hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
振動押出法で製造した高流動性スラリーによる鉛レス及びリン青銅のレオキャスト

本研究では,凝固温度範囲が黄銅などに比べて数倍も広いために,砂型鋳物における機械的性質の劣化要因となる微細な引け巣などの鋳造欠陥や金型鋳造の際の凝固割れを発生するBi系の鉛レス青銅とリン青銅を素材として,鋳造欠陥や凝固割れの改善策として有望と考えられるレオキャスト(半凝固鋳造)の有効性を調べた.レオキャストには微細な固相粒の半凝固スラリーが必要であり,当初は,課題名の一部に挙げたリニアポンプ型の振動押出方式で製造を試み,少量は確かにこの方式で粒状化が可能であったが,レオキャスト成形できるような量を得ることはできなかった.この方式に代わるものとして,高強度アルミ合金で提唱してその効果が確認されたロータ回転方式を採用して,先ず,Bi系鉛レス青銅で製造を試みた結果,固相の平均径が約50μmの半凝固スラリーが容易に安定して所定量を製造することができるようになった.また,実際にディスク形状にレオキャストしたところ,内部では偏析が少なくて均一に粒状化した組織となり,この半凝固スラリーが高流動性であることが確認された.しかしながら,極端に低延性・低強度であり,急冷によって生成した微細に発達した元液相部の存在に起因することが,スリーブ内での加圧凝固材の優れた延性・強度によって,確認された.一方,リン青銅においても同様の半凝固スラリーが同じロータ回転方式により製造可能であることが分かった.また,スリーブ内での加圧凝固材のミクロ組織を観察した結果,従来にない抜群の引張特性が期待できる,共晶相が粒間に微細に分布したと思われる明瞭で平均径が2030μmの微細な結晶粒組織が得られた.本研究では,凝固温度範囲が黄銅などに比べて数倍も広いために,砂型鋳物における機械的性質の劣化要因となる微細な引け巣などの鋳造欠陥や金型鋳造の際の凝固割れを発生するBi系の鉛レス青銅とリン青銅を素材として,鋳造欠陥や凝固割れの改善策として有望と考えられるレオキャスト(半凝固鋳造)の有効性を調べた.レオキャストには微細な固相粒の半凝固スラリーが必要であり,当初は,課題名の一部に挙げたリニアポンプ型の振動押出方式で製造を試み,少量は確かにこの方式で粒状化が可能であったが,レオキャスト成形できるような量を得ることはできなかった.この方式に代わるものとして,高強度アルミ合金で提唱してその効果が確認されたロータ回転方式を採用して,先ず,Bi系鉛レス青銅で製造を試みた結果,固相の平均径が約50μmの半凝固スラリーが容易に安定して所定量を製造することができるようになった.また,実際にディスク形状にレオキャストしたところ,内部では偏析が少なくて均一に粒状化した組織となり,この半凝固スラリーが高流動性であることが確認された.しかしながら,極端に低延性・低強度であり,急冷によって生成した微細に発達した元液相部の存在に起因することが,スリーブ内での加圧凝固材の優れた延性・強度によって,確認された.一方,リン青銅においても同様の半凝固スラリーが同じロータ回転方式により製造可能であることが分かった.また,スリーブ内での加圧凝固材のミクロ組織を観察した結果,従来にない抜群の引張特性が期待できる,共晶相が粒間に微細に分布したと思われる明瞭で平均径が2030μmの微細な結晶粒組織が得られた.本研究では,鉛レス青銅とリン青銅を素材として,溶湯をストロークの小さい押出を繰り返す振動押出法により,前者の合金では固相粒子が細かな粒状となり,後者の合金では固相粒子は粒状化すると同時に第二相粒子も微細分散した流動性に富む半凝固スラリーを製造する.また,これらのスラリーを用いて半凝固鋳造を行い,これらの合金の高品質鋳物を成形する基本技術の開発を行う,平成17年度は以下の成果が得られている.押出コンテナ内径として30mmを計画サイズとした.しかし,一方,どの程度の溶湯のヘッド高さ(H)と溶湯流入用(2カ所)穴径(φ)にして,さらに適切なストローク(S)と振動数(υ)の組合せにするかといった各因子の適正値は不明である.そのため,先ずこれらの適正範囲を明らかにする必要がある.しかし,対象素材の液相線温度は1000°C以上と高温で溶湯の取り扱いが難しいことから,始めに,水を溶湯に見立てて樹脂製のコンテナと押出ダミーブロックを工具に用いて振動押出を行った.その結果,H=約100mmで,φ=2mm前後,またダミーブロックの先端角度(θ)が2030°,さらに,S=1530mmでυ=515Hzで,本法で必要とするかなり強い水のせん断流動とダイス出口からの水の流出が得られ,適正な数値範囲が見いだせた.次いで,本法の有効性を確認するために,AC4CHと7075及びA390の各アルミ合金を用いて,前者の2種類のアルミ合金ではα相の粒状化,後者のA390合金ではα相の微細粒状化に加えて初晶Si粒子の微細均一分散化を試みた.

その結果,H=100mmでφ=2mmを一定として,コンテナに流入する溶湯温度が液相線直上で,θ=30°,S=30mm及びv=10Hzの条件で,AC4CH合金では若干α相の粒状化が悪いが,7075合金では平均粒径が70μmの固相粒子がかなり均一で粒状のスラリーが得られた.また,A390合金ではα相の微細化と初晶Si粒子の微細分散化が得られ,本法による鉛レス青銅の固相粒子が粒状化したスラリーが得られる目処がついた.当初計画より少し遅れているが,現在,鉛レス青銅用にモリブデン製コンテナ及びダミーブロックの各工具を製作中であり,でき次第,アルミ合金で得られた各因子の適正値を用いて,鉛レス青銅で固相が粒状化したスラリーの製造実験に取りかかる予定である.本研究では,鉛レス青銅とリン青銅を素材として,溶湯を冷却すると同時にストロークの小さい押出を繰り返す振動押出により,前者の合金では固相粒子が細かな粒状となり,後者の合金では固相粒子は粒状化すると同時に第二相粒子も微細分散した流動性に富む半凝固スラリーの製造を試みる.また,これらのスラリーを用いて半凝固鋳造を行い,両合金の高品質鋳物を成形するために,前年の平成17年度においては,初期実験として,アルミ合金を用いて,振動押出の効果が得られる適正なストロークや振動数の範囲を明らかにし,実際に,AC4CHと7075及びA390の各アルミ合金を用いて,前者の2種類のアルミ合金ではα相の粒状化,後者のA390合金ではα相の微細粒状化に加えて初晶si粒子の微細均一分散化を試みた.その結果,AC4C合金では若干α相の粒状化が悪いが,7075合金では平均粒径が70μmの固相粒子がかなり均一で粒状のスラリーが得られた.また,A390合金ではα相の微細化と初晶Si粒子の微細分散化が得られ,アルミ合金における本法の有用性が見いだせた.そこで,H18年度においては,当初計画より少し遅れたが,鉛レス青銅用にモリブデン製内径24mmのコンテナ及びダミーブロックを用いて,溶湯温度を液相線直上の10201060°C,ストロークを2030mm及び振動数を310Hzでそれぞれを組み合わせた各種条件でスラリー製造を試みた.その結果,溶湯温度1020°C,ストローク25mm,振動数10Hzで固相粒子が平均径で60μm程度のスラリーが量的には少ないが製造可能となった.次いで,計画が遅れていることもあり,鉛レス青銅の半凝固鋳造に先立って,リン青銅のスラリー製造を試みた.しかし,このリン青銅では液相線温度が鉛レス青銅よりも50°Cほど高く,このため振動押出開始時にモリブデン製コンテナが変形して溶湯漏れが起こり,スラリー製造が困難であった.そのため,現在,コンテナを窒化珪素製に変える方向で検討中であり,製作を依頼して出来上がり次第,実験を再開してスラリー製造を試みる.また,良好なスラリーができ次第,両合金で半凝固鋳造を実施し,鋳造品の諸特性調査するという当初の計画を遂行する予定である.
匂いによる色嗜好性の変化とその性差の神経行動学的研究

