hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ワイヤレス・センサ・ネットワークによる広域振動モニタリングに関する研究

地震や台風による自然振動源からの振動と道路・鉄道交通や建設作業などの人工振動源からの振動を建築物の内外で計測するワイヤレス・センサ・ネットワークを構築することを目的に、ワイヤレスMEMS加速度センサの開発とZigBee無線データ転送及び処理方式の検討を行い、都市で発生する振動を広域高密度でモニタリングすることにより、安全で快適な都市の振動環境を評価し管理するための方法を提案した。ワイヤレス・センサ・ネットワークを用いて,通常時及び強震時の建築物の広域振動モニタリングを行い,得られた振動データを複数のハブコンピュータとホストコンピュータで段階的に処理し,システム同定により都市のストックとしての建築群のヘルスモニタリング,都市域における振動伝搬特性の同定,不愉快な振動源の特定などを行う。このような広域モニタリングにより、都市を構成する個々の建築の安全性と快適性を向上させるだけでなく、都市全体としての安全性と快適性を高めることを目指している。初年度であり,まずワイヤレス・センサ・ネットワークのノードとなるセンサモジュールの開発を行った。今年度、開発したセンサは,サイズ30mmx40mmの基盤上に半導体センサ,リアルタイム・クロック,記録装置ボタン型電池を配置し微弱無線用アンテナをつけたモジュールである。開発したモジュールの数は10である。まず,ワイヤレス機能をはずし,有線の常時微動測定器の結果と比較することによりセンサ性能の確認を実施した。同じ振動台上に二つのセンサを設置して計測したところ,両者の結果はほとんど同じ値を示し,半導体センサの性能は問題ないことを確認した。次に,ワイヤレス機能の性能実験を行い,野外における通信可能距離はほぼ10m,サンプリング周波数は約50Hzであることを確認した。また,リアルタイム・クロックを用いたセンサ間の同期も機能することを確認した。ただし,半導体センサの分解能は1gal程度と粗く,安全性にかかわる地震動計測は特に問題ないものの,快適性にかかわる環境振動になると0.1-0.01galの分解能はほしいところなので,より高感度の半導体センサを搭載する必要があることも明らかになった。しかし,高感度の半導体センサの開発は国内外を含め遅れており,今後,既存センサの小型化・ワイヤレス化を狙うか,あくまで半導体センサにこだわるかの方針を選択すべき状況になっている。次に,開発したセンサモジュールを用いて,通常時の広域振動モニタリングを中心に,ワイヤレス・センサ・ネットワークの性能確認を実施した。開発したモジュールは,環境振動測定には分解能が低いという問題はあるが,今回は,環境振動の中でも振動レベルの高い電車軌道周辺の振動測定と橋梁上での自動車通過に伴う振動測定を実施し,実環境の中でワイヤレス・センサ・ネットワークが機能しうるかどうかの確認を行った。複数のセンサモジュールからワイヤレスで転送された時系列データ及びそのスペクトル解析の結果から,ネットワーク計測により軌道からの距離による鉄道の上り線と下り線の影響の違い,橋梁と自動車の振動数の分離などが検討できることが確認された。ただし,ノイズ混入による転送時間の伸びや冬季の夜間など寒冷時に計測を行うと電池の寿命が極端に短くなるという問題点が明らかになった。次年度からは,比較的頻度の高い震度12の地震動の計測を屋内と屋外で実施する予定にしており,そのための準備も行った。大量のデータを計測する振動計測においては,現在の微弱無線ではデータ転送距離が短く転送時間も長くなるという問題を抱えており,今後ZigBee方式のデータ転送も視野に入れている。また,地震動を対象とする場合は,上部構造と基礎構造の局所的な損傷を直接検出することも必要であり,振動モニタリングを補完するセンサシステムの導入も考慮中である。昨年度は広域振動評測のためにワイヤレス・センサ・ネットワーク(精度1ガル)を開発したが,本年度の前半はこれを用いて建物内外でのテスト計測を実施した。建物内部におけるテストは,武蔵工業大学建築学科棟(RC造4階)で実施し,各階に2個づつ設置した計8個のセンサ・モジュールにより発生頻度の高い震度12の地震動の計測に基づき建物のヘルスモニタリングの基本情報となる動特性推定を行った。一方,建物外部におけるテストは,計10個のセンサ・モジュールを配置して,多摩川に架かる丸子橋において自動車振動計測と大井町線沿線での鉄道振動計測を実施し,計測点間のデータ相関を検討した。こうした計測テストを通して,震度12の地震動や環境振動のような微小振動に関しては,強震動計測では有効な精度1ガルのセンサ・モジュールでは不十分であることがわかり,精度0.1ガルの高精度センサ開発の必要性を迫られた。同時に,ワイヤレス通信が輻輳する都市域においては,とくに建物間のデータ搬送の際,微弱無線では中継基地の数が膨大になって効率が落ち,より長距離のデータ搬送が可能となる送信方式を採用する必要性が生じた。そこで,本年度の後半は,新たに精度0.1ガルのセンサ・モジュール20個を開発するとともに,データ搬送方式は,建物内部は微弱無線のままとし,建物外部はJIGBEE無線を採用することにより,建物内外でデータ搬送方式を使い分ける準備を行った。こうした本年度の実績と経験は次年度(平成20年度)の広域振動モニタリングに引き継がれる。本年度中に品川区の戸越銀座近辺をワイヤレス・センサ・ネットワークのパイロット地区に選定し,地震動と環境振動に対する振動モニタリングを実施する計画を立案した。

