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超高速集団光応答により生じる新物質相の創出

物質内の電子が、個々に運動するよりも全体的な運動をする方が容易である特異な性質を持った一群の物質があり、これを強相関電子系と呼ぶ。これらは、僅かの外部刺激によって著しい性質の変化を示す事が知られている。このような物質にレーザー光を照射し、その後の変化を光学的、電気・磁気的、構造的に追跡することによって、光照射に特有の非常に高速な性質の変化があることを見出した。また、裏表見る方向で光の透過率が異なるなど、通常の物質には見られない性質を持った材料を開発した。超高速現象:明瞭な金属・絶縁体転移を起すマンガン酸化物薄膜試料の作製に成功し、格子の歪による薄膜に特徴的な電荷・軌道秩序状態を見出した。この秩序状態を光励起することによって、超高速の電子状態の異方性の変化、反強磁性秩序からの強磁性の発現などを観察し、パルスレーザーとCWレーザーによる金属・絶縁体転移の双方向全光制御に成功した。また、有機分子性半導体において、超高速光スイッチング現象の探索を進めた。アルカリTCNQ結晶において、フェムト秒パルス励起によるスピンパイエルス相の融解(光誘起逆スピンパイエルス転移)を見出した。この転移に伴って、二量体化分子変位の融解に対応する複数のコヒーレント振動が生じ、二つのフェムト秒パルスの間隔を制御することによって、このコヒーレント振動の振幅を制御することに成功した。電気磁気効果:自発電気分極を有するフェリ磁性生体GaFeO_3において近赤外から可視光領域の非相反的方向二色性を観測しまた、X線磁気散乱がFe K吸収端付近で共鳴増大を示すことを発見した。このスペクトル形状と反射指数に対する依存性は、X線領域における一次の電気磁気効果が寄与していることを示唆していた。このX線領域における電気磁気効果は、自発電気分極は持たないが、磁性イオンサイトの局所的対称性には反転心がないような物質についても観測できることを、スピネル構造を持ついくつかの物質で実証した。量子常誘電体:量子常誘電体SrTiO_3にCaドープおよび酸素同位体置換して強誘電性を発現する単結晶試料を作製した。紫外線励起により、巨大誘電応答と強誘電転移温度の減少が観測され、どちらも光キャリアによる誘電遮蔽による効果と考えられる。THz:0.1-3THzの周波数帯をカバーし、単結晶のみならず粉末試料、液体試料においても分析を容易にするテラヘルツ時間領域全反射分光装置の開発に成功した。光誘起相転移:(1)一次元モット絶縁体BEDTTTF-F_2TCNQのフェムト秒ポンププローブ分光測定を行い、分子あたり0.003光子の弱励起においても、金属的な反射率変化の挙動を見出した。これは、一次元モット絶縁体に特有のスピン電荷分離に基づくものであると考えられる。さらに、光励起状態の超高速緩和の機構を明らかにするために、20フェムト秒の時間分解能を有するポンププローブ分光測定系を構築した。(2)Mn酸化物薄膜の永続的光誘起絶縁体・金属転移を詳細に調べ、10μmにも及ぶ相分離状態が存在し、その存在様式は、履歴、外場の種類と強さなどに敏感に依存することを明らかにした。その挙動は、複雑系の典型であるソフトマターと極めて類似し、複雑系で知られている現象論的解釈が、巨大応答をよく記述することを見出した。(3)高スピン常磁性相が全ての温度域で安定な複核スピンクロスオーバー錯体に光誘起相転移を起こし、熱的には得られない低スピン-高スピン中間層を数時間以上の寿命で得ることに成功した。(4)量子常誘電体KTaO_3の光励起キャリアは局在状態にトラップされ、トンネリングにより緩和励起子を構成するという過程によって、現象が統一的に理解できた。電気磁気効果:巨大な電気磁気効果(交差相関)を示すペロブスカイト型Mn酸化物の無磁場下での磁気構造が横滑り型らせん磁性であることを、中性子散乱磁気構造解析により直接示した。強磁場X線回折装置:村上班と共同で、KEK-PFに8Tの磁場印加X線回折測定システムを構築、他の班との共同研究を開始した。巨大な電気磁気効果を示すMn酸化物の不整合反強磁性の波数の変化、巨大磁気抵抗効果を示すMn酸化物における電荷・軌道整列状態の融解、スピネル型酸化物における磁場誘起構造相転移、希土類硼炭化物の磁場下での相図の測定に成功した。テラヘルツ・ニアフィールド顕微鏡を構築した1.顕著なCMR効果を示す二重臨界点近傍の組成をもつMn薄膜試料の電気伝導の不均一性を実空間観測し、巨視的なスケールで室温でも絶縁体・伝導状態が混在していること、絶縁体領域はヒステリシスを示すことなどを明らかにした。

さらにこのような二相共存状態を伴わない磁歪によるCMR効果の存在を明らかにした。2.CDW状態にある臭素架橋Pd錯体において、光照射によるCDW-モットハバード相転移を見出した。光励起後、まず電荷秩序が融解し続いて臭素の二倍周期の変位が解放されることから、金属イオン間のクーロン斥力が支配的な役割を果たしていると結論された。電子の遍歴性がさらに大きいと考えられるヨウ素架橋白金錯体については、光照射強度を増加するにつれて、CDW→モットハバード→金属と転移すること、すなわち、系を三相の間で光制御できることがわかった。3.[Fe(ptz)_6](BF_4)_2において、温度ヒステリシスループ近傍で光誘起スイッチに成功、温度変化では区別されない構造転移とスピン転移を時間領域でカスケード転移過程として始めて観測した。Fe(pyrazine)[Pt(CN)_4]においては、光誘起励起過程に依存するスピン状態生成・緩和過程を観測し、スピン励起状態の空間相関をコントロールできることを示唆した。4.MnWO_4がらせん磁性相で強誘電性を併せ持ち磁場によって強誘電分極がフロップすること、CoCr_2O_4がコニカル磁性相で強誘電性を併せ持つこと、磁化と共に強誘電分極も反転することを発見した。また、TbMnO_3の強誘電分極の向きとらせん磁性のヘリシティの1対1対応し、空間変調する分極を確認した。FeCr_2O_4においてFeの一部を軌道自由度のないMnで置換すると、軌道が3z^2-r^2タイプからx^2-y^2タイプへと変化し、磁場によって軌道の向きが変化することによる大きな磁歪が発現する。1.二重臨界点近傍の組成をもつMn薄膜試料の金属・絶縁体共存状態を光電子分光で明確に示した。また、電流誘起相転移を半定量的に解析した。電子励起効果と熱の効果を明確に分離した。2.アルキル鎖を導入した臭素架橋パラジウム錯体が、温度変化によって、電荷密度波相からモットハバード相に相転移することを見出した。モットハバード相にフェムト秒パルス光を照射するとき、励起子を共鳴励起した場合は電荷密度波相への転移が、また、より高いエネルギーで励起した場合は金属相への転移が生じることがわかった。すなわち、励起光エネルギーに応じて、過渡的な光誘起相を作り分けられることが実証された。3.CuB_2O_4において、光の進行方向の反転により吸収係数が最大で3倍変化する巨大な方向二色性を発見した。またTbMnO_3やMnWO_4の強誘電分極の符号と大きさが横滑りらせん磁気秩序のヘリシティと対応していることをスピン偏極中性子回折により明らかにした。さらに、磁場方位を回転することでスピン秩序由来の強誘電分極を反転することに成功した。4.DyVO_3に磁場を印加することによって軌道整列のパターンが変化する相転移を、磁場下の放射光X線回折実験により発見した。5.スピンクロスオーバー錯体において、光誘起相転移後の緩和過程をms100sの時間領域で研究し、初期状態に依存して緩和ダイナミクスが大きく変化することを明らかにした。6.不純物に誘起されたリラクサ強誘電相をもつ酸化物系で、量子臨界濃度近傍での秩序化のメカニズムをテラヘルツ時間領域分光法により明らかにした。1.光励起効果:(1)二重臨界点近傍のMn酸化物の温度変化に対する履歴現象を明らかにし、光によって金属・絶縁体1次相転移を双方向に制御可能であることを示した。
ペプチド構造を有する環状ジヌクレオチド等価体を利用した創薬研究

