hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重い原子核のクラスタ構造の研究

本研究では、不安定核と安定核のクーロンバリア近傍といった低エネルギー領域での核反応を測定する実験を行うことによって、重い原子核のクラスタ構造を調べることを目標としている。本年度は、検出器の製作を行い、その性能評価を行った。検出器はGEM(Gas Electron Multiplier)を使ったMSTPC(Multiple-Sampling and Tracking Proportional Chamber)である。本研究では、低エネルギー重イオンビームを検出器に入射して、検出器に充填したガスとの核反応を検出する。そのため、反応点を精度よく決定するために、充填するガスの圧力を1/10気圧程度にする必要がある。しかし、このような低圧下でのGEMの動作特性については詳しく調べられていないため、その挙動について重点的に試験を行った。その結果、実験に必要な性能を持つことが確かめられた。このような試験は、ほとんど行われておらず、GEMの特性について新しいデータを提供することになるため、論文としてまとめて発表する予定である。また、本年度には、この検出器を用いた実験のプロポーザルが、高エネルギー加速器機構の短寿命核実験施設で採択された。実験では、重要な天体核反応として注目されている^8Li(α,n)^<11>B反応を測定する。この実験では、反応に関わる核のクラスタ構造を調べることができるため、本研究の研究方法を検証することができる。来年度以降、読み出し回路やデータ収集系を組み合わせた総合試験を行い、実験を行う予定である。本年度は、主に実験の具体的な方法の検討と、検出器設計のためのコンピュータシミュレーションおよび、検出器系の設計と製作を行った。本研究では、核反応の断面積を反応エネルギーの関数として測定する必要があるため、検出器系としては多重飛跡サンプル型(MSTPC=Multiple-Sampling and Tracking Proportional Chamber)のものを採用することとした。この型の検出器は、ガス検出器であると同時に検出用のガスが標的も兼ねているため、本研究に適している。しかし、一般にガス検出器は計数率が高くなると動作が不安定になる。近年は、比較的強度の高い不安定核ビームが得られるようになってきたので、高い計数率に耐える検出器とするために、ガス増幅部分にGEM (Gas Electron Multiplier)を採用した設計とした。またGEMと読み出し電極の構造を工夫することで、通常のMSTPC型検出器に比べて、同じ読み出し回路数で、サンプリング点を約2倍にできる。これにより、高い計測率での測定が可能になるだけではなく、反応エネルギーの決定精度と、位置測定精度が飛躍的に向上すると期待される。また、具体的な実験の進め方などについて、国内外の加速器施設の研究者と意見交換を行い、実験遂行にあたって協力が得られることを確認した。
親水まちづくりの発展に資する親水組織の形成過程とその役割に関する研究

本研究では、近年の水辺の市民開放の動向において、円滑な水辺利用・管理・運営を促進する都市組織体として「親水組織」の存在に着目し、その組織形態の解明や親水まちづくりにおける役割を解明することを目的としている。調査は、2013年より全国60箇所で親水まちづくりを展開している「ミズベリング・プロジェクト」を対象に、文献調査・ヒアリング調査・現地踏査を全国レベルで実施し、親水組織の形成過程や専門的役割を明らかにする。それにより、親水組織を中心としたまちづくりのモデルを提案し、今後の親水まちづくりにおける地域計画・制度設計を提案する。
核磁気共鳴法による強相関電子系における金属-絶縁体転移と高温超伝導に関する研究

本研究は、電荷移動型酸化物高温超伝導体とモット型絶縁体の2つの異なるタイプの強相関系で各原子サイトの電子状態の知見を得て、特異な電子状態のもとでのスピンの揺らぎの効果と金属-絶縁体転移(MI転移)近傍に現れる高温超伝導の発現機構との関連を明らかにすることを目的とした。このため、微視的測定手段である核磁気共鳴の研究を、高磁場下でのパルスNMR測定装置を有するスイス・チューリッヒ大学ブリンクマン教授グループ、およびNMR可能な濃縮核を用いた試料の作製とNMR測定をロシア・クルチャトフ研究所ヤクボフスキー博士グループとの共同研究として行った。最近新たに発見された超伝導体YNi_2B_2C、LaPt_2B_2Cを北海道大学において製作した。更に、イオン半径の差異による局所スピン密度とスピンの揺らぎに関する系統的知見を得る目的で、系統的な希土類元素置換の試料作製を製作した。これらの試料について高磁場下でのNMR測定に関する共同研究をスイス・チューリッヒ大学において7月下旬より8月下旬にかけての1カ月にわたりおこなった。^<11>B、^<195>Pt、^<139>Laの核緩和時間(T_1)とナイトシフト(K)を測定することにより、低エネルギースピン励起の特徴を明らかにした。主な結果は、1)^<11>BのナイトシフトとT_1は3d遷移元素及び希土類元素の置換により大きな影響を受けること、2)低温に向かいナイトシフト、1/T_1Tが大きく増大すること、3)PtサイトのNMRよりd電子サイトのスピン密度の情報が得られたこと、である。これらの測定結果は、新たに発見された超伝導層状物質四元ボライド化合物において3d(5d)スピンの揺らぎの効果あるいは軽元素の特異な振動モードの重要性を示している。一方、電子状態のドープ濃度依存性に関する研究を進めるため、濃縮核を用いた銅酸化物超伝導体、およびBaPb_<1-X>Bi_XO_3、における濃縮核^<137>Baアイソトープに置換した試料、金属-絶縁体転移物質としてのスピネル化合物CuIr_2S_4において、S(硫黄)サイトをNMR可能な^<33>Sアイソトープに置換した試料、及び、量子スピン梯子格子系(VO)_2P_2O_7、をヤクボフスキー博士と協力して作製し、これらの試料におけるNMR測定は北海道大学においておこなった。特に磁場掃引によるスペクトル測定と、低温での緩和時緩和についてはヤクボフスキー博士との協力で北海道大学で行った。量子スピン梯子格子系(VO)_2P_2O_7と1次元スピン対物質VO(HPO_4)0.5H_2Oにおいては、^<31>P核のナイトシフト、緩和時間T_1を広範囲な温度領域で測定し、スピンギャップの形成が微視的に示した。また量子スピン梯子格子系でのスピン励起には反強磁性揺らぎの波数依存性が顕に見られることや、緩和時間の磁場依存性が大きいことを明らかにし、低次元スピン系のスピン励起の特徴を議論し論文にまとめた。銅スピネル化合物においては、Cu、Rh,S,Seの各核種のNMRを測定した。CuIr_2S_4におけるCuサイトでのナイトシフト、1/T_1の大きな減少は、MI転移でエネルギーギャップの形成によるスピン密度の減少を示している。さらに、MI転移において磁気秩序状態は現れないことがNMR測定結果より明らになった。超伝導物質CuRh_2S_4での緩和時間、ナイトシフトから、Cu、Rhサイトでの電子状態密度の大きさを評価し、Rhサイトではバンド計算の結果を支持するが、Cuサイトでは理論の予測より大きな状態密度の寄与があることを示した。BPBO系においては超伝導相でBa-NMR信号幅が低温で急速に増大し電気四重局相互作用の非対称パラメータηが0から1に変化することが示された。このことは、BaOが局所的に変形し、これによる電子系の変化と超伝導性の相関が明らかになった。スピン梯子格子系でのスピンギャップの形成がナイトシフト、緩和時間の特徴的な温度変化から示され、梯子系のおける量子スピンの揺らぎの特徴を議論した。