戸越銀座地区は近くに新幹線,私鉄,地下鉄,国道など交通振動の発生源が多く,環境振動モニタリングの対象地区として好ましい条件を備えている。同時計測データの相関分析に基づき,戸越銀座地区の微弱地震動と環境振動の広域振動特性を検討して,ワイヤレス・センサ・ネットワーク構築への今後の課題を整理する予定である。また,本年度実施した武蔵工業大学建築学科棟における震度12の地震動の計測も新型センサに切り替えて継続的に実施する予定である。本年は広域振動計測のために精0.1ガルのワイヤレス加速センサをたに開発し,物部におけるテストを,3成分センサ8個を用いて武蔵工業大学建築学科棟(RC造4階)で実施し,また建物外部におけるテストを,1成分(上下動)センサ10個を用いて多摩川に架かる丸子橋での道路振動計測と大井町線沿線での鉄道振動計測を実施した。計測結果を昨年度の精度1ガルの加速度センサの場合と比較し,構造物や地盤の固有振動数の同定および移動振動源の同定の精度向上を確認した。しかし,1.5ガル程度より小さな振動になるとAD変換器で発生するノイズに埋もれてしまうという問題が生じたため,現在フィルタの改善を進めている。さらに,多点間の振動を処理するには従来のセンサ内水晶時計では十分な位相精度が得られず,より正確な同期をとる必要があることもわかった。このため現在,GPSを利用するセンサ基盤の開発を進めている。一方,品川区の戸越銀座近辺をワイヤレス・センサ・ネットワークのパイロット地区に選定し,地震動と環境振動に対する広域振動モニタリングを実施するために,品川区教育委員会の許可を受け,新幹線,私鉄,地下鉄,国道など交通振動の発生源が多く環境振動モニタリングの対象地区として好ましい条件を備えた小中学校の測定を行うことが可能となったのを機に,建物内部と外部をつなぐ広域モニタリングの予備検討を実施し,その可能性と今後の課題を検討した。対象建物は品川区戸越台中学校で,建物内および建物が面する国道一号線の同時計測を行った。こうした本年度の成果を踏まえ,次年度(平成21年度)は品川区の戸越銀座近辺でワイヤレス・センサ・ネットワークの構築を開始し,地震動と環境振動に対する振動モニタリングを実施する予定である。多数のセンサ情報の伝送において,振動の時系列データそのものを送ることは冗長であり電源の無駄遣いにもなりかねないので,現在,各センサ内のメモリに時系列データを温存して好きな時にデータ処理をする方法と,各センサ内で計測情報を圧縮あるいは変換した後に伝送してセンサ間で分散処理する方法とを併用する方式を検討中である。本年度は広域振動計測のために開発した精度0.1ガルのワイヤレス加速度センサを用いて、建物内部および外部における計測を実施した。計測可能な振動レベルは昨年の1.5ガルから0.5ガルまで改善され、振動数も1Hz以下の長周期になると精度が落ちるものの計測範囲が広がった。
保育室の音環境に関する評価法の開発

乳幼児期の子どもの心身の健やかな発達にとって、音環境が重要な役割を果たしていることは、諸外国では保育室の音環境基準として内装建材に吸音材を使用することが義務付けられていることからも明らかである。しかし、我が国の保育所・幼稚園の保育室内の基準は、音に関しては室外から流入する交通騒音等の基準のみである。本研究は、子どもと保育者の活動を適切に支え、保育の質を保障しうる環境かどうかを、実際に保育室内の音響特性を反響環境から吸音環境に加工し、その加工前後の子どもの遊びやコミュニケーションの変化を観察し、また保育者の保育方法の変化のアンケート調査を行った。併せて保育者を対象としたオージオメータおよびOAEスクリーナによる聴力閾値測定を実施し、聴力が保育室音環境の評価に有効かについて検討を行った。その結果、保育室空間内の音環境測定を実施することは、子どもや保育者の騒音暴露量を知るための手がかりとなり、保育者の聴力計測が保育室内の音環境を評価するための手法となることが示唆された。乳幼児期の子どもの発達と音環境の関わりについて、近年、欧米ではその重要性が指摘され、我が国においても少ないながらも研究成果が報告されてきている。本研究は、子どもが日々長時間過ごす保育室空間における「音」の環境がもたらす影響に視点をあて、保育室の音環境に関する適正基準とその評価方法を開発することを目的とするものである。平成22年度は、具体的にはまず観察園での調査に関する説明を実施し、管理者、保育士など全職員に十分理解してもらうよう努めた。了解を受けた後、対象とする保育室内の音響計測を実施した。併せて、これらの保育活動で生起した騒音が日常的かどうか判断するために、3ヶ月間にわたり騒音計による保育室内の音環境データを採録した。また、東洋大学を中心としたスタッフによる、室内の「吸音化に向けたシュミレーションモデル」も作成した。23年度ではこのデータを基に、実際の保育室の音響特性改変(吸音環境)工事を行う運びとなった。また22年度には、保育者の実際の聴力閾値の損失状況を解析するための聴力閾値測定機材の搬入を行い、測定コーナー(簡易防音室)を観察園内のベランダに設置し、測定の準備を整えた。さらに、5名の成人男性及び女性が1週間、一日のすべての保育活動に参加し、早朝及び園児の午睡時間、保育活動終了時の3時点での彼らの聴力閾値測定を実施し、1週間通しての聴力の変容を解析した。現在の解析結果からは、男女による差がみられるものの閾値の変化が見られ、保育室内の音環境が、長時間の滞在の場合に聴力に影響をもたらす可能性が示唆された。併せて、対象保育室内のターゲット児2名を決め、保育室内での活動状況の観察録画を継続的に行い、23年度の観察の資料とした。これらの解析結果も踏まえ、室内の音響特性の変容が子どもの遊びや行動、コミュニケーションの円滑さ等にもたらす影響の解析、そこでの保育者の意識や聴力閾値等におよぼす影響を中心に検討する予定である。本研究の背景には、乳幼児期の子どもの発達に音環境が関わっていることは欧米ではその重要性が指摘され、保育の場に音環境基準として示されているにも関わらず、我が国においては、子どもにとっての重要性について、まだ十分周知されていないことが挙げられる。そこで本研究では、子どもが日々長時間過ごす保育室空間での「音」環境が、子どもと保育者にもたらす影響に視点をあて、保育室音環境に関する適正基準の根拠となりうる評価方法を開発することを目的としている。平成23年度は22年度に続いて保育室内の音響計測を実施し、データ解析を継続した。これらのデータを基に、加工工事を行う保育室を決定し、音響特性が異なる保育室を作成するための音響特性の改変工事《吸音加工工事》を実施した。併せて22年度に、観察園内ベランダに設置した簡易防音室を使用した聴力閾値の測定を継続し、保育室内の音響特性の差異と、保育者・成人の聴力閾値測定並びにデータ解析から得られた閾値の比較を行った。これらの聴力測定比較から、保育に携わった者の聴力損失状況が明らかになり、特に反響環境保育室内では顕著であること、一方、吸音加工済保育室内では全く聴力損失の傾向が異なることが明らかになった。