c-di-GMPに代表される環状ジヌクレオチド(CDN)誘導体は、細菌バイオフィルムの形成や細胞壁の代謝、また哺乳類の免疫に関与するタンパク質(STING)に結合し、I型インターフェロン生成を誘導することが明らかとなっている。CDN誘導体は新たな創薬シーズの候補としても注目を集めているが、医薬品として機能させるためには、生体内での分解酵素への耐性獲得や細胞膜透過性の改善などが必要である。そこで本申請研究では「新規CDN誘導体の合成とその機能解明」を目的とし、ペプチド構造を利用したCDN等価体創出のための構造展開を行うことを計画した。
東アジアの経典見返絵の研究

日本を中心とする東アジアの紺紙金字経典の実地調査を行い、同一作者集団により制作されたと判断できる作品群の確認、赤外線写真撮影による紙面の墨書・墨印の確認など、経典の制作環境解明の材料を得た。また東アジア作例との比較から平安時代の経典見返絵の様式的特徴を明確にした。すでに文献的考察により明らかにしていた「経師」らによる制作活動の状況を踏まえ、結論として、平安時代の経絵は、僧侶たちが作善の意識をもちつつ組織的に制作するなかで様式確立にいたり、鎌倉時代初めの経典説話絵巻制作の基盤を作った、一定の絵画的史領分を持つジャンルであると位置づけ得た。18年度は、平安時代の経絵様式の展開過程の中でも定型成立以降、つまり平安時代後期につくられた作品の調査を中心に行った。対象作品は下記の(1)(4)である。作品調査に際しては、表紙・見返絵・本文書体の様式的検討、紙や金銀泥の材質の確認、法量の計測を行い、基礎データを収集した。写真撮影は可能な限り行った。(1)滋賀・百済寺所蔵「紺紙金字法華経并開結(10巻)」12世紀半ば(2)奈良・唐招提寺所蔵「紺紙金字法華経并開結(10巻)」12世紀半ば(3)京都・長福寺所蔵「紺紙金字金光明経(4巻)」久安4年(1145)奥書(4)長崎・普門寺所蔵「紺紙金字法華経并開結(8巻)」12世紀後半また、平安時代の経絵が東アジアの経絵の中でいかに位置づけられるかを把握するために、比較研究の基礎作業として高麗時代につくられた作品の調査を行った。対象作品は下記の(5)(8)である。調査方法は平安時代の作品に準じた。高麗写経については、藤田励夫氏(九州国立博物館・保存修復室長)と共同で行った。(5)京都・上徳寺所蔵「紺紙銀字法華経(6帖)」高麗時代(6)同所蔵「紺紙金字法華経(5帖)]高麗時代(7)京都・妙顕寺所蔵「紺紙金字法華経(7帖)」高麗時代(8)ソウル・東国大学所蔵「紺紙銀泥菩薩善戒経巻第八(1巻)」至元17年(1280)奥書18年度の調査結果から判明したことは現在までのところ次の通りである。平安時代の作品のうち(1)(2)(3)については1紙の幅、界高、界幅はそれぞれの作品内で均一であることが確認できた。本文書体については、(3)は巻頭から巻末まで一筆、他は複数の手になる。表紙絵・見返絵については表現上の画一性が高い。また、赤外線撮影によって、(1)の本紙の表裏の端の所々に墨書の花押のようなものが記されていることが判明した。紙の制作に関わるものと思われ、今後、制作環境を研究するうえでの材料としたい。日本絵画史における紺紙金字法華経見返絵(経絵)の位置づけを明らかにすることを目的としている。19年度は、経絵に特徴的な表現様式である経絵様式の成立過程をたどり、ほかのジャンルの絵画にはない経絵独自の絵画的特徴を解明するため、下記の作品の実地調査・研究を行った。1、奈良時代・平安時代の作品(定型図様の系譜)(1)紺紙銀字華厳経断簡(二月堂焼経)1紙8世紀(東北大学附属図書館所蔵)※見返絵なし(2)紺紙金銀交書称讃浄土仏摂受経(中尊寺経)1巻(同上)(3)紺紙金字妙法蓮華経巻第八(中尊寺経)1巻保延六年銘(同上)(4)紺紙金字大智度論巻第二十四・二十八(神護寺経)2巻(同上)※墨印あり(5)紺紙金字大般若波羅蜜多経巻第百六十六(伝中尊寺経)1巻(同上)(6)紺紙金字法華経並開結10巻(賀茂別雷神社所蔵)※画像による分析2、平安時代の作品(非定型図様の系譜)(7)紺紙金字妙法蓮華経巻第八1巻(同上)※墨印あり3、韓国の作品(8)紺紙銀字妙法蓮華経巻第四(高麗経)朝鮮時代ヵ1帖(同上)(9)白紙金字妙法蓮華経巻

