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可積分量子系の非平衡ダイナミクス研究と孤立量子系の緩和や多体局在の動的量子相転移

有限の可積分量子系の任意の初期状態に対して、時間発展を導くことが出来るか?という問題に関して研究した。可積分量子系では原理的には長時間の時間発展を厳密に追跡可能で、量子ダイナミクスの様々な研究が期待される。与えられた状態をベーテ固有状態の和で表すことができれば、厳密な時間発展が導かれるが、しかし、任意の状態をべーテ固有状態で表す方法はまだ確立されていない。2018年度は、スピン1/2の量子XXX鎖における下向きスピン2個のセクターで、具体的に任意の量子状態をべーテ状態の和で表す研究を行った。スピン1/2の量子XXX鎖のギャップ領域における下向きスピン2個のセクターで、XXZ異方性変数Δや格子点数Nを変化させると、束縛状態の状態の数が変化することを厳密に示し、論文として発表した。べーテ固有状態における物理量の期待値はスラブノフのスカラー積公式により行列式で表され、格子点数1000でも系の時間発展を導くことが原理的に可能である。しかし現在、べーテ方程式の実解に関してのみこれを実行できる。可積分系の励起状態にはべーテ方程式の複素束縛解(ストリング解)も対応するが、その数値的取扱いは非常に難しい。2018年度は、下向きスピン2個の場合に、ベーテ固有方程式の特異解に対応する固有ベクトルのノルムの行列式表示を導出した。可積分量子系の現実の系において、非可積分性とランダム性がどのように影響するか、という問題に関しても研究した。非可積分相互作用を含む量子XXZ鎖にランダム磁場などランダム性を加えると、多体局在が生じることが最近示された。これは多体系にランダム性が存在する場合に生じる局在現象である。スピン1/2の量子XXZ鎖において、XXZ異方性変数Δを変化させて多体局在を数値的に探索し、論文を出版した。本年度は、以下のような4つのテーマで研究成果を導いた。そのうち2個のテーマに関して、論文を出版した。(1)スピン1/2の量子XXX鎖における下向きスピン2個のセクターで、具体的に任意の量子状態をべーテ状態の和で表す研究を行った。(2)スピン1/2の量子XXX鎖のギャップ領域における下向きスピン2個のセクターで、XXZ異方性変数Δや格子点数Nを変化させると、束縛状態の状態の数が変化することを厳密に示し、論文として発表した。(3)下向きスピン2個の場合に、ベーテ固有方程式の特異解に対応する固有ベクトルのノルムの行列式表示を導出した。(4)スピン1/2の量子XXZ鎖において、XXZ異方性変数Δを変化させて多体局在を数値的に探索し、論文を出版した。2018年度に導かれた(1)から(4)の4つの研究成果の中で、(1)スピン1/2の量子XXX鎖における下向きスピン2個のセクターで、具体的に任意の量子状態をべーテ状態の和で表す研究、および、(3)下向きスピン2個の場合に、ベーテ固有方程式の特異解に対応する固有ベクトルのノルムの行列式表示を導出、の二つの研究に関してまだ論文をまとめていない。今後の研究の推進方策としては、まずはこの二つの成果に関する論文を作成することが最初の課題である。

(2)スピン1/2の量子XXX鎖のギャップ領域における下向きスピン2個のセクターで、XXZ異方性変数Δや格子点数Nを変化させると、束縛状態の状態の数が変化することを厳密に示し、論文として発表した。(3)下向きスピン2個の場合に、ベーテ固有方程式の特異解に対応する固有ベクトルのノルムの行列式表示を導出した。(4)スピン1/2の量子XXZ鎖において、XXZ異方性変数Δを変化させて多体局在を数値的に探索し、論文を出版した。2018年度に導かれた(1)から(4)の4つの研究成果の中で、(1)スピン1/2の量子XXX鎖における下向きスピン2個のセクターで、具体的に任意の量子状態をべーテ状態の和で表す研究、および、(3)下向きスピン2個の場合に、ベーテ固有方程式の特異解に対応する固有ベクトルのノルムの行列式表示を導出、の二つの研究に関してまだ論文をまとめていない。今後の研究の推進方策としては、まずはこの二つの成果に関する論文を作成することが最初の課題である。
泥炭地盤上に建設された道路の長期沈下挙動のモデル化とLCC最小化の試み

