hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相対論的重イオンビームによる核コロコフ効果

単結晶中を軸チャネリングするイオンは、結晶の周期ポテンシャルを、振動電磁場として感じる。この振動数あるいはその高調波(n次)がイオンの内部構造の励起エネルギーと一致するとき、共鳴的な励起が期待される。この現象はオコロコフ効果もしくは干渉性共鳴励起(Resonant Coherent Excitation,RCE)と呼ばれる。本研究は、数100MeV/uの重イオンを供給可能な放射線医学総合研究所の重イオン加速器(HIMAC)を利用して、長年の懸案であった原子核のRCE、すなわち核オコロコフ効果を検証すると共に、チャネリング下という特異な環境での、原子分光、核分光という新たな分野の展開を目指したものである。平成79年度にわたる3年間の、研究開発の結果は以下のようを要約される。平成7年度はまず平行性の良いビームの開発を進め、Si半導体検出器を用いて、結晶中のエネルギー損失を指標として、実際に相対論的エネルギーの重イオンの、軸及び面チャネリング実験に成功した。平成8年度には、観測の第一段階として、原子核励起ではなくまず原子準位の励起による干渉性共鳴励起を、390MeV/uAr^<17+>(1電子系)ビームをSi単結晶中で面チャネリングさせることによって試みた。その結果、ビーム入射角度に対する出射電荷の変化を観測することにより、共鳴を確認した。さらに平成9年度には、このAr^<17+>ビームによる原子準位の励起を、利用できるすべての結晶面について系統的に観測し、結晶中でのエネルギー損失と出射電荷の同時測定から、励起エネルギーの結晶場による影響などのより詳細な結果を得た。また年度後半には、Ar^<17+>ビームのチャネリング条件下での脱励起X線及び、イオン化の際に前方に放出される電子(カスプ電子)の観測も行った。今後最終目標である^<57>Feビームを用いた核励起共鳴実験を平成10年度に予定している。1.500MeV/uの重イオンチャネリング実験に不可欠な角度精度100μradの回転3軸、併進2軸のゴニオメータを設計、製作した。2.チャネリング実験に適した平行度100μradのビームを得るためのビームコリメーション系の開発を進めた。方法としては2つのコリメータを用いるものと、Qレンズ系で平行化したビームを1つのコリメータで切り出す方法が考えられるが、実験エリアの制約から後者の方法を検討、テストすることにした。3.290MeV/uのCビームにFeコリメータを挿入したときの透過ビームの成分、形状を調べた。孔径1mmφ、厚さ5cm(飛程は3cm)のコリメータをQレンズ系で平行化したビームに挿入し、透過ビームを6.5m下流で、空乏層厚500μmのSi検出器(△E-SSD)と、2次元位置敏感SSD(2DPSD)を重ねたもので測定した。△E-SSDスペクトルには、エネルギー損失12MeVの主ピークと、その両側に低い(<4%)裾が見られた。2DPSDとの対応関係から主ピークはコリメータ孔を透過したCイオンであり、その平行度は300μrad以下であること、裾を形成している粒子の内、主ピークより低エネルギー損失の部分は、核破砕によって生じたイオン、高エネルギー損失の部分はFe中でエネルギー損失したCイオンであることが分かった。4.この方法により、十分な平行度の、汚れのないビームを得られることが確認された.

5.次年度はこの方法によるコリメータ系を作製し、ゴニオメータに取り付けたSi検出器内でのチャネリングの測定を行う。2.290MeV/uのC^<6+>ビームを用い、ゴニオメータに全空乏型Si検出器(ΔE-SSD、空乏層厚500μm)を取り付け、そこでのエネルギー損失(厳密にはエネルギー付与)と、40cm下流に置いた2次元位置敏感SSD(2D-PSD)の信号をモニターしながら結晶方位を変え、(220)、(111)、(004)面および〈110〉軸チャネリングを観測した。3.〈110〉軸および(220)、(111)、(004)面チャネリング条件および、ランダム方向でのΔE-SSDスペクトルを測定し、チャネリングイオンのエネルギー損失の軸・面依存性を調べた。4.主散乱槽の下流に荷電分析のための電磁石を置き、さらに5m下流に置いた2S-PSDで、荷電分布を測定できるようにした。5.390MeV/uのAr^<17+>を用いて、厚さ75μmのΔE-SSDで〈110〉軸および(220)、(004)面チャネリング条件でのエネルギースペクトル、透過イオンの荷電分布を測定した。さらに、入射方向を(220)面に沿って〈110〉軸付近で走査し、Ar^<17+>電子状態のn=1→2遷移の面オコロコフ効果の観測に成功した。6.次年度は核励起のためのビーム開発、脱励起X線測定法の確立と併行して、電子励起の面オコロコフ効果について、面依存性、Stark効果の詳細を調べる。単結晶中を軸チャンネリングするイオンは、結晶の周期ポテンシャルを、振動電磁場として感じる。この振動数あるいはその高調波(n次)がイオンの内部構造の励起エネルギーと一致するとき、共鳴的な励起が期待される。この現象はオコロコフ効果もしくは干渉性共鳴励起(Resonant Coherent Excitation,RCE)と呼ばれる。本研究は、数100MeV/uの重イオンを供給可能な放射線医学総合研究所の重イオン加速器(HIMAC)を利用して、長年の懸案であった原子核のRCE、すなわち核オコロコフ効果を検証すると共に、チャネリング下という特異な環境での、原子分光、核分光という新たな分野の展開を目指したものである。平成79年度にわたる3年間の、研究開発の結果は以下のようを要約される。平成7年度はまず平行性の良いビームの開発を進め、Si半導体検出器を用いて、結晶中のエネルギー損失を指標として、実際に相対論的エネルギーの重イオンの、軸及び面チャネリング実験に成功した。平成8年度には、観測の第一段階として、原子核励起ではなくまず原子準位の励起による干渉性共鳴励起を、390MeV/uAr^<17+>(1電子系)ビームをSi単結晶中で面チャネリングさせることによって試みた。その結果、ビーム入射角度に対する出射電荷の変化を観測することにより、共鳴を確認した。さらに平成9年度には、このAr^<17+>ビームによる原子準位の励起を、利用できるすべての結晶面について系統的に観測し、結晶中でのエネルギー損失と出射電荷の同時測定から、励起エネルギーの結晶場による影響などのより詳細な結果を得た。また年度後半には、Ar^<17+>ビームのチャネリング条件下での脱励起X線及び、イオン化の際に前方に放出される電子(カスプ電子)の観測も行った。今後最終目標である^<57>Feビームを用いた核励起共鳴実験を平成10年度に予定している。
標的とする単細胞への革新的な薬物・遺伝子超音波導入システムの確立