第六(高麗経)高麗時代1帖(同上)上記の実地調査による新知見は、(7)の東北大学本法華経巻第八と(4)の神護寺経に関して赤外線撮影をおこなったところ、これまで指摘されたことのない墨印の存在が確認できたことである。(7)については、書体は平安時代の写経体に近いが、図様が大陸系のものであるため、制作背景について問題とされてきた。今回発見された墨印を、平安時代の作品に見られる同種の「紙師の印」と比較することで、その制作地に関する研究材料が増えたことになる。また、韓国・中国の作品見学をとおして、日本の作品の特徴として、経絵に描かれる題材の数が少なく表現も簡素であることが、詳細なモチーフ比較から明確になった。日本絵画史における経典見返絵(以下、経絵と呼ぶ)の位置づけを明らかにすることを目的とし、経絵様式の特徴を確認するため、下記のとおり、経絵の盛んに制作された平安時代後期の作品を中心とし(13)、中国(元時代ヵ)の作品(4)も含め調査・研究を行った。(1)京都・加茂別雷神社本法華経并開結10巻(2)滋賀・浄光寺本法華経并開結10巻(3)久留米・善導寺本観普腎経承安2年(1172)奥書1巻(4)仙台・陸奥国分寺本法華経巻第六1巻調査による新知見は下記のとおりである。(1)をその画風分析から、善通寺本法華経巻第一・厳島神社壬本と同一工房の作であると判断した。これを含め、同一工房作として、長福寺本グループ、松寺グループの3つを挙げうるが、これら同じ工房の作とみなせる作品間で、説話を構成する人物の動勢や、現実の世俗モチーフの描写に多様な変化が認められ、その変化が経絵独特の軽妙な説話表現に結びついていることが確認できた。(2)では無量に「法水洗垢」が描かれているが、これは平安時代の経絵の中で2例にしか見いだされない新主題である。しかもその表現は、扇面法華経(12世紀)に表された洗濯する女の姿と近く、経絵における世俗モチーフを用いた新主題表現として着目される。(3)は年紀銘をもつ基準作であるが、余白を犬きくとった空間構成と簡略ながら線描を生かしたモチーフ描写によって空中より飛来する菩薩の動勢に観者の視点が導かれ、全体として優れた説話表現が達成されていることが確認できた。(4)では多くめ主題が文字を記した画中短冊形とともに描かれており、経典内容の具体的説明が重視されているが、このような中国作品と比較することで平安時代経絵の特徴が明確となった。以上の分析から、平安時代の経絵様式を、定型構図を利用した空間構成、仏菩薩の類型描写、線描を生かしたモチーフ表現によってつくり上げられた、小画面の仏教説話画として典型的な一様式と位置づけた。
木造住宅類型別のライフサイクル木材消費量の比較検討

本研究は、約31万戸の木造住宅が現存するといわれる京都市を研究対象とし、新築から解体までの木造住宅ライフサイクルにおける「木材利用」に着目し、現状の調査・分析を通して、木造住宅が「エコ・ハウス」の具体的かつ持続可能な提案となり得るかどうかを検証する事を目的としている。具体的には、以下のような調査・研究を行った。(1)木造住宅ライフサイクルにおける木造住宅の類型化と量的把握:住宅統計調査、京都市内での既存調査研究などを通して、「新築」、「修繕・改造」および「解体」される木造住宅の類型化と、量的分析を行う。具体的には、約31万戸(1993年時点)あるといわれる京都市の木造住宅について建設時期、建物類型(平面デザイン、外観)、建物構法、工法、などを把握した。(2)木材再利用・解体技術と木材再利用の現状:既存研究・調査より現在行われている木造住宅解体の仕組みを把握し、木材再利用と住宅解体に関わる技術について整理するとともに、京都市を事例として木造住宅解体から発生する木材を再利用する可能性について検討を行った。(3)修繕・改造事例などにみる木造住宅類型と木造使用状況:京都市で生産される木造住宅の全体像を把握した上で、京都市内を中心に、これまで行われてきた木造住宅の修繕・改造事例、建物に使われていた木材「古材」の再利用事例を収集し、各事例ごとに、建設時期、建物類型、建物構法、工法、施工者・設計者を整理するとともに、木造住宅ライフサイクルにおける木材使用量(樹種、材積など)を把握した。(1)(3)の結果より、(4)木造住宅の類型化と量的把握、木材使用状況を通して、修繕・改善による長期利用された場合の木造住宅「維持修繕型木造住宅」、一度使われた木材「古材」を再利用しながら木材を長期利用する「古材再利用型木造住宅」など、環境への影響という観点から、木造住宅における木材利用方法の可能性と課題について考察した。本年度は、主として以下のような調査・研究を行った。1.木造住宅ライフサイクルにおける木造住宅の類型化と量的把握:住宅統計調査、京都市内での既存調査研究などを通して、「新築」、「修繕・改造」および「解体」される木造住宅の類型化と、量的分析を行う。2.木材再利用・解体技術と木材再利用の現状:既存研究・調査より現在行われている木造住宅解体の仕組みを把握し、木材再利用と住宅解体に関わる技術について整理するとともに、京都市を事例として木造住宅解体から発生する木材を再利用する可能性について検討を行った。これらの知見より、今後の課題として、以下の点を挙げた。(1)木造住宅生産システムの実態把握:木造住宅生産を担っている大工・工務店について、分布状況・変化、組織構成・営業規模、住宅デザインという点について分析を行う必要がある。(2)京都市の木造住宅類型別木材使用量の把握:京都市の木造住宅の類型化を行うとともに、各木造住宅類型ごとに、新築、修繕・改造、解体される木造住宅の数量について試算する必要がある。
定着を必要としない制震装置を組み込んだRC造耐震補強システムの開発

本研究では、建物を継続使用しながら補強可能なように定着を必要としない装置を配した耐震補強技術の開発を行う。特に、(1)改修工事費の削減(2)地震被害後の修復の容易性(3)建物機能維持(4)居ながら補強(5)補強工事期間の短縮(6)補強設計期間の短縮、の6課題を満足するような技術開発を行うことを目的とする。具体的には,以下の目標を設定した。・上に示した改修工事の6課題を満足する為の第1段階として、アンカー工事を必要としない補強形式の改修方法を数種類提案する。一つは、現在開発中の圧縮型ブレースを発展させる構造形式であり、もう一つは引張ブレースと制震要素を枠内に埋め込んだ構造形式とする。・提案した改修方法の構造特性を確認するための実験を行い、耐力と変形性能を確認する。また、圧着により既存架構の局部的な破壊が生じないことを確認する。・提案した改修方法の設計法を提案し、改修工事の6課題を満足することを確認する。2年間の研究では,計画に従い以下の研究内容を遂行した。・自己圧着型コンクリートブレースを用いた構造形式では、連層式にX型ブレースを配して抵抗機構が層のせん断型から全体の曲げ型に変化した場合の構造形式の水平力抵抗機構の解明を行い,せん断型から全体曲げ降伏型までの設計手法の見直しを行った。・制震要素と変形復元要素を組み込んだ枠付鉄骨ブレース形式では、座屈拘束を施したPCより線の開発を行い,引張ブレースが水平力に対して抵抗する抵抗機構を提案した。・数値解析では、米国で実施されたハイブリッド接合部に関する実験結果をもとに現在開発中の複数ばねモデルを用い、コンクリート・普通鉄筋・PC鋼材をそれざれの復元力特性を有するばねで置き換えたマクロモデルの開発を行った。2004年度には,計画に従い以下の研究内容を遂行した。・強度抵抗型のX型コンクリートブレースを用いた構造形式では、連層式にX型ブレースを配して抵抗機構が層のせん断型から全体の曲げ型に変化した場合の各部材における性能評価の問題点を実験を行なって明らかとした。・制震要素と変形復元要素を組み込んだ枠付鉄骨ブレース形式では、引張ブレースが水平力に対して抵抗する機構を提案した。・数値解析では、米国で実施されたハイブリッド接合部に関する実験結果をもとに現在開発中の複数ばねモデルを用い、コンクリート・普通鉄筋・PC鋼材をそれぞれの復元力特性を有するばねで置き換えたマクロモデルの開発を行った。