羽化後、求蜜未経験のナミアゲハに青・緑・黄・赤の色円板を見せると多くの個体が青に降りて蜜を探す。この生得的な色の好みに、植物の匂いがどのように影響するかを調べた。メスは食草があると緑、特定の花の匂いがあると赤を好む個体が増えた。ところが、匂いを嗅げなくしたメスは青を好んだ。一方、オスはいずれの匂いがあっても青を好む個体が多かった。以上は、脳で嗅覚と視覚情報が統合されること、嗅覚系を含む神経系に雌雄差があることを示している。情報の統合には視覚と嗅覚が入力するキノコ体と呼ばれる領域が、色嗜好性の雌雄差にはメスの第一次嗅覚中枢をつくる60の糸球体のうち大きく発達した3個が関係すると考えている。本研究は、アゲハチョウの求蜜行動において視覚と嗅覚という異なる感覚が統合される神経基盤を明らかにすることを最終目標とし、3年間で神経行動学的に研究するための素地作りを行っている。初年度には、青にある生得的色嗜好性が、ミカンの樹木や花の匂いによって赤や黄色に変化すること、この匂いの影響に雌雄差があること、この雌雄差は触角受容と関係があることを明らかにした。平成25年度は、前年度に引き続き生得的色嗜好性における匂いの影響を行動実験によって調べ、つづいて神経基盤の研究に移行するための予備的実験を行った。まず、生得的色嗜好性における匂いの影響を柑橘類以外の植物で調べた。求蜜未経験のアゲハが青・緑・黄・赤の色円板から最初に訪問する色を観察すると、ユリの花の匂いがあるとき赤を選ぶメスの個体数が増えたのに対し、ラベンダーでは匂いの影響が見られなかった。さらに、ミカンの花に含まれる主要4成分と10成分を混合した人工香のうち、10成分を含む人工香があるとき黄色を選ぶメスが増えた。以上は、特定の花の匂いが色嗜好性に影響すること、その匂い成分のうち比較的微量な成分が色嗜好性に影響することを示している。いずれの場合も、オスの生得的色嗜好性への匂いの影響はメスに比べて小さいようである。次に、行動実験で観察された現象の神経基盤を調べる第一段階として、特に雌雄差の有無に注目して、網膜の構成と感度、触角および第一次触覚中枢(触角葉)の構成を神経組織学実験によって調べた。その結果、網膜ある3種類の個眼タイプの分布様式に明確な雌雄差はなかったが、メス触角葉を観察したところオスに比べて非常に発達した性特異的な3糸球体を発見した。この触角葉の雌雄差は、視覚と嗅覚の感覚統合における神経生理学的研究を進める指標になる具体的対象を神経系に見つけたことになる非常に大きな発見である。本研究は、異種感覚の統合機構を明らかにする研究の一貫として位置づけられる。特に、視覚と嗅覚情報の統合における脳の性差に注目している。具体的には、求蜜行動におけるアゲハの生得的色嗜好性における植物由来の匂い物質の影響を対象に、この行動の神経基盤を明らかにするため神経行動学的手法にのっとった研究基盤を確立したいと考えている。平成24年度は、主に予備実験で得られていた行動実権結果再検証から始め、匂いと色嗜好性の関係をより詳しく行動学的に記載することができた。求蜜未経験のアゲハに青・緑・黄・赤の色円板を見せると、最も多くの個体が青円板の上で最初にえさを探す。この生得的な色嗜好性には、雌雄差がない。次に、柑橘類の樹木・樹木と花の匂い(ネロリ)・ネロリのみの系4種類の匂いを、色紙と同時に提示して色嗜好性を測定したところ、色嗜好性と匂いの間に面白い関係があることがわかった。柑橘類の樹木があると、メスでのみ緑に降りてえさを探す個体が増えた。ところがネロリでは、メスでは黄色や赤を選ぶ個体が有意に増えたのに対して、オスでは黄色を選ぶ個体が有意に増えた。さらに面白いことに、ハイビスカスの鉢植えでは、同様の変化は起こらなかった。触覚受容を阻害して色嗜好性を測定すると、オスメスともに青を好んだ。以上の観察結果は、以下び3つのことを示している。1色の嗜好性は、匂いの有無と種類に影響を受ける。2匂いの影響の受け方が、雌雄で異なる。3匂いの情報の入力部位は触覚であり、今回発見した現象は嗅覚の雌雄差によるものである可能性が考えられた。