関東以北に広範囲に分布する泥炭地盤は超軟弱で、この地盤上に構造物を建設すると非常に大きな沈下が長期間に渡り発生する。また供用後も長期沈下が継続的に生じ、維持補修に伴うライフサイクルコスト(LCC)の増大が大きな問題となっている。本研究の目的は、この長期沈下挙動の解明とモデル化、およびLCC低減に向けた解析アプローチである。最終年度の2018年度に実施した研究内容・成果は次のとおりである。1)ドレーンで改良された地盤の沈下解析で必要となる水平方向透水係数を、三軸セルを用いた定水位透水試験で求め、泥炭の透水異方性についての新たな知見を得た。2)泥炭のせん断時の時間依存性挙動に関して、異方弾性を考慮することで、有効応力経路の特徴を捉えることが可能になることを明らかにした。3)ドレーン改良地盤の残留沈下に及ぼす打設間隔dの影響について、泥炭の圧密係数の圧密圧力依存性に着目し、地盤条件や荷重条件を変化させた仮想解析の結果から、残留沈下低減に必要なdの大きさを力学的に示した。研究期間全体で実施した研究内容・成果をまとめると以下のようになる。1)泥炭の圧密・せん断時の時間依存性挙動を室内試験から明らかにした。また、既存のカムクレイモデルとIsotach型理論を核に数理モデル化し、数値解析プログラムを開発した。2)原位置データの動態解析から、粘性に起因する長期沈下と圧密係数の低下に伴う一次圧密の遅れを分離評価し、長期沈下の予測でとくに重要となる二次圧密係数の同定法を整理にした。3)上記の解析ツールと知見をもとに実地盤を解析し、その精度を実証した。また、地盤条件・施工条件を変化させた仮想解析から、対策効果が最適となる設計法を例示した。本研究により、泥炭地盤というきわめて扱いが困難な地盤の長期挙動の合理的な説明と、力学理論に基づく効果的・効率的な維持管理が可能な解析ツールを整備できた。泥炭地盤では、構造物建設に伴い非常に大きな沈下が長期間に渡り生じることが知られている。このため、道路盛土では共用後に長期沈下に起因する維持管理費が発生・増大し、実務では大きな問題となっている。本研究は、泥炭の長期圧密挙動の解明・把握とそのモデル化、並びに維持管理費の低減に向けた効果的な対策技術の検討を目的としている。この目的の達成に向けて行った、初年度の研究実績は下記のとおりである。・長期沈下を含む圧密挙動の検討・モデル化においては、まずその根拠となる詳細な実験データの蓄積が必要となる。そこで、初年度は当初予定通り北海道内の1サイトから不攪乱試料の採取を行った。また、性状が大きく異なる他の2サイトからも泥炭のサンプリングを実施した。・採取した1サイトの泥炭に対して、定ひずみ圧密試験および長期圧密試験を実施し、泥炭のひずみ速度依存効果や長期圧密特性に関する基礎データの取得を行った。試験結果は近年その有効性が認められつつあるアイソタック則に従う圧密挙動を示すことが明らかになった。せん断時挙動については、初期ひずみ速度およびせん断速度を系統的に変化させた非排水三軸圧縮試験を実施中で、その特性評価は次年度以降に行う。・上記試験結果を受けて、アイソタック則に基づく弾粘塑性モデルを保有するプログラムに組込み、動作検証を実施した。・室内試験と平行して、北海道内の泥炭地盤上に建設された試験盛土の動態解析を実施した。長期に渡って詳細に計測されたデータおよび施工前に実施された地盤調査の結果から、長期沈下の成分分析を行い、原位置における泥炭地盤の長期圧密沈下挙動、および長期沈下の予測において非常に重要なパラメータとなる二次圧密係数について考察した。これまでの泥炭研究の知見をもとに本研究の実験計画は立てられており、サンプリングに関するノウハウや実験装置のベースは既に出来上がっていたため、試料採取や実験は円滑に遂行することができた。また、解析については基本プログラムが完成していたため、軽微な改良によりひずみ依存特性効果を実装したコードを追加することができた。解析は一部前倒しで研究を進めているが、長時間を要する実験は当初予定通りの進捗であり、全体としての進捗状況は上記区分にあると判断した。本研究の目的は、泥炭の長期圧密挙動の解明とモデル化、および長期沈下に起因するライフサイクルコスト低減に向けた対策技術の検討である。この目的のために実施した2017年度の研究成果は次のとおりである。・モデル化の根拠となる実験データの取得については、昨年度から引き続き行い、複数の試料に対して、1ヶ月間に及ぶ長期圧密試験、初期ひずみ速度およびせん断速度を系統的に変化させた三軸圧縮試験を実施した。その結果、すべての泥炭試料に対して圧密時およびせん断時においてもひずみ速度によって応力・ひずみ関係が一義的に決まるアイソタック則に従うことが明らかになった。また、プレロード工法による残留沈下低減の定量的評価のために、荷重撤去後の再沈下挙動についても実験的に調べた。その結果、過圧密比が小さければ、この場合についてもアイソタック則によって説明できる可能性を示した。・上記実験結果を踏まえ、アイソタック則に基づき塑性ひずみ速度を状態変数として付加した修正カムクレイモデル(弾塑性モデル)を用いて、昨年度動態解析のとりまとめを行った試験盛土に適用した。その結果、実地盤に対しても長期沈下挙動を含めた圧密挙動を精度よく再現できるという知見が得られた。

・加えて、長期沈下に対する対策技術の評価・検討を念頭に置いて、無処理およびプラスチックボードドレーン(PBD)で改良された試験盛土の動態解析も試みた。対象とした試験盛土群は土層分布および性状がほぼ均一な基礎地盤上に建設されたものであり、ドレーンピッチが70,90,110cmである。一連の解析を通じて、透水特性の評価には検討の余地を残すものの、PBD改良地盤についても沈下時間変化を良好に再現できることを明らかにした。約1ヶ月間を要する長期圧密試験、および初期・せん断時ひずみ速度を系統的に変化させた三軸試験は、概ね当初計画のとおりに進めることができた。これは試験に供した試料を同一箇所・同一深度で採取し、バラツキを極力抑える工夫をしたことで再現性の高い試験データを効率的に得ることができたためである。また、無処理およびプラスチックボードドレーン(PBD)で改良された泥炭地盤上に建設された試験盛土のFEM解析に関しては、一部計画を前倒しして進行している。これらの点から、全体としての進捗状況は上記区分にあると判断した。関東以北に広範囲に分布する泥炭地盤は超軟弱で、この地盤上に構造物を建設すると非常に大きな沈下が長期間に渡り発生する。また供用後も長期沈下が継続的に生じ、維持補修に伴うライフサイクルコスト(LCC)の増大が大きな問題となっている。本研究の目的は、この長期沈下挙動の解明とモデル化、およびLCC低減に向けた解析アプローチである。最終年度の2018年度に実施した研究内容・成果は次のとおりである。1)ドレーンで改良された地盤の沈下解析で必要となる水平方向透水係数を、三軸セルを用いた定水位透水試験で求め、泥炭の透水異方性についての新たな知見を得た。2)泥炭のせん断時の時間依存性挙動に関して、異方弾性を考慮することで、有効応力経路の特徴を捉えることが可能になることを明らかにした。3)ドレーン改良地盤の残留沈下に及ぼす打設間隔dの影響について、泥炭の圧密係数の圧密圧力依存性に着目し、地盤条件や荷重条件を変化させた仮想解析の結果から、残留沈下低減に必要なdの大きさを力学的に示した。研究期間全体で実施した研究内容・成果をまとめると以下のようになる。1)泥炭の圧密・せん断時の時間依存性挙動を室内試験から明らかにした。また、既存のカムクレイモデルとIsotach型理論を核に数理モデル化し、数値解析プログラムを開発した。2)原位置データの動態解析から、粘性に起因する長期沈下と圧密係数の低下に伴う一次圧密の遅れを分離評価し、長期沈下の予測でとくに重要となる二次圧密係数の同定法を整理にした。3)上記の解析ツールと知見をもとに実地盤を解析し、その精度を実証した。また、地盤条件・施工条件を変化させた仮想解析から、対策効果が最適となる設計法を例示した。本研究により、泥炭地盤というきわめて扱いが困難な地盤の長期挙動の合理的な説明と、力学理論に基づく効果的・効率的な維持管理が可能な解析ツールを整備できた。引き続き定ひずみ圧密試験および長期圧密試験、三軸試験を実施し、性状が大きく異なる残りの2サイトの泥炭に対しても同様なアプローチによって泥炭のひずみ速度依存特性の記述が可能であるのかを調べていく。とくに長期圧密試験はその実施にかなりの時間を要するため、綿密なスケジュール管理をもと計画的に行う。
ｂＦＧＦ投与による口蓋裂術後瘢痕組織の正常組織化

