hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金属反強磁性体のテラヘルツ磁気共鳴評価手法

物質のスピン物性を介して電気伝導現象を制御する「スピントロニクス」が活発に研究されている。従来のスピントロニクスは強磁性体を中心に研究されてきたが、最近、反強磁性体のスピンダイナミクスが注目されている。反強磁性体はテラヘルツ帯に共鳴周波数を持つことから、超高速情報処理技術への応用が期待できる。本課題「金属反強磁性体のテラヘルツ磁気共鳴評価手法」では、半導体光伝導スイッチを用いたオンチップのテラヘルツ磁場照射方法を、磁気共鳴の電気的検出手法と組み合わせる新しいアイデアによって、反強磁性共鳴スペクトルの観測を目指すものである。この手法は、従来のTHz電磁波の吸収測定が適用できない金属反強磁性体にも適用可能であり、スピントロニクス研究の新たな展開を拓く基礎技術となる可能性がある。平成30年度は、オンチップ・テラヘルツ磁気共鳴測定システムの立ち上げを行った。これは平成29年度に着想を得た2つのTHz信号発生源を組み合わせた手法を実現するためのシステムである。平成29年度の段階ではオンチップ磁場発生装置が完成していたが、これに磁気共鳴測定用の装置を組み合わせることで、システム全体が立ち上がった。この装置は、本提案の計画段階で提案した1つの信号源による磁気共鳴観測手法にも適用できる。従って、平成30年度の取り組みによって、当初計画していた内容よりも汎用性の高い装置が完成したと言える。また、プロトタイプ試料として低温成長GaAs上にオンチップ・テラヘルツ伝送を観測するための伝送線路を作製した。この試料を用いて測定システムのテストを行った。平成29年度に人事異動に伴う研究環境の変化があり、その際に発生した研究の遅れが継続している。当初の計画では、平成30年度にテラヘルツ磁気共鳴の観測に取り組む予定であったが、測定システムの立ち上げに手間取ったため、現状では磁気共鳴の観察には至っていない。試料および測定系が完成したことから、研究を加速させて遅れを取り戻す目途は立っている。一方で測定システムに限っては、平成29年度に得た当初予定にはなかった新しいアイデアによる手法が完成し、順調な進捗が得られている。このことを利用して進捗の遅れを取り戻し、当初の計画以上の進展を達成したい。平成31年度は、これまでに完成した測定システムを用いて磁気共鳴観測実験を開始する。進捗の遅れを取り戻すため、GHzTHz帯域で共鳴周波数を持つと予想される様々な材料について、並行して測定を進める。特に注目する材料として、パーマロイなどの既に磁気共鳴特性がよく知られた強磁性体、フェリ磁性体であるガーネットフェライト、および反強磁性体であるNiOとホイスラー合金を検討する。良好な実験結果が得られたものをピックアップして、実験結果をまとめるプロセスをスピードアップする。最終的に金属反強磁性体(ホイスラー合金等)のTHz磁気共鳴の観測を達成することを目標とする。平成29年度は、本課題全体の基礎となるオンチップでのテラヘルツ磁場発生システムの準備を行った。半導体レーザーを利用した5GHz2THzの広帯域ビーティングレーザー発生装置の立ち上げ、および半導体基板上の光スイッチを利用したオンチップ信号発生素子を作製した。これらを組み合わせることで、高強度の高周波磁場をチップ上の素子に照射できるようになった。また、信号発生源を2つ用意することで、チップ上でのTHz信号の伝送特性から、磁気共鳴を検出する新しい手法を着想した。この手法を実現するための光学系の構築に取り組み、システムの立ち上げがほぼ終了した。平成29年度は人事異動に伴う研究環境の変化に対応するため、計画に若干の遅れが生じた。当初の計画では、立ち上げの完了した広帯域磁場照射システムを用いて、平成29年度内に既知のGHz帯の強磁性共鳴の検出を行い、システムのチェックを行う予定であった。しかしながら、新しい環境における磁性体試料の作製に手間取ったため、現状ではGHz強磁性共鳴の観測には至っていない。最近、試料作製手法についてはノウハウが確立しつつあり、磁性試料についても作製の目途が立ったことから、速やかに試料作製を開始して進捗の後れを取り戻したいと考えている。一方でTHz発生装置に限れば、当初の計画であった単一のTHz信号発生源を用いる手法を立ち上げたのみならず、さらにその発展形である2つの信号発生源を組み合わせた新しい実験系を実現しつつある。この点においては、当初の計画以上の進展があった。2つの信号源を利用することでTHz信号のオンチップでの伝送特性を評価することが可能になり、この伝送特性の変化から反強磁性材料の磁気共鳴を検出する手法にも着想した。これは当初からの計画である反強磁性体の電気抵抗変化を直流信号測定で読み出す手法と対をなす手法である。

2つの手法による実験結果を比較することで、より信頼性の高い実験を展開可能であると期待している。新しい着想を活かすことで、平成29年度の進捗の遅れを取り戻し、当初の計画以上の進展を達成したいと考えている。物質のスピン物性を介して電気伝導現象を制御する「スピントロニクス」が活発に研究されている。従来のスピントロニクスは強磁性体を中心に研究されてきたが、最近、反強磁性体のスピンダイナミクスが注目されている。反強磁性体はテラヘルツ帯に共鳴周波数を持つことから、超高速情報処理技術への応用が期待できる。本課題「金属反強磁性体のテラヘルツ磁気共鳴評価手法」では、半導体光伝導スイッチを用いたオンチップのテラヘルツ磁場照射方法を、磁気共鳴の電気的検出手法と組み合わせる新しいアイデアによって、反強磁性共鳴スペクトルの観測を目指すものである。この手法は、従来のTHz電磁波の吸収測定が適用できない金属反強磁性体にも適用可能であり、スピントロニクス研究の新たな展開を拓く基礎技術となる可能性がある。平成30年度は、オンチップ・テラヘルツ磁気共鳴測定システムの立ち上げを行った。これは平成29年度に着想を得た2つのTHz信号発生源を組み合わせた手法を実現するためのシステムである。平成29年度の段階ではオンチップ磁場発生装置が完成していたが、これに磁気共鳴測定用の装置を組み合わせることで、システム全体が立ち上がった。この装置は、本提案の計画段階で提案した1つの信号源による磁気共鳴観測手法にも適用できる。従って、平成30年度の取り組みによって、当初計画していた内容よりも汎用性の高い装置が完成したと言える。また、プロトタイプ試料として低温成長GaAs上にオンチップ・テラヘルツ伝送を観測するための伝送線路を作製した。この試料を用いて測定システムのテストを行った。平成29年度に人事異動に伴う研究環境の変化があり、その際に発生した研究の遅れが継続している。当初の計画では、平成30年度にテラヘルツ磁気共鳴の観測に取り組む予定であったが、測定システムの立ち上げに手間取ったため、現状では磁気共鳴の観察には至っていない。試料および測定系が完成したことから、研究を加速させて遅れを取り戻す目途は立っている。一方で測定システムに限っては、平成29年度に得た当初予定にはなかった新しいアイデアによる手法が完成し、順調な進捗が得られている。このことを利用して進捗の遅れを取り戻し、当初の計画以上の進展を達成したい。平成30年度は、昨年度に確立した広帯域信号発生装置を用いて、まず既知のGHz帯における強磁性共鳴(パーマロイなど)の検出を行う。この実験では、当初の単一の信号発生源を用いて直流信号として磁気共鳴を読み出す手法に加え、高周波信号のオンチップ伝送特性から磁気共鳴を読み出す手法も用いる。これら2つの実験結果を従来手法で観測されてきた磁気共鳴スペクトルと比較し、その結果を実験系の改良へとフィードバックして、2つの新しい測定法の信頼性を十分に確立する。続いて、THz帯における磁気共鳴の観測を目指す。
小学校教員を対象とした科学的な論証スキルを育成するプログラムの開発

