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カーボン機能ナノ粒子の光放射圧運動制御による超微細加工に関する研究

本研究は新炭素系機能性材料であるナノカーボンの特性を活かしたナノメートルサイズの機能粒子を創製し,そのカーボンナノ粒子を光放射圧で制御することによって,ナノメートルスケールの超微細形状加工および研磨加工を可能にする新しい光放射圧超微細加工原理を確立することを目的とするものである.平成18年度は,フラーレンナノ粒子会合体スラリーの創製基本技術および光放射圧運動制御機能を持つ超微細加工基本技術の開発を遂行し,以下の研究成果を得た.(1)水溶性氷酸化フラーレンを用いたナノ研磨スラリーの開発:C_<60>に水酸基が3234個修飾された水溶性の高い(<5wt%)ポリ水酸化フラーレンを砥粒として用いた研磨スラリーを開発し,酸化剤・防腐剤・キレート剤に分散させたスラリーによるCu-CMP研磨実験によって,表面粗さ1.64nmRMS以上の超平坦加工が可能であることを示した.(2)光放射圧を利用した微粒子操作によるナノ加工技術の開発:超純水中においてレーザ捕捉した直径3μmのシリカ微粒子をマイクロ工具とみなし,光放射圧で振幅数100nm,周波数数KHzの横振動加工制御運動を与え,シリコンウエハ表面を移動する実験を行った.その結果,12nmの加工深さ分解能を実現し,光放射圧制御マイクロ微粒子によるナノ加工の可能性が示唆された.(3)UVレーザによる超微粒子のレーザトラップ技術の開発:カーボン機能ナノ粒子の光放射圧制御によるナノ仕上げ加工プロセスの実現にむけて,UVレーザ平均出力1.2W,λ=354.7nm,パルス幅33nsec,パルス繰り返し率30kHz)および対物レンズ(NA=0.9,f=3.0mm)などから成るレーザトラップシステムの構築を行った.それを用いて直径1μm微粒子の捕捉が可能であることを実験的に確認し,加工横分解能1μm程度の微細ナノ仕上げ加工を実現できる可能性を示唆した.本年度実施した研磨用のフラーレンスラリー溶液を用いた平坦研磨加工、レーザでアシストされたナノCMP加工および光放射圧を利用した微粒子制御によるナノ加工に関する研究によって得られた知見は次の通りである。(1)超音波キャビテーション法で濃度0.1wt%のフラーレン水溶液に酸化剤・腐食剤・キレート剤を添加し組成比を調合することによって研磨用のフラーレンスラリー溶液を開発した。そのスラリー溶液を用いて銅ウエハCMP平坦加工を行った結果、まだ、表面にスクラッチが少々残ってはいるものの市販のCMP加工用のスラリーを用いたときと同レベルの表面粗さ(Ra<2nm)を持つ平坦加工面を得ることに成功した。(2)Cu-CPMスラリー中でのCnウエハへの集束レーザ照射により照射部のみの局所除去加工が観察され、加工痕は横1.2μmから2.7μm、深さ800nm以下の三角溝形状であった。深さ方向の加工レートは50mW200mWのレーザ強度に対し指数関数的に増大する傾向があり、その制御可能性が示唆された。以上より、本手法をCMP後のCn残膜除去加工に適用可能であることが確認された。(3)90mWアルゴンレーザの光放射圧を利用して3μmの球体微粒子(シリカ球)を捕捉し、超純水の中で鏡面のシリコン表面上を走査したところ、幅300nm400nmで深さ、4nm19nmの微細溝を加工することができた。さらに、14nmRaの表面粗さを持つシリコン表面の平滑化を同様な手法で試みたところ、8nmRaに改善することができ、平滑化の可能性が示唆された。光放射圧を利用した直径35μmのシリカ微粒子制御によるナノ仕上加工技術の確立を目指し、シリコンウエハ表面に対し平滑加工特性の実験を行い、以下のような知見を得た。(1)強制振動させた補足微粒子をシリコン基板に接近させ、その過程における振動状態の変化から接触点の位置を同定する位置決め実験を行った。その結果、接近に伴い微粒子の励振振幅が次第に減少し、最小値をとり、その後増加する現象が確認された。この応答は6nmRqの粗さまでは影響を受けず、再現性が130nmと高いため、被加工物表面と微粒子の位置決めを高精度で行うことが可能である。(2)Rq=4.3nmの粗さを持つシリコン表面に対して平滑加工実験を行ったところ、3.8nmRqに減少し平滑化が進行することが確認された。空間周波数解析から、加工によって数十nmから数μmの空間波長の粗さが除去され平滑面が得られることが分かった。(3)シリカ微粒子の加工ツールに振動を加えた状態で、Rq=1.9nmの粗さを持つシリコン表面に対して平滑化実験を行ったところ、1.7nmRqに減少し平滑化が確認された。また空間周波数の解析結果から、数十nmから300nm程度の空間波長の粗さが除去されていることが確認された。しかし、現状では、仕上面粗さ、加工量に対して顕著な振動効果は見られなかった。(4)超純水の浸水によって荒らしたRq=1.8nmのシリコン表面に対して平滑化加工を行ったところ、鏡面のシリコン表面と同等な0.6nmまで平滑化を行なえることが確認された。この実験結果から、前加工面粗さにうねりのような低周波数成分がなく、高周波の粗さ成分から構成される表面に対して、鏡面加工の可能性が示唆された。

本研究は新炭素系機能性材料であるナノカーボンの特性を活かしたナノメートルサイズの機能粒子を創製し,そのカーボンナノ粒子を光放射圧で制御することによって,ナノメートルスケールの超微細形状加工および研磨加工を可能にする新しい光放射圧超微細加工原理を確立することを目的とするものである.平成18年度は,フラーレンナノ粒子会合体スラリーの創製基本技術および光放射圧運動制御機能を持つ超微細加工基本技術の開発を遂行し,以下の研究成果を得た.(1)水溶性氷酸化フラーレンを用いたナノ研磨スラリーの開発:C_<60>に水酸基が3234個修飾された水溶性の高い(<5wt%)ポリ水酸化フラーレンを砥粒として用いた研磨スラリーを開発し,酸化剤・防腐剤・キレート剤に分散させたスラリーによるCu-CMP研磨実験によって,表面粗さ1.64nmRMS以上の超平坦加工が可能であることを示した.(2)光放射圧を利用した微粒子操作によるナノ加工技術の開発:超純水中においてレーザ捕捉した直径3μmのシリカ微粒子をマイクロ工具とみなし,光放射圧で振幅数100nm,周波数数KHzの横振動加工制御運動を与え,シリコンウエハ表面を移動する実験を行った.その結果,12nmの加工深さ分解能を実現し,光放射圧制御マイクロ微粒子によるナノ加工の可能性が示唆された.(3)UVレーザによる超微粒子のレーザトラップ技術の開発:カーボン機能ナノ粒子の光放射圧制御によるナノ仕上げ加工プロセスの実現にむけて,UVレーザ平均出力1.2W,λ=354.7nm,パルス幅33nsec,パルス繰り返し率30kHz)および対物レンズ(NA=0.9,f=3.0mm)などから成るレーザトラップシステムの構築を行った.それを用いて直径1μm微粒子の捕捉が可能であることを実験的に確認し,加工横分解能1μm程度の微細ナノ仕上げ加工を実現できる可能性を示唆した.
CT法による非軸対称プラズマジェット診断法の開発とそのプロセス制御への応用