主な結果は、1)^<11>BのナイトシフトとT_1は3d遷移元素及び希土類元素の置換により大きな影響を受けること、2)低温に向かいナイトシフト、1/T_1Tが大きく増大すること、3)PtサイトのNMRよりd電子サイトのスピン密度の情報が得られたこと、である。これらの測定結果は、新たに発見された超伝導層状物質四元ボライド化合物において3d(5d)スピンの揺らぎの効果あるいは軽元素の特異な振動モードの重要性を示している。一方、電子状態のドープ濃度依存性に関する研究を進めるため、濃縮核を用いた銅酸化物超伝導体、およびBaPb_<1-X>Bi_XO_3、における濃縮核^<137>Baアイソトープに置換した試料、金属-絶縁体転移物質としてのスピネル化合物CuIr_2S_4において、S(硫黄)サイトをNMR可能な^<33>Sアイソトープに置換した試料、及び、量子スピン梯子格子系(VO)_2P_2O_7、をヤクボフスキー博士と協力して作製し、これらの試料におけるNMR測定は北海道大学においておこなった。特に磁場掃引によるスペクトル測定と、低温での緩和時緩和についてはヤクボフスキー博士との協力で北海道大学で行った。量子スピン梯子格子系(VO)_2P_2O_7と1次元スピン対物質VO(HPO_4)0.5H_2Oにおいては、^<31>P核のナイトシフト、緩和時間T_1を広範囲な温度領域で測定し、スピンギャップの形成が微視的に示した。また量子スピン梯子格子系でのスピン励起には反強磁性揺らぎの波数依存性が顕に見られることや、緩和時間の磁場依存性が大きいことを明らかにし、低次元スピン系のスピン励起の特徴を議論し論文にまとめた。銅スピネル化合物においては、Cu、Rh,S,Seの各核種のNMRを測定した。CuIr_2S_4におけるCuサイトでのナイトシフト、1/T_1の大きな減少は、MI転移でエネルギーギャップの形成によるスピン密度の減少を示している。さらに、MI転移において磁気秩序状態は現れないことがNMR測定結果より明らになった。超伝導物質CuRh_2S_4での緩和時間、ナイトシフトから、Cu、Rhサイトでの電子状態密度の大きさを評価し、Rhサイトではバンド計算の結果を支持するが、Cuサイトでは理論の予測より大きな状態密度の寄与があることを示した。BPBO系においては超伝導相でBa-NMR信号幅が低温で急速に増大し電気四重局相互作用の非対称パラメータηが0から1に変化することが示された。このことは、BaOが局所的に変形し、これによる電子系の変化と超伝導性の相関が明らかになった。スピン梯子格子系でのスピンギャップの形成がナイトシフト、緩和時間の特徴的な温度変化から示され、梯子系のおける量子スピンの揺らぎの特徴を議論した。
動学的一般均衡モデルを用いた高度経済成長の分析

日本の高度経済成長とその後の停滞の背後にあるメカニズムを明らかにするため、次の分析を行った。(1) 1970年代、アメリカ企業は日本への技術移転を行わなくなり、日本の高度経済成長は終焉した。これと同時期、アメリカ企業は中下位所得層への所得の分配を減らし、結果としてアメリカの所得格差が拡大している。本研究は、この原因を動学的一般均衡モデルを用いて分析し、所得税の減税で、アメリカの不平等の拡大を定量的に説明できることを示した。(2)近年の経済成長が停滞した時期に、日本の大学における研究活動も停滞している。本研究は、この停滞を、大学教員の研究時間の減少により定量的に説明できることを示した。以下の2つの研究を行った。1.アメリカの経済成長と分配に関わるDGEモデル構築:日本の高度成長とその後の停滞の要因の一つは、「アメリカ企業の日本企業への技術移転」にある。アメリカ企業の日本への技術移転の停滞と時期を同じくして、アメリカ企業は中位層への分配を(上位所得レベルに比して)行わず、結果として所得格差が拡大した。こうしたアメリカの分配のあり方は、日本への技術移転の停滞、さらには日本経済の停滞に影響を及ぼしたと考えられる。そこで、アメリカの所得格差拡大を、所得税の最高税率の変化で説明するDGEモデルを構築し(Aoki and Nirei, 2014)、国内外で発表を行った。2.イノベーション・技術開発の停滞要因のモデル構築:日本の高度成長とその後の停滞の要因の一つは技術の停滞である。経済成長の停滞は、全要素生産性(TFP)の停滞と関係があり、TFPと研究活動にも関連があることが示唆されるからである。ここでは、近年の日本の大学の論文数も停滞に着目しその要因について定量的に分析した。本プロジェクトでは、日本の大学の論文数の停滞を、マクロ経済学の成長会計の手法を用いて分析する研究を行い、その原因が研究時間によって定量的に説明できることを明らかにした(Aoki and Kimura, 2014)。また、この研究を学会等で発表している。今後の研究の展開:上で説明した研究成果は、それぞれ、日本の高度成長とその後の停滞の「技術」に関わる要因、具体的には技術移転と、技術開発を説明するものである。それらを組み込んだモデル、すなわち、日本の高度成長とその後の停滞の原因を、技術の側面に着目した統合モデルの構築については、期間内に至らなかった。この点に関して引き続き取り組み、平成26年度中に研究を完成させる予定である。平成24年度の研究の内容は、第2次世界大戦後の日本の高度経済成長の原因に関して、1つの仮説を提示し、その仮説を定量的に検証することである。本研究の仮説は、複数均衡の存在する2国間貿易モデル(ここでは日本とアメリカの2国を想定している)に基づいて提示される。本仮説は、高度成長が終了した原因を以下のように説明する: 1970年代にウレトンウッズ体制が終了したときに、日本の賃金が低い均衡から、日本の賃金が高い均衡に移動した。その結果、日本企業の生産コストが上昇したため、海外から日本への技術移転が止まり、日本企業の生産性上昇率も低下した。本研究は、(1)仮説をマクロ経済モデルの形式で提示するパート、(2)マクロ経済モデルが主要なマクロデータの動きと定量的に整合的であることをシミュレーションにより検証するパート、(3)本研究の仮説の裏付けとなるファクトや事例を提示するパートからなる。このうち、(1)と(2)に関しては完成した。(3)に関しては、この予測を裏づけるデータを収集した。例えば、本仮説によれば、高度成長が終了すると同時に海外から日本への技術移転の規模が縮小しているはずであるが、これを裏付けるデータを集めた。また、日本企業の社史を調べ、本研究をサポートする事例を探した。次に、平成25年度には、平成24年度のモデルを多国間貿易モデルに拡張し、近年の日本の停滞と東アジア諸国の経済成長を説明する仮説を提示することを予定している。この仮説をサポートするファクトや事例の収集や、それに関連した文献の調査も行なった。平成24年度の研究成果は、(1)仮説をマクロ経済モデルの形式で提示するパート、(2)マクロ経済モデルが主要なマクロデータの動きと定量的に整合的であることをシミュレーションにより検証するパート、(3)本研究の仮説の裏付けとなるファクトや事例を提示するパートからなる。このうち、(1)と(2)をまとめたワーキングペーパーはすでに完成している。しかしながら、それに(3)の作業と、それを加えて論文を完成させる作業がまだ完了していない。平成25年度のできるだけ早い時期にその作業を完成させ、英文査読雑誌に投稿したい。上で説明した(3)の仮説の裏付けとなるファクトや事例を集める作業と、それを加えて論文を完成させる作業を引き続き実施する予定である。