特に、(1)改修工事費の削減(2)地震被害後の修復の容易性(3)建物機能維持(4)居ながら補強(5)補強工事期間の短縮(6)補強設計期間の短縮、の6課題を満足するような技術開発を行うことを目的とする。具体的には,以下の目標を設定した。・上に示した改修工事の6課題を満足する為の第1段階として、アンカー工事を必要としない補強形式の改修方法を数種類提案する。一つは、現在開発中の圧縮型ブレースを発展させる構造形式であり、もう一つは引張ブレースと制震要素を枠内に埋め込んだ構造形式とする。・提案した改修方法の構造特性を確認するための実験を行い、耐力と変形性能を確認する。また、圧着により既存架構の局部的な破壊が生じないことを確認する。・提案した改修方法の設計法を提案し、改修工事の6課題を満足することを確認する。2005年度には,計画に従い以下の研究内容を遂行した。・自己圧着型コンクリートブレースを用いた構造形式では、連層式にX型ブレースを配して抵抗機構が層のせん断型から全体の曲げ型に変化した場合の構造形式の水平力抵抗機構の解明を行い,せん断型から全体曲げ降伏型までの設計手法の見直しを行った。・制震要素と変形復元要素を組み込んだ枠付鉄骨ブレース形式では、座屈拘束を施したPCより線の開発を行い,引張ブレースが水平力に対して抵抗する抵抗機構を提案した。・数値解析では、米国で実施されたハイブリッド接合部に関する実験結果をもとに現在開発中の複数ばねモデルを用い、コンクリート・普通鉄筋・PC鋼材をそれぞれの復元力特性を有するばねで置き換えたマクロモデルの開発を行った。
エアロゾル合成による多孔性配位高分子の形態制御－ナノ材料との複合と薄膜作製－

本研究では噴霧乾燥を利用した多孔性配位高分子(MOF)のエアロゾル合成プロセス(ASP)を機能性ナノ材料複合MOFの合成およびMOF薄膜作製の2つの形態制御プロセスへと発展させることを目的としている。平成30年度は、様々なナノ材料を複合したMOF粒子および薄膜の作製とその応用を目的とした。新たな対象MOFとしてUiO-66(Zr6O4(OH)4(BDC)12; BDC2- = 1,4-benzenedicarboxylate)のASPによる合成を行った。様々な合成条件を検討した結果、ワンステップで合成できる条件を明らかにした。ナノ材料内包複合MOF粒子の合成では、新たにパラジウムナノ粒子、カーボンナノチューブ(CNT)を、HKUST-1 (Cu3(BTC)2; BTC3- = 1,3,5-benzenetricarboxylate)中に含有量を制御して内包することに成功した。また前年度までに開発した噴霧法によるMOF薄膜作製装置を用いて、平滑基板だけでなく、多孔質アルミナ基板やポリマーフィルム上でも同様の成膜ができることを明らかにした。またMOF原料溶液にCNTを加えて噴霧することで、薄膜中にCNTが複合されたHKUST-1薄膜の作製に成功した。CNTを複合することによって水蒸気安定性が向上することを明らかにした。またある濃度以上のCNTを複合することで自立膜としても得ることができた。さらにASPによるMOF粒子および薄膜の形成メカニズムを明らかにするため、バッチプロセスによる結晶形成速度解析に着手した。平成30年度までに、ASPによる様々な機能性ナノ材料を複合したMOF粒子の連続合成および複合MOF薄膜の作製に成功しており、概ね計画通り進んでいる。ナノ材料複合MOF粒子の研究成果については平成30年度に学術論文として公表した。またCNTを複合したMOF薄膜では強度や水蒸気安定性の向上が確認できたため、進展は順調であると判断した。機能性ナノ材料複合MOF粒子および薄膜の吸着や触媒などの機能性評価を行う。またASPによるMOFの形態制御プロセスを確立するため、噴霧液滴内でのMOF形成機構を明らかにすることを試みる。平成28年度では機能性ナノ材料複合MOFの合成とMOF薄膜作製装置の設計・製作を行うことを目的とした。機能性ナノ材料複合MOFの合成では磁性ナノ粒子としてFe3O4ナノ粒子を、MOFにはHKUST-1 (Cu3(BTC)2; BTC3- = 1,3,5-benzenetri- carboxylate)を用い検討した。まず1030 nmのFe3O4ナノ粒子を合成しHKUST-1の前駆体溶液に加え、ASPによって粒子生成を行った。ASPを行うことで、HKUST-1の多孔質特性を維持したまま、Fe3O4ナノ粒子を高い収率で複合することに成功した。HKUST-1前駆体溶液は銅イオンの水溶液とH3BTCの有機溶液を混合した溶液を用いたが、Fe3O4ナノ粒子を添加する溶液によって、一つの複合粒子内でのFe3O4ナノ粒子の分布を調節できることがわかった。MOF薄膜作製装置は、グローブボックス内にホットプレート・送液ポンプ・液滴発生器から構成される。液滴発生器からホットプレート上に設置した基板の距離を変更可能であり、また送液速度や噴霧空気流量も変更可能である。MOF薄膜の作製に先立ち、色素溶液を用い、本装置を用いた塗布性能を評価した。具体的には液滴発生部から基板までの距離や、基板加熱温度、送液速度、ガス供給流量、噴霧液滴径等を変更し、噴霧後の色素の被覆面積や色の濃淡を調べた。その結果、均一に被覆できる条件範囲を見出した。事前実験としてHKUST-1前駆体溶液の噴霧を行ったところ、HKUST-1の薄膜の形成が確認された。平成28年度は機能性ナノ粒子複合MOFの合成とMOF薄膜作製装置の設計・製作・評価を行ったが、どちらも計画通り進んでいる。ナノ粒子複合MOFの合成では、ナノ粒子の複合形態について重点的に検討した。従来の機能性ナノ粒子複合MOF合成手法では仕込みの組成よりも少ない量しかナノ粒子がMOF中に複合されなかったのに対し、ASPを用いることでナノ粒子を仕込み組成と等量でMOF中に複合させることができた。複合MOF中のナノ粒子の分布についても検討し、有機配位子が含まれる溶液にナノ粒子を添加すると、ナノ粒子表面に有機配位子が結合し、複合MOF粒子の中心部にナノ粒子が局在することがわかった。一方、銅イオン溶液にナノ粒子を添加すると、複合MOF粒子中にナノ粒子が偏在することがわかった。今後は複合MOFの吸着・触媒などの応用の際にナノ粒子の分布がどのように影響するかを検討する必要がある。設計・製作したMOF薄膜作製装置の性能評価を行うことで、基板上に均一に溶液が塗布される条件を見出した。また事前実験としてMOF薄膜の作製を試みたところ、基板上でMOFの形成が確認されたため、均一で連続的なMOF薄膜が得られる条件を探索する必要がある。