プロセス中のプラズマジェットは処理材料を注入されるので軸対称を失う。そのため、これまでのアーベル変換を用いた診断法は使用することが出来ず、これに代わる新たな手法が必要となる。本研究では非軸対称プラズマジェットの診断法として、コンピュータトモグラフィー法の適用可能性を、数値シミュレーション、カロリメトリックプローブを用いた熱伝達量測定及びCCDカメラによる温度測定によって検討した。結果を以下にまとめる。1.、数値シミュレーションにより、代数的再構成法による再構成画像の精度は投影像数とメッシュ数に依存し、プロセス中のジェットに対しては、メッシュ数40x40、投影像数4で約6%程度の精度が得られることが示された。この値は、実用上十分である。2.カロリメトリックプローブを用いた熱伝達量測定の結果より、フィードガスを注入しない場合のプラズマジェットの熱伝達量分布はほぼ軸対称であるが、フィードガスを注入した場合は非軸対称となることが分かった。3.CCDカメラと光学干渉フィルタを用いた温度測定の結果から、フィードガス流量を増加するに従って、ジェットの温度分布の非軸対称性が強くなることが確認された。以上の結果から、コンピュータトモグラフィー法はプロセス進行中の非軸対称プラズマジェットの診断法として有効である。
核融合炉先進中性子増倍材のリサイクル技術開発研究

核融合炉ブランケットで必須な機能材である中性子増倍材は、ベリリウム金属(Be)換算で核融合炉1基当り数百トンの膨大な量が必要で4年毎のブランケット交換のため年間約200ton規模のBeを製造し続けなければならない。そして、ブランケット交換時に発生する使用済中性子増倍材には再使用可能なBeを大量に含んでいるため、そのBeを有効活用できる技術開発が必要不可欠である。中性子増倍材であるベリリウム金属間化合物(ベリライド)は、プラズマ焼結法で始発原料製電極棒を製造し、回転電極造粒法を用いて電極棒を溶かしながら、遠心力で飛ばして、微小球を製造する。そこで脆い原料電極棒の場合、溶融部の温度分布や熱衝撃による部分的破壊などに起因し、総収率の約30%程度の歪な形の欠片が形成される。本研究では、この欠片を使用済み試料として模擬し、プラズマ焼結法と回転電極法による再使用プロセスの検討を実施した。その使用済み試料は過酷な環境で置かれ、一部酸化されることが想定されるため、各プロセスにおける酸素量の変化を調べた。約2.7%酸素を含有する100%欠片を遊星ボルミールで粉砕し、プラズマ焼結法で電極棒を製造した結果、酸素濃度(約2.5%)が若干減少したが、酸化物除去においての効果が小さいことが分かった。そこで、その電極棒を用いて回転電極法で造粒した結果、ベリライド微小球の酸素濃度は0.1%以下に激減する結果が得られた。この減少は、溶融部における温度分布による酸素の拡散や急激な蒸発に起因したと考えられる。この結果から使用済みのベリライド微小球の再使用プロセスとして、プラズマ焼結法と回転電極法での再使用プロセスは非常に有効であることを明らかにした。次年度においては、酸素除去法の最適化研究を進めるとともに、蒸発回収法や電解分離法の検討を進める予定である。この研究で国際会議の発表1件、論文投稿中の成果を得た。平成30年度計画であるプラズマ清浄法(回転電極法も含む)による再使用プロセスの検討・検証は順調に進展し、この手法による中性子増倍材であるベリライドの再使用プロセスは有効に活用可能であることを明らかにした。但し、令和元年度には更なる最適化研究を継続して進める。また、蒸発回収法と電解分離法による再使用プロセルの検討も実施する予定である。平成30年度には、プラズマ清浄法(回転電極法も含む)による再使用プロセスの検討・検証は順調に進展し、この手法による中性子増倍材であるベリライドの再使用プロセスは有効に活用できることを明らかにした。令和元年度には、プラズマ清浄法による酸素除去の最適化研究を進め、データベースを構築するとともに、蒸発回収法の検討事項としては、真空圧力と蒸気圧との相関を明らかにするために、既存の装置(示差走査熱量計)に真空ニードルバルブを設置し、物理的特性評価を実施する。更に、電解分離法の予備的な検討として、Be-Li化合物や酸化物を合成し、電気・イオン伝導度の評価や安定性評価などを実施する予定である。

平成30年度には、プラズマ清浄法(回転電極法も含む)による再使用プロセスの検討・検証は順調に進展し、この手法による中性子増倍材であるベリライドの再使用プロセスは有効に活用できることを明らかにした。令和元年度には、プラズマ清浄法による酸素除去の最適化研究を進め、データベースを構築するとともに、蒸発回収法の検討事項としては、真空圧力と蒸気圧との相関を明らかにするために、既存の装置(示差走査熱量計)に真空ニードルバルブを設置し、物理的特性評価を実施する。更に、電解分離法の予備的な検討として、Be-Li化合物や酸化物を合成し、電気・イオン伝導度の評価や安定性評価などを実施する予定である。昨年度で購入予定であった蒸発回収法用の微調整バルブ及びその備品類の購入が、条件検討段階において、バルブと配管の改良が必要になり、次年度に再検討後に購入することにした。現在、予備試験での再検討を実施し、必要な部品類の仕様を選定中である。
溶媒浮選法による水溶液中の微量有害有機物の除去プロセスの開発