特筆すべきことでは、保育終了後の1時間程度の安静や、静穏環境に在室することが一定の聴力の回復に繋がる結果も得られ、現在そのメカニズムを調査・検討していることころである。また、幼児を対象とした聴力閾値測定をOAEを使用して実施するために、成人を中心としたOAE測定を予備的に実施して、これまで得られた成人の聴力損失との比較検討を行い、最終的な解析作業の準備を行った。乳幼児期の子どもの発達に音環境が関わっていることは、欧米ではその重要性が指摘され、保育の場に音環境基準として示されている。しかし、我が国においては子どもにとってのその重要性について、ようやく研究成果が報告されてきたところである。本研究は、子どもが日々長時間過ごす保育室空間での「音」環境が、子どもと保育者にもたらす影響に視点をあて、保育室音環境に関する適正基準とその評価方法を開発することを目的としている。最終年度として、これまでに保育室内の音環境計測を実施した結果を基に、室内の音響特性の変容が子どもの遊びや保育士とのコミュニケーションについて、また、保育者の保育活動中に意識する「子ども行動」などに特化して調査を行った。併せて幼児を対象とした聴力閾値測定(OAE)を実施した。その結果、保育者自身の聴力については、今回の研究で作成した吸音加工済保育室は,残響時間が0.8秒内外となり、吸音加工していない保育室(残響時間1.0秒)に比べると、室内での幼児との会話の静穏化傾向、幼児間での諍いなどの経過がスムースであること等の特徴がみられた。また、保育者に対して実施した聴力検査では聴力損失の実態がみられ、その閾値変化等におよぼす「騒音」の影響が示された。このことから、長時間の保育環境が「騒音環境」であることがもたらすものは、ストレスのみならず聴力減退の可能性もあり、聴力測定が保育の「室内環境」を評価するための指標となることが示唆された。なお、本研究で実施した保育者及び幼児を対象とした聴力検査は、対象とした保育園・幼稚園の看護士・養護教員が実施している通常のオージオメーターによる検査とOAEによる検査結果を基にデータを収集したものである。保育室内の音環境に関わる評価法の開発に向けて、実験を積み重ねてきたが、実験園の事情(震災の影響など)もあり、幼児の観察が1年間途絶えることになった。このことは継続研究にとってかなりの痛手となり、解析データが充分に蓄積されたとは言い難い結果となった。一方、保育室内の音響特性を「吸音環境」に改変したことで、保育者の意識が「音」について高いものとなり、乳児室への吸音材設置を依頼される所まで進んだ。この実践を見学に来る者も出てきており、保育室内の静穏化が子ども遊びにもたらすもの、保育者の行動にもたらすものについての研究が新しい視点から行われようとしている。24年度が最終年度であるため、記入しない。この研究が目指した「評価法の開発」では、保育室内の静穏化が保育そのものの質や子ども自身に果たす意義について、一応の成果を残せたと考えているものの、評価の視点としての「音」環境について、啓蒙という点ではまだ十分とはいえず、今後の努力と工夫が必要と考えている。これらのことについて、とりわけ一層の啓蒙をめざして著作や論文等で情報提供していきたい。
光合成細菌を利用した有機性廃水の嫌気処理・再資源化プロセスの最適運転制御

有機性廃水の処理過程において、温室効果ガスの放出をできるだけ抑制し廃水を原料としてより多く質化するプロセスとして、紅色非硫黄細菌を利用した光合成リアクターにおける有機性廃水の嫌気処理・再資源化プロセスに的を絞り、脂肪酸を含む廃水の直後処理の適用範囲を明らかにし、その廃水組成に応じた最適運転制御方法の確立を図った。まず、Rhodobacter sphaeroidesを用いた小型セルバッチ実験で、低級脂肪酸から長鎖の脂肪酸まで脂肪酸の種類を変えた増殖試験を行った結果、炭素数78の脂肪酸(エナント酸、カプリル酸)で、最も高い収率を得た。しかし、投与炭素当たりの転換率で言うと炭素数47の脂肪酸で大差はなく、投与した有機物とほぼ同量の菌体が生産できることがわかった。炭素数1011の脂肪酸では全く増殖しなかったが、さらに長鎖の脂肪酸では若干の増殖が認められた。増殖速度の実験から、最適運転条件照度60001x、温度3035°Cを得たが、実廃水を用いた自然太陽光を用いた無加温連続実験では、光照射が不連続かつ水温が1325°Cと最適条件からはずれており、菌体転換率が40%であった。やはり菌体生産という観点からは連続照射が必要であることがわかった。菌体組成では、長鎖の脂肪酸からは代謝産物にアミノ酸メチルエステルが検出され、蛋白質への転換が多いことが推定された。炭素数25でPHA含有率が高く、組成は単一のPHBであった。オレイン酸以外の炭素数6以上の脂肪酸ではPHA含有率は低かった。菌体生産速度及びPHB生産速度は、酪酸で最大となるが、菌体生産速度は炭素数の増加によってそれほど大きく減少せず、菌体の質からはむしろ炭素数69の脂肪酸の方がよい。このことから、廃水の組成に応じてあるいは酸生成の前処理を制御して、脂肪酸の炭素数を調節する事により、目的物質(菌体栄養分かPHAか)の生産を最大化させることが可能であることを示した。
電気化学ヘテロエピタキシャル成長による高効率酸化銅薄膜太陽電池の構築

理論変換効率が約28%となる1.3eVのバンドギャップを有するp-CuOとn-ZnOから構成される新規な太陽電池を電気化学的に形成するために,化学熱力学に立脚した溶液組成の設計,電気化学ヘテロエピタキシャル成長による高品質化ならびに光電変換機能を有するダイオード形成について検討した。電気化学に形成した-CuO層上にSiO層とZnOを堆積させたダイオードが良好な整流性を示すと共に,0.43Vの開放電圧などの光電変換機能を示した。酸化物半導体から構成される太陽電池は,次世代太陽電池として期待されているが,現在の最高変換効率は2%と極めて低い。これは,光吸収層として利用されている銅(I)酸化物(Cu_2O)のバンドギャップが2.1eVと大きいこと,品質・純度が低いことが要因となっている。本研究の目的は,理論変換効率が約28%となる1.3eVのバンドギャップを有するp型半導体銅(II)酸化物(CuO)とn型半導体ZnOから構成される新規な太陽電池を電気化学的ヘテロエピタキシャル成長により形成すると共に,高品質・高純度化することによって,変換効率10%の達成を目指すと共に,高効率化のための指針ならびにその学理を探求することである。平成22年度は、太陽電池光吸収層として機能する単配向・フォトレスポンスの優れたp型半導体CuO層を形成するための電気化学ヘテロエピタキシャル成長技術を確立することを目的とした。CuO形成用水溶液として,新規なアルカリ性アンモニアCu錯体水溶液を化学熱力学的に設計するとともに,基板を陽極として電解することによって,1,35eVのバンドギャップを有するCuO層を形成することに成功した。このCuO層がp型半導体であることを,ホール効果測定ならびに光電気化学測定により確認したが,透明導電性ガラス基板に形成したランダム配向CuO層は,良好な光照射による光電流値ならびに応答を示さなかった。単斜晶系構造を有するCuOの(002)面と良好な方位関係を有する(111)Au面上に電気化学的に成長させることによって,(002)CuO単配向層を形成することができ,ヘテロエピタキシャル成長が生じていることを極点図による方位関係ならびに電子顕微鏡観察から確認した。また,CuO層の配向を(002)に単配向させることによって,光電流値は25倍,光応答時間は1/4と,フォトアクテビティは著しく向上した。酸化物半導体から構成される太陽電池は,次世代太陽電池として期待されているが,現在の最高変換効率は3.8%と極めて低い.てれは,光吸収層として利用されている銅(I)酸化物Cu_2O)のバンドギャップが2..1eVと大きいこと,品質・純度が低いことが要因となっている.本研究の目的は,理論変換効率が約28%となる1.3eVのバンドギャップを有するp型半導体銅(II)酸化物(CuO)とn型半導体ZnOから構成される新規な太陽電池を電気化学的ヘテロエピタキシャル成長により形成すると共に,高品質・高純度化することによって,変換効率10%の達成を目指すと共に,高効率化のための指針ならびにその学理を探求することである.平成22年度には、化学熱力学的に設計したアルカリ性アンモニアCu錯体水溶液から1.35eVのバンドギャップを有するCuO層を形成することに成功すると共に,電気化学ヘテロエピタキシャル成長によりCuO層を(002)単配向化することによって,光照射時の光電流密度を約25倍,光応答時間を1/4と早めるなどフォトアクテビティを著しく向上させることに成功した.平成23年度は,この(002)-CuO層を太陽電池として応用するためのダイオード構造の最適化を行った.n型半導体層としてZnOを選択し,スパッタリング法ならびに電子ビーム蒸着装置を用いて製膜すると共に,ヘテロ界面状態を制御するためにSiOやCdSなどの化合物をバッファ層として導入した.スパッタリング法によりZnOを堆積させて形成したダイオードは整流性を示さなかったが,(002)-CuO層上にn-CdS層を形成したダイオードならびに(002)-CuO層上にSiO層を形成した後,電子ビーム蒸着装置でZnOを堆積させたダイオー、ドが良好な整流性を示すことを見いだすと共に,AM1.5G基準太陽光照射下で光電変換機能を示すことを確認した.酸化物半導体から構成される太陽電池は,次世代太陽電池として期待されているが,現在の最高変換効率は3.8%と極めて低い.