これらのことは、複合感覚の統合を明らかにする神経科学的研究を可能にする行動が捕まったというだけでなく、訪花性昆虫と植物の関係を考えると生態学的にも大きな意味のある成果である。本研究は、生得的な色嗜好性が、匂いによって変化するという発見を機に、視覚と嗅覚の統合に関わる神経メカニズムを神経行動学的に解明する研究基盤づくりを行った。初年度と2年目は、行動学的実験によって、色嗜好性における匂いの影響と雌雄差を詳細に調べた。最終年度は、アゲハが野外で赤系の花にいくと報告されている点に注目した。なぜならば、優れた色学習能力を持つアゲハが、野外で赤系の花をよく訪問するのは、羽化後最初に求蜜する花が赤系であると考えたからである。メスは、花の匂いによって赤に誘引される個体が多くなる。一方、オスでは好きな色に対する匂いの影響が限定的だった。そこで、オスが赤系の色に誘引される要因を多方面から探った。その結果、生得的色嗜好性の測定するとき、背景を黒ではなく緑にすると、雌雄ともに赤紫、赤といった赤系の色を選択した。この背景の色による色選択性の変化は、色対比現象と呼ばれる。多くの花は葉を背景に咲く。よって、アゲハが赤系の花を好むのは、緑の背景による色対比現象も一定の関与をしていると考えた。さらに、視覚と嗅覚の情報の統合を、神経レベルで明らかにするため、キノコ体へ入力する神経を対象に細胞内記録法を確立した。視覚中枢からキノコ体へ入力する神経群をターゲットに、電極をキノコ体周辺に射入し、光に応答する単一細胞に色素を注入する実験系を確立した。その結果、視覚中枢からキノコ体へ入力する3つの神経束のうち2種類について、単一神経の形態を明らかにできた。神経行動学視覚と嗅覚の感覚統合の神経基盤を神経行動学的に明らかにする研究素地を作ることを目的に、昨年度は行動実験によって現象を把握した。今年度は、昨年度に継続して行った行動実験によりさらに神経系の働きを予測すること、また生理実験に移行するため感覚系の関与を調べる予備実験を開始し十分な結果を得て、来年度に向けて明確な神経生理学的研究の方向性が決まったことが最も大きな進展である。今年度私は、1好きな色に影響する匂い物質が、植物の匂いに含まれる微量成分であること、嗅覚系特に触角葉にメス特異的に発達した3糸球体があることを見いだした。この二つから、メスの性特異的3糸球体は、植物の匂いに含まれる微量物質をオスより効率よく受容している可能性が高く、これが中枢で視覚情報と統合されるという仮説を立てた。一方、この系はオスでは非常に貧弱だろうことが予測できる。以上、今後の具体的研究方針に重要な仮説に短期間で到達できたことは予想外の成果と言える。また、触角葉の性的二型はこれまでチョウ類の触角葉には明瞭な雌雄差はないという常識を覆すものである。さらに、メスが特定の植物由来の匂いにより鋭敏である可能性が高いことは植物と昆虫の共進化を考える上でも大変興味深い成果である。本研究は、複合感覚系の神経基盤を明らかにする神経行動学手法を採用している。神経行動学では、行動実験系の確立が最も重要なステップで、研究対象になり得る行動を捕まえることができると、神経系の生理学的研究を進める意義ができたことになる。本年度の最大の進展は、実験系が確立されたこと、その実験系によって一定以上の結果を得られたことである。私がとらえた行動は、2つの現象を含む点で非常に特色のあるものになっている。ひとつ目は、異なる感覚の統合によってひとつの行動の判断が変化する点である。これまでの多くの研究は、ひとつの感覚情報によって誘発される行動を対象とするものがほとんどであった。私の研究は、感覚がどのように統合されるのかを調べるよい系になり得る。匂いの種類によって、色の嗜好性の変化に違いがでることも非常に興味深い。
ラット耳下腺シンタキシン2に結合する分泌顆粒膜タンパク質の検討

耳下腺腺房細胞の開口分泌へのSNAREタンパク質の関与を明らかにする目的で、分泌顆粒膜および尖端膜に存在する各種タンパク質を調べた。これまでに我々が発現を確認したタンパク質は以下のようなものがある。●シンタキシン2,シンタキシン3,シンタキシン4,SNAP-23●シナプトタグミン3さらに腺房細胞内でのこれらタンパク質の相互作用を調べた。●免疫沈降を行った結果、シンタキシン4/Munc18-3,シンタキシン3/VAMP-8,シンタキシン/SNAP-23,シンタキシン2/Slp4-a,シンタキシン3/Munc18-2,Rab8/Slp4-a,Rab8/Slac2-c,Rab27/Slp4-aおよびRab27/Slac2-cとの結合が認められた。また、ストレプトリジン0で穴あき耳下腺腺房細胞を作成し、リコンビナントタンパク質を導入することによりイソプロテレノール(IPR)刺激によるアミラーゼ分泌に係わりを持つのかを検討した。●Rab27に結合するSlphomology domain(SHD)およびアクチン結合domain(ABD)のGST融合タンパク質を導入した結果、アミラーゼ分泌を阻害した。以上の結果から、耳下腺腺房細胞の開口分泌には分泌顆粒膜上のRab27とSlac2-c、アクチン層への分泌顆粒のtethering、および尖端膜上のt-SNAREとなるシンタキシンが重要であることが確認された。耳下腺腺房細胞の開口分泌へのSNAREタンパク質の関与を明らかにする目的で、分泌顆粒膜に存在する各種タンパク質を調べた。さらに開口分泌が起こる場である尖端膜上のSNARE複合体を検出し、唾液タンパク質分泌を促進するイソプロテレノール(IPR)刺激による局在変化について検討した。4.Muncl8-3抗体を用いた免疫沈降では、syntaxin 2および3との結合は認められず、syntaxin 4およびSlp4-aとの結合が確認された。5.IPR刺激5分後の尖端膜画分においてVAMP-2の増加が認められたが、VAMP-3およびVAMP-8の変化は認められなかった。このとき、syntaxin 4の細胞内局在の変化は認められなかったが、Muncl8-3は形質膜画分から可溶性画分に移動が認められた。以上の結果から、尖端膜に存在するt-SNAREとIPR処理で尖端膜に移動するv-SNAREが開口分泌のカギを握るものと考えられた。さらにIPR刺激を受けた耳下腺Muncl8-3はprotein kinase Aを介さない経路で制御されているかもしれないことが示唆された。さらに尖端膜上のt-SNAREと成り得るシンタキシンを検出し、Munc18-3との相互作用を調べた。また、穴あき耳下腺腺房細胞を作成し、これらのタンパク質の抗体を導入することによりイソプロテレノール(IPR)刺激によるアミラーゼ分泌に係わりを持つのかを検討した。1.Western blottingおよびimmunocytochemistryにより分泌顆粒上にRab27AおよびB, Slp4/guranuphilinおよびSlac2-c/MyRIPの発現を認めた。3.ストレプトリジンO(SLO)で処理した耳下腺腺房細胞にRab27に結合するSlphomology domain (SHD)-GST融合タンパク質を導入し、1μM IPRで刺激した結果、濃度依存的にアミラーゼ分泌を阻害した。すなわち、Rab27BをブロックすることによりSlac2-cと結合できない状態では分泌が抑制された。4.Rab27B抗体およびSlac2-c-SHD抗体によっても同様の分泌阻害が見られた。これらの結果からアミラーゼ分泌にはRab27とSlac2-cの結合が必須であることが示唆された。