本研究では,小学校教員を対象とした科学的な論証スキルを育成するプログラムを開発し,その有効性を評価した。現職教員を対象とした調査を行った結果,現職教員のアーギュメント構成能力は不十分であることが推察された。そこで,山本ら(2013)が小学校児童を対象として授業を行う際に導入した,12の教授方略によるプログラムを開発し,小学校の現職教師に適用した。その結果,アーギュメントの構成や評価で有意な向上が見られ,受講者はアーギュメントの理解や体験活動について,プログラムを高く評価していた。よって,開発したプログラムは,小学校教師のアーギュメント構成能力や評価能力育成に,有効であることが明らかになった。平成27年度は,科学的な論証スキルを育成するプログラムを開発する条件整備の段階として,3つのフェーズによって研究を行った。第1フェーズとして,理論的検討と実態調査を行った。理科・科学教育関連の学会に参加したり,連携協力者や理科教育関連の研究者から研究に関する助言を受けたりして,アーギュメントに関する最新の研究から,論証スキル育成の課題を明らかにした。さらに,現職教員が科学的説明を構成する能力の実態を明らかにするために,申請者が担当する教職大学院の授業や研修会において,6月から8月にかけて計5回,現職教員76名を対象とした調査を実施した。第2フェーズはプログラム試案の開発であった。小学校児童のために開発したカリキュラム(山本ら,2013)をベースに,教員養成における実践研究(Yamamoto.et al.,2011)の知見を加えながら,プログラム試案を作成し,教職大学院の小学校教員養成科目及び,現職小学校教員対象の研修会に導入する準備を進めた。また,理科における「ふりこの運動」の単元を題材として,プログラムコンテンツの教材開発を行った。続いて第3フェーズとしては,第1フェーズの調査で収集したデータを分析・整理し,学術論文として日本理科教育学会の『理科教育学研究』に投稿した(掲載決定・印刷中)。さらに,プログラム試案を導入した実践を行う準備として,調査において見出した研究の課題や方向性を具現化するために,ワークシートの作成や,受講者の学習前後において,論証スキルに有意な変容が見られるかどうかを検証する質問紙を作成し,平成28年4月より実施する準備を整えた。小学校教員を対象とした科学的な論証スキルを育成するプログラム開発について,次の3点からおおむね順調であると判断した。第1に,情報収集の面からは,理科・科学教育関連の学会に参加しつつ,連携協力者や理科教育関係の研究者から助言を受けながら,新たな研究動向を調査することができた。また,現職教員76名の調査データを収集し,科学的説明を構成する能力の実態と今後のプログラム開発の方向性についての知見を得ることができた。第2に,小学生に論証スキルを育成するカリキュラムをベースにして,現職教員を対象とした,理科における「ふりこの運動」の単元を題材とした教材コンテンツの開発を行うことができ,次年度へ向けて,プログラム実施の具体的な方向性を見出すことができた。第3に,現職教員の実態調査の結果を学術論文として分析・整理し,見出した研究の課題や方向性を解決するためのワークシートや質問紙を作成し,プログラム実施の準備を整えることができた。平成28年度は,科学的な論証スキルを育成するプログラム試案を修正し,実践授業に本格的に導入する段階として,3つのフェーズによって研究を行った。第4フェーズとして,平成27年度のプログラム試案の評価と改善を行った。理科・科学教育関連の国際学会・国内学会に参加したり,連携協力者や理科教育関連の研究者から研究に関する助言を受けたりして,アーギュメントに関する最新の研究から,プログラムを補強するための情報収集を行った。ここで得た知見を活用して,海外の研究を援用したプログラムの活動を構成するとともに,山本ら(2013)が小学校児童を対象として授業を行う際に導入した,12の教授方略によるプログラムを開発し,小学校の現職教師教育に適用した。第5フェーズは改善プログラムの本格的な導入として, 2016年4月7月にかけて,3回の異なる場面(現職教師を対象とした大学院の授業,及び小学校理科授業の研修会)で改善プログラムを実施した。対象受講者はのべ45名であった。現職教員が科学的説明を構成する能力の実態を明らかにするために,プログラムの前後において,論証スキルに有意な変容が見られるかどうかを調査した。さらに第6フェーズとしては,導入したプログラムの評価・改善を行った。実践中に利用したワークシート等を分析し,改善点を検討した。その際,理科・科学教育に関する学会,公開研究会,現職教員の研修会や自然科学系博物館等を利用して,科学的な論証スキル育成が可能なコンテンツに関する情報を収集した。これらの研究成果に関して,現職教員が科学的説明を構成する能力の実態については,日本理科教育学会の学術誌『理科教育学研究57(1)』において公表するとともに,本格的に導入したプログラムの概要と効果については,日本理科教育学会全国大会(長野),日本科学教育学会年会(大分)で口頭発表を行った。第1に,プログラム改善の面からは,理科・科学教育関連の学会に参加しつつ,連携協力者や理科教育関係の研究者から助言を受けながら,国内外の新たな研究動向を調査し,プログラムの改善に生かすことができたことである。現職教員が科学的説明を構成する能力を育成するプログラム開発を推進することができた。

