hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
斜積拡散過程列の極限についての包括的な研究

昨年度に引き続き、多様なモデルに対応する確率過程の構築を目指し、その性質を研究することを目的とし、研究を行った。昨年度の成果をもとに、斜積拡散過程と調和変換に関して研究を行った。一次元拡散過程と球面上のブラウン運動によって構成される斜積拡散過程を考察し、コンパクト多様体の内部を運動し、境界ではジャンプや消滅が起こりうる過程に対する再帰性の判定法について結果を得る事ができた。これは、昨年度取り扱った極限定理で現れる極限過程に対応する過程についての再帰性の判定法である。斜積拡散過程に対する再帰性については、今までも議論はあったが、斜積拡散過程を構成する過程と斜積を構成する測度の性質から斜積拡散過程の再帰性を判定するものであり、斜積拡散過程の性質から斜積拡散過程を構成する過程についての性質を得るというものについては研究がなされていなかった。本研究では、一次元拡散過程と球面上のブラウン運動との斜積拡散過程を取り扱う事により、一次元拡散過程の再帰性と斜積拡散過程の再帰性が一対一に対応していることがわかった。この結果は、球面上のブラウン運動という非常に良い性質をもつ過程を取り扱ったことにより得る事ができるが、球面上のブラウン運動に限らず、コンパクト多様体に関しても同様の結果を得ることができる事が予想される。これらの研究により、多様なモデルを取り扱うことができ、力学モデルの分野において応用が期待される。また、調和変換と呼ばれる場に依存する確率過程の変換について研究を行った。多様なモデルに対応する確率過程の構築を目指し、その性質を研究することを目的とし、一次元拡散過程と球面上のブラウン運動の斜積を考察した。具体的には次のような条件のもと極限定理を得ることができた。斜積拡散過程のクラスの確率過程を特徴付ける2つの測度(拡散過程の速度測度と時間変更を行う汎関数の測度)と斜積を構成する一次元拡散過程の列を考え、それに対応する斜積拡散過程の時間変更確率過程の列について極限定理を得ることができた。このような極限定理を考えることで連続な標本路をもつような過程から連続でない過程への収束をみることができる。ここでいう連続でない過程とは、球の内部を運動し、境界である球面でジャンプや消滅を起こすものをいう。また、これらの過程がフェラー性をもつ事も示した。これらは、本研究の目的であった極限定理を更に一般的な過程のもと得た結果である。この研究結果より、球面との斜積に限らずコンパクト多様体でも同様な結果が推測され、更に多様なモデルに対応する確率過程を考察することができるようになる。また、極限過程の具体的な例についてもいくつか得る事でき、力学モデルの分野において応用が期待される。この他、調和変換と呼ばれる場に依存する確率過程の変換についても結果を得ることができた。一次元拡散過程の境界での状態が調和変換により、どのように変化するか、また調和変換による再帰性について考察した。これらは、多様なモデルを考察する上で重要な役割をもつと予想される。これらの結果を4本の論文にまとめ1本は掲載され1本は掲載予定であり、2本は投稿準備中である。日本数学会年会においてもこの結果について講演を行った。
大量のセンサモニタリングデータからの知識発見手法の開発

戦後,我が国で建造された膨大な数の社会基盤施設の健全度を評価していくために,今後センサや無線センサネットワークが大量に設置させるようになると予想される.膨大な量のセンサデータから有意な結論を導くために,本研究では,センサのデータモデル,構造物のプロダクトモデルおよび知識表現モデルを融合させたデータモデルを構築し,これに基づいた大量のデータから有意な知識が発見できるようなデータマイニングの方法論を開発した.センサデータモデルとプロダクトモデルを統合化したデータモデルを用いて,簡単な振動台実験データをデータベースに格納した.格納されたデータを用いて,決定木,ニューラルネットワーク,自己組織化マップなどのデータマイニングを実施した.振動台実験の模型は, 2層のフレームモデルで,ブレイシング(筋交い)の有無による振動の違いをデータマイニングによって学習し,判定可能かどうか試験した.実験の結果,振動データをある一定間隔で区切り,各間隔内の最大値,最小値,平均値などをデータに加えることにより,判定することが可能であることがわかった.また,各種の手法を比較検討した結果,自己組織化マップを用いた手法が適当であることが判明した戦後,我が国で建造された膨大な数の社会基盤施設の健全度を評価していくために,今後センサや無線センサネットワークが大量に設置させるようになると予想される.膨大な量のセンサデータから有意な結論を導くために,本研究では,センサのデータモデル,構造物のプロダクトモデルおよび知識表現モデルを融合させたデータモデルを構築し,これに基づいた大量のデータから有意な知識が発見できるようなデータマイニングの方法論を開発した.センサデータモデルとプロダクトモデルを統合化したデータモデルを用いて,簡単な振動台実験データをデータベースに格納した.格納されたデータを用いて,決定木,ニューラルネットワーク,自己組織化マップなどのデータマイニングを実施した.振動台実験の模型は, 2層のフレームモデルで,ブレイシング(筋交い)の有無による振動の違いをデータマイニングによって学習し,判定可能かどうか試験した.実験の結果,振動データをある一定間隔で区切り,各間隔内の最大値,最小値,平均値などをデータに加えることにより,判定することが可能であることがわかった.また,各種の手法を比較検討した結果,自己組織化マップを用いた手法が適当であることが判明した戦後,我が国で建造された膨大な数の社会基盤施設が今後老朽化していくことから,構造物の健全度をセンサによってモニタリングしていくことが重要である.今後センサや無線センサネットワークの低価格化に伴い,大量のセンサを構造物に設置できるようになると考えられるが,膨大な量のセンサデータから有意な結論を導くための知識発見に関する方法論は確立されていない.そこで,本研究では,センサのデータモデル,構造物のプロダクトモデルおよび知識表現モデルを融合させたデータモデルを構築し,これに基づいた大量のデータから有意な知識が発見できるようなデータマイニングの方法論を開発することを研究目的としている.センサデータモデルは,防災科学技術研究所の実大規模の大型震動台設備E-Defenseのために開発されたイベントに基づくデータモデルをべースとして開発を行った.次に,データマイニング等によって有意な知識を発見することができるように,プロダクトモデルと本研究で開発したセンサデータモデルを統合化した統合モデルの開発を行った.統合モデルの開発にあたっては,構造モデルと無線センサネットワークImote2を使用して振動台実験を実施し,各種データを本研究で開発を行ったデータモデルに従ってデータベースに格納した.最後に,統合モデルに従って格納されたデータを用いてデータマイニングを実施した.振動台実験の模型は,2層のフレームモデルで,ブレイシング(筋交い)の有無による振動の違いをデータマイニングによって学習し,判定可能かどうか試験した.実験の結果,不完全ではあるが,実行可能であることを確認した.戦後,我が国で建造された膨大な数の社会基盤施設の健全度を評価していくために,今後センサや無線センサネットワークが大量に設置させるようになると予想される.膨大な量のセンサデータから有意な結論を導くために,本研究では,センサのデータモデル,構造物のプロダクトモデルおよび知識表現モデルを融合させたデータモデルを構築し,これに基づいた大量のデータから有意な知識が発見できるようなデータマイニングの方法論を開発した.今年度は,昨年度開発したセンサデータモデルとプロダクトモデルを統合化したデータモデルを用いて,昨年度実施した振動台実験データをデータベースに格納した.格納されたデータを用いて,決定木,ニューラルネットワーク,自己組織化マップなどのデータマイニングを実施した.振動台実験の模型は,2層のフレームモデルで,ブレイシング(筋交い)の有無による振動の違いをデータマイニングによって学習し,判定可能かどうか試験した.実験の結果,振動データをある一定間隔で区切り,各間隔内の最大値,最小値,平均値などをデータに加えることにより,判定することが可能であることがわかった.また,各種の手法を比較検討した結果,自己組織化マップを用いた手法が適当であることが判明した.
入口流れの予旋回制御によるクロスフローファンの高性能化

