hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
産業用計算機トモグラフィの画像再構成方法の研究

計算機トモグラフィの技術の産業応用の基礎となる画像再構成の実用計算法の研究において、データに含まれ、あるいは計算過程で混入する変動成分と再構成画像の画質との関係を解明した。とくに、最も標準的再構成法であるフィルター補正逆投影法において、各演算段階での変動成分伝播の様子を明かにすることができた。この結果、再構成計算の演算処理の線形性にもかかわらず有限精度計算では演算処理の順序の影響が明瞭に表われ、顕著な非線形性を示すことが明かとなった。これにより実際の計算で制限されたビット数を持ったA-D変換器を用いた場合の最適なアルゴリズムを得るための方針を決定できた。また、CTの産業応用で被写体の形状の多様性のためとくに問題となる不完全投影再構成において、画像の基本的性質に関する制約条件の有用性について結論を得ることができた。とくに、画像分布あるいはそのフーリエ変換関数が解析的であること、およびこれらの関数を解析的に延長してデータを形成することの正当性について明らかにするため系統的なシミュレーション計算を実行した。この結果、解析性を利用する場合において、データ精度と再構成画像の画質の関係を明らかにすることができた。一方、磁気共鳴映像法(MRI)も含め、標準的なX線CT以外で産業用において利用できる種々の形式のCTの画像再構成問題について多くの知見を得ることができた。とくに、熱中性子線を媒体とする中性子線CTに関して、定量的な画像解析を行ない、この映像形成システムに固有の諸特性を明らかにした。さらに、この中性子線CTを含め、透過型CTに一般に認められる放射線の線質硬化に基づく偽信号に対する修正方法を見出し、具体的に実際の計測システムより得られたデータに対して適用し、その有効性を確認することができた。産業用計算機トモグラフィ(CT)の実用計算に適した画像再構成アルゴリズムの研究において、デ-タの変動成分の特徴に対する再構成画像の計算精度の依存性について詳細な検討を行なった.とくに、逆投影と高域強調フィルタ-を組み合わせた現在最も標準的な方法において、演算処理の線型性にも拘らず有限精度計算では、演算処理の順序の影響が結果に表れることをシミュレ-ションにより確認することができた.この結果は、各種産業用CTにおいて、制限されたAーD変換器を用いた場合の最適化されたアルゴリズムを得るための有効な指針を与えるものと考えられる.また、産業用CTにおいてしばしば表れる不完全投影再構成問題の研究では、X線CTの場合の制限角度投影再構成問題を拡張して、磁気共鳴映像法(MRI)における超解像の問題を解析した.とくに、投影再構成方式の場合には、k空間における状況がCTの場合にそのまヽ対応するので、すでに導出したチェビシェフ関数による展開の方法が直接利用できる.この結果を用いれば、現在のハ-フスキャン方式を一層徹底したMRの高速撮像法に有効な方法を得ることが可能となる.一方、産業用CTの一つとして注目されている中性子線CTの研究においては、原子炉を線源とする実験装置により得られた実測デ-タをもとに、具体的な再構成計算を行ない、この撮像系に適した再構成方法を求めた.その結果、再構成画像の位置情報に関しては、ほヾ実用的に問題のない再構成アルゴリズムを得ることができた.しかし、濃度信号に関しては、線質硬化によるものと考えられるカッピング効果が存在するので、このための補正方法の研究を進めている.計算機トモグラフィ技術の産業応用においてとくに問題となる不完全投影再構成において多くの有効な結果を得た。この問題でとくに議論が別れるのは、被写体分布自体あるいはそのフーリェ変換を表す関数が数学的に解析的であるとする条件が本質的に解くための条件となり得るかについてである。この解析的条件と、それに基づいて関数を解析的に延長して形成されるデータを利用することの妥当性について、詳細なシミュレーション計算を実行した。

これにより、利用できるデータの精度と画像再構成された画質との関係について有効な指針を得ることができた。これについての結果は、そのまま磁気共鳴映像法における超解像の問題にも適用が可能であるばかりか、さらに再構成問題に共通な一般的な基準として種々のCTに用いることが可能なものと考えられる。とくに産業用CTでは、一般に濃度分解能に対する制約が医用の場合と比較してかなり緩和されるので、実際の使用において不完全投影を実質的に完全とするような状況が多く存在することが証明され、CT技術の産業応用において有意義な結果をもたらすものと考えられる。一方、CT技術の直接の実用的な応用においては、透過型CTで比較的共通に現れる線質硬化の現象についてその補正方法を得た。これらのCTでは多くの場合、通常の再構成法をそのまゝ適用すると、被写体中央付近部分で濃度が低下する異常な現象が認められ、この補正のための一般的方法が求められていた。こゝで得た方法では、対象の組成に関する僅かな仮定のみで、計測された投影データに対する容易な補正計算により、カッピング効果と呼ばれる線質硬化に基づく現象を殆ど除去することができる。この補正方法についても詳細な計算機シミュレーションを実行し効果を確認し、さらにX線CTおよび熱中性子線CTによる実測データに対して適用し、具体的にその有効性を証明した。
大気分子イオンの基底状態のポテンシャルの完全測定

1.はじめにこの研究では、人間にもっとも関係深いN_2とO_2分子のイオンの基底状態や励起状態の振動準位の完全な測定を目指していた。分解能が改良されれば、回転準位についての情報も得ようとしていた。また、大気中に微量ながら存在する、H_2OやCO_2などの測定も目標の1つであった。2.しきい光電子エネルギー分析装置の制作3. N_2及びO_2のしきい光電子スペクトルの測定高エネルギー加速器研究機構にあるシンクロトロン放射光を光源として、本研究で購入した、しきい光電子エネルギー分析器を用いて、N_2及びO_2について測定を行った。測定された全てのイオン状態は、これまで行われてきた研究と違って、非常に高い振動準位まで観測された。昨年度から新しく用いるようになったパルス電場法を用いて、N_2イオンの励起状態の回転準位も観測された。3.希ガス分子のしきい光電子スペクトルの測定。しきい光電子とイオンの同時計測のテストとして、希ガスの異核クラスターのしきい光電子スペクトルが測定された。その結果ArKrイオンの振動スペクトルについて解析の結果、新しい状態が見つけられた。またArXe、KrXeについても測定され、これらの分子のイオン化エネルギーが正確に求められた。4. H_2Oについたは、観測に失敗したが、CO_2については、ある程度の成果が得られた。5. N_2及びOの_2しきい光電子スペクトルについて国際学会誌に掲載する。(1)はじめに我々は長い間、しきい光電子分光法により、分子の振動準位を測定してきた。観測が難しいといわれる、フランク-コンドン領域から外れた領域で、かなりのしきい光電子の信号を得ている。何故このように、しきい光電子が得られるかはよくわかっていないが、自動電離を経由してゼロエネルギー電子がでるという説が有力である。この、フランク-コンドン領域から外れた領域でも、しきい光電子が観測できるという現象は、我々に非常に高い振動準位の観測を可能にする。たとえば、Ar_2イオンの基底状態については、ほとんど解離リミット近くまで振動準位が観測されている。この研究では、今述べた現象を利用して、人間にもっとも関係深いN_2とO_2分子のイオンの基底状態、さらにできれば励起状態の振動準位の完全な測定を目指している。。(2)N_2及びO_2のしきい光電子スペクトルの測定光源として高エネルギー加速器研究機構にあるシンクロトロン放射光と、現有のしきい光電子エネルギー分析器を用いて、N_2及びO_2について測定を行った。(3)測定したデータを用いたO_2イオンのポテンシャルの計算。R-K-R法と言う実験値に基づいたポテンシャル導出法を用いて、O_2イオンのポテンシャルを求めた。実験結果及び計算結果は、国際会議及び論文で発表された。(4)しきい光電子エネルギー分析器の製作高分解能で光電子のエネルギーを分解できる装置を試作した。現在調整中である。(1)はじめにこの研究では、平成9年度以来、しきい光電子分光法により、人間にもっとも関係深いNと0_2分子のイオンの基底状態、さらにできれば励起状態の振動準位の完全な測定を目指している。また、大気中に微量ながら存在する、H_20やCO_2などの測定も目標の1つである。(2) N_2及びO_2のしきい光電子スペクトルの測定光源として高エネルギー加速器研究機構にあるシンクロトロン放射光と、本研究で購入した、しきい光電子エネルギー分析器を用いて、N_2及びO_2について測定を行った。