第2に,改善プログラムの本格的な導入として, 3回の異なる場面(現職教師を対象とした大学院の授業,及び小学校理科授業の研修会)で改善プログラムを実施したことである。現職教員が科学的説明を構成する能力の実態を明らかにするために,プログラムの前後における論証スキルを調査し,改善プログラムを評価するためのデータを得ることができた。第3に,現職教員の実態調査の結果を学術論文として公表するとともに,2回の学会発表により,本格的に導入したプログラムの概要と効果について,具体的に発信できたことである。本研究では,小学校教員を対象とした科学的な論証スキルを育成するプログラムを開発し,その有効性を評価した。はじめに,小・中・高等学校の現職教員76名を対象として,坂本ら(2012)の課題を援用した調査を行い,回路と豆電球の明るさに関して記述したアーギュメントを得点化した。その結果,主張に関しては高い点数が得られており,質問に正確に答えることができているが,証拠や理由付けに関しては,記述が不十分であることが明らかになった。そこで,山本ら(2013)が小学校児童を対象として授業を行う際に導入した,12の教授方略によるプログラムを開発し,小学校の現職教師に適用した。プログラムは4つのActivityから構成され,(1)アーギュメントの定義と意義についてのレクチャー,(2)児童のアーギュメントの実態に関するレクチャーと演習,(3)アーギュメントの指導と評価について体験的に理解する演習,(4)小学校授業で実際に行われたアーギュメント指導の概観を含んでいる。プログラム中のワークシート,プログラム前後のアーギュメントを構成する課題と評価する課題,及び,プログラム後の質問紙調査を分析した。その結果,アーギュメントの構成や評価で有意な向上が見られ,受講者はアーギュメントの理解や体験活動について,プログラムを高く評価していた。さらに,アーギュメントに対する教師のBeliefsを調査するとともに,そこで明らかになった「アーギュメントを指導する教師の自信」を向上させるために,教師自身が自分の授業でアーギュメントの導入を計画する活動をプログラムに加えて実施した。その結果,アーギュメントに対する「指導の自信」について,プログラム前後で肯定的な回答が増加した。よって,開発したプログラムは,小学校教師のアーギュメント構成能力,評価能力育成や指導の自信度向上に,有効であることが明らかになった。現職教員を対象とした調査を行った結果,現職教員のアーギュメント構成能力は不十分であることが推察された。よって,開発したプログラムは,小学校教師のアーギュメント構成能力や評価能力育成に,有効であることが明らかになった。
喫煙による慢性炎症と肺癌促進に関する研究

C57BL6マウス(喫煙群)を用いて3R4Fたばこ4本/日、5日/週の喫煙暴露を2週間行い、非喫煙暴露群とともに気管支肺胞洗浄液(BALF)の各種白血球数のカウントを行ったところ、喫煙群で主に好中球とマクロファージの優位な上昇を認め、さらに肺でのIl1β, Il6, Tnfα, Mip1α, Mcp1のmRNAの発現およびELISA法におけるIL6, TNFαの分泌の優位な上昇も認められた。肺のパラフィン切片を用いたBrdU染色では喫煙群で細胞増殖が優位に亢進していることが確認された。この条件下での喫煙暴露がマウス肺における炎症・細胞増殖を惹起することが確認された。つづいて、NF-κBの活性化に必須なIKKβの発現が骨髄系細胞(マクロファージや好中球)でのみ欠損している遺伝子改変マウス(IKKβ^<Δ_<mye>>マウス)を用いて同様の実験を行ったところ、喫煙暴露によるBALF中の総細胞数、好中球数、マクロファージの増加や肺におけるIl6, Tnfα, Mip1α, Mcp1のmRNAの発現上昇およびELISA法におけるIL6, TNFαの分泌上昇は対照群に比べて優位な低下・抑制が認められた。喫煙暴露による細胞増殖の増加も対照群に比し優位に低下していた。喫煙暴露による肺の炎症および細胞増殖に、骨髄由来細胞のIKKβ-NF-κBの経路が重要な役割を果たしていることが示唆された。K-ras^<LA2->, IKKβ^<Δ_<mye>>マウス、対照群のK-ras^<LA2->, IKKβ^<flox/flox>マウスを用い、我々のすでに見いだした喫煙暴露による肺腫瘍発生促進モデルに従い喫煙暴露を行ったところ、対照群で認められた肺腫瘍数、最大肺腫瘍径の増加はK-ras^<LA2->, IKKβ^<Δ_<mye>>マウス群で認められなかった。以上のことから、喫煙による肺の骨髄細胞におけるIKKβ-NF-κBを介した慢性炎症が肺腫瘍の発生を促進することが示唆された。
FISH法によるスゲ属植物ショウジョウスゲの種内異数性の解析

カヤツリグサ科スゲ属植物には多くの種で種内異数体が存在する。ショウジョウスゲには連続した染色体数が報告されており、集団内でも個体間で染色体数が異なる種内異数体が見られる。本研究では、日本各地より採集した21場所産356株のショウジョウスゲの体細胞分裂および減数分裂中期染色体の対合を分析した。さらに、蛍光ハイブリダイゼーション法(FISH)を用いて種内異数性の成因を調べた。1.減数分裂第一分裂中期における対合分析ショウジョウスゲの減数分裂第一分裂中期において、2n=2632の7種類の異数体が観察された。ほとんどの異数体でIII価染色体が1個から3個見られ、大型、中型、小型染色体からなる異型対合していた。これらの結果より、異型III価染色体は染色体の切断や融合などの構造変異により生じ、集団内で維持されているものと推定される。また、2n=41、46、64の3種類の種内異数体がそれぞれ1株見つかった。これらの異数体では減数分裂中期染色体の解析から同型III価染色体やIV価染色体が高頻度で見られた。従って、この3種類の種内異数体で見られる多価染色体は、雄性配偶子または雌性配偶子の非減数の結果生じたものと推定された。2.FISH法を用いた種内異数性の解析18Sおよび5S rDNAをプローブとしてFISHを行った結果、大型染色体2対と中型染色体2対の、合計8本の染色体の両端にシグナルが観察されたが、異数体の成因と考えられるIII価染色体やI価染色体にはシグナルは観察されなった。このことから、種内異数体の成因である構造変異は、18S rRNA遺伝子や5S rRNA遺伝子を持たない染色体に生じ、その後、III価染色体は染色体の不等分配により集団内で維持されていることが明らかになった。ショウジョウスゲの種内異数体株を岡山県、広島県および香川県より4集団採集し、減数分裂中期染色体の解析を行なった。現在までに染色体を分析したのは3集団で、2n=272n=32までの連続した種内異数体が観察された。最も出現率が高かったのは2n=29の個体で、13株で見られた。また、ほとんどすべての個体で、III価染色体が13個見られ、しかもへテロ対合をしていた。これらの結果より、ショウジョウスゲの種内異数性には異型III価が関与しているものと考えられる。スゲ属植物は、非局在型動原体を持っており、染色体の識別には大きさしか使用できない。そこで、種内異数体の詳細な核型の解析を行うために、FISH法を用いて減数分裂期の染色体にマーカーを付けることを試みた。プローブはスゲ属植物の核リボソーム遺伝子18Sと5SをPCR法で増幅したものを用いた。葯を細かくメスで切り、セルラーゼとペクチナーゼの混合液で酵素処理し花粉母細胞をプロトプラスト状にする。次に、酵素とプロトプラスト混合液を一滴スライドグラスに落とし炎乾する。特に、酵素処理の時間と、酵素処理後に大きな組織を丁寧にピンセットで取り除くことが重要であった。このプロトプラスト空気乾燥法によって作成したプレパラートでは確実にFITCやローダミンのシグナルが観察され、減数分裂染色体の解析に有効であることがわかった。今後は、プロトプラスト空気乾燥法を用いてショウジョウスゲの種内異数性の成因を解析する予定である。このことから、種内異数体の成因である構造変異は、18S rRNA

