hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ディジタルアーカイブによるイメージの視覚化プロセスの類型化と共通事項の標準的指導

本年度は基礎造形教育法の中でも多くの造形要素を用いる為、難易度も高い、平面充填からのメタモルフォーシスについて再検討を行い、「平面充填からのメタモルフォーシスに関する考察ー作品と制作ー」として論文にまとめた。3〔共通事項〕の指導に着目した指導案を作成し,大学内で摸擬授業を実施した。また、作成された指導案のアーカイブ化を検討した。4作品の収集と整理については、前年度に引き続き、作品の収集するとともに、必要に応じて課題作品を制作した。また作品のディジタルアーカイブ化をする為、ディジタルカメラ、スキャナによる作品のデータ化を進めた。5ディジタルアーカイヴの検討については、先行研究である「基礎造形教育法におけるディジタルアーカイヴの利用と効果」において作成されたアーカイヴを改良したものに、データのと登録を進めた。共通事項の標準的指導におけるディジタルアーカイヴの利用については、より簡便な方法によって行う予定である。昨年度、アンケートのフォーマット作成にとどまり実施できなっかた〔共通事項〕教育の現状に関するアンケート調査を、本年度は予定通りに実施することができた。ディジタルアーカイヴに関しては試作を完成させるまでは至らなかったが、ディジタルデータの収集やアーカイヴの作成を進めている。本年度は、以下の4点について研究を進めた。1昨年度から引き続いて、教員を対象とする「〔共通事項〕教育の現状に関するアンケート」を本年度も実施した。現在までに得られているアンケートの回答数が少ないため、データ数を増やすと共に、必要に応じて個別の聞き取り調査を行うことで、よりアンケートの信頼性を高めた。2共通事項に着目した指導案の作成および摸擬授業の実施。昨年度までに実施したアンケート調査では、〔共通事項〕の中でも色彩教育については得意とするものが多く、形体教育については、やや苦手とする傾向が明らかとなった。そこで本年度は、教員が苦手としている傾向が強い形体教育に着目し、造形技術に比較的左右されにくい新しい形体教育に関する教材「風船と石膏を用いた流し込みによる成形」の作成と、指導案の作成を行った。またその指導案を用いて大学内で摸擬授業を実施した。授業の結果、教材の評価としては、簡易に体感的な成形が行えるだけではなく、風船の収縮と石膏の凝固により、オートマティスムな表現になることから、美術が苦手な児童、生徒でも作品の制作に取り組めることが分かった。3作品の収集と整理については、前年度に引き続き、作品の収集を進めるとともに、必要に応じて課題の作品を制作した。また作品のディジタルアーカイブ化を進めるため、ディジタルカメラ、スキャナによる作品のディジタルデータ化を行った。4ディジタルアーカイブの検討については、昨年度に改良を行ったディジタルアーカイブに、新たなデータを登録した。また共通事項の標準的指導において利用するアーカイブについては、昨年度に引き続き、より簡便な方法の検討を進めた。
違法ドラッグ位置異性体識別法の検討

研究目的違法ドラッグ(いわゆる脱法ドラッグ)は、置換基の位置だけが異なる位置異性体が存在することが多く、既存法規では一部の位置異性体しか規制対象になっていないため、薬物取締りにおいては置換基の位置まで正確に同定し識別する必要がある。そこで、標準品を持たない分析機関でも、機器分析データだけで位置異性体を持つ薬物を確実に識別できるようにすることを目的とした。研究方法フルオロアンフェタミン類、メトキシアンフェタミン類等の位置異性体を合成し、freeおよびTMS誘導体、TFA誘導体をGC-MSで分析し、保持指標による分離、EI-マススペクトルによる識別が可能かを各種分析条件で検討。また、今後未知の薬物が出現したときの解析の手助けとなるよう、既存薬物も含めEI-マススペクトルを比較し、各薬物の構造に共通する特徴を抽出することを試みた。研究成果EI-マススペクトルを各位置異性体で比較し、顕著な差がみられたのはメトキシアンフェタミン類で、TFA誘導体においては、4位置換体ではベンジル基の開裂に由来すると考えられるm/z 121のフラグメントイオンが非常に強く認められ、2位および3位置換体とは明確な違いがみられ、EI-マススペクトルのみで十分に識別可能であった。フルオロアンフェタミン類では、各位置異性体のEI-マススペクトルを相互に比較すると各フラグメントイオンの相対強度に差がみられたものの、非常にわずかな差であり、EI-マススペクトルのデータ単独では異性体識別をするのは困難であった。しかし、カラムに微極性のDB-5msを用いた分析で各位置異性体のピークは明確に分離しており、同一条件で分析すれば保持指標に換算することで、異なる装置間でもGC/MSだけで十分にこれらの薬物の異性体識別が可能であることが示された。
サービス・サイエンスにおける確率的不確実性および曖昧性の下での意思決定