本課題の目標であった超音波照射時における浮遊単細胞のリアルタイム顕微鏡観察システムを構築することができた。また、高速ビデオカメラにてマイクロバブルの挙動を観察すると同時に薬物が細胞内に流入する現象を初めてデジタル映像でとらえることができた。この顕微鏡システムを用いることで超音波の最適条件と各種のマイクロバブルの比較が可能となった。得られたデータ解析より、多種の細胞にこの技術が応用可能と考えられる。高性能蛍光顕微鏡とマイクロマニピュレーターを調整し、顕微鏡下で観察しながらマイクロバブルと併用して蛍光色素を1個の細胞に超音波インジェクションを目的に実験を行った。この際、光速度カメラでマイクロバブルの破裂する様子を撮影し、画像解析による超音波最適条件の発見を試みた。1)超音波条件:周波数500kHz-5MHz,強度0.2-3.0W/cm2,Burst rate 1-100Hz,Fre Sweep 1%-50%2)高速カメラ:1000-10000frame/sec(Redlake社)3)蛍光色素:RH414,FITC-labeled,Rhodamine,PI,Texas Red,FURA。ソノポレーション法の最適条件の検索実験ではソノポレーション法によるニューロン内への蛍光色素注入は認められたが、ソノポレーション法の様々な条件下(超音波強度、duty比、照射時間)で、ニューロンに蛍光色素テトラメチルローダミンデキストランを注入し、その形態を共焦点レーザースキャン顕微鏡で観察した(使用バブルはOptison、BR14、Levovist,ナノバブル)。今回、周波数、バブルの種類における優位な差は認められなかった。ミツバチのキノコ体に関わるニューロンの形態的同定では、ソノポレーション法(500kHz)により、キノコ体に関係するニューロンに網羅的にテトラメチルローダミンデキストランを注入し、その形態を共焦点レーザースキャン顕微鏡で観察できた。今後はニューロンの光学切片のデジタルデータを3次元可視化ソフトにより3次元構築し、脳での3次元ニューロマップを作成におけるより鮮明な一個一個のAxonの走行をイメージで描出する予定である。高性能蛍光顕微鏡とマイクロマニピュレーターを調整し,顕微鏡下で観察しながらマイクロバブルと併用して蛍光色素を1個の細胞に超音波インジェクションを目的に実験を行った。高速度カメラでマイクロバブルの破裂する様子を撮影し,画像解析による超音波最適条件設定を試みた。また,18年度に使用した実験装置のシステムに大きな改良を加えた。超音波照射方法に加え,顕微鏡観察用の光源の位置を縦から横照射に大幅に変更した。上記に結果,1)超音波条件:周波数1MHz,強度2.0W/cm2,Burst rate 1-100Hz,周波数Sweep25%に絞り込むことができた。2)高速カメラ:6000frame/secで十分なイメージ画像が得られた。3)蛍光色素:FITC-Labeled,Rhodamine,PIで画像が得られた。ニューロンに蛍光色素テトラメチルローダミンデキストランを注入し,その形態を共焦点レーザースキャン顕微鏡で観察した(使用バブルはSONAZOID,ナノバブル)。19年度の実験結果からある程度までは周波数,バブルの種類における優位な差は認められた。ミツバチのキノコ体に関わるニューロンの形態的同定では,ソノポレーション法により,キノコ体に関係するニューロンに網羅的にテトラメチルローダミンデキストランを注入し,その形態を共焦点レーザースキャン顕微鏡で観察できた。19年度に引き続き,ニューロンの光学切片のデジタルデータを3次元可視化ソフトにより3次元構築し,脳での3次元ニューロマップを作成におけるより鮮明な一個一個のAxonの走行をイメージで描出する予定である。高速度カメラでマイクロバブルの破裂する様子を撮影し、画像解析による超音波最適条件設定を試みた。また、19年度に使用した実験装置のシステムにさらに大きな改良を加えた。超音波照射方法に加え、顕微鏡観察用の光源の位置を縦から横照射に大幅に変更すると同時に、カメラと超音波照射を同期させるtrigger装置の追加、細胞ホールディングピピットを添付することができた。上記のように条件をコントロールすることが可能となり、1)超音波条件:周波数1MHz,強度2.0W/cm2,Burst rate 1-100Hz,周波数Sweep 25%、2)高速カメラ:100-nanosecond interval、6000 frame/sec、512H×512V Resolution、5,100 fps (30-5100 fps)で十分なイメージ画像が得られた。マイクロピペットで一個単位の細胞を意図する場所に正確に誘導し、超音波照射後、回収することに成功した。高い精度でニューロンの光学切片のデジタルデータを3次元可視化ソフトにより3次元構築し、脳での3次元ニューロマップを作成でき、より鮮明な一個一個のAxonのイメージがとれると考えられる。
透過電子顕微鏡を用いた欠陥構造と界面制御による高誘電率BaTiO3薄膜の開発

本研究の対象である強誘電体BaTiO3はコンデンサーを形成する為の主材料である。このコンデンサーの要望として高誘電率かつ高温領域まで使用できる材料開発が望まれている。本研究では、BaTiO3薄膜に着目し、透過型電子顕微鏡を用いて欠陥構造を解析を実施、薄膜中の組成を精緻に制御することで過去に報告されてきたBaTiO3薄膜よりも大きな誘電率(室温では2000、Tc近傍で10,000)を達成した。これらの結果は、高誘電率BaTiO3薄膜を作製する上で重要な研究指針を示す成果であると結論付けられる。本研究の対象である誘電体はコンデンサーを形成する為の主材料であり、現代社会を支えるエレクトロニクス分野において必要不可欠な材料である。そこで、誘電率の高いペロブスカイト酸化物誘電体、すなわちBaTiO3薄膜に着目し、これまで報告されてきた誘電率よりも大きな誘電率を示すBaTiO3薄膜を作製することを目的とした。本研究では、高誘電率を達成するために、薄膜の不定比性と電極との界面構造に着目し、薄膜作製、物性測定及びTEM/STEMを用いた構造解析を高度に組み合わせ研究を進めてきた。PLD法によりGdScO3基板上にSrRuO3電極を成膜し、化学量論組成及び不定比性を有するBaTiO3薄膜作製を実施し、XRDによる詳細な構造解析を行った。不定比性を有するBaTiO3薄膜でもエピタキシャルな方位にて薄膜成長しているが、面内の格子定数が基板と一致しない、つまりインコヒーレント成長することが明らかとなった。これは、不定比性により格子膨張することで、基板との格子不整合性が大きくなるためである。一方、化学量論組成を有するBaTiO3薄膜では面内の格子定数が基板と一致し、コヒーレント成長することを確認した。各々の薄膜において誘電率測定を実施した結果、不定比性を有するBaTiO3薄膜はこれまで報告されてきた結果と同様の低い誘電率を示し、化学量論組成BaTiO3薄膜では過去に報告されてきたBaTiO3薄膜よりも大きな誘電率を達成することに成功した。さらにSTEMにより作製した薄膜の構造解析を実施した結果、不定比性BaTiO3薄膜ではミスフィット転位が認められ、化学量論組成BaTiO3薄膜では原子レベル平坦な界面を形成していることを確認した。この結果は不定比性がBaTiO3薄膜の特性に与える影響に関する重要な知見を得たものと結論づけられる。本研究の対象である強誘電体BaTiO3はコンデンサーを形成する為の主材料であり、現代社会を支えるエレクトロニクス分野において必要不可欠な材料である。PLD法によりGdScO3基板上にSrRuO3電極を成膜し、薄膜中の組成を精緻に制御することで化学量論組成を有する高い結晶性をもつBaTiO3薄膜作製に成功した。XRDによる詳細な構造解析を行った結果、面内の格子定数が基板と一致し、コヒーレント成長することを確認した。さらに走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いた観察の結果、SrRuO3/GdScO3界面、BaTiO3/GdScO3界面では原子レベルで平滑であるミスフィット転位等の欠陥のない界面構造を形成していることを確認した。さらに、得られた薄膜において誘電率測定を実施した結果、バルクBaTiO3と同様に3回の相転移を示し、その相転移温度は基板の影響により大きく変化することを明らかとなった。また、過去に報告されてきたBaTiO3薄膜よりも大きな誘電率(室温では2000、Tc近傍で10,000)を達成し、当初の目標値を越えることに成功した。斜方晶系の基板に由来するBaTiO3薄膜中のドメイン構造観察にも成功した。これらの結果は、高誘電率BaTiO3薄膜を作製する上で重要な研究指針を示す成果であると言える。SrRuO3電極を堆積させたGdScO3基板上にTi過剰、化学量論組成のBaTiO3薄膜を作製し、誘電率測定及び自発分極値の測定を実施した。