クロスフローファンの羽根車吸込入口にガイドベーンを設置し、入口流れを制御することによってファンの高圧力化、高性能化を図った。またその際の吸込・吐出し翼列前後の流れをピトー管によって測定し、性能向上の原因について検討した。さらに数値シミュレーションを用いることによってファンの吸込状態や内部流動状態を解析した。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)クロスフローファンの入口流れは、羽根車内部に形成される偏心渦中心の強い負圧に向かって吸込まれるため、旋回成分を持ち、ファンの圧力上昇に大きな影響を及ぼす。(2)クロスフローファンの舌部側入口では偏心渦に近いため流速が大きく、逆にスクロール巻始め側では流速が小さくなり、吸込流れが周方向に非一様になる。(3)クロスフローファンの吸込入口にガイドベーンを設置することによって、ガイドベーンを設置しない場合に比べ、高圧力で高効率なファンとなる。(4)入口にガイドベーンを設置することで、低流領域においてはスクロール巻始め付近における逆流が押さえられ、動力が減少することによって高い効率が得られる。(5)ガイドベーンを設置することで、高流量域においては羽根車の回転方向と逆方向の大きな予旋回が与えられ、高い圧力係数が得られる。また吸込み流れが一様化されることでファン内部の偏心渦が弱くなり、動力係数が低下することにより高い効率が得られる。(6)ガイドベーン設置による全圧上昇のほとんどは、吸込翼列における静圧上昇によるものである。クロスフローファンの羽根車吸込み側舌部にガイドベーンを設置し、入口流れを制御することによってファンの高圧力化、高性能化を図った。またその際の吸込み・吐出し翼列前後の流れをピトー管によって測定することによって性能向上の原因について検討した。さらに数値シミュレーションを用いることによってファンの吸込み状態や内部流動状態を解析した。これらの結果から以下のことが明らかとなった。(1)クロスフローファンの吸込み領域舌部側に1枚のガイドベーンを設置することによって、ガイドベーンを設置しない場合に比べ、高圧力で高効率なファンとなる。(2)ファンは、ガイドベーン角度γ=50°、長さL=300mm(L/D1=1.5)のとき、最も高性能を示した。ガイドベーン長さは短すぎても、長すぎても十分な性能上昇は得られない。(3)ガイドベーンによって羽根車回転方向と逆方向の予旋回が与えられ、高流量域においては、この入口流れの予旋回によって吸い込み翼列仕事が増大し圧力が増大する。また高流量域においてガイドベーンによって吸込み翼列への入射角が減少し、吸込み翼列の前縁剥離が押さえられることによって高効率が得られる。(4)ガイドベーン設置による全圧上昇のほとんどは、吸込み翼列における静圧上昇によるものであり、吐出し翼列仕事への効果は小さい。(5)ガイドベーンを設置することによって、低流量域においてスクロール巻き始め側に発生する循環渦が押さえられ、ガイドベーンがない場合に比べ低い動力で高効率が得られる。クロスフローファンにおいて、入口吸込流れの予旋回量はオイラーヘッドに直接関わり、性能に大きな影響を及ぼすにも関わらず、これまでほとんど検討されてこなかった。本研究において、吸込流れは大きな予旋回を持ち、しかも舌部側に偏った流れとなることが明らかとなった。クロスフローファンの羽根車内部には偏心した強い循環流(偏心渦)が形成され、その中心は強い負圧を示すことが知られている。本研究では、入口流れはその偏心渦中心の強い負圧に向かって吸込まれ、それによって予旋回を持つと考え、それを検証し明らかにした。また、高性能化を図るため、吸込領域に3枚のガイドベーンを設置し、これにより吸込流れを一様化するとともに、さらなる予旋回を与えることでファンの高圧力化、高効率化を図った。得られた結果は以下のようである。

(1)クロスフローファンの入口流れは、羽根車内部に形成される偏心渦中心の強い負圧に向かって吸込まれるため、旋回成分を持ち、圧力上昇に大きな影響を及ぼす。(2)舌部側入口では偏心渦に近いため流速が大きく、吸込流れが周方向に非一様になる。(3)入口にガイドベーンを設置することで、低流量域においてはスクロール巻始め付近における逆流が押さえられ、動力係数が低下し、高い効率が得られる。(4)ガイドベーンを設置することで、高流量域においては羽根車の回転方向と逆方向の大きな予旋回が与えられ、高い圧力係数が得られる。また、吸込流れが一様化されることでファン内部の偏心渦が弱くなり、動力係数が低下することにより高い効率が得られる。
宇宙におけるバリオン非対称性及び暗黒物質の起源に関する研究