工業排水や農業排水中には塩素系含有物が微量に含まれていることが多く、これらの物質は河川や湖沼や海洋を汚染する。このような水質汚染を低減するには微量有機物の除去法を開発することが必要である。除去法として、装置が簡単で、処理コストが低く、低濃度汚水の処理が可能である溶媒浮選法の適用を検討した。溶媒浮選法を用いて回分式および連続式操作によって水溶液から微量有害有機物の除去を行った。除去対象有機物はモノクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ナフタレン、トリクロロエチレン、トルエン、フェノール、4-モノクロロフェノール、2,4-ジクロロフェノール、2,4,6-トリクロロフェノール、ペンタクロロフェノール、クロロ安息香酸、クロロサリチル酸およびトリクロロエチレンであった。回分操作では物性の異なる種々の有機物の除去について試験を行い、揮発性および疎水性の強い有機物に対して高い除去率を得た。さらにガス流量、水溶液と溶媒相の相比、水溶液中の有機物の初濃度およびpHを変化させて、水溶液から有害有機物を除去する試験を行った。回分および連続式溶媒浮選法に対して、揮発性で界面活性な有機物を対象とした除去機構のモデル化を行った。有機物の除去機構は主として気泡とカムラ内の分子拡散によると考えた。気泡による有機物の輸送は気泡表面への吸着、気泡内への揮発および境膜への同伴から構成されると仮定した。回分操作では、本研究で用いた全ての有機物について実測値とモデル式からの計算による除去率はほぼ一致した。したがって、水溶液からの有機物の除去機構は上に述べた除去機構によって説明できると考えられる。本分離法を工業的に用いるためには、連続操作における除去モデルが必要である。回分式の除去モデルを拡張することによって連続式操作モデル化し、モデルによる計算値と実測値を比較検討した結果、このモデルは実測値とよい一致を示した。
未来志向型技術者育成に向けた科学教育カリキュラムの実践的研究

本研究の目的は,地球規模の問題に取り組む積極性をもった未来志向の技術者を育てるために,新しい科学教育プログラムを開発することである.また,その実践を通して,(1)自ら学ぶ積極性や(2)自分の意見を述べ議論する力を育てることである.そして,その教育効果を検証することまでを目標とした.この研究を通して,われわれは次の成果を得た。(1)実験・討論・発表などの小さな成功体験を経験する体験型の科学教育プログラムを開発した.(2)その科学教育プログラムを実践し,自ら学ぶ意欲や自らの意見を述べる積極性を育てた.(3)その教育効果を検証する2つの方法を見出した.(4)その検証により,新しい科学教育プログラムの教育効果が高いことを実証した.(5)その科学教育プログラムの成果を論文や学会などで公表した.本研究の目的は,地球規模の問題に取り組む積極性をもった未来志向の技術者を育てるために,新しい科学教育プログラムを開発することである.また,その実践を通して,(1)自ら学ぶ積極性や(2)自分の意見を述べ議論する力を育てることである.そして,その教育効果を検証することまでを目標とした.この研究を通して,われわれは次の成果を得た。(1)実験・討論・発表などの小さな成功体験を経験する体験型の科学教育プログラムを開発した.(2)その科学教育プログラムを実践し,自ら学ぶ意欲や自らの意見を述べる積極性を育てた.(3)その教育効果を検証する2つの方法を見出した.(4)その検証により,新しい科学教育プログラムの教育効果が高いことを実証した.(5)その科学教育プログラムの成果を論文や学会などで公表した.平成21年度の目標は、科学実験の開発を含めた新しい科学教育プログラムの開発とその実施方法の検討であった。そこで、これまで実施してきた「連携授業」を発展させ、新しい科学教育プログラムを考案し、その実施方法を検討した。また、新しく開発した科学教育プログラムの一部については既に実施し、アンケート調査結果を含めた形で、その成果を論文として発表した(平成22年度一関高専紀要第44号)。さらに、体験型教育の一環として環境研究と環境教育を融合する試みを行っており、高級脂肪酸エステルの合成に関する研究を学生と共に学会発表した(化学工学会第41回秋季大会)。平成21年度の実施した具体的な内容は以下の通りである。(1)体験的に地球温暖化を理解する科学実験の開発した。(特に、室内で地球温暖化を体験するための実験の改良や開発を行い、親子セミナーなどを利用してそれを実施し成功した。)(2)体験的にエネルギー保存則やエネルギー変換を理解する物理実験の開発した。特に、衝突実験器などを実際に学生一人一人に渡し、自由に考察しながら実験を進められる形で、体験的にエネルギー変化を理解できる実験を実施してみた。(3)宇宙放射線や原子力エネルギーなどを視覚的・体験的に理解する実験を実施した。(4)計算機を用いて環境データや物理データなどを分析し、視覚体験的に現象を理解する数理実験の開発した。(5)討論会や発表会などの実施方法を検討した。これらの成果を紀要論文の形でまとめ発表した。また、論文誌「工学教育」へも投稿し、現在、審査中である。本研究では、ポジティブな発想と未来志向の強い意思を持って環境問題やエネルギー問題など地球規模の難しい問題に立ち向かえる「未来志向型の技術者」を育成する科学教育プログラムを開発・実施している。平成22年度目標は(1)開発した体験型科学教育プログラムの有効性の検証、(2)新しい科学教育プログラムと従来の連携型授業の融合、(3)新しい討論の場の開発、(4)環境教育と環境研究の融合、(5)外部への公表であった。これに対し、平成22年度の実施成果は以下の通りである。(1)新しい科学教育プログラムの有効性の実証:国立高専機構到達度試験という全国試験における本校学生の成績を全国平均点と比較し、最近4年間の変化を追跡調査した。その結果、新しい科学教育プログラムにより科学の基礎能力が飛躍的に上昇(平均で10点以上上昇)したことを示した。(2)新プログラムと従来の連携授業の融合:開発した体験型プログラムの実施時期を調整することにより、従来の連携授業と融合させ、より教育効果が上がるようにした。(3)新しい討論の場の開発:校内だけでなく校外で実施される講演会等に学生が参加できるようにし、質疑応答などで議論する場を積極的に設けた。(4)環境教育と環境研究の融合:環境に関する研究を学生と共に発表した。(5)外部への公表:上記(1)の成果を中心に新しい教育方法の内容と成果について論文誌に発表した。本研究全体の目的は、(1)ポジティブな発想と未来志向の強い意思を持って環境問題やエネルギー問題など地球規模の難しい問題に立ち向かえる「未来志向型の技術者」を育成する科学教育プログラムを開発すること、(2)その新しい教育プログラムを実践することで学生の学力や積極性を育てること、(3)それらを通して教育成果を挙げ、新しい教育プログラムの有効性を実証し、それを外部へ公表することであった。特に、平成23年度は、上述(3)の「有効性の実証」と「外部への公表」に力を注ぐことを計画した。この計画に基づく平成23年度の実施成果は以下の通りである。(1)新しい科学教育プログラムの有効性の実証(その1):国立高専機構到達度試験という全国試験における本校学生の成績を全国平均点と比較し、最近5年間の変化を追跡調査した。