R-K-R法と言う実験値に基づいたポテンシャル導出法を用いて、O_2イオンのポテンシャルエネルギー曲線を求めた。(4)しきい光電子とイオンの同時計測のテストとして、希ガスの異核クラスターのしきい光電子スペクトルが測定された。その結果ArKrイオンについて新しく見つけられた状態への遷移で得られる振動スペクトルが得られた。(5) H_2OやCO_2などの測定も計画している。(1)はじめにこの研究では、人間にもっとも関係深いN_2とO_2分子のイオンの基底状態や励起状態の振動準位の完全な測定を目指している。分解能が改良されれば、回転準位についての情報も得ようとしている。また、大気中に微量ながら存在する、H_2OやCO_2などの測定も目標の1つである。(2)N_2及びO_2のしきい光電子スペクトルの測定高エネルギー加速器研究機構にあるシンクロトロン放射光を光源として、本研究で購入した、しきい光電子エネルギー分析器を用いて、N_2及びO_2について測定を行った。測定された全てのイオン状態は、これまで行われてきた研究と違って、非常に高い振動準位まで観測された。今年度から新しく用いるようになったパルス電場法を用いて、N_2の回転準位も観測された。(3)希ガス分子のしきい光電子スペクトルの測定。しきい光電子とイオンの同時計測のテストとして、希ガスの異核クラスターのしきい光電子スペクトルが測定された。その結果ArKrイオンの振動スペクトルについて解析の結果、新しい状態が見つけられた。またArXe、KrXeについても測定され、これらの分子のイオン化エネルギーが正確に求められた。(4〉3原子分子であるCO_2のしきい光電子スペクトルの測定。CO_2のしきい光電子スペクトルが測定され、多数の新しい振動準位が見つけられた。1.はじめにこの研究では、人間にもっとも関係深いN_2とO_2分子のイオンの基底状態や励起状態の振動準位の完全な測定を目指していた。分解能が改良されれば、回転準位についての情報も得ようとしていた。また、大気中に微量ながら存在する、H_2OやCO_2などの測定も目標の1つであった。2.N_2及びO_2のしきい光電子スペクトルの測定高エネルギー加速器研究機構にあるシンクロトロン放射光を光源として、本研究で購入した、しきい光電子エネルギー分析器を用いて、N_2及びO_2について測定を行った。昨年度から新しく用いるようになったパルス電場法を用いて、N_2イオンの励起状態の回転準位も観測された。3.希ガス分子のしきい光電子スペクトルの測定。4.H_2Oについたは、観測に失敗したが、CO_2については、ある程度の成果が得られた。
革新的中堅中小企業の新製品開発活動とその成果についての研究

1.新製品開発成果を規定する要因についての研究は、カナダのNewProd Project、サセックス大学のProject SAPPHO等の研究が有名である。論者により区々であるが、市場要因、技術(資源)要因、競争要因、プロセス要因の4つに集約できる。これらの研究をレビューするとともに、新製品開発の成果を規定する要因について考察できた。2.中国地域の製造企業と販売企業を対象としたアンケート調査のデータを利用して、ベンチャー企業を含む中堅中小企業の製品開発やマーケティングの問題を明らかにした。一般に、ベンチャー企業等の製品は商品の事前評価や市場調査に問題があり、商品としての完成度が低い。限られた経営資源の中で、製品開発をどのように進めていけばよいのかについて、明確な指針を持っていない企業が多い。中には優れた技術シーズをもっているにもかかわらず、製品化プロセスや販売面での問題のために、それが生かされていないケースが多く見られる。3.技術革新が進むなかでの新製品開発は、市場ニーズはもちろんのこと技術的条件をも満たさなければならない。製品開発の成果は能率と有効性の二つの次元からアプローチすることができる。能率は開発スピードやコスト節約を意味し、有効性は製品と市場ニーズのフィットないし適合である。開発された新製品は、この二つが満たされて初めてマーケッタビリティを得ることになる。4.激しい競争の中で、開発される製品は製品コンセプトを明確にし、競争優位を持たなければならない。こうした視点から、製品戦略の形態としての製品差別化と市場細分化、および計画的陳腐化やモデルチェンジ問題が理論と実証の両面から明らかにされた。今年度は企業の新製品開発活動の実態と成果についての理論的な考察を行うとともに、中堅中小企業を含む現代企業の製品開発の実態を把握すべく、トヨタ自動車やマツダ等の大企業や中小企業を含む数社の企業、および中小企業庁調査室などへのヒアリング調査を実施した。また、特にベンチャー企業を含む中堅中小企業の製品開発およびマーケティング問題の実態を明らかにするために、中国地域のベンチャー・中小企業を対象にしたアンケート調査を用いて詳しく分析した。今年度の研究調査、およびそれによって得られた主な知見は次のようなものであった。(1)中堅中小企業の新製品開発活動とその成果は、現代企業一般に共通する面と中小企業に固有の側面の2つに規定される。(2)製品戦略としての製品差別化と市場細分化の意義について考察し、2つの活動が現代中小企業にとっても大企業と同様に重要であることを明らかにした。(3)製品差別化と市場細分化は製品差異の意識的創造として捉えられるが、それは単に製品を操作するだけではなく、市場への積極的な働きかけを不可避とする。(4)成熟市場における計画的陳腐化やモデルチェンジの性格を明らかにし、現代製品開発行動への含意について言及した。(5)特にベンチャーを含む中小企業の場合、マーケティング遂行能力が弱く、それが製品開発の成果に大きく影響している。(5)多様なベンチャー支援策が講じられているが、ベンチャー企業育成のためには適切なマーケティング支援の方策が必要である。これらの研究成果の一部は学会雑誌に掲載するとともに、日本商品学会関西・中四国・九州3部会合同研究大会などで報告した。新製品開発活動、およびその成果の規定因についての内外の諸研究のレビュー、ベンチャー企業を含む中堅中小企業へのアンケート調査のデータを使っての分析、および主に中堅中小企業へのヒアリング調査等を通して、標記の課題についての研究を進めてきた。1.R.G.CooperらのProject NewProdやR.RothwellらのProject SAPPHOの研究、およびC.M.Crawfordなどの新製品開発成果の規定因についての研究をレビューし、新製品の成功/失敗を規定する要因について概念的な考察を行った。2.中国地域の製造企業と販売企業を対象としたアンケート調査のデータを利用して、ベンチャー企業を含む中堅中小企業の製品開発やマーケティング上の問題について明らかにした。