遺伝子や5S rRNA遺伝子を持たない染色体に生じ、その後、III価染色体は染色体の不等分配により集団内で維持されていることが明らかになった。ショウジョウスゲには同一集団内で連続した種内異数性が存在することが昨年度で明らかになった。本年度は、日本の中国および四国地方の4集団より採集した47個体の減数分裂中期染色体の対合分析を行なった。その結果、2n=2732まで、連続した6種類の種内異数体が観察され、ほとんどの種内異数体で異型接合をしたIII価染色体が見られた。このIII価染色体は大型、中型、小型染色体からなる異型対合をしていた。これらの種内異数体に同じスゲ属植物のササノハスゲの18S rDNAと5S rDNAをプローブとしFISHを行った。FISH実験には昨年度開発した減数分裂細胞のプロトプラスト空気乾燥法で作成した減数分裂染色体のプレパラートを用いた。18S rDNAのシグナルは、2n=282n=31までの5種類の種内異数体すべてで大型染色体2対と中型染色体2対の両端に観察された。また、5S rDNAのシグナルは中型染色体1対に見られた。しかし、III価染色体やI価染色体には、18sおよび5sのシグナルは見られなかった。ショウジョウスゲの種内異数性の成因としては、最初染色体の切断か融合などの構造変異が考えられる。また、染色体が非局在型動原体を持っていることから構造変異を起こした染色体は後代に生き残り、種内異数性が生じたものと推定される。今回の結果より、rDNA遺伝子を持つ染色体はそれぞれの異数体で同数存在することが明らかになった。同様な傾向が種内異数性を持つヒメカンスゲやヒメスゲでも観察されている。これらのことから、ショウジョウスゲの種内異数体はrDNA遺伝子を持たないIII価やI価染色体の不等分離によって生じ、集団内で維持されているものと推定される。ショウジョウスゲには同一集団内に連続した種内異数性が存在することが今までの研究で明らかになった。本年度は岩手県、兵庫県よりそれぞれ1個体ずつ、岡山県より7個体、広島県より21個体の合計30個体について染色体の対合分析を行なった。その結果、2n=2732の連続した6種類の種内異数体が見られた。さらに、広島県大竹市弥栄峡で2n=46、岡山県御津郡湯須で2n=64の高次の染色体数を持つ個体が見られた。今回分析したものの中で2n=46と64の2個体をのぞく28個体では、III価染色体がほとんどの種内異数体で見られた。しかも、前年度と同様にIII価染色体のみで12個見られ、すべて異型対合をしていた。2n=46の種内異数体は2IV+5III+11II+I、IV+2III+13II+10I、5III+13II+5Iの3種類の対合型が見られた。2n=64では3IV+2III+23II、2IV+4III+22II、2IV+28II、IV+2III+27IIの4種類の対合型が見られた。これらの高次の染色体数を持つ種内異数体は同型のIV価やIII価染色体が観察されることから、今まで見られた種内異数性の成因が異なると考えられる。2n=46に関しては非減数の配偶子と正常な配偶子の受精により形成されたものと考えられる。2n=64に関しても、同型のIV価やIII価が見られ、染色体の倍数化により出現したものと推定される。種内異数体に18S rDNAと5S rDNAをプローブとしFISHを行った。5Sr DNAのシグナルはいずれの種内異数体でも中型染色体1対にのみ見られた。また、18S rDNAのシグナルは、大型染色体2対と中型染色体2対の両端に観察された。
相対論的束縛状態研究の新しい方法

[I]強い相互作用の基本理論であるQCDから、ハドロンの性質を直接導くことは大変難しい問題である。光円錐上で量子化されたハミルトニアン形式の場の理論が、相対論的束縛状態研究の新しい方法として注目されている。光円錐量子化によるう真空は大変簡単であり、そのために理論は非相対論的理論のような性質を持つ。(1)光円錐量子化した場の理論にTamm-Dancoff近似を用いることにより2次元QEDの2つのメソン及び3つのメソンからなる束縛状態について、波動関数の知識から直観的な描像を得ることができることを示した。さらに、最も簡単な真空の構造である2次元QEDのテ-タ真空が、どのようにゲージ場のゼロ・モードと関係しているかをしめした。(2)4次元のスカラー場の理論において、Bloch-Horowitzの有効ハミルトニアンを用いて繰り込み群を定式化し、摂同論的計算により相構造を調べ、自発的対称性の破れとの関係を研究した。(原田,八尋等)[II]θ-項は格子場の理論のようなユークリッド時空においては複素数の作用を与えるため直接ボルツマン因子を確率重みとして定義できない。ゲージ群の指標展開を用いて時空間繰り込み群を適用することによりθ=πにおいて非閉じこめ相転移を明瞭にみることができる。トポロジカル荷電分布を求めフーリエ変換によってθ-項を含む分配関数を求めた(井町等)。[III]A.経路積分は調和振動子の場合Saddle point近似(準古典近似)が厳密な結果を与える。グラスマン多様体上の量子力学について準古典近似が厳密な結果を与えることを示した。B.ゲージ理論は現代の素粒子模型の基礎となっているが,ゲージ不変量とはなにかを、QEDを例にとって議論し、さらに結果を、QCDの場合に適用し、クォークの閉じ込め機構の力学的な理解をめざす。(柏等)。(柏等)。光円錐上で量子化された場の理論にTamm-Dancoff近似を行うLight-Front Tamm-Dancoff(LFTD)近似で相対論的束縛状態を研究する過程で、この方法が非相対論的束縛状態を解く方法に非常によく似ていることが理解されてきた。この考えを押し進めてより具体的にするために、原田はmassive Schwinger模型における「束縛状態の束縛状態」を、相対運動の波動関数を導入することにより大変よい近似で記述できることを示した。このことは直感的な理解の難しい相対論的束縛状態に対して、物理的に理解しやすい描像を与えたことを意味する。また、massive Schwinger模型の真空の周期性をLFTDの枠組みの中で理解することができることを示した。これは同時にLFTD近似で問題になるzero modesの物理的な役割を説明することでもある。一方、八尋は高次元の理論を考えるときに最大の問題となる繰り込みの問題を、最も簡単なφ^4理論を例に取り、新しい繰り込み変換を導入することにより考察した。この繰り込み変換は多体問題で良く知られているBloch-Horowitzハミルトニアンに基づき、中間状態の不変質量に対するcutoff依存性から決まるもので、この変換のもとにして、非摂動論的繰り込み群を定式化した。同じような考え方が4次元のQCDに対しても有効であるかどうかは現在の所あまり明らかではないが、LFTD近似における繰り込みの問題の解決の端緒となり、具体的な例により問題点を明らかにした仕事であるといえる。これらの研究の成果は論文の形にまとめられ、然るべき学術雑誌に投稿中、及び投稿準備中である。[I]