これは,光吸収層として利用されている銅(I)酸化物(Cu2O)のバンドギャップが2.1eVと大きいこと,品質・純度が低いことが要因となっている.本研究の目的は,理論変換効率が約28%となる1.3eVのバンドギャップを有するp型半導体銅(II)酸化物(CuO)とn型半導体ZnOから構成される新規な太陽電池を電気化学的ヘテロエピタキシャル成長により形成すると共に,高効率化のための指針ならびにその学理を探求することである.平成22年度には、化学熱力学的に設計したアルカリ性アンモニアCu錯体水溶液から1.35eVのバンドギャップを有するCuO層を形成することに成功すると共に,電気化学ヘテロエピタキシャル成長によりCuO層を(002)単配向化しフォトアクテビティを著しく向上させることに成功した.平成23年度は,この(002)-CuO層を太陽電池として応用するためのダイオード構造の最適化を行った.スパッタリング法によりn-ZnOを堆積させて形成したダイオードは整流性を示さなかったが,(002)-CuO層上にn-CdS層を溶液化学的に形成したダイオードならびに(002)-CuO層上にSiO層を形成した後,電子ビーム蒸着装置でZnOを堆積させたダイオードが良好な整流性を示すと共に,AM1.5G基準太陽光照射下で光電変換機能を示すことを確認した.平成24年度には、パルス電解法を適用し、さらに光電流密度ならびに光応答性を向上させた(002)-CuO層を用いて作成した太陽電池の特性評価を行い、従来報告値を超える開放電圧を得たが、短絡電流密度は非常に小さく、光照射によるキャリア生成と輸送特性の改善が必要であることが明らかとなった.平成22年度の目的である,CuO層の電気化学ヘテロエピタキジャル成長による高品質化を実現し,著しいフォトアクテビティの向上を達成した.平成23年度の目的である,CuO層を用いたダイオードの形成については,Au/CuO/SiO/ZnO/Al構造ならびにAu/CuO/CdS/Al構造で実現すると共に,過去に累を見ない良好な整流性を達成し,光電変換機能を確認したことから上記区分と判断した.24年度が最終年度であるため、記入しない。大きな研究計画の変更は必要ない,と考えているが,平成23年度に実現したダイオードの特性がCuOならびに構成半導体層から予想できる特性よりも優れており,CuOのような強相関電子系物質におけるダイオード特性についての理解を進展させる必要性がある.24年度が最終年度であるため、記入しない。
リアルタイムMRを用いたバイオフィードバックによる骨盤底筋トレーニングの効果検証

現在、女性の4人に1人が骨盤底筋弛緩症状を有している。その症状の予防・改善には骨盤底筋の強化が有効とされているが、トレーニングの習得が難しいのが現状である。そこで、リアルタイムMR動画を応用したトレーニング媒体の開発と検証ができれば、有用なトレーニング方法がセルフケアとして提供できるのではないかと考えた。そこで、本研究目的を1.リアルタイムMRを用いて、骨盤底筋強化のためのトレーニング動画を作成する。2.リアルタイムMR動画群、骨盤底筋トレーナー群、CDによる骨盤底筋体操群の3群比較を行い効果検証を行うことと設定した。本研究の意義として、骨盤底筋弛緩症状から生じる疾病を予防・改善するためのセルフケアが開発できれば、女性のオプティマルヘルスやQOLの向上に貢献すると考える。本研究の実施計画は次のとおりである。対象:分娩経験を有し、過去に骨盤底筋体操を行ったことのない女性に研究承諾を得て3群に割り振った。1リアルタイムMR動画群22名、2骨盤底筋トレーナー群26名、3CDによる骨盤底筋体操群30名であった。介入:群別に異なった骨盤底筋トレーニングを3か月間実施した。評価:介入時、介入3か月時点で骨盤底筋測定機器による骨盤底筋の最大筋力を測定し比較した。結果:介入3か月時点において、リアルタイムMR動画群は他の2群と比較し、骨盤底筋の最大筋力が最も高かった(P=0.001,0.03)。この結果から、リアルタイムMR動画を用いた骨盤底筋トレーニングは有用であることが示唆された。しかし、この動画を用いた対象者から「MR画像は白黒で見難い」や「説明を受けないと筋肉の動きが分からない」などの意見が抽出された。MR動画による視覚に訴えたトレーニング方法は有用ではあるものの、一般化した指導媒体にするには、多くの女性に分かりやすい画像に改良することが課題となった。近年、分娩経験のある女性の25割りが骨盤底筋弛緩をきたし、尿失禁をはじめとした心身のダメージ及び生活の質を低下させているという深刻な健康問題に直面している。そこで、本研究は、MRを用い被験者と実験者がリアルタイムに骨盤底筋と骨盤内臓器の動きを確認しながらトレーニングを実施できるバイオフィードバックの開発と検証を行うことを目的とした。この研究における開発と検証は、女性の健康を高めるために広く適応できることと工学的指標により、高いエビデンスに裏打ちされた看護を提供できるという特色がある。具体的には、下記2つの段階を経て目的を達成する研究である。1リアルタイムMRを用いて、バイオフィードバックで使用する骨盤底筋トレーニング動画を作成する。2トレーニング動画を用いたバイオフィードバックの効果を、骨盤底筋トレーニング装置(以下、トレーナー)を用いたフィードバックと従来型の骨盤底筋体操との比較から検証する。当該年度に当たっては、目的1の実施を達成した。まず、本研究の倫理審査を受けリクルートを開始した。平行してMR撮像動画を用いて、保健指導用の骨盤底筋トレーニング動画(以下、トレーニング動画とする)を作成した。作成した動画は、プレテストで被験者に使用し動画の評価を行い修正を計った。改善を重ねたトレーニング動画の完成に至った。作成されたトレーニング動画を用い試験的に実験を行った。試験的実験から得られた課題を調整し、次年度の実験を行う予定である。当該年度課題である、研究準備とトレーニング動画の作成の2点を計画通りに実施できた。1つめの研究準備に関しては、びわこ学院大学の倫理審査承認を得てプレテストとリクルートを開始した。2つめの、トレーニング動画の作成に関しては、作成した動画をプレテストで使用し、その結果から得られた結果を分析し改善し作成に至った。また、骨盤底筋体操群のバイオフィードバック効果の検証の実験を並行してスタートしている。産後の骨盤底筋弛緩がもたらす症状により、多くの女性が生活の質(QOL)を低下させている。この予防として、セルフケアである骨盤底筋体操の啓発がなされてきた。しかし、効果的な骨盤底筋体操が実行されているのかを確認するバイオフィードバックツールに現段階では限界があった。そこで、本研究ではこれまでに試みられていなかったリアルタイム撮像が可能な用具を用い、対象者と援助者が同時に体操の効果を即時に確認しながら骨盤底筋体操の評価ができるバイオフィードバックの開発と検証を行う。本研究の2つの目的:1.リアルタイム撮像が可能なMRを用いて骨盤底筋トレーニングのバイオフィードバック効果を検証する。2.骨盤底筋弛緩の症状別にバイオフィードバックの効果が異なるのかを明らかにする。<今年度の研究成果>1つ目の研究目的に対する成果:PFMトレーニング装置による骨盤底筋総合スコア点の3群比較(MR動画による骨盤底筋トレーニング、従来の骨盤底筋トレーニング、コントロール群)においては、MR動画による骨盤底筋トレーニング群は他の群に比べてスコア点が有意に高かった(P<0.01)。さらに、MRを用いてのバイオフィードバックから、携帯可能な小型超音波診断装置を用いたバイオフィードバックの効果検証に研究を移行し、プレテストを行った。この実験道具はMRのように設定された場所、条件、撮影時間の拘束を受けず、研究協力者に負担の少ない状況で、骨盤底筋トレーニングのバイオフィードバックが行える。また、ラグタイムなく骨盤底筋の収縮・弛緩の状態をリアルタイムに確認できることがプレテストで確認できた。