販売企業の評価によれば、ベンチャー企業等の製品は一般に商品の事前評価や市場調査に問題があり、商品としての完成度が低いようである。ベンチャーや中小メーカーの側でもこのことはある程度認識されてはいるものの、限られた経営資源の中で、製品開発をどのように進めていけばよいかについて、明確な指針や方針を持っていない企業が多い。特に技術志向的企業のなかには、良質な技術資源をもっているにもかかわらず、製品化プロセスや販売面で問題を抱え、良質の技術シーズが販売の実現にまで至らないケースが多く見られる。3.新製品開発活動およびその成果に関連させながら、製品差別化や市場細分化、計画的陳腐化やモデルチェンジ、および技術革新と新製品開発について、理論と実証の両面から研究を行い、研究成果の一部を既に学会等で報告してきた。
超高層建築の大規模改修技術及び解体技術に関する研究

今年度は、研究計画に基づいて、以下の項目について研究・調査を行った。1.アメリカにおける超高層ビルの改修事例の分析昨年度、超高層ビルの改修において先進的な事例を多数有するアメリカ現地において、工事記録等資料の収集、工事現場の調査、及び関連する主体への聞き取りを行ったが、本年度はこの詳細な分析と補足調査を行った。2.超高層ビルの解体事例の収集超高層ビルの解体に関しては資料の収集を行うとともに超高層建築を実際に解体した業者にヒアリングを行った。咋年度のアメリカ現地調査において入手できた超高層・建築の解体技術に関する資料とともに、これらについて詳細に分析を行った。3.超高履ビル改修の体系的な分析1.及び2.で得られた情報の整理及び分析を行い、現在までに改修が行われてきた事例を基に超高層ビルの改修方法の技術的及び経済的な評価方法に関して体系的な枠組みの提案を行った。今年度は研究計画に基づいて超高層ビルの改修事例に関して、雑誌検索により国内外の事例収集を行うとともに、国内調査およびアメリカ・ニューヨークにおける現地調査によって工事主体等からの聞き取り調査を行った。またアメリカの現地調査においては、来年度以降の研究課題となる超高層ビルの解体技術に関しても解体事例に関する資料を収集することができた。現在は改修事例を中心に資料の整理・分析および聞き取り調査のまとめを進めつつあるが、その中で、彼我の建築生産を取り巻く諸要因が超高層ビルをどの様に利用していくかについて大きな影響を与えており、それがひいては超高層ビルの大規模改修にも影響を与えていることが判明しつつある。その諸要因としては、建築物自体、建設業態、不動産の投資及び運用、建築士制度、建築関連諸法、などを挙げることができる。また超高層建築の解体については、収集事例の分析を通して建築物解体決定の経済的側面からの判断について分析しつつある。来年度に向けては、現在までに収集した資料を更に読み込むことで超高層建築の改修に関して一層の分析を進めるとともに不足する資料の収集を行い、超高層ビルの解体に関しては資料の更なる収集を行うとともに超高層建築を実際に解体した業者にヒアリングを行う予定である。年度末にはこれらの知見を元に、超高層ビルを長期ストックとして活用していくための指針を示し得ると考えている。
管内波動の長距離非線形伝播における圧力変動現象の解明と予測

前年度までの成果を踏まえ,数値解析コードFluent18.1を用いて,伝播する圧力波の背後に発達する非定常境界層の特性や圧力波に及ぼす非定常境界層の影響を解析した.前年度得た実験値と今回の数値解析では,すべての条件で実験値の方が距離減衰が大きくなっている.また,すべての条件において管内を圧力波が伝播するにしたがって波面の最大圧力勾配が大きくなっており,伝播するにつれて圧力波波面が切り立っていることが確認できた.数値計算では管壁付近において実験値より密度差が大きくなるが,その傾向は伝播する弱い衝撃波の背後の非定常境界層理論と比較することにより境界層の状態を確認できた.非定常境界層における遷移開始時間の遷移レイノルズ数と遷移終了時間の遷移レイノルズ数が共に実験値とほぼ一致した傾向を示していることが分かった.波動伝播管の破膜装置を改良し,断面積一定の管内に波面の違う弱い衝撃波を発生させ,長い管内を伝播する衝撃波の伝播特性の違いについて解析した.その結果,初期波面の違いにより波面の変形に変化が生じ,すなわち,初期衝撃波強さが大きいほど,距離に対する衝撃波の距離減衰は小さくなるが,初期波形に衝撃波部分の後方に圧縮波が存在する場合,同程度の初期衝撃波強さであっても圧縮波が存在する衝撃波のほうが減衰は小さくなる.初期衝撃波強さが強いほど衝撃波の消滅距離は長くなるが,初期波形の衝撃波部分の後方に圧縮波が存在する場合,同程度の初期衝撃波強さであっても圧縮波が存在する衝撃波のほうが消滅距離は長くなる.圧縮波を考慮して初期衝撃波強さを定義することで,ステップ状の衝撃波と同様の傾向を示すことが分かった.本研究では、極めて長い管路内を伝播する圧力波の非線形伝播特性、特に圧力波の波面の圧力変動現象に及ぼす初期圧力波の強さなどの波面構造の影響を明らかにする。今年度の研究成果は以下の通りである。1.現有の波動シミュレーターの圧縮波発生用を用いて広い範囲の初期圧縮波および衝撃波(初期強さ2.58kPa36.5kPa)が安定的に発生できるように改良制作する。すなわち、圧力波発生用急速開口弁の開口弁加速度、開口時間び開口弁前後の圧力比などの実験条件を変化させ圧縮波を発生する実験を行い、初期条件としての任意の強さの圧縮波波形に関する基礎的資料を得た。2.極めて長い管路内を伝播する圧力波の距離減衰・非線形特性を解明するために、本研究室で開発してきた波動シミュレーターを、二種類のスケールモデル実験装置(断面56×56mmの矩形断面管路の長さ(73m)と内径の比が1000以上)、(内径16mmの円形断面の長さ(100m)と内径の比が5000以上)に改良・作成した。特に、矩形断面管路では本研究室で開発したレーザー差動干渉計を、矩形断面管路に適用できるように設定した。3.長い管路内を非線形伝播する圧縮波の減衰と変形を測定し、衝撃波が発生すると距離減衰が影響を受けることを実験的に示した。非定常境界層内の密度プロファイルが層流から乱流へ遷移するときに現れる密度上昇領域を、レーザー差動干渉計によって検出することができた。境界層の遷移開始時間と圧力波形の減衰開始の時間を関係により、非定常境界層の遷移が圧力波形に影響を与えているということが確認できた。波面の圧力変動現象すなわち圧力のオーバーシュートにおける圧力損失が圧力波強さに占める割合は、初期圧力波が強くなるほど大きくなるがさらに強くなるとほぼ一定値になることがわかった。ほば予定通りに研究が進んでいる。前年度までの成果を踏まえ,本研究室で開発したレーザー差動干渉計および波動伝播管を用い、極めて長い管路内を非線形伝播する圧力波の特性、特に圧力波の背後の圧力変動現象に対する圧力波背後の非定常境界層流れの層流・乱流遷移の影響を明らかにする.今年度の研究成果は以下の通りである.長い管路内における圧力波の伝播特性について,長距離を伝播する圧力波に対して,伝播による圧力の減衰や非線形効果による波面の変形が確認できた.レーザー差動干渉計で管壁高さ方向に測定位置を変えて密度変動を測定することにより,主流との密度差を測定できた.実験結果で得られた密度波形や圧力波形から管壁高さ方向の密度プロファイルや遷移レイノルズ数変化を取得できた.これらを理論値と比較することにより,非定常境界層内の特性が得られた.また,ワークステーションを用いて,圧力波背後に発達する非定常境界層の波面への影響などの数値解析を行い,実験値との比較を行った.弱い衝撃波の長い管路内における伝播特性について,管路内において,弱い衝撃波とその背後にある圧力波は非線形変形しながら伝播する.