その結果、新しい科学教育プログラムにより科学の基礎能力が飛躍的に上昇(10点以上)したことがわかった。(2)新しい科学教育プログラムの有効性の実証(その2):新しい科学教育プログラムでは、学生の積極性や探究心の育成を意図しているが、平成基礎科学財団主催の楽しむ科学教室講演会においてその成果が表れた。この講演会への参加希望者を募ったところ、とても多くの学生が参加し、さらに質疑応答の時間には多数の学生が討論に参加した。そして、講演会後も講演者の前に列を作って、質問をするほどであった。これは我々の科学教育プログラムの成果の一つだと考えられる。(3)外部への公表:これらの成果を中心に新しい教育方法の内容と成果について学術論文の出版、学会での発表、研究会での講演などを通して外部へ発表した。
少数ロマンス語とロマンス言語学

3カ年間を通じて、平成57年度国際学術研究(大学間協力計画)いらいの研究課題である"少数ロマンス語の現地調査"を継続発展させながら、伝統的に主要言語に片寄りがちなロマンス言語学をより充実させることを目標とした。年度別の研究実績(様式8)は報告済みであるが、ことに研究代表者は少数ロマンス語のうちラテン語性をより多く保持するサルジニア語の現地調査の継続に努め、その成果としてサルジニアの諸方言(統一語は存在しない)のうち古風なタイプとして知られるヌーオロ方言の基礎語彙集(ローマ字表記の日本語およびイタリア語と対照した)を2000年7月にサルジニアの州都カリアリ市のトルレ社から出版することができた。同年8月初め、この出版を記念して島の北東部に位置するブルネッラ市の2000年度ミルト酒祭にてミルト金賞が贈られたことを報告したい。期間中、主要言語中心ではなく、少数ロマンス語を含めたロマンス言語学の確立を主張し、機会あるごとに国際学会に研究発表参加した。とくにイタリアでは少数言語をなす諸方言の研究は、ロマンス語圏の分化に貢献したさまざまな特質が、実はイタリア半島内に集約的に見出されるという興味深い課題について2000年10月研究発表(於フィレンツェ大学)した。研究代表者の従来からの研究課題である語形成に関しても、ロマンス諸言語間で合成語を比較する研究発表を2001年9月(於サラマンカ大学)行なうことができた。なお、ローマ大学文学部T.デ・マウロ教授は意見交換を通じて絶えず研究代表者の海外研究協力者であったことも報告しておきたい。平成57年度国際学術研究(大学間協力計画)いらいの研究課題である"少数ロマンス語の現地調査"を継続発展させながら、伝統的に主要言語に片寄りがちなロマンス言語学をより充実させることを目標として、本年度は2期に分けて以下の調査研究を実施した。第1期(10月30日11月12日)は、サルジニア語のカンピダーノ方言に関し、カリアリとイグレシアスにおいて基礎語彙のなかの外来要素の調査などを行なった。ことにカリアリに滞在中11月4日同市ロータリークラブから過去20年間に及ぶ日本人初めてのサルジニア語の研究に対し"ラ・マルモラ賞"を授与され(於カリアリ大学講堂)、これまでの研究を要約し"ロマンス語としてのサルジニア語"と題し記念講演した。第2期(3月5日3月19日)においてはローマ大学デ・マウロ教授と言語学の教育およびロマンス言語学の方法論についての検討と共同研究の打合せを行なった後、中・南イタリアのカンポバッソ(モリーゼ州)方言とカッシーノ方言を部分的に調査し、母音体系や数詞に関し興味ある論点を発見することができた。カッシーノでは修道院にて幸いにもイタリア語最古の羊皮紙文献を直接観察する機会を与えられた。さらに西カタルニアの方言の形態論的特異性についても最新の研究報告に従い確認した。以上の現地調査は従来のものと合わせて、第34回イタリア言語学会国際大会(於フィレンツェ、クルスカ学会、2000年10月19日21日)において"ロマンス語のなかにおけるイタリア方言の位置づけー若干の音声・形態・統辞論的側面から"と題し発表する予定であり、今回の調査をそのための準備として役立てることができた。さらに第23回国際ロマンス言語学・文献学会(於サラマンカ大学、2001年9月24日30日)において従来からの課題である"合成:そのロマンス語における増幅傾向"について研究発表を行なう予定であることも付加して報告したい。平成11年度国際学術研究(大学間協力研究計画)[=基盤研究(C)(2)]の課題にもとづき"少数ロマンス語の現地調査"により、従来の主要言語中心のロマンス言語学をより充実させることを目標に、本年度も主として以下の調査研究(期間7月31日8月30日)を実施した。

8月前半期は少数ロマンス語の中心的存在をなすサルジニア語の調査を昨年度に続き行った。他のロマンス語に比してラテン語の要素の保存率がはるかに高いヌーオロ市(ロゲドーロ方言)を中心に、現地の言語学者ピタウ名誉教授(サッサリ大学)と情報交換しながら、アラビア語の影響についても論じることができた。また『ルカ伝』のサルジニア語訳を通じて文学話の文法構造にもアプローチする機会に恵まれた。さらに周辺の地域(オリエーナ、ドルガーリ、サムゲオほか)において口蓋化、鼻母音化などの傾向を検討した。なお、本年は8月5日(土)、サルジニア島の北東部に位置するブルネッラ市の2000年度ミルト酒祭において、研究代表者にその『サルジニア語基礎語彙集』のイタリア語版の出版(州都カリアリ、2000年7月)を記念してミルト金賞が贈られたこと、そのニュースは島の新聞インタビュー、国営テレビ(RAI)の全国版ニュースなどでも報道されたことを報告しておきたい。8月後半期は、ローマ大学の言語学者(現在文部大臣)デ・マウロ教授と「イタリア語のロマンス語的展望-若干の音声・形態・統語論的特質に関して」と題するテーマを中心に、意見交換を通じて論文の作成に努めた。なお、このテーマについては第34回イタリア言語学会国際大会(クルスカ学会およびフィレンツェ大学、10月19日21日)において発表し、他のロマンス諸言語にみられる歴史的変化の多くがイタリア諸方言のなかにも繰り返し観察されることに注目すれば、イタリアはロマンス語圏の縮図ともいえる存在をなすことを、母音体系から文法事象(未来形など)にいたる資料を提示しながら主張し、多くの参加者の賛同を得ることができた。平成11年度国際学術研究(大学間協力研究計画)[=基盤研究(C)(2)]の課題にもとづき、少数ロマンス語の現地調査を導入することにより、従来の主要言語中心のロマンス言語学を修正することを目標に、本年度も昨年度に引き続き以下の調査研究(期間9月3日10月5日)を実地した。1.ローマ大学においてDe Mauro教授とともに"少数ロマンス語"に関する国際シンポジュウム('97.於早稲田大学)の論文集刊行についての最終打合せ、および第23回国際ロマンス言語学会(於サラマンカ大学)におけるロマンス語の合成語に関する研究発表のための準備を行った。2.少数ロマンス語としてのサルジニア語の現地調査を、本年度はことに語形成(合成を中心とする)の具体例(たとえば「キツツキ」の名称の地域的差異など)の採集に努めた。さらに統辞論のレベルにおける今後の調査計画を練った。なお毎回滞在するヌーオロ市では有力日刊紙の文化欄(2001年9月18日)にて、"サルジニア語を愛する日本人"として紹介され、そのなかで少数語の言語統一のために文字言語としてログドレーゼ方言を採用し、音声言語としては地域変種を尊重する立場を表明する機会を与えられた。3.第23回国際ロマンス言語学会(9月249月30日、於サラマンカ大学)において"合成:ロマンス語におげる拡張傾向"と題する研究発表を行い、ロマンス語のなかの合成語の役割の拡大を評価すべきことを論じた。4.なお、スペイン滞在中、カタルニア語の語形成についても可能な限り、合成語の具体例の採集を行った。
神経細胞の生存を支持する幹細胞由来神経生存因子(SDNSF)の単離と機能解析