6.Munc18-3抗体を穴あき細胞に導入する実験においても、濃度依存的にIPR刺激によるアミラーゼ分泌阻害が認められた。これはMunc18-3抗体の働きにより、Munc18-3とシンタキシン4が乖離できなくなるため、シンタキシン4がt-SNAREとしてv-SNAREと相互作用できなくなるためと考えられた。耳下腺腺房細胞の開口分泌へのSNAREタンパク質の関与を明らかにする目的で、分泌顆粒膜および尖端膜に存在する各種タンパク質を調べた。これまでに我々が発現を確認したタンパク質は以下のようなものがある。●シンタキシン2,シンタキシン3,シンタキシン4,SNAP-23●シナプトタグミン3さらに腺房細胞内でのこれらタンパク質の相互作用を調べた。●免疫沈降を行った結果、シンタキシン4/Munc18-3,シンタキシン3/VAMP-8,シンタキシン/SNAP-23,シンタキシン2/Slp4-a,シンタキシン3/Munc18-2,Rab8/Slp4-a,Rab8/Slac2-c,Rab27/Slp4-aおよびRab27/Slac2-cとの結合が認められた。また、ストレプトリジンOで穴あき耳下腺腺房細胞を作成し、リコンビナントタンパク質を導入することによりイソプロテレノール(IPR)刺激によるアミラーゼ分泌に係わりを持つのかを検討した。
断層岩・マイロナイト形成のエネルギー　－地質学・物質地震学の新展開－

天然産の変斑レイ岩を使用して2軸摩擦すべり実験で生成された粉砕粒子の表面積と粉砕に要した仕事量の関係を明らかにして、天然の断層運動で生成された粉砕粒子の表面積から粉砕に要した仕事量の大小関係を推定する試みを行った。摩擦すべり実験で生成された粉砕粒子の表面積と摩擦すべりを生じさせた仕事量の間には直線近似の相関があることが明らかになった。また粉砕粒子の重量が増加すると粉砕量子の比表面積は減少することも明になった。また、本実験での変位速度が0.01mm/sと遅くとも、粉砕粒子が溶融することが明らかになった。1.花崗岩の1軸圧縮破壊実験で、破壊時の弾性ひずみエネルギー密度と粉砕粒子の比表面積の関係を解析した結果、弾性ひずみエネルギー密度と粉砕粒子の比表面積は線形の関係になっていることが明らかになった。この結果はRittingerの粉砕法則、すなわち弾性ひずみエネルギー密度と粉砕粒子の比表面積は正比例する、この法則が花崗岩の破壊実験的でも成立する事を検証した。この成果は弾性ひずみエネルギーが破壊時に分配されるとき、粉砕粒子の表面積が占めるエネルギー率を推定することが可能であることを意味している。2. 4.11いわき内陸地震断層で生成された断層ガウジの組織、粉砕粒子の比表面積測定、XRDによる鉱物同定、走査型・透過型電子顕微鏡によるナノサイズ粒子の形状、結晶化度の解析を進めている。3.年度末の3月から、防災研が行っている実スケール地震すべり実験に参加して、人工地震すべりで生成された粉砕粒子(ガウジ)の物質科学的な解析を進めている。1巨大摩擦すべり実験(防災研)に参加して、模擬地震(M6)で生成されたガウジの物質科学的解析を行った結果、以下の新知見があきらになった。1)ガウジの表面積と与えた仕事量は正の相関を示す。この正の相関に基づき、M8クラスの地震断層で生成されるガウジの表面積を推定すると、400m^2/g以上となる。この推定値を基にして、天然の断層ガウジの表面積を測定することで、過去に起きた地震断層の規模(M)が推定可能となった。2)仕事量と生成ガウジ量(g)には顕著な相関を示さない。この事は、従来ガウジの厚さは断層の変位量に相関すると指摘されているが、再検討を要する新知見である。22軸すべり試験機で石英粒子の粉砕後の表面積変化と仕事量の関係は正の相関を示すことが明らかになった。34.11いわき内陸地震断層で地表に露出した断層すべり面上に生成されたガウジの解析を行ったその結果、以下のことが明らかになった。1)4.11地震断層で活動したすべり面の厚さは約15ミクロンの厚さに限られて、そのすべり活動をした部分は20nmサイズの粒子がすべり方向に緻密に配列した組織を呈している。この部分から離れたガウジの組織はランダム配列で粉砕粒の粒径もミクロンオーダー以上が特徴である。2)4.11の地震すべりで生成されたガウジを含む2mm幅の粉砕粒子の表面積は48m^2/gで、他のガウジ(4.11で活動しなかったガウジ)では710m^2/gの値を示す。この48m^2/gの比表面積は100オーダーの表面積に相当し、このオーダーはM67クラスの地震に相当する。1. 1軸破壊実験で破壊時の弾性歪みエネルギーの解放分配を明にする実験を、合成石英の単結晶を用いて進めてきた。その結果、破壊を生じさせた弾性歪みエネルギーは30 jouleから90 jouleで、この破壊エネルギーは表面エネルギーとして約1%、結晶粒子の非晶質化に消費したエネルギーは60%から90%で、他に波動エネルギー、音エネルギーなどで解法されることが明になった。巨大地震時に放出される破壊エネルギーの50%以上は想定外の放出があると指摘されている。当該の実験成果は想定外放出エネルギーとは破壊粒子内で消費されるメカニズムであることを、内外を通じて初めて明らかにした実験成果である。2.粉砕石英粒子内で消費される歪みエネルギー量(Joule)と粉砕粒子径及びXRDによる結晶化度(CL)間における相関を求める測定と解析を進めている。この三者には線形的な相関があることが明に成りつつある。この相関をより確実にして近似式を求めることにより、地殻の延性、脆性変形をエネルギー変化として扱うことが可能となる。特に、マイクロカリーメーターを用いずに、XRDデータからエネルギーの概略を把握できる。この方法はより多くの研究者が活用でき、研究の進展を促進する。3. 4.11のいわき内陸地震で地表に現れた地震断層の研究を着手した。特に断層の変位量と断層ガウジに含まれる石英の粉砕粒子のCLを測定開始した。