初期衝撃波強さが強くなるほど,衝撃波が消滅する距離が長くなる.衝撃波の消滅距離を計算する実験式を示し,管内を伝播する衝撃波の減衰係数は初期衝撃波強さが強くなるほど小さくなる.伝播する圧力波の減衰係数は,衝撃波とは逆に初期衝撃波強さが強くなるほど大きくなる.今年度は,本研究室で開発したレーザー差動干渉計および波動伝播管を用い、極めて長い管路内を非線形伝播する圧力波の特性、特に圧力波の背後の圧力変動現象に対する圧力波背後の非定常境界層流れの層流・乱流遷移の影響を明らかにでき,おおむね,研究は順調に進展している.前年度までの成果を踏まえ,数値解析コードFluent18.1を用いて,伝播する圧力波の背後に発達する非定常境界層の特性や圧力波に及ぼす非定常境界層の影響を解析した.前年度得た実験値と今回の数値解析では,すべての条件で実験値の方が距離減衰が大きくなっている.また,すべての条件において管内を圧力波が伝播するにしたがって波面の最大圧力勾配が大きくなっており,伝播するにつれて圧力波波面が切り立っていることが確認できた.数値計算では管壁付近において実験値より密度差が大きくなるが,その傾向は伝播する弱い衝撃波の背後の非定常境界層理論と比較することにより境界層の状態を確認できた.非定常境界層における遷移開始時間の遷移レイノルズ数と遷移終了時間の遷移レイノルズ数が共に実験値とほぼ一致した傾向を示していることが分かった.波動伝播管の破膜装置を改良し,断面積一定の管内に波面の違う弱い衝撃波を発生させ,長い管内を伝播する衝撃波の伝播特性の違いについて解析した.その結果,初期波面の違いにより波面の変形に変化が生じ,すなわち,初期衝撃波強さが大きいほど,距離に対する衝撃波の距離減衰は小さくなるが,初期波形に衝撃波部分の後方に圧縮波が存在する場合,同程度の初期衝撃波強さであっても圧縮波が存在する衝撃波のほうが減衰は小さくなる.初期衝撃波強さが強いほど衝撃波の消滅距離は長くなるが,初期波形の衝撃波部分の後方に圧縮波が存在する場合,同程度の初期衝撃波強さであっても圧縮波が存在する衝撃波のほうが消滅距離は長くなる.圧縮波を考慮して初期衝撃波強さを定義することで,ステップ状の衝撃波と同様の傾向を示すことが分かった.前年度までの成果を踏まえ、本研究室で開発したレーザー差動干渉計を用い、極めて長い管路内を伝播する圧力波の波動伝播、特に圧力波の背後の圧力変動現象に対する圧力波背後の非定常境界層流れの層流・乱流遷移の影響を明らかにする。1.前年度設置した波動シミュレーターの波動伝播管(矩形管、断面56×56mm)を用い、レーザー差動干渉計により伝播圧縮波背後に発達する非定常境界層流れの密度変化を測定できるよう準備する。すなわち、境界層内の密度測定をするため、測定ビームの径を境界層厚さの1/10以下の<200μmとする。実験では、境界層内の密度測定をするとともに、圧縮波の背後の圧力変動をスコープコーダ(横河電機(株)、16ch)で記録測定する。2.レーザー差動干渉計による非定常の密度測定から、管内の非定常境界層流れの層流・乱流遷移現象を明らかにするためにFFT分析器(リオン(株)、2ch)を用いて密度変動のパワースペクトル解析を行う。さらに、壁面からの測定位置を変更して、背後に発達する非定常境界の助走部における、境界層の層流・乱流遷移を測定する3.弱い衝撃波を用いて管径の6000倍の長距離距離を伝播させ、圧力波の非線形伝播特性を詳細に測定するために、多数の圧力変換器を用いて測定する。それを元に波面背後の流れ場の数値解析も行い、圧力変動に及ぼすパラメータを明らかにする。前年度までの成果を踏まえ,平成30年度は、まずワークステーションを用いて,圧力波の非線形効果,壁面の定常・非定常摩擦,壁面の熱伝達及び壁面の構造を考慮した数値解析を行う.特に,極めて長い管路に適用できるように計算コードを改良する.極めて長い管路内を伝播する圧力波の波動伝播,特に圧力波の背後の圧力変動現象に対する圧力波背後の非定常境界層流れの層流・乱流遷移現象の影響を考慮した数値解析を行う.
可視光により促進される有機ヘテロ二核錯体上での還元的脱離反応に関する研究