我々は、神経幹細胞の増殖や分化に関与するオートクライン/パラクライン因子を単離する目的で、まず神経幹細胞をソースとしたcDNAライブラリーからシグナルシークエンストラップ法により分泌タンパク質遺伝子を網羅的に取得し、次に同定された新規分泌タンパク質SDNSFの神経幹細胞に対する効果や機能解析を行った。本研究成果は、Journal of Biological Chemistry誌に報告した。平成13年度には、ラット海馬由来の成体神経幹細胞からcDNAライブラリーを構築し、シグナルシークエンストラップ法によりcDNA候補クローンを網羅的に取得した。その内の一つに、145アミノ酸から成る分子量約19KDaの分泌タンパク質をコードする遺伝子を単離することに成功した。この新規分泌タンパク質は、後述する性質から「幹細胞由来神経幹細胞生存支持因子,SDNSF」と命名された。in situハイブリダイゼーション法によりラット脳内における局在を検討した結果、SDNSFは神経発生が生涯継続的に起こっている海馬のCA3、dentate gyrus領域に強く発現していることが明らかになった。加えて、実験的に脳を虚血状態にしたラットでは、SDNSFのmRNAの発現が有意に上昇してくることが明らかとなり、SDNSFが神経幹細胞の生存や増殖に何らかの影響を有することが示唆された。平成14年度には、動物細胞で発現させたSDNSF組換えタンパク質を精製し、神経幹細胞の培養上清中に添加することによって、神経幹細胞に対する効果を検討した。BrdUの取り込みの測定結果から、SDNSFはFGF-2やEGFなどの既存の神経幹細胞増殖因子が示す細胞分裂や分化誘導を促進する活性を持たないことが示された。一方、WST-1アッセイによる検討の結果から、SDNSFはFGF-2非存在下でも神経幹細胞の活きの良さ(viability)を向上させた。さらに、SDNSF存在下で6日間生存し続けた神経幹細胞に対して分化を誘導したところ、ニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトへと分化したことから、神経幹細胞が本来有する多分化能を維持していることが分かった。本研究では、SDNSFが幹細胞由来神経幹細胞生存支持因子としてクローニングされ、従来の神経幹細胞増殖因子とはまったく異なる新規な生理活性を有することが明らかになった。今後は、in vitroにおけるSDNSF受容体を含むSDNSFと相互作用する分子(群)の同定やSDNSF遺伝子欠損マウスを用いたin vivoでの機能解析を通じて、幹細胞が未分化のまま長期間に渡り生存し続けるメカニズムの謎に迫っていきたいと考えている。神経幹細胞由来神経生存因子(SDNSF)は、アミノ末端に分泌シグナルシークエンスをもつ分泌タンパク質である。糖付加シグナルは見当たらず、293T細胞など哺乳類細胞に遺伝子導入してタンパク質を産生させた場合、ウエスタンブロットで、アミノ酸組成からの予測どおり19kDのバンドが検出され、翻訳後修飾は検出されなかった。SDNSFタンパクを特異的に検出するために、ウサギを免疫して、SDNSFの2カ所のエピトープに対するポリクローナル抗体を作製、抗原ペプチド親和性カラムで精製して精製抗体を得た。5×ヒスチジンタグ付きSDNSF

発現プラスミドを遺伝子導入した293T細胞に5×ヒスチジンタグとの融合タンパク質を産生させ、細胞上清を出発材料にニッケルカラムで精製し、分画をポリアクリルアミドゲル電気泳動にかけ、銀染色と作製した抗SDNSF抗体を用いたウエスタンブロット法で純度をチェックしたところ80%程度の純度のSDNSF精製標品が得られていることが判明した。その精製標品を用いて、SDNSFの細胞増殖活性を3H-サイミジン又はBrdUの取り込みで、生存支持能をMTTアッセイ(細胞バイアビリティ-アッセイ)により測定し、神経幹細胞に対する生存支持活性をnanoMレベルの濃度で認めた。生存支持活性の強さは、既知の神経幹細胞増殖因子であるFGF2の60%もあることが判明した。細胞生存活性にくらべると細胞増殖活性は弱かった。神経幹細胞由来神経(SDNSF)の95%の純度のリコンビナントタンパク質を用いてSDNSFの神経幹細胞に対する生存支持活性と増殖活性を詳細に検討した。その結果、SDNSFには神経幹細胞に対する増殖活性が無いことが判明した。一方、神経幹細胞に対する増殖活性を有するFGF-2を除去した培地にSDNSFを添加すると、神経幹細胞は増殖せずに生存し続けた。6日間SDNSF存在下で生存維持した後の神経幹細胞を分化誘導して、神経細胞、アストロサイト、オリゴデンドログリアへの多分化能を維持していることを見出した。このことは、SDNSFが神経幹細胞を神経幹細胞に保ったことを示している。in situ hibridization法により、SDNSFの脳内の分布を検討し、海馬と海馬の隣のsubiculumに局在することを見出した。SDNSFにカルシウム結合モチーフがあるところから、培地中カルシウム濃度のSDNSFの生理活性への影響を検討したが、カルシウム濃度による幹細胞生存活性の増減は認められなかった。また、SDNSF産細胞からのSDNSFタンパク分泌量に変化は認められなかった。SDNSF遺伝子欠損マウスを作製するためにマウスゲノムクローンを単離し、制限酵素・マッピングを行った。開始コドンATGを含む第2エキソンから第3エキソンまでをネオ解性遺伝子と置換して、かつ、ポジティブ選択用のtK遺伝子を3'側に付加したターゲティングベクターを構築した。現在、相同組み換えをおこしたES細胞を単離する作業を行っており、半年後を目途に遺伝子欠損マウスが誕生し、SDNSFの生体内解析を進める手はずになっている。
化学物質・放射線障害に対する応答としての細胞外マトリクス調節機構の解明とその制御