2つ目の研究目的に対する成果:骨盤底筋弛緩の症状別にバイオフィードバックの効果が異なるのかを検証するため、腹圧性、混合性、切迫性尿失禁症状を有する研究協力者のリクルートを行い実験を開始した。<研究が当初計画通りに進まない時の対応>本研究ではRTI MRによるバイオフィードバック効果を検証することが課題である。MRの使用にあたっては研究分担者のMR専門医師にアドバイスを頂く。万が一、RTI MRの使用が困難時は滋賀医科大学に設置されている縦型オープンMRを利用しての実験に切り替えて研究を遂行する。研究全般の遂行に関するトラブルは滋賀医科大学研究コーディネータに要因の分析を依頼し対策と改善を適時行う。H29年度末にMRがクエンチしたため、MR専門医師やコーディネータと相談し安全が確保できないMRの使用は中止し、MRに代わり同じ実験効果が期待される用具として、携帯型超音波診断装置を用いリアルタイムに骨盤底筋トレーニングの効果を評価している。現在、女性の4人に1人が骨盤底筋弛緩症状を有している。その症状の予防・改善には骨盤底筋の強化が有効とされているが、トレーニングの習得が難しいのが現状である。そこで、リアルタイムMR動画を応用したトレーニング媒体の開発と検証ができれば、有用なトレーニング方法がセルフケアとして提供できるのではないかと考えた。そこで、本研究目的を1.リアルタイムMRを用いて、骨盤底筋強化のためのトレーニング動画を作成する。2.リアルタイムMR動画群、骨盤底筋トレーナー群、CDによる骨盤底筋体操群の3群比較を行い効果検証を行うことと設定した。本研究の意義として、骨盤底筋弛緩症状から生じる疾病を予防・改善するためのセルフケアが開発できれば、女性のオプティマルヘルスやQOLの向上に貢献すると考える。本研究の実施計画は次のとおりである。対象:分娩経験を有し、過去に骨盤底筋体操を行ったことのない女性に研究承諾を得て3群に割り振った。1リアルタイムMR動画群22名、2骨盤底筋トレーナー群26名、3CDによる骨盤底筋体操群30名であった。介入:群別に異なった骨盤底筋トレーニングを3か月間実施した。評価:介入時、介入3か月時点で骨盤底筋測定機器による骨盤底筋の最大筋力を測定し比較した。結果:介入3か月時点において、リアルタイムMR動画群は他の2群と比較し、骨盤底筋の最大筋力が最も高かった(P=0.001,0.03)。この結果から、リアルタイムMR動画を用いた骨盤底筋トレーニングは有用であることが示唆された。しかし、この動画を用いた対象者から「MR画像は白黒で見難い」や「説明を受けないと筋肉の動きが分からない」などの意見が抽出された。MR動画による視覚に訴えたトレーニング方法は有用ではあるものの、一般化した指導媒体にするには、多くの女性に分かりやすい画像に改良することが課題となった。H29年度においては、完成した骨盤底筋トレーニング動画を用い計画のとおり、3群(対象群、骨盤底筋体操群、骨盤底筋トレーニング動画群)におけるバイオフィードバック効果検証の実験を開始する。当該年度の課題であるトレーニング動画を用いる際、被験者への説明を統一し研究バイアスや影響が出ないように設定する。
未来型天然資源を利用する微生物の分子細胞生物学的総合理解と応用機能開発