強い相互作用の基本理論であるQCDから、ハドロンの性質を直接導くことは大変難しい問題である。光円錐上で量子化されたハミルトニアン形式の場の理論が、相対論的束縛状態研究の新しい方法として注目されている。光円錐量子化による真空は大変簡単であり、そのために理論は非相対論的理論のような性質を持つ。(1)2次元QEDの光円錐量子化した理論に於けるTamm-Dancoff近似にもとづいて特に3つのメソンからなる束縛状態について詳しく調べ、波動関数の知識から直観的な描像を得ることができることを示した。今年度はさらに、最も簡単な真空の構造である2次元QEDのデータ真空が、どのようにゲージ場のゼロ・モードと関係しているかをしめした。(原田等)(2)4次元のスカラー場の理論において、Bloch-Horowitzの有効ハミルトニアンを用いて繰り込み郡を定式化し、摂動論的計算により相構造を調べ、自発的対称性の破れとの関係を研究した。(八尋等)[II]θ-項は格子場の理論のようなユークリッド時空においては複素数の作用を与えるため直接ホルツマン因子を確率重みとして定義できない。ゲージ群の指標展開を用いて分配関数の数学的表現を求め相構造を調べた。またU(1)ゲージ理論及びCP^1理論に対し数値的にトポロジカル荷電分布を求めフーリエ変換によってθ-項を含む分配関数を求めた。(井町等)[III]A.経路積分は調和振動子の場合Saddle point近似(準古典近似)が厳密な結果を与える。グラスマン多様体上の量子力学について準古典近似が厳密な結果を与えることを示した。B.ゲージ理論は現代の素粒子模型の基礎となっているが,ゲージ不変量とはなにかを、QEDを例にとって議論し、さらに結果を、QCDの場合に適用し、クォークの閉じ込め機構の力学的な理解をめざす研究を始めた。(柏等)
新しい胃癌の癌抑制遺伝子AML2(PEBP2C)の解析と遺伝子診断への応用

今回我々は、世界に先駆けてAML2ノックアウトマウスを作製し、その解析を行なったところ、胃粘膜の高度の過形成を認めた。これまでノックアウトマウスで胃粘膜に表現型の変化が認められるものは極めて珍しく、転写因子であるAML2遺伝子が胃粘膜の発生や分化に重要な役割をはたしており、この遺伝子の異常が胃粘膜の脱分化や異常増殖や癌化に関連する可能性が考えられた。我々は、これまでに胃癌臨床検体におけるAML2の高頻度の欠失と発現低下を確認した。また発現低下の機序がプロモーター領域のメチル化によることを明らかにした。さらに胃癌細胞にAML2遺伝子導入を行ったところ約半数で増殖抑制効果が認められ、ヌードマウスでの造腫瘍性が消失した。これらの結果より胃癌の発生や進展にAML2が関与している可能性が高いと考えられた。これまで胃癌の発生や進展への関与が全く知られていなかったAML2遺伝子が、ノックアウトマウスの解析結果より初めてその胃癌への関与の可能性が示唆された。我々の研究結果は、これまで知られていた胃癌におけるTGFβシグナル伝達系の異常や1p36領域のLOH解析など、これまで個別に行われてきた研究結果を統合的に説明しうる。これらの研究結果は、いまだ明らかでない胃癌の発癌メカニズムに新しい概念を導入することとなろう。さらに臨床においては、1.病理診断で判定困難なクラス3病変の補助診断への応用や胃粘膜の発癌リスク予測などの遺伝子診断2.ウイルスベクターを用いた遺伝子治療への応用などが期待しうると考えられる。我々は、世界に先駆けてAML2ノックアウトマウスを作製し、その解析をおこなったところ、胃粘膜の高度の過形成を認めた。我々はFISH法とRNAプローブを用いたin situ hybridization法を用いて、胃癌臨床検体40例のAML2遺伝子のコピー数、発現異常の解析を行なった。20%にコピー数の減少、40%に発現低下を認めた。また早期胃癌や腸上皮化生粘膜でのAML2の発現低下を高頻度に認めており、胃癌発生の初期にAML2が関与している可能性が示唆された。またレトロウイルスベクターを用いて胃癌細胞にAML2遺伝子導入を行ったところ約半数の細胞株で増殖抑制効果が認められ、ヌードマウスでの造腫瘍性が消失した。さらにAML2のプロモーター領域を同定し、塩基配列を調べたところCpGアイランドが多数存在することが明らかとなった。そこで胃癌細胞株6種のgenomic DNAをメチル化感受性制限酵素で処理した後にサザンブロットを行ってメチル化の有無を調べたところ、AML2発現低下とプロモーター領域のメチル化に正の相関が認められた。これより発現低下の機序はプロモーター領域メチル化による可能性が高いと考えられた。

これまで胃癌の発生や進展への関与が全く知られていなかったAML2遺伝子が、ノックアウトマウスの解析結果より初めてその胃癌への関与の可能性が示唆された。我々の研究結果は、これまで知られていた胃癌におけるTGFβシグナル伝達系の異常や1p36領域のLOH解析など、これまで個別に行われてきた研究結果を統合的に説明しうる。これらの研究結果は、いまだ明らかでない胃癌の発癌メカニズムに新しい概念を導入することとなろう。さらに臨床においては、1.病理診断で判定困難なクラス3病変の補助診断への応用や胃粘膜の発癌リスク予測などの遺伝子診断2.ウイルスベクターを用いた遺伝子治療への応用などが期待しうると考えられる。
リアクティブアーク溶解法によるトリモーダルコンポジットの創製と特性評価

