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パトリック・ゲデスによる近代都市計画の理念と計画手法に関する研究

本研究は,20世紀初頭に活躍したイギリスの都市計画家バトリック・ゲデスの,インドにおける都市計画の理念と計画手法を明らかにし,さらにゲデスの都市計画とインドの近代都市形成との関連を検証することを目的としている。19年度は,これまで収集したゲデスによるインドにおける都市計画報告書(インディア・レポート)の分析を引き続き継続した。また,ゲデスが滞在した当時,バローダ藩王国の首都であった,グジャラート州のヴァローダラ(旧名バローダ)を対象として,ゲデスが作成した報告書"A Report on the Development and Expansion of the City of Baroda by Prof. Patrick Geddes",1916をもとに,ゲデスの計画地区の特定,計画の実施状況,都市構成,施設配置の現状等に関する臨地調査を実施した。ゲデスの報告書において,都市の地図を示して,実際の計画範囲,計画事項等を明示している例は少なく,バローダの事例は重要である。スールサーガル湖周辺地区,および東西南北の2本の大通りによって4つに分割されたヴァローダラ旧市街の南西ブロックにて調査を行い,旧市街の街路幅の拡幅や,袋小路を繋げて通過街路とするなどの,Conservative Surgery(保存的外科手術)と呼ばれる計画が,実際にかなりの計画箇所において,実施,実現されていることが明らかになった。本研究は、20世紀初頭に活躍したイギリスの都市計画家パトリック・ゲデスの、インドにおける都市計画の理念と計画手法を明らかにし、さらにゲデスの都市計画とインドの近代都市形成との関連を検証することを目的としている。平成17年度は、約4000枚の地図、図面、写真、ドローイングを保有する英国グラスゴーのストラスクライド大学文書館所蔵のパトリック・ゲデス・コレクションを中心とした、一次資料の収集をおこなうことが主な研究内容であった。平成17年9月におこなった英国での調査において、ストラスクライド大学文書館のゲデス資料[T-GED 1.Town Planning and Regional Planning]、[T-GED 22. Maps, Plans, Photographs, Prints and Drawings]を中心とした資料の精査により、ゲデスがマドラスやボンベイなどでおこなった都市計画展覧会関連の資料や、インド各地の都市計画関連図面を多数入手した。また、大英図書館(British Library)、エジンバラ大学図書館パーシー・ジョンソン=マーシャル・コレクション所蔵のゲデス資料、スコットランド国立図書館(National Library of Scotland)などの機関において、1910年代後半1920年代前半にかけてゲデスがインド各地の都市で作成した、「インディア・レポート」と呼ばれる都市計画報告書資料を入手した。報告書を入手した都市はダッカ、バローダ、バルラームプル、パティアラ、ボンベイ、ラホール、インドール、ナグプルの8都市である。本研究は,20世紀初頭に活躍したイギリスの都市計画家パトリック・ゲデスの,インドにおける都市計画の理念と計画手法を明らかにし,さらにゲデスの都市計画とインドの近代都市形成との関連を検証することを目的としている。(1)各都市における計画理念とその類型(2)フィジカル・プランニングの具体的手法(3)「保存的外科手術」において保存,継承される都市要素(4)都市機能の改善と住民の生活環境の維持との調整手法(5)社会組織と計画単位等の視点により,ゲデスの都市計画理念と手法の分析作業を継続した。また,ゲデスの提案がどのように現地の都市計画に採用され,都市形成において実現したのか,またその後どのような変容を受けたのかを明らかにするために,ラーホール(パキスタン),コロンボ(スリランカ)を対象とした臨地調査を実施し,ゲデスの計画地区の特定,都市構成,施設配置の現状等に関するフィールドサーベイをおこなった。
連続・離散ハイブリッドシステムモデルに基づく行動解析