未来型資源として、メタノールなどのC1化合物やn-アルカンを中心に取り上げ、これらの化合物を利用できる微生物について、代謝生化学・分子生物学・細胞生物学という3つの側面からの総合的理解とその応用利用を目的とした研究を行った。生化学的成果としては、ホルムアルデヒド固定系リブロースモノリン酸経路遺伝子の同定とその普遍性、イソアルカン・ガス状アルカン資化性菌の新しい代謝経路を遺伝子レベルで明らかにした(J.Bact,2004,2005 ; FEMS Microbiol.Lett. 2002)。酵母のホルムアルデヒド・活性酸素解毒経路とその生理的意義について明らかにした(JBC,2001 ; J.Bact,2001 ; Yeast 2004 ; Microbiology,2003)。細胞生物学的成果としては、メタノール資化性酵母を用いてオルガネラ分解の分子機構を明らかにし、新たな膜構造体MIPAの発見とその形成機構・膜動態に関わるATG遺伝子群の同定とともに生化学的機能を明らかにした(EMBO J,2003 ; Mol Biol Cell 2004,2005 ; Dev Cell,2003)。これはオルガネラ内で有用タンパク質を生産するために有用な知見であった。分子生物学的知見としては、リブロースモノリン酸経路を制御する遺伝子群を枯草菌に同定し、ホルムアルデヒドによる遺伝子発現機構と転写因子のDNA結合能との関連を明らかにするほか、タンパク質生産に有用な人工プロモーターを開発した(Mol Microbiol,2005 ; Mol Gen.Genet. 2003)。また酵母を用いたメタノール誘導性異種タンパク質の生産性に関わる遺伝子を複数同定し、得られた変異株などを有用酵素生産系に適用し、活性型タンパク質の高生産に成功した(Biosce Biotechnol Biochem, 2002,2003,2004 ; Appl Microbiol Technol 2002)。本研究では、メタノールなどの還元型C1化合物や固体状炭化水素などの長鎖アルカンあるいは気体状アルカンに生育する微生物を取り上げ、生化学的側面・分子生物学側面・細胞内構造的側面の3つの観点からその細胞機能について、遺伝子レベルでの解明を目指し、得られた分子基盤をもとに応用研究への糸口を探っている。1.メタノール資化性酵母のペルオキシソーム動態と応用機能開発(1)代謝及び蛋白質輸送機能メタノール酵母に発達しているペルオキシソーム代謝、特に抗酸化代謝機能に関わる2つの蛋白質、カタラーゼとPmp20について、その生理生化学的機能を明らかにした。特にPmp20については、ペルオキシソームに局在するペルオキシレドキシンとして過酸化脂質を基質としたグルタチオンペルオキシダーゼであることを初めて明らかにし、カタラーゼの持つ抗酸化反応との差異を明確にした(JBC,276,14279)。また、これらの蛋白質のペルオキシソームヘの局在化効率には差があることを示し、その差は局在化シグナルとそのレセプターとの相互作用の強さに依存していることがわかった(J.Bact.,183,6372他)。(2)ペルオキシソーム分解の分子機構ペルオキシソームの発達した細胞をその不要な培地に移すとペルオキシソームが選択的に分解される。この過程を2重蛍光染色法により1細胞で追跡することにより、液胞が分断化しながらペルオキシソームを包み込みこんで行くことを明らかにした。さらにその過程を支配する20以上のPAZ遺伝子を同定しペルオキシソーム分解の分子モデルを提出した(Genes Cells,7,75他)。

(3)蛋白質生産系への開発と応用蛋白質やペルオキシソーム分解に関わるPEP4及びPRB1遺伝子をCandida boidiniiiからクローニングして高蛋白質生産用の宿主を創生した。さらに臨床診断酵素として有用なペルオキシソーム酵素であるD-アミノ酸オキシダーゼの高生産に成功した(Biosci, Biotechnol.Biochem.,65,627;ibid.,66 628)。2.n-アルカン資化性細菌の代謝及び新規細胞内構造体と応用機能開発固形アルカンを含めて幅広い長鎖アルカンに生育できるAcinetobacter sp. M1株から、アルカン初期反応を酸化するアルカンヒドロキシラーゼ複合体を含む酵素タンパク質遺伝子をクローニングし転写レベルでの調節機構を明らかにした(J.Bact.,183,1819)。また、細胞内にワックスエステルを蓄積する新規細胞内構造体を発見しアシルCoAリダクターゼの役割についての知見を得た(App.Environ.Microbiol.,68 1192.他)。本研究は微生物によるワックスエステル合成を制御するための基礎的な知見となる。本研究では、メタノールなどの還元型C1化合物や固体状炭化水素などの長鎖アルカンあるいは気体状アルカンに生育する微生物を取り上げ、生化学的側面・分子生物学側面・細胞内構造的側面の3つの観点からその細胞機能について、遺伝子レベルでの解明を目指し、得られた分子基盤をもとに応用研究への糸口を探っている。本年度においては、これらの未来型資源利用微生物が、未来型資源を利用するための、代謝的・分子生物学的側面についての研究成果、及び、昨年度までの研究成果をもとにした応用機能開発研究について発表した。1.C1微生物のホルムアルデヒド代謝と遺伝子発現制御とカテプシンC生産C1微生物の代謝において、その代謝中間体であるホルムアルデヒドは、資化経路・異化経路の分岐点となる重要な化合物である。しかるにホルムアルデヒドの細胞内毒性が非常に高いことから、細菌・酵母を問わず関連遺伝子群の発現は厳密な支配下にある。本年度においては細菌・酵母の両者からホルムアルデヒドを代謝する酵素の遺伝子及び遺伝子破壊株を用いて、そのC1代謝における役割について明らかにした(Microbiology,148,2697;FEMS Microbiol.Lett.,214,189)他)。またホルムアルデヒドを生成する酵素であり、かつそのプロモーターが有用タンパク質生産に用いられているalcohol oxidaseの発現制御系に関する新しい知見を得た(Yeast,19,1067)。同時にこのホルムアルデヒドの毒性を回避しながらメタノール誘導性の遺伝子発現系を用いることにより、有用プロテアーゼの一つであるカテプシンCの分泌高生産に成功した(Appl.Microbiol.Biotechnol.,59,252,他)。
電子線トモグラフィによる実用材料の立体ナノ構造解析

