,年1冊の研究論集の編集・刊行,海外からゲストを招聘してのシンポジウム・セミナーの開催などに加え,現地ロシアの研究者との学術交流がすすみ,第2年にして,今後の発展方向を協議するまでにいたっていること,われわれの研究に関心をもった出版社と将来の研究書編集・刊行につき意見を交換するにいたったこと,国内のロシア史研究者との交流がすすんだことなど,予想を超えるひろがりがうまれてきたため,このように判断している.24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画の変更,特段の対策を要する問題点はなく,研究活動は順調に進捗している.そのうえで,最終年度となる来年度は以下のような計画を立てている:(1)本年6月にウィーンで開催されるルイセンコ問題国際セミナーに研究協力者を2名派遣し,研究成果の発表にあたらせる.(2)45名で9月にモスクワなどを訪れ,引続き史料収集にあたる.(3)10月6日に京都において,海外からゲストを複数招き,大規模なシンポジウムを開催する.(4)年末には研究論集No.3の編集作業にはいり,2013年2月にも刊行する.(5)年度末に研究成果を1冊の研究書にまとめあげる計画を作成する.以上.24年度が最終年度であるため、記入しない。
「障害児の母親」の意識の形成と変容のプロセスに関する研究-「母親」役割が強化された事例としての検討-

本研究は、「障害児の母親」の意識が、社会的環境、すなわち「家族や親戚」「保健・医療・福祉・療育の専門職」「他の障害児の母親」「世間の目」等との相互作用の中で、形成、変容していくプロセス、さらにその規定要因を明らかにすることを目的とするものである。この目的に対し、障害児の母親等へのインタビュー、障害児の母親への配票調査を行い、質的、量的側面よりアプローチした結果、以下のような研究成果を得た。1.障害児の母親は、子と一体化し、子の障害軽減を自分の使命として子の人生や障害を全面的に引き受けていこうとする`トータル・コミットメント'の態度を形成させていた。2.その後、母親は、トータル・コミットメントから得られるものと失うものの両側面を認知し、葛藤の中でケアを行うようになっていった。3.障害軽減という目標が保たれていれば、トータル・コミットメントは維持されるが、障害軽減を諦めざるを得ない経験をし、トータル・コミットメントで失うものの方が大きいと判断した場合、それまで母親を拘束していた母親役割規範を意識の中で自己調整した上で、トータル・コミットメントを低下させていた。4.母親は、子へのコミットメントを低下させることで、子、自分、他の家族にどんな影響があるかを評価し、評価しだいで、コミットメントの再調整をしていた。5.トータル・コミットメントの低下が起こることで、むしろ母親は、子に障害があることへの肯定感を得ていた。本年度は、「障害児の母親」へのインタビューと、「健常児の母親」のインタビュー、育児体験手記等の質的分析より、両者の育児意識の比較分析を試みた。障害児の母親に対するインタビューは、当事者グループのリーダーに紹介を依頼した。障害の内容は、知的、情緒、身体、重複、重度重複(医療的ケアを常時必要とする児も含む)であり、母親の年齢も20代、30代、40代、50代、60代と、幅広く対象とした。インタビューは、テーマを大きく設定した上で自由に語ってもらう半構造化面接で、許可を得た上で録音し、逐語録化し、質的分析を行った。健常児の母親に対しては、インタビュー、育児体験手記、インターネットによるトークなどを分析の対象とし、質的分析を行った。両者の育児意識を比較すると、次のような特徴が伺われた。「障害児の母親」は、障害児の出産により、子の人生に対する責任を強く感じ、子に対して自分をトータル・コミットする。そして、その結果、療育や訓練といった育児に対して、ともすると他の犠牲をかえりみずに、積極的に参加していこうとする態度が生まれる。これらの育児意識は、母親自らの内発的な動機づけから生まれるものであることに、特徴がある。それに比較して「健常児の母親」は、「障害児の母親」ほど強いトータル・コミットメントの体験を持たず、しかるに、周囲からは「よい母親像」を期待されるなど、周囲との関係の中から育児ストレスを体験するケースが見受けられた。したがって、これらの育児意識は、規範的拘束と関連が深いことが示唆された。