加えて、平成24年度に開発したモデルを多国間貿易モデルに拡張し、近年の日本の停滞と東アジア諸国の経済成長を説明する仮説を提示することを予定している。これは、当初の研究計画書に記載した平成25年度の研究計画と同じである。主に以下の用途で研究費を使用したい。・本研究の仮説の裏付けとなるファクトや事例の調査・収集費用(主に書籍代)・完成した論文の英文校閲費用・学会報告の旅費平成24年度の論文が未完成であり、その論文への英文校閲をまだ受けていないため、平成24年度の予算に未使用分が発生した。平成25年度は、平成24年度の未使用額を、その論文の英文校閲費用に使用したい。
海洋漂流プラスチック摂食による、海鳥への化学物質蓄積現象の解明

1、プラスチック摂食によって海鳥へ曝露されるリスクが高い化学物質の特定これまで、臭素系難燃剤の一種であるポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDEs)に注目し、プラスチック由来の化学物質の蓄積について調べてきたが、プラスチックに含まれる他の化学物質も同時に曝露されている可能性について明らかにするため、まず、海鳥の摂食していたプラスチックを一粒ずつ分析し、網羅的に添加化学物質を検出することで注目すべき添加剤の特定を行った。プラスチック中の添加剤の網羅的な検出には、検討の結果、GCーMSのフルスキャンモードを主として用い、MSで検出が難しかったハロゲン系の添加剤をGCーECDで分析する手法を用いることとした。さらに抽出時間、温度なども検討を行い、分析方を作成した。北大西洋のフルマカモメ、北太平洋のクロアシアホウドリ、コアホウドリが摂食していたプラスチック、計194個について、プラスチック中に含まれる添加剤の網羅的な検出、定量的な評価を行った。その結果、高い濃度の臭素系難燃剤、紫外線吸収剤、スチレン副生成物などの化学物質が散発的に含まれていることが明らかになった。2、海鳥の組織について添加剤化学物質の分析法の開発実験1で明らかになった、プラスチック由来で海鳥へ曝露されている可能性の高い化学物質について、実際の環境中での海鳥への曝露、蓄積があるのかを明らかにするために、海鳥組織(肝臓、脂肪)の分析方法の開発を行い、GCーITMSを用いて臭素系難燃剤、紫外線吸収剤、スチレン副生成物などを分析する方法を作成した。機器分析においては、夾雑物質の影響でマトリクス効果が大きくなったが、標準添加法による定量を行うことで、正確な定量を可能にした。再現性、添加回収率の実験では、おおよそ良好な結果が得られている。28年度が最終年度であるため、記入しない。1、海鳥の消化管内プラスチックと、体組織の化学物質を分析し、プラスチック由来の化学物質の海鳥の体組織への蓄積について調べた。北海のフルマカモメ(成鳥)20個体の脂肪組織、肝臓組織、摂食プラスチック、フルマカモメ(ヒナ)18個体の脂肪組織、摂食プラスチック、ストマックオイル(胃内の油)、南アフリカのノドジロクロミズナギドリ22個体の脂肪組織、摂食プラスチックのポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDEs)、ポリ塩化ビフェニル(PCBs)分析を行った。これら2種の海鳥の体組織において、散発的な高濃度PBDEsの蓄積が検出され、難燃剤としてPBDEsの添加されたプラスチック破片を摂食することによる、体組織へのプラスチック由来PBDEs蓄積が考えられた。プラスチック摂食による生体への化学物質蓄積のテーマは重要と認識されながら、証明する途上の段階にある。プラスチック摂食が化学物質を曝露する経路になっており、この現象が地球規模で種をこえた拡がりをもつことを明らかにした成果は、この分野を牽引するものである。2、PBDEsの添加されたプラスチックを用いて、蒸留水、海水、ペプシン塩酸溶液、ストマックオイル(海鳥の胃内に存在する油)、魚油(ストマックオイルの油成分を模す)の5つの液体中でのプラスチックからのPBDEs溶出の程度を調べた。ストマックオイル、魚油において、他の水溶液に比べはるかに高いPBDEs溶出が検出された。プラスチック中で安定に存在する疎水性化学物質が生物の体内で溶出することは難しいという論もあるが、ストマックオイルによってプラスチック由来化学物質の海鳥への蓄積が大きく促進されている可能性が示された。北大西洋のフルマカモメ20個体の摂食プラスチックと肝臓試料中のポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDEs)を分析した。フルマカモメのうち5個体の肝臓からは、摂食したプラスチック中に由来すると推測されるPBDEsの蓄積が検出された。しかしながら、同じ個体の摂食していたプラスチックからはPBDEsは検出されず、プラスチック由来化学物質が移行、蓄積したのちに、そのプラスチックを排出したと考えられた。この結果を受け、臭素系難燃剤以外も含めたプラスチック中添加剤を網羅的に調べる分析を行った。大西洋フルマカモメの摂食プラスチック計180個、太平洋聟島のコアホウドリ、クロアシアホウドリのひなの吐き戻し(巣立ち前に吐き出す塊)中のプラスチック40個について、一粒ずつ分析した。このうち2粒でPBDEsを検出、3粒で添加由来ヘキサブロモシクロドデカンを検出、1粒から添加由来とみられる未同定の物質を検出、そのほか主にポリプロピレンの試料の多くから、数種類の未同定の物質を検出した。これまで、海洋に漂流していたプラスチック粒についてどのような物質が含まれていて、一粒あたりの濃度がどの程度か、を調べた研究はなく、プラスチックの海洋生物への影響を評価するための重要なデータが得られた。これらの物質は、プラスチックを摂食した海鳥に同時に暴露される可能性があり、複合的な内分泌撹乱の可能性が考えられる。また、プラスチック由来の化学物質の蓄積現象を明らかにしていく上で、重要な指標となる物質を特定することに成功したと考えられる。上記に加え、水環境のプラスチック汚染について調べるため、東京湾、多摩川、山中湖などの魚類によるプラスチック摂食について調べた。これまで日本で魚類のプラスチックを調べた研究はほぼなく、また東京湾の魚類において、洗顔料などのパーソナルケア製品に含まれるプラスチック(マイクロビーズ)の摂食を世界で初めて明らかにした。