電子線トモグラフィ法を金属材料(合金),無機材料や複合材料など多岐にわたる実用材料に応用することにより,従来不可能であった3次元ナノ構造・形態を解明することに成功した.電子線トモグラフィ法を金属材料(合金),無機材料や複合材料など多岐にわたる実用材料に応用することにより,従来不可能であった3次元ナノ構造・形態を解明することに成功した.電子線を試料に照射した場合、入射電子の多くは試料厚みに応じて吸収され、透過する電子の数が減少し暗く映る(吸収・厚みコントラスト)ことが知られている。多くの非晶質試料の場合、傾斜角度と連続傾斜像のコントラストが一義的であり再構築像を得ることは用意である。しかし、結晶質材料の場合は、傾斜角度によって電子回折現象が生じ、密度、厚みや分子量の変化とは無関係な回折コントラストが発生してしまい、3次元の再構築を行うのが困難である。今年度は回折コントラストの影響が少ない2次元TEM観察法(高角環状暗視野(HAADF)法と3次元電子線トモグラフィ(3D-ET)法を組み合わせることにより、共晶系合金として知られるアルミニウム合金(Al-Ge)の3次元観察を行い、析出物の形状やその分散状態、添加元素等の分布状態の3次元解析を行った。この結果、サイズの異なる棒状や三角板状の様々なサイズや形状の析出物が混在して存在することを明らかにした。また、ケンブリッジ大学と共同研究を行い、シリコン中における欠陥を同様の手法を用いることで、3次元的に可視化することに成功した。従来、欠陥等では弱ビーム暗視野法を用い意図的に回折コントラストを用いて欠陥の連続傾斜像を取得し再構築を行っていたが、HAADF法を用い連続傾斜像を取得することにより、より簡便に再構築像を取得することが可能であることを明らかにした。電子線トモグラフィ法は、透過型電子顕微鏡を用いナノスケールで3次元形態を観察する手法である。本研究では、電子線トモグラフィ法をアルミニウム合金やセラミックスなど実用材料に応用し、ナノスケールでの3次元形態の解析と、マクロな機械・物理特性やその形成メカニズムを解明することを目的としている。平成20年度の主な成果は、以下の通りである。1.アークプラズマ法を用いたTiN-Ag複合材料粉末の形態同定と形成について、微小電子プローブを用いたナノ構造解析法として注目を集めている走査透過電子顕微鏡法(STEM)と電子線トモグラフィ法を併用することにより解明することができ、口頭発表並びに論文発表を行った[Kitawaki他Micron, Vol.40(2009)pp.308-312]。2.合金中におけるひずみの影響の3次元評価にさきがけ、Al粉末とMg粉末から強ひずみ加工法を用いることによりAl-Mg合金を生成することに成功し、このAl-Mg合金中にMgが過飽和固溶することをXRDならびに透過型電子顕微鏡により解明し、並びに論文発表を行った[Kaneko他,Material Transactions,Vol.50, No.1(2009)pp.76-81]。3.ケンブリッジ大学のP.A.Midgley教授と共同研究を行い、上記2件の研究成果のみならず、Si中の転位の3次元可視化に成功し、並びに論文発表を行った[Sharp他J. Phys.: Conf. Ser.126(2008)012013]。電子線を試料に照射した場合、入射電子の多くは試料厚みに応じて吸収され、透過する電子の数が減少し暗く映る。今年度は回折コントラストの影響が少ない2次元STEM観察法(環状暗視野(ADF)法と3次元電子線トモグラフィ(3D-ET)法を組み合わせることにより、窒化チタニウムにシリコンを添加したナノ複合粒子の形態解析に適用した場合や超電導体中のピン止めセンターの3次元観察を行い、3次元形態やその分散状態などの3次元解析を行った。この結果、窒化チタニウムには様々なサイズのTi_5Si_3や、超電導体にはピン止めセンターとして働いている析出物の形状ならびに分散状態が明らかとなり、特性と微構造の相関を解明した。また、東北大学と共同研究を行い、非晶質である有機材料(フタロシアニン)の表面に付着している結晶質である貴金属(白金)ナノ粒子の分散状態の解明を行った。HAADF法を用い連続傾斜像を取得することにより、より簡便に3次元再構築像を取得することが可能であることを明らかにし、貴金属粒子の分散状態の解明を行った。
全球規模での温暖化による沿岸地下水質の影響と総合評価

全球規模の適用のためのGCM(大気循環モデル)の利用準備を行った.GCMの計算結果はインターネット上で公開されているHADCM3モデルによるSRES-A2の温暖化シナリオに基づいた将来予測を利用した.このモデルのデータに対応できるように地質や土地利用データを作成した.その後,構築された水文+水質+塩水浸入モデルの改良を行い,全球へ適用した.降水イベント(豪雨や少雨)毎にモデル結果と観測データを比較して検証し,モデルの問題点の改良をした.この結果,中央アメリカやオーストラリア北部において,2100年に顕著な地下水資源の減少が見られた.また,気候帯毎に将来の感度を調べたところ,中央アメリカと南アジアにおいて感度が高く,脆弱性の高いことが示唆された.これは人口増加も影響している.シミュレーションに様々な条件のデータを入力して,全球への適用を行い地下淡水資源の増減や汚染状況のマップの作成を試みた.特に沿岸地下水の減少が激しい地域において観測データを収集し,モデルの適用性について議論している.人口増加や土地利用の改変シナリオを用いた場合の地下淡水資源の増減や水ストレスのマップのアルゴリズムの開発を行っている.これらの結果によって,地域間の比較が行え,気候区分と人間活動の影響の把握が期待されている.これらグローバルな結果の検証のため,メコン川下流域とスリランカ,ワラウィ川流域のおいて,地域スケールの解析を行った.その結果,モデルの有効性が示されるとともに,地域レベルにおいても本手法の有効性が示された.初年度の成果は,大きく(1)水文+水質+塩水浸入モデルの作成,(2)現地観測データの収集,の2つに分けられる.これらの作業の試験地域として宮城県桂島とスリランカ南西海岸域を取り上げた.(1)のモデル作成は3つの部分からなる.1つは陸域の地下浸透量を計算する地表面水収支モデル(水文モデル)である.これは土地利用と土質または地質データから降雨を蒸発散,浸透,表面流出に分配するものである.2つめは水質モデルであり,物質の輸送を拡散式から栄養塩や汚染物質の輸送を推定する.3つめは塩水浸入モデルであり,潮位データと水文モデルから得られた地下流出データから陸域への塩水浸入量を求める.これらのモデルの検証として,湿潤地帯である日本と,半乾燥地域であるスリランカの南西域の観測データを用いた.観測では,現地の井戸において鉛直塩分濃度を定期的に計測すると同時に,地下水利用者へのインタビューを行いここ数年の地下水の環境情報,色やにおい等を収集した.これらをまとめて,地下水ストレスと地下水脆弱性の2つの指標を提案し,地下水涵養量と人口密度から,小島嶼の地下水脆弱度を推定するチャートの作成を行った.この指標を南太平洋,インド洋,カリブ海に適用した結果,水不足の事例と概ね適合し,指標の妥当性を示すことができた.なお,全球規模へのモデル適用を睨んで,全球の数値地図情報の取得とデータベース(気象,海面上昇,人口変動)の作成を並行して行っている.まず,全球規模の適用のためのGCM(大気循環モデル)の利用準備を行った.GCMの計算結果はインターネット上で公開されているHADCM3モデルによるSRES-A2の温暖化シナリオに基づいた将来予測を利用した.このモデルのデータに対応できるように地質や土地利用データを作成した.構築された水文+水質+塩水浸入モデルの改良を行い,年後半には全球へ適用した.降水イベント(豪雨や少雨)毎にモデル結果と観測データを比較して検証し,モデルの問題点の改良をした.この結果,中央アメリカやオーストラリア北部において,2100年に顕著な地下水資源の減少が見られた.また,気候帯毎に将来の感度を調べたところ,中央アメリカと南アジアにおいて感度が高く,脆弱性の高いことが示唆された.これは人口増加も影響している.シミュレーションに様々な条件のデータを入力して,全球への適用を行い地下淡水資源の増減や汚染状況のマップの作成を試みた.特に沿岸地下水の減少が激しい地域において観測データを収集し,モデルの適用性について議論している.人口増加や土地利用の改変シナリオを用いた場合の地下淡水資源の増減や水ストレスのマップのアルゴリズムの開発を行っている.これらの結果によって,地域間の比較が行え,気候区分と人間活動の影響の把握が期待されている.全球規模の適用のためのGCM(大気循環モデル)の利用準備を行った.GCMの計算結果はインターネット上で公開されているHADCM3モデルによるSRES-A2の温暖化シナリオに基づいた将来予測を利用した.このモデルのデータに対応できるように地質や土地利用データを作成した.その後,構築された水文+水質+塩水浸入モデルの改良を行い,全球へ適用した.降水イベント(豪雨や少雨)毎にモデル結果と観測データを比較して検証し,モデルの問題点の改良をした.この結果,中央アメリカやオーストラリア北部において,2100年に顕著な地下水資源の減少が見られた.また,気候帯毎に将来の感度を調べたところ,中央アメリカと南アジアにおいて感度が高く,脆弱性の高いことが示唆された.これは人口増加も影響している.シミュレーションに様々な条件のデータを入力して,全球への適用を行い地下淡水資源の増減や汚染状況のマップの作成を試みた.特に沿岸地下水の減少が激しい地域において観測データを収集し,モデルの適用性について議論している.人口増加や土地利用の改変シナリオを用いた場合の地下淡水資源の増減や水ストレスのマップのアルゴリズムの開発を行っている.