近年PAMELA衛星、Fermi衛星によって宇宙線陽電子、電子フラックスの超過成分が観測され、これが暗黒物質対消滅の痕跡である可能性が指摘されている。これを受けて、暗黒物質対消滅とビッグバン元素合成との関係、銀河外拡散ガンマ線への暗黒物質の寄与、銀河中心方向からの高エネルギーニュートリノによる検証可能性などを調べた。将来観測によって暗黒物質対消滅の証拠を検証、あるいは排除出来ることが明らかになった。また、最近CDMS実験が暗黒物質起源と解釈され得るシグナルイベントを報告した。これに関して、超対称標準模型のパラメータへの示唆、および将来実験での観測可能性を調べた。一方、宇宙の構造形成の種となる密度揺らぎに関する研究を進めた。特に、密度揺らぎの非ガウス成分と、その素粒子物理への示唆を中心に研究を行なった。暗黒物質の有力候補の一つであるアクシオンにより、等曲率揺らぎの中に非ガウス性が現れる可能性があり、その特徴を詳しく調べた。また、超対称性模型において、超対称性を破る場によって同様の大きな非ガウス性が生成される可能性があることを明らかにした。また、非ガウス性と重力波の観測を組み合わせることで、カーバトンシナリオを検証可能であることを示した。宇宙における物質・反物質非対称性(バリオン非対称性)の起源として、超対称性理論において自然に実現されるアフレック・ダイン機構と呼ばれるメカニズムに注目し、研究を進めた。まず、超対称性の破れの模型の一つであるアノマリー伝達模型ではアフレック・ダイン機構は働かないと従来考えられていたが、宇宙初期における有限温度の効果を正確に取り入れればそれが可能となることを示した。一般に超弦理論や超重力理論においてはモジュライと呼ばれる場が宇宙論的に重大な問題を及ぼすことが知られている(モジュライ問題)。アノマリー伝達模型や、ミラージュ伝達模型と呼ばれる模型においては、比較的重たいモジュライ場が予言され、モジュライの崩壊によってバリオン数が薄まってしまうことが問題視されていた。我々はこのような重たいモジュライの存在下においても、アフレック・ダイン機構によってバリオン数を作ることができることを示した。同時に、モジュライの崩壊によって非熱的に生成されたニュートラリーノがちょうどよい暗黒物質の候補となることを示した。また、その直接検出の可能性も調べた。標準理論における強いCP問題に対する解としてPeccei-Quinn機構があり、アクシオンと呼ばれる軽い粒子の存在が予言されている。今回、我々は超対称アクシオン模型においてスアクシオンと呼ばれる新たなスカラー場が現れることに注目し、その宇宙論的影響を詳しく調べた。その結果、インフレーション後の再加熱温度に対して厳しい制限がつくことが分かった。また、ある種の模型においてはこのような制限を回避することが可能であることも示した。宇宙の再加熱温度は素粒子論的な観点からも重要なパラメータであるが、現在のところ観測からはほとんど制限がついていない。我々は、将来の宇宙重力波干渉計、DECIGO/BBOにおけるインフレーション起源の背景重力波スペクトルの観測によって、再加熱温度をある範囲で決定可能であることを示した。宇宙のエネルギーの主要な部分を占めている暗黒物質の正体を探るべく、暗黒物質の直接・間接検出可能性について研究を遂行した。まず、暗黒物質の初期宇宙での生成過程に着目し、もし非熱的過程で生成された場合には、暗黒物質の対消滅で生じるガンマ線や陽電子の観測によって信号が検出される可能性があることを示した。また、最近のPAMELA衛星における宇宙線陽電子超過成分の観測がこのような非熱的暗黒物質の対消滅起源と解釈され得ること、及びそのような模型がスーパーカミオカンデ等におけるニュートリノ観測で検証可能であることを明らかにした。また、そのような模型がビッグバン元素合成に与える影響も詳細に評価した。近年、宇宙論的密度揺らぎの持つ非ガウス性の観測が注目を集めている。もし非ガウス性が有意に検出されれば、密度揺らぎの起源としての単純なインフレーション模型に修正を要するからである。特に我々は暗黒物質の持つ等曲率揺らぎの非ガウス性に注目し、宇宙背景放射の温度揺らぎへの影響を調べた。その結果、暗黒物質の有力な候補の一つであるアクシオンが、非ガウス性の観測によって検証される可能性があることを指摘した。また、ある種のバリオン非対称性生成機構において、バリオンが等曲率揺らぎを獲得し、その非ガウス性の観測がバリオン数の起源の有力な証拠となり得ることを証明した。また、将来の重力波干渉計における背景重力波の観測によって、宇宙の再加熱温度を決定し、それによってグラビティーノが暗黒物質であるかどうかを検証することが可能であることを示しか。

暗黒物質の有力候補の一つであるアクシオンにより、等曲率揺らぎの中に非ガウス性が現れる可能性があり、その特徴を詳しく調べた。また、超対称性模型において、超対称性を破る場によって同様の大きな非ガウス性が生成される可能性があることを明らかにした。また、非ガウス性と重力波の観測を組み合わせることで、カーバトンシナリオを検証可能であることを示した。
分子フェノロジー：植物季節応答の自然条件下における機能

植物フェノロジーは、地球温暖化が生態系に及ぼす影響として最初に変化する。そのため、植物季節の診断・予測技術の重要性が増してきている。従来、展葉・開花といったフェノロジーイベントを環境履歴に当てはめて研究がなされてきた。しかし、最近では花成制御遺伝子が多数同定され、遺伝子発現を植物の内的状態として解析する「分子フェノロジー」研究が可能となった。本課題の目的は、分子表現型の季節変化「分子フェノロジー」を解析し、植物が野外の複雑な環境に応答する仕組みを明らかにすることである。そのために、自然集団において、年間時系列サンプルを対象に次世代シーケンサを用いたRNA-seqを並行して行い、発現とヒストン修飾の季節スケジュールを数千数万の遺伝子について明らかにする。また、ヒストン修飾状態が季節変化を示すゲノム領域をスクリーニングする。兵庫県多可郡多可町のハクサンハタザオ自然集団を対象に研究をおこなった。2014年4月と5月は、毎週現地調査を実施した。この時期はハクサンハタザオの開花期であるために、さらに野外調査を重点的に行った。これらのサンプル、および同調査地から得られていたサンプルのライブラリ調整を実施し、次世代シーケンサを用いた発現および多型解析を実施した。得られたデータは1次解析を実施し、2次解析が可能な状況となった。圃場およびインキュベータにおける栽培実験を実施するための準備をするとともに、種子採集に着手した。上記のサンプリング、データ解析結果は基盤研究(S)「自然条件下における生物同調現象」において、引き続き解析を実施する。26年度が最終年度であるため、記入しない。
児童生徒の諸特性を学校の教育環境との関連で把握するマルチレベルモデルの開発