平成30年度は、以下(1)(2)についての実験と解析を行った。得られた成果は下記の通りである。(1)N添加がTi/TiC複合材料のTiマトリックスおよびTiC粒子の硬度に及ぼす影響を調べたところ、マトリックスの硬度はNが0%では200Hv、5%では260Hvであり、その間の増加割合は緩やかである。それ以上のN添加で硬度の上昇は急激となり、10%で540Hvに達した。この急激な硬度増加はNがマトリックス中に固溶することが原因と推測される。一方、TiC粒子は0%Nでは3040Hvであり文献(3170Hv)よりやや低い硬度値である。これはTiリッチなTiCの硬さは、化学量論組成TiCの硬さに比べ低いことが原因であると考えられる。また、Nを1%添加すると硬さは1800Hv前後まで急激に低下し、さらなるN添加量の増加に伴いその値は漸減する。本複合材料では添加されたNはTiCに固溶してTi(C,N)を形成すると考えられ、かつTiNの硬さはTiCのそれに比べて低い。つまり、N添加によりTi-richでかつNを固溶したTi(C,N)が形成され硬度値が急減に低下したと考えられる。(2)少量のN(2%)を含む複合材料を600°Cで時効し、0.2%耐力および伸びのすなわち本複合材料の機械的特性を調査した。例えばN1%添加の場合、時効前の0.2%耐力は550MPaであったが、10時間時効で766MPa、100時間時効で813MPaまで強化された。また、伸びは7.3%から10時間時効で11.2%まで上昇したが、100時間時効では逆に8.0%まで低下した。今回の評価により、Ti-1N-5TiC複合材料の600°C、10時間時効で最も良い機械的特性を示す材料を得ることができた。平成30年度の成果は上述の通り(1)N添加がTi/TiC複合材料のTiマトリックスおよびTiC粒子の硬度に及ぼす影響、(2)少量のN(2%)を含む複合材料を600°Cで時効した場合の0.2%耐力と伸びの変化を明らかにしたことである。これまで、少量のNを添加したTi/TiC複合材料の時効による微細組織変化の観察、またこれに基づく引張試験における硬度(ビッカース硬さ)、強度(引張試験における0.2%耐力)、延性(塑性伸び)の変化は知られていない。今回の機械的性質の評価により、我々が目指している「強度と延性に優れた、すなわち強靭なTi基複合材料創製」の目途が得られたと考えている。この点では、本年度の研究進捗状況は順調といえる。また、これまで透過型電子顕微鏡観察を通して、TiC中へのTi析出はN添加および時効処理のどちらにおいても、[011]TiC//[1120]Ti、(011)TiC//(0001)Tiという全く同様の方位関係を有していること明らかにしたことは大きな成果である。また、われわれはN添加あるいは時効処理によりTi/TiC複合材料中のTiC粒子中へのTi析出について報告し、TiC中へのTi析出にはTi2C(結晶構造:Fd3m(立方晶系)およびR-3m(三方晶系))が重要な役割を演じていることを指摘してきた。そこで、平成30年度に電子回折の解析からTiC粒子中のTi2Cの高温度域(800°C付近)での相安定性を明らかにし、それに基づきさらに詳細な析出メカニズムの考察を行う予定であったが、準備に想定以上の時間が必要となり予定通りには進まなかった。そのため、研究成果の公表(講演発表、論文投稿)が十分行えなかったことを考えると多少遅れ気味と判断せざるを得ない状況である。これまでの電子顕微鏡観察結果からTiC中へのTi析出の結晶学的方位関係は、[011]TiC//[1120]Ti、(011)TiC//(0001)Tiであることは示されているが、TiC/Ti界面の原子レベルでの電子顕微鏡観察観察は行われていない。また、Tiマトリックス/TiC粒子/析出TiのHAADF観察等はまだなされていない。TEMばかりでなく、STEMとHAADFによる原子の種類の違いをコントラストで識別可能とするこれらの手法を用いることで、TiC中へのTi析出メカニズム解明のための新しい情報を得る。一方、TiC中へのTi析出にはTi2Cが大きくかかわっていることは分っているが、この相の高温度域(800°C付近)での安定性はいまだ不明である。Nを含まない場合、そしてNを含む場合について当該温度付近の相安定性をTEMとSADにより調べる。上記の実験で得られる結果をもとにTiC中へのTi析出メカニズムについて考察を行う予定である。今年度は、N添加及び時効がTiCへのTi析出に及ぼす影響について、X線回折、透過電子顕微鏡等により詳細に調べた。0%N複合材料のTiCには、空孔を含む微細な非平衡相Ti2C(空間群Fd3m、およびR-3m)が多量に存在するが、Tiの析出は見られない。Nを2%以上含む(Ti、TiCおよびTi2CすべてにNが固溶する)

場合、TiC内に板状のTiが二方向に析出する。Nの増加とともに析出するTi量は増大し、Ti2C(Fd3mおよびR-3m両方とも)の量は減少し、N量が5%ではTi2Cはすべて消滅する。つまり、TiC中に存在するNを固溶したTi2Cが、CとNを固溶したTiへ変態すると推測される。Nを含まないTiC分散Ti基複合材料を600°C、1時間の時効でTiCにTiが析出する。その成長はまず[10-10]Ti方向に延び、続いて[0001]Ti方向に成長する。さらに長時間時効すると、析出Tiのサイズは増大し、その量も増す。時効を施した場合、Fd3m型のTi2Cは残存するが、R-3m型のTi2Cは消滅する。すなわち、600°C時効によるTiC中へのTi析出は、Ti2C(R-3m)が消滅し、Tiへと変態したと考えられる。12%N添加TiC粒子分散Ti基複合材料を600°Cで1時間時効したところ、電子回折像にはTiとTi2Cの存在が確認され、Ti2Cのスポットはディフューズな散漫散乱からシャープなスポットへと変化している。このことは、これらの複合材料のTi2Cのドメインサイズが600°C時効により成長したことを示している。また、N添加により析出するTiは鋭く二方向に延びた板状であるが、熱処理により析出するTiは微細な紡錘状である。平成28年度の成果は、上述の通り、N添加及び時効がTiCへのTi析出に及ぼす影響を明らかにしたことである。Ti2Cには立方晶系の空間群Fd3mと三方晶系の空間群R-3mの2種類の結晶構造が存在し、この2つの結晶構造の違いは、C原子面とC空孔面の周期性の相違で説明される。また、Ti2Cについては、X線回折・中性子回折・電子線回折など様々な研究がなされており、V.N.Lipatnikovらによると、C/Ti比が0.480.55においては空間群Fd3mが安定であり、0.48以下では空間群Fd3mのTi2Cとα-Tiが共存すると報告しており、どちらか一方の結晶構造が単一で安定に存在せず、2つの結晶構造が共存するという報告もなされておりTi2Cは非常に不安定な物質であると考えられている。この様に微細で複雑な構造を有し、かつ不安定なTi2Cに注目して、透過電子顕微鏡、及び電子回折像の解析を行ってきたため、予定以上に時間を要し、当初計画していた、微量(15%)のNを含んだTiC粒子分散Ti基複合材料の時効後の微細組織観察の内、35%N添加複合材料についてはまだ完了していない。来年度のできるだけ早い段階で、上記の組織観察を行うこととするしかし、N添加なしの複合材料を、電子顕微鏡内で加熱し、600°Cで保持しながら、TiC粒子内へのTi析出過程をin-situ(その場)で観察した結果から、成長はまず[10-10]Ti方向に延び、続いて[0001]Ti方向に成長するという、有益な情報が得られた。平成29年度は以下(1)(3)についての実験と解析を行った。得られた成果は下記のとおりである。(1)Nを5at%含有するTi基複合材料の600°C時効後の微細組織観察を行ったところ、TiC粒子中にはN添加により出現した板状の二方向に鋭く伸びたコントラスト(これがTiC中に出現したTiである)だけではなく、これら板状のTiに挟まれた領域には熱処理により新たに析出したTiの存在が確認された。また、0%N材料では1h、低濃度(13at%)N材料では10hの時効でTiが析出するこすることが確認できたが、5at%N材料では、100h程度の時効でTiの析出が顕著となる。これは、時効によるTi析出はN量に依存性することを意味しており、極めて興味深い結果である。(2) TiC体積率が高い
ランダム媒質中の確率過程の大域的性質