さらに,提携的に意思決定を行うことによる損得を考慮すべく各々の状況に対応可能な利得配分を行うモデルの応用への取り組みとして,線形計画法により導出可能なファジィシャープレイ値の概念をもとに,期別のリスクを想定した需要量を推定するための多期間生産計画モデルへの適用可能性について検討した.2018年度はファジィシャープレイ配分による生産計画問題のモデル化とその解法の構築を研究課題としていたが,モデル化が不完全な状態であるため解法の構築に至らなかった.新たな解法などの構築のために必要な情報収集などを行うための調査・出張が十分にできなかったため,計画よりも「やや遅れている」と自己評価した.線形計画法により導出可能なファジィシャープレイ値の概念をもとに,期別のリスクを想定した需要量を推定するための多期間生産計画モデルへの適用可能性について検討したことを踏まえて,各期の状況に応じたリスク配分により最適な生産量を決定することが可能なモデル化に取り組むことを考えている.意思決定は確率的不確実性および曖昧性を伴う環境の下で,何らかの判断基準をもとに個人の属性および対象の特性に関する様々な情報を考慮して最適な行動選択が行われる.効用の観点から価値の重要性に基づいて,様々な行動における個人の属性(嗜好,年齢,性別など)や対象(製品やサービスなど)の特性を考慮した離散選択モデルは,様々な環境において個人の意思決定に内在する不確実性を考慮すると,それおよび個人の効用に関するパラメータを同定することが可能になり,人の価値観は選択行動を通じて推定することができる.さらに,属性や嗜好の情報に基づく対象の離散選択モデルは価値要因に関する不確実性を考慮して,不特定多数の消費者が自由に取捨選択することが可能なプランを提示するために構築している.価値要因に関する不確実性を同定した上で,開発者が不特定多数の消費者のためにプランを作ることを考慮して,限られた制約の下で価値を創造するための最適化モデルを定式化した.ここで,消費者に提示するプランとはスマートフォンなどを用いて日本で比較的人気の高い観光地における経路情報の検索を対象としているので,主要な観光地における情報推薦システム開発のために適用できることが明らかになると考えられ,観光地におけるサービスの活性化につながることにより,確率的不確実性および曖昧性の下での意思決定支援が新たなサービスの価値の向上と創造に寄与することが期待される.連携研究者の所属が変わり,それに伴って連携研究者が指導していた学生の協力を得ることも非常に難しくなったので,「離散選択モデルを適用したグラフネットワークにおけるエッジランキング」の適用可能性のための対象地域の選定などの調査を十分に行うことができなかったことが遅れの原因であると考えている.さらに,提携的に意思決定を行うことによる損得を考慮すべく各々の状況に対応可能な利得配分を行うモデルの応用への取り組みとして,線形計画法により導出可能なファジィシャープレイ値の概念をもとに,期別のリスクを想定した需要量を推定するための多期間生産計画モデルへの適用可能性について検討した.2018年度はファジィシャープレイ配分による生産計画問題のモデル化とその解法の構築を研究課題としていたが,モデル化が不完全な状態であるため解法の構築に至らなかった.新たな解法などの構築のために必要な情報収集などを行うための調査・出張が十分にできなかったため,計画よりも「やや遅れている」と自己評価した.平成29年度は「離散選択モデルを適用したグラフネットワークにおけるエッジランキング」の適用可能性のために2つの課題に取り組むことを予定していたが1つに減らし,今年度に予定している「ファジィシャープレイ値モデルを生産計画問題に適用して,期別の危険想定需要量を推定することが可能な多期間生産計画モデルの構築」にも取り組む.線形計画法により導出可能なファジィシャープレイ値の概念をもとに,期別のリスクを想定した需要量を推定するための多期間生産計画モデルへの適用可能性について検討したことを踏まえて,各期の状況に応じたリスク配分により最適な生産量を決定することが可能なモデル化に取り組むことを考えている.29年度に予定していた「離散選択モデルを適用したグラフネットワークにおけるエッジランキングの適用可能性のための対象地域の選定などの調査」が実施できなかったことが旅費・人件費等の執行に影響したため,30年度は29年度に実施できなかった調査を継続して実施し,繰り越した研究費は国内外で開催される国際会議の参加費などで使用することを予定している.2018年度の後半に情報収集を目的とする調査や出張を十分に行うことができなかったためだと考えられる.今年度は昨年度十分に行えなかった情報収集や調査を継続して行うことを予定している.
先行刺激に基づく曖昧視覚情報補完に関わる脳活動動態の解明

曖昧な視覚画像の知覚は、先行する非曖昧な画像により補完されることが知られている。しかしながら、この曖昧さの補完が階層的な視覚情報処理のどの段階から生じるのか、具体的には曖昧刺激呈示後どのタイミングでまたどの脳部位から生じるのか明確になってこなかった。本課題では、時間分解能に優れた脳磁図を用いることで曖昧さが補完される条件とそうでない条件で脳活動計測を行い、これら条件間の差がどの時間帯および脳部位から生じるのか検討する。前年度までの当該研究課題実施期間において、曖昧画像に対する外側後頭皮質の活動は、曖昧さが補完されやすい条件ではそうでない条件に比べて低下していることが明らかになった。またこの活動低下は曖昧画像呈示後120ミリ秒付近の早い時間帯で観察された。これらの結果から、先行刺激により得られた曖昧さを補完する視覚情報は、曖昧画像に対する経時的な脳内視覚情報処理の時間的に早い段階(曖昧画像皇示唆120ミリ秒付近)において既に影響を与えていることが示唆された。前年度までの結果を受けて本年度は、曖昧画像呈示後120ミリ秒付近の時間帯において記憶関連の視覚イメージに関与するとされる楔前部から外側後頭皮質に対してトップダウン処理があるのか、Granger Causality解析を行って検討した。解析の結果、楔前部から外側後頭皮質にトップダウンが一部の被験者において認められた。本年度は、これまで得られた結果をまとめて英文原著論文として投稿した。当該研究課題の最終年度である本年度までに、当初予定していた実験・解祈は完了して論文投稿にまで至った。これらのことから、本課題の目的はおおむね達成できたと考えられる。本年度は当該研究課題の最終年度である。本課題では今後の関連課題につながる重要な知見が得られた。しかしながら、この曖昧さの補完が階層的な視覚情報処理のどの段階から生じるのか、具体的には曖昧刺激提示後どのタイミングでまたどの脳部位から生じるのか明確になっていない。本研究では、時間分解能に優れた脳磁図を用いることで曖昧さが補完される条件とされない条件で脳活動計測を行い、これら条件間の差がどの時間帯および脳部位から生じるのか検討する。本年度は曖昧刺激画像としてムーニー画像を作成し、先行する非曖昧刺激によりその知覚が補完される条件とされない条件を設定した。心理実験の結果、補完される割合は補完される条件では平均90%ほどまた補完されにくい条件では10%ほど補完された。次にこれら設定した条件の下、脳磁図を用いて脳活動計測を行い、更には最小ノルム法を用いて、曖昧さが補完される条件とされない条件間の活動の差が視覚情報処理のどの段階で生じ始めうるのか検討した。解析の結果、どの条件においても刺激提示後100ミリ秒付近に楔部、150ミリ秒付近で外側後頭皮質において活動源が推定された。活動振幅は、補完される条件の方がされない条件に比べて低下した。更にこの傾向は楔部よりも外側後頭皮質において顕著になることが明らかになった。先行する非曖昧画像から曖昧画像知覚が補完される場合、先行する非曖昧画像の記憶が曖昧さ補完において重要な役割を持つと考えられる。このことから、刺激提示後100-150ミリ秒において既に楔部および外側後頭皮質と記憶に関連した部位間で情報のやり取りが行われていると考えられることから、これら脳部位間の機能的結合を解析することとし、現在そのための解析プログラムを作成中である。本研究課題では、時間分解能に優れた脳磁図を用いることで曖昧さが補完される条件とされない条件で脳活動計測を行い、これら条件間の差がどの時間帯および脳部位から生じるのか検討する。前年度の実験の結果、曖昧画像呈示後100-150ミリ秒付近で外側後頭皮質において活動源が推定され、この活動振幅は曖昧さが補完される条件の方がされない条件に比べて低下することが明らかになった。この活動の低下は、曖昧画像に先行して呈示される非曖昧画像情報が高次脳領域からトップダウンで低次の視覚野に下りてくることで実現されていると予想される。そこで本年度は更に、刺激呈示後100-150ミリ秒付近の時間的に早い段階において高次の脳領域から外側後頭皮質にトップダウンが生じているのか、Granger causality解析を用いて検討した。解析の結果、多くの被験者においてmemory-related imageryに関与しているとされる襖前部から外側後頭皮質にトップダウンが生じていることが明らかになった。