障害児の母親が、専門職、家族や親戚、他の母親等との社会的相互作用を通して、母親意識を形成、変容させていくプロセスを明らかにすることを目的として、障害児の母親23名への半構成的インタビューから得られたデータを、グラウンデッド・セオリー・アプローチを参考に分析した。分析結果からは、主として以下が明らかになった。1)障害児の母親は、「子へのトータル・コミットメント」の意識を形成していた。すなわち、母親が情緒的に子と一体化し、子の障害軽減を自分の使命として、自己犠牲を払ってでも、子の人生や障害、子のケアに対して母親が全面的に引き受けていこうとする意識である。この意識の形成には、専門職や他の母親の役割期待が影響をもたらしていた。2)障害児が生まれたことに対する義理の父母からの非難は、母親の自責感を強化することを介して「子へのトータル・コミットメント」の形成に影響をもたらしていた。

3)専門職や他の母親の役割期待と、母親自身の「トータル・コミットメント」の意識との絡み合いから、「役割的拘束」が生じていた。すなわち、「子へのトータル・コミットメント」を、母親が当然果たすべき役割として、遵守を要請する周囲からの圧力としての「役割的拘束」を母親は感じていた。4)しかし、役割的拘束の程度や意味内容を意識の中で自己調整すること、具体的には、役割期待の排除、役割期待の自己調整、役割期待への反撃、役割期待の無意味化、サンクションの無意味化、呈示モードの使い分けなどの方法を用いることで、役割的拘束を自己調整するようになると、「子へのトータル・コミットメント」に変化が起こり、子が障害を持つことに母親は満足感をも感じるようになっていた。本年度は、前年度、前々年度で導かれた知見を、来年度の配票調査によって検証するための準備を行った。具体的には本研究でこれまで質的研究によって導かれた知見と、先行研究のレビューを行い、調査票を作成した。また、これまでの研究で不明確だった点を明らかにするために、障害児の母親に対するインタビューを追加した。また現在、来年度行う配票調査の準備、特に、対象者への協力依頼を行っているところである。現時点での調査目的は以下の点である。1)障害児の「母親意識」、特にこれまでの質的研究によって導かれた「子へのトータル・コミットメント」の検証、2)「子へのトータル・コミットメント」が母親にもたらす影響、特に、生活ストレス、サポートネットワークの獲得、well-beingにもたらす影響の検証、3)障害児の夫婦間における「役割関係」「性別役割分業意識」を健常児の夫婦間におけるそれと比較する。現時点での調査項目案は、子どもの養育意識(「子へのトータル・コミットメント」)、自分の人生に対する意識、生活ストレス、サポートネットワーク、性別役割分業意識、夫との役割関係、well-being(生活満足度、心身健康状態)等である。今年度は配票調査を行い、障害児の母親の意識について以下の結果が得られた。(1)「過去1年間に感じたり、経験したこと」に関する問いへの回答からは、「外出が思うようにできない」「自分の時間がない」「体力・気力面がきつい」など、「自己の喪失」に関わる内容が母親の意識の中により強く認識されていた。(2)子のケアに際して感じる疲労感は、「子どものケアでくたくたになったと感じる」「1日のケアが終わると疲れ果てたと感じる」といった項目に対して、「まあまああてはまる」から「かなりあてはまる」の間の数値が算出され、母親の疲労感が強いことが示された。(3)子どものケアに際して感じることとして強く認識されていたのは「子どものことだけでなく、自分も楽しむことが必要だと思う」「子どものために、とにかく精一杯がんばろうと思う」「子どものことをみるのは、自分が当然果たすべき役目だと思う」であった。これらのことから、「子へのトータル・コミットメント」の意識、「自己の回復」を図ろうとする意識、ケアに関する役割規範意識など、さまざまな内容を含んだ意識を母親が抱いていることが示唆され、これに関しては、より詳細な分析が必要であると考えられた。
弓部大動脈癌手術時の脳保護法についての比較実験的検討(電気生理学的脳機能評価法を用いて)