化学物質、放射線等の外界からの多様な刺激に応じて、体内では免疫細胞の脱顆粒、細胞交通の変化など様々な応答が生じる。この変化において、組織間の仕切りや顆粒内構造を形成するマトリクス分子とその複合体の性状は大きく変化すると考えられる。本研究では、細胞外マトリクス改変酵素としてのヘパラナーゼに着目し、その発現、局在と活性調節、酵素切断依存的な細胞応答の変化などについて3点に焦点を絞り検討した。1.ヘパラナーゼを検出するための抗体の調製とその性状解析疾患モデル動物のマウスに発現する内因性ヘパラナーゼ発現を検出するためのツールとして、16種類の抗ヘパラナーゼモノクローナル抗体を新規に確立した。その結合様式を解明するとともに、新規sandwich ELISAの系を含む複数の検出系を確立した。2.マスト細胞におけるヘパラナーゼの発現とその機能解析結合組織型マスト細胞にヘパラナーゼが高発現することを見出した。この細胞が顆粒内に蓄積するヘパリンがヘパラナーゼによって低分子化されることを見出した。この切断の結果としてヘパリンの細胞内外での動態が変化すること、さらにマスト細胞顆粒内のエフェクター分子の活性が転写非依存的に調節される可能性を見出した。3.好中球におけるヘパラナーゼの発現とその機能解析骨髄、末梢血、末梢組織など様々な部位に分布する好中球についてヘパラナーゼの発現分布を検討した。この結果、ヘパラナーゼが多数を形成する亜集団に分化依存的に発現することを見出した。また、基底膜浸潤におけるこの酵素の寄与を示した。マトリクス分解を司る酵素を発現する亜集団、しない亜集団の存在が予想された。免疫細胞は様々な病態で炎症の惹起や組織の修復に関与する。ヘパラン硫酸、ヘパリンなどグリコサミノグリカンの分解は、血管外浸潤の調節、生理活性物質の切り出しや貯蔵を通じて生物現象を制御することが予想される。本研究ではヘパラナーゼに着目し、細胞内分布と活性調節、病態への関与を検討した。マスト細胞は急性炎症や組織修復の引き金を引く細胞である。生体内に分布する種々のマスト細胞における発現を検討したところ、結合組織型マスト細胞には共通して強い発現が認められたが、粘膜型マスト細胞には発現が検出されなかった。これはin vitroのマスト細胞の分化誘導培養系でも確認された。結合組織型マスト細胞はヘパリンを合成、蓄積するが、ヘパラナーゼの発現がこのヘパリンの発現に相関すると考えられた。さらに、マスト細胞株が外因性の前駆体ヘパラナーゼを取り込み顆粒内に蓄積すること、この顆粒内のヘパラナーゼが活性型に変換されること、この結果生じる顆粒内ヘパリンの低分子化が顆粒内プロテアーゼの活性増強と相関することを見出した。ヘパラナーゼが顆粒内プロテアーゼの調節因子であるヘパリンを低分子化することにより、その活性調節に関与すること、つまりマスト細胞が顆粒内に有する個々のエフェクター分子の活性を転写非依存的かつ包括的に支配する可能性のある分子であることを示した。免疫細胞の生成の場である骨髄について、骨髄細胞におけるヘパラナーゼの発現を検討した。顆粒球と前駆細胞のそれぞれにつき、分化段階によらず約半数でヘパラナーゼの発現が検出された。ヘパラナーゼなどマトリクス分解を司る酵素を発現する亜集団、しない亜集団の存在が予想された。他にもヘパラナーゼ強陽性の単核球細胞が認められた。細胞集団の同定と炎症、修復における意義を検討する予定である。免疫細胞によるヘパラン硫酸、ヘパリンなどグリコサミノグリカンの分解は、基底膜分解を介した血管外浸潤の調節、生理活性物質の切り出しや貯蔵の調節を通じて炎症や組織修復等の病態制御に関与すると予想される。

本研究では分解酵素であるヘパラナーゼに着目し、主に細胞自身の機能への影響を検討した。マスト細胞のうち特に結合組織型マスト細胞がヘパラナーゼを強く発現すること、MSTマスト細胞株を用いた解析でこの酵素がヘパリンの低分子化とそれに引き続く顆粒内トリプターゼの活性上昇に関与することを示しており、本年度はその詳細を検討した。顆粒内トリプターゼ含有量がヘパリン低分子化の前後で変化しないことを確認した。また、ヘパリン低分子化状態で細胞外マトリックス蛋白質フィブロネクチンに対する切断活性は上昇していた。ヘパラナーゼ遺伝子を導入したトランスフェクタント細胞を別途確立して同様の検討を行った。ヘパリン低分子化に伴う顆粒内プロテアーゼの活性調節は、プロテアーゼ分子の発現上昇ではなく会合状態の調節など二次的な変化によることが示唆された。好中球顆粒のひとつ三次顆粒はTNFα等のプライミング刺激により脱顆粒し、好中球自身の機能調節と顆粒内酵素の放出を介したメディエーター産生に関与する可能性がある。本年度はヘパラナーゼのサンドイッチELISA法を確立し、好中球の脱顆粒に伴うヘパラナーゼ放出量を定量的に検出する系の構築に成功した。また脱顆粒に伴い、好中球の浸潤能が有意に抑制されるという知見を得た。生体の循環血中や局所で同様のプライミングを生じる際、また放射線や薬物障害で好中球が大量に供給される際の末梢血中へのヘパラナーゼ放出と、体内で好中球やそれ以外の細胞に生じる機能変化について検討する。
パソコン使用による視覚障害者英語学習支援システムの開発と英文読解の認知過程の分析