本研究では噴霧乾燥を利用した多孔性配位高分子(MOF)のエアロゾル合成プロセス(ASP)を機能性ナノ材料複合MOFの合成およびMOF薄膜作製の2つの形態制御プロセスへと発展させることを目的としている。平成29年度では複数種類の機能性ナノ材料を複合したMOFの合成・特性評価とASPによるMOF薄膜の作製およびその形成メカニズムの解明を目的とした。機能性ナノ材料複合MOFの合成では機能性ナノ粒子としてFe3O4ナノ粒子に加えTiO2ナノ粒子を、MOFにはHKUST-1 (Cu3(BTC)2; BTC3- = 1,3,5-benzenetri- carboxylate)を用い検討した。1030 nmのFe3O4ナノ粒子およびTiO2ナノ粒子をHKUST-1の前駆体溶液に加え、ASPによって粒子生成を行った。ASPを行うことで、HKUST-1の多孔質特性を維持したまま、機能性ナノ粒子を任意の割合で複合することに成功した。得られた機能性ナノ粒子複合HKUST-1は液相中での短時間での色素吸着を達成し、さらに細孔内に吸着された色素はTiO2ナノ粒子の光触媒作用により分解された。色素吸着・分解後、磁性を持つFe3O4ナノ粒子複合により磁石により容易に液中から分離できることを示した。昨年度制作したホットプレート・送液ポンプ・液滴発生器から構成されるMOF薄膜作製装置を用いてHKUST-1の薄膜形成を行った。操作条件として基板加熱温度、送液速度、ガス供給流量を変更してHKUST-1薄膜が形成される条件を明らかにした。また供給液量を変化させ、基板上で薄膜が形成される過程を検討した。その結果、噴霧初期に付着した液滴から形成されたナノ粒子上に、さらなる液滴が付着することで、初期ナノ粒子が核となり薄膜が形成されていくことを明らかにした。平成29年度は複数種類の機能性ナノ材料を複合したMOFの合成・特性評価とASPによるMOF薄膜の作製およびその形成メカニズムの解明を目的としたが、どちらも計画通り進んでいる。複数の機能性ナノ粒子を内包した複合HKUST-1の合成実験においては、ASPを用いることでナノ粒子を任意の割合でHKUST-1中に複合させることができた。この複合HKUST-1を用いることで色素を吸着し、TiO2ナノ粒子の光触媒作用により分解を促進すること、さらに磁石を用いた回収が容易であることを明らかにした。今後は複合MOFの吸着・触媒などの応用の際にMOF中のナノ粒子の分布がどのように影響するかを検討する必要がある。MOF薄膜の作製においては、基板上で薄膜が形成される過程を検討する際に操作条件、特に基板温度が得られるMOF薄膜の形態に大きく影響を与えることがわかった。基板温度が低いと付着液膜からの溶媒蒸発が遅く結晶形成・成長が緩やかに進むため、大きな粒子から構成された薄膜が得られた。一方基板温度が高いと結晶形成・成長が速やかに進むため、小さな粒子から構成された薄膜が得られた。しかし、得られた薄膜は微粒子で構成されているため、強度が低く、応用するためには強度の向上が求められ、今後検討する必要がある。一方、ASPによる他の種類のMOFの合成にも着手しており、UiO-66と呼ばれるMOFのASPによる合成に成功しているが、低い収率・純度の課題を解決する必要がある。
軽度な高気圧酸素の環境を利用した免疫機能の向上方法の検討

アスリートから高齢者まで、多くの人にとって免疫機能の維持は重要である。本研究では、軽度な高気圧酸素の環境(1.3気圧、3537%酸素)を利用して、免疫機能を向上させられるか、また、高強度運動によって低下した免疫機能を改善させられるかを明らかにすることを目的とする。軽度な高気圧酸素の環境へは、怪我や身体障害があっても任意の姿勢で滞在することができる。軽度な高気圧酸素の環境を使用して免疫機能の維持・向上が認められた際には、アスリートの高強度トレーニング後の一時的な免疫機能の低下、高齢者における免疫機能の低下など、様々な場面で健康維持のために発展させることができる。
リン欠乏に対する樹木の繁殖と生産のリン利用効率化メカニズムの解明