本研究では連続・離散ハイブリッドシステム理論に基づいた比較的汎用性の高い統一的な判断・動作(操作)系のモデル化手法を提案し、その有用性を立証した。一連の研究成果の特徴は、観測データのみから判断と動作(操作)の混在した人間行動のハイブリッドシステムモデルを推定、構築している点であり、特に人間行動の判断フェーズの数理モデルを観測データのみから明示的に抽出する試みは世界的に見てもユニークな試みである。従来のハイブリッドシステム理論に基づいた判断フェーズのモデル化では,まず,観測された行動をモード分割し,各モード間の分離面を推定することでその数理モデルを導出していた.この手法では,人間の判断フェーズは確定的なプロセスとして記述されるとしてきたが,実際の人間の判断には多くの確率的なばらつきが存在する.そこで本研究では,判断フェーズの数理モデルに対して,認知情報を表現する連続的な変数から,「選択する」「選択しない」を表す二値変数への写像を確率的なばらつきを考慮に入れて表現するという枠組みを新たに提案した.特に判断ミスを数理的に捉え定量化する際には,確率的ばらつきの導入は重要であると考えられるため,本研究ではまず主目的として,従来のハイブリッドシステム理論に基づいた判断プロセスのモデル化手法を拡張し,モード遷移条件(判断フェーズの数理モデル)に確率的ばらつきを導入した新たなハイブリッドシステムモデルを提案し,そのパラメータ推定手法の開発,ならびに運転行動における判断予測への応用に取り組み,成果を挙げた.本年度ではまず,ロジスティック回帰モデルをモード存在条件に組み込んだ新たなハイブリッドシステムモデルを提案し,観測データに基づいたそのパラメータ推定手法を提案した.具体的には,各モードにおける動作をAuto Regressive Exogenous (ARX)モデルと呼ばれる数理モデルを用いて表現し,各モードでの滞在確率pをロジスティック回帰モデルを用いて表現した.このとき,ARXモデルの中に現れるパラメータは各モードでの動作の特性を表すパラメータと解釈することができ,ロジスティック回帰モデルの中に現れるパラメータは,判断の特性を表すパラメータと解釈することができる.そして,ロジスティック回帰モデルを組み込んだ新たなハイブリッドシステムモデルに対するパラメータ推定問題を定式化し,パラメータ推定則を導出した.提案手法により,動作と判断の混在した行動の数理モデルが獲得でき,それらを特徴付けるパラメータを推定することが可能となった.また,本研究では,得られたロジスティック回帰モデルのパラメータから判断のエントロピーなる指標を提案し,人間の判断特性の定量化を可能とした.得られた成果を運転行動の解析に適用し,その有用性を立証した.本研究の成果は国際的にも高く評価され,2008年のInternational Conf. on Control, Automation and SystemsでOutstanding Paper Awardを受賞した。
シール材による高力ボルト引張継手の高強度化・高耐久性化に関する研究

本研究課題では,引張ボルト接合継手の高強度化および高耐久性化を実現し得る方法として,継手面間にボルト軸力伝達の為の鋼製部材とゴム材からなる高力ボルト引張接合用フィラープレートを挿入した引張ボルト接合継手を提案し,その力学的挙動を実験的に検討した.平成18度には,継手部分縮小モデルによる引張力載荷実験を実施し,上述のフィラープレートを用いることで,引張力作用下においては本継手形式の高強度化が実現可能であることを確認した.また,リラクゼーション試験も実施し,提案する継手形式のボルト軸力の経時挙動は従来の引張ボルト接合継手のそれと同様であることを確認した.平成19年度は,提案する継手を梁部材接合部に用いることを想定し,継手部分縮小モデルから梁部材接合部モデル(継手全体モデル)に対象を拡げ,橋梁の梁部材にとって最も支配的な断面力状態である曲げモーメント作用下における力学的挙動を実験的に検討した.その結果,本研究で提案しているフィラープレートを用いた継手では,終局状態に至るまでの変形性能は従来継手より優れることを確認した.しかし,本継手形式では,継手面間に鋼よりも弾性係数の小さなゴム材を挿入するため,継手断面の圧縮応力伝達に有効な断面が減少し,曲げモーメント作用下においては従来継手と比較して継手耐力が低下する結果となった.したがって,今後は,これらの実験結果を踏まえた上で,フィラープレートを有する引張ボルト継手の接触面における応力分布性状を把握し,曲げモーメント作用下において,圧縮力を適切に伝達できるよう,フィラープレートの形状および材質(軸力伝達の為の鋼製部材の形状・寸法,ゴム硬度など)を改良する必要がある.