視覚障害者のパソコン活用英語教育支援とその英語学習における認知過程に関する研究として以下の研究を行った。1.これまでの研究から視覚障害者の英語力不足は障害のために英語に接する機会が少ないことに一因があるという仮説を立て、学習を支援する視覚補償英語学習ソフト(readKON, kobaTEST)を開発し、英語教育に取り入れ、教育的効果を評価した。このソフトを授業・自習に取り入れたことによって、任意のテキスト教材を学習者が障害を補償し読みやすさが増し英語に接する機会が増し、語彙力も上昇した。2.音声は視覚障害者にとって活用しやすい感覚代行情報である。音声による情報呈示の有効性とその認知を知るために音声のみによる英文読解力を検証した。音声提示には肉声を録音したDAISY形式、肉声録音+パソコン、合成音声+パソコンによる問題文読み上げ条件を設けた。DAISYは視覚障害者用のデジタル録音形式としてひろく世界で使用されている形式である。合成音声を用いたことは、肉声録音は問題や教材作成における作成者への負荷が高く、結局この負荷が視覚障害者の英語学習環境を狭めていると考えたからである。結果は、パソコンによる合成音声聴解条件と肉声でテスト得点に差が無かった。3.視覚障害者が英語学習における認知資源の利用を検討するために、全盲・弱視の両障害を対象に点字および墨字による英語リスニング・テストを実施した。問題は英語検定準2級の聴解問題と大学入試センター試験のリスニング試行テスト問題を使用した。リスニング・テストでは問題文を読みながら英語を聴取するタスクが要求されるが、点字使用者は墨字使用者に比べ、聴くまたは点字触読する作業を継時的に行う傾向が強かった。墨字使用者が読みと聴くことを同時処理する傾向があるのとは対照的に、点字使用者では点字処理の認知資源への負荷がより高いことが示唆された。視覚障害者の英語教育支援とその認知過程に関する研究として今年度は以下の研究を行った。1.視覚障害者の英語力不足は視覚障害による英語に接する機会が少ないことに一因があるという仮設を立て、視覚情報を補う音声情報等を付加の英語学習過程に及ぼす効果および音声による読解力テスト方法の開発研究を行った。2.本研究ではまず高等教育機関に在籍する視覚障害者の語彙力を一般大学生と比較するために本学学生で測定した。語彙数は700語から3700語(上限4000語に設定したテストで推定)であり、分散が大きく必ずしも日本の大学生の標準2000語程度と推定している先行研究(中條2002、他)とかけ離れるものではなかった。3.視覚障害者の英語読みの問題は視覚による情報摂取の困難さから読みへの心理的負担や経験不足が原因していると考えreadKONという英文読み支援ソフトを開発した。これは合成音声(英語スピーチ・エンジン)でコンピュータ画面を読み上げる他、文字を任意に拡大できる。この支援ソフトを使用して英文読み課題を6ヶ月間行ったところ読速度が上昇した。4.点字未習得でパソコンのスキルも高くなく、かつ墨字での読み書きができない視覚障害者への学力試験として音声による問題が有効か検討した。DAISY読書器、ボイスレコーダ、パソコン読み上げの3方式を比較した。中途失明の重度視覚障害者にも音声のみによる試験が可能であること、ネイティブの発音に近い英語の合成音声と日本語画面読み上げソフトの組み合わせが重要であることが示された。5.諸外国でのコンピュータを使用した語学学習研究の動向調査のため、アイルランド共和国で開催されたヨーロッパCALLの2004年大会で日本の視覚障害者への英語教育に関する研究発表と情報収集を行った。

視覚障害者の英語教育支援とその認知過程に関する研究として以下の研究を行った。1.我々は視覚障害者の英語力不足は視覚障害による英語に接する機会が少ないことに一因があるという仮設を立てている。研究初年度には視覚情報として作成された英語教材や資料に、視覚障害を持った学習者が手軽に音声情報等を付加し、視覚情報を補いながら学習するためのソフト(readKON, KOBAsoft)を開発した。今年度はこのソフトを活用し、視覚障害者の英語語彙力や英文の理解を問うリスニングテストにおける、音声アシストの有効性を検証する研究を中心に行った。2.視覚障害者用語彙テストをさらに継続することと、他の語彙推定テストや英検テストとの相関関係からみた信頼性の推定を行った。その結果、パソコンを使用しない紙ベースのテスト方式との間においても、また英検など既存の英語学力検査ともきわめて高い相関関係が見出された。今年度は、情報障害・感覚性障害としては、語学学習においてよりハンディが大きいと考えられる聴覚障害学生との比較も行った。結果は、我々が開発した語彙推定法は聴覚障害学生にも有効であり、他の推定法との相関も視覚障害の場合と同様に高かった。また、語彙数、英検スコアとも視覚障害の方が高かったことから、語学学習における聴覚からの情報が重要であることが示唆された。3.視覚障害者に音だけによる試験を行い、視覚障害者の問題読解時のストラテジの特徴と、公正な試験を行うためにはどのような補償が必要か検討した。結果は、英文読解時の方が、和文読解時よりも再読回数が多かった。解答に所要した時間は問題音源時間の2倍以上であり、補償措置のための時間延長率を国語よりも大きく取る必要があることが示唆された。語彙力や文法的知識の不足によるのか、耳からの英語摂取の問題か、さらに検討を要する。今後は認知資源との関連をさぐるため、分節単位での読解、聴解時間の測定を進める。視覚障害者のパソコン活用英語教育支援とその認知過程に関する研究として今年度は以下の研究を行った。1.視覚障害者の英語力不足は障害のために英語に接する機会が少ないことに一因があるという仮設を立てている。研究初年度に開発した視覚補償英語学習ソフト(readKON, KOBAtest)を実際の英語教育に取り入れ、視覚障害を持つ学習者からの評価を受けた。このソフトでは通常の英文表示に加え、拡大表示や英語合成音声の代替情報を呈示できる。このソフトを授業・自習に取り入れたことによって、障害を補償し読みやすさが増し英語に接する機会が増し、語彙力も上昇した。2.音声は視覚障害者にとって活用しやすい代替情報である。音声による情報呈示の有効性とその認識を知るために音声ガイドによる文の読解力試験と英語試験を行った。肉声による音声呈示とパソコン+合成音声による問題文読み上げ条件を設けた。合成音声を用いたことは、視覚障害者の学習条件、テスト条件を勘案すると肉声録音による問題や教材は作成者への負荷が高く、結局この負荷が視覚障害者の英語学習環境を狭めていると考えたからである。
３次元輻射磁気流体力学計算による多種多様なブラックホール噴出流の統合理論の構築