前年度までの当該研究課題実施期間において、曖昧画像に対する外側後頭皮質の活動は、曖昧さが補完されやすい条件ではそうでない条件に比べて低下していることが明らかになった。またこの活動低下は曖昧画像呈示後120ミリ秒付近の早い時間帯で観察された。これらの結果から、先行刺激により得られた曖昧さを補完する視覚情報は、曖昧画像に対する経時的な脳内視覚情報処理の時間的に早い段階(曖昧画像皇示唆120ミリ秒付近)において既に影響を与えていることが示唆された。前年度までの結果を受けて本年度は、曖昧画像呈示後120ミリ秒付近の時間帯において記憶関連の視覚イメージに関与するとされる楔前部から外側後頭皮質に対してトップダウン処理があるのか、Granger Causality解析を行って検討した。解析の結果、楔前部から外側後頭皮質にトップダウンが一部の被験者において認められた。本年度は、これまで得られた結果をまとめて英文原著論文として投稿した。本年度は採用第1年度目であるが、刺激の作成および脳磁図計測を完了して解析も行っており、研究は順調に進んでいる。本年度は、解析プログラムの作成が当初予定していたよりも時間がかかったことから、論文投稿までには至らなかった。当該研究課題の最終年度である本年度までに、当初予定していた実験・解祈は完了して論文投稿にまで至った。これらのことから、本課題の目的はおおむね達成できたと考えられる。現在行っている脳部位間の機能的結合解析を完了させ、結果をまとめて学会発表を目指す。本年度中に解析プログラムは完成し、全被験者での解析はほぼ完了していることから、次年度は研究結果を整理し英文原著としてすみやかに投稿する予定である。本年度は当該研究課題の最終年度である。本課題では今後の関連課題につながる重要な知見が得られた。
気管支喘息におけるロイコトリエンB4およびエフェクターT細胞の役割の検討

ロイコトリエンB4(LTB4)は、アラキドン酸に由来する生理活性脂質であり、様々な炎症性疾患における重要な役割が示唆されてきた。LTB4がアレルギー性の気道反応に必須であるかどうかを直接証明するために、LTB4を全く産生しないLTA4 hydrolase knock out(LTA4HKO)マウスを用いて喘息モデルを作成し、コントロールの野生型マウスとの比較検討をおこなった。野生型マウスに比べ、LTA4HKOマウスは有意に低い気道過敏性を示し、肺内の好酸球の数、杯細胞の過形成の程度も低下していたことより、LTB4はアレルギー性気道反応においても反応惹起に必須であることが示唆されたロイコトリエンB4(LTB4)は、アラキドン酸に由来する生理活性脂質であり、様々な炎症性疾患における重要な役割が示唆されてきた。野生型マウスに比べ、LTA4HKOマウスは有意に低い気道過敏性を示し、肺内の好酸球の数、杯細胞の過形成の程度も低下していたことより、LTB4はアレルギー性気道反応においても反応惹起に必須であることが示唆されたLTB4がアレルギー性の気道反応に必須であるかどうかを詳細に調べるため、LTB4を全く産生しないLTA4 hydrolase knock out(LTA4HK0)マウスに対し、抗原感作、吸入後に気道過敏性や気道炎症、気管支肺胞洗浄液中のサイトカインレベルを測定し、コントロールの野生型マウスと比較検討をおこなった。既に申請者らのグループにより確立されたlgE-マスト細胞依存性喘息モデル(JCclin Invest l996;97:1398-1408.)を用い、卵白アルブミン(OVA)特異的lgE抗体の受動感作を行った後にOVAを吸入暴露し、48時間後に気道反応を評価した。OVA抗原特異的IgE抗体の受動感作後にOVA抗原を吸入させたところ、野生型マウスに比べ、LTA4HKOマウスは有意に低い気道過敏性を示し、肺内の好酸球の数、杯細胞の過形成の程度も低下していた。次に申請者らのグループにより確立されたlgE-マスト細胞非依存性喘息モデル(J Exp Med 1997;186:449-454)を用い、OVAの腹腔内感作の後、吸入暴露を行い、気道反応を評価した。気道過敏性は吸入メサコリンに対する気道抵抗の上昇をdose-dependentに測定した。野生型マウスに比べ、LTA4HKOマウスは明らかに低い気道過敏性を示し、気管支肺胞洗浄液中の好酸球数およびIL-4,IL-5,IL-13などのサイトカインも低値を示し、気道周囲の好酸球性炎症および杯細胞の過形成も低下していた。以上より、LTB4はIgE依存性、非依存性のいずれのアレルギー性気道反応においても反応惹起に必須であることが示唆された。(c)骨髄由来マスト細胞の樹立と移植。申請者らのグループが確立した方法を用い(Jimmunol.2004;172:6398-406)、野生型マウスから骨髄細胞を分離し、IL-3の存在下で培養することにより、マスト細胞を樹立した。LTA4HK0マウスに野生型マウスから樹立したマスト細胞を移植した後、OVA特異的lgE抗体の受動感作とOVAの暴露を行い、IgE-マスト細胞依存性喘息モデルにおいて、移植した野生型マスト細胞から分泌されるLTB4によりアレルギー性気道反応が野生型と同定度まで回復するかどうかを検討した。野生型マスト細胞を移植したLTA4HKOマウスは、IgE抗体の受動感作とOVAの吸入暴露の後に、野生型マウスと同程度の気道過敏性を示した。以上より、マスト細胞-lgE依存性のアレルギー性気道反応においてはマスト細胞からのLTB4分泌がアレルギー反応に重要な役割を担っていることが示唆された。LTB4がアレルギー性の気道反応に必須であるかどうかを直接証明するために、LTB4を全く産生しないLTA4 hydrolase knock out (LTA4HKO)マウスを用いて喘息モデルを作成し、コントロールの野生型マウスとの比較検討をおこなった。既に申請者らのグループにより確立されたIgE-マスト細胞依存性喘息モデル(J Clin Invest1996;97:1398-1408.)を用い、卵白アルブミン(OVA)特異的IgE抗体の受動感作を行った後にOVAを吸入暴露し、48時間後に気道反応を評価した。次に申請者らのグループにより確立されたIgE-マスト細胞非依存性喘息モデル(J Exp Med1997:186:449-454)を用い、OVAの腹腔内感作の後、吸入暴露を行い、気道反応を評価した。

野生型マウスに比べ、LTA4HKOマウスは明らかに低い気道過敏性を示し、気管支肺胞洗浄液中の好酸球数およびIL-4,IL-5、IL-13などのサイトカインも低値を示し、気道周囲の好酸球性炎症および杯細胞の過形成も低下していた。以上より、LTB4はIgE依存性、非依存性のいずれのアレルギー性気道反応においても反応惹起に必須であることが示唆された。次にアレルギー性気道反応を惹起するのに必要なLTB4の産生細胞として、マスト細胞が重要な役割をはたしているかどうかを明らかにするために、以下の実験を行った。申請者らのグループが確立した方法を用い(J Immunol.2004;172:6398-406)、野生型マウスから骨髄細胞を分離し、IL-3の存在下で培養することにより、マスト細胞を樹立した。LTA4HKOマウスに野生型マウスから樹立したマスト細胞を移植した後、OVA特異的IgE抗体の受動感作とOVAの暴露を行い、IgE-マスト細胞依存性喘息モデルにおいて、移植した野生型マスト細胞から分泌されるLTB4によりアレルギー性気道反応が野生型と同定度まで回復するかどうかを検討した。野生型マスト細胞を移植したLTA4HKOマウスは、IgE抗体の受動感作とOVAの吸入暴露の後に、野生型マウスと同程度の気道過敏性を示した。以上より、マスト細胞-IgE依存性のアレルギー性気道反応においてはマスト細胞からのLTH4分泌がアレルギー反応に重要な役割を担っていることが示唆された。一方、IgE-マスト細胞非依存性喘息モデルにおいては、野生型マスト細胞を移植したLTA4HKOマウスのアレルギー性気道反応の回復は得られなかったことから、このモデルにおいてはマスト細胞からのLTB4分泌だけではアレルギー性反応を惹起するには不十分であり、肺胞マクロファージや他の細胞(好中球など)からのLTB4分泌が必要である可能性が示唆された。
内包分子による単一カーボンナノチューブの熱物性変調現象の解明とバルク材料への応用