種々のジメチルアリール白金ーマンガン二核錯体(4,4'-R2bpy)Me2(p-XC6H4)Pt-Mn(CO)5において、白金上での還元的脱離により選択的にメチルマンガン錯体とメチルアリール白金錯体が生成した。この反応は可視光により促進され、これらの錯体におけるマンガンアニオン由来のHOMOからLUMOであるビピリジン上のπ*軌道への電子遷移に対応する極大吸収波長付近の可視光を照射した場合に最も反応が促進された。このことは、この反応が二核錯体のHOMOからLUMOへの分子内1電子遷移により生成した励起種を経て進行していることを強く示唆するものである。ビピリジン環上の4,4'位およびアリール基上のパラ位に電子供与性または求引性置換基を導入した錯体の白金上での還元的脱離反応における可視光促進効果について検討した。ビピリジン環上の4,4'位およびアリール基上パラ位に電子供与性または求引性の置換基を導入した種々の二核錯体を対応する単核錯白金ニトラト錯体とマンガンアニオン錯体とのメタセシス反応により合成した白金ーマンガン二核錯体において、白金上での還元的脱離反応により選択的にメチルマンガン錯体とメチルアリール白金錯体が生成した。この還元的脱離反応に関する速度論的手法による反応機構の検討を行った。ジメチルアリール白金ーマンガン二核錯体の還元的脱離の反応速度への錯体濃度の影響や配位子および金属アニオンの添加効果に加えて、溶媒効果について検討した。光照射条件下において、ビピリジン配位子およびマンガンアニオン[PPN][Mn(CO)5]の添加効果は観測されず、また、顕著な溶媒効果も観測されなかったことから、白金ーマンガン結合のイオン的な乖離やビピリジン配位子の乖離を経ずに本還元的脱離反応は進行すると考えられ、また、フリーラジカル禁止剤の添加効果もなかったことから白金ーメチル結合のホモリティックな切断によるフリーラジカルの生成を伴った機構でもないと考えられる。現在のところ、分子内一電子遷移により進行する機構、すなわち、可視光の照射によって、マンガンアニオン由来の軌道からビピリジンのπ*軌道への分子内一電子遷移がおこり、マンガン1価カチオンとビピリジンラジカルアニオンが生成し、反応が進行すると考えられる。過年度、(4,4'-ジ-tert-ブチルビピリジン)ジメチルフェニル白金-マンガン錯体(4,4'-tBu2bpy)Me2PhPt-Mn(CO)5の白金上での還元的脱離反応が、可視光照射により促進されることを見出している。本年度は、ビピリジン環上の4,4'位およびアリール基上パラ位に電子供与性または求引性の置換基を導入した錯体を合成し、その白金上での還元的脱離反応における可視光促進効果について検討した。ビピリジン環上の4,4'位およびアリール基上パラ位に電子供与性または求引性の置換基を導入した種々の二核錯体を対応する単核白金ニトラト錯体とマンガンアニオン錯体とのメタセシス反応により合成した(収率6386%)。DFT計算により、これら二核錯体のHOMOおよびLUMOはそれぞれ、白金-マンガン結合上および置換ビピリジン環上に分布しており、極大吸収波長の吸収はHOMO-LUMO間の電子遷移によるものと考えられる。合成したいずれの二核錯体においても、白金上での還元的脱離反応により選択的にメチルマンガン錯体とメチルアリール白金錯体が生成した。この還元的脱離反応は可視光により促進され、極大吸収波長に最も近い波長の可視光を照射した場合に、最も促進された。これらの結果は、可視光照射下でのメチル基移動反応は、二核錯体のHOMOである白金-マンガン結合からLUMOである置換ビピリジンへの電子遷移により生成する励起種を経て進行していることを強く示唆するものである。種々の置換ビピリジンを配位子とするジメチルアリール白金ーマンガン二核錯体(4,4'-R2bpy)Me2(p-XC6H4)Pt-Mn(CO)5 (R = tBu, X = H (1a), OMe (1b), F (1c); R = OMe, X = H (2a); R = CO2Me, X = H (3a))の可視光照射下でのメチル基移動反応における量子収率を求めた。これらの錯体のHOMOである白金-マンガン結合間からLUMOであるビピリジン上のπ*への電子遷移に対応する極大吸収波長付近の可視光を照射した場合にメチル基移動反応が最も促進される。

そこで、各錯体に関して極大吸収波長付近の可視光、すなわち、3aについては650 nm、それ以外の錯体については530 nmの可視光の照射下で反応を行い、量子収率を求めた。その結果、ビピリジン環上の置換基やアリール基上の置換基による量子収率への影響はほとんどないことが明らかとなった。これらの結果は、二核錯体の光反応において、メチル基移動反応の律速段階が、光により生成する励起種からの有機基移動段階ではなく、励起種を生成する吸光段階であることを示唆する結果であると考えられる。一方、トリメチル白金-マンガン二核錯体は、ジメチルフェニル白金-マンガン二核錯体と同等の極大吸収波長をもつにもかかわらず可視光照射によるメチル基移動反応が促進効果は観測されなかった。これらの結果により可視光照射下でのメチル基移動反応は、二核錯体のHOMOである白金-マンガン結合からLUMOである置換ビピリジンへの電子遷移により生成する励起種を経て進行し、白金中心がより酸化されている状態が必要であると考えられる。有機金属化学、有機化学本研究では、可視光照射下での種々のトリオルガノ白金ー異種金属二核錯体における白金上での還元的脱離反応を検討し、可視光による還元的脱離の促進効果の発現メカニズムを明らかにするとともに、本反応における可視光による促進効果の一般性を検討することを目的としている。昨年度は、ビピリジン環上の4,4'位およびアリール基上のパラ位に電子供与性または求引性置換基を導入した種々のトリオルガノ白金ーマンガン二核錯体を合成し、白金上での還元的脱離に対する可視光による促進効果における白金上の配位子や有機基の影響を明らかにした。その結果、可視光照射下でのメチル基移動反応は、二核錯体のHOMOであるマンガンアニオン由来の軌道からLUMOである置換ビピリジンへの電子遷移により生成する励起種を経て進行していることを強く示唆する結果を得た。さらに、本年度は、速度論的手法による反応機構の解明を行った。以上のように、研究は本年度までおおむね計画どおりに順調に進展していると考えられる。本研究では、可視光照射下で種々のトリオルガノ白金ー異種金属二核錯体における白金上での還元的脱離反応を検討し、可視光による還元的脱離の促進効果の発現メカニズムを明らかにするとともに、この還元的脱離反応における可視光による促進効果の一般性を検討するを目的としている。本年度は、種々のトリオルガノ白金ー異種金属二核錯体を合成し、その白金上での還元的脱離における可視光による促進効果に対する白金上の配位子や有機基の影響を明らかにすることを目標に研究を行った。その結果、本年度は、ビピリジン環上の4,4'位およびアリール基上パラ位に電子供与性または求引性の置換基を導入した錯体を合成し、その白金上での還元的脱離反応における可視光促進効果について検討し、可視光照射下でのメチル基移動反応は、二核錯体のHOMOである白金-マンガン結合からLUMOである置換ビピリジンへの電子遷移により生成する励起種を経て進行していることを強く示唆する結果を得ており、ほぼ計画通りに研究が進んだと考えられる。今後は、速度論的手法に加え、理論化学的手法による還元的脱離の反応機構の解明を行う。予備的な理論化学的な検討から、ビピリジン配位子を有するジメチルフェニル白金ーマンガン錯体における可視光による促進効果は、マンガンアニオン由来のHOMO結合軌道の電子がLUMOであるビピリジンのπ*軌道に分子内1電子遷移により、還元的脱離が促進されると推測しているが、電子遷移により生じる励起状態に加え、遷移状態を理論化学的手法により明らかとすることで、可視光促進効果の発現メカニズムを理論的に明らかにする。
新型コレラ菌0139Bengalのワクチン開発研究