ブラックホールおよび中性子星周囲をターゲットとした大規模数値シミュレーションを実施し、超臨界円盤からは連続光による輻射力で、亜臨界円盤からは束縛ー束縛遷移吸収による輻射力で加速されたアウトフローが噴出することを解明した。また、発生したガス噴出流が流体不安定で小さなガス片に分裂することも突き止めた。強磁場中性子星の場合は、磁極からガスが降着することも示した。活動銀河核やX線連星で観測されるアウトフローや光度変動を説明できる新たな理論モデルを構築したのである。ブラックホール(BH)周辺には、降着円盤やジェットだけでなく、幅広い速度、密度、電離パラメータを持つ多様な円盤風、多数のガス雲が存在することが近年の観測でわかってきた。この事実は、ジェットや円盤風といった噴出流の発生メカニズム、発生場所、噴出方向や速度が多岐にわたることを示唆している。そこで、降着円盤と同時に円盤風やジェットをターゲットとした大局的な流体シミュレーションを実施した。相対論効果を組み込んだ輻射磁気流体シミュレーションでは、輻射力ががジェットを加速する一方、輻射抵抗が速度上昇を抑制するため、最終的に光速の40%程度のジェットが噴出することがわかった。また、回転ブラックホールの方が、無回転ブラックホールよりも強力なガス噴出流を生成することもわかった。ブラックホールの回転は、周囲のガスの加熱にも寄与することがわかった。これは未解明である硬X線の起源を解明する手がかりである。また、回転軸方向に絞られたジェットだけでなく、四方八方に円盤風が噴出することを示すことに成功した。この円盤風は徐々に加速されてブラックホールから数千倍のシュヴァルツシルト半径離れた領域でようやく脱出速度を超える。この円盤風のエネルギーは、X線のエネルギーに匹敵するほど大きくなり、超光度X線源を取り囲むように分布しているガス雲を見事に説明できることがわかった。金属のライン吸収によって加速される円盤風のシミュレーションも行い、活動銀河中心核に適用した。その結果、幅広いブラックホール質量およびエディントン比でライン吸収加速が重要であることを示すことができた。このモデルはUltra Fast Outflowと呼ばれる高速円盤風を大筋で説明することに成功した。研究の大きな柱であった相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションコードの実用化に成功した。これにより、ブラックホールの回転をも考慮した円盤やジェット、円盤風の構造やダイナミクスを調べることができるようになった。まずこれ自体が大きな成果である。しかも、このコードはブラックホールの他に中性子星への適用も可能である。ブラックホールと中性子星の共通点や相違点を研究することは、高密度天体の物理の解明において重要である。既に中性子星周囲の円盤やジェットの研究を進めており、期間内に成果を出せることは間違いない。また、計算ボックスを大幅に拡大したシミュレーションは、超高度X線源の観測的性質を再現することに成功したばかりか、Ultfa Soft Sourceと呼ばれる未解明の天体をも説明できる可能性がある。一種の天体の観測を説明しつつ、多種の天体も同じモデルで統一的に解明する可能性を示唆したもので、新たなパラダイムを提唱したことの意義は間違いなく大きい。ライン吸収加速のシミュレーションも、先行研究を大幅に発展させたのはもちろんのこと、近年観測された新たな観測事実(光度と円盤風のパワーなどの関係)も自然に説明することに成功している。また、シミュレーションデータをもとに、その依存性も明確にした。以上のように、重要な成果を上げつつもさらに研究を発展させることに成功したので、おおむね順調であると判断した。ブラックホールの周辺には降着円盤が存在し、そこから強力なジェットと円盤風が噴出している。これらは、噴出位置や噴出メカニズムが異なることが考えられる。そこで、多岐にわたるガス噴出流を多次元シミュレーションで調べる研究を一貫して進めている。本年度は、ブラックホール周囲の降着円盤およびジェットの一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションを行った。その結果、ブラックホールの自転のエネルギーの引き抜きによって強力なジェットが噴出するばかりか、ブラックホール周辺のガス温度が上昇することがわかった。これにより、硬X線の起源を説明できる可能性がある。また、中性子星極冠への柱状のガス降着のシミュレーションも行った。降着柱でもエディントン光度を超えることが可能であることがわかった。また、中性子星の磁軸と自転軸がずれている場合は、このモデルでパルスを説明できることもわかった。昨今、ブラックホール天体と思われていた超光度X線源にパルスが見つかり、中心天体が中性子星であることが判明したが、まさにこの超光度X線源のパルスを再現できる理論モデルを構築したことになる。円盤風のシミュレーションも行った。金属元素の束縛ー束縛遷移吸収で加速されてガスが噴き出すというラインフォース駆動型円盤風を、輻射流体シミュレーションで再現し、円盤風のパワーと、発射源である降着円盤の光度との相関を調べた。結果、観測されている相関関係を見事に説明することに成功した。これは、数ある円盤風モデルの中でも、ラインフォース駆動型円盤風が実際に存在することの傍証である。昨年度から行っていた輻射磁気流体力学シミュレーションコードを、一般相対論バージョンへと拡張することに成功し、コードのチューニングも順調に終了した。これにより、いよいよブラックホール時空中での減少を調べることが可能となり、実際に成果を出すことができた。また、中性子星とブラックホールの違いも歴史的な大問題であるが、これに対してもより現実的に研究を進める目処が立った。

また、円盤風のシミュレーションにおいても、理論的な発展があったおかげで観測と比較できるレベルまで到達した。実際に、円盤光度と円盤風の質量、運度量、エネルギーの相関について理論モデルと観測結果を比較したところ、見事に一致させることができた。理論と観測との比較による研究ができるところまでシミュレーションのレベルを上げることができたのは大きな成果である。ブラックホール天体と思われていた超光度X線源にパルスが見つかったことで、これまでの研究が根本から見直すことが必要となった。しかし、ブラックホールの研究で培ったシミュレーションコードを、速やかに中性子星版へ修正することができたため、大きな成果を上げ、結果をプレスリリースすることができた。ブラックホールや中性子星の強い重力は、ガスを引き込む一方で、強力なガス噴出流も生み出すと考えられる。特に、超臨界降着と呼ばれる大きな質量降着率を持つガスの流れは、超巨大ブラックホールの形成機構や超高光度X線源の謎を解明する手がかりとして重要視されている。そこで本研究では、質量降着率の大きなガス降着流、およびそこで発生するガス噴出流をターゲットした大規模な数値シミュレーションを実施した。一般相対性理論を組み込んだ輻射磁気流体シミュレーションでは、中性子星への超臨界降着流の構造を解明した。ブラックホール以上に強力なガス噴出流を生じることや、強い磁場により磁極付近に降着柱が生成されることを解明した。また、超臨界降着流から輻射力で加速されるガス噴出流は、レーリー・テイラー不安定により細かいガス雲に分裂することを世界初の3次元シミュレーションで示した。これらは、近年発見された超高光度X線源の光度変動を説明できる有力な理論モデルとなっている。さらに、流体シミュレーションの結果を用いた輻射スペクトル計算を実施し、超高光度X線源の謎の硬X線放射が、アウトフローに含まれる高温ガス中で引き起こされる逆コンプトン散乱であることを示した。加えて、発生したアウトフローが星間ガス中を伝搬する様子を磁気流体シミュレーションで調査したところ、高密度ガス雲が磁気張力で加速されることを解明した。さらに、宇宙初期において銀河中心に形成された種ブラックホールが、ガス噴出流を起こしつつも超臨界降着で急速に成長できることを解明した。ブラックホールおよび中性子星周囲をターゲットとした大規模数値シミュレーションを実施し、超臨界円盤からは連続光による輻射力で、亜臨界円盤からは束縛ー束縛遷移吸収による輻射力で加速されたアウトフローが噴出することを解明した。また、発生したガス噴出流が流体不安定で小さなガス片に分裂することも突き止めた。強磁場中性子星の場合は、磁極からガスが降着することも示した。活動銀河核やX線連星で観測されるアウトフローや光度変動を説明できる新たな理論モデルを構築したのである。今後の研究計画の一つは新たな輻射磁気流体コードの開発である。