現在、原岩とガウジから抽出した石英のCLは明にことなり、大旨地震断層時に3050 Joule程ガウジ形成時に消費されていることが明らかになりつつある。1断層岩形成に要する破壊エネルギーを明らかにする為に、巨大摩擦すべり実験(防災研)に参加して、模擬地震(M6クラス)で生成されたガウジの表面積は摩擦すべりに要した仕事量にほぼ直線近似することが明らかになった。またガウジのg当たりの表面積(以下、比表面積と呼ぶ)とガウジの重量と比表面積の間には次の関係があることも明らかになった。ガウジ生成の仕事量がほぼ等しいとき、ガウジの重量と比表面積は逆相関する。他方、ガウジの比表面積がほぼ変わらないとき、ガウジの重量と仕事量は正の相関を示す。上述の新知見は、断層岩の重量(体積、厚さ)のパラメーターだけでは断層岩形成のエネルギーの推定は難しく、ガウジの比表面積とガウジの重量が得られて、初めて断層岩形成に要したエネルギーが求められる。2巨大摩擦すべり実験で用いたハンレイ岩の粉砕粒子が消費した非弾性変形エネルギーは仕事量の10%から30%を消費していることが初めて明らかになった。3天然のマイロナイト帯で消費されている非弾性変形エネルギーについては、次の問題を克服する必要があることが明らかになった。マイロナイトの原岩の溶解熱を求めて、この値を出発物質とした溶解熱を求める必要がある。次に、マイロナイト化した岩石全体の溶解熱を測定して、出発物質の溶解熱の差を求め、その増加分の溶解熱がマイロナイト化に要したエネルギーと推定される。当該研究の成果報告には間に合わなかったが、現在溶解熱を測定中である。構造地質学1.従来、地球科学分野では注目されていなかったRittinger法則が破壊エネルギーと粉砕粒子に比表面積の両者に成立することが明になり、この検証は今後は露頭における断層ガウジから破壊エネルギーを検討する道を開いた事はきわめて重要である。2.実スケールの人口地震すべり実験に参加して、実験で生成された粉砕粒子とすべり面上での仕事量を定量的に解析する研究として、この実験も世界初であり、成果を期待して進めている。1二軸すべり実験で生成された粉砕粒子の表面積と与えた仕事量が正の相関を示すことが明らかになった。これは従来検証されていない新知見である。2石英の粉砕粒子を用いてすべり実験で生成された粉砕粒子の表面積増加エネルギーの見積もりができたが、石英粒子内消費エネルギーが完全に測定終了していない。34.11いわき内陸地震断層で生成されたガウジの表面積測定できた。これは2005年にnatureに報告され以来、世界で2番目の測定成功例である。しかし、マイロナイト形成場のエネルギー推定の為の測定が途中である。1)1軸圧縮破壊実験で破壊時の歪みエネルギーは粉砕粒子内で50%90%を消費されることが実証され、想定外エネルギーを明にした。さらに粉砕粒子内消費のエネルギーとXRDによる結晶のCLの間に線形的相関があることが初めて明らかになった。2)4.11いわき内陸地震で地表に現れた地震断層の粉砕粒子が記録しているエネルギー量を明らかにすることで実験成果と天然の断層を結びつける究極の研究対象である。1.ハンレイ岩を使い、1軸圧縮破壊時の弾性ひずみエネルギー、粉砕粒子の比表面積測定を行う。このとき、ひずみゲージ、Arガス、測定用セル、液体N2などの消耗品経費を要する。
新高温構造材料としてのNi基化合物複相材の開発、力学特性の改善

昨年度明らかにした、Ni_3X型各化合物[X=Al, V, Nb, Ti, Sn etc.]の持つ優れた特長を活かし、かつ問題点を相互補完するという観点から、本年度はこれら化合物を適切に組み合わせた複相結晶を作製し、その力学特性、特に降伏応力の温度依存性ならびに、破壊挙動の温度、方位依存性について評価した。得られた結果について以下に列記する。・ブリッジマン法による組織制御を行うことにより、Ni_3Al(L1_2)/Ni_3Nb(D0_a)、Ni_3Si(L1_2)/Ni_3Ti(D0_<24>)、Ni_3Al(L1_2)/Ni_3Nb(D0_a)の三種の方向制御材の作製に成功した。これらはそれぞれ、微細なラメラー(約5μm)、粗大なラメラー(約70μm)、ロッド状析出物より構成される特有の組織を示した。・各合金の降伏応力の温度依存性はいずれも同様の傾向を示し、室温700°Cの温度域においては、数%の圧縮延性を有しつつ、8001000MPa程度の高強度を示した。但し700°C以上においては、温度の上昇に伴い応力は急激に低下し、1000°Cにおいては500MPa程度の値を示した。・三点曲げ試験により評価した各結晶の破壊靭性値には顕著な方位依存性が認められ、荷重負荷方向が熱流方向垂直において、破壊靭性値は、いずれも約20MPam^<1/2>程度の高い値を示すのに対し、一方、熱流水平方向においては、導入されたクラックは、異相界面に沿って容易に伝播するため、破壊靭性値は合金系によらず約6MPam^<1/2>程度の極めて低い値を示すことが確認された。・化合物複相材の破壊挙動、特に靭性値の温度依存性は、化合物の凝固組織形態、相の組合せによって、大きく異なることが明らかとなり、300°Cにおいては、微細なラメラー組織を有するNi_3Al(L1_2)/Ni_3Nb(D0_a)が最も優れた破壊靭性値を示すことが明らかとなった。このことは、破壊機構に与える塑性変形の寄与が各合金によって大きく異なることと、強く関連することが示唆された。本年は、本研究でターゲットとする化合物複相結晶の構成相である、最密充填(GCP)構造を有するNi_3X型化合物相自身に着目し、その塑性挙動をより詳細に明らかにするという観点から研究を行った。最密充填(GCP)構造を有する化合物の結晶構造は、共通の最密面の積層周期により特徴づけることができる。幾つかの多元系中では、非常に長周期の規則構造を有する準安定相の存在も報告されているが、その構造、熱的安定性については未だ不明な部分が多い。さらに、この積層構造の違いが塑性挙動、活動すべり系に与える影響に関して、その知見は極めて少ない。そこで本研究ではD0_<24>型Ni_3TiをベースとしたNi-Ti-Nb系に着目し、準安定相として現れる長周期相の構造解析を行うとともに、圧縮試験によりその塑性挙動を明らかにし、積層構造と塑性変形挙動との相関について検討を行った。この結果、状態図上ではD0_<24>構造単相である、Ni_3(Ti_<1-x>Nb_x)[x=00.12]の組成域において、異なる積層構造を有する数種の準安定相の存在を見出した。具体的には、ベースであるD0_<24>-Ni_3Tiでは最密面がABACの4層周期を示すのに対し、x=0.10,0.03の結晶(以下それぞれ10%Nb、3%Nb材と表記)では、それぞれ9、18倍周期の積層構造が確認された。HRTEM観察を行うことにより、その詳しい積層順序についても同定を行った。両者はともに高温、長時間の焼鈍で4倍周期のD0_<24>構造へと遷移するが、10%Nb材においてはその過程で10倍周期構造の発現も確認された。さらに本研究では、FZ法を用いることにより、それら異なる積層構造を有する各結晶を単結晶化することに成功した。これを用い、その塑性挙動について調査を行い、この結果、各結晶の積層構造の違いは、塑性挙動に大きな変化をもたらすことが明らかとなった。具体的には、10%Nb材(9層周期構造)では、Ni_3Tiと比較とは異なる結晶面で非最密面すべりが生じるものの、そのCRSSはNi_3Ti中と同様の温度依存性を示し、また最密面すべりにより、Ni_3Tiと同様、顕著な異常強化現象が発現した。しかし一方3%Nb材(18層周期構造)では、Ni_3Tiと比較して、非最密面すべりのCRSSが大幅に上昇すると共に、これに伴い最密面すべりにより発現する異常強化現象の程度が大きく低下した。本結果より、積層構造の変化は非最密面すべりのみならず、最密面すべりにも強い影響を与えることが示唆された。