当年度目標としていた、BaTiO3薄膜の不定比性による誘電率変化を確認するとともに、これまで報告されてきたBaTiO3エピタキシャル薄膜よりも大きな誘電率を有する薄膜作製に成功した。この結果は結晶性の高い薄膜を作製することにより、本来のBaTiO3薄膜が有する特性を引き出すことに成功した為といえる。さらに、化学量論組成を有するBaTiO3薄膜において、XRDによる詳細な構造解析により、これまで考えられてきた構造とは異なる分極軸を有していることが明らかとなった。これまで、圧縮方向に歪みを加えることで、Ti原子はc軸方向に大きく変位すると考えられてきた。一方、本研究成果ではTi原子変位はc軸報告に対して、斜めを向いていることが示唆される。このことを確認するため、HAADF-STEM法により直接Ti原子を観察することで、確かにTi原子変位方向はc軸から傾いていることを確認することに成功した。さらに、格子不整合性に起因した歪みにより界面近傍でのTi原子の変位が変化していることを明らかにした。この界面近傍におけるTi原子の変位領域は約2 nmであり、過去に報告された低誘電率層の大きさと一致している。すなわち、低誘電率層の起源はTi原子変位量と密接に関係している可能性が高く、今後EELSを用いた局所領域の電子状態解析を実施し、構造解析結果と組み合わせ解析を進めていく。以上のことから、本研究は順調に進展しているとした。27年度が最終年度であるため、記入しない。電子顕微鏡による材料の微細構造解析前年度作製したBaTiO3薄膜よりも大きな誘電率、すなわち単結晶と同等以上の値であるε=10,000以上を達成させるために、BaTiO3薄膜とSrRuO3電極界面に形成される低誘電率層の起源を明らかにし、界面制御を行うことで誘電率の低下を減少させる。前年度では、界面において2 nm程度の領域において、Ti原子の変位がバルク領域に対して変化していることをSTEMにより直接原子変位を観察することにより、明らかにした。今年度はより詳細に、BaTiO3薄膜の不定比性と界面における変化を検証する為に、世界トップレベルの性能を有するモノクロメーター搭載STEM装置を用いて、構造解析と電子状態解析の両側面から検証を行う。まず一つ目は、O原子だけでなくLiやHといった軽元素をも観察することに成功した最新の研究成果であるABF法を用いる。このABF法により、誘電率に大きく寄与していると考えられるTi原子だけではなく、O原子の観察も可能となる。次に40 meVという世界トップレベルのエネルギー分解能を誇る電子損失分光法を用いた電子状態解析から検証を行う。具体的には、僅か数nmという局所領域における誘電率を、EELSから得られる情報の一つである価電子励起スペクトルを利用し算出する。この価電子励起スペクトルの形状は試料の複素誘電関数に関係した損失関数に比例する。すなわち、価電子励起スペクトルを解析する事により、局所領域における誘電率を直接導出する事が出来る。これらABF法を用いた構造解析とEELSを用いた電子状態解析の両側面からBaTiO3薄膜とSrRuO3電極界面に形成される低誘電率層の起源を明確にする。ここから得られた知見を元に薄膜作製へフィードバックさせ欠陥構造制御さらには界面をも制御を実施し、単結晶と同等以上の誘電率達成を目指す。
植物の栄養ストレス下における糖代謝酵素の生化学・分子生物学的解析

低栄養条件下でも期待する収量が得られるよう、栄養素の利用効率を高めた作物を作出する観点から、本研究ではイネ科およびマメ科作物の栄養利用効率の差異を明らかにし、炭素および糖代謝化合物分配系、澱粉合成関連酵素ならびにストレス一般に関わる幾つかの酵素について、生化学・分子生物学的に解析することを目的とし、以下の成果を得た。1。C-Nバランス酵素系:イネとダイズを標準培養液で水耕栽培し、種々の窒素条件下での呼吸速度を調べたところ、光呼吸および暗呼吸のいずれの速度をダイズの方が高かった。このような条件下における両作物のPEPCおよびSPS活性を測定したところ、窒素量とPEPC活性に相関が認められ、ダイズではいずれの活性もイネのそれら活性より低かったが、PEPC/SPSは高く、ダイズSPSはイネ酵素よりも窒素含有量に敏感には感応していないものと判断された。2。初期光合成産物の同定:作物に^<14>CO_2を10分間吸収させ、その直後と30分後の葉を採取し、^<14>Cの分配を調べた。その結果、イネでは糖画分に多く分配されるのに対し、ダイズでは有機酸やアミノ酸に多く分配された。3。澱粉合成時の酵素系:トラマメ登熟種子には少なくとも2種類のBranching Enzymeが存在することを明らかにした。DEAE-SepharoseおよびBio-Gel P-200を用いたクロマトグラフィーにより、その1つをSDS-PAGE的に単一に精製した。4。ストレス酵素系:peroxidase isozymesの発現誘導機構を明らかにする目的で、その遺伝子断片を単離し、構造を解析した。また、5^1上流プロモーター領域の解析を、レポーターとしてβ-glucuronidase(GUS)遺伝子を用いた形質転換タバコで行った。1。2。3。4。
下垂体に発現する脊髄小脳性運動失調症原因遺伝子の分子細胞学的機能の解明