本申請研究では、様々な材料の内包によるカーボンナノチューブ(Carbon nanotube, CNT)の熱電変換能の変調メカニズムを単一チューブ、単一バンドルレベルで実験により明らかにしてCNTの熱物性を内包物質で柔軟に制御するための基本ルールを分子シミュレーションとの融合により構築すること、およびそれらのバルク構造体の電気・熱伝導性を評価することでバルク体への波及効果の検証とCNT熱デバイスの性能向上を目標として研究を遂行している。1年目は当初の計画通り、低温から常温近辺まで四端子法による熱電性能評価が可能な自作電気計測システムの構築が完了し、ナノスケール熱電性能評価デバイスの製作に関しては、接触熱抵抗の除去が可能な四端子熱電性能評価デバイスは、当初予定していた犠牲材料埋め込み基板を利用しなくても比較的容易な加工手順で製作可能であることが研究の過程で明らかとなったため微細加工プロセスの修正を行い、所属機関である東京大学と物質・材料研究機構の共用施設を利用したナノスケール熱電性能評価デバイスの製作プロセスを確立させることに成功した。そしてこの加工プロセスを利用して、単層CNT,二層CNTの単一チューブ、バンドルレベルの電気伝導率やsp3系炭素分子の内包によるCNTの物性変化などを新たに実証することに成功した。さらに並行してホットワイヤ法を元にしたCNTバルク構造体の面内方向の熱伝導率評価法の開発も行い、実際に同手法を用いて真空ろ過法により準備されたCNT水平配向膜の面内熱伝導率の計測に世界で初めて成功した他、CNTランダムネットワークやCNTファイバなど様々な形態のCNTの熱伝導性とその温度依存性の評価を行った。本研究助成を利用して16本以上の電気配線の導出が可能で低温から常温近辺まで測定が可能な自作電気計測システムの構築が当初の計画通り完了したことや研究計画に修正はあったものの初年度内に新たな微細加工手順を考案してナノスケール熱電性能評価デバイスの加工プロセスの確立に成功したこと、CNTバルク体の熱電性能評価技術を開発して実際に水平配向膜の熱伝導性の評価することができたことに関しては当初の予想以上に順調に研究が進んでいると考えられるが、一方でナノスケールの熱電性能評価に関しては微細加工プロセスの修正を行ったことから少し遅れが生じたため、おおむね順調に進んでいると自己評価した。2年目は初年度に構築したリソースと得られた知見を積極的に活用して、引き続き四端子熱電性能評価デバイスを用いた単一チューブ、単一バンドルレベルのナノスケール計測とバルク構造体の熱電性能評価を並行して行い、分子シミュレーションとの融合による学理構築を進めていく計画である。実験で用いるナノスケール四端子熱電性能評価デバイスは、研究計画を修正して以下の手順で製作する予定である。まず二酸化ケイ素膜を成長させたシリコン基板上にアライメントマークなどの大きな金属構造をフォトリソグラフィにより準備して開始材料として用いる。その開始材料上に試料の分散液をスピンコートしてターゲット試料の相対座標や直径を走査型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡で特定した後、熱電性能評価に用いるナノスケールの電極構造を電子線描画と電子線蒸着によって準備する。その後、ターゲット試料上に保護膜の描画と測定デバイスのサスペンション領域をそれぞれ電子線描画した後、二フッ化キセノンガス、酸素プラズマ、気相フッ酸プロセスによってサスペンション熱電性能評価デバイスを製作する予定である。実験試料としては初年度に明らかになったsp3系炭素原子の内包による熱電性能変調効果やバンドル化による伝導性の変化についてさらに詳細に明らかにする他、新たな研究材料として新たに合成された重原子ナノワイヤ内包CNTの熱電性能の変調効果に関して実験を行う予定である。そして得られた実験結果に関して研究分担者と協力して分子シミュレーションによる理論解析を行う予定である。

本研究助成を利用して16本以上の電気配線の導出が可能で低温から常温近辺まで測定が可能な自作電気計測システムの構築が当初の計画通り完了したことや研究計画に修正はあったものの初年度内に新たな微細加工手順を考案してナノスケール熱電性能評価デバイスの加工プロセスの確立に成功したこと、CNTバルク体の熱電性能評価技術を開発して実際に水平配向膜の熱伝導性の評価することができたことに関しては当初の予想以上に順調に研究が進んでいると考えられるが、一方でナノスケールの熱電性能評価に関しては微細加工プロセスの修正を行ったことから少し遅れが生じたため、おおむね順調に進んでいると自己評価した。2年目は初年度に構築したリソースと得られた知見を積極的に活用して、引き続き四端子熱電性能評価デバイスを用いた単一チューブ、単一バンドルレベルのナノスケール計測とバルク構造体の熱電性能評価を並行して行い、分子シミュレーションとの融合による学理構築を進めていく計画である。実験で用いるナノスケール四端子熱電性能評価デバイスは、研究計画を修正して以下の手順で製作する予定である。まず二酸化ケイ素膜を成長させたシリコン基板上にアライメントマークなどの大きな金属構造をフォトリソグラフィにより準備して開始材料として用いる。その開始材料上に試料の分散液をスピンコートしてターゲット試料の相対座標や直径を走査型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡で特定した後、熱電性能評価に用いるナノスケールの電極構造を電子線描画と電子線蒸着によって準備する。その後、ターゲット試料上に保護膜の描画と測定デバイスのサスペンション領域をそれぞれ電子線描画した後、二フッ化キセノンガス、酸素プラズマ、気相フッ酸プロセスによってサスペンション熱電性能評価デバイスを製作する予定である。実験試料としては初年度に明らかになったsp3系炭素原子の内包による熱電性能変調効果やバンドル化による伝導性の変化についてさらに詳細に明らかにする他、新たな研究材料として新たに合成された重原子ナノワイヤ内包CNTの熱電性能の変調効果に関して実験を行う予定である。そして得られた実験結果に関して研究分担者と協力して分子シミュレーションによる理論解析を行う予定である。
大脳皮質神経前駆細胞の増殖を制御する新たな分子基盤の探索