本研究は,溶接接合よりも施工・解体が容易で環境負荷が小さく,かつ大型化した部材断面にも対応し得る接合形式として,これまであまり積極的に利用されてこなかった高力ボルト引張継手の適用範囲拡大を目的とし,これまでの本継手形式に関する研究で課題として残されてきた,高強度化および高耐久性化を目指すものである.具体的には,既往の研究成果を踏まえ,高力ボルト引張継手を対象に,その高強度化および高耐久性化を目的として継手面にシール材を挿入した継手に関して,下記に上げる項目について検討を行うことを目的としている.i)引張力作用下における継手部分要素模型の力学的挙動に関する検討ii)変動荷重作用下における継手部分要素模型の疲労特性に関する検討iii)シール材の耐久性(クリープ,リラクセーション)に関する検討iv)曲げモーメント作用下における継手全体模型の力学的挙動に関する検討v)組合せ荷重作用下における継手全体模型の力学的挙動に関する検討vi)継手接触面積の影響に関する解析的検討平成18年度は,上記のうち,主にi)およびiii)について実験的研究を実施した.そして,i)に関して,高力ボルト引張継手のためのフィラープレート(シール材)を開発し,本継手形式の高強度化が実現可能であることを確認し,特許出願を行った.また,iii)に関しては,平成18年度より長期計測を開始し,平成19年度も引き続き計測を継続する予定である.本研究課題では,引張ボルト接合継手の高強度化および高耐久性化を実現し得る方法として,継手面間にボルト軸力伝達の為の鋼製部材とゴム材からなる高力ボルト引張接合用フィラープレートを挿入した引張ボルト接合継手を提案し,その力学的挙動を実験的に検討した.平成18度には,継手部分縮小モデルによる引張力載荷実験を実施し,上述のフィラープレートを用いることで,引張力作用下においては本継手形式の高強度化が実現可能であることを確認した.また,リラクゼーション試験も実施し,提案する継手形式のボルト軸力の経時挙動は従来の引張ボルト接合継手のそれと同様であることを確認した.平成19年度は,提案する継手を梁部材接合部に用いることを想定し,継手部分縮小モデルから梁部材接合部モデル(継手全体モデル)に対象を拡げ,橋梁の梁部材にとって最も支配的な断面力状態である曲げモーメント作用下における力学的挙動を実験的に検討した.その結果,本研究で提案しているフィラープレートを用いた継手では,終局状態に至るまでの変形性能は従来継手より優れることを確認した.しかし,本継手形式では,継手面間に鋼よりも弾性係数の小さなゴム材を挿入するため,継手断面の圧縮応力伝達に有効な断面が減少し,曲げモーメント作用下においては従来継手と比較して継手耐力が低下する結果となった.したがって,今後は,これらの実験結果を踏まえた上で,フィラープレートを有する引張ボルト継手の接触面における応力分布性状を把握し,曲げモーメント作用下において,圧縮力を適切に伝達できるよう,フィラープレートの形状および材質(軸力伝達の為の鋼製部材の形状・寸法,ゴム硬度など)を改良する必要がある.
キュウリモザイクウイルスの複製機構の解明

キュウリモザイクウイルス(CMV)は、タバコモザイクウイルス(TMV)と近縁のプラス鎖RNAウイルスである。本研究では、CMVRNAの複製機構の解析を行い、比較的解明が進んでいるTMVの複製機構と比較することを目的とした。先ず、CMV感染プロトプラストにおける1a,2a複製タンパク質の局在を膜浮遊遠心分画法により解析したところ、1a,2aタンパク質は、液胞膜画分、小胞体など何種類かの膜を含む画分、そして可溶性画分に検出された。1a,2aタンパク質の分画パターンは、TMVの複製タンパク質の分画パターンと酷似していた。脱液胞化したタバコBY2培養細胞由来プロトプラストを脱液胞化、破砕して得た抽出液(BYL)は高い翻訳活性を有し、TMVあるいはCMVRNAを翻訳したあとにRNA合成基質を加えるとRNA複製が起きる。この系でウイルスRNAを試験管内翻訳後、精製した液胞膜を添加してウイルスRNAの複製に影響があるかを調べたところ、液胞膜を加えるとToMV, CMVともに複製効率の上昇がみられた。