試料の提供が提供者の都合で遅れており、分析予定だったもののうち一部は分析できなかった(ハワイ、オーストラリアの試料)。一方で、プラスチック由来で鳥に蓄積するリスクの高い物質を特定し、対象成分を広げる実験を大きく進めることができた。このことで、今後分析する試料について、より多角的に議論することが可能となるデータを得られると考えられる。内容は予定と異なるが、進捗状況としては順調である。1、プラスチック摂食によって海鳥へ曝露されるリスクが高い化学物質の特定これまで、臭素系難燃剤の一種であるポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDEs)に注目し、プラスチック由来の化学物質の蓄積について調べてきたが、プラスチックに含まれる他の化学物質も同時に曝露されている可能性について明らかにするため、まず、海鳥の摂食していたプラスチックを一粒ずつ分析し、網羅的に添加化学物質を検出することで注目すべき添加剤の特定を行った。プラスチック中の添加剤の網羅的な検出には、検討の結果、GCーMSのフルスキャンモードを主として用い、MSで検出が難しかったハロゲン系の添加剤をGCーECDで分析する手法を用いることとした。さらに抽出時間、温度なども検討を行い、分析方を作成した。北大西洋のフルマカモメ、北太平洋のクロアシアホウドリ、コアホウドリが摂食していたプラスチック、計194個について、プラスチック中に含まれる添加剤の網羅的な検出、定量的な評価を行った。その結果、高い濃度の臭素系難燃剤、紫外線吸収剤、スチレン副生成物などの化学物質が散発的に含まれていることが明らかになった。2、海鳥の組織について添加剤化学物質の分析法の開発実験1で明らかになった、プラスチック由来で海鳥へ曝露されている可能性の高い化学物質について、実際の環境中での海鳥への曝露、蓄積があるのかを明らかにするために、海鳥組織(肝臓、脂肪)の分析方法の開発を行い、GCーITMSを用いて臭素系難燃剤、紫外線吸収剤、スチレン副生成物などを分析する方法を作成した。機器分析においては、夾雑物質の影響でマトリクス効果が大きくなったが、標準添加法による定量を行うことで、正確な定量を可能にした。再現性、添加回収率の実験では、おおよそ良好な結果が得られている。海鳥の試料の入手、分析が予定通りに進まなかった面はあったものの、金属元素や他の難燃剤成分の分析など、研究を進めるなかで視野を拡げ、様々な検討、実験を行った。国際学会、海外の大学での研究活動も行うことができた。まず平成27年度に行った、海鳥の摂食プラスチック中化学物質の網羅的な分析によって検出された未同定の化学物質の同定を行う。その後、先の分析によって検出された全ての物質について、海鳥の体組織、プラスチック中濃度を測定するための分析法の確立を行う。方法が確立したら、実際の海鳥の体組織中での濃度をはかり、また同じ個体の摂食していたプラスチック中の濃度と比較することで、プラスチック由来の化学物質の蓄積について調べる。具体的には、個体ごとに異なる化学物質の散発的な蓄積があるか、またそれが同じ個体の摂食プラスチックに含まれるか、という点に注目する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
技術者倫理教育における事例研究ツールの開発

技術者倫理教育の事例研究は益々重要になってきている。しかし、一般に事例は複雑な社会現象であり、事例解析に有効なツールの開発が求められている。事例研究のツールの開発について2つの分野で研究してきた。第1の分野は事例研究の収集とマルチメディアオーサリングソフトの開発である。データベース化に当たっては、技術者倫理の事例が動画や音声などを扱う関係からマルチメディアオーサリングツールソフトとした。このソフトで事例研究を作成し良好な結果を得ることが実験の結果確かめられた。またこのソフトは、素人でも簡単に操作可能であることからフリーウエアとして大学のみならず初等中等教育の現場でも多くの教員に活用できる。第2の研究内容は、事例研究の因果関係解析ツールの開発である。グラフ理論とISM法を活用し、コンピュータに事例のキーワードを入力することで事例の因果関係が階層構造的に構築できる。計算機の汎用性を考慮して、Java言語を使用して解析ツールの開発に取りかかった。その結果、3次元グラフィクの可視化が可能となり、事例に関する全体像が一段と見やすいものとなった。チャレンジャー号事件や東電トラブル隠しなどの事例をもとに実験をして見たが、階層構造解析の有効性がわかった。このソフトは、教師が授業の教具として活用できるだけでなく、学生の事例に関する討論の際にも解析用として使用可能である。いずれも、CDソフトに焼き付いており、初心者でも使えるようにマニュアルが添付されている。技術者倫理教育の事例研究は、倫理的ジレンマの仮想体験や倫理的なスキルを身につける上でも欠くことができない。技術者倫理教育が、多くの高等機関で実施されているにもかかわらず事例研究の研究は少ない。本研究は、第1に、事例研究の収集とそれに基づくデータベース化の構築である。本年は、国内で市販されている教科書や資料などの収集を行った。さらに、この資料をもとに、事例の分類と分析を行った。データベース化に当たっては、資料の充実が最も重要なので来年度もこの研究を継続する。また、資料収集の結果、単なる文字情報だけでは不十分であり、事例の工学的な説明には静止画や動画が不可欠であることがわかった。こうした教材をデータベース化するためのシステムの構築に取りかかる。グラフ理論を活用し、キーワードを入力することで事例の因果関係が階層構造的に構築できることを示した。従来はC言語により構造解析ツールを構築してきたが、複雑な現象になると図的に煩雑になるという欠陥があった。今回はその欠陥を克服するためにJaba言語を使用`して解析ツールの開発に取りかかった。その結果、3次元グラフの提示が可能となり、一段と見やすい可視化が可能となった。さらに、Jaba言語を活用することで、いかなるコンピュータ上でも使用できるようになった。チャレンジャー号事件などの事例をもとに実験をして見たが、この有効性がわかった。今後は、より使いやすい教材を目指すとともに、多くの事例に有効かどうかの検討を行うつもりである。技術者倫理教育の事例研究において二つの分野で研究を行ってきた。第1の分野は、事例研究の収集とそれに基づくデータベース化の構築である。国内で市販されている教科書や資料などの収集を行った。その成果に基づいて、本年度は共著で事例研究の副読本を作成した(A5版、75ページ10章)。またデータベース化に当たっては、マルチメディアオサーリングツールソフトを作成し、このソフトは事例研究を取り扱えるデータベースにも適することが実験の結果確かめられた。またこのソフトは、素人でも簡単に操作可能であることからフリーウエアとして大学のみならず多くの教員に活用してもらうべきさらなる改良をおこなっている。これらの成果は来年度の学会に発表する予定である。グラフ理論とISM法を活用し、事例のキーワードを入力することで事例の因果関係が階層構造的に構築できることを示した。今回はJava言語を使用して解析ツールの開発に取りかかった。Java言語を活用することで、いかなるコンピュータ上でも使用できるようになった。チャレンジャー号事件などの事例をもとに実験をしてみたが、この有効性がわかった。今回の学会でこの成果を報告した。