リン欠乏環境に生育する熱帯樹木について、繁殖と生産でのリン利用効率化の仕組みを明らかにするため、以下の2つの課題に取り組んだ。1)マレーシア・ボルネオ島の8つの熱帯林においてリター動態を継続観測し、生産におけるリン利用効率と繁殖におけるリン利用効率の関係を明らかにする。および、2)同上の森林から新鮮な花・果実を採集し、リン濃度を比較することで、繁殖器官における効率的なリン利用の生理生態学的メカニズムを解明する。最終年度の本年度は、樹木繁殖器官の継続採集および元素分析に加え、データ解析・論文執筆を行った。これまでの研究でえられた主な成果は、以下の通りである。1)土壌リン可給性の異なる8つの森林において、優占樹種の繁殖器官(花序・種子・果皮)のリン濃度を調べたところ、花序のリン濃度は、土壌リン可給性の低下に伴い有意に低下したが、種子や果皮のリン濃度は維持されていた。このことから、低リン環境の樹木では、花序のリン濃度低下と引き換えに、果実のリン濃度が維持されることが示唆された。および2)土壌リン可給性の異なる8つの森林において、森林単位で果実タイプ(蒴果・液果など)の組成を推定したところ、土壌リン可給性の低下に伴い蒴果を持つ樹種の相対優占度が増加する傾向がみられた。蒴果は果皮のリン濃度が低いので、単位リンあたりの果実生産量が大きい。したがって、低リン環境では少量のリン投資で果実生産を維持することのできる蒴果を持つ樹種が適応的である可能性が示唆された。これらの研究成果は、日本熱帯生態学会大会において口頭発表として報告され、現在国際誌に投稿中である。また、昨年度投稿した熱帯樹木の生産におけるリン利用効率化機構に関する論文が、生態学の著名国際誌であるOecologia誌に掲載され、同誌の優れた学生論文に贈られるHighlighted Student Researchに選ばれた。29年度が最終年度であるため、記入しない。リン欠乏環境に生息する熱帯樹木について、繁殖と生産でのリン利用効率化の仕組みを明らかにするために、以下2つの課題に取り組んだ。課題1)マレーシア・サバ州の8つの熱帯林においてリター動態を継続観測し、生産におけるリン利用効率と繁殖におけるリン利用効率の関係を生理生態学的に理解する。課題2)各サイトから新鮮な花・果実を採集し、組織別でのリン濃度を測定することで、繁殖器官における効率的なリン利用の生理生態学的メカニズムを解明する。本年度は、ボルネオ島熱帯林での野外調査、および実験室での元素分析を中心に研究活動を行い、以下の2つのことが明らかになった。1)繁殖器官リターのリン濃度は、低リン環境の森林ほど低い傾向がある。これには、一部、土壌リン傾度に沿った優占種の交代が関係している可能性がある。すなわち、土壌リン可給性の低い森林では、蒴果などリン濃度の低い果実を持つ樹種が優占するので、繁殖器官のリン濃度が薄まる。、および2)土壌リン濃度の低い環境では繁殖器官のリン濃度の低い樹種が選択される。しかし、土壌リン濃度と繁殖器官リン濃度の関係は、繁殖器官の種類(花序や種子、果肉など)によって異なる。優占樹種の花序のリン濃度は、土壌リン濃度が低い森林では土壌リン濃度の高い森林と比べ有意に低い。一方で、種子のリン濃度については、土壌リン可給性に関係なく高濃度で維持されることが示唆された。これらの成果に関して、3月の日本生態学会大会においてポスター発表として報告した。学会後には、熱帯樹木のフェノロジーに関するWorkshopに参加し、森林の繁殖生態に携わる各国の研究者と意見交換を行った。現在、これらの発表内容に関しては、英文論文として取りまとめているところである。論文については、来年度のはじめには国際誌に投稿を予定している。1年目の本年度は、野外調査、サンプルの元素分析を中心に研究活動を行った。ボルネオ島熱帯降雨林において、樹木の繁殖リターおよび新鮮な繁殖器官(花・果実)のサンプリングを行った。これにより、研究目的を達成するために十分な試料を収集することができた。これらのサンプルの元素分析は、当該年度に予定していた分析(繁殖器官リターのリン分析)に加え、次年度に予定していた分析(新鮮な花序・果実のリン分析)にも取り組んだ。結果として、当該年度で予定していた以上の成果を挙げることができた。これらの成果については、本年3月の日本生態学会大会においてポスター発表として報告した。この発表内容は、現在英文論文として取りまとめている。以上のような研究状況から、研究は当初の計画以上に進んでいると考えられる。

1)土壌リン可給性の異なる8つの森林において、優占樹種の繁殖器官(花序・種子・果皮)のリン濃度を調べたところ、花序のリン濃度は、土壌リン可給性の低下に伴い有意に低下したが、種子や果皮のリン濃度は維持されていた。このことから、低リン環境の樹木では、花序のリン濃度低下と引き換えに、果実のリン濃度が維持されることが示唆された。および2)土壌リン可給性の異なる8つの森林において、森林単位で果実タイプ(蒴果・液果など)の組成を推定したところ、土壌リン可給性の低下に伴い蒴果を持つ樹種の相対優占度が増加する傾向がみられた。蒴果は果皮のリン濃度が低いので、単位リンあたりの果実生産量が大きい。したがって、低リン環境では少量のリン投資で果実生産を維持することのできる蒴果を持つ樹種が適応的である可能性が示唆された。これらの研究成果は、日本熱帯生態学会大会において口頭発表として報告され、現在国際誌に投稿中である。また、昨年度投稿した熱帯樹木の生産におけるリン利用効率化機構に関する論文が、生態学の著名国際誌であるOecologia誌に掲載され、同誌の優れた学生論文に贈られるHighlighted Student Researchに選ばれた。リン欠乏環境に生息する熱帯樹木について、繁殖と生産でのリン利用効率化の仕組みを明らかにする。今後は、主に課題2に取り組む。課題2)各サイトから新鮮な花・果実を採集し、組織別でのリン濃度を測定することで、繁殖器官における効率的なリン利用の生理生態学的メカニズムを解明する。これまでの研究により、研究目的を達成するために十分なサンプルが集まった。したがって、今後は、サンプルの分類・整理・元素分析、データ解析、論文執筆、学会発表を中心に研究を行う。年度の前半には、マレーシア・ボルネオ島に長期滞在し、これまでに採集したサンプルの種同定、秤量などを行う。昨年度のデータに、このデータを加え、英文論文を執筆し、国際誌に投稿する。この内容はまた、6月に行われる日本熱帯生態学会で、口頭発表する。年度の後半は、これまでの研究成果をまとめ、投稿論文、博士論文の執筆、国際会議で成果を発信する。また、マレーシア・ボルネオ島に滞在し、最後のデータ回収、これまでに採集したサンプルの整理、サンプリング設備の後片付けなどを行う29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
不安定な施設状況から多様な群集を避難させるためのIoTによる誘導システムの提案