本研究では、第一に、個々のテスト項目について履修状況が得られているテストのデータセットを、このことと階層性の両方を考慮したモデルを構成して分析した。その結果、多くの項目において、受検者側の特性値が同じだとしても、個々の項目の履修状況によって当該項目の困難度は変わりうることが示唆された。第二に、小学校の英語活動に関するテストのデータセットを分析した。その際には、各学校での英語活動の取組に違いがあることを踏まえて、項目困難度が学校間で異なることを仮定し、階層性を考慮した予測変数つきのモデルを用いた。その結果、他の候補としたモデルよりも相対的に適合度が高く、多くの項目において、学校間で困難度が異なることが示唆された。本研究は、その多くが学校-学校内の学級-学校内の学級内の児童生徒というような、階層的な構造になっている教育調査データに対して、仮説に応じたマルチレベルモデルを構成し、分析を行うことによって、児童生徒の諸特性と広義の教育環境との間の関連性を把握することを主として目指したものである。教育課程に基づいた学習の実現状況を把握することを目的としたテストによる大規模な標本調査では、受検者である児童生徒は、学校(あるいは学級)という集団に属する個人として抽出されることがある。また、このような調査では、すべてのテスト項目について履修済みであることが仮定できない場合、個々の項目の履修状況についての情報が教師から得られることがある。このような調査のデータは、児童生徒のテストの解答部分は集団に属する個人レベルのものであり、教師の履修状況の回答部分は集団レベルのものである点で、階層的なものである。本研究では、このデータの階層性と履修状況の両方を考慮した2段の項目反応モデルを挙げた。また、このモデルの母数の推定法を概説し、シミュレーションにより母数の復元状況を確認した。さらに、上記のような構造をしている実データセットを分析した。この結果、このデータセットでは、履修の有無によって潜在的な特性値の高低が説明されるというよりは、多くの項目で、履修していない学級は履修している学級に比べて、特性値が同程度でも正答することは難しいことが示唆された。教育課程に基づいた学習の実現状況を把握する大規模なテストによる調査が、学習指導要領の移行措置の年度に実施される場合、移行措置の影響を受ける項目の難しさは、個々の調査項目に履修の有無以外の諸要因も調査対象学級の間で異なりうることが考えられる。そこで、各項目に対する各学級の履修の有無によって当該項目の困難度に関する母数が異なりうることを表し、さらに、それだけでは説明されない当該項目の困難度に関する母数についての学級レベルでの散らばりを仮定したマルチレベルの項目反応モデルを用いて、データを分析した。この結果、学級の特性値が同じだとしても、当該の項目を履修している学級よりも履修していない学級の方がそれを解くのが難しいこと、および、これだけでは説明されない各項目の学級間の差異を考慮した方がよい可能性が示唆された。他に、小学校で外国語活動が必修化される前に実施された英語のデータを分析した。その際には、各学校での英語活動の取組に違いがあることを踏まえて、項目困難度に関する母数について学校レベルでの散らばりを仮定した項目反応モデルを当てはめた。また、各学校の年間授業時数をダミー変数化して予測変数としてモデルに組み込んだ。その結果、多くの項目において困難度に関する母数について学校レベルでの散らばりを仮定したマルチレベルの項目反応モデルが相対的にデータとの当てはまりがよかった。年間授業時数との関連については、年間3035単位時間を本研究での参照カテゴリとしたが、それよりも少ない時数の学校のモデルで表された学校レベルでの特性値の母数の事後分布について95%信用区間で負であった。一方で、参照カテゴリよりも多い時数の学校では、モデルで表された学校レベルでの特性値の母数の事後分布の平均は正であったものの、95%信用区間は0を含んでいた。
ECR放電プラズマ内の電子とイオンの挙動のレーザー計測を用いた研究

エッチング過程に基本的役割を果たすイオン挙動の解明を目指し、レーザー誘起蛍光法(LIF計測法)及びシミュレーションを用いて、電子サイクロトロン(ECR)放電プラズマ内基板付近での、イオン速度分布関数に及ぼす外部パラメーター(ガス圧力、磁場配位、チャンバー形状)の影響を調べ、それらによるイオン流制御の可能性を追求した。2.45GHzのマイクロ波発生源を取付けたチャンバー周辺に、ECR条件を満たす磁場を発生できるヘルムホルツ型コイルを配置。レーザー源には、XeClエキシマレーザ励起色素レーザを用い、スペクトル幅は1.5pmまで狭帯域化した。このレーザ光の波長をArレーザー^+準安定準位の吸収線611.493nm前後で掃引し、460.96nmの蛍光を光電子増倍管で検出することで、Ar^+吸収線ドップラープロファイルを観測した。旧チャンバーでは、一様磁場配位での計測しかできなかったのに対し、本年度新たに設計した新チャンバーでは、4つのコイルを配置し、さまざまな磁場配位(ミラー、発散、一様など)の観測が行なえるようにした。また、圧力依存性、チャンバー形状依存性についても観測を行った。シミュレーションは、R.K.Porteous氏(Australian National Univ)によるものを用い、プラズマ中の密度、温度、ポテンシャルなどを、自己無撞着に計算した。旧型チャンバーでは約5km/s付近に一つのピークを持つ分布となっていたが、磁場配位が一様磁場に限られるため、磁場依存性を計測することはできなかった。そこで、シミュレーションによる磁場依存性の検討を行なった結果、ミラー磁場の場合に、高いエネルギー(高速)を持つイオンが発生した。従って、新チャンバーで、この依存性を調べた結果、ミラー、発散磁場の場合には、高速部(10km/s付近)と低速部(2km/s付近)の2つにピークを持つ分布(bi-modal)を形成した。また、一様磁場の場合には、高速部は発生せず、低速部にのみピークを持つ分布となった。そこで、これらを検討した結果、ミラー、発散磁場の場合には、ソース部と下流部との間に大きなポテンシャル勾配が生じていると考えられ、基板部でのイオン速度分布関数が、この勾配により加速され高速になったイオンと、荷電交換衝突などにより下流部で発生した低速イオンとによって構成されるため、"bi-modal"を形成すると考えられる。一様磁場の場合には、このような大きな勾配が生じないため、低速部にのみピークを持つ分布になると考えられる。また、"bi-modal"形成への圧力、チャンバー形状依存性についても検討を行なった。イオンの輸送過程について調べた結果、基板付近でのイオン速度分布関数が、磁場配位、圧力、チャンバー形状に強く依存しているため、これらによってイオン速度を制御できると考えられる。また、シミュレーションと対比させることによって、イオン速度分布関数の形成機構について詳しい検討を行うことができた。

イオンの輸送過程について調べた結果、基板付近でのイオン速度分布関数が、磁場配位、圧力、チャンバー形状に強く依存しているため、これらによってイオン速度を制御できると考えられる。また、シミュレーションと対比させることによって、イオン速度分布関数の形成機構について詳しい検討を行うことができた。
移動型並行計算の理論に関する研究