大脳皮質の発達において、神経前駆細胞の増殖を制御することは、大脳皮質の神経細胞の総数を決定し機能的な大脳皮質を形成する過程において非常に重要な要素である。本研究では、シグナル伝達の分子スイッチとしての役割を果たすRhoファミリーG蛋白質の活性制御因子に焦点を当て、大脳皮質の発生過程において各活性制御因子の発現時期と分布の解析を行い、これまでにsrGAP3が大脳皮質発生初期の神経細胞の移動に関わっている可能性を示唆する結果が得られている。大脳皮質は哺乳類において特に発達しており、非常に多くの神経細胞からなる特徴的な層構造が形成される。大脳皮質の発達初期において、神経前駆細胞が一度神経細胞へと分化するとそれ以上増殖することができないため、神経前駆細胞の増殖を制御することは大脳皮質の神経細胞の総数を決定し機能的な大脳皮質を形成する過程において非常に重要な要素であるが、その分子機構に関してはまだ一部しか理解されていないのが現状である。本研究では、胎生16日齢のマウス大脳皮質の脳室帯に強く発現していることが認められたsrGAP3について、srGAP3対する活性変異体や特異的ショートヘアピンRNAの作成を行った。これらを蛍光蛋白YFPを同時に発現するベクターに挿入し、子宮内エレクトロポレーション法を用いて神経細胞分化前の神経前駆細胞に導入した。その後、神経前駆細胞の増殖や神経細胞への分化に対する影響を調べた。srGAP3はRac1に対するGAP活性を持つタンパク質であり、脳ではスプライシングバリアントのsrGAP3a、srGAP3bが発現している。これまでに統合失調症や3p-症候群など遺伝的脳疾患に強い関連が示唆されているタンパク質ではあるものの、生体内における機能についてはあまりよく解明されていない。そこでsrGAP3a、b両方に対するショートヘアピンRNA(shRNA)を大脳皮質神経前駆細胞に導入したところ、神経細胞の移動の著しい遅延が見られた。また移動中の神経細胞の先導端が、コントロール群に比べてより長く伸長することが示された。逆に野生型のsrGAP3a及びbを過剰発現させると、双方ともにコントロール群に比べて短い先導端が見られた。これらの結果から、srGAP3は大脳皮質発生初期の神経細胞の移動に関わっている可能性が示唆された。本研究ではマウス大脳皮質形成過程におけるGタンパク質活性制御因子の発現部位や時期の解析を行うとともに、神経前駆細胞の増殖を制御する分子基盤の理解に貢献することを目的として研究を行った。RhoファミリーGタンパク質はその活性制御において、GEFの働きによって活性化される一方、GAPによって不活性化される。そこで、大脳皮質の発生過程において各RhoGAPが大脳皮質形成時に発現しているかどうかを調べるために、半定量的RT-PCR法を用いて発達段階のマウス脳におけるmRNAの発現を調べた。その結果、12種類のRhoGAPのうちsrGAP3を含む9種類のRhoGAPについてmRNAの発現が認められた。そこでこれら9種類のRhoGAPに対してそれぞれ特異的なRNAプローブを作成し、in situ hybridization法を用いてmRNAがマウス脳のどの部位に発現しているかについて詳しく調べた。その結果、9種類のRhoGAPのうちsrGAP3 mRNAが、胎生12日齢および胎生16日齢のマウス大脳皮質の脳室帯に強く発現していることが明らかになった。脳室帯でsrGAP3の発現が見られた時期は、神経前駆細胞が豊富に存在し、増殖が起こりつつ神経細胞へと分化する時期になっていることから、srGAP3が神経前駆細胞の増殖や分化に何らかの機能を担っている可能性が考えられた。本年度の研究実施計画としてあげていた、マウス大脳皮質形成過程におけるG蛋白質活性制御因子の発現部位や時期の解析については、本年度までにsrGAP3や別のRhoファミリーGタンパク質活性制御因子についても解析しており、マウス子宮内エレクトロポレーション法を用いて現在、それらの機能解析が進行しつつあるため。前年度までの研究に引き続き、srGAP3や発現が認められた他の候補分子に対する活性変異体や特異的ショートヘアピンRNAの作成を行い、これらをYFPなどの蛍光蛋白を同時に発現するベクターに挿入し、子宮内エレクトロポレーション法を用いて神経細胞分化前の神経前駆細胞にこのベクターを導入し、その後の増殖や神経細胞への分化に対する影響を調べる。その後、機能が明らかになった分子に対しては、それらの結合タンパク質を探索することで、これらの分子を介した情報伝達機構の全容解明をめざす。該当なし
スルファチドのセリンプロテアーゼ阻害活性を基盤とする新規酵素阻害剤の開発

硫酸化脂質の示す酵素タンパク質の活性阻害は、1種の分子シャペロンとしてタンパク質の構造変化を起こすことによって発現されると予想される。今年度は、引き続いて硫酸化脂質によって阻害される酵素の検索を進め、構造と活性の相関を明らかにするとともに、硫化脂質の各種誘導体を合成し、阻害活性の発現に必要な構造について調べた。膵由来消化酵素としてプロテアーゼ以外にDNase Iが知られているため、DNase Iに対する硫酸化脂質の作用を調べた。環状DNA、pBluescript SK-II(+)5μgを基質として、ブタ膵DNase I(1μg)を作用させ、アガロースゲル電気泳動でDNAの分解量を測定したところ、コレステロール硫酸(CS)のみが阻害活性を示した。しかし、CSと界面活性剤の比も重要であり、タウロコール酸の場合、CSの1/5量で最大阻害活性を発揮し、その割合が少ない場合も多い場合も阻害できなかった。次に、好中球エラスターゼに対する硫酸化脂質の作用を調べた。CSならびにスルファチドは、膵エラスターゼの場合と同様のモル比で酵素活性を阻害した。さらに麻酔時の肺胞洗浄中には好中球エスタラーゼが分泌され、そのタンパク質濃度は、麻酔後14時間かけて急増した。人工呼吸器による機械的刺激は好中球によるエラスターゼ分泌を促進することが分かった。しかし、酵素活性は、酵素蛋白量には比例せず、活性が抑制されていることが示唆された。好中球エラスターゼの活性を抑制している因子を探るために、好中球エラスターゼ抗体を利用して免疫沈降させ分析した結果、硫酸化脂質としてコレステロール硫酸の結合が確認できた。また、スルファチドの各種構造類似体を合成し、膵プロテアーゼに対する阻害活性を調べたところ、ブチル基はリグノセロイル基と同程度の活性であった。スフィンゴシン側鎖は阻害活性を発揮する上で、ほぼ充分な疎水性を保持していると予想される。
ヘテロクロマチンの基盤構造の構造生物学的解析