東日本大震災の教訓から,刻一刻と被災状況が変化する不特定多数が集まる大型施設内から災害弱者を含んだ群集を効率的に避難させる対策の重要性が指摘されている.そこで本研究ではコンピュータシミュレーションをベースとして,1被災により施設状況が変化する場合における,人手による車椅子利用者を含んだ群集の避難誘導の定量化,2IoTソリューションによる避難誘導システムの有効性の検証とアクセスポイントのセル設計,3実機による提案システムの実証を行う.これらを通して,被災状況が変化する施設におけるIoTソリューションを用いた避難誘導システムの有効性と実現可能性を示す.本年度は,被災により施設状況が変化する場合における人手による車椅子利用者を含んだ群集の避難誘導の定量化を試みた.これは健常避難者,車椅子避難者および誘導者をエージェントとしてモデル化しコンピュータ上でシミュレーションする,マルチエージェントシミュレーションモデルである.エージェントの振舞をより現実的なものとするため離散的な格子空間モデルではなく,連続空間モデルを用いて狭小施設避難と大型施設避難を想定したシミュレーションモデルを構築した.狭小施設避難シミュレーションにおいては,障害物を設置することで避難効率が向上すること,避難効率を最大化する障害物の設置位置は出口幅に大きく依存することを明らかにした.大型施設避難シミュレーションでは誘導者の配置に依存して避難効率が大きく変化することを明らかにした.また,出口探索行動における記憶モデルの導入の必要性など,大型施設ならではの問題点が明らかとなった.連続空間モデルにおけるシミュレーションを実装した際に,出口付近でのボトルネックが発生し避難者エージェントが膠着状態に陥るという問題が生じた.膠着状態とは全ての避難者エージェントが全く動けなくなる状態である.人口密度の高い場合では現実にも起こり得る現象であるが,シミュレーションにおいては人口密度がそれほど高くない場合においても頻繁に発生し,現実とは掛け離れた振舞となった.これを解決するために,狭小施設における避難モデルを再構築した.具体的には避難者エージェントのパーソナルエリアとその縮退を考慮したモデルを提案した.平常時,ヒトはパーソナルエリアを保持しているが緊急避難時においてはその限りではないため,導入することで避難者エージェントの振舞をより自然なものに出来ると考えた.結果として,出口付近での膠着状態は解消され,更にパラメータを調節することで実実験と近い結果を得ることが出来,より妥当性のあるモデルを構築することが出来た.このモデルの再構築のために研究計画に遅れが生じ,当初予定していた施設状況変化のシミュレーションモデルへの導入が実施出来ていない.そのため,進捗状況区分を「(3)やや遅れている。」と判断した.既存の動的火災シミュレータは数本の微分方程式から構成される支配方程式により記述され,数値計算により火災を表現している.しかし,演算コストが高くシミュレーションに時間を要する.また,ブラックボックス化されているため境界条件での結果が実現象と掛け離れると言った問題点がある.当初はSMARTFIRE(Forum8製)を動的火災シミュレータとして導入する予定だったが,セルオートマトンを用いた火災拡散モデルにより延焼を表現することとする.これにより,簡易的ではあるが短時間のシミュレーションを行うことが可能であり,研究の進捗を加速化させることが期待できる.更に,研究計画の円滑な遂行のために,平成32年度に実施予定だった実機によるシステムの実証を平成31年度から着手する.東日本大震災の教訓から,刻一刻と被災状況が変化する不特定多数が集まる大型施設内から災害弱者を含んだ群集を効率的に避難させる対策の重要性が指摘されている.そこで本研究ではコンピュータシミュレーションをベースとして,1被災により施設状況が変化する場合における,人手による車椅子利用者を含んだ群集の避難誘導の定量化,2IoTソリューションによる避難誘導システムの有効性の検証とアクセスポイントのセル設計,3実機による提案システムの実証を行う.これらを通して,被災状況が変化する施設におけるIoTソリューションを用いた避難誘導システムの有効性と実現可能性を示す.本年度は,被災により施設状況が変化する場合における人手による車椅子利用者を含んだ群集の避難誘導の定量化を試みた.これは健常避難者,車椅子避難者および誘導者をエージェントとしてモデル化しコンピュータ上でシミュレーションする,マルチエージェントシミュレーションモデルである.エージェントの振舞をより現実的なものとするため離散的な格子空間モデルではなく,連続空間モデルを用いて狭小施設避難と大型施設避難を想定したシミュレーションモデルを構築した.狭小施設避難シミュレーションにおいては,障害物を設置することで避難効率が向上すること,避難効率を最大化する障害物の設置位置は出口幅に大きく依存することを明らかにした.大型施設避難シミュレーションでは誘導者の配置に依存して避難効率が大きく変化することを明らかにした.また,出口探索行動における記憶モデルの導入の必要性など,大型施設ならではの問題点が明らかとなった.連続空間モデルにおけるシミュレーションを実装した際に,出口付近でのボトルネックが発生し避難者エージェントが膠着状態に陥るという問題が生じた.膠着状態とは全ての避難者エージェントが全く動けなくなる状態である.人口密度の高い場合では現実にも起こり得る現象であるが,シミュレーションにおいては人口密度がそれほど高くない場合においても頻繁に発生し,現実とは掛け離れた振舞となった.これを解決するために,狭小施設における避難モデルを再構築した.具体的には避難者エージェントのパーソナルエリアとその縮退を考慮したモデルを提案した.平常時,ヒトはパーソナルエリアを保持しているが緊急避難時においてはその限りではないため,導入することで避難者エージェントの振舞をより自然なものに出来ると考えた.結果として,出口付近での膠着状態は解消され,更にパラメータを調節することで実実験と近い結果を得ることが出来,より妥当性のあるモデルを構築することが出来た.このモデルの再構築のために研究計画に遅れが生じ,当初予定していた施設状況変化のシミュレーションモデルへの導入が実施出来ていない.そのため,進捗状況区分を「(3)やや遅れている。」と判断した.

既存の動的火災シミュレータは数本の微分方程式から構成される支配方程式により記述され,数値計算により火災を表現している.しかし,演算コストが高くシミュレーションに時間を要する.また,ブラックボックス化されているため境界条件での結果が実現象と掛け離れると言った問題点がある.当初はSMARTFIRE(Forum8製)を動的火災シミュレータとして導入する予定だったが,セルオートマトンを用いた火災拡散モデルにより延焼を表現することとする.これにより,簡易的ではあるが短時間のシミュレーションを行うことが可能であり,研究の進捗を加速化させることが期待できる.更に,研究計画の円滑な遂行のために,平成32年度に実施予定だった実機によるシステムの実証を平成31年度から着手する.平成30年度当初に予定していた成果発表(国際学会IEEE SMC2018:宮崎)が発表希望者多数のためリジェクトとなった.そのため,成果発表を行うためにICCMS2019:メルボルン(1月)に投稿し10月に採択が通知された.これにより,国内旅行が国外旅行になった.また,採択通知から開催までが短く,航空機券のエコノミークラスが予約できずやむを得ずビジネスエコノミークラスでのフライトとなる.これらの理由により旅費が増えたことから,本年度予算が不足し,前倒し請求が必要となった.前倒し請求は10万円単位で請求するため,端数分が次年度使用額となった.平成31年度分の物品購入費と併せて使用する予定である.
正弦波負荷を用いた体力・健康評価法の開発