本研究の目的・着想に至った経緯は以下のようなものである。すなわち近年のネットワーク技術の進歩にともない、広域に分散した環境における情報処理の様々な技術の開発・研究が進められている。なかでも、ネットワークによって結合された複数のサイト間を移動する計算主体を用いる処理技術の可能性は、深い関心を集めている.このような背景より、移動型並行計算に関する理論の確立は、移動計算系を用いた様々な情報処理の技術の理論的基礎となるもので、重要な研究課題である。本研究では、さまざまな移動計算の形態のうち、扱う対象を特に技術的に応用形態が広く重要と思われる形態に絞って、それらについての理論的定式化を行なうことを目的とした。その結果本研究によって得られた成果は、主に以下のようにまとめられる。まず移動型並行計算の新たな形態としてのcode streamingの提案である。本研究では、プログラム・コードの転送を行う高階のプロセス間通信の形態として、従来の非同期通信の枠組みを拡張し、non atomicな高階の通信としてcode streamingを導入した。もうひとつの成果は、並行/分散システムにおける名前資源の有効範囲の新たな記述方法の導入である。この記述法は従来のモデルに比べて、複数の名前の有効範囲を正確に同時に表現することが可能であり、移動型計算におけるプロセス/メッセージの転送による有効範囲の入れ子関係の変化を明解に記述可能なものである。本研究は交付申請の際に記したように、移動計算の様々な種類のうち、二つの形態に絞って研究を進める.ここで対象とする形態のひとつはプログラムコードの送受信を行なうことによる移動計算であり、もうひとつは計算主体が所属するグループを変化させていくことによる移動である.本年度は移動型の並行プロセス計算モデルのうちその機能を制限したモデルを対象に、等価性理論の基礎となる操作的意味論の拡張を行なった.基本としたモデルは線形論理を基礎とした非同期通信のモデルである.このモデルでは、プロセスの移動を陽に記述するために、プロセス間の通信で用いられる名前の有効範囲の記述法について新たな提案を行なった.この記述法は、従来の構文を用いたものと異なり、多次元の表記を用いることにより複数の名前の有効範囲を同時に正確に表現するものである.これによって、プロセスの移動にともなう有効範囲の変化を陽に記述し、移動型の並行プロセスの等価性についての動作の等価性を記述する上で有効であることが期待されることが判明している.またこの記述法を用いて、プロセスの実行時最適化技法が、形式的に記述できることが判明した.また、ここで示した実行時最適化の基礎となる考え方は、論理型プログラムのプログラム変換技法に応用が可能であることが明らかとなった。すなわち逐次型のPrologで記述され、その特定の手続き的な意味論に依存した正当性を持つプログラムを、並列導出可能な形に変換する技法を提案した.ここでは線形論理における実行時最適化と同様な、コンティニュエーションの部分計算の並列化が適用されており、この手法が様々な言語において応用可能であることが見通しとして得られた.今年度は、まず第一に昨年度に引き続き線形論理を用いた非同期の並行計算のモデルの定式化を行った。具体的には、従来研究を進めてきた並行環境における名前資源の有効範囲の記述手段について、特に複数の名前について人れ子構造とならない有効範囲を、先に提案した多次元表記法を発展させることにより、論理変数と束縛関係によって表記する手法を提案した。この方法は、先に提案した手法に比較し、外部環境との通信を含むようなopen endedな計算系に対するラベル付き遷移システムの定義を容易に与えることができ、分散環境において複数のサイトにまたがる名前の有効範囲の動きを記述することが可能となった。また、この定式化においては、通信動作の実行によって変化する名前の有効範囲の更新を、局所的な束縛情報の更新によってのみ記述しており、実装上の負担が従来のモデルに比べて少ないことが判明した。さらに今年度は、移動型計算の新たなモデルとして高階のプログラムコードを非同期に送受信する並行計算モデルを提案した。このモデルにおいては、従来の高階の非同期π計算などとは異なり、高階のコードの送受信を不可分な動作としてではなく、有限の時問区問を要するものとして扱っている。

このことにより、プログラムコードは送受信が完了する前に、受け手によって実行を開始することができ、コードの転送と実行が並列に動作する近年のWWWにおける通信の形態を忠実に定式化したものとなっている。今年度においては、このようなモデルの上でのプロセスの等価性の性質について、従来とは異なる現象が発生することを示した。平成14年度においては、移動型並行計算系のモデルとして線形論理の体系を用いたモデルについて研究を行った。特に動作中のプログラムのソースコードが外部からの操作により動的に変更される場合について、その動作が線形論理のシークエント計算における推論の組み合わせによって記述されることが従来より知られているが、このように推論によって記述された動的変更の機能が、あらかじめ変更後の動作をプログラムとして備えている場合と等価なプログラムを与えることを示した。また、線形論理によって記述された分散処理系においては、各サイトによって通信の際に用いられる名前の有効範囲を明確にすることが重要である。平成14年度においては、複数の名前の有効範囲は入れ子状にならない場合で、しかも各名前の有効範囲が単一のサイト内に包含されずに、複数のサイトにまたがる場合に対して、その有効範囲を複数の名前について同時に正確に記述する方法を提案した。この新たな方法は従来提案した手法に比べ、冗長な記述を含まず、複数のサイトの合成操作を容易に記述することができるものである。本研究では相互に接続され広域に分散した環境における計算/処理の形態のひとつである分散型の並行計算システムの理論的なモデルについて研究を行った。なかでもネットワークによって結合された複数のサイト間を移動する計算主体を用いる処理モデルに焦点をあてて形式化を行った。それによって得られた結果のひとつが、code streamingの形式的モデルである。これは従来の移動型計算主体の転送方式のモデルである高階の通信モデルを拡張したものである。このモデルではプログラム・コードは、単一の動作としてではなく、割り込み可能な一連の動作の集まりとして形式化される。これによって、近年のweb技術などで用いられているオブジェクトの転送と実行の形態を、より忠実な形で形式化できる。また本研究では、分散型の計算システムの記述モデルとして、従来の多重集合書き換え系を拡張したモデルを提案した。並行/分散処理系において名前資源の有効範囲を明示的に記述することが重要である。本研究で提案したモデルでは、このために、多重集合における名前資源の有効範囲を有向グラフを用いて記述する方法を提案した。これによって、計算主体のサイト間の移動を含む動的な変化の記述が、多重集合書き換えと同様な操作によって記述できることが示された。また、その応用として並行システムの動的変更や実行時最適化などの操作が、有向グラフの書き換えによって記述できることを示した。
テラヘルツ-赤外二次元相関分光の開発と高分子集合体の機能発現の解明