本研究では、線維芽細胞成長因子(以下bFGF)投与が既存の瘢痕組織に対して組織を再改変させることが可能かを病理組織学的に明らかにし、既存の瘢痕組織を正常組織化させる方法について検討することを目的とした。その結果、HE染色像からbFGF群でコントロールに近い組織像を認めたことから既存の瘢痕組織に対するbFGF投与が、一部に効果を認める可能性が示唆された。口唇口蓋裂患者では幼少期に口腔と鼻腔の分離と正常な鼻咽腔閉鎖機能の獲得を目的にpush back法による口蓋形成手術が行われる。本法は良好な鼻咽腔閉鎖が得られるが、術後の創傷治癒過程で形成される瘢痕組織が、上顎骨および上顎歯列歯槽部の成長発育に抑制的な影響を与えることが知られている。本研究では、bFGF投与が既存の瘢痕組織に対して組織を再改変させることが可能か、また、bFGF投与で修復した組織が再度瘢痕化しないかを病理組織学的、免疫組織学的に明らかにし、既存の瘢痕組織を正常組織化させる方法について検討することを目的とした。今年度は、実験計画書が大学の動物実験審査委員会で承認されたため、生後20日齢雄性Wistar系ラットを購入し、何も処置を施していないコントロール群、成熟瘢痕モデルに何も投与しない瘢痕群、成熟瘢痕モデルにbFGF溶液を投与したbFGF群、成熟瘢痕モデルにbFGFの溶媒である蒸留水のみを加えたSham群の4群を設定した。瘢痕群、bFGF群、Sham群には、口蓋左右側各1/3の部位で第1臼歯から第3臼歯にかけて骨膜に達する切開を加え、粘膜骨膜を剥離、除去し骨面を露出させて、その後露出した骨面を小綿球にて数回擦過して残存する骨膜を可及的に除去することで成熟瘢痕を作製した。現在bFGFとその溶媒を投与しているところである。口唇口蓋裂患者では幼少期に口腔と鼻腔の分離と正常な鼻咽腔閉鎖機能の獲得を目的にpush back法による口蓋形成術が行われる。本法は良好な鼻咽腔閉鎖機能が得られるが、術後の創傷治癒過程で形成される瘢痕組織が上顎骨および上顎歯列歯槽部の成長発育に抑制的な影響を与えることが分かっている。本研究では、線維芽細胞成長因子(以下bFGF)投与が既存の瘢痕組織に対して組織を再改変させることが可能か、また、bFGF投与で修復した組織が再度瘢痕化しないかを病理組織学的、免疫組織化学的に明らかにし、既存の瘢痕組織を正常組織化させる方法について検討することを目的とした。今年度は、何も処置していないコントロール群、成熟瘢痕モデルに何も投与しない瘢痕群、成熟瘢痕モデルにbFGFを投与したbFGF群、成熟瘢痕モデルにbFGFの溶媒である蒸留水を加えたSham群の4群の資料を作成しHE染色を行った。瘢痕群では、コントロール群と比較して粘膜下組織までコラーゲン繊維の肥厚した束がみられ歯槽骨と骨膜を介することなく直接結合していた。血管は疎であった。投与後1週のbFGF群では、瘢痕群と比べて骨膜の消失は見られないもののコラーゲン線維束の様子はあまり変化を認めなかった。しかし、一部に粘膜下組織で線維束が疎な部分も見られ、コントロール群のそれに近似した像を認めた。また、2週の群でも1週と類似した像を示した。Sham群では、瘢痕群と同様の像を認めたものの、腐骨と思われる骨分離像やその周囲に炎症細胞浸潤を認めた。以上のことから、既存の瘢痕組織に対するbFGF投与が、一部に効果を認める可能性が示唆された。また、本研究に関連する臨床評価として出生後ただちに顎矯正治療を施行した症例について学会発表を行った。今後は、bFGFの投与部位や濃度を変化させることでより効率よく効果を得られるようにさらなる検討が必要である。口唇口蓋裂患者では幼少期に口腔と鼻腔の分離と正常な鼻咽腔閉鎖機能の獲得を目的に口蓋形成手術が行われる。push back法は、数多くの口蓋形成手術法の中で全世界的に行われている手術方の一つであり良好な鼻咽腔閉鎖が得られる。しかし術後の創傷治癒過程で形成される瘢痕組織が、上顎骨および上顎歯列歯槽部の成長発育に抑制的な影響を与えることが知られている。また、矯正歯科治療では、治療後の後戻りの原因となっている。そこで本研究では、bFGF投与で既存の瘢痕組織を正常組織化させる方法について検討することを目的とした。今年度は、ラットを用いて口蓋瘢痕形成術を行い成熟瘢痕モデルを作成し、bFGF投与後の瘢痕組織の改変について、病理組織像と蛍光免疫染色によるコラーゲン線維の分布像から形態学的評価を行うことを目的に実験計画書申請を行っている。

次年度では、生後20日齢雄性Wistar系ラットをもちいてコントロール、瘢痕、bFGF,Shamの4群を設定して形態学的には、HE染色を行い、光学顕微鏡にて病理組織学的に検索する。さらに、コラーゲンタイプI線維の分布を評価するため一次抗体にCollagen typeIpolyclonal antibodyを2次抗体にAlexsa flour 488 goat anti-rabbit IgGを用いて蛍光免疫染色を行い蛍光顕微鏡で観察する。生化学的にはコラーゲンの架橋分析から瘢痕組織の改変状態を評価する。得られた知見は、適時学会発表を行い公表していく予定である。昨年度報告した実験申請は承認され実験を開始している。現在、1bFGF投与後の瘢痕組織の改変状態と2コラーゲン線維の分布像からの形態学的評価を行っている。得られたデータをまとめて今年度中に発表する予定である。本研究では、bFGF投与で既存の瘢痕組織を正常組織化させる方法について検討することが目的である。現在、(1)bFGF投与後の瘢痕組織の改変状態を病理組織学的に検索することと、(2)コラーゲン線維の分布像から形態学的評価を行うことを実行中でありそのための実験申請中である。承認され次第、実験を開始しデータをまとめて発表する予定である。現在、瘢痕を形成したラットに対して、手順に従いbFGFを投与する。その後HE染色を行い光学顕微鏡による病理組織学的検索と、TypeIコラーゲンの蛍光免疫染色、およびコラーゲン架橋分析による生化学的検討を行う。得られたデータをまとめて学会発表する。まず実験承認後、ラットを購入し、HE染色を行い、光学顕微鏡にて病理組織学的に検索する。同時に、コラーゲンタイプI線維の分布を評価するため一次抗体にCollagen typeIpolyclonal antibodyを2次抗体にAlexsa flour 488 goat anti-rabbit IgGを用いて蛍光免疫染色を行い蛍光顕微鏡で観察する。得られたデータを学会発表する。また、生化学的検討としてコラーゲンの架橋分析も開始する。次年度使用予定の研究費が約11万ある。これは次年度の実験に費用を十分利用できるように薬剤や消耗品の使用を節約して研究を行ったためと思われる。次年度は昨年度に引き続きbFGFの購入費用とラットの購入費、飼育費、さらに染色用薬剤や消耗品のため研究費を使用する。データをまとめて学会発表を行う場合の旅費としても使用する予定である。試薬であるbFGFの費用とラット購入費、飼育費、また染色に使用する薬剤や消耗品のため研究費を使用する予定。データをまとめて学会発表する際はその出張費用を旅費として計上する。
オープンソースLMSを用いた工学実験用e-Learning教材の開発