本研究の目的は染色体機能の発現に重要なヘテロクロマチンの基盤構造を明らかにすることである。凝縮したクロマチン領域であるヘテロクロマチンは、遺伝子発現の抑制や染色体の機能発現に機能する。ヘテロクロマチンの基盤構造は、H3K9me3を含むクロマチンにHP1が結合することで形成されるが、HP1とクロマチンの結合様式は明らかになっていない。そこで本研究では、試験管内でH3K9me3を含むクロマチンとHP1との複合体を試験管内で再構成し、クライオ電子顕微鏡解析により、その立体構造を明らかにした。本研究の目的は、遺伝子発現制御に重要なヘテロクロマチンの基盤構造を構造生物学的アプローチにより明らかにすることである。生物の設計図であるゲノムDNAはクロマチン構造を形成することで、細胞核内に収納されている。クロマチンの基本単位は、ヒストンH2A、H2B、H3およびH4で構成されるヒストン8量体にDNAが巻きついたヌクレオソームと呼ばれる構造体である。さらに、ヌクレオソームはリンカーDNAを介して数珠状に連結することでクロマチンが形成されている。クロマチンはその高次の構造を変化させることで、遺伝子発現制御などのDNA機能発現を制御する。特に、ヘテロクロマチンと呼ばれる特徴的なクロマチン領域は、高度に凝縮した高次のクロマチン構造を形成しており、遺伝子発現制御や染色体機能調節に機能する。ヘテロクロマチンの基盤構造は9番目のリジンがトリメチル化されたヒストンH3 (H3K9me3)を含むクロマチンにHP1 (HeterochromatinProtein 1)が結合した構造体である。しかし、HP1がH3K9me3を含むクロマチンに結合することで形成される高次のクロマチン構造は明らかになっていない。そこで、本年度は、H3K9me3を含むクロマチンを試験管内にて再構成した。さらに、HP1とH3K9me3を含むクロマチンの複合体を再構成し、その立体構造をクライオ電子顕微鏡により明らかにした。決定した立体構造は、ヘテロクロマチンによる遺伝子発現制御や染色体機能調節に関する重要な知見となることが予想される。本研究の目的は、ヘテロクロマチンの基盤構造を構造生物学的アプローチにより明らかにすることである。本年度は、試験管内で再構成したHP1-クロマチン複合体の立体構造をクライオ電子顕微鏡解析により明らかにした。よって、本年度の研究は、当初の計画以上に進展していると評価した。具体的には、まず、ヘテロクロマチンのエピジェネティックマーカーであるH3K9me3を含むヒストンH3を試験管内で合成することに成功した。さらに、合成したH3K9me3を含むヒストンH3を用いて、クロマチンを塩透析法により再構成した。また、試験管内にて、HP1-クロマチン複合体の再構成に成功し、その立体構造をクライオ電子顕微鏡解析により明らかにした。決定したHP1とH3K9me3を含むクロマチン複合体の立体構造は、高次クロマチン構造による遺伝子発現制御や染色体機能調節の解明に重要な知見となることが予想される。本研究の目的は、染色体機能発現に重要なヘテロクロマチンの基盤構造を解明することである。真核生物のゲノムDNAはクロマチン構造を形成することで核内に高度に折りたたまれて収納されている。クロマチンはその折りたたみの程度を変化させることで、様々なDNAの機能発現を制御する。特に、高度に凝縮したクロマチン領域はヘテロクロマチンと呼ばれ、遺伝子発現や染色体機能発現に機能する。ヘテロクロマチンは、9番目のリジンがトリメチル化(H3K9me3)されたヒストンH3を含むクロマチンとHP1タンパク質との複合体を基盤して形成される。しかし、どのようにしてHP1がH3K9me3を含むクロマチンに結合し、ヘテロクロマチンが形作られていくのかは明らかになっていない。そこで、クロマチン(H3K9me3)とHP1との複合体を試験管内で再構成し、クライ電子顕微鏡解析により、その立体構造を明らかにした。明らかになった立体構造から、HP1はクロマチンの基本構成単位であるヌクレオソームをブリッジする形でクロマチンに結合していることが明らかになった。さらに、DNA結合活性を有するHP1はヌクレオソームを連結するリンカーDNAには結合していないことが明らかになった。本研究により、ヘテロクロマチンの基盤構造であるクロマチン(H3K9me3)とHP1との複合体の立体構造が明らかになった。その立体構造は、ヘテロクロマチンによる遺伝子発現制御や染色体機能制御のメカニズム解明に重要な知見となることが予想される。細胞核内のヘテロクロマチン領域には、転写が活性化しているユークロマチン領域と比較して、クロマチンの折りたたみに機能するリンカーヒストンH1が多く局在していることが報告されている。また、本年度の研究にて決定したHP1-クロマチン複合体の立体構造から、HP1-クロマチン複合体とH1が相互作用することが示唆された。

そこで、次年度は、HP1-クロマチン複合体とH1の相互作用を解析する。さらに、H1-HP1-クロマチン複合体は、HP1-クロマチン複合体と比較して、その折りたたみの度合いが異なることが予想される。そこで、H1-HP1-クロマチン複合体の立体構造をクライオ電子顕微鏡によって明らかにする。さらに決定したH1-HP1-クロマチン複合体の立体構造から、H1によるヘテロクロマチンの高次構造の制御機構を明らかにする。構造生物学
中世における山王礼拝講の基礎的研究-叡山文庫所蔵関連文書との比較検討を通じて-

本研究では、まず叡山文庫所蔵「山王礼拝講」関連文書の悉皆調査が第一の目的であった。この山王礼拝講とは、現在にまで続く比叡山延暦寺の重要な行事で、延暦寺一山住職が日吉大社へ出向き、神祇法楽として法華八講を勤仕する法要を指す。有名な法会であるにもかかわらず、これに関する専論は、明治期以降から現在へ至るまでの経緯を紹介した論稿が一本あるに過ぎず、中世における成立・変遷は、全く誰も論じていないという研究状況にあった。そこで叡山文庫に残る関連文書の悉皆調査を実施し、多数の史料を検出することができた。その成果を踏まえて、「山王礼拝講の成立に関する一考察」(『叡山学院研究紀要』38、2016年)を執筆した。ここでは、山王礼拝講の成立に大きく関与した梶井門跡(現在の三千院門跡)について詳しく触れ、青蓮院門跡との対抗関係の中で法会が整備されていく過程を明らかにした。さらに、当時の様子が描かれた叡山文庫所蔵の承久元年「日吉御幸御八講記写」の検討を進めることで、延暦寺における法華八講の教学的発展に言及できることが判明した。今後、改めて所蔵者の許可を得て、翻刻史料として紙面に上梓する予定である。これは、山王礼拝講に限らず、延暦寺の論義法要そのものを考察対象となすことの可能な史料が現存することを示しており、既存の活字史料と比較検討しながら、「中古天台」と呼ばれる世界観の一端が解明される糸口を発見したことを意味する。また、本研究の悉皆調査によって「礼拝講縁起」の史料的分析が困難であることも分かった。この縁起は様々な由緒書に登場するが、上記の論文で示した門跡の対抗関係を踏まえているとはいえない。叡山文庫に現存する史料は、この縁起を再生産するものばかりであり、史料的根拠として挙げられるものは無いと判断するに至った。今後は、以上の成果を踏まえ、山王礼拝講が全国展開したと考えられる「山王講」と延暦寺の論義法要との関係を中心に、中世における天台の教学的変遷過程を明らかにする必要があると思われる。
花粉表面の構造解析と自己組織化を利用した機能性マイクロ粒子のデザイン