本研究ではポリヒドロキシブタン酸の等温結晶化に伴うテラヘルツ吸収スペクトルの変化を観測し,得られたテラヘルツ吸収スペクトルに対して二次元相関分光法を適用した.その結果,等温結晶化過程において最初に水素結合に起因する吸収が成長し,その後結晶全体の構造に起因するピークが成長することがわかった.本研究によって,二次元相関分光法によって解釈の難しいテラヘルツスペクトルから効果的に情報を引き出せることが明らかになった.本研究ではポリヒドロキシブタン酸の等温結晶化に伴うテラヘルツ吸収スペクトルの変化を観測し,得られたテラヘルツ吸収スペクトルに対して二次元相関分光法を適用した.その結果,等温結晶化過程において最初に水素結合に起因する吸収が成長し,その後結晶全体の構造に起因するピークが成長することがわかった.本研究によって,二次元相関分光法によって解釈の難しいテラヘルツスペクトルから効果的に情報を引き出せることが明らかになった.本研究では二次元相関分光法によって,従来研究されてきた赤外スペクトルとTHzスペクトルを結びつけ,この周波数領域に現れる吸収の起源を明らかにすることを目的としている.本年度は生分解性ポリマーであるポリ乳酸(PLA)およびポリヒドロキシブタン酸(PHV)のテラヘルツ吸収スペクトルを測定した.測定にはテラヘルツ時間領域分光法および遠赤外フーリエ変換分光器を使用し,0.320THzの範囲で吸収分光を行った.PHBに関しては,本研究費で購入したテラヘルツ分光用温調セルを用いて,サンプルの温度を10Kから430Kまで変化させ,温度変化に伴うPHBの高次構造の変化がテラヘルツ吸収スペクトル上でどのような変化として現れるかを研究した.測定したスペクトル変化の起源を明らかにするため,二次元相関分光法を用いてスペクトル変化の相関を二次元平面上にプロットし,重なり合ったスペクトル構造の分離を試みた.その結果,PHB中のラメラ結晶とアモルファスの成分が分離して観測された.さらに,アモルファス成分の変化が90°Cを境に大きく変わっていることが明らかになった.これは,従来DSC等によって観測されている90°C付近におけるアモルファスの結晶化がテラヘルツスペクトル上で観測されている事を示している.また,テラヘルツスペクトルと赤外スペクトルの共相関を二次元相関分光によって解析した結果でも同様のスペクトル変化が見られ,テラヘルツ分光によって得られた新しい実験結果を,既知の赤外吸収分光の結果を二次元相関分光によって比較する解析手法が有効であることが示された.本研究では二次元相関分光法によって,テラヘルツ周波数領域に現れる分子間振動の詳細を研究するとともに,この手法を高分子のテラヘルツ吸収スペクトルに適用し,高分子物性研究に応用することを目的としている.本年度は生分解性ポリマーであるポリヒドロキシブタン酸(PHB)の等温結晶化に伴うテラヘルツ吸収スペクトルの変化を観測し,そのスペクトル解析に二次元相関分光法を適用した.スペクトルの測定にはテラヘルツ時間領域分光法を使用し,0.84.0THzの範囲で吸収分光を行った.サンプルであるPHB粉末を本研究費で購入したテラヘルツ分光用温調セル内で融解した後90°Cに急冷し,等温結晶化の過程を観測した.得られたテラヘルツ吸収スペクトルには結晶化時間をパラメータとして二次元相関分光法を適用した.二次元相関スペクトルのsynchronousプロットからは,アモルファスであったPHBが結晶化する様子が観測された.またasynchronousプロットからは結晶化が二段階のプロセスによって進行することが明らかになった.これまでの研究で得られた知見を元にasynchronousプロットを解析したところ,90°CにおけるPHBの等温結晶化では最初に水素結合に起因する吸収が成長し,その後結晶全体の構造(ラメラ構造)に起因するピークが成長することがわかった.今年度の研究によって,二次元相関分光法によって解釈の難しいテラヘルツスペクトルから効果的に情報を引き出せることが明らかになった.また,テラヘルツ分光が高分子の構造や物性の研究に有効な手段であることが明らかになった.本研究では二次元相関分光法によって,テラヘルツ周波数領域に現れる分子間振動の詳細を研究するとともに,この手法を高分子のテラヘルツ吸収スペクトルに適用し,高分子物性研究に応用することを目的としている.本年度は前年度に引き続き生分解性ポリマーであるポリヒドロキシブタン酸(PHB)の等温結晶化に伴うテラヘルツ吸収スペクトルの変化を観測し,そのスペクトル解析に二次元相関分光法を適用した.スペクトルの測定にはテラヘルツ時間領域分光法を使用し,0.84.0THzの範囲で吸収分光を行った.昨年度等温結晶化を観測した90°Cに加え,100,110,115,120°Cにおける等温結晶化を行い,それぞれの温度における等温結晶化過程の観測を行った.得られたテラヘルツ吸収スペクトルには結晶化時間をパラメータとして二次元相関分光法を適用し,吸光度の時間変化を二次元平面上でプロットした.さらにスペクトルの時間変化に対しMoving Window二次元相関分光法を適用し,ある特定の時間領域で進行する結晶化過程をテラヘルツスペクトルの変化として観測することができた.その結果,結晶化過程におけるスペクトルシフトが,温度によって異なって観測されることがわかった.本研究の目的は(1)テラヘルツ-赤外・近赤外二次元相関分光法の確立,(2)ポリマー中の水素結合の解明,(3)ポリマーの物性研究の新しい手法としてのTHz分光の可能性の探究,である.今年度の研究によって,項目(1)の一部であるテラヘルツ-テラヘルツ二次元相関分光法は達成されている.

また,項目(2)については昨年度および今年度の研究で目標は達成された.項目(3)についても今年度の研究によってテラヘルツ二次元相関分光法がポリマー構造に関する新しい情報を提供することが明らかになった.したがって,本研究の目標は8割以上達成されていると考えられる24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度は,今年度の結果を基に,ポリマーの異周波数間二次元相関分光法を測定し,テラヘルツ周波数領域の分光情報と赤外,近赤外分光情報の比較を試みる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
第二次世界大戦後ベトナムからの「引揚げ」と「残留」

本研究では、戦後ベトナムからの「引揚げ」「残留」に関して、次のような4つの目的にそって研究を進めている。1可能な限り「引揚げ」を数量的に確認することで全体像の把握をする。2個別体験の集約・集積によって、全体における位置づけをする。それによって3戦前、戦時期の再検討、4「人の移動」に関する通史を構築することが可能になる。2018年度は、資料収集と併行して、海外における現地調査と、国内での「引揚げ」「残留」者の遺族への聞取り調査を行った。主に1と2に関する調査を実施したことになる。1の数量的確認にあたり、ハノイ在留者名簿(1944年1月)と引揚げ者名簿(1946年)の入手ができ、一部入力を行った。これによってハノイに限定するものの、各団体、企業、商店の全体像が見えてきたことで、それらの活動を一部整理することが可能となった。2の個別体験となる回想録、関係者の聞取りとしては、日本国内とベトナムでの遺族へのインタビューを実施し、個人所有の資料を入手することができた。また、戦後への連続性を検討するにあたり、「引揚者在外事実調査票」(1956年厚生省実施)にアプローチすることができたことは、当初予想していなかった成果である。事例は僅かではあるが、ベトナムからの「引揚げ」者の戦後を一部追うことが可能となった。1と2については、中間報告をベトナム関連の勉強会で発表することができた(2019年1月)。次年度では、調査の集約分析と研究の理論的枠組み・方法論の見直しを踏まえて、これらを研究ノートそして中間発表をする準備を進めている。これまで入手できた資料の所在と概要を公表するのが第一の目的である。1と2については、引き続き資料調査および関係者への聞取り調査を実施する予定である。2018年度は、ハノイ日本人会(1944年1月1日現在)の名簿原本を入手することができたことと、ハノイからの引揚げ者名簿(1946年)の入力作業がおおむね終了した。聞取り調査では、ベトナムにおいて残留日本人ベトナム家族へのインタビューを行い、日本国内では「残留」「引揚げ」者の遺族から資料提供があった。さらに「引揚者在外事実調査票」(1956年厚生省実施)に、一部地域に限定されるもののアプローチが可能となった。しかし、すべての調査票に目を通せたわけではないため、再度閲覧する必要がある。引き続き、1の資料調査、2の聞取り調査を予定している。資料収集については、台湾での資料調査を予定している。日本国内での聞取り調査については、すでに対象者が何人かいるため、調査依頼をし、実際の調査に取り掛かりたいと考えている。また、中間報告として研究ノートを研究誌に発表する予定である。さらに、本研究と関連のある、博士論文のテーマ「仏領インドシナにおける日本商の研究」に関する著書の執筆に着手したいと考えている。