1.研究目的高等専門学校のカリキュラムで、工学実験・実習は実践的技術を修得する科目として特に重要視されている。これは授業で学んだ理論の裏付けと誤差の確認、実験技術の向上、さらには理論を元にした創造的考察力・製作能力を形成する科目である。しかし実際には授業計画の影響等で実験テーマが早く実施されるなど、予備知識のない状態で実験に臨まざるを得ない場合がある。また、学生個人の学習・技術力量では実験を完遂できない場合も多々見られる。そこで本研究は上記の解決策として工学実験の独習(予習・復習)を可能とする、オープンソースLMS(Learning Management System)を利用した学習教材の開発を目的とした。2.研究方法開発するe-Learning教材の中核となるLMSには、独自の拡張機能を組み込むことが可能なオープンソースソフトの「Moodle」を選定した。まずMoodle上に実験用の教材コンテンツを作成した。さらに学生自身が実験に際して必要となる知識の有無を確認するための小テストコンテンツも合わせて作成した。つぎに開発する学習教材独自の機能として、教材ページの指示に従って実際の実験を行う機能を検討し、このための実証用サンプルページを試作した。測定機器にはLANI/F付きのマルチメータとリモート制御可能な直流安定化電源を用意した。また直流安定化電源をネットワーク経由で制御するためのマイコンボードを試作した。これらの機器を使って、ネットワーク経由でLMSサーバとデータ通信を行う環境を構築し、動作を確認した。3.まとめ本校学生19名に対してシステムを試用させ、動作と実用性についてアンケートを実施した。特に「独習に使えるか」という項目に対して、「使える」と回答した学生が全体の60%以上であった。この結果から、本来の目的である独習システムとしての利用が期待できると思われる。
サーモサイフォン型ヒートパイプの熱輸送限界に関する研究

加熱部と冷却部を銅ブロック、その間の断熱部を耐熱ガラス管とした垂直サーモサイフォン型ヒートパイプを試作し、ヒートパイプ熱輸送特性-加熱部・冷却部間温度差と輸送熱量の関係-および熱輸送限界を測定し、解析的考察を加えて次の結果を得た。。なお、測定パイプの内径は15,10および6mm、使用した作動液はR113,メタノールおよび水である。1.加熱(沸騰)部と冷却(凝縮)部の伝熱特性にもとづき、熱輸送特性の無次元表示式を導いた。2.加熱部の沸騰伝熱特性はよく知られているプール沸騰とさして差はない。冷却部の凝縮伝熱特性はヌセルトの層流膜状理論の結果と同様な傾向を示すが、熱伝達率の値自体はメタノール,水と管内上向き蒸気流速が増大するにしたがって、大幅に低下した。凝縮熱伝達率の低下は、解析結果との比較から、凝縮蒸気の運動量および蒸気に同伴される微細液滴の効果と考えられることを示した。3.耐熱ガラス管断熱部内の流動状態の観察によると、実際上サーモサイフォンで問題になる熱輸送限界は、蒸気流速の上昇による還流液のフラッディングに起因する加熱面ドライアウトによって生ずるものと考えられる。4.熱輸送限界を与える従来の実験式の予測値は広い範囲に散ばっている。これらの式を比較検討し、本実験のデータは最も低い予測値を与える式に近いことを示した。なお、以上の結果は現在、学会で発表するよう準備中である。また、さらに広い範囲にわたる熱輸送限界に関する実験を引きつづき進める予定にしている。。
がん薬物療法の副作用への適時的介入を可能とする患者自己評価システムの開発

本年度は、前年度に開発したがん薬物療法における患者報告基準を基に、ICTを活用しWEBサイトでPROを収集できる『副作用メモ入力システム』を開発した。また、この基準における一貫した医療者が適時介入するための基準を多職種(腫瘍内科医、がん薬物療法認定薬剤師、がん化学療法看護認定看護師)と検討し決定した。このシステムでは、患者の受ける療法別に10種の副作用を毎日、03の4段階で自己評価できるようにしてあり、各副作用の評価をグラフ化して一目でその変動がわかるようになっている。入力された副作用情報はセキュリティの担保されたクラウドサーバに集約され、管理者(研究者)のみがアクセスできるようになっている。必要時には、すべてのデータをExcel形式で抽出・分析できるようになっているため、患者個人単位ではなく、集合データとして、療法ごとに副作用のPRO視点での発現頻度・時期の分析などに活用できる。また、インターフェイス等のデザインもよりシンプルかつ見やすいよう工夫した。アプリとしての開発も視野に入れたが、使用するデバイス環境により、それぞれ作成する必要があり、金銭的、時間的なことを検討し、WEBベースでのシステム開発に至った。このことにより、使用するデバイスに関係なく、画面表示を自動調整し一番見やすい形で提供できるようになっている。来年度は、このシステムの臨床応用に向けて、使用感や臨床での活用などについて評価する予定である。当初の予定通り、システムの開発を行っており、概ね当初の研究実施計画に沿って進めることができている。来年度は、開発した『副作用メモ入力システム」の臨床応用する前の試行研究として、使用感や臨床での活用などについて評価する予定である。本研究の基となる「情報処方」研究の成果について、International Nursing Research Conference 2017(タイ、バンコク)において発表を行った。加えて、看護研究における方法論のトレンド(アウトカムリサーチ)などについて情報や知見を収集した。また、本研究課題のベースとなる評価基準について、がん薬物療法におけるPatient-Reported Outcomeを得るため、Grade 03で毎日患者が副作用を自己評価するために開発した評価基準についての研究論文を、日本がん看護学会誌に投稿し公表した。更に、本研究課題のInformation and Communication Technologyを活用した副作用管理システムのベースとなる、この評価基準を臨床で活用するための紙ベース(マークシート形式)のがん薬物療法における副作用一元管理システム開発についての研究論文も、ITヘルスケア誌に投稿しアクセプトされた。がん薬物療法による副作用約50項目について、開発した評価基準を基に患者報告Gradeを多職種(医師、薬剤師、看護師など)で検討し決定した。また、近年の免疫チェックポイント阻害薬の登場により、がん薬物療法における副作用管理の状況が複雑化している。そのため一般的な殺細胞性抗がん薬の医療者介入Gradeとは別に、免疫チェックポイント阻害薬における患者報告Gradeについて、消化器内科医師、呼吸器内科医師、皮膚科医師、がん化学療法認定看護師と検討した。免疫チェックポイント阻害薬においては、副作用の全貌が未知の部分もあり、十分な検討が必要なため、引き続き情報収集をしながら、検討をしていく予定である。研究成果の公表と共に、がん薬物療法における医療者介入のGrade基準の検討をおこなっており、概ね当初の研究実施計画に沿っている。初年度に予定していたInformation and Communication Technologyシステムの具体的開発を年度をまたがないよう次年度にシフトさせたため次年度使用額が生じた。今年度システム開発にあたり充当させる。ほぼ予定通り助成金を活用できた。次年度繰越金となった約4万は、今年度使用額の端数となる。次年度も、WEB上で集積した情報を保存するクラウドサーバの保守などに費用がかかるため、それに充てる予定である。副作用メモ入力システムの公開デモ用のID「12345678」PW「1234」とし、公開している。消化器内科・外科で使用するXELOX療法を対象とした副作用メモである。
"タンパク質"修飾酸化LDLの診断法の確立と動脈硬化における意義に関する研究