昨年までの研究で、我々は、弓部大動脈手術における選択的脳灌流法の至適灌流量について、電気生理学的脳機能法を用いて報告してきた(札幌医学雑誌、61、1992)。本年度は、同様に、電気生理学的脳機能法を用いて、逆行性脳灌流法、選択的脳灌流法および低体温下循環停止法のそれぞれの方法について、比較検討を行い報告した(札幌医学雑誌、63、1994、胸部外科学会総会発表、アジア心臓血管外科学会発表、外科学会総会発表予定)。最近、本邦において逆行性脳灌流法が導入され臨床的には良好な結果が報告されているが、実験的データーは少ない。また、弓部大動脈手術時の補助手段につては一定の見解はいまだ得られていなく、より安全な脳保護法を確立することは重要である。今回の研究で、以下の結果を得ることができた。1.90分間25°Cの選択的脳灌流法では、生理的流量の50%あれば脳機能に異常を認めず安全に行える。2.逆行性脳灌流法では大脳皮質に有効な組織血流量が得られなかった。3.90分間25°C循環停止法では脳機能、酸素代謝、エネルギー代謝、病理組織学的変化からみて、その脳保護効果は不十分であった。4.90分間20°Cの逆行性脳灌流法では25°Cと比較して、低温による脳保護効果は認められたものの、その脳保護効果は不十分であった。5.以上の結果から、90分間の脳保護効果を必要とする弓部大動脈癌手術においては選択的脳灌流法が最も安全な補助手段であった。さらに逆行性脳灌流法について、その許容時間についての検討も行った(未発表データー)。雑種成犬を用いて、全身麻酔下に、人工心肺装置を装着し、25°C中等度低体温まで冷却した後、脳灌流を行った。灌流法は、順行性脳灌流及び逆行性脳灌流の各方法で行った。あらかじめ大脳皮質感覚野を露出し、体性感覚誘発電位(SEP)導出用の電極を固定し、右上肢正中神経の電気刺激より、SEPを記録した。順行性脳灌流は、体外循環開始前の弓分枝の血流の約2分の1の血流量で灌流し、逆行性脳灌流は両側内顎静脈より外静脈圧が20mmHg以下であるように流量を調節しながら灌流を行った。灌流時間は90分間行い、30分、60分、90分、及び加温時にSEPを記録した。順行性脳灌流では経過中にSEPの波形が消失することはなかった。また、脳灌流後、通常の体外循環にて38°Cまで加温を行うことにより、amplitude及びlatencyも体外循環前の値にほぼ回復した。しかし逆行性脳灌流では、30分時点でSEPの波形は消失し、脳灌流後の加温を行っても、SEPは回復することはなかった。この結果より、最近、弓部大動脈瘤手術時に用いられるようになってきた逆行性脳灌流も25°C中等度低体温では、十分な脳保護効果が認められないことが示唆された。今後は、脳酸素代謝、病理組織学的面からの検討も行う。さらに、20°C超低体温下において順行性及び逆行性脳灌流法の比較検討を電気生理学的機能、酸素代謝及び病理組織学的面より行い、循環停止法との比較も加えて行っていく予定である。昨年度までの研究で、我々は、弓部大動脈手術における選択的脳濯流法の至適濯流量について、電気生理学的脳機能法を用いて報告してきた(札幌医学雑誌、61、1992)。

本年度は、同様に、電気生理学的脳機能法を用いて、逆行性脳濯流法、選択的脳濯流法および低体温下循環停止法のそれぞれの方法について、比較検討を行い報告した(札幌医学雑誌、63、1994、胸部外科学会総会発表、アジア心臓血管外科学会発表、外科学会総会発表予定)。最近、本邦において逆行性脳濯流法が導入され臨床的には良好な結果が報告されているが、実験的データーは少ない。また、弓部大動脈手術時の補助手段につては一定の見解はいまだ得られていなく、より安全な脳保護法を確立することは重要である。今回の研究で、以下の結果を得ることができた。1.90分間25°Cの選択的脳濯流法では、生理的流量の50%あれば脳機能に異常を認めず安全に行える。2.逆行性脳濯流法では大脳皮質に有効な組織血流量が得られなかった。3.90分間25°C循環停止法では脳機能、酸素代謝、エネルギー代謝、病理組織学的変化からみて、その脳保護効果は不十分であった。4.90分間20°Cの逆行性脳濯流法では25°Cと比較して、低温による脳保護効果は認められたものの、その脳保護効果は不十分であった。5.以上の結果から、90分間の脳保護効果を必要とする弓部大動脈瘤手術においては選択的脳濯流法が最も安全な補助手段であった。さらに逆行性脳濯流法について、その許容時間についての検討も行った(未発表データー)。