これらの結果によって,地域間の比較が行え,気候区分と人間活動の影響の把握が期待されている.これらグローバルな結果の検証のため,メコン川下流域とスリランカ,ワラウィ川流域のおいて,地域スケールの解析を行った.その結果,モデルの有効性が示されるとともに,地域レベルにおいても本手法の有効性が示された.
低融点金属物質を含む強磁性安定相の強磁場発現

Fe-Ga系、Mn-Ga系の合成過程に対する磁場効果を解明するために、ゼロ磁場と磁場中における固体Feと液体Ga、固体Mnと液体Gaとの反応について、Fe/Ga及びMn/Ga拡散対試料を用いてを評価した。アーク溶解し成型したFeやMnを熱処理した後、表面を研磨した。FeやMnの研磨面の上にGaを乗せ、石英管にアルゴンガスで封入した。その後、試料を目的の温度と時間で、ゼロ磁場、5T及び10T中の熱処理をした。5Tまでの実験は鹿児島大学の無冷媒超伝導マグネットを利用した。10T以上の磁場中の実験は東北大学金属材料研究所附属強磁場超伝導材料研究センターの10T-無冷媒超伝導マグネットと磁場中熱処理炉を全国共同利用で行った。熱処理した試料を磁場方向と平行に切断し、X線回折測定や電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)等によって切断面の合成した相の評価を行った。Fe-Ga系では次の成果を得た。(1)Fe中にGaが拡散し、Fe3Ga、Fe3Ga + Fe6Ga5、Fe6Ga5、Fe3Ga4の形成が確認された。(2)Fe6Ga5、Fe3Ga4相の厚さと熱処理時間の1/2乗の関係を見出した。(3)Fe-Gaの反応は拡散律速に従うこと、また10 T磁場中では相の生成が約40%抑制されていることが見出した。得られた結果について総合的に考察、液相Gaの粘性が磁場によって増大するモデルを提案した。Fe-Ga系ではGaの融点が低く、低い温度でも拡散しやすいと考えられる。本研究では、その過程に対する強磁場効果を解明するために、ゼロ磁場と10T中におけるFeと液体Gaの反応について、Fe中にGaが侵入し相生成する過程を観測した。本研究は、研究代表者が研究全般に責任を持って遂行するとともに、教育的効果を考慮し研究代表者の指導のもと、大学院生3名と学部学生1名で下記の実験、研究を行った。アーク溶解し成型したFeを500°Cで熱処理した後、表面を研磨した。Feの研磨面の上にGaを乗せ、石英管にアルンガス中で封入した。その後、試料を1023K-24hの条件下で、ゼロ磁場及び10T中でそれぞれ熱処理した。熱処理した試料を磁場方向と平行に切断し、電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)によって切断面の合成した相の評価を行った。その結果、ゼロ磁場と強磁場10T中においてFe中にGaが侵入し、相形成する過程を観察することに成功した。点分析の結果から、析出相はFe2.8Ga1.2、Fe6Ga5、Fe3Ga4、FeGa3であり、これは状態図中における平衡相であることを確認した。また、ゼロ磁場中と10T中での反応を比較することで、10T中においてGaの侵入に対する磁場抑制効果を明らかにした。この1年で、ゼロ磁場中と10T中で得られたFe-Gaの相と組織、及びそれに対する磁場抑制効果について明らかになった。さらに、磁場中状態図作成のための準備、H29年度以降の研究動向調査を進めた。予備実験として行った、Fe-Gaの反応過程の実験で、Fe2.8Ga1.2、Fe6Ga5、Fe3Ga4、FeGa3の平衡相の創出がすべて観測された。さらに、これらの平衡相の創出の磁化効果の観測にも成功した。当初、この実験は難しいと予想し、鹿児島大学において、FexGa1-x (x = 10, 20, 25, 28, 30 35, 45, 50, 75, 90)の合成を組成を変えて行う予定であったが、GaのFeへの親友過程でFe表面から内部に拡散する過程で、すべての平衡相を見出す極めて興味深い結果となった。本研究では、その過程に対する強磁場効果を解明するために、ゼロ磁場と10T中におけるFeと液体Gaの反応について、Fe中にGaが侵入し相生成する過程を評価した。本研究は、研究代表者が研究全般に責任を持って遂行するとともに、教育的効果を考慮し研究代表者の指導のもと、大学院生1名と学部学生1名で下記の実験、研究を行った。アーク溶解し成型したFeを温度773Kで熱処理した後、表面を研磨した。Feの研磨面の上にGaを乗せ、石英管にアルゴンガスで封入した。その後、試料を温度973K -時間24h、1023K - 24h及び1073K -24hの条件で、ゼロ磁場及び10T中でそれぞれ熱処理した。磁場中の実験は東北大学金属材料研究所附属強磁場超伝導材料研究センターの10T-無冷媒超伝導マグネットと磁場中熱処理炉を全国共同利用で行った。熱処理した試料を磁場方向と平行に切断し、X線回折測定や電子線プローブマイクロアナライザー(EPMA)分析等によって切断面の合成した相の評価を行った。各温度において、ゼロ磁場中平衡状態図上に存在するFe2.8Ga1.2、Fe6Ga5、Fe3Ga4、FeGa3を確認した。また、ゼロ磁場中と10T中での合成された相の状況をを比較すると、温度1023Kと1073Kでは、10Tの磁場印加により、上述の化合物相の存在比減少すること見出した。これは磁場がGaのFe中侵入を抑制していることを示唆している。