酸化ストレスが原因となる生活習慣病が我が国でも増加の一途を辿っている。この状況の中、動脈硬化や冠動脈疾患の早期診断、治療中の経過観察に有益な診断法として、酸化LDLや高感度C-反応性タンパク質(CRP)の測定法が開発されてきた。しかしながら、CRPおよびβ_2-グリコプロテインI(β_2GPI)が酸化LDLと複合体を形成していることが明らかになったため、早期に、これらタンパク質修飾LDLの臨床意義を明らかにし、それらの診断法を確立する必要があると考えた。そこで、平成16年度からの2年間の本萌芽研究で、基礎・臨床分野に跨る解析を体系的に行い、タンパク質修飾酸化LDLの動脈硬化への関わりについて検証すると共に、臨床診断薬としてのELISAによる修飾酸化LDLの測定法を確立することを計画した。今年度は、抗β_2GPI抗体、抗CRP抗体などを用いたCRP/β_2GPI修飾酸化LDLのELISA法を確立し、糖尿病、虚血性心疾患、脳血管障害、閉塞性動脈硬化症、慢性腎疾患等の動脈硬化性疾患、および膠原病(特に、SLE、APS)を対象に、古典的な動脈硬化の指標とCRP/β_2GPI修飾酸化LDLとの関連性について検討を行った。CRP/酸化LDL/β_2GPI複合体は、動脈硬化性疾患である糖尿病患者血中、特に、IMTで診断される動脈硬化陽性の患者で特異的に検出された。一方、急性炎症性(熱発性)疾患で、CRP陽性の患者では全く検出されなかった。高感度CRPと高い相関を示すため、冠動脈疾患の危険因子と考えられている高感度CRPの本体が本複合体であると考えられる。動脈硬化を有する患者の頸動脈(動脈硬化巣)にCRP、酸化LDL、β_2GPIの局在が認められたことより、これらの複合体は動脈硬化巣で形成され末梢血流中へ逸脱すると考えられた。しかしながら、CRPおよびβ_2-グリコプロテインI(β_2GPI)が酸化LDLと複合体を形成していることが明らかになったため、早期に、これらタンパク質修飾LDLの臨床意義明らかにし、それらの診断法を確立する必要があると考えられた。今年度は、Cu^<2+>-酸化LDLに、Ca^<2+>依存的にphosphorylcholineを介してCRPを、また、Ca^<2+>非依存的に特異的リガンドを介してβ_2GPIを結合させ、CRP修飾酸化LDL、β_2GPI修飾酸化LDL、CRP/β_2GPI修飾酸化LDLを各々調製し、抗β_2GPI抗体、抗CRP抗体などを用いたCRP/β_2GPI修飾酸化LDLのELISA法を確立した。これらを用いて、糖尿病、虚血性心疾患、脳血管障害、閉塞性動脈硬化症、慢性腎疾患等の動脈硬化性疾患、および膠原病(特に、SLE、APS)を対象に、動脈硬化の指標とCRP/β_2GPI修飾酸化LDLとの関連性について検討を開始した。さらに、タンパク質修飾酸化LDLそのもの、それらに由来する脂質、β_2GPI、および、CRPが細胞内でどの様に輸送されるのかを、Alexa、GFP、NBD標識体とオルガネラマーカー(特異抗体)を作製し、共焦点レーザー顕微鏡で調べる検討を開始した。

動脈硬化を有する患者の頸動脈(動脈硬化巣)にCRP、酸化LDL、β_2GPIの局在が認められたことより、これらの複合体は動脈硬化巣で形成され末梢血流中へ逸脱すると考えられた。
半導体内の格子点に置換配列したメゾ粒子の電子物性

Ga原子とAs原子はほぼ同じ原子寸法を有するので、GaAs結晶にSiを添加すると、SiはGa原子位置及びAs原子位置いずれをも占有することが出来る。実験結果は高温で熱処理すると前者、低温で熱処理すると後者が多くなることを示している。両原子位置を占めるSi濃度がほぼ等しいような場合には、Si原子クラスターが形成される可能性がある。そのような場合、もしかしたら興味ある光学的性質が発現される可能性がある、という予想のもと、シリコンを添加した砒化ガリウムを熱処理してフォトルミネッセンスを測定している。特にSi原子クラスターが形成される高濃度添加の場合について調べた結果を報告する。試料は水平ブリッジマン法で育成された、約0.013%(as-grown状態でSiが析出しているのでP結晶と呼ぶ)及び約0.002%(Siが析出していないのでNP結晶と呼ぶ)のSiを添加されたGaAs単結晶である。Siクラスターを形成するために最適砒素圧力下、各種の温度で試料を焼鈍した。然処理後、フォトルミネッセンスを測定した。その際、発光中心の幾何学的形状・分布に関する知見を得る為に、特にその偏光特性に注目した。以下ではNP結晶を900°Cで焼鈍した試料(NP-9)と、P結晶を500°Cで焼鈍した試料(P-5)に関する結果を報告する。前者はクラスターを含まないが後者ではクラスターが形成されていると考えられる。いずれの試料も1080nm及び1240nm付近に発光ピークを持つ。1080nm線の偏光特性は、試料P-5とNP-9で全く異なる。一方、1240nm線は両者で同じ振る舞いを示す。この結果は、クラスターが1080nm線を引き起こすことを示している。
微生物被メチル化塩基配列の汎用的分析基盤の創出