正方格子上のランダム・ウォークの道の多重点の個数に関する極限定理は、そもそもランダム媒質中のランダム・ウォークの道の大域的性質、特に再帰性の判定条件を与えるために研究されてきた。そこで必要となるのは大偏差原理の成立を保証することなのであるが、その解決にはまだまだ先が長いと言わざるを得ない。しかし、その前段階である中心極限定理については一応の解決をみることができた。これまででわかっていたことは、次元が高いとき、詳しくは5以上のときは中心極限定理が成立し、適当に正規化すれば極限分布は退化している場合も込めてガウス分布になる。そして2次元のときは極限分布がガウス分布にならず、その意味で中心極限定理が成立しない。さらにその極限分布は多重度には依存しないことがわかっている。そこで3次元のときはどうなるのかと言う疑問が出るのであるが、今回中心極限定理が成立することがわかった。そうなると、「ランダム・ウォークの道の多重点の個数」というものはどういう代物なのかを問わなければならない。つまり、2次元と3次元以上の場合とで挙動がことなること、また、2次元の場合の極限分布が多重度に依らないことの意味を考えることが問題となる。現段階ではこれらの考察を具体的な形の問題としてとらえることを始めたばかりで末た解決するには至っていない。しかし、2次元のとき多重点の個数の分散の主要項が多重度に依らないということをある特殊なランダム・ウォークの場合に示すことができた。
信念の形成における内受容感覚の役割

身体内部状態の受容によって生じる感覚は内受容感覚(interoception)と呼ばれている。近年、その処理過程と神経基盤を明らかにすることによって、心と脳・身体はどのように認知活動を支えているのかを解明しようとする試みが行われている。本研究では、このような背景に基づき、認知機能の中でも重要な「信念の形成」に内受容感覚が及ぼす影響を検討し、その役割を理解することを目的とした。本年度は第一に、個人の内受容感覚の感受性と他者の感情の理解能力の関連性を検討した。この結果、内受容感覚の感受性が強い個人においては、他者の感情を敏感に感じやすいことが示された。とくに、他者の悲しみや喜びを内受容感受性の低い個人よりも強く感じていることが示唆された。さらに、内受容感受性は個人の不安傾向の高さとも密接な関係にあることが示された。次に、上記の結果に基づいて内受容感覚の感度と、個人の主観的感情経験の関連性を支える神経活動について、fMRIを用いた検討を実施した。内受容感覚が鋭敏であると考えられる個人では、顕在性不安傾向が高い一方で、アレキシサイミア傾向低いことが明らかになった。さらに、内受容感覚の鋭敏さは、fMRI実験中に報告された主観的な不安の強さとも相関を示した。fMRI実験の結果、自己の身体内部に注意を向けている間は両側の島皮質前部や視床が強く活動していることが確認された。この時の左扁桃体の活動と、身体に注意を向ける条件中の主観的不安評定値の高さとの間にも関連性が認められた。本研究の結果は、内受容感覚の感受性が他者および自身がどのような感情状態にあるのか、という信念の形成において、非常に重要な役割をもっていることを示すものである。さらに、この感覚を調整を通して、感情状態に関する信念に偏りがある精神疾患に対する治療の試みの可能性を提示するものである。
投影型X線顕微鏡による肝類洞壁の三次元解析

すでに光学顕微鏡、透過型電子顕微鏡(TEM)、および走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて肝臓の類洞を構成している細胞とその構築による類洞壁の構造を報告してきた。これらの細胞のなかで類洞周囲に存在する星細胞は複雑に分枝する長い突起をのばしているので、その三次元的構造を知ることは困難であった。そこで細胞の全体を染める方法としてゴルジ渡銀法で星細胞を検出し、それを焦点深度の長い投影型X線顕微鏡で撮影しその立体像の観察を行った。まずゴルジ染色を施した組織ブロックを滑走型ミクロトームで100ミクロンの厚さに切断し、(1)臨界点乾燥したもの、もしくは(2)平板の上に切片を置きエポキシ樹脂を薄膜状にかけて硬化させたものを試料室に入れ観察した。X線像はステレオ像として撮影した。その結果一枚の写真から細胞全体の立体像が光学顕微鏡以上の分解能で解説できた。また従来観察が困難であった星細胞相互の関係や内皮細胞との関係を明らかにすることができた。今後改良すべき問題は(1)鏡体内の試料位置を調整する装置の開発、(2)像のコントラストの増強、(3)CCDカメラの取り付け、などハード面の改善と試料作製法の開発を計画している。これらの問題が解決されると、X線顕微鏡は実用化され、生物学、組織学の分野において大きく貢献することが期待される。
不溶性2種混合流体の熱力学的特性を利用したキャビテーション抑制法の確立