花粉のバイオミメティクスについての研究は主に次の二つに大別される。1花粉の分析:合計12種類の花粉の耐久性や蛍光の特徴を分析した。種類によって花粉は300400°Cまで形状を保持することがわかった。花粉に紫外線、可視光の光を照射すると、強い蛍光を発光することもわかった。蛍光性は加熱すると減少するが、300350°Cまでは蛍光性が観察できた。さらに、分析からわかったことは、花粉の外壁材料(スポロポレニンという化合物、分子構造はまだ不明)は熱に強く、含まれる蛍光物質も非常に耐久性があるということである。しかし、超高水圧のウェットジェットミルの噴射の条件を制御すること(水圧、噴射時間)で、花粉の外壁を破ることが可能になることがわかった。2花粉と構造の似た高分子微粒子の作製:ポリスチレンとポリメチルメタクリル酸の有機溶媒と水を用いて乳化状態を作り出し、基盤に塗布し、ポリマーブレンドの混合粒子を作製した。使用する乳化剤(ポリビニルアルコール、キトサン、グアルガムなど)によって微粒子の相分離構造が違ってくる。「ヤヌス粒子」(それぞれ高分子の相は半球)、「ラズベリー粒子」(高分子粒子の表面に小さい相分離構造がある)などのモルフォロジーの作製に成功した。粒子の平均直径は高分子濃度で制御できることもわかった。エンプラのポリスルフォンを用いたポリスチレンブレンド粒子やポリメチルメタクリル酸粒子と非常に微小なラズベリー粒子が作製できることがわかった。非常に微小な表面構造になる理由はポリスルフォンの表面エネルギーが小さいことによると考えられる。さらに、乳化状態の水溶液に独自に合成した無機材料(単分子シリカ粒子、金のナノコロイド)と既成の無機材料(酸化チタン結晶)を分散し、高分子微粒子の表面に無機材料を吸着させることにも成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。花粉のバイオミメティクスについての平成25年度の研究は主に次の二つに大別される。種類によって花粉は300-400°Cまで形状を保持することがわかった。蛍光性は加熱すると減少するが、300-350°Cまでは蛍光性が観察できた。しかし、超高水圧のウェットジェットミルの噴射の条件を制御すること(水圧、噴射時間)で、花粉の外壁を開けることが可能になることがわかった。2花粉と構造の似た高分子微粒子の作成:ポリスチレンとポリメチルメタクリル酸の有機溶媒と水を用いて乳化状態を作り出し、基板に塗布し、ポリマーブレンドの混合粒子を作製した。さらに、乳化状態の水溶液に独自に合成した無機材料(単分散シリカ粒子、金のナノコロイド)と既成の無機材料(酸化チタンナノ結晶)を分散し、高分子微粒子の表面に無機材料を吸着させることにも成功した。

さらに、乳化状態の水溶液に独自に合成した無機材料(単分子シリカ粒子、金のナノコロイド)と既成の無機材料(酸化チタン結晶)を分散し、高分子微粒子の表面に無機材料を吸着させることにも成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。同年度計画書に示した(1)「乳化重合」法を用いた人工花粉を作製:これは作製にはいたらなかった。理由は、作製した粒子が1ミクロン以下にしかならず小さすぎたためである。計画(2)オイル層にある2つのポリマーを含む乳化剤による相分離構造を持つマイクロ粒子の作製:研究実績での報告の通り、良い成果を得ている。計画(3)目的にあわせた不溶性のマイクロ粒子(直径5-50μm)作製:購入を目指したが達成できなかった。計画(4)酸化チタンのナノ粒子コーティングに成功した。計画(5)のイメージングも計画通りであった。計画(6)のイメージデータベース作成は準備段階である。まずはじめに、表面構造を持つマイクロ粒子のライブラリをいくつかの方法で設立したいと考える。(1)オイル層にある2つのポリマーを含む乳化剤による相分離構造を持つマイクロ粒子を作製する。溶媒蒸発の間に相分離が生じ、1-50μmのサイズの粒子が作られる。溶媒、乳化剤、高分子のタイプ、濃度比によってディンプル構造が作られる。耐久性のあるマイクロ粒子を作るためには、ポリカーボネートやポリスルホン、ポリアミド酸、またポリヘキシルチオフォンのような導電性高分子をスクリーニングする必要がある。(2)不溶性のマイクロ粒子(直径5-50μm)をポリアニリンパッチでコーティングし、粒子の表面を花粉の表面のように構造化する。(3)その他の機能的な表面作製の方法は、有機または無機のナノ結晶やナノ粒子で表面処理することである。手法(2)にも近いが、我々は酸化チタンのナノ結晶で多孔質ポリマーフィルムをコーティングすることに成功した。この方法でも直径5-50μmのマイクロ粒子からコーティングを始めるつもりである。(4)様々な方法(1)(3)で作製した粒子を光学顕微鏡や電子顕微鏡でイメージングする。
ベータ展開に基づくセキュアAD変換器の開発

IoT機器の普及とその応用技術の発展が期待されている中,ワイヤレス・センサを用いる情報取集システムでは,通信経路およびIoT機器の情報保護技術が重要となっている.電子回路による自動暗号化の実現を目指しているハードウェアセキュリティ技術の開発では,ベータ展開の数理理論に基づくアナログ・デジタル変換(AD変換)方式,小型AD変換回路実現手法とデジタル信号処理技術を融合したセキュアなAD変換器回路を開発する.具体的には,簡単なアナログ回路で実現可能な小型AD変換器回路を取り上げ,ソフトウェア親和性の高い非2進AD変換手法を活用する新規のセキュアなAD変換技術を開発する.IoT機器の普及とその応用技術の発展が期待されている中,ワイヤレス・センサを用いる情報取集システムでは,通信経路およびIoT機器の情報保護技術が重要となっている.電子回路による自動暗号化の実現を目指しているハードウェアセキュリティ技術の開発では,ベータ展開の数理理論に基づくアナログ・デジタル変換(AD変換)方式,小型AD変換回路実現手法とデジタル信号処理技術を融合したセキュアなAD変換器回路を開発する.具体的には,簡単なアナログ回路で実現可能な小型AD変換器回路を取り上げ,ソフトウェア親和性の高い非2進AD変換手法を活用する新規のセキュアなAD変換技術を開発する.
優しく動かしてみる一分子生理学