微生物におけるメチル化DNA塩基種としては,5-methylcytosine,N6-methyladenine,およびN4-methylcytosineの3種が挙げられる.本研究では,抗メチル化塩基抗体を用いたDNAメチル化部位の汎用的分析手法の開発を目的とし,従来法では解析が困難であったI型制限修飾系のメチル化部位分析手法の確立に取り組んだ.抗5-methylcytosine抗体を用いた分析手法各種(免疫沈降/PCR法,被メチル化プラスミドライブラリー/HPLC法,被メチル化プラスミドライブラリー/ウェスタンブロット法)を設計し,条件検討を重ねた結果,被メチル化プラスミドライブラリー/ウェスタンブロット法が,I型制限修飾系メチル化部位の分析に適していることが示唆された.微生物におけるメチル化DNA塩基種としては,5-methylcytosine,N6-methyladenine,およびN4-methylcytosineの3種が挙げられる.本研究では,DNAメチル化部位の汎用的分析手法の開発を目的とし,分析手法各種(A:免疫沈降/PCR法,B:被メチル化プラスミドライブラリー/HPLC法,C:被メチル化プラスミドライブラリー/ウェスタンブロット法)を設計した.平成24年度では,メチル化塩基を導入したリンカーを用いた手法Aを検討した.低頻度N6-methyladenineをもつ大腸菌(HsdM+)染色体のメチル化サイトを分析したが,有意に検出することはできなかった.次に手法Bを検討した.プラスミドライブラリーを大腸菌JM110(HsdM+)から回収し,デオキシリボヌクレオシドにまで分解した後,逆相HPLCで分析した.AdenineあたりのN6-methyladenineモル比を計測し,理論値と比較したところ,理論値と実測値が一致するものもあったが,全体的には誤差が大きかった.プラスミド純度の影響が大きく,コストパフォーマンスや簡便性の点から手法Bの実用性は低いと結論した.次に手法Cを検討した.プラスミドDNAをメンブレンにアルカリブロットし,抗N6-methyladenine抗体を用いて検出した.陰性対照のスポットにも若干のシグナルが得られたが,有意なシグナルが得られた.更にシグナル強度はメチル化部位の数に依存した.条件検討によりS/N比の改善は可能と考えられ,手法Cは,従来法では解析が困難であったI型制限修飾系のメチル化部位の解析法に繋がると期待できる.微生物におけるメチル化DNA塩基種としては,5-methylcytosine,N6-methyladenine,およびN4-methylcytosineの3種が挙げられる.本研究では,抗メチル化塩基抗体を用いたDNAメチル化部位の汎用的分析手法の開発を目的とし,従来法では解析が困難であったI型制限修飾系のメチル化部位分析手法の確立に取り組んだ.抗5-methylcytosine抗体を用いた分析手法各種(免疫沈降/PCR法,被メチル化プラスミドライブラリー/HPLC法,被メチル化プラスミドライブラリー/ウェスタンブロット法)を設計し,条件検討を重ねた結果,被メチル化プラスミドライブラリー/ウェスタンブロット法が,I型制限修飾系メチル化部位の分析に適していることが示唆された.汎用性と簡便性に重点を置いた被メチル化塩基配列の新規分析法の確立を目的とし,免疫学的な被メチル化塩基配列分析法を設計した.本手法では,メチル化塩基に対する抗体を用いてメチル化DNAを特異的に抽出し,その周辺の塩基配列を解析することで被メチル化塩基配列を決定する.平成23年度は,計画通り市販されている抗5-methylcytosine抗体を用いて,大腸菌染色体DNA中におけるDcmメチル化サイトの分析を行った.解析されたDNAフラグメント全てにDcmサイトが含まれ,本手法の有効性が示唆された.しかしながら,Dcmサイトを2ヶ所以上含むフラグメントが有意に検出され,Dcmサイトが1ヶ所の短いフラグメントは検出されなかった.メチル化塩基が1ヶ所の場合,結合する抗体が1分子に限られるのに対し,2ヶ所以上の場合は複数の抗体が複数のDNAフラグメントと共凝集するため,沈降しやすくなるためと考えられる.平成23年度の計画として,抗N6-methyladenine抗体と抗N4-methylcytosine抗体の作製を計画していたが,幸運なことに平成23年度から抗N6-methyladenine抗体は市販されるようになった.5-MethylcytosineとN6-methyladenineと比較するとN4-methylcytosineの出現頻度は極めて低く,その重要性が低いことから,抗N4-methylcytosine抗体の作製を保留し,N6-methyladenine抗体を用いた大腸菌染色体DNA中におけるHsdメチル化サイトの分析を行った.Hsdメチル化サイトについては,今のところ検出できていない.この理由としては,メチル化頻度が低すぎるため複数のメチル化サイトをもつフラグメントが少ない点が挙げられる.当初から計画されていた抗5-methylcytosine抗体を用いた検証実験に加え,N6-methyladenine抗体を利用した検証実験を先倒しに行えた点は,当初の計画以上と評価できる.さらに,本手法によるメチル化サイト分析には,フラグメント中のメチル化サイトが複数必要であることを明らかにし,その確立へ向けた足がかりを構築できた.ただし,このような重要な前進があったものの,平成23年度内に手法を確立する当初計画は達成できなかった.この点に関しては計画以下と評価している.以上を踏まえ,おおむね順調に進展していると自己評価した.手法の確立を目指す.重要性の低い抗N4-methylcytosine抗体の作製は引き続き保留とし,抗5-methylcytosine抗体ならびに抗N6-methyladenine抗体を用いた検証実験を行っていく.

フラグメント中のメチル化サイトが複数必要であったことから,リンカー部分にメチル化塩基を導入しておき,全フラグメントに最低1ヶ所はメチル化塩基が入るよう工夫する.これにより,メチル化サイトを1箇所しか含まない短いフラグメントでも効率よく免疫沈降すると期待できる.また,平成23年度の実施実験では,染色体DNAをより短く切断するよう設計してきたが,効率のよい免疫沈降にはある程度のフラグメント長が必要とも考えられるため,切断断片長の検討も併せて執り行なう.なお検証実験は引き続き,抗5-methylcytosine抗体を用いたDcmメチル化サイトおよび抗N6-methyladenine抗体を用いたHsdメチル化サイトを対象とする.特にHsdメチル化サイトの分析手法は先進性が高いことから,本手法の有効性が実証された後は,異種Hsdメチル化酵素遺伝子によるメチル化サイトの解析も行い,本手法の実用性について検証する.当初の計画ではHPLCの購入を計上していたが,異動に伴いその必要性がなくなった.さらに抗N6-methyladenine抗体の作製も不要となったことから,1100千円ほどを平成24年度に繰り越せる状況となった.平成24年度では,請求額500千円と繰越金1100千円の計1600千円を以下の経費に充てる計画である:抗体購入費,200千円;その他消耗品,800千円;旅費,100千円;その他(校閲,出版費,DNAシークエンス),500千円.
微視的内部観察に基づく接合材の疲労損傷機構解明による高強度先進接合技術の開発