エマルション流の制御に基づくレアメタル回収に関する研究

送液だけで水相と有機相を乳濁状態に至るまで混合したエマルション流の発生とその消滅を制御するエマルションフロー法は、革新的な液液抽出の新手法として注目されている。一方、エマルションの一時的な急成長を抑制できない、比重が大きい水相は十分にエマルション化できない、抽出速度が小さい場合には水相と有機相の接触時間が不十分で抽出平衡に至らない、固形成分を連続的に回収・除去できない、といった技術的課題があった。本研究により、これらの課題のすべてが解決された新たな仕組みが完成した。また、エマルションフロー法での現象の理解が進んだことで、装置構造の設計手法の確立につなげられる。エマルションフロー法の特色を活かした新たな仕組み・容器構造の開発に関する5つの課題について研究を行った。まず、エマルションの一時的な急成長を防ぐことを目的として、上方の相分離部に2枚の邪魔板を設置した装置を試作し、エマルションフロー実験に用いた。その結果、エマルションが急成長しても、ある程度は消滅させることができることが分かった。一方で、エマルションの消滅は完全ではなかったため、急成長したエマルションをオーバーフローさせながら相分離部に導くことで消滅させる仕組みについても検討を始めた。水相の比重が大きい場合については、水相の相分離部を混合部の側方に配置することで、水相のショートパスを生じさせることなく、目的金属を高い抽出率で回収できることが分かった。比重が大きい水相として、白金等の貴金属を高濃度で含む水溶液を調製し、バッチ実験(前検討として行う試験管での実験)と試作装置でのエマルションフロー実験で用いることで、上記の良好な結果を得た。また、抽出速度が小さい場合についても、水相の相分離部を混合部の側方に配置することで、化学平衡に至るまでに水相と有機相を接触させられることが分かった。抽出速度が小さい系として、パラジウム等のソフトな金属イオンに対してS-ドナー系のソフト抽出剤であるジヘキシルスルフィドを用いてバッチ実験とエマルションフロー実験を行い、上記の良好な結果を得た。固形成分の連続的な回収・除去については、トラップを設置する場所について検討した。その結果、トラップを水相の相分離部の端に装置本体から出っ張るように設置することで、連続して効率的に固形成分を回収・除去できることが分かった。また、ポンプ送液だけで起こる連続的なエマルション流の発生・消滅という現象(エマルションフロー現象)の解明について、高速度カメラによる観測を行い、同現象に係る新たなメカニズムを発見した。平成27年度に設定した5つの研究課題は、すべてについて順調に進展している。加えて、当該年度の最後の課題として設定したエマルションフロー現象の解明について、同現象に係る新たなメカニズムを見出した意義は大きい。具体的には、装置上方のノズルヘッドから導入された水相のミリメートルサイズの液滴が、その下方に位置する液液界面に衝突することで起こるミルククラウン現象に似たメカニズムで、サイズ均質性の高いマイクロメートルサイズの液滴(水滴)が瞬時に大量に発生することが分かった。本年度は、エマルションフロー法の特色を活かした新たなエマルション流制御の仕組み・容器構造の開発を継続するとともに、平成27年度に開発した仕組み・容器構造の機能評価を行った。また、エマルション流の発生・消滅を制御するメカニズムを解明するための研究を進めた。とくに、平成27年度の研究において、唯一、満足できる結果が得られなかったエマルションの一時的な急成長を防ぐための仕組みの開発を重点的に行った。その結果、エマルションフロー装置の混合部に設置するノズルヘッドの構造あるいはノズルヘッド周辺の器壁の構造を改良することで、エマルションの一時的な急成長を効果的に抑制できることが分かった。また、エマルション流の発生初期に見られる現象について高速度カメラを用いて更なる動的観測を行った結果、初期状態からエマルション流を形成に至るまでの様子を観測することができた。さらに、エマルション流が相分離部において消滅する際の様子を高速度カメラで観測した結果、エマルション流の消滅のメカニズム解明つながる現象が見つかった。さらに、本研究の最終的な目標をにらんで、本研究で開発中の発展型エマルションフロー法の社会実装に向けて、レアアース、白金属元素などのレアメタル・貴金属を含む実際の工程液・廃液への適用についての検討に着手した。