我々は、下垂体前葉ゴナドトロフ系列の細胞を用いて細胞特異的に発現する遺伝子をサブトラクションクローニング法を用いて解析した。その結果、2量体で構成されている黄体化ホルモン(LH)のα鎖とLHβ鎖の両方を合成している細胞株に多く発現している遺伝子群の中に脊髄小脳性運動失調症原因遺伝子と同一の配列をコードするcDNAが存在していることが判明した。本遺伝子は、近年トリプレットリピート病と呼ばれる3塩基リピートの遺伝子挿入による疾患遺伝子群の代表として注目を浴びているが、下垂体で発現している事に関しては本研究が初めての報告となった。この遺伝子の発現は、下垂体前葉ホルモン産生細胞株では検出されず、同じゴナドトロフ系列の細胞株、例えばα鎖のみを合成する細胞などでも観察されない。この結果を発生段階に照らし合わせると未熟なα鎖のみを合成するゴナドトロフからα鎖/LHβ鎖の両方を産生するゴナドトロフに分化する過程で本遺伝子が発現していると思われる。更に、性腺切除によって下垂体ゴナドトロフを機能亢進状態にすると下垂体における本遺伝子の発現が増加する事も判明し、本遺伝子がゴナドトロピンの産生に関係していると考えられた。そこで、更に様々な形態学的な、顕微鏡下の観察に展開し、でラット下垂体における本遺伝子の細胞分布について観察したところ、本遺伝子産物は下垂体においてはゴナドトロフに局在し、去勢によって増加するLHの発現と共に、発現量が増加することが分かった。しかしながら、LHの直接誘導の証拠には至っていない。また、下垂体においてはホルモンを産生しない濾胞星状細胞株にも僅かな発現が認められたり、各臓器に発現を調べると、多くの臓器に少なからず発現していることが示され、現在では、組織の特異性というよりはむしろ、細胞の機能維持、生存維持において重要な役割を担っていると考えている。脊髄小脳性運動失調症原因遺伝子は1995年に報告された新規の遺伝子であり、近年トリプレットリピート病と呼ばれる3塩基リピートの遺伝子挿入による疾患遺伝子群の代表として注目を浴びている。一方、我々は、下垂体前葉ゴナドトロフ系列の細胞を用いて細胞特異的に発現する遺伝子をサブトラクションクローニング法を用いて解析していた。また、ホルモンを産生しない濾胞星状細胞株にも僅かな発現が認められ、このことは更なる下垂体における濾胞星状細胞の機能を考える上で非常に興味深い。そこで、更にin situ hybridizationおよび免疫組織化学、及び免疫電顕法を通じて、顕微鏡下でラット下垂体における本遺伝子を発現する細胞を同定し、その遺伝子産物の細胞内局在について観察しようと試みた。しかしながら、本遺伝子産物は、多くの免疫組織化学に使用される固定液に対して偽性反応を示すことが判明し、現在、本研究を遂行する上での最良の固定液の選択を模索している。

また、下垂体においてはホルモンを産生しない濾胞星状細胞株にも僅かな発現が認められたり、各臓器に発現を調べると、多くの臓器に少なからず発現していることが示され、現在では、組織の特異性というよりはむしろ、細胞の機能維持、生存維持において重要な役割を担っていると考えている。
高齢過疎地域における地域福祉計画と小規模・多機能施設に関する研究

和歌山県みなべ町および上富田町における地域福祉ニーズ調査、各種統計データ抽出、住民アンケート調査、住民参加型ワークショップ等を通じて現状を把握し、町と協同して「地域福祉計画」策定のモデル原案を作成した。次に県下で策定済12市町の「地域福祉計画」を、生活環境、医療福祉、福祉のまちづくりなどの多面的視点から評価し4つに類型化しその特徴を明らかにした。また小地域・圏域での地域福祉ネットワークのあり方も検討した。「地域福祉計画」に関する全国の先進事例を収集して、その特徴の検討を行なった。また高齢過疎地域の事例として、和歌山県みなべ町(約1万5000人)における「地域福祉計画」に関する基礎データ及び関連資料を採取するとともに、山間過疎地域における地域福祉の実効性に関する分析を行なった。次に和歌山県下で「みなべ町」と人口が同規模であるが、高齢化率が比較的低い「上富田町」を選定して、上富田町と協同で地域福祉計画に関する基礎調査を行なった。基礎調査は、以下の3つの手法からなる。1)地域福祉統計基礎データ調査(1)高齢者福祉ニーズは、要支援、要介護高齢者の総数と地区別の実数の把握。(2)障害者福祉ニーズは身障者手帳、療育手帳、精神障害者手帳の保持者と地区別の対象者数の把握、(3)児童保育ニーズは、保育児童数、幼稚園児の地区別の把握など、統計情報をもとに上富田町の福祉ニーズの検討を行なった。2)住民アンケート調査は、町民の生活課題を抽出するために18歳以上の町民1,200名を無作為で選び、アンケート用紙を配布した。回収は562名(回収率49%)で、上富田町全体の住民課題と地区別の住民課題に分類して地域福祉ニーズを把握した。3)地区別住民集会調査は、町内9箇所において総数400名以上の住民参加を得て、班別にワークショップを行い熱い議論も交えつつ、各地区における住民による身近な生活課題や福祉課題を抽出した。以上の成果を基に、「上富田町地域福祉計画」の策定を行なうにあたり、自助、共助、公助の概念を用いて、住民福祉に関する提言を行なった。平成20年度21年度に、和歌山県みなべ町(人口:1万6千人)および上富田町(人口:1万4, 500人)における地域福祉ニーズ調査、各種統計データ抽出、住民アンケート調査、住民参加型ワークショップ等を通じて現状を把握し、「地域福祉計画」策定のモデル原案を作成した。平成21年度は、これらのみなべ町と上富田町の「地域福祉計画」を県下で策定済みの他の「地域福祉計画」と比較し、保健福祉、福祉の街づくり、生活環境などの多面的視点からその相対的位置付けと評価を行った。また、「地域福祉計画」の基礎単位としての小地域・圏域における地域密着型の地域福祉ネットワークのあり方も検討した。その先進事例として、大牟田市の地域福祉ネットワーク作り、宮城県の地域密着・小規模・共生型のグループホームの事例、熊本県の「地域の縁側プロジェクト」などの現地調査を行い、和歌山県下における地域密着型「地域福祉計画ネットワークモデル」の可能性についての検討を行った。その成果の一部として、日本建築学会近畿支部研究報告集の論文や建築学会大会で口頭発表などを行い、研究の中間時点としての社会還元を行った。次年度(平成22年度)は最終年度であり、上記の研究を継続するとともに、さらに先進事例の追加調査を実施し、研究報告書の作成に資する予定である。平成20年度21年度に、和歌山県みなべ町(人口:1万6千人)および上富田町(人口:1万4,500人)における地域福祉ニーズ調査、各種統計データ抽出、住民アンケート調査、住民参加型ワークショップ等を通じて現状を把握し、町と協同して「地域福祉計画」策定のモデル原案を作成した。これらのみなべ町と上富田町の「地域福祉計画」を、他の先進的な「地域福祉計画」と比較し、保健福祉、福祉の街づくり、生活環境などの多面的視点からその相対的位置付けと評価を行った。また、最終年の平成23年度は、和歌山県下で策定済の12市町における「地域福祉計画」について、生活環境、医療福祉、福祉のまちづくりなどの多面的視点から評価を行った。その結果、計画を4つに類型化しそれぞれの特徴を明らかにした。また「地域福祉計画」の実践的基礎単位としての小地域・圏域における地域密着型の地域福祉ネットワークのあり方も検討した。その先進事例調査として、大牟田市の地域福祉ネットワーク作り、宮城県の地域密着・小規模・共生型のグループホームの事例、熊本県の「地域の縁側プロジェクト」などの現地を訪問し、それぞれの特徴を把握するとともに、和歌山県下における地域密着型「地域福祉計画ネットワークモデル」の可能性についての検討を行った。これらの成果として、日本建築学会近畿支部研究報告集の論文および日本建築学会大会、日本老年看護学会大会で口頭発表などを行い、研究成果の社会還元を行った。
凝縮系水素が発現する特異状態の分子内・分子間ダイナミクスによる計算科学的解明