スポット溶接継手,リモートレーザー溶接継手,摩擦撹拌点接合継手の3種類の接合継手を取り上げ,各接合材の疲労強度特性・疲労損傷機構を明らかにするとともに,実働荷重下の疲労寿命予測法について検討を行った.いずれの接合材においても疲労き裂はスリット先端から発生することが明らかとなった.疲労寿命はスリット先端に生じる特異応力場を支配する力学パラメータである応力拡大係数範囲によって一義的に評価できることを明らかとした.変動荷重下の疲労寿命評価法としては,修正マイナー則もしくはコーテンドーラン流の予測法が妥当であることを明らかとした.本年度は接合継手として,スポット溶接継手,リモートレーザー溶接継手,摩擦撹拌点接合継手の3種類を取り上げ,以下の成果を得た.1スポット溶接機継手に関しては健全材の内部微視的観察により疲労破壊損傷機構を明らかにし,疲労き裂発生寿命は荷重レベルの依存性は若干あるものの概ね全寿命の50%程度であることが判明した.また,疲労寿命は荷重モードの影響を顕著に受けることが明らかとなったが,スリット先端の特異応力場を支配するパラメータKにより一義的に表せることがわかった.しかしながら,き裂進展方向の予測は不十分で有り,今後の検討課題となっている.2リモートレーザー溶接継手については,破壊モードの荷重レベル依存性について焦点を当て研究を行った.十字引張継手を用いた試験において,疲労き裂発生位置は溶接始端であったが,高荷重レベルではその後板厚方向に貫通し,板幅方向に母材部を進展したのに対して,低レベル荷重ではき裂発生後,溶接界面に沿うように進展し,界面破断が生じた.この原因については応力解析を行って解明を急いでいる.3摩擦撹拌点接合継手に関しては,押し込みツールの形状が上側板に残っているものの,疲労き裂発生板は両板の接合面スリットの先端であることが明らかとなった.き裂発生後,スリット先端に沿う形で板厚方向へ進展,最終的に上側と下側のき裂の合体により破壊することがわかった.疲労き裂発生寿命には荷重レベル依存性が現れ,高レベルでは5%程度の早期であるのに対して,低レベル荷重では30%程度であった.本年度は接合継手として,リモートレーザー溶接継手,摩擦撹拌点接合継手の2種類を取り上げ,以下の成果を得た.1リモートレーザー溶接継手については,破壊モードの荷重レベル依存性について焦点を当てて前年度に引き続いて研究を行った.十字引張継手を用いた試験において,疲労き裂発生位置は溶接始端であったが,高荷重レベルではその後板厚方向に貫通し,板幅方向に母材部を進展したのに対して,低レベル荷重ではき裂発生後,溶接界面に沿うように進展し,界面破断が生じた.接合面に垂直応力のみが作用するピール型試験片では,荷重レベルによらず,すべて破壊モードは界面破断であった.詳細な有限要素応力解析を行った結果として,疲労き裂先端の荷重モードが純粋にモードIのみでは界面破断し,モードIとモードIIの混合モードになるにつれてき裂進展方向が板厚方向に変化することが明らかとなった.2摩擦撹拌点接合継手に関しては,押し込みツールの形状が上側板に残っているものの,疲労き裂発生箇所は両板の接合面スリットの先端であることが明らかとなった.き裂発生後,スリット先端に沿う形で板厚方向へ進展,最終的に上側と下側のき裂の合体により破壊することがわかった.本年度は実働状態に近い変動荷重下の疲労機構ならびに寿命評価法について検討を行った.比較的高い予荷重が負荷されると薄板の塑性変形挙動の影響を受けて,その後の寿命延長が生じることが明らかとなった.このような挙動を含めて変動荷重下の疲労寿命評価法について検討を行った.スポット溶接継手,リモートレーザー溶接継手,摩擦撹拌点接合継手の3種類の接合継手を取り上げ,以下の成果を得た.1スポット溶接機継手に関しては健全材の内部微視的観察により疲労破壊損傷機構を明らかにし,疲労き裂発生寿命は荷重レベルの依存性は若干あるものの概ね全寿命の50%程度であることが判明した.また,疲労寿命は荷重モードの影響を顕著に受けることが明らかとなったが,スリット先端の特異応力場を支配するパラメータKにより一義的に表せることがわかった.2リモートレーザー溶接継手については,破壊モードの荷重レベル依存性について検討を行った.十字引張継手を用いた試験において,疲労き裂発生位置は溶接始端であったが,高荷重レベルではその後板厚方向に貫通し,板幅方向に母材部を進展したのに対して,低レベル荷重ではき裂発生後,溶接界面に沿うように進展し,界面破断が生じた.接合面に垂直応力のみが作用するピール型試験片では,荷重レベルによらず,すべて破壊モードは界面破断であった.詳細な有限要素応力解析を行った結果として,疲労き裂先端の荷重モードが純粋にモードIのみでは界面破断し,モードIとモードIIの混合モードになるにつれてき裂進展方向が板厚方向に変化することを明らかとした.3摩擦撹拌点接合継手に関しては,押し込みツールの形状が上側板に残っているものの,疲労き裂発生は両板の接合面スリットの先端であることが明らかとなった.