新型コレラ菌のo139ベンガルは1992年に出現し、1993年には、インド亜大陸においてはo1型コレラ菌が全く分離されなくなった。ところが1993年後半から再びo1型コレラ菌が分離され始め、19941995年には、o1型コレラ菌によるコレラが新型o139によるコレラよりはるかに多くなった。1996年後半に至って、再びo139型コレラ菌によるコレラが流行の兆しを見せはじめている。インドにおけるコレラの流行の追跡は、ワクチン開発のための重要な情報をもたらし、特に分離菌の遺伝学的解析は、有効な防禦抗原の同定に必須である。以下に成果の概要を列記する。1.o139コレラ菌の流行前と後の各々のo1コレラ菌とo139コレラ菌のRFLPをパルスフィールドゲル電気泳動を用いて解析した結果o139コレラ菌流行後のo1コレラ菌は、o139コレラ菌流行前のo1コレラ菌とは異なり、どちらかといえばo139コレラ菌と似たRFLPを示した。2.o1抗原合成に関わっている約20KbのSacI断片と25の部分に分けてPCRによってo1特異プローブを作成し、o139コレラ菌との反応性を調べた。その結果rfaD領域とrfbP&Q,rfbR and rfbSの領域は、o1コレラ菌のみならずo139コレラ菌にも存在していた。3.o139コレラ菌のo抗原の合成に関与していると思われる約9KbのHind III-Kpn I断片をクローニングし、そのDNA断片から9つのDNAプローブを作成し、o1コレラ菌からo155コレラ菌に対する反応性を調べた。その結果、全体としてo139コレラ菌に特異的であったが、その中の約2,5Kbは、o22コレラ菌とも反応した。4.この9KbのHind III-Kpn I断片の一部の塩基配列を解析した結果、Salmonella typhimuriumやPseudomonas aeruginosaのLPS合成に関与しているといわれているmannose-6-phosphate isomeraseと相同性を示すORF1つが見つかった。残りの領域は現在解析中である。5.o139特異抗原の合成に関与していると思われる全遺伝子領域を得るために、コスミドベクターを用いて約30-42Kbの断片のクローニングを試みた。その結果rfaD領域、rfbQRS領域とHind III-Kpn I断片の左端のプローブとは反応するが、その右端とは反応しないクローンを1つ、rfaD領域のプローブとは反応しないが、rfbQRS領域とHind III-Kpn I断片の左端と右端のプローブと反応するクローン1つを得た。6.両クローンのインサートDNAのサイズは、約40Kbであった。両クローンのインサートDNAを種々の制限酵素で切断し、pBluescriptSKII(+)にサブクローニングし、現在その塩基配列を解析中である。5.o139

特異抗原の合成に関与していると思われる全遺伝子領域を得るために、コスミドベクターを用いて約30-42Kbの断片のクローニングを試みた。その結果rfaD領域、rfbQRS領域とHind III-Kpn I断片の左端のプローブとは反応するが、その右端とは反応しないクローンを1つ、rfaD領域のプローブとは反応しないが、rfbQRS領域とHind III-Kpn I断片の左端と右端のプローブと反応するクローン1つを得た。6.両クローンのインサートDNAのサイズは、約40Kbであった。両クローンのインサートDNAを種々の制限酵素で切断し、pBluescriptSKII(+)にサブクローニングし、現在その塩基配列を解析中である。1992年10月に出現した新しいコレラ菌O139ベンガル型は、またたく間にインド亜大陸に広がり、近隣諸国へも広がった。カルカッタ市立伝染病院では、1993年の前半、入院コレラ患者からO1型菌が全く分離されなかった。しかしながら、その後1993年末頃から、再びO1型菌が分離されるようになり、1994年1995年では、コレラ患者から分離されるコレラ菌のうち、1020%がO139ベンガル型である。O139ベンガル型菌のワクチン開発のために、まず、コレラ毒素、ZOT,ACE,HLYなどの各種下痢原因毒素遺伝子を持たないO139ベンガル型菌を野性株のなかから探すことと、上述の抗原変換がいかなる機構で起こるかを明らかにする必要がある。まず無毒株の探索については、患者由来の176株のO139ベンガル型菌について調べたが、すべての菌株がコレラ毒素、ZOT,ACE,HLYのすべての毒素遺伝子を保有していた。次いで抗原変換については、まずO1およびO139抗原合成に特異的な遺伝子領域を明らかにし、それぞれのプローブを2030種ずつ作成した。さらにバルスフィールドゲル電気泳動によって、O139型菌流行以前のO1型菌に、RFLPが類似の菌株が存在しないかどうかを調べたが見つけることはできなかった。ところが、1993年後半から流行しはじめたO1型菌のRFLPは、O139流行以前のO1型菌のRFLPとは全く異なり、むしろO139型菌のRFLPと類似していた。このことは、1993年後半から流行しているO1型菌は、以前のO1型菌が再流行したのではなく、O139型菌から抗原変換したO1型菌であることを示唆しており、ワクチン開発菌株の選定とワクチン開発そのものに重要な情報を提供した。新型コレラ菌のO139ベンガルは1992年に出現し、1993年には、インド亜大陸においてはO1型コレラ菌が全く分離されなくなった。ところが1993年後半から再びO1型コレラ菌が分離され始め、19941995年には、O1型コレラ菌によるコレラが新型O139によるコレラよりはるかに多くなった。1996年後半に至って、再びO139型コレラ菌によるコレラが流行の兆しを見せはじめている。本研究ではワクチン開発のための重要な情報をもたらす、インドにおけるコレラの流行の追跡を行うとともに、分離菌の遺伝学的解析を行い、以下の成果を得た。1.O139コレラ菌の流行前と後の各々のO1コレラ菌とO139コレラ菌のRELPをパルスフィールドゲル電気泳動を用いて解析した結果O139コレラ菌流行後のO1コレラ菌は、O139コレラ菌流行前のO1コレラ菌とは異なり、どちらかといえばO139コレラ菌と似たRELPを示した。2.O139コレラ菌のO抗原の合成に関与している遺伝子I断片をクローニングした。現在その塩基配列を解析中である。
溶融塩中で耐食機能を発現する表面酸化物薄膜に関する研究