チャレンジャー号事件や東電トラブル隠しなどの事例をもとに実験をして見たが、階層構造解析の有効性がわかった。このソフトは、教師が授業の教具として活用できるだけでなく、学生の事例に関する討論の際にも解析用として使用可能である。いずれも、CDソフトに焼き付いており、初心者でも使えるようにマニュアルが添付されている。
コヒーレンスホログラフィー:コヒーレンス場の新ホログラフィー技術の基礎と応用

3次元物体をランダムな光波動場の空間コヒーレンス関数として再生するコヒーレンスホログラフィーの新原理を提案し,実験によりその有効性を実証した.コヒーレンスホログラムを計算機合成することにより,3次元空間コヒーレンス関数を自由に制御・シンセシスする技術を実現した.この新機能を用いた新しい工学的応用として波長分散のない3次元形状計測の可能性を実証した.また,基礎科学面ではコヒーレンス関数に位相特異点をもつコヒーレンス渦場を生成し,コヒーレンス場の運動量や角運動量などコヒーレンス場の力学的性質を解明した.3次元物体をランダムな光波動場の空間コヒーレンス関数として再生するコヒーレンスホログラフィーの新原理を提案し,実験によりその有効性を実証した.コヒーレンスホログラムを計算機合成することにより,3次元空間コヒーレンス関数を自由に制御・シンセシスする技術を実現した.この新機能を用いた新しい工学的応用として波長分散のない3次元形状計測の可能性を実証した.また,基礎科学面ではコヒーレンス関数に位相特異点をもつコヒーレンス渦場を生成し,コヒーレンス場の運動量や角運動量などコヒーレンス場の力学的性質を解明した.本研究は,コヒーレンスホログラフィーという新原理により3次元空間コヒーレンス関数を自由に記録・制御・シンセシスする技術を確立し,この新機能を用いた新しい工学的応用の開拓を目的とする.また,基礎科学面ではコヒーレンス渦場の位相特異点の性質やコヒーレンス場の力学的性質の解明などの新展開を目指す.この目的の実現に向けて平成18年度は以下の研究を行った.1.コヒーレンスホログラフィーによるコヒーレンス渦場の生成とその力学的性質の解明(1)コヒーレンスホログラムにより生成した複素コヒーレンス関数のジェネリックな渦場の位相特異点を初めて観測した.複素コヒーレンス場関数の渦場にポテンシャルに支配されたコヒーレンス流(Coherence Current)が存在し,流体力学の保存則と同形式の保存則が成立することを理論的に予測し初めて実験的に実証した.そして,コヒーレンス場の流体力学という新しい概念を導入した(Phys.Rev.Lett.2006).(2)上記(1)の研究はスカラー波動場のコヒーレンス関数に関するものであったが,それを任意の古典的なベクトル電磁場のコヒーレンス関数に拡張して,コヒーレンス運動量,コヒーレンス角運動量を導出して理論的な一般化をはかった(Opt.Lett.2006).2.空間周波数コムを用いた3次元空間コヒーレンス関数の生成と制御現在用いられている3次元絶対干渉計測法はすべて広帯域光周波数スペクトル光源を利用している.そのため,物体や媒質の屈折率分散や分光吸収の問題が生じ,特にバイオ応用などの波長分散性液浸計測や狭い分光透過スペクトル窓しかもたない吸収性物体の計測に制約を与えている.この問題を解決するために広帯域光周波数コム光源に代わるものとして,単色光で広帯域空間周波数をもつ空間周波数コム光源により3次元空間コヒーレンス関数を制御する新しい無分散3次元奥行き絶対計測法を提案し,実験によりその原理の有効性を実証した(Opt.Express 2006).本研究は,コヒーレンスホログラフィーという新原理により3次元空間コヒーレンス関数を自由に制御・シンセシスする技術を確立し,これを用いた新しい工学的応用の開拓を目的とする.また,基礎科学面ではコヒーレンス渦場の位相特異点の性質やコヒーレンス場の力学的性質の解明などの新展開を目指す.この目的の実現に向けて平成19年度は以下の研究を行った.1.ランダムな波動場の位相特異点の空間構造を指標とする変位と流体計測法の開発ランダムな波動場の位相特異点近傍の空間構造の異方性をあらわす構造パラメータと偏光状態のストークスパラメータの数学的類似性に着目して,位相特異点をポアンカレ球上の一点に対応させて識別することにより,位相特異点の変位から物体の変位や流体の流速分布を求める新しい光計測法を提案しその有効性を実証した(Optics Express,2007).2.偏光を考慮したベクトル場のコヒーレンス渦場のコヒーレンス角運動量の性質の解明古典的なベクトル電磁場のコヒーレンス関数の持つコヒーレンス角運動量が,通常の光波動場と同様な形式でコヒーレンス・スピン角運動量とコヒーレンス軌道角運動量に分離できることを初めて示した.3.コヒーレンス場の渦シートの存在の実験的検証コヒーレンス場に渦糸タイプの特異点の他に面を形成する渦シートの存在を実験で示した.(SPIE,2007)本研究は,コヒーレンスホログラフィーという新原理により3次元空間コヒーレンス関数を自由に制御・シンセシスする技術を確立し,これを用いた新しい工学的応用の開拓を目的とする.また,基礎科学面ではコヒーレンス渦場の位相特異点の性質やコヒーレンス場の力学的性質の解明などの新展開を目指す.この目的の実現に向けて平成20年度は以下の研究を行った.1.ランダムな波動場の複数の位相特異点の空間構造を指標とする変位と生体運動計測法の開発ランダムな波動場の複数の位相特異点の相互の位置関係を星座のようにみなして,その全体的な空間構造の一体的な変位を求めることにより,移動量の大きな物体の変位の軌跡を求める新しい光計測法を提案して,生体の運動解析に応用することによりその有効性を実証した(Optics Express, 2008).2.空間的にランダムな偏光場を任意の近軸光学系で変換したときのコヒーレンスと偏光の性質の解明

ランダムスクリーンで散乱された古典的なベクトル電磁場に対して任意の近軸波動場変換を行ったときのコヒーレンス関数と偏光状態の統計的性質を明らかにした. (J. Opt. Soc. Am A, 2008).3.擬似ストークスベクトル相関を用いた高感度変位計測の原理提案ラゲールガウスフィルタを用いて発生させた擬似位相場と偏光場の類似性を利用した擬似ストークスベクトル相関計測法を提案しその高感度性の実証実験をおこなった. (Loughborough, 2008)
核スピンおよび電子スピン量子ビットの作製と量子操作の実現