CMVの複製複合体に含まれる宿主因子を同定するために、アフィニティー精製用のタグを融合した複製タンパク質をコードするCMV誘導体をタバコBY-2細胞にエレクトロポーレーション法により感染させ、感染細胞から複製複合体を含む膜画分を得た。これを界面活性剤で処理したところ、一部の複製タンパク質が可溶化された。さらにここから複製タンパク質をアフィニティー精製すると、結果は予備的ながら宿主由来と考えられるタンパク質が共精製され、共精製されたタンパク質のパターンはTMVの場合と異なっていた。これらの結果から、CMVRNAとTMVRNAの複製複合体は、いずれも液胞膜を含む複数種類の膜上に形成されるが、異なる宿主因子を含むことが示唆された。我々は脱液胞化したタバコBY-2培養細胞由来プロトプラストを破砕して得た抽出液(BYL)が高い翻訳活性を有し、TMV RNAを翻訳したあとにRNA合成基質を加えるとRNA複製が起こることを見いだした。この系ではしかしCMV RNAの複製は効率よく起こらなかった。これは、液胞膜がCMVの複製複合体形成に必要であるためと考えられた。この可能性を検討するため、本年度は脱液胞化プロトプラストにTMV RNAあるいは、CMV RNAを感染させ、増殖を観察した。その結果、脱液胞化プロトプラストにおいてもTMV, CMV RNAともに、元のプロトプラストには劣るが、増殖可能であることが判明した。ただし、脱液胞化後1日以内に液胞が再生してくることも明らかになり、脱液胞化プロトプラストにおけるウイルス増殖能の解釈は単純にはできない状況にある。さらに本年度、種々のロットのBYLを用いてCMV RNAの翻訳複製反応を行ったところ、1ロットで顕著なCMV RNAの複製が観察された。もしCMVの増殖を許容する抽出液と許容しない抽出液を作り分けることができれば、CMV RNAの複製に必須な因子の同定に直結するので、今後この原因を集中的に追及したい。また、CMV RNAの複製を許容しないBYLに液胞膜に富む膜を添加したところ、結果は予備的であるが、TMV, CMV RNAとも、若干の複製の増強が見られた。タバコBY-2培養細胞由来脱液胞化プロトプラスト抽出液(BYL)は高い翻訳活性を有し、トマトモザイクウイルス(ToMV)RNAの翻訳と複製をサポートできる。当初、BYLはキュウリモザイクウイルス(CMV)RNAの複製をサポートできないという予備的結果を得、本研究はその結果をもとに計画された。

しかし、昨年度までの研究で、CMV RNAの複製効率は、BYLのロットにより大きく変動することが判明した。今年度は、新たに10ロットのBYLを調製し、それぞれについてToMV,CMV RNAの複製効率を調査した。その結果、ToMVとCMV RNAの複製効率には正の相関があることがわかった。CMVの複製複合体は主として液胞膜上に形成されることから、BYLでCMV RNAを試験管内翻訳後、精製した液胞膜を添加してCMV RNAの複製が起こるかを調べた。その結果、液胞膜を加えるとToMV,CMVともに複製効率の上昇がみられることがわかった。ToMV,CMVともに、複製複合体の一部は液胞膜上に形成される。本年度得られた結果は、この知見と一致するものであった。BYLによるCMV RNA複製の可否は、BYLへの微量の液胞膜あるいはその前駆体等の混入の度合いに依存する可能性が考えられた。また、CMVとToMVの差については、両ウイルスRNAの複製の液胞膜依存性の強度に由来する可能性が考えられた。タバコBY-2培養細胞由来脱液胞化プロトプラスト抽出液(BYL)は高い翻訳活性を有し、ToMV RNAの翻訳と複製をサポートできる。しかし、CMV RNAの複製効率はBYLのロットにより大きく変動する。昨年度、BYLでCMV RNAを試験管内翻訳後、粗精製した液胞膜を添加するとToMV, CMVともに複製効率の上昇がみられることがわかった。この結果は、ToMV, CMVともに、複製複合体の一部は液胞膜上に形成されることと一致するものであった。そこで、本年度は、液胞膜によってCMV RNAの試験管内複製が亢進されることを明確に示すため、液胞膜をより高度に精製することを試みた。これまでは、浮遊密度によって膜の分画を行っていたが、ここでは、異なる原理(電荷)に基づき分画・精製を行うフリーフロー電気泳動法を用いた。バッファーを変えるなどして種々の電気泳動条件を試したが、液胞膜を小胞体と完全に分離することはできなかった。