孤立分子から固体まで広範な分子凝集系に適用可能な、量子分子動力学法と呼べる新手法を開発した。本手法では、フェルミオンとして電子ガウス波束を扱うことでパウリの排他律を取り入れており、モデルポテンシャルや経験的パラメータの導入が一切不要となった。本手法を用いて、10K以下の過冷却水素では超流動の前兆現象と思われる水素核の異常な量子性が顕在化することを予言した。また、水素凝集系で初めて非平衡熱伝導状態を実現し、拡散運動の低下など分子間ダイナミクスの抑制と、H-H振動スペクトル強度の増幅など分子内ダイナミクスの活性化が、熱流のみによって引き起こされる「動的秩序化」と呼べる現象が発生することを報告した。核だけでなく電子も同時に波束化し、スピン自由度を含めてフェルミオンとして扱うことでパウリの排他エネルギーを取り入れた量子分子動力学法を確立した。これにより、モデル相互作用ポテンシャルや経験的パラメータを導入することなく、分子間相互作用ポテンシャルの期待値がLennard-Jonesポテンシャルに特徴的な長距離分散力をしっかり表現できるようになり、飽和蒸気圧下のノーマルな液体や固体をはじめ、クラスターから高圧固体まで幅広い水素量子凝縮体への適用が可能となった。これは、長距離分散力を持たない第一原理密度汎関数法では実現不可能な本手法の最大のアドバンテージである。飽和蒸気圧下で安定的な六方最密構造を持つ固体水素を実現することにも成功し、液体の場合のT型とは異なるジグザグ型の近接配向や、結晶格子方向に依存した異方的フォノンモード、そして固相librationの動的解析など量子分子性固体としての特性の提唱を行った。特に、液体から固体への相転移温度を正確に再現し、相転移によるlibration周波数の劇的変化やHH振動数の数cm-1オーダーの微小飛びまでを記述することに成功している。最近では、冷却実験で未だに捉えられていない過冷却(準安定)状態をcomputationalに達成し、1温度上昇と共にredシフトして消えていくボゾンピークが出現し、その起源は部分的に崩壊したメゾクラスター内のフォノンモードである、2固体より低密度にもかかわらず動径分布関数の第一ピークが固体よりも近くに存在する、3配向ダイナミクスの時定数の温度依存性が液体と過冷却液体で明確に変化するため両者を区別しえ、その変化は拡散メカニズムの質的変化(cage脱出からメゾクラスター変形への変化)によって説明しうることを発見した。これらは将来、準安定状態の実験的モニタリングに役立つ先駆的情報となるであろう。量子分子動力学法を用いた様々な熱力学状態下の水素系を順調に解析している。研究代表者は,孤立分子から固体水素まで,モデルポテンシャルや経験的パラメータを導入することなく,核と電子を同時に動力学的に取り扱う量子分子動力学法と呼べる新手法を開発してきた.最近では,核量子性が顕在化する凝集系において,熱伝導のある非平衡状態を初めて実現した.熱流と温度勾配から見積もった22 K付近の液体水素の熱伝導率は0.16 Wm-1K-1となり,同温度付近の実験値(0.10 Wm-1K-10.14 Wm-1K-1)に近い値を与える.さらに,液体構造は平衡時とほぼ変わらないにも関わらず,熱流によってH-H振動の活性化や並進運動の鈍化といった動的秩序化が発生することが見だされた.これは,熱流による疑似固化現象の発見と考えている.量子ドットを単位素子として周期的に配列した高次ナノ構造体である量子ドット結晶において、量子ドット素子間のナノ空隙を操作することで各素子からの波動関数の浸み出しを変化させ、その量子共鳴によってバンドギャップを系統的に変化させられるという新原理を提案した。これは、ナノ素子や素子間の空間スケールが大きく、双極子ー双極子相互作用しか引き出せなかった従来の“集合体"とは本質的に異なる新たな高次ナノ構造体の提起である。実際、1量子ドット結晶が創り出す新たな結晶性によって、THz領域の低周波数フォノン振動が出現する、2量子ドット内部のSi-Si結晶性フォノン振動とSi-Hリガンド性フォノン振動が量子ドット結晶内のナノ空隙のみによって独立に操作できることを見だしだ。これらの発見は、熱電変換機能に代表される「フォノン振動を利用したナノスケール熱制御」の新機能を創成する新しいナノ操作性である。安定熱流の実現に予想以上に時間がかかったものの、同時並行で重水素系や気液共存系のシミュレーションも行っているため、トータルで見ると、順調に進展している。本研究では、様々な熱力学状態において、水素・重水素・トリチウムの分子間・分子内の構造やダイナミクスに出現する静的・動的な同位体効果を初めて定量的に明らかにした。そのため、640分子からなる水素・重水素・トリチウムの分子凝縮系をそれぞれ用意し、1ノーマル液体(25 K)、2重水素の凝固点(18.7 K)よりやや低い弱冷却液体(18 K)、3強冷却液体(5 K)の特徴的な3つの熱力学状態を作り出した。水素・重水素・トリチウムの全てで同一の温度・密度で比較することで、純粋な同位体効果だけを見極めた。テスト計算として、すでに実験結果が存在するノーマル液体におけるH-H、D-D、T-Tの結合長や分子振動数の同位体依存性が再現できることを確認した。これにより、一切の経験的パラメータなく、分子凝縮系における微視的な結合長や分子内振動数を様々な同位体で再現できることを示した。