・ブリッジマン法による組織制御を行うことにより、Ni_3Al(L1_2)/Ni_3Nb(D0_a)、Ni_3Si(L1_2)/Ni_3Ti(D0_<24>)、Ni_3Al(L1_2)/Ni_3Nb(D0_a)の三種の方向制御材の作製に成功した。これらはそれぞれ、微細なラメラー(約5μm)、粗大なラメラー(約70μm)、ロッド状析出物より構成される特有の組織を示した。・各合金の降伏応力の温度依存性はいずれも同様の傾向を示し、室温700°Cの温度域においては、数%の圧縮延性を有しつつ、8001000MPa程度の高強度を示した。但し700°C以上においては、温度の上昇に伴い応力は急激に低下し、1000°Cにおいては500MPa程度の値を示した。・三点曲げ試験により評価した各結晶の破壊靭性値には顕著な方位依存性が認められ、荷重負荷方向が熱流方向垂直において、破壊靭性値は、いずれも約20MPam^<1/2>程度の高い値を示すのに対し、一方、熱流水平方向においては、導入されたクラックは、異相界面に沿って容易に伝播するため、破壊靭性値は合金系によらず約6MPam^<1/2>程度の極めて低い値を示すことが確認された。・化合物複相材の破壊挙動、特に靭性値の温度依存性は、化合物の凝固組織形態、相の組合せによって、大きく異なることが明らかとなり、300°Cにおいては、微細なラメラー組織を有するNi_3Al(L1_2)/Ni_3Nb(D0_a)が最も優れた破壊靭性値を示すことが明らかとなった。このことは、破壊機構に与える塑性変形の寄与が各合金によって大きく異なることと、強く関連することが示唆された。
映像コンテンツのバリアフリー化のための認知特性を考慮した字幕設計評価ツールの開発

本年度は,これまでの研究と字幕国際規格に基づいて,字幕のわかりやすさの指標になる字幕の時空間情報と内容,また,映像に含まれる重要度の高い顔の時空間情報を抽出するプログラムの開発を行なった。また,カナダの字幕とアクセシビリティの専門家で,当人も難聴当事者であるデヴィッド・フォーニー先生を招いて国際シンポジウムを開催した。1)字幕分析プログラム:大山らは、25文字から30文字で構成された字幕を読み取るのに,高齢者で最低でも約1500ミリ秒必要であることが示している。そうした字幕の読みやすさの認知特性に基づいて実際の個別の映像の字幕を評価する必要があるが,商用映像コンテンツの製作プロセスにおいて,字幕評価の段階で,字幕の提示時間やタイミングのデータは利用可能ではない場合が多い。そこで、最終製品状態の字幕表示のある映像と表示のない映像を画像解析し、字幕の時空間的な関係性と表示領域を分析するプログラムを開発した。2)顔領域分析プログラム:昨年度までの本プロジェクトの研究成果から,若月らは,字幕が重なるべきではない顔領域について示した。本年度は,それらの成果を評価ツールに実装するため,映像から顔領域を抽出し,顔領域の空間位置と提示時間を分析するプログラムを開発した。また,これを字幕分析と同期して記録する機能を開発した。(1)と(2)で開発した分析プログラムにより,評価ツールを完成させることができる。3)字幕国際シンポジウム開催:カナダの字幕とアクセシビリティの専門家で、ISOのエキスパートであり,当人も難聴当事者であるデヴィッド・フォーニー氏を招き,聴覚障害者のための字幕デザインに関する国際シンポジウムを,障害を持つ学生のための大学である筑波技術大学で開催した。当事者の学生から聴者の教職員や研究者などが多数参加し,シンポジウム予定時間終了後も個別議論が続くほど盛況であった。本年度は,これまでの研究と字幕国際規格に基づいて,最終目的である字幕評価ツールに必要な2つの中心的な機能のプログラム開発を行なった。また,本プロジェクトの社会発信とツールの重要性と利用を広めるために,カナダの字幕とアクセシビリティの専門家で,当人も難聴当事者であるデヴィッド・フォーニー先生を招いて国際シンポジウムを開催した。これらの成果は、プロジェクトの実施スケジュールとおおむね一致する。最終年度である次年度は,これまでに研究してきた評価手法と本年度開発したプログラムを統合し,字幕評価ツールのプロトタイプを開発する。統合システムの開発は簡単ではないが,研究計画の変更が必要になるような大きな問題は今のところ見当たらない。本年度は、約200作品の映画の字幕と映像のデータを分析し,映像と字幕の時空間的な関係性(タイミングや位置)を明らかにした。研究成果は学会発表と誌上発表を行った。1)字幕の文字としての特性:まず,作品の上演時間と字幕の総文字数との間には有意な正の相関関係があった.この結果から,時間と字幕の総文字数の間には一定の関係があると考えられる.上演時間1時間当たりの平均文字数は,8586文字であったため,1分あたり143文字,1秒当たり2.39文字が表示されることが分かった.次に,字幕のほとんどは,表示文字数が25文字以内であり,25文字の字幕における表示時間は約4秒であった.Ohyama, Itoh, Kurakata, and Sagawa (2015)によると,若年者は,25文字から30文字で構成された字幕を読み取るのに,最低でも約800ミリ秒,理想的には約1200ミリ秒必要とされている.約4秒という値は,これらの最低・理想的な表示時間を大きく上回っているため,読み取りの困難は生じないと考えられるが,逆に長すぎるとも考えられた。字幕の表示時間はジャンルの種類によって異なる可能性が示唆された.特に時代劇は字幕の表示時間が長い傾向を持っており,この傾向は会話内容の親和性(or新奇性)に起因する可能性がある.一般に,時代劇における会話内容の親和性は,その他のジャンル(e.g.,ドラマ,ミステリ,青春など)よりも低いと考えられる.2)字幕の時間的特性:字幕は,カットの開始から250ミリ秒以降に表示されて,カットの終了の数秒前から表示を終える傾向がみられた.カットの開始から少し遅れて字幕が表示されることは,視覚認知の観点から有効と考えられる.3)字幕と映像や音声の関係性:字幕は,音声よりも1300ミリ秒もしくは300ミリ秒先行して表示される傾向があった.本年度は、約200作品の映画の字幕と映像のデータを分析し,映像と字幕の時空間的な関係性(タイミングや位置)を明らかにした。計画通りの研究が進められており、成果の発表実績も出ている。