現状を総合すると、純度の高い液胞膜を得るためには、フリーフロー電気泳動法よりむしろ、BY-2プロトプラストをパーコール密度勾配中で遠心して液胞に富む小胞を得、その破砕液を蔗糖あるいはイオディキサノール密度勾配遠心にかけ、浮遊密度の小さな液胞膜を分取する方法が優れていると考えられる。液胞は内腔に多量のタンパク質あるいは核酸分解酵素を含む。このため、液胞膜画分からこれらの酵素を完全に排除することは困難である。そこで来年度はCMV RNAの翻訳を膜の存在しない状態で行い、あとから液胞膜を添加することにより効率のよいCMV RNA複製系を構築し、解析を進める。キュウリモザイクウイルス(CMV)はトマトモザイクウイルス(ToMV)と同じアルファ様ウイルススーパーグループに属す。これらのウイルスは基本的に類似した、しかし細部においては多様性に富む機構で複製すると考えられる。本研究は、CMV RNAの複製機構をToMVのそれと比較し、複製複合体の構造あるいは形成機構の一般性と特殊性を把握することを目的とする。
化学修飾探針を用いる走査型トンネル顕微鏡

1.電気化学STMの立ち上げを行った。その際、電気化学モードでの測定で必要な、STM探針の絶縁法についていくつか検討し、アピエゾンワックスを用いる方法が良いことがわかった。STM探針に修飾する予定のアルキル鎖長の異なる3種類のフェロセン誘導体の合成を現在行っている。HOPG基板上に長いアルキル基を有するオクタデカノール(C_<18>H_<37>OH)、オクタデシルクロリド(C_<18>H_<37>Cl)、ステアリン酸(C_<18>H_<37>COOH)、ステアリルアミン(C_<18>H_<37>NH_2)の単分子膜を形成させ、これらを金製の探針を用いてSTMにより観測した。その結果ステアリルアミンではそれほど高い分解能でのイメージが観測されなかったが、その他の3種類では原子分解能に近い明瞭なイメージが得られた。ただし、これらの物質ではアルキル鎖部分と官能基部分との間でコントラストはほぼ同じだった。3.の試料に対し、チオールの誘導体を金製の探針に自己集合法で吸着させた化学修飾探針を用いてSTM測定を行った。その結果、チオフェノール、4-ヒドロキシチオフェノールを修飾した探針では、何も修飾しない探針と同様なイメージが観測されたが、4-メルカプトピリジンおよび4-アミノチオフェノールを修飾した探針を用いると、オクタデカノールの単分子膜において、水酸基と思われる部分が強調されたイメージが得られた。この結果は、探針に修飾した分子と基板上の分子との相互作用(水素結合と思われる)に基づき、官能基の部分でトンネル電流が流れやすくなったことに起因していると思われる。ただし、この現象については、今後さらに検討する予定である。
新しい高出力深紫外発光素子の開発

新たに提案したマイクロプラズマ励起深紫外発光素子(MIPE)の原理実証研究を行った。このデバイスは制作コストが安く、フラットパネルタイプで大面積化が容易で、深紫外領域の任意の波長で高出力発光を得ることができる。本研究でその原理実証研究に成功し、2インチの大面積化に成功した。その発光出力は50mWの高出力を得た。また用いたAlGaN多重量子井戸の設計を変えることにより、229nmから410nmまでの任意の波長で発光できることを実証した。この結果は将来1mx5mのワイドMIPEを作製でることを示しており、その出力は100Wにも及ぶ。またこれを用いて水銀フリーの深紫外光源の水や空気の浄化、難分解性物質の分解、医療への応用等多くの応用可能性が広がった。本研究はAlGaN系エピタキシャル成長とマイクロプラズマを用いた世界で全く新しいアイデアに基づく高出力、高効率、大面積、長寿命、任意波長の深紫外光発生技術を開発し、さらにこれを水処理に具体的に応用し、従来の水銀ランプによる水処理法との比較検討を行い本研究で開発した光源の優位性を明らかにする事を目的とする。本年度はそのために(1)マイクロプラズマを用いた深紫外発光素子実現のアイデアの原理実証研究をまず行った。又、(2)高出力深紫外光の発生には高品質のAlGaN結晶成長が不可欠であるので新たな方法の高品質AlGaN結晶成長法を開発した。(3)更に、深紫外発光素子における水の浄化等が有効に行われるかどうかについても本年度は原理実証研究を行った。