日本国内での聞取り調査については、すでに対象者が何人かいるため、調査依頼をし、実際の調査に取り掛かりたいと考えている。また、中間報告として研究ノートを研究誌に発表する予定である。さらに、本研究と関連のある、博士論文のテーマ「仏領インドシナにおける日本商の研究」に関する著書の執筆に着手したいと考えている。特に理由はない。残額の7,811円については、次年度の図書費用に充足する予定。
血清プロテオーム解析で見出した2型糖尿病関連蛋白質の機能解析

先行研究にて2型糖尿病関連タンパク質の一つとして同定したserine (or cysteine)peptidase inhibitor, clade A, member3 (SERPINA3)の2型糖尿病との関連を、非肥満性の新規2型糖尿病モデルラットLong Evans Agouti (LEA)ラット、およびヒト2型糖尿病患者において検討した。LEAラットの血清SERPINA3濃度は前糖尿病状態から糖尿病発症にいたる過程まで持続して上昇していた。ヒト2型糖尿病患者における解析でも血清SERPINA3濃度は非糖尿病対照群に比べて有意に上昇しており、2型糖尿病の病態との関連が示唆された。我々は2型糖尿病の発症・進展に関連する血清タンパク質を探索する目的で、isobaric tags for relative and absolute quantitation法による定量的プロテオーム解析に取り組んでいる。これまでの解析にて2型糖尿病モデルマウスであるKK-Ayマウスの血清にて発現変動する45タンパク質の同定に成功しており、このうち8種のタンパク質が前糖尿病期の耐糖能異常を呈する時期より持続して発現変動し続けることを見出した。本年度は、血清プロテオーム解析で見出した2型糖尿病関連タンパク質の一つであるserine protease inhibitor A3k (SERPINA3K)のヒトホモログであるSERPINA3について、2型糖尿病患者における血清濃度をELISA法にて測定し2型糖尿病との関連について検討した。測定対象は、当院人間ドックを受診した健常人群39名(58.9±7.7歳(mean±SD、以下同様),男性(M)/女性(F)=21/11)、当院糖尿病内分泌代謝科に通院中で明らかな糖尿病合併症を有していない2型糖尿病患者群24名(69.7±10.1歳, M/F=14/10)とした。血清SERPINA3濃度は健常人群175.2±26.3 μg/mL、2型糖尿病群192.5±34.7 μg/mLと2型糖尿病患者群で有意な濃度上昇を認めた(p=0.038)。また、SERPINA3と空腹時血糖、HbA1cとの間に有意な正の相関が認められ、性、年齢、BMIにて補正した多重回帰分析の結果、空腹時血糖がSERPINA3の有意な規定因子として抽出された(β:0.314, p=0.029)。今後、より大規模な集団にてSERPINA3と2型糖尿病との関連を検証する必要があるものの、今回の解析にてSERPINA3が2型糖尿病発症初期の病態形成に関与することが示された。我々は先行研究において2型糖尿病モデルマウスであるKK-Ayマウスの血清プロテオーム解析を行い、若週齢より持続した発現上昇を認めるタンパク質serine protease inhibitor A3 (SERPINA3)を同定した。SERPINA3と2型糖尿病との関連を検討する目的で、前年度に引き続きヒト2型糖尿病患者における血清濃度の解析を行った。測定対象は、当院人間ドック科を受診し糖尿病でない非糖尿病対照群71名(64.4±2.7歳(mean±SD、以下同様),男性(M)/女性(F)=37/34)、当院糖尿病内分泌代謝科に通院中で糖尿病合併症を有していない2型糖尿病患者群69名(65.6±7.5歳, M/F=37/32)とした。血清SERPINA3濃度は健常人群158.7±24.8μg/mL、2型糖尿病群175.1±40.6μg/mLと非糖尿病対照群に比べ2型糖尿病患者群で有意な濃度上昇を認めた(P=0.005)。SERPINA3を目的変数としたステップワイズ多重回帰分析において有意な規定因子となったのは、HbA1c (β: 0.193, P=0.024)、血清クレアチニン(β: 0.187, P=0.029)であった。一方、2型糖尿病モデルマウスを用い各種臓器におけるSERPINA3 mRNAの発現を検討した結果、対照マウスと比べ有意な発現上昇を認めた臓器は肝臓、膵臓、腎臓であった。今後2型糖尿病の発症・進展におけるSERPINA3の生理学的意義について精査を進める予定である。我々はこれまでの研究において肥満を伴う2型糖尿病モデルマウスであるKK-Ayマウスの血清プロテオーム解析を行い、若週齢より持続した濃度上昇を認めるタンパク質serine protease inhibitor A3 (SERPINA3)を同定した。一方、クローズドコロニーLong-Evans系ラットから確立されたLong-Evans Agouti (LEA)は高齢で尿糖を伴い糖尿病を発症するものの肥満を呈さないことが近年報告された(J Diabetes Res. 2013;2013:986462)。そこで非肥満性2型糖尿病モデルであるLEAラットを用い糖尿病の発症・進展と血清SERPINA3濃度との関連を検討した結果、KK-Ayマウス同様、LEAラット若週齢より血清SERPINA3の持続した濃度上昇が認められた。SERPINA3 mRNAの発現はLEAラット肝臓、腎臓、膵臓において対照マウスに比べて有意に高く、また、肝臓における発現は他臓器に比べて10100倍程度高いことから、LEAラットにおける血清SERPINA3濃度上昇は恐らく肝臓におけるSERPINA3 mRNAの発現亢進を反映しているものと考えられた。