キャビテーションの崩壊にともなう衝撃力を抑制することを目的に,冷媒液体を用いた実験を行った.実験は冷媒液滴から発泡する単一気泡の膨張・収縮運動と回流水槽を用いたキャビテーション流れを対象に高速度カメラを用いた可視化計測,衝撃力計測を行った.どちらの実験も冷媒を用いた場合では気泡の成長量,発生量は冷媒を用いない場合に比べ増加するが衝撃力は緩和した.キャビテーションの崩壊にともなう衝撃力を抑制することを目的に,冷媒液体を用いた実験を行った.実験は冷媒液滴から発泡する単一気泡の膨張・収縮運動と回流水槽を用いたキャビテーション流れを対象に高速度カメラを用いた可視化計測,衝撃力計測を行った.どちらの実験も冷媒を用いた場合では気泡の成長量,発生量は冷媒を用いない場合に比べ増加するが衝撃力は緩和した.キャビテーションにおける崩壊圧力の抑制方法の確立を目指して低沸点冷媒液体の注入法の有効性を実験的に調べた.まず単一気泡の膨張・収縮運動に対する冷媒の影響を調べた.水中に単一の冷媒液滴を注入した場合,液滴周囲の圧力を急激に減圧させても爆発的な発泡現象は生じない.気泡の運動を定量的に評価するためには冷媒内部に核となる気泡を発生することが必要である.そこで水面の上方から単一冷媒液滴を水面に衝突させた場合,水中を落下する冷媒液滴内部に捕捉される微小な空気を気泡核とした減圧実験を行った.実験では気泡の運動に対する冷媒と水の相変化の影響について飽和蒸気圧力の異なる2種類の冷媒を用いた.また冷媒の飽和蒸気圧力近辺と水の飽和蒸気圧力近辺まで減圧程度を変化させた.このときの半径運動を高速度カメラを用いて計測し,半径の時間変化より蒸発量を見積もった結果,冷媒の蒸発にともなう気液界面の温度降下により水の蒸発は抑制される事がわかった.この効果は冷媒の種類を変化させた場合にも同様の現象が生じ,水中に発泡する気泡の運動に対して冷媒の熱・物質輸送の効果が明確となった.次に,キャビテーション流れに対する冷媒注入効果を調べるために翼型の縮流部に持つ回流水槽を製作した.翼に発生するキャビテーションに対して,流れ中に冷媒を注入した際の流れの変化について可視化実験を行った.冷媒を注入した場合,翼に発生するキャビテーションは冷媒が早期に発泡し,また崩壊までの時間が長いために,崩壊位置が翼の後方へと移動することが確認できた.また,この効果は強い崩壊圧力を発するクラウドキャビテーションの形成を抑制する効果があることがわかった.キャビテーションにおける崩壊圧力の抑制方法の確立を目指して低沸点冷媒液体注入法の有効性を実験的に調べた.まず単一冷媒液滴から発泡する気泡の膨張・収縮運動を実験的に調べるため実験装置の見直しを行った.これまでの実験から冷媒液滴から発泡した気泡の衝撃力は,水中にある空気から発泡する気泡の衝撃力に比べ大幅に低減されることが分かった.しかし,このメカニズムの詳細を解明するためには,気泡の周囲圧力を更に精密に制御する必要があることが分かった.そこで気泡の周囲圧力に対して,減圧時間,減圧幅,圧力回復時刻,圧力回復幅を制御できるよう装置の改良を検討した.既存の装置では気泡の膨張を促す減圧機構については隔膜を電気的に破膜する方法を使用している.新たに製作する圧力回復装置は操作が簡便な無隔膜機構を採用した.本年度は改良する実験装置の設計,製作,および基礎的な予備実験を実施し,冷媒液滴から発泡する気泡の膨張・収縮運動をとらえる準備を行った.次にキャビテーション流れに対する冷媒注入効果を調べるため衝撃力計測を実施した.有識者よりキャビテーションの衝撃力は,物体表面にPVDFフィルムを用いて計測することが望ましいと助言を受けた.そこで本実験でも既存の圧力センサからPVDFフィルムを用いた衝撃力センサの製作を実施し,可視化計測結果と比較することでキャビテーション流れに対する衝撃力計測を実施した.自作した衝撃力センサを用いた計測においてもキャビテーション流れに冷媒を注入することにより物体表面での衝撃力は低下することがわかった.冷媒液体の注入によるキャビテーションの衝撃力抑制法の確立を目指して,冷媒注入効果の有効性を実験的に調べた.まず冷媒注入によるキャビテーションの崩壊衝撃力抑制メカニズムを解明するために,冷媒液滴から発泡する単一気泡の膨張・収縮運動に対して可視化計測,圧力計測を実施した.これまでの研究から冷媒液滴から発泡する気泡は水蒸気からなる気泡に比べ各段に膨張するものの,その崩壊時の衝撃力は水のみを使用した場合に比べ小さくなることがわかっている.この現象の詳細を調べるためには気泡の周囲圧力を精密に減圧,加圧することが必要である.そこで気泡の崩壊を促す圧力回復装置を作成し,単一気泡の膨張・収縮運動の詳細を調べた.気泡の周囲圧力を冷媒の飽和蒸気圧力よりも僅かに下回った状態を保った結果,冷媒液滴から発泡した気泡は初期段階では周囲の圧力低下にともなって膨張したが,後に一定の大きさとなった.これは冷媒の蒸発熱による界面の温度降下によるものである.

またこの効果は水のみを用いた場合よりも顕著となる.一方,この壁面温度効果は気泡の収縮時には凝縮の抑制効果となり,衝撃力の低減効果の要因となることがわかった.上記の実験と並行してキャビテーション流れに対する冷媒注入による崩壊衝撃力の効果について調べた.冷媒注入時と非注入時に対してPVDFフィルムを用いた衝撃力計測と可視化計測の同時計測を行った.取得された画像に対して画像処理プログラムを用いることによりキャビテーションの成長挙動と崩壊挙動を分別して両者の流動の相違点を調べた.冷媒を注入した場合では流路内に発生するキャビテーション量は増加するものの,その崩壊挙動は冷媒を注入しない場合に比べ緩やかとなり衝撃力が小さくなることがわかった.単一気泡の運動に対する実験は気泡の膨張過程については当初の予定通り実験を実施することができた.しかし,冷媒液滴を用いることによる衝撃力の低減効果を調べるためには,気泡の成長から能動的に崩壊運動を得ることが必要となった.既存の装置では能動的に気泡の崩壊を促す機構が設けておらず装置の改良が必要となった.特に気泡の崩壊を促す圧力回復機構は極力取り扱いを簡単にする方法を検討した.具体的には,減圧機構には薄い隔膜を用いた圧力発生機構を用いているが,圧力回復機構には無隔膜による機構を用いることを第一に考えた.そのため装置の設計,製作,基礎的な動作確認に大幅な時間を要し,気泡の膨張・収縮運動を捉えるには至らなかった.キャビテーションにおける衝撃力計測に対して有識者からの助言により当初の計画には無かった衝撃力センサの製作を本研究計画に取り入れた.そのためキャビテーション流れに対する可視化計測と衝撃力計測の同時計測の実施に遅れが生じた.また,既存の計測装置では衝撃力を計測するための時間分解能が足りず,装置の新規購入に時間を要した.24年度が最終年度であるため、記入しない。本実験では冷媒液体を用いることによりキャビテーションの衝撃力を抑制することを目的としており,実験には2種類の相変化をともなう液体(冷媒,水)を使用する.この衝撃力抑制効果のメカニズムを理解するためには,気泡の周囲圧力を水と冷媒の飽和蒸気圧に対して僅かに差を与えることにより非平衡状態を生み出す必要がある.そのため,冷媒液滴から発泡する気泡の膨張・収縮運動に対する熱・物質輸送の影響を調べるためには気泡周囲の圧力を能動的に制御する必要がある.本年度製作した気泡周囲の圧力回復装置の基礎特性を把握した後に,気泡の周囲圧力を精密に変化させた実験を実施することで冷媒から発泡する気泡の運動の詳細を捉える.キャビテーション流れに対して自作した衝撃力センサを用いて,冷媒注入効果の定量的評価を行う.実験では高速度カメラを用いた可視化実験と自作した衝撃力センサを用いた同時計測を行い,流れの解析とあわせて冷媒を注入した際のキャビテーション衝撃力の低減効果を調べる.24年度が最終年度であるため、記入しない。