同位体組成が制御されたシリコン半導体中に,^<29>Si核スピン量子ビットを選択的に配置し,それらを量子ビットとして用いるための量子操作(特に,初期化とコヒーレンス時間の延長と読み出し)に関する基礎研究を多角的に実施した.分離されたシリコンを原子レベルの精度で堆積し,その極限として,シリコン上に^<29>Si核スピン量子ビットを一列に並べるための表面物理を解明し,実際にシリコン原子鎖の作製に成功した.また,シリコン中の^<29>Si核スピン量子ビットの初期化法として,光を用いる方法と電子スピン共鳴を用いる方法を提案し,実験において初期化のために必用なスピン物性を解明し,熱平衡状態における核スピン偏極と比較して,1000倍以上に高めることに成功した.さらに,核磁気共鳴装置中でラジオ波を照射することにより核スピン量子ビット間の双子相互作用を時間平均で打ち消すことに成功し,^<29>Si核スピンのコヒーレンス時間を温において25秒以上に伸ばすことに成功した.^<29>Si核スピン読み出しに関しても,光と電子磁気共鳴を用いる方法を提案した.ここでは^<29>Si核スピンの量子情報を近くに配置された^<31>P核スピンにスワップ操作によって移行したうえで,^<31>P核スピンを読み出す概念を提案し,実験においてアンサンブルではあるが,光のみで^<31>P核スピンを測定することに成功した.同様の手法は光電流を用いた核スピン読み出しにも用いられることを示した.電子磁気共鳴では,^<31>P核スピンとエンタングルしたリンに束縛された電子スピンの量子情報を読み出すことに成功した.同位体組成が制御されたシリコン半導体中に,^<29>Si核スピン量子ビットを選択的に配置し,それらを量子ビットとして用いるための量子操作(特に,初期化とコヒーレンス時間の延長と読み出し)に関する基礎研究を多角的に実施した.分離されたシリコンを原子レベルの精度で堆積し,その極限として,シリコン上に^<29>Si核スピン量子ビットを一列に並べるための表面物理を解明し,実際にシリコン原子鎖の作製に成功した.また,シリコン中の^<29>Si核スピン量子ビットの初期化法として,光を用いる方法と電子スピン共鳴を用いる方法を提案し,実験において初期化のために必用なスピン物性を解明し,熱平衡状態における核スピン偏極と比較して,1000倍以上に高めることに成功した.さらに,核磁気共鳴装置中でラジオ波を照射することにより核スピン量子ビット間の双子相互作用を時間平均で打ち消すことに成功し,^<29>Si核スピンのコヒーレンス時間を温において25秒以上に伸ばすことに成功した.^<29>Si核スピン読み出しに関しても,光と電子磁気共鳴を用いる方法を提案した.ここでは^<29>Si核スピンの量子情報を近くに配置された^<31>P核スピンにスワップ操作によって移行したうえで,^<31>P核スピンを読み出す概念を提案し,実験においてアンサンブルではあるが,光のみで^<31>P核スピンを測定することに成功した.同様の手法は光電流を用いた核スピン読み出しにも用いられることを示した.電子磁気共鳴では,^<31>P核スピンとエンタングルしたリンに束縛された電子スピンの量子情報を読み出すことに成功した.核スピン量子構造および結合型縦型量子ドットのデバイス作製技術の確立を目指した研究を展開した。さまざまなSi半導体超構造を分子線エピタキシー(MBE)装置を用いて作製し、特に核スピン層内の核スピン濃度、スペーサー層の厚みの位置と濃度などを系統的に変化させた一連の試料を作製する技術の確立を行った。分子線エピタキシー(MBE)成長における正確な成長速度の確保を目指したSi専用蒸着源(K-cell)を開発し、28Si/30Si同位体超格子を完成した。10nmずつ異なる同位体を積層した場合でも2次イオン質量分析法(SIMs)により28Siと30Siが交互に堆積されている様子が明瞭に得られた。さらに、Siウエハー上でGe量子ドットの位置と大きさを自由自在に制御する手法に関しても予備実験を開始した。量子ドットの位置と大きさが制御できれば、ドット中に閉じ込められた電子スピンや核スピンを量子ビットとして用いることが可能となる。結合型量子ドットでは印加磁場中の電子トンネリングに基づくレベルクロッシング・アンチクロッシングの詳細な解析を行い、縦型結合ドットを横に並べることから量子操作につながる結合をえる道を模索した。シリコン中の核スピンと電子スピンを利用した量子コンピュータの開発を進めた。核スピン制御に必要な^<28>Si/^<29>Si同位体超格子の作製と評価に成功し、そのスピンダイナミックスを核磁気共鳴法を用いて調べた。また、量子ビットの選択的アクセスに必要なNiFe強磁性体ストライプの開発も進めた。核スピン制御に関しては、核スピン間の結合をスイッチオフするRFパルス列の開発に成功し、量子計算の実現にむけて重要である位相緩和時間を25秒までのばすことに成功した。25秒はこれまでに固体を用いられて測定された最長の位相緩和時間で、この時間内に単一量子ゲート操作が100万回、2量子ゲート操作が1万回できる見込みを示した。これらの数字は実用的な固体量子計算の実現にむけて大変魅力的な値である。また、電子スピンを制御するためにSi基板上にGe量子ドットの位置と大きさを制御する試みも開発した。

ここでは原子間力顕微鏡を用いてシリコンウエハー表面を局所的にナノ酸化し、そのエッチング後に残るナノくぼみに選択的にGe量子ドットを成長することに成功した。これによりGe量子ドットの大きさと位置を制御することが可能になり、これをSiキャップ層で覆えば、Geドット直上のシリコン部分に集中するひずみにより電子が局在できると考える。この局在電子を量子計算に利用することを検討中である。Si中の局在電子スピンのコヒーレンスに関する研究も開始した。核スピン量子構造および電子スピン量子ドットのデバイス作製に向けた技術開発を行った.核スピン量子ビットの実現に向けて,核スピンをもたない^<28>Si基板上に,核スピンを有する^<29>Si量子ビットを一列に並べる技術の開発に成功した.また,さまざまなSi半導体超構造を分子線エピタキシー(MBE)装置を用いて作製し,特に核スピン層内の核スピン濃度,スペーサー層の厚みの位置と濃度などを系統的に変化させた一連の試料を作製することに成功した.さらに,シリコン基板上でGe量子ドットの位置と大きさを制御する技術を確立した.ここでは原子間力トンネル顕微鏡を用いて,シリコン基板の一部のみを局所的に酸化し,穴を掘ることによって,そこだけにGe量子ドットが成長する条件を見出した.この技術は電子スピン量子ビットの実現にむけて有用であると期待される.電子スピンと核スピンを操作し,読み出す技術として,核磁気共鳴および電子スピン共鳴装置を用いた研究を進めた.核スピン量子ビットのデコヒーレンス時間は,25秒を得ることに成功し,これは固体で測定された最も長い位相記憶時間である.この記憶時間中には,1量子ビット演算が100万回,2量子ビット演算が1万回可能だと予想され,実用的な量子コンピュータに必要な条件を満たしつつある.また,電子スピン共鳴を用いて核スピンを読み出す技術を開発した.具体的には,シリコン中に添加されたリン不純物に束縛された電子スピンのデコヒーレンスが,周辺の^<29>Si量子ビットの状態によって変調され,そのフーリエ変換によって核スピン状態が読み出せることを見出した.核スピン濃度と電子スピン濃度を系統的に変化させた,さまざまなSiバルクおよび超構造をフローティングゾーン法や分子線エピタキシー(MBE)装置を用いて作製し,ホール効果,遠赤外吸収,ラマン分光を用いて評価し,その後,NMR測定,ESR測定,偏光フォトルミネッセンス測定を行うことからスピン物性を明らかにし,NMRではスピンコヒーレンスを長時間保つための量子操作法を開発し,量子演算に向けた量子操作と,スピンコヒーレンスを保つための量子操作を検討して,実際に25秒という世界最長の位相保持を実現した.ESRではパルス法を用いた電子スピンコヒーレンスを,バックグラウンドの29Si核スピン濃度の関数として定量的に明らかにした.電子スピンと核スピンの相互作用の解明は,量子コンピュータの実現にむけて不可欠であり,我々が有する同位体操作技術なしでは詳細は明らかにできない.よって,3種類のシリコン安定同位体を利用してESRとNMR測定を組み合わせることで電子スピン・核スピン相互作用の一部を明らかにした.フォトルミネッセンスでは,シリコンのバンドギャップ付近のエネルギーによるマッピングを行い,励起エネルギーの関数としての電子スピン編極度を調べた.
超小型人工衛星の開発手法と設計法に関する研究