一方、SERPINA3と2型糖尿病との関連を検討する目的で、性別、年齢、BMIを一致させた非糖尿病対照群98名(HbA1c: 5.7±0.3%)、2型糖尿病患者68名(HbA1c: 7.1±1.2%)を対象に血清SERPINA3濃度を解析した。2型糖尿病患者群の血清SERPINA3濃度は非糖尿病対照群に比べて有意に高く、臨床指標を用いたステップワイズ多重回帰分析においてHbA1c、eGFR、HOMA-IRと有意に相関することを見出した。今回の解析にてSERPINA3が2型糖尿病の病態形成に関与することが想定された。先行研究にて2型糖尿病関連タンパク質の一つとして同定したserine (or cysteine)peptidase inhibitor, clade A, member3 (SERPINA3)の2型糖尿病との関連を、非肥満性の新規2型糖尿病モデルラットLong Evans Agouti (LEA)ラット、およびヒト2型糖尿病患者において検討した。LEAラットの血清SERPINA3濃度は前糖尿病状態から糖尿病発症にいたる過程まで持続して上昇していた。ヒト2型糖尿病患者における解析でも血清SERPINA3濃度は非糖尿病対照群に比べて有意に上昇しており、2型糖尿病の病態との関連が示唆された。2型糖尿病モデルマウスの血清プロテオーム解析にて得られた知見が、ヒト2型糖尿病患者を用いた解析でも検証されたと考えている。糖尿病学2型糖尿病モデルマウスを用いた定量的プロテオーム解析で見出した知見と同様に、血清SERPINA3濃度はヒト2型糖尿病患者群で高値を示した。今後、より大規模な集団にて検証する必要があるものの、SERPINA3が2型糖尿病発症初期の病態形成に関与する可能性を見出したため。今後、より大規模な集団にてSERPINA3と2型糖尿病の関連を検証するとともに、in vitro, in vivoにて2型糖尿病の発症・進展におけるSERPINA3の分子機構を解明していきたい。
スポーツ競技用コートの描写に用いられているラインを利用した新たな動作分析法の開発

本研究では,競技会での動作分析を,より容易に,かつ精度よく行うためのカメラ較正手法を提案する.陸上競技場の曲走路を撮影し,得られた画像から,ラインとタータンの境目について画像平面上の座標値を取得する.画像平面上の座標値と曲走路のラインの幾何学的特性(ラインの半径)の関係から最適化計算を用いてカメラパラメータを算出する.得られたカメラパラメータにより,較正点の実空間座標を再構築し,妥当性を検討する.提案手法の妥当性が確認された場合,競技会における最大パフォーマンス時の動作分析を容易に行うことができるだけでなく,特別にカメラの設定を行う必要がないため,障害発生時の動作を分析することが可能になる.本研究では,競技会での動作分析を,より容易に,かつ精度よく行うためのカメラ較正手法を提案する.陸上競技場の曲走路を撮影し,得られた画像から,ラインとタータンの境目について画像平面上の座標値を取得する.画像平面上の座標値と曲走路のラインの幾何学的特性(ラインの半径)の関係から最適化計算を用いてカメラパラメータを算出する.得られたカメラパラメータにより,較正点の実空間座標を再構築し,妥当性を検討する.提案手法の妥当性が確認された場合,競技会における最大パフォーマンス時の動作分析を容易に行うことができるだけでなく,特別にカメラの設定を行う必要がないため,障害発生時の動作を分析することが可能になる.
酸化物高温超伝導パルスコイルの開発研究

従来、超伝導技術を特殊先端技術として位置づけ産業への応用を妨げてきた最大の要因は、超伝導マグネットが冷媒として液体ヘリウムを必要とし、非常に高価な冷却設備投資と煩雑なメインテナンスを必要としたためである。本研究は、酸化物超伝導体を用いてこれを払拭し、超伝導技術の幅広い産業分野への応用を目指して、産業界待望のスイッチを入れるだけで手軽に操作できるメンテナンスフリーにして強力な磁界を発生しうる超伝導パルスコイルシステムの開発研究に取り組んできた。具体的には、酸化物高温超伝導線材を用いた冷凍機直接冷却方式の超伝導パルスマグネットシステムの熱的、機械的、電気的基本構造について考察を行った。本研究では、まず振幅1T、周波数1Hzで連続運転可能なパルスコイルを最初の具体的な開発目標として掲げ、これを実現するための要素研究を行った。研究成果に基づき、Bi2223超伝導多芯線を素線とした4本並列導体を用いて、振幅1T、周波数1Hzで連続運転可能な冷凍機冷却方式超伝導パルスコイルを設計、製作した。本年度はこれを用いて、コイル内部で発生する交流損失による発熱量と磁束フロー損失による発熱量の温度依存性を調べ、コイルの温度上昇との関係を定量的に評価した。以下に観測により得られた主な知見を列記する。1.コイル定格運転時の平衡温度は40Kであり、これはコイルの交流損失と侵入熱等その他熱負荷の総和と冷凍機の冷却能力との平衡点であり、ヒーターを用いた較正によりこれを確認した。2.コイル全体の発熱量はコイルの温度上昇とともにある温度までは単調に減少したが、これ以上では急速に増加に転じた。3.コイル発熱量の転移点は、温度上昇とともに臨界電流密度が減少しこれに伴って減っていく交流損失と増えて行く磁束フロー損失の大小が逆転する点であった。4.コイルが熱暴走を始める温度は通電電流、交流損失に依存し、コイルの安定限界はこれらの関数であった。今後、さらにコイル内における局所的温度変化を観測することによって、発熱と冷却の分布を取り入れた解析を行い、冷凍機冷却方式超伝導パルスコイルの設計指針を明確にしていく予定である。本研究の目的は、超伝導技術の幅広い産業分野への応用を目指し、スイッチを入れるだけで手軽に操作できるメインテナンスフリーにして強力な磁界を発生しうる冷凍機直接冷却方式超伝導パルスコイルシステムの開発である。開発上の最大の課題は、巻線内部の交流損失による発熱を外部へ導き、これを冷却する巻線構造の開発である。本研究では、振幅1T、周波数1Hzで連続運転可能なパルスコイルを最初の具体的な開発目標として掲げ、これを実現するための要素研究を行う方法を採った。本年度は、まず、冷却構造の模索として以下のことを行った。・絶縁材料ではあるが熱伝導率が高い材料(AIN)をヒートドレインとし、これを通常の銅線とともに巻き込んだ熱伝導特性試験コイルを試作、・特性試験コイル内温度分布を測定し、発熱量と温度上昇の関係を明確にして、必要なヒートドレインのボリューム、配置等を検討した。また、超伝導導体の構造として並列導体を多層にアレンジしたものを採用し、転位方法について熟考してその電流分流特性を実験的に詳細に調べ、均等電流分流を実現しうる転位方法を明らかにした。以上の結果をもとに、Bi2223超伝導多芯線を素線とした4本並列導体を用いて、40Kにおいて1T、1Hzの連続パルス運転が可能なテストコイルを設計、試作した。その特性については来年度にかけて詳細に調べていく予定である。