酸化物イオンを含む溶融塩化物中でのニッケルの表面に生成する耐食性表面酸化物薄膜の役割について、電気化学測定法や表面分析を行って調べた。その結果、いわゆるactive-passive型の不働態化の起きる電位より卑な電位で、酸化物薄膜を生成するアンダーポテンシャル不働態化現象(Undcrpotcntial Passivation=UPP)を見いだし、また、この酸化物薄膜の成長に関して、電気化学手法を用いて、その挙動を明らかにした。まず、酸化物薄膜の成長は、電位によって大きく変化する事が分かった。具体的には、電位領域0-0.2Vでは、アモルファス酸化物薄膜の成長が先行するが、後に多結晶の薄膜が成長することが明らかになった。また、電位領域0.2-0.3Vでは主にアモルファス酸化物が成長し、多結晶や不定比酸化物薄膜は生成しにくくなることが明らかになった。この電位領域では、酸化物薄膜は最も成長しにくく耐食性を持った酸化物薄膜の成長が期待できる。さらに、0.3-0.6Vでは、アモルファス酸化物の成長が先行するが、不定比酸化物薄膜の成長が、電位を貴にする程、促進されることが分かった。さらに、アンダーポテンシャル不働態酸化物薄膜の塩化物イオン破壊による孔食生成について調べた結果、孔食臨界電位が存在し、それを越えて貴な電位にした場合には激しい孔食を引き起こすことが明らかになった。
半導体・磁性体複合構造を用いた非相反磁気光学デバイス及び集積化の研究

前年度までに、TEモード半導体能動導波路光アイソレータの実証に世界で初めて成功した。本研究の導波路光アイソレータの課題の一つは偏波無依存動作である。半導体レーザとのモノリシック集積素子を実現するためには、通常の半導体レーザの偏波であるTEモードだけでなく、TMモードに対しても光アイソレータ動作を実現する必要がある。TMモード導波路光アイソレータでは、磁気光学効果をもたらす強磁性金属を半導体光増幅器の電極としても用いる。原理提案された当初、強磁性金属電極としてFeなどの一般的な強磁性金属が想定されていた。これらは一般に真空蒸着法等で製膜され、多結晶である。しかし、これらの強磁性金属とInGaAsPなどの化合物半導体で低コンタクト抵抗を実現するのは必ずしも容易ではない。磁気光学効果の大きいFeとp型InGaAsP界面では通常はショットキー接合が形成される。低コンタクト抵抗実現のために熱処理を施すと、非強磁性複合化合物が形成されるなど、電極/半導体界面が熱力学的に不安定、かつ、磁気光学性能が劣化する。そこで強磁性金属として、分子線エピタキシャル成長法によって製膜可能な単結晶強磁性金属のMnAsを用いた。MnAsはGaAs基板上に原子レベルで平坦で、界面が熱力学的に安定なエピタキシャル薄膜を製膜できることが確立されている。本年度はInP基板上のTMモード半導体増幅器上にMnAs単結晶強磁性金属電極を分子線エピタキシャル成長法によって製膜することに成功し、低コンタクト抵抗を実現した。導波路光アイソレータに加工した素子で、波長1540nmにおいて9.8dB/mmの光アイソレーションを実現した。これらの特性はNi/Fe多結晶電極を用いた場合と比較して優れており、単結晶強磁性金属MnAsの電気的・熱力学的・磁気光学的特性と化合物半導体の光増幅特性を適切に組み合わせて得られた成果である。小型で低コストな光素子を目指して、これまで光変調器等、様々な光デバイスと半導体レーザとの集積化デバイスが実現されてきたが、光アイソレータは材料に整合性がないため、集積化は困難とされてきた。導波路型光アイソレータは端面発光型半導体レーザとのモノリシック集積化が可能になることから、その実現が強く望まれている。また導波路型の非相反素子の実現は半導体光素子の縦続接続を可能にし、高機能な光集積回路の実現を可能にする。非相反損失変化型の導波路型光アイソレータは、半導体光増幅器に強磁性金属を蒸着するだけという簡易なデバイス構成ですみ、これまで理論的に提案されてきたが、実証例はなかった。我々はInGaAsP半導体光増幅器をハイメサ導波路に加工し、側壁にFe薄膜を蒸着することにより、多くの光通信用半導体レーザが動作するTEモード(波長1530-1560nm)に対して14.7dB/mmの非相反損失効果を観測することに世界で初めて成功した。この値は例えば30dBの消光比をもつ光アイソレータを作製する場合に2mmのデバイス長ですむことに相当する。また、本導波路型光アイソレータは従来の光アイソレータで必要であった2つの偏光子を必要としない。これにより従来困難であった、半導体レーザと光アイソレータの集積化が可能になると考えられる。これらの成果は2件の英文誌、2件のpostdead line paperpresentationを含む3件の国際会議、1件の国内会議招待講演、2件の国内会議通常講演にて発表した。
電子スピン共鳴法でみるチトクロム酸化酵素の鉄-銅複核中心のミクロ環境

大腸菌細胞膜に存在するチトクロムboは、4個の酸化還元中心(ヘムb、ヘムo、Cu_B、ユビキノール8(Q_8))を有し、ヘムo-Cu_B複核中心で酸素分子を還元する。チトクロムboの反応機構を理解するためには、反応中間体における各酸化還元中心の状態を知る必要がある。本課題研究の目的は、本酸化酵素の活性中心の電子状態と酵素の反応機構との相関を明らかにする事である。1.完全酸化型チトクロムboのヘム鉄-Cu_B複核中心はヘム鉄の電子スピンS=5/2とCu_BのS=1/2がスピン交換相互作用をなし、整数スピン系の特異なEPR遷移を示す。この複核中心の電子状態を解析する為、特殊な二重モードEPR空洞共振器を試作し、測定を試みたが、満足できる測定感度が得られず、改良すべき幾つかの問題点が残された。2.酸素還元反応サイクルに於けるP-中間体をEPRで捕捉する実験をチトクロムboと過酸化水素との反応中間体でおこなった。EPRで観測されたラジカル分子種がチロシンラジカルであるか否か、実験を繰り返し行ったが再現性に問題がある。酸化型酵素とH_2O_2の反応中間体にはCu_Bの信号は検出されなかった。3.還元型酵素と酸素飽和緩衝液の混合・凍結が0.2ms以内で可能な高速凍結法と、複数の酸化還元中心の状態を観測できるEPR分光法と組み合わせて、反応中間体の電子状態を決定する事を試みた。ヘムb信号が弱く観測されたが、複核中心に由来する信号は観測されなかった。一方、1ms以降で凍結した試料ではヘムb信号の強度が増加し、ヒドロキシ型ヘムoに由来する高スピン型ヘムの生成が観測された。これまでの研究と合わせると、凍結後0.21msの時間帯では、F型中間体が生成したと考えられる。ヘムbかQ_8のいずれかが複核中心を還元する必要があるためQ_8から複核中心へ電子が移動したと推測した。チトクロム酸化酵素は、生物の酸素呼吸を担う酵素である。●還元型チトクロムboと酸素飽和溶液を1ms以内に高速混合・凍結して5KでEPRスペクトルを測定した。本酵素と酸素分子との反応で生じるF型反応中間体で、Cu_B中心の信号がはじめて測定された。得られたEPRスペクトルには、Cu_B以外の金属中心の電子状態について、沢山の情報(酵素に含まれるキノン中心や、ヘムbと呼ばれる鉄中心の酸化還元状態の決定、Cu_Bの配位構造)が含まれている。●酸素還元反応サイクルに於けるP-中間体をEPRで捕捉する実験をチトクロムboと過酸化水素との反応中間体でおこなった。EPRで観測されたラジカル分子種がチロシンラジカルであるか否かを決定する為の実験を繰り返しているが再現性に問題が生じている。特に、酵素がもつ複数の金属中心の間での電子移動のタイミングが確立していないこと、酸素還元を行うヘム-銅Cu_Bの複核中心の情報が乏しいことが問題である。Cu_BのEPR信号は、酸化型酵素と過酸化水素の反応では検出できなかった。過酸化水素との反応で生じるF-中間体は、酸素との反応で生じるF-中間体とは異なることを示唆する。