まずは、エマルションフロー法の装置を用いた試験に先立って、適切な抽出剤・抽出系を選択するとともに、バッチ試験(試験管試験)を行った。なお、アニオン性の共存物質、アルカリ金属・アルカリ土類金属などのICP-MS(既存装置)での測定が困難な元素の分析・定量には、平成27年度に購入したイオンクロマトグラフィーを有効に活用した。平成28年度に設定した研究実施計画は、すべて順調に進展している。とくに、平成27年度からの課題であったエマルションの一時的な急成長を防ぐための仕組みの開発に成功した意義は大きい。また、エマルションフロー現象の解明に関する研究では、水相側の相分離部(下の相分離部)と油相側の相分離部(上の相分離部)とではエマルション消滅時の液滴のサイズが大きく異なる、という予想し得なかった新しい発見があった。本年度は、これまでに開発したエマルション流制御の新しい仕組みを検証するとともに、有望なものを選択して、さらに発展させた。

前年度までの研究で、エマルション流を横方向に導きながら容器の端で消滅させる新方式の基本的な構造を開発したが、今年度は、その基本構造を改良し、より高性能な仕組みを得ることができた。具体的には、水相と油相が向流接触してファインなエマルションが発生する部分と、そのエマルションが良好な状態を保ったまま上昇する部分を区分けすることで、水相と油相の乳濁混合をより効率化することに成功した。また、キーパーツであるノズルヘッドの構造にも着目して、鋭意、検討を行った結果、よりファインなエマルションを発生させ、かつ分相性を向上させることができた。具体的には、水相用ノズルヘッドの孔径と配置、および油相用ノズルヘッドの焼結ビーズの形状と粒径分布が、エマルションの質(単分散性の高さ)、安定なエマルションに至るまでの時間、分相に要する時間に大きく影響することを見出し、これらを最適化した。また、新技術の社会実装に向けて、レアメタル、貴金属などの回収・リサイクルに適用するための研究開発を行った。具体的には、コバルト、ニッケル、パラジウムなどを含む実液(実際の工程液・廃液)あるいは模擬液を用いて、本研究で開発した新たな仕組みの性能を実証した。また、抽出剤や溶媒の物性の影響などについて整理した。また、本年度は、エマルションの一時的な急成長を防ぐため、混合部の狭窄構造とエマルションのオーバーフローの仕組みを最適化した。さらに、エマルション流の中の液滴の数と粒径分布の統計データ、およびエマルション流を制御してレアメタルを回収する際に重要となるレアメタル化合物の構造データを取得し、エマルション流の発生・消滅を制御するメカニズム、および前年度、前々年度に発見された特異な現象の解明につなげた。送液だけで水相と有機相を乳濁状態に至るまで混合したエマルション流の発生とその消滅を制御するエマルションフロー法は、革新的な液液抽出の新手法として注目されている。一方、エマルションの一時的な急成長を抑制できない、比重が大きい水相は十分にエマルション化できない、抽出速度が小さい場合には水相と有機相の接触時間が不十分で抽出平衡に至らない、固形成分を連続的に回収・除去できない、といった技術的課題があった。本研究により、これらの課題のすべてが解決された新たな仕組みが完成した。また、エマルションフロー法での現象の理解が進んだことで、装置構造の設計手法の確立につなげられる。平成27年度の研究課題は、すべて順調に進展したため、基本的には、当初の研究計画に基づいて研究を進める。一方、エマルションの一時的な急成長を防ぐための取り組みは、当初目的は達成したものの、現時点では満足できる結果は得られていないことから、平成28年度は、当該研究課題を重点化する。具体的には、邪魔板を用いる方法の他にも、エマルション流の通過断面積を部分的に狭める方法を検討する。エマルションフロー現象の解明は、当初の計画以上に進展しているが、更に、流体シミュレーションを行うためのソフトウェアについても検討し、高速度カメラによる観測と合わせて用いることで、現象解明を加速する。また、ある程度の成果が蓄積した段階においては、学会発表、論文投稿も積極的に行う。平成27年度に引き続き、平成28年度の研究実施計画もすべて順調に進展したため、基本的には、当初の研究計画に基づいて研究を進める。