き裂発生後,スリット先端に沿う形で板厚方向へ進展,最終的に上側と下側のき裂の合体により破壊することがわかった.本年度は実働状態に近い変動荷重下の疲労機構ならびに寿命評価法について検討を行った.比較的高い予荷重が負荷されると薄板の塑性変形挙動の影響を受けて,その後の寿命延長が生じることが明らかとなった.このような挙動を含めてランダム荷重を含む実働荷重下の疲労寿命評価法について検討を行った.スポット溶接継手,リモートレーザー溶接継手,摩擦撹拌点接合継手の3種類の接合継手を取り上げ,各接合材の疲労強度特性・疲労損傷機構を明らかにするとともに,実働荷重下の疲労寿命予測法について検討を行った.いずれの接合材においても疲労き裂はスリット先端から発生することが明らかとなった.疲労寿命はスリット先端に生じる特異応力場を支配する力学パラメータである応力拡大係数範囲によって一義的に評価できることを明らかとした.変動荷重下の疲労寿命評価法としては,修正マイナー則もしくはコーテンドーラン流の予測法が妥当であることを明らかとした.リモートレーザー溶接継手,摩擦撹拌点接合継手の疲労破壊挙動に関して3次元的観察システムを構築し,疲労き裂発生・進展挙動を明らかにするともに,荷重モードの影響や変動荷重下の疲労寿命評価方法についてのある程度の知見を得ることができた.27年度が最終年度であるため、記入しない。材料強度学本年度の研究成果において種々の未解明の点が残された.1リモートレーザー溶接継手において,負荷荷重レベルにおいてき裂進展モードの遷移が起こることが明らかとなった.最終年度は純粋せん断荷重が負荷されるモードII試験用治具を作成し,モード遷移について高精度の3次元的計測システムにより観察を行うとともに弾塑性解析を組み合わせることで,破壊モード変化の予測法を検討する.2摩擦撹拌点接合継手に関しては,より実働状態に近い広範囲のランダム荷重試験を実施し,疲労寿命評価法を提案するとともに,耐損傷性の高い接合条件を明らかにすることを目的とする研究業績にも記したように本年度はほぼ計画り進展した.スポット溶接継手,リモートレーザー溶接継手,摩擦撹拌点接合継手の疲労破壊挙動に関して3時限的観察システムを構築し,疲労き裂発生・進展挙動を明らかにした.27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度末に購入予定であった,動的ひずみ計の納期が間に合わず計上できなかった.27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究成果において種々の未解明の点が残された.1いずれの溶接継手においても疲労寿命は,荷重形式の影響を受け,負荷荷重では整理できず,スリット先端の特異応力場パラメータKにより定量的評価が可能であることは明らかとなったが,疲労き裂進展方向が従来の等方均質体に対して提案されている式では評価できないことがわかった.今後は,薄板の大変形を取り込める弾塑性解析を行うことで疲労き裂進展方向を予測できる方法を検討する.2リモートレーザー溶接継手において,負荷荷重レベルにおいてき裂進展モードの遷移が起こることが明らかとなった.今後はより詳細・高精度の3時限的計測システムの構築と弾塑性解析を組み合わせることで,破壊モード変化の予測法を検討する.3摩擦撹拌点接合継手に関しては,予備試験として高ー低2段変動荷重試験を実施したところ疲労寿命の大幅な延長が認められ,最初に負荷する高レベルによる塑性変形の影響ではないとかの示唆が得られた.今年度はそれらの塑性変形量を実測するとともに解析により塑性変形挙動を明らかにすることにより,それらの影響を受けた疲労き裂進展挙動の3次元的観察を行うとともに寿命予測法の検討を行う.次年度に動的ひずみ計を購入予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。
閉じ込め改善モード遷移に対する新古典イオン粘性の役割の解明

トロイダルプラズマの閉じ込め改善モード遷移に対する新古典イオン粘性の役割を解明するために、磁場リップル構造の異なるヘリカル型装置である、LHD, Heliotron J, TJ-IIにおいて電極バイアス実験を行なった。LHDでは従来よりも粘性の大きい磁場配位で実験を行い、実験と理論で遷移条件が整合することを示した。Heliotron Jでは衝突周波数が小さく、粘性の影響が現れやすい実験を実施するために、より耐熱性の良好な電極システムを導入して実験を行うことに成功した。TJ-IIでは既設のシステムを利用した初期的な電極バイアス実験を行なった後、従来よりも適切な実験環境の構築を行なった。本研究ではトロイダルプラズマにおいて、新古典ポロイダルイオン粘性の非線形性が閉じ込め改善モード遷移に対して担う役割を解明する。そのため、大型ヘリカル装置(LHD)と、TJ-II装置において電極バイアス実験を行う。イオン粘性は磁場リップルとともに増加するが、TJ-II装置はLHDに比べて、実効ヘリカルリップルが10倍大きいため、粘性のフロー依存性や遷移に必要な駆動力に明確な違いが得られる。本研究ではさらに、東北大学ヘリアック装置(TU-Heliac)、コンパクトヘリカル装置(Compact Helical System, CHS)、ヘリオトロンJ装置での電極バイアスHモード遷移との比較を行い、イオン粘性のリップル構造依存性を明らかにする。平成26年度はLHD, Heliotron J, TJ-IIにおいて電極バイアス実験を行い、バイアス時のプラズマの振る舞いを調べた。LHDでは昨年度までに実験を行ってきた磁場配位よりもさらに磁気軸外寄せの配位(磁場リップルの大きい磁場配位)で実験を行い、遷移に必要な駆動力がさらに大きくなることを明らかにした。Heliotron Jでは、これまで、セラミクス系のLaB6を用いて、0.1 T程度の低磁場条件で2.45 GHz ECHで生成されたプラズマをターゲットに実験を行ってきたが、今年度は、耐熱性の良好な黒鉛性の電極を用いて、1 T程度の強磁場で、ジャイロトロンECH, NBIプラズマをターゲットとした実験を行い、イオン-中性粒子コリジョナリティが小さく、フリクションによる運動量ダンピングの小さい条件でのバイアスデータを取得した。TJ-IIでは、先方研究所(CIEMAT,スペイン)の共同研究者との共同研究体制を構築・強化し、NBIプラズマをターゲットにした実験に臨むことができた。今回使用した電源の出力電圧・電流の範囲内では、電極バイアスによってプラズマを遷移させることはできなかったが、L modeプラズマにおけるプラズマの径方向抵抗率が評価できた。そのため、大型ヘリカル装置(核融合科学研究所)と、TJ-II装置(スペイン, CIEMAT研究所)、Heliotron J装置(京都大学)において電極バイアス実験を行う。イオン粘性は磁場リップルとともに増加するが、TJ-II装置は大型ヘリカル装置に比べて、実効ヘリカルリップルが10倍大きいため、粘性のフロー依存性や遷移に必要な駆動力に明確な違いが得られる。本研究ではさらに、東北大学ヘリアック装置、コンパクトヘリカルシステムでの電極バイアスHモード遷移との比較を行い、イオン粘性の磁場リップル構造依存性を明らかにする。平成27年度はHeliotron J, TJ-II装置において電極バイアス実験を行い、バイアス時のプラズマの振る舞いを調べた。Heliotron J装置では、従来、0.1 T程度の磁場条件で、2.45 GHz ECRH (10 kW)で生成されたプラズマを対象に、バイアス実験を行い、閉じ込めの遷移を観測している。今年度は、イオン-中性粒子間の摩擦力が小さくなるように、1 T程度の磁場下で、数100 kW程度のECRH, NBIを用いて生成したプラズマを対象に実験を行った。この実験において、電極バイアスによって、プラズマ中のトロイダルフローを能動的に制御できることを示した。TJ-IIの実験では、電極バイアスによる閉じ込め遷移を実現することはできなかったが、定電圧の電極バイアス下での、密度ランプアップ実験において、プラズマの閉じ込め状態が電子ルートからイオンルートに遷移する際に、電極電流が明確に減少する現象が観測された。これはイオンルートに遷移した際に粒子閉じ込めが改善したことを示している。この電極電流の振る舞いは、広範な密度条件で観測された。平成27年度の主たる目標は、TJ-II装置において、電極バイアスによる閉じ込めの遷移を実現し、さらに、複数の磁場配位で実験を行い、遷移条件に対する磁場リップル依存性を取得することであった。しかしながら、TJ-IIサイトにおけるバイアス電源の出力が見込みよりも小さかったこと、電極-真空容器-バイアス電源間の電気回路構成が不適切であったことにより、十分なバイアス電圧の印加ができず、閉じ込めの遷移を実現することができなかった。