本研究は超小型衛星の開発を実験的に行うことによって、コスト効率が高く安価に成果を得ることができる衛星の開発手法と設計法を研究し、同時に、設計・製作の技術蓄積と次世代の宇宙開発を担う技術者の育成を図ることを目的とした。平成11年度から14年度までの4年間に、本研究のパートナーである九州大学と東京大学は相協力してこの目的を達成したと考える。研究開始当初の段階では共同の目標を設定して、つまり、ひとつの超小型衛星システムを構築することを目指したが、その後の環境の大きな変化により、それぞれ別個の目標を設定することとなった。より具体的にいえば、九州大学では比較的大型の50kg級衛星によってテザー技術実証を目指してこれの基本となる要素技術とシステム構想を固め、東京大学ではきわめて小型の衛星(1kg級)の総合技術を集中的に研究して軌道投入に足る性能を確認するにいたった。この間、両大学では要素技術の情報を密接に交換し、たとえば衛星搭載の通信機の共通化などによる重複投資の削除に効果を挙げている。複数の大学が協力して宇宙技術を構築する本研究の意図は、今般設立された「大学宇宙工学コンソーシアム」によって、実質的に引き継がれることとなった。これは、大学における人工衛星やロケットの研究を促進するものであり、この組織の中心となっているのが、本研究の担当者である。したがって、2つの大学間協力が全国大学を包含した組織に発展したものと捕らえることができる。小型衛星の基本となる技術開発を進めるとともに,米国の大学との共同プロジェクトを発足させて多段階の衛星開発計画を策定した.・技術開発:衛星を構成するコンポーネントを学内試作し,一部試験評価の後,設計改良のデーターを得た.また,通信機器,姿勢制御装置,測定機器などをCANSATに組み込み,米国で実施されたロケット弾道飛行を利用してフライト性能を確認した.・衛星開発:米国の大学との協議により,共同プロジェクトとして400グラム級CANSAT,1kg級S3Sat,さらに50kg級衛星と段階を経た計画を策定した.CANSATの第1フェーズは平成11年9月にフライトを実施,その後第2フェーズとS3Satの開発に入った.インターネットを利用した多大学間情報交流,管理体制を設定し,プロジェクトの進行に活用した.超小型衛星の共同研究を行っている九州大学・東京大学では具体的な衛星計画を立案し、設計とハードウエアの検証により実フライトに向けた準備を進めた.米国の大学と連携したプログラムでは、500グラム弱の衛星の雛型ともいえるCANSATを製作して昨年度に引き続き米国でサブオービタルフライトを行った.2年目となる東京大学ではGPSの搭載などでより進んだ機能を実証し,初めての参加となった九州大学でも地上局への画像の伝送に成功した.さらに,東京大学は気球からの放出によってCANSATと地上局あるいはCANSAT同士の通信技術の熟成を図った.また、軌道への打ち上げを狙ったCUBESATについては東京大学で設計が進め、2001年度の外国での打ち上げに向けた準備をはじめた.もう一段と「大型」の超小型衛星であるQUEST(50kg級)については米国大学と協調して九州大学が設計を進め,一部のコンポーネントの製作・試験を開始した.これにはCANSATなどで確認した技術を大学間で情報交換し、利用を図っている.地球局の相互利用に供する技術は両大学で研究が進められた.単独局による通信と軌道決定などの実験が始まり,インターネットを通して遠隔局を制御・利用する仕様が検討された.基本的にはアマチュアバンド周波数を用いるものであり,国内の両大学に限定せずに世界中の大学の共同利用に拡大できることを目指している.九州大学・東京大学では超小型衛星の実現に向けて,要素技術開発としてのCANSAT,2種類の衛星開発並びに運用のための地球局システムの研究を行っている.米国の大学と連携したCANSATに関しては,打ち上げた機体を指定ポイントに着陸させるミッションを設定し,両校ともロケットからの分離後にパラグライダーを展開する方式をとった.米国でサブオービタルフライトを行った結果,パラグライダーの展開やGPSによる位置測定などにそれぞれ不具合を生じたが,これらのデーターと経験を次年度のフライトに繋げることを目指す.