その上で、水素・重水素・トリチウムの分子凝縮系に下記の明確な同位体効果が広範な熱力学状態において生じることを見だした。以下、全ての効果は、水素>重水素>トリチウムの順で出現する同位体効果である。1構造がより液化している。2分子のmobilityが高い。3libration周波数が高くなる。4低エネルギーの集団的運動の振動数(強冷却液体ではボソンピークに相当)が高くなる。5平均ボンド長がより伸びる一方で、その分布幅は狭くなる。6分子内振動数と平均ボンド長の温度による変化がより敏感になる。7平均核波束幅はより広がるが、その分布幅は狭くなる。水素・重水素・トリチウムの分子内・分子間の電子ポテンシャルは全て同一であり、温度と密度も全く同一の条件下で比較しているため、上記の同位体効果は、純粋に核由来の同位体効果から発生したものである。本研究では、上記17の同位体効果の物理的起源もすべて明らかにしている。孤立分子から固体まで広範な分子凝集系に適用可能な、量子分子動力学法と呼べる新手法を開発した。本手法では、フェルミオンとして電子ガウス波束を扱うことでパウリの排他律を取り入れており、モデルポテンシャルや経験的パラメータの導入が一切不要となった。本手法を用いて、10K以下の過冷却水素では超流動の前兆現象と思われる水素核の異常な量子性が顕在化することを予言した。また、水素凝集系で初めて非平衡熱伝導状態を実現し、拡散運動の低下など分子間ダイナミクスの抑制と、H-H振動スペクトル強度の増幅など分子内ダイナミクスの活性化が、熱流のみによって引き起こされる「動的秩序化」と呼べる現象が発生することを報告した。手法の拡張及び様々な非平衡系への適用を試みている。今後も独自開発してきた量子分子動力学法の強みをフルに活かしつつ、界面・相転移ダイナミクス(気ー液、固ー液)、クラスター生成・消滅ダイナミクス、高圧固体水素、非平衡系・平衡遷移系(界面成長・分子流動)、H2-D2やH2-Heといった量子混合系の溶媒和ダイナミクスを達成・解析し、未開の水素凝縮相の統一的理解を目指す。物理化学、化学物理、計算科学研究員を雇用するための謝金が必要になったため物品費をセーブした。効率的なプログラムの作成に成功し、またスーパーコンピュータの使用許可が下りたため、コンピュータを購入する必要がなくなった。研究計画を遂行するための研究員の謝金に充てる。研究員の人件費として、本研究計画の総仕上げを網羅的に行う予定である。
固体熱電変換デバイスによる欧州プロジェクト連携型自動車排熱発電システムの開発

本研究は、熱電発電方式により、自動車排熱発電を実現するための要素技術開発である。熱電発電材料には、環境低負荷な半導体材料マグネシウム・シリサイド環境半導体を用い、熱電材料の熱電気的高耐久化および機械的高強度化、発電モジュールの高強度構造、微粉末原料による熱電気的および機械的高性能化、ならびに材料特性向上に資する計算化学的手法による不純物添加の条件選定に関する基礎的な知見を得た。これらの成果は、自動車排熱向け排熱発電モジュールおよびシステムの開発および早期実用化につながるものである。本年度は以下の項目を実施し知見を得た。(I).新モジュール構造(ユニレグ型)の低熱損失化、高耐久化、高強度構造化(1).低熱損失化:従来有効な接合方法が示されていなかった発電モジュールと熱源の間について、熱流を精密に測定する装置を独自に開発し、耐熱性、絶縁性、間隙充填容易性、高熱伝導性の観点から窒化ホウ素(BN)ペースト、グラファイトシート、シリコーンコンパウンド、シリコーンゴム、ポリウレタンシート等を評価し、低温接合面にポリウレタンシート、高温接合面にBNペーストが最適であると知られ、従前モジュール構造に比し簡易なモジュール構造の可能性が示された。(2).高耐久化:本研究室における従前の高性能n形不純物Sbを基礎とし、他不純物を同時添加(Sb+Zn、Sb+Al、Sb+Al+Zn)し、熱電気的特性・高温耐久性向上を狙った。Sb+Znでは従前試料より熱伝導率を改善し、ZT=0.98を得た。また、600°C1000時間の高温耐久性が得られ、今後Sb+Znを主原料として使用することとした。(3).高強度構造化: Mg2Si発電素子の機械的特性を測定し、その特性値を用いた有限要素計算結果から、自動車用途の耐振動性を考慮した新構造発電モジュールを設計、シミュレーション評価し、従前のモジュール構造が有していた構造的弱点の克服に寄与するMg2Si排熱発電モジュールの試作を行った。高エネルギー・ボールミルにより100nmの微粒子化に成功した。パルス電流印加した放電焼結が緻密化に有効であることを見いだした。ナノ化原料による焼結体の熱伝導率は非ナノの試料より大きな熱伝導率を示した。これは粒界に沿った酸化物の存在が高い熱伝導率を示した原因ではないかという関連性に関する知見が得られた。(I).新モジュール構造(ユニレグ型)の低熱損失化高強度構造化有限要素法「ANSYS」によってMg2Si発電素子およびユニレグ構造の熱-電気解析を行い、作製したMg2Si発電素子の発電特性との比較を行った。今年度は特に、動作想定温度600°Cでの発電素子形状(断面積、高さ)および熱流の関係、ユニレグ構造における発電素子間金属配線の断面形状が発電出力に与える影響を調査し、現在使用しているMg2Si原料特性に対する素子形状と出力の関係を明らかにした。結果として、5x5x7.5 mm3の発電素子を1mm厚のCu平板配線で構成したユニレグ構造が有効であることが示唆された。Sbを0.5 at%添加したMg2Si多結晶体から焼結体を作製する際に、金属バインダー(Ni, Cu, Al, Zn)を導入して試料作製し機械的特性を測定した。超音波試験法、ナノインデンテーション法、4点曲げ試験法を実施し、Mg2Siに関する破壊靭性値(1.5MP√m)、ヤング率(140GPa:インデンテーション、110GPa:超音波)、曲げ強度(60 MPa)、硬さ(700)を得た。試験結果より、バインダーを入れることで、バインダー無しの試料と同等、あるいはそれ以上の機械的特性を示すことがわかった。(II).計算科学手法によるMg2Siドーピング特性第一原理計算コードQuantum EspressoとABCAPを用い、Mg2Siに典型的な不純物元素Al, Bi, Sb, Asを添加した際の最安定な置換状態、および、結晶構造における最小エネルギーとなる格子定数を算出し、構造安定性、置換型およびSeebeck係数への影響を評価した。本年度は、添加不純物濃度が数十原子%オーダーの系について計算を行い、Mg2Siへの内部構造、電子の状態に与える影響を評価した。(I).新モジュール構造(ユニレグ型)の高出力化および高強度構造化今年度は、Sbを単独で0.5 at%添加したものに比べて、基本熱電特性および生産性に優れたものとしてSb 0.5 at%とZn 0.5 at%を同時添加したMg2Siについて調査を行った。Sb+Znの同時添加Mg2Si試料の373 K873Kでのゼーベック係数、電気伝導率、熱伝導率の実測値から、素子寸法高510 mmと、断面積3×35×5 mm2の発電素子についてANSYS解析を行ったところ、873 Kと373 Kの想定動作温度差間で、5x5x5 mm3の素子において最大出力590 mWを得た。機械的特性に関して、平均粒径200.2 μmのMg2Si原料粉末を放電焼結した試料のヤング率、曲げ強度、破壊靭性値を測定し、粒子微細化によって、緻密化が容易になりヤング率の上昇みられた。また、微粒子化で高い曲げ強度を示し、平均粒径0.6 μmの場合において最も高い曲げ強度が得られた。(II)