そこで、最終製品状態の字幕表示のある映像と表示のない映像を画像解析し、字幕の時空間的な関係性と表示領域を分析するプログラムを開発した。2)顔領域分析プログラム:昨年度までの本プロジェクトの研究成果から,若月らは,字幕が重なるべきではない顔領域について示した。本年度は,それらの成果を評価ツールに実装するため,映像から顔領域を抽出し,顔領域の空間位置と提示時間を分析するプログラムを開発した。また,これを字幕分析と同期して記録する機能を開発した。(1)と(2)で開発した分析プログラムにより,評価ツールを完成させることができる。3)字幕国際シンポジウム開催:カナダの字幕とアクセシビリティの専門家で、ISOのエキスパートであり,当人も難聴当事者であるデヴィッド・フォーニー氏を招き,聴覚障害者のための字幕デザインに関する国際シンポジウムを,障害を持つ学生のための大学である筑波技術大学で開催した。当事者の学生から聴者の教職員や研究者などが多数参加し,シンポジウム予定時間終了後も個別議論が続くほど盛況であった。本年度は,これまでの研究と字幕国際規格に基づいて,最終目的である字幕評価ツールに必要な2つの中心的な機能のプログラム開発を行なった。また,本プロジェクトの社会発信とツールの重要性と利用を広めるために,カナダの字幕とアクセシビリティの専門家で,当人も難聴当事者であるデヴィッド・フォーニー先生を招いて国際シンポジウムを開催した。これらの成果は、プロジェクトの実施スケジュールとおおむね一致する。映像と字幕の関係性を考慮した字幕アクセシビリティ評価手法の研究(1)と,字幕と映像のデータから字幕設計評価に必要な要素情報を抽出する字幕解析技術の研究(2)を平行して進める.また、最終年度のプロトタイプ開発に向けて、字幕評価要素の解析と評価を行う、評価システムの設計を行う。最終年度である次年度は,これまでに研究してきた評価手法と本年度開発したプログラムを統合し,字幕評価ツールのプロトタイプを開発する。統合システムの開発は簡単ではないが,研究計画の変更が必要になるような大きな問題は今のところ見当たらない。
プロチウム誘起機能表面設計に関する研究

本研究は、表面近傍におけるプロチウム転換阻害要因の解明し、プロチウム誘起機能表面設計に求められる新たなフッ化手法の開発を目的としている。ZrNi_2系のF種であるZr_<0.9>Ti_<0.1>V_<0.2>Mn_<0.6>Co_<0.1>Ni_<1.1>を選定し、高充/放電電流密度下の充/放電サイクル中に生じる電気容量(放電容量)の低下原因の解明を行った。XPS、EPMA、XRDなどによる表面解析とICPSによる溶出金属の分析により、AB_x(x=2.0)で示されるx値の粒子半径方向に生じる成分および組成分布変化を1,000回を越える充/放電サイクル過程で追跡した。極表面上には、フッ化処理によって還元されたNi以外の金属種の分布は少ないものの、Bサイドの構成比率はx=2.0を越えて高い値を示す。この値は、サイクルを重ねるごとに表面近傍の狭い範囲でx=2.0を遥かに越える値(x=29)を示しながら粒子内部に向けて移動する。また、粒子内部に向かうにつれて急激に減少し、x=2.0以下の領域に入ることが明らかになた。電気容量の急激な低下原因が、(1)電極構造体と合金粒子層の乖離による導電性とプロチウム誘起機能の低下、(2)比表面積増大と新鮮表面の出現によるプロチウム転換阻害物の形成などよるが、サイクル中に生じる表面近傍における組成変化の影響を見逃すことはできない。NiFを加えてフッ化処理した200回程度のサイクル後の電極からの電解液中に溶出した金属種のICPS分析結果から、100サイクル程度までの初期段階には見られないサイクル途上での溶出現象は、初期活性化特性と導電性の向上を目指したフッ化手法の効果を越えた特有な現象であり、別の手法の開発が求められることが判明したが、新たな溶出低減法を講じた事例による700サイクル後の分析結果から、全金属種の溶出が防止できることも明らかになりつつある。
流行地の地理情報を考慮した統一的伝播モデルによるマラリアコントロールの革命

マラリア流行地において比較的少数の住民が高い感染率を維持し、彼らが流行地全体へのマラリア原虫の感染源になっていることは以前から指摘されており、このような高リスク集団に焦点を当てることによってマラリアコントロールの効率は劇的に改善すると期待されるが、そのためには高リスク集団を容易に特定する必要がある。本研究はこのためのモデルを開発し、各地のマラリア流行値における実際のデータによってその検証を試み、一定の成果を得た。本年度は数理モデルの構築およびフィールド研究の準備を行った。点状のマラリア媒介蚊の発生源を想定し、そこから発生した蚊は放射状にランダムに拡散しながら遭遇した人家に一定の確率で飛来するという仮定に基づいて、任意の発生場所から任意の家に飛来する蚊の数を、他の家への飛来も考慮しながら定式化した。次に村全体での人家の分布が分かっていて、かつ一部の家で蚊の飛来数が分かっている場合に1-3か所までの発生源の位置とそれぞれの地点での媒介蚊の発生数を最尤法と非線形シンプレックス法を用いて推定するためのプログラムを作成した。ベトナムの流行地における家ごとの蚊の採集数の既存データを用いて、実際に発生源の推定を行ったところ、雨期のデータでは1か所、乾期のデータでは3ヵ所の発生源が推定された。乾期のデータでは蚊が均一に発生するとした仮定した場合に比べてモデルのあてはまりのよさを示す尤度が大幅に上昇し、また、推定された発生源は媒介蚊幼虫がよく観察された地点に近かったことから、本モデルの有効性が確かめられた。バングラデシュ東部のスリモンゴル郡のマラリア流行地の村を短期的に訪問し、情報収集および予備的な蚊の採集を行った。本調査地は広大な茶畑の内部に位置し、住民のほぼ全てが茶会社の従業員であるというユニークな村であった。住居は比較的狭い地域に集中し、生活様式は比較的均一であると考えられた。しかし予備調査では村の縁に近い家で多くハマダラカ属の蚊が採れる傾向が見られ、主な発生源は村の外側にあることが示唆された。ハルマヘラ島における調査予定地については、ハサヌディン大学公衆衛生学部との会議によって、マラリア罹患率の周年変化、村ごとの違い等についての情報を得た。本研究は、マラリア流行地における人家と媒介蚊の発生源の位置情報からコントロールにおいて重点をおくべき家を特定する数理モデルを開発し、それを検証することを目的としている。本年度はバングラデシュ丘陵地におけるマラリア感染者の空間パターンを解析し、森林の被度、標高等の環境要因と民族、家屋構造等の社会要因の両方からマラリアの高リスク地域をある程度説明することに成功した。また、地形データからマラリア媒介蚊発生源の分布を予測するためのモデル開発を試み、ケニア東部およびラオス東部のマラリア流行地のデータを用いてある程度の確度で水の保持を予測するモデルに組み入れるべき変数を選定した。標高、傾斜、Wetness Index (WI;上流の集水域の面積と傾斜のタンジェントの比)、500mおよび2kmの範囲で計算したTopographicposition index(TPI;ある地点の標高と周囲の平均標高からのずれを標準偏差で割ったもの)が予測因子として選ばれた。2つのスケールのTPIの相互作用を加えるとモデルのフィットが改善した。これは大きなスケールでの窪地の中では小さなスケールでの谷が水を保持しやすいと解釈できる。昨年度から引き続き、村内の一部の家屋で採集された成虫数から村全体の蚊の発生源の分布を予測するモデルの開発を続けている。昨年度に開発したシミュレーションモデルとは全く別のアプローチとして、局所的な蚊の密度を空間的自己相関を示すランダム効果として扱い、それを近傍の家屋数で割ったもので蚊の飛来数を予測する極めて単純な構造のモデルの定式化に成功した。ベイズ推定によって分布予測図を描くプログラムを開発中である。本年度は、昨年度に引き続き地形データからマラリア媒介蚊発生源の分布を予測するためのモデルを開発した。標高は媒介蚊発生源の形成に強い影響を与えることが明らかであるが、調査地域での標高とリスクとの関係は標高が違う地域には直接適用できないという問題があり、これまでは標高を除外したモデルを検討していた。今回、標高を最低点からの差という相対値で表すことで一般化できるようになった。このためモデルを単純化できた。一方、場所による蚊の発生量の違いを未知のままランダム変数として扱い、その効果を調整した上で環境変数や局所的な家屋の密度を固定効果とするモデルをベイズ統計の手法を用いて構築した。ベトナム南部のマラリア流行地の複数の村を含む地域におけるマラリア媒介蚊の採集データにこのモデルを適用したところ、ランダム効果なしのモデルでは有意な影響が検出できなかった局所的な家屋密度が有意な負の効果を示した。また半径500m程度の範囲内での家屋数を考慮したモデルがもっとも当てはまりがよかった。