●完全酸化型チトクロムboのヘム鉄-Cu_B複核中心のEPR吸収はヘム鉄の電子スピンS=5/2とCu_BのS=1/2がスピン交換相互作用をなす系を含んでおり、整数スピン系のEPR遷移を示す。整数スピン系では遷移ΔS=1とΔS=2を区別して観測、解析する必要がある為、ΔS=1とΔS=2遷移を区別して観測できる二重モードEPR空洞共振器を設計、試作した。この二重モード共振器は共振器中の試料を取り替えることなく、簡単な調節のみでΔS=1とΔS=2遷移を別々に測定できる。市販品と同程度の感度を有する。大腸菌細胞膜に存在するチトクロムboは、4個の酸化還元中心(ヘムb、ヘムo、Cu_B、ユビキノール8(Q_8))を有し、ヘムo-Cu_B複核中心で酸素分子を還元する。チトクロムboの反応機構を理解するためには、反応中間体における各酸化還元中心の状態を知る必要がある。本課題研究の目的は、本酸化酵素の活性中心の電子状態と酵素の反応機構との相関を明らかにする事である。1.完全酸化型チトクロムboのヘム鉄-Cu_B複核中心はヘム鉄の電子スピンS=5/2とCu_BのS=1/2がスピン交換相互作用をなし、整数スピン系の特異なEPR遷移を示す。この複核中心の電子状態を解析する為、特殊な二重モードEPR空洞共振器を試作し、測定を試みたが、満足できる測定感度が得られず、改良すべき幾つかの問題点が残された。2.酸素還元反応サイクルに於けるP-中間体をEPRで捕捉する実験をチトクロムboと過酸化水素との反応中間体でおこなった。EPRで観測されたラジカル分子種がチロシンラジカルであるか否か、実験を繰り返し行ったが、再現性に問題が生じている。酸化型酵素と過酸化水素の反応中間体にはCu_Bの信号は検出されなかった。3.還元型酵素と酸素飽和緩衝液の混合・凍結が0.2ms以内で可能な高速凍結法と、複数の酸化還元中心の状態を観測できるEPR分光法と組み合わせて、反応中間体の電子状態を決定する事を試みた。ヘムb信号が弱く観測されたが、複核中心に由来する信号は観測されなかった。一方、1ms以降で凍結した試料ではヘムb信号の強度が増加し、ヒドロキシ型ヘムoに由来する高スピン型ヘムの生成が観測された。これまでの研究と合わせると、凍結後0.21msの時間帯では、F型中間体が生成したと考えられる。ヘムbかQ_8のいずれかが複核中心を還元する必要があるため、Q_8から複核中心へ電子が移動したと推測した。
有機流体水溶液の熱力学性質に関する研究

本研究では、各種水溶液のフロン代替媒体としての可能性に注目し、アンモニア水溶液の熱物性データベースの構築と各種有機流体水溶液の熱力学性質を高精度で測定可能な実験装置を製作した。アンモニア水溶液については、文献調査を1917年より現在までの約70年間にわたって行い、検索した文献をその内容により(1)熱力学性質、(2)相平衡、(3)状態式・各種相関式、(4)輸送性質、(5)吸収式冷凍機への応用の5つに分類し、文献内容、実験値などに分けてフロッピーディスクに収録した。実験値および各種相関式については、実験精度などの記述、相互の比較などにより評価し、気液平衡計算については各種の計算方法により多少の相違はあるものの、実用的にはその差は問題にならない程度であるが、エンタルピー組成線図に関しては、線図の作成方法により実機の設計の際に問題となると思われるほどの大きな差があることが判明した。しかし、比較すべき実験値が存在しないなど現状では信頼しうる情報を選別することができず、今後種々の組成について多くの物性値を広い温度・圧力範囲にわたって高精度で測定することの必要性を指適することができた。水溶液の熱力学性質測定装置については、測定範囲を水の超臨界状態が測定でき、かつ分子間相互作用の解明のために必要な高圧データが測定できることを考慮して700K、200MPaまでの温度・圧力範囲とし、測定方法としては、少ない試料充填量で一定組成の水溶液のPVTX性質、気液平衡性質、臨界定数、各種微分量、過剰状態量等が高精度で測定できる金属ベローズ変容法を採用した。製作した本測定装置の試料容器は、金属ベローズと臨界現象の観測用の窓を備えており、液体恒温槽内に設置されている。本装置の測定精度は、温度:±10mK、圧力:±0.03%、密度:±0.1%、組成:±0.05%である。
ヘリコン波による高密度プラズマ生成のための高効率アンテナの開発

本研究は、従来のプロセス用プラズマに替わる次世代のプラズマ源として着目されている、ヘリコン波による高密度プラズマ生成のための高効率アンテナの開発を目的として行なわれた。実験では、直線型実験装置(HPX)を用いて定常磁場(<1.5kG)のもとでアルゴンガス(数mTorr)を封入した真空容器の一端に設置したアンテナに高周波(周波数=13.56MHz,電力<5kW)を印加しヘリコン波プラズマ(密度<4x10^<13>cm^<-3>,電子温度3eV)を生成した。ヘリコン波励起用アンテナには、異なる方位角モード(m=+1、-1、0)を持つヘリコン波プラズマを生成するために、ヘリカルアンテナ(m=+1、-1)、ワンターンループアンテナ(m=0)、及び、ヘリコン波の軸方向の波長の制御が可能な2つのループアンテナ(位相制御m=0)を用いた。これら種々の形状のアンテナを設計・製作して異なる方位角モードを持つヘリコン波プラズマを生成し、その特性を明らかにした。特に印加電力に対する急激なプラズマの密度ジャンプの前(低密度モード)と後(高密度モード)における振動電磁場成分の(r,z)分布より、低密度モードではヘリコン波は励起されておらずアンテナによるインダクション電場、で高密度モードではヘリコン波の強い波動電場でそれぞれプラズマが生成されていることが明らかになった。この密度ジャンプが起こる電力のしきい値は方位角モードによって異なるが、印加電力=4.5kWでは方位角モードにかかわらずプラズマ密度3x10^<13>cm^<-3>が得られた。また、m=+1,0では高密度モードの電子エネルギー分布関数に高速成分が観測され、アルゴンイオンの発光分布はこの高速電子成分の分布と良く一致することがわかった。