本研究では、最大下の正弦波運動負荷テストによる体力・健康の評価法を開発することを目的とした。すなわち、自転車運動の負荷を正弦波状に変化させ、それに対する生体反応の応答特性を、(1)負荷の変化量に対する生体反応の変化量、(2)負荷の変化に追従する反応の速さ、を計測し、それらの指標から健康や体力を評価できないかと考えた。正弦波負荷運動に対して生体反応(心拍数)は負荷変化よりもやや遅れて変化し、その遅れや変化の大きさは個人によって異なる様相を示した。その特徴をまとめると、運動習慣があり、体力レベルが高い者ほど、反応が速く、かつ大きいこと、すなわち、負荷変化に対する追従性に優れることが明らかとなった。また、運動習慣のなかった者に定期的な運動トレーニングを課すことによって、追従性が改善することも明らかとなった。そこで、循環動態をより包括的に評価するために、心拍数以外に血圧、心拍出量をbeat-by-beatに同時に測定できるようなプログラムシステムを開発した。すなわち、心電計と血圧計から、心電図波形と容積脈波をA/D変換して一つのコンピューターに同時に取り込み、それぞれの波形から、心電図R-R間隔と心拍数、最高、最低および平均血圧、一回拍出量を自動計測するプログラムを開発した。その計測システムの妥当性について検討した。この計測システムを用いて、正弦波負荷運動中の生態反応(特に循環動態)について、より包括的に検討していくことによって、体力や運動習慣によって生体反応にずれが生じるメカニズムを評価でき、さらにその意義を明らかにできる可能性があり、今後これらについて、研究を継続していく予定である。すなわち、運動負荷を正弦波状に変化させ、それに対する生体反応の応答特性(反応の大きさ、反応の速さなど)から健康や体力を評価できないかと考えた。これまでの研究によって、正弦波負荷運動に対して生体反応(心拍数)は負荷変化よりもやや遅れて変化し、その変化の特徴は被検者の運動習慣や体力などによって異なることを明らかにした。平成16年度には、これまでの研究で明らかになった以下の課題について検討した。1)正弦波運動負荷に対する心拍数の応答特性の機序2)負荷の上昇から下降への局面と下降から上昇への局面で応答特性が異なる機序1)の課題について、今年度の補助金でbeat-by-beatに血圧を測定できる血圧計を購入し、現在、心拍数の変化とあわせて分析できるよう解析処理プログラムを作成中である。また、2)の課題について、正弦波負荷中に連続記録した心電図RR間隔時系列データを最大エントロピー法と時間領域における解析を行うため汎用時系列データ解析システム(諏訪トラスト、MemCalc/Trawaシステム)を使用し、心拍変動パワースペクトル分布を求めた。その結果、負荷が下降から上昇へ点ずる局面では、高周波成分が有意に高く、迷走神経活動の変化がより大きかったことが示唆された。迷走神経活動による心拍数の変化は交感神経活動によるものよりも反応が速いことが知られている。そのため、負荷の高い局面と、低い局面での応答特性の違いは自律神経活動の差異によるものと考えられた。平成17年度には、今後の研究で必要となる以下の課題について検討した。循環動態をより包括的に評価するために、心拍数以外に血圧、心拍出量をbeat-by-beatに同時に測定できるようなプログラムシステムを開発した。

すなわち、これまで心電計と血圧計は別々にパーソナルコンピューターに取り込み、既存のプログラムによってデータを解析するものであった。今回、心電計と血圧計から、心電図波形と容積脈波をA/D変換して一つのコンピューターに同時に取り込み、それぞれの波形から、心電図R-R間隔と心拍数、最高、最低および平均血圧、一回拍出量を自動計測するプログラムを開発した。この計測システムを用いて、正弦波負荷運動中の生態反応(特に循環動態)について、より総括的に検討していくことによって、体力や運動習慣によって生体反応にずれが生じるメカニズムを評価でき、さらにその意義を明らかにできる可能性がある。本研究では、最大下の正弦波運動負荷テストによる体力・健康の評価法を開発することを目的としている。すなわち、自転車運動の負荷を正弦波状に変化させ、それに対する生体反応の応答特性を、(1)負荷の変化量に対する生体反応の変化量、(2)負荷の変化に追従する反応の速さ、を計測し、それらの指標から健康や体力を評価できないかと考えた。正弦波負荷運動に対して生体反応(心拍数)は負荷変化よりもやや遅れて変化し、その遅れや変化の大きさは個人によって異なる様相を示した。その特徴をまとめると、運動習慣があり、体力レベルが高い者ほど、反応が速く、かつ大きいこと、すなわち、負荷変化に対する追従性に優れることが明らかとなった。また、運動習慣のなかった者に定期的な運動トレーニングを課すことによって、追従性が改善することも明らかとなった。平成18年度には、これまでの研究のまとめとして上記研究論文の執筆と、あわせて以下の課題について検討した。昨年度末に循環動態をより包括的に評価するために、心拍数以外に血圧、心拍出量をbeat-by-beatに同時に測定できるようなプログラムシステムを開発した。すなわち、心電計と血圧計から、心電図波形と容積脈波をA/D変換して一つのコンピューターに同時に取り込み、それぞれの波形から、心電図R-R間隔と心拍数、最高、最低および平均血圧、一回拍出量を自動計測するプログラムを開発した。その計測システムの妥当性について検討した。この計測システムを用いて、正弦波負荷運動中の生態反応(特に循環動態)について、より包括的に検討していくことによって、体力や運動習慣によって生体反応にずれが生じるメカニズムを評価でき、さらにその意義を明らかにできる可能性があり、今後これらについて、研究を継続していく予定である。
ヒドラジン系混合燃料/四酸化二窒素推進剤の自己着火・燃焼特性の解明

人工衛星や宇宙機の軌道修正・姿勢制御用スラスタの推進剤として,ヒドラジンと非対称ジメチルヒドラジンンの混合燃料と四酸化二窒素(酸化剤)の組合せを想定し,燃料混合比による着火・燃焼特性の変化を予測・説明可能な詳細反応モデルの開発,着火・燃焼特性の混合比依存の解明,及び最適な燃料混合比の提案を行う.詳細反応モデルの構築における素反応パラメータの推定には,量子化学計算や統計力学計算を用いる.構築した詳細反応モデルに対する反応解析により,燃料混合比により着火特性が非線形に変化する要因を解明する.人工衛星や宇宙機の軌道修正・姿勢制御用スラスタの推進剤として,ヒドラジンと非対称ジメチルヒドラジンンの混合燃料と四酸化二窒素(酸化剤)の組合せを想定し,燃料混合比による着火・燃焼特性の変化を予測・説明可能な詳細反応モデルの開発,着火・燃焼特性の混合比依存の解明,及び最適な燃料混合比の提案を行う.詳細反応モデルの構築における素反応パラメータの推定には,量子化学計算や統計力学計算を用いる.構築した詳細反応モデルに対する反応解析により,燃料混合比により着火特性が非線形に変化する要因を解明する.
強磁場中性子散乱による強相関物質の磁気構造の研究

我々は加速器からのパルス中性子とパルス磁場を組み合わせるという巧妙な手段を開発し、20テスラまでの強磁場での中性子散乱実験を可能にし、研究を行ってきた。これによりいろいろの磁性体の強磁場相での磁気構造を調べることができるようになったが、パルス磁場の繰り返しの周期が中性子ビームパルスの繰り返しよりもはるかに長いため、通常の測定の40倍時間がかかる。しかしそのデメリットを考えてもこの方法は有効である。平成7年度から続けて、トリプルq構造を持つと思われるDyB6についてアイソトープ置換した単結晶作製を行い、平成8年度に、まずゼロ磁場での詳細な磁気構造を中性子回析によって決定し、非常に複雑な構造を持つことが判明した。また繰り返しパルス強磁場の強度を30テスラまでグレードアップするための技術的開発研究を行った。20Tマグネットに使われた硬化銅よりも2.25倍強力な材料である銅-銀50%合金を用い、強力なマグネットの試作を行った。昨年度ビッター板の接続部に問題があることがわかったので、従来のビッター板の半分の厚さのものを交互に重ねることにより、接続部での力を分散するようにした。しかし、30T発生したとき接続部では一枚のビッター板に電流が集中するため大きな力が働いて破壊をもたらすが、26T以下ならば問題はなく、中性子回析実験に使用できるようになった。