これは一つの村の狭い範囲に限定した解析結果と概ね一致する。このモデルをラオス南部のマラリア感染者およびマラリア抗体陽性者の分布、ケニア西部の蚊採集数およびマラリア患者のデータへの適用を試みて一定の成果を得た。
広周波数帯域でガウスビーム出力するサブテラヘルツ帯ジャイロトロンの実証

平成29年度に複数の2次高調波モードで発振する共振器およびこれらをガウスビームに変換できるモード変換器の設計を行った。平成30年度は、設計で残っていた窓からのビーム出射方向を変えるための内蔵ミラーを動かす機構を設計し、ジャイロトロンの設計を完了した。この共振器およびモード変換器を組み込んだジャイロトロン管を製作し、管の発振実験を行った。平成29年度に直線管で予備実験をして得られた7つの2次高調波モードでの発振を製作したモード変換器内蔵ジャイロトロン管でも周波数測定により確認できた。これらの7つのモードのうち、TE85,およびTE65の2つのモードでは単一モード発振が得られた。放射ビームパターン計測により、7つの2次高調波のうち6つに対して、中心に強度ピークをもつビームパターンが得られた。残りの1つは、パワーが弱いためはっきりとしたビーム画像が得られなかった。単一モード発振していないモードに対しては、放射パターン計測で、放射位置の異なる複数のビームが観測された。この放射位置(方向)の違いはモード変換器の性質として説明できる。直線管では、基本波モードと2次高調波モードが同時発振する場合、その分離は容易ではなかったが、モード変換器内蔵管では、放射ビーム方向の違いにより、2次高調波ビームを基本波ビームから分離できることを実証した。また、ジャイロトロン窓を二重とし、窓間距離を調節することで、周波数(モード)による窓透過率の違いを利用して、基本波との同時発振の場合も、2次高調波ビームのみを窓を透過させることにより、ほとんど2次高調波ビームの単一モード発振に近い出力を得ることができた。当初計画では、モード変換器を組み込んだジャイロトロンによる実証実験は、平成31年度を予定していたが、平成30年度中に初期実験を行うことができた。ジャイロトロン管の設置位置の微調整およびそれぞれの2次高調波モードに対して発振条件の最適化を行うことで、それぞれのモードの発振パワーを最大化する。また、2次高調波だけでなく、基本波発振についても探索し、より広範囲の周波数帯で本ジャイロトロンが発振できることを実証する。広周波数帯域でガウスビーム出力するジャイロトロンとして、2次高調波で多モード発振するジャイロトロンを開発し、これを実証することが目的である。平成28年度にこのためのジャイロトロンの発振モードの選定を行った。福井大学での過去のジャイロトロン実験において、発振した経験のあるモードの中から、1つのモード変換器で、ガウスビームに変換が可能なモード群を選んだ。その結果、TE85、TE56、TE75、TE65、TE55、TE45、TE64、TE54、TE44の9つのモードを選定した。平成29年度は、既存の8T超伝導マグネットを用いるとし、これに合わせて最高周波数を2次高調波発振で420 GHzと設定することで、共振器形状を決定し製作した。また、これらのすべてのモードに対して、共振器に入射する電子ビームの速度分布拡がりができるだけ小さくなるような電子銃を設計した。次に、製作した共振器を既存の直線型ジャイロトロン管に挿入し、発振実験を行った。共振器中心での磁場強度、電子銃電極に印加する電圧を変化させ、選定した9つのモードが実際に2次高調波発振する条件を探索した。その結果、上の9つのモードの内、TE54、TE44を除く7つのモードについて発振を確認でき、これらのモードが発振する磁場強度、印加電圧の運転領域を見つけた。TE54、TE44については、近い条件で発振する基本波モードとの競合に負けて発振できなかった。以上の結果を国際学会、国内学会で報告した。発振を確認できた発振モードすべてに対してジャイロトロン内でガウスビームに変換できるモード変換器の形状を検討し決定した他、ジャイロトロン全体の設計を行った。ビーム方向を変えるための内蔵ミラーを動かす機構を除いてジャイロトロンの設計を完了した。当初調書に挙げた平成29年度の計画はすべて達成し、一部平成30年度で計画した項目も実施しているため。

また、ジャイロトロン窓を二重とし、窓間距離を調節することで、周波数(モード)による窓透過率の違いを利用して、基本波との同時発振の場合も、2次高調波ビームのみを窓を透過させることにより、ほとんど2次高調波ビームの単一モード発振に近い出力を得ることができた。当初計画では、モード変換器を組み込んだジャイロトロンによる実証実験は、平成31年度を予定していたが、平成30年度中に初期実験を行うことができた。設計が唯一未完のビーム方向を変えるための内蔵ミラーを動かす機構を設計することで、ジャイロトロン全体の設計は完了する。真空容器、共振器、モード変換器を製作し、真空容器に、共振器、モード変換器を組み込んで、ジャイロトロンを完成させる。真空試験およびベーキングを行った後、発振試験を行い、選定モード群での発振およびその周波数の確認、それぞれがガウスビームとして出力されているかの確認を行い、当初計画した多周波数発振ガウスビーム出力が実現できていることを確認する。2次高調波以外にも基本波モードの発振は起きると予想される。基本波モードについては、磁場強度を変化させると、ジャイロ後進波管発振機構により、周波数が連続的に変化するモードが見つかる可能性があるため、これらのモードを探索することで、より広周波数帯での発振を実現する。ジャイロトロン管の設置位置の微調整およびそれぞれの2次高調波モードに対して発振条件の最適化を行うことで、それぞれのモードの発振パワーを最大化する。また、2次高調波だけでなく、基本波発振についても探索し、より広範囲の周波数帯で本ジャイロトロンが発振できることを実証する。