(1)イオンチャネルの手動開閉チャネルコンダクタンスが高く単一チャネル電流の測定が容易なBKチャネル、広く研究されており開閉が電位だけで制御されるシェーカーチャネル、などを対象として、捕捉効率の高い操作用ハンドルの導入を試みた。すでに、チャネル配列の電位センサー部に外来たんぱく質を挿入することにより、そのたんぱく質自身の存在がチャネルの開閉を制御することを示したが、このたんぱく質の位置をさらに外力で操作できれば、より明確な解釈が可能になる。そこで、この外来たんぱく質のチャネルと反対側に、アビジン結合部位を導入することを試みている。また、つい最近発表された、高効率で膜電位を計測できる蛍光プローブを、チャネルに融合させる試みも開始した。いずれも、基盤研究(S)に引き継ぐ。どちらのタイミングもすでに分かったつもりになっていたが、最近の研究により振り出しに戻った感がある。そこで、加水分解しにくいATPアナログ(蛍光性)や、解離が遅くなることが示唆されている燐酸アナログを用いて、再検討をはじめた。基盤(S)に引き継ぐ。DNAの螺旋をさらにきつく巻き上げる酵素reversegyraseにつき、酵素を助けるつもりで磁石によりDNAを巻き上げたところ、酵素はそれを戻してしまうようである。まだ予備的な結果なので、継続する。26年度が最終年度であるため、記入しない。
苛酷反応度事故時の長尺加熱流路における過渡沸騰と発生圧力に関する研究

チェルノブイリ原子炉における大事故は,大きな反応度投入により圧力管が破壊したことがその起因事象であった.しかしながら,本来,十分な強度を有する圧力管が破壊に至るような急激な加圧がどんな機構で発生し,どんな圧力挙動をしたのかについて解析的検討がなされているが,それらは未だ実験的に検証されていない.本研究では急激な熱入力の場合の過渡沸騰現象,燃料の溶融・分散挙動の観測とともに発生圧力挙動や破壊エネルギ-について,加熱・流体条件および加熱流路の束縛条件の影響を実験的に調べ,これらを基に解析コ-ドを開発することを目的とした.実験では,大容量コンデンサ-に蓄えた電気エネルギ-を燃料要素を模擬した金属棒に数msで放電,ジュ-ル加熱し,非定常沸騰時の熱伝達特性,発生圧力と機械的エネルギ-を調べた.その結果,長い流路においても単なる燃料要素が形状を保持しているかぎりはどんな急速な加熱でも破壊にいたる圧力は発生し難いことを明らかにした.これは急激な熱入力では燃料表面は加熱の初期に蒸気膜でおおわれ,熱の冷却材への流れが阻害されるためであり,この場合,発生圧力や機械的エネルギ-の極大値をあたえる最適熱入力が存在する.しかし,燃料の溶融が伴う場合には,急激な加熱ほど溶融燃料の微粒化と分散が急速に起こり,同一熱入力では溶融しない場合に比べて,1桁以上も大きな圧力と機械的エネルギ-が発生すること,更に,本実験装置の熱入力限界まで熱入力とともに増加する傾向を示した.また,発生圧力のピ-クは溶融・分散の初期に生じるために加熱部の長さは,圧力のピ-ク値にあまり関係がなかった.更に,高速度カメラによる観察を基に,溶融・分散に伴う伝熱面積の増加とこれによる非定常温度境界層の減少を考慮した表面ストレッチモデルを提案した解析モデルを開発した.今後改良の余地があるが,発生圧力挙動や発生する機械的エネルギ-について,この解析モデルの数値計算結果が実験結果を説明できることを示した.チェルノブイリ原子炉における反応度事故において、炉心の圧力管が破壊されるような急激な加圧がどんな機構で発生し、どんな圧力挙動をしたのかについて解析的検討がなされているが、これらは、未だ、実験的に検証されていない。本研究ではこの様に急激な熱入力が加えられた場合の過渡沸騰現象、燃料溶融と分散挙動の詳しい観測とともに発生圧力挙動や破壊エネルギ-について、加熱条件、流体の初期圧力や温度条件および加熱流路の束縛条件の影響を実験的に調べ、これらを基に発生圧力や破壊エネルギ-について、正しい解析コ-ドを確立することを目的としている。本年度は、大容量コンデンサ-に蓄えられた最大100KJの電気エネルギ-を、燃料要素を模擬した金属棒に放電し、10ms以下の時間でジュ-ル加熱し、燃料要素が非溶融と溶融する場合について、非定常沸騰時の熱伝達特性とともに発生圧力とそれによる機械的仕事量に対する初期系圧力の影響を調べることを目標とし、大容量非定常電源を設計・制作にかかるとともに、既存の非定常電源を利用した最大30KJまでの加熱実験を行った。その結果、模擬燃料が溶融しない場合には、核沸騰伝熱が支配的になる領域に発生圧力や機械的エネルギ-発生のピ-ク値が存在し、それ以上の加熱は過渡的に生じる膜沸騰のため返って減少する事、しかしながら、さらに熱入力が上がり模擬燃料が溶融する条件になると、発生圧力・機械的エネルギ-とも1-2桁飛躍的に増大してくることが解った。すなはち、大きな破壊エネルギ-の発生に燃料の溶融・分散が非常に重要であること等の重要な知見が得られた。今後は、現在予備試験中の新規製作の大容量非定常電源の調整完了をまって、30KJ-100KJの高熱入力下の実験を続けるとともに長尺流路における実験および観察結果を利用した解析モデルの開発を行なう。チェルノブイリ原子炉における大事故は,大きな反応度投入により圧力管が破壊したことがその起因事象であった.しかしながら,本来,十分な強度を有する圧力管が破壊に至るような急激な加圧がどんな機構で発生し,どんな圧力挙動をしたのかについて解析的検討がなされているが,それらは未だ実験的に検証されていない.本研究では急激な熱入力の場合の過渡沸騰現象,燃料の溶融・分散挙動の観測とともに発生圧力挙動や破壊エネルギ-について,加熱・流体条件および加熱流路の束縛条件の影響を実験的に調べ,これらを基に解析コ-ドを開発することを目的とした.実験では,大容量コンデンサ-に蓄えた電気エネルギ-を燃料要素を模擬した金属棒に数msで放電,ジュ-ル加熱し,非定常沸騰時の熱伝達特性,発生圧力と機械的エネルギ-を調べた.その結果,長い流路においても単なる燃料要素が形状を保持しているかぎりはどんな急速な加熱でも破壊にいたる圧力は発生し難いことを明らかにした.

これは急激な熱入力では燃料表面は加熱の初期に蒸気膜でおおわれ,熱の冷却材への流れが阻害されるためであり,この場合,発生圧力や機械的エネルギ-の極大値をあたえる最適熱入力が存在する.しかし,燃料の溶融が伴う場合には,急激な加熱ほど溶融燃料の微粒化と分散が急速に起こり,同一熱入力では溶融しない場合に比べて,1桁以上も大きな圧力と機械的エネルギ-が発生すること,更に,本実験装置の熱入力限界まで熱入力とともに増加する傾向を示した.また,発生圧力のピ-クは溶融・分散の初期に生じるために加熱部の長さは,圧力のピ-ク値にあまり関係がなかった.更に,高速度カメラによる観察を基に,溶融・分散に伴う伝熱面積の増加とこれによる非定常温度境界層の減少を考慮した表面ストレッチモデルを提案した解析モデルを開発した.今後改良の余地があるが,発生圧力挙動や発生する機械的エネルギ-について,この解析モデルの数値計算結果が実験結果を説明できることを示した.