.計算科学手法によるMg2Siのn型不純物ドーピング特性第一原理計算を用いて、Mg2Siへの不純物ドープ効果を理論的に解析し、最適な不純物添加濃度を予測した。計算には、擬ポテンシャル法に基づくQuantum Espressoと、全電子計算であるFLAPW法を用いたABCAPの2種の計算コードを用いた。本年度は、Mg2Siの典型的なn型不純物であるAlとSbに着目し、構造特性(不純物サイトと格子定数)を、Quantum Espressoを用いてsupercell計算により解析した。次に、得られた構造に基づき、ABCAPを用いて全電子計算を行い、不純物ドープ系の電子状態と輸送特性を求めた。本理論はSb添加系のSeebeck係数の実験結果を定量的に再現し、さらにSbおよびAlの最適な添加濃度の理論予測が得られた。(1).新モジュール構造の劣化抑制技術開発:600 °C大気雰囲気下における500時間までの耐久試験において、界面劣化に起因するNi-Si層が形成されることが明らかとなり、母材の分解を連動した素子破損と劣化メカニズムを明らかにした。新たな発電素子向け電極形成法として、大口径試料の作製や、均一な素子の作製が可能になると見込まれるペースト状Ni電極材を導入し、プロセス最適化により電極と母材間の接触抵抗率としてを得た。プロセスの簡便性、量産性、出力、耐久性に優れ実用化手法の目処がついた。(2). Mg2Si原料開発による高耐久化および高性能化:Sb 0.5at%+Zn 1.0at%添加試料に関しては、本研究により大気中500時間以上の高温耐久性が実現された。量産を志向した簡便な焼結プロセスにおけるSb 0.5 at% Zn 1.0 at%添加試料で得られる試料のZTは、最大ZT値が873 Kで0.96であった。また、873 K、大気雰囲気下で高温耐久試験高温耐久性も持ち合わせているSb+Zn添加は有望であることが知られた。(3).計算科学手法によるMg2Siのn型および等電子不純物ドーピング特性:Mg2Siの電子物性と熱電特性に対する不純物添加効果を明らかにし、性能向上に向けた材料設計の指針を得るため、第一原理計算による理論解析を行った。本年度は新しいn形不純物の探索や、等電子不純物を添加した系の物性評価、さらに格子欠陥が及ぼす影響について調査を行った。96原子からなるスーパーセルで、擬ポテンシャル法による格子緩和計算を行った。形成エネルギーから、ZnとCがそれぞれMg、Siサイトに置換され等電子不純物として働き、SとSeが安定なn形不純物となる結果となった。また、格子欠陥解析では、Mg空孔と格子間侵入が電子濃度や構造安定性に影響する結果となった。本研究は、熱電発電方式により、自動車排熱発電を実現するための要素技術開発である。熱電発電材料には、環境低負荷な半導体材料マグネシウム・シリサイド環境半導体を用い、熱電材料の熱電気的高耐久化および機械的高強度化、発電モジュールの高強度構造、微粉末原料による熱電気的および機械的高性能化、ならびに材料特性向上に資する計算化学的手法による不純物添加の条件選定に関する基礎的な知見を得た。これらの成果は、自動車排熱向け排熱発電モジュールおよびシステムの開発および早期実用化につながるものである。本年度実施内容の(I)新モジュール
三次元ボリューム映像のストリーミング通信に関する研究

本研究はボクセル(voxel)から構成される三次元映像を実時間でストリーミング伝送するシステムの開発を目的としている。複数の二次元リアルタイムコデック装置を並列に動作させ、三次元のデータを空間的に分割するとともに時分割でコデック装置に割り当てることにより、現実的な台数のコデック装置で大規模な三次元データの伝送を実現すべく、送信及び受信ノードにおけるスケジューリング方法やデータ分割方法、通信路におけるプロトコルの開発を行ってきた。当初、本研究ではハードウエアコデックモジュールを並列に同期動作させるシステムの開発を目指していたが、昨年度の終盤になってハードウエアの供給を想定していたメーカーの方針変更により、汎用のコデック装置とPCクラスタによる分散型のソフトウエア実装に基本設計の変更を迫られることとなった。次年度は初年度末に設計した基本方針に沿って各要素の研究開発を行った。本システムでは、安価な汎用コデックとしてテレビジョン放送のコデック装置に着目し、計算機が三次元映像を分割して生成した二次元映像をSDあるいはHDの映像としてSDI、HDSDI、S端子、VGA端子などに出力する。この標準的な映像信号を既存の映像伝送システムに載せる、あるいはS端子やVGA端子の場合には、キャプチャデバイスと呼ばれる装置を用いて再び計算機に取り込んで映像ストリーミングアプリケーションの入力とすることでネットワークの伝送を行う。受信側では再び標準的な映像信号に戻ったものを三次元に再構成することで、全体として三次元の映像をリアルタイム伝送するものとなる。今後、リアルタイムに大規模な三次元映像を伝送するためには実装上の最適化が必要である。複数の二次元リアルタイムコデック装置を並列に動作させ、三次元のデータを空間的に分割するとともに時分割でコデック装置に割り当てることにより、現実的な台数のコデック装置で大規模な三次元データの伝送を実現すべく、送信及び受信ノードにおけるスケジューリング方法やデータ分割方法、通信路におけるプロトコルの開発などを行なう。本年度は、システム構成に関するアーキテクチャの設計と実装を行なうとともに、符号化方式の検討と通信路プロトコル、ネットワークの状況からシステムへのフィードバックを与えるための通信路品質計測技術などを開発した。当初計画ではボード型あるいはモジュール型のMPEGリアルタイムエンコーダーとデコーダを入手し、PCIバスでそれらの要素を結合させて送信及び受信ノードを構成する予定であったが、本研究が採択された後にメーカー側の方針転換が明らかとなり、モジュールあるいはノード単位での入手が困難となった。2005年末まで交渉を行なったが、結局はシステムの設計方針を大きく変え、外付けの独立した筐体を有し業務用デジタル映像信号端子あるいはUSB端子で信号を計算機とやりとりするエンコーダおよびデコーダを採用することとした。これに伴いシステムの構成は、当初予定したような組込型ボードをシャーシに実装した形態からPCクラスタに汎用のコデックを接続した形態に大きく変化したが、これは今後の実用化の観点においてはむしろ有利な形になったものと考えられる。現状、実装中であるが、設計上は12台のパソコンと安価なコデックにより送信および受信ノードが実現される見込みとなっている。構成の変化に伴い、ストリーム数が増加したことを受けて、来年度に向けてネットワークプロトコルの再設計もすすめている。複数の二次元リアルタイムコデック装置を並列に動作させ、三次元のデータを空間的に分割するとともに時分割でコデック装置に割り当てることにより、現実的な台数のコデック装置で大漠模な三次元データの伝送を実現すべく、送信及び受信ノードにおけるスケジューリング方法やデータ分割方法、通信路におけるプロトコルの開発を行ってきた。当初、本研究ではハートウエアコデックモジュールを並列に同期動作させるシステムの開発を目指していたが、昨年度の終盤になってハードウエアの供給を想定していたメーカーの方針変更により、汎用のコデック装置とPCクラスタによる分散型のソフトウエア実装に基本設計の変更を迫られることとなった。