ここで得られる要素技術は超小型衛星を構成する要素に反映できるものであるが,更に将来には惑星への軟着陸の手段にも適用できるものである.東京大学では,軌道への打ち上げを狙った1kg級のCUBESATの製作を行い,機能試験,環境試験を終了し,2002年秋ないし冬の打ち上げへの準備を完了した.今後,米国へ輸送し,米国大学の他のCUBESATとのインテグレーションを行った後,全体をロシアに送る事となる.輸出に関する手続きも完了した.もう一段「大型」のQUEST(50kg級)については米国大学との協調に加え,東京大学も通信系を分担することとして九州大学が全体の設計を進めた.QUESTはテザー衛星であり,テザー伸展がもっともクリティカルなプロセスとなる.昨年までにテザーのリール機構と伸展制御機構を完成させたが,今年度は子衛星分離機構をマルマンクランプ方式で製作し地上試験により分離特性を確認した.合計5大学の共同作業であるので,インターネットにより各サブシステム間の調整を図る連絡方式を作り実行している.地球局を相互利用する研究では個別局を完成させた.一方,通信での制御・データー取得に関してはそれぞれのプロトコールが異なり,今後統一することの必要性が認識された.九大,東大だけでなく,他の国内大学とも連携する方向で検討を進めている.更に,米国を含めた外国局との相互利用も当然視野に入っているが,国際間の法的問題,特に米国の厳しい軍事情報管理システムが障壁がとなっている.`九州大学と東京大学が行なってきた超小型衛星の研究は、それぞれ独自の成果を挙げてきた。則ち、東京大学の研究は質量1kgのCubeSatに結実し、衛星の機能確認、環境条件に対する性能の確認、ならびに軌道上運用を含んだ全ミッション期間を通しての運用条件を明確にできた。九州大学では更に大型のQUESTへの技術をかため、その衛星の構成技術を確認するとともに、シミュレーションを通してシステム全体の設計と軌道上運用を明らかにした。このように、両大学の研究は、当初めざした目標をほぼ達成したと言える。一方、軌道上に衛星を設置した後の衛星運用にたいしては、それぞれの大学で地球局を整備し、おたがいの地球局をインターネットで接続することにより、あたかも自局の通信範囲を拡大したかのように複数局運用でシームレスな通信を可能にするシステムを構築した。これは、九大、東大のみならず、我が国の多くの大学の地球局をも収納するしうるシステムであり、別途設立された大学宇宙工学コンソーシアムの枠組みで発展しつつある。まとめとして、是迄の研究全体を通して、本研究は大学に於ける小型衛星の技術を飛躍的に高める結果を得たことを報告する。
陽電子消滅法と昇温脱離分析による原子力材料中の水素－空孔型欠陥相互作用の解明

タングステンおよびステンレス鋼に対して、量研機構高崎研究所1号加速器および京都大学複合原子力研究所ライナック加速器を利用して電子線照射を行った。その後、陽電子消滅実験によって照射欠陥を観察した。その結果、単空孔程度の欠陥が導入されたことが分かった。さらに、タングステンについて、ベルギー原子力研究所(SCK/CEN)のBR2を利用した中性子照射の準備を行った。照射条件などを決め、高精度のオンライン温度制御および照射量制御を行えるBR2多段多分割照射リグに装荷した。中性子照射は2019年度中に行われる予定である。前年度までに電子線照射または中性子照射されたタングステン試料について、試料中の水素ー空孔型欠陥の観察を昇温脱離分析および陽電子消滅法を用いて行った。昇温脱離分析から、中性子照射された試料では、水素滞留が顕著に増加することが分かった。陽電子消滅から、照射されたタングステン中の照射欠陥への重水素捕獲を観察した。純タングステンについて、300°C×100時間の照射後焼鈍を真空中または重水素ガス中で行ったところ、重水素ガス中で焼鈍された試料の陽電子寿命は真空中で焼鈍された場合よりも短いことが分かった。これより、照射欠陥への重水素捕獲が分かった。同時計数ドップラー広がり測定により、陽電子が重水素の電子と消滅することを直接観察するし、これが裏付けられた。また、研究分担者である大澤博士により、水素ー空孔の安定構造を第一原理計算で評価した。1原子空孔および2原子空孔の場合について、水素の安定位置を明らかにすることができた。平成30年度の研究計画は、電子線照射・中性子照射・水素ー空孔型欠陥複合体の観察および水素安定位置の解明、であった。このうち、電子線照射は計画通りの実験を完了することができた。中性子照射は、照射キャプセルへの試料の装荷を完了し、照射を待つのみである。照射時期は原子炉の運転スケジュールに依るが、ほぼ当初の計画通りの時期になる見通しである。水素ー空孔型欠陥複合体の観察および水素安定位置の解明に関しても、実験(複合体の観察)も第一原理計算(複合対中の水素安定位置の計算)もほぼ予定通りの成果を挙げることができた。以上より、現在までの進捗状況を「おおむね順調に進展している」と評価する。【1】中性子照射試料への水素導入および水素ー空孔型欠陥の観察中性子照射試料について、前年度までと同様にして水素を導入し、陽電子消滅測定および昇温脱離分析を行う。中性子照射材では透過電子顕微鏡でも観察可能な空孔クラスターが存在すると考えられるので、最新の球面収差補正付き透過電子顕微鏡を用いてこれを同定する。その結果を陽電子消滅法の結果と比較し、空孔型欠陥の寸法や数密度をより精度良く評価する。【2】水素結合エネルギーの理論計算(研究分担者大澤が担当)熱動力学的モデルを用いて、陽電子消滅法で同定された水素捕獲サイトを中心に種々の捕獲サイトに関して水素吸蔵量の温度依存性を計算し、水素結合エネルギーを評価する。【3】実験と理論との直接比較前年度得られる陽電子消滅測定の理論計算および上記の水素結合エネルギーの理論計算の結果を、陽電子消滅実験および昇温脱離分析等の実験から得られた結果と比較し、水素捕獲サイトの実体、捕獲サイトの水素配位数、水素結合エネルギーのそれぞれについて検討する。以上で得られた結果を、捕獲サイトが多く存在する場合の水素拡散モデル(例えばOrianiの式)に適用し、ジルコニウム合金やステンレス鋼における水素の拡散や集積を評価する。水素は、材料の劣化に寄与すると考えられている。一般に金属中の水素溶解度は非常に小さいものの、照射材料では水素吸蔵が顕著に増加することが最近明らかになった。その原因は空孔型欠陥が強い水素捕獲サイトとなるためと考えられるが、空孔に捕獲された水素の観察は実験的に非常に難しく、詳細は良く分かっていない。本研究では、水素溶解度が金属中で最小であるタングステンを電子線あるいは中性子照射したのちに水素を導入し、空孔型欠陥への水素捕獲を陽電子消滅法と昇温脱離分析で観察することで、水素ー空孔型欠陥の相互作用を明らかにすることを目的とする。供試材は純タングステンであり、再結晶処理を行った(試料A)。その後、重水素ガス中で焼鈍(試料B)、中性子照射(試料C)、中性子照射後に真空中および重水素ガス中で焼鈍(試料DおよびE)を行った。各試料の平均陽電子寿命は、試料Aでは128psであり、タングステンバルクでの値に近かった。試料BではAと比べてほとんど変化しなかった。試料Cでは330psと長くなった。寿命スペクトルは1成分でよくフィッティングされ、ほぼ全ての陽電子が中性子照射で導入された照射欠陥(空孔クラスター)に捕獲されていることが分かった。試料Dでは、寿命スペクトルは試料Cのそれとほぼ一致し、平均陽電子寿命は327psと試料Cとほぼ同一だった。これは、300°C×100時間の焼鈍では、空孔クラスターの寸法や数密度はほとんど変化しないことを示唆する。一方、試料Eでは、平均陽電子寿命は255psと試料CやDに比べ顕著に小さかった。重水素を内部に含む空孔クラスターでは、含まない場合よりも陽電子寿命が短いことを考えると、試料Eでは、空孔クラスターの内部に重水素が入り、捕獲されているために平均陽電子寿命が小さくなったと考えられる。