本年度は昨年度末に設計した基本方針に沿って各要素の研究開発を行ったが、全体としてのシステムの統合までには至っていない。本システムでは、安価な汎用コデックとしてテレビジョン放送のコデック装置に着目し、計算機が三次元映像を分割して生成した二次元映像をSDあるいはHDの映像としてSDI、HDSDI、S端子、VGA端子などに出力する。この標準的な映像信号を既存の映像伝送システムに載せる、あるいはS端子やVGA端子の場合には、キャプチャデバイスと呼ばれる装置を用いて再び計算機に取り込んで映像ストリーミングアプリケーションの入力とすることでネットワークの伝送を行う。受信側では再び標準的な映像信号に戻ったものを三次元に再構成することで、全体として三次元の映像をリアルタイム伝送するものとなる。今後、リアルタイムに大規模な三次元映像を伝送するためには実装上の最適化が必要である。
パソコンを用いた天文教育ソフトの開発

本研究の目的は,理科教育特に天文学分野に関する教育用ソフトの改善と開発であり,その具体的な研究内容は(1)天文学を教材とする新しい教育用ソフトの開発(2)天文学教育用データベースの構築(3)教育現場で使用されている天文学関係の教育用ソフトの調査と分析である。この3年間の研究において,(1)については,地球や宇宙における現象をコンピュータ・シミュレーションで再現して,児童や生徒の学習と理解を助けることを目指している。この研究で開発したソフトの中に,コレオリカのシミュレーションがある。これは,シミュレーションを教具として位置付け,理解を難しい力学との問題について新しい観点にもとづいて開発したソフトであり,特に高等学級での活用を期待している。(2)については,特に,画像データベースの構築と,学術用データベースの教育的利用に重点をおいた。前者については,天体画像のデータベースの構築と検索システムの開発を行った。また本学における天体観測設備を用いた天体画像のア-カイブの構築を始めた。後者については,天文学のコミュニティーで流通している膨大なデータベースが,現在ではCD-ROMで利用できるので,これを教育の場で活用する先進的な実践的研究を行った。(3)についは,現段階では充分な成果を得ていない。なぜならば,この数年間で,マルティメディア等,コンピュータをとりまく環境が大きく変動し,教育用ソフトの改訂が急がれている状況が生まれた為であり今後,特にインターネットの発達と普及を教育の場でどのように位置づけるかが,大きな課題となっている。本年度は、研究課題である天文教育用ソフトの開発を念頭におき、特にパソコンのよる画像の扱いに関する基礎的技法の開発と、その教育的意義の研究を行った。研究の内容と実績は次の通りである。(1)銀河画像データベースと検索システムの開発天文教育ソフトの今後の動向として、画像が重要な役割を持っている。その観点で、パソコンで扱える画像データ検索システムの開発を行っている。本年はテーマを銀河にしぼり約1000銀河を含む画像データベースを構築し、同時に検索ソフトを開発した。この成果は来年度に日本天文学会および日本地学教育学会において発表する予定である。(2)天体ビデオ画像を用いた天文教材の開発小中学校の天文教材として、月、太陽の現象のビデオ画像を撮影し、また、それらをパソコンソフトに組み込む手法を開発した。現在までに月の満欠、日食、月食等の画像を取得して教材を作成した。それらは本年度の天文教育普及研究会、大阪教育大学理科教育研究施設の場で発表した。またこれらのビデオテープは幾つかの教育現場で活用されている。(3)天文教材ソフトの分析内外の天文教育用ソフトを入手して、その分析を継続して行っている。これには、大阪府内の高等学校教員の協力を得ている。研究課題である天文教育用ソフトの開発を念頭におき、パソコンによる画像操作に関する技法開発とともに、実地の天体観測にもとづく画像取得の実践と技術開発を行った。(1)天体画像の実地撮影とそのデータベース化天文教育ソフトの今後の動向として、画像が重要な役割を持っている。その観点で、先年よりパソコンで扱える画像データ検索システムの開発を行っている。本年は、本学に新設された50センチ反射望遠鏡を中心とする観測システムを用いて天体画像を撮像し、そのデータベース化を行った。また昨年度に続き、銀河画像のデータベースを拡充する作業を行った。(2)学校および大学におけるパソコンによる天文教材の開発高校地学の力学教材にコリオリ力がある。本研究において、地球上でのコリオリ力の現象をシミュレートするパソコングラフィックの教具を開発した。これは、3次元の力学現象を生徒に理解させるのに有用である。研究の内容は地学教育学会誌に投稿中である。また、学習用のコンピュータソフト開発の一環として、CD-ROM中の大容量データベースを活用する技法を開発し、日本天文学会の会報で発表した。

本研究は、天文学分野に関する教育用ソフトの改善と開発を目的として、(1)天文学を教材とする新しい教育用ソフトの開発、(2)天文学教育用データベースの構築、(3)教育現場で使用されている天文学関係の教育用ソフトの調査と分析、の研究を行った。(1)については、コンピュータ・シミュレーションを教具として位置づけ、力学上の問題について、新しい観点にもとづいてソフトを開発した。(2)については、天体画像のデータベースの構築と、検索システムの開発を中心に行った。本学に新しく設置された天体観測設備を用いて、天体の画像データベースの充実を進めている。さらに、天文学で流通しているCD-ROMをメディアとする各種のデータベースを教育へ活用する実践的研究を行った。(3)については、ニュウメディアの役割について研究を続行中である。