更に(4)本デバイスを実現するために必要不可欠な本牧的にあった材料を効率よくスパッタできるRFスパッタ装置の設計とその予備実験を行った。以上の実験より、(1)マイクロプラズマ励起により260から280nmの深紫外発光が得られることを確認した。(2)更に、我々の持つ特徴的な技術である、結晶成長2光束その場観測装置を活用し、新たに、通常より低い温度でも高品質のAlGaN結晶成長ができる方法を見いだした。この結果は現在特許申請準備中であり、また窒化物半導体国際会議の口頭発表として紹介される。(3)更に深紫外発光素子の水殺菌処理への応用可能性の原理実証に関しては、通常の水銀ランプの254nmの短い波長でなくても280nmの波長で十分の殺菌能を持っていることが解り、デバイスの作製しやすさから280nmの波長を選ぶことが深紫外素子を用いた水殺菌には最適であることが解った。この結果はJ.Environmental Engineeringにacceptされ現在印刷中である。又(4)新たな本研究に設計されたRFスパッタ蒸着装置の作製し、その性能のテストを行い、所定の性能を出すことができた。「研究の目的」マイクロプラズマ励起AlGaN深紫外発光素子(MIPE DUV LE、通称MIPE)を新たに提案しその原理実証研究を行った。本方法が成功すれば発光素子のスケーリング則が成立するために、極端には1m角の深紫外発光素子を作成することも可能でありそのときの発光出力は数ワット以上も容易に可能であると考えられる。この様な大出力深紫外光は従来のLEDを用いた深紫外発光素子では実現不可能であり、またスケール則が成り立つため、製作が容易で水の浄化、医療応用、植物プラント応用等、多岐にわたる応用が期待される。本研究はこれらを目指し提案した新たな素子の原理実証を目的とした。「研究の実施」本研究において試料としてはAlGaN超格子をMOCVDでエピタキシャル成長を行い、そのための結晶成長条件を明らかにすると同時にその発光特性をフォトルミネッセンス(PL)でまず調べた。量子井戸からのPL発光のうち313nmで光るサンプルを用いた。セルの大きさは2cm角を用い、電極はプラズマ生成電極、プラズマ保持電極、電子引き出し電極で構成した。また用いガスはNeとXeの混合ガスを用いた。印加電圧は交流、パルス等種々の印加方法を用いた。プラズマ放電ガスの種類、圧力も変化させ、種々の条件での素子特性を調べた。「研究結果」本実験により、313nmの強い深紫外光を発光させることに成功した。深紫外の発光条件は用いる試料、用いるガス種、圧力並びに印加電圧で種々に変わることがわかりその高出力を得るためにはその最適化が必要であることがわかった。波長も265nm、280nm等AlGaNの超格子を選ぶことにより任意の波長の発光を得ることができることがわかった。典型的な出力は2cm角のセルで10mWの出力が得られた。

これは1m角のデスプレー相当のパネルを用いれば25Wの深紫外光を得られることを意味している。「結論」以上の結果よりマイクロプラズマ励起AlGaN深紫外発光素子は実現可能であることが実証でき、その出力も予想以上におおきいことがわかり、今後の大出力化に向けて弾みをつけることができた。「研究の目的」マイクロプラズマ励起AlGaN深紫外発光素子(MIPE DUV LE、通称MIPE)を新たに提案しその原理実証研究を行った。本方法が成功すれば発光素子のスケーリング則が成立するために、極端には1m角の深紫外発光素子を作成することも可能でありそのときの発光出力は数ワット以上も容易に可能であると考えあれる。この様な大出力深紫外光は従来のLEDを用いた深紫外発光素子では実現不可能であり、またスケール則が成り立つため、製作が容易で水の浄化、医療応用、植物プラント応用等、多岐にわたる応用が期待される。本研究はこれらを目指し提案した新たな素子の原理実証を目的とした。「研究の実施並びに結果」昨年に引き続き本年度はMIPEの大面積化を行った。その結果2インチ直径のウエファ全域で発光させることができる素子を作製することに成功し、発光波長は306nm、出力は50mWであった。また、短波長化の試みも行い、229nmで発光させることにせいこうした。また加速電圧依存性を計測し、加速電圧を550Vから600Vまであげることにより5倍の発光強度増強を観測した。「結論」以上の結果よりMIPEはスケーリング則が成り立ち、大面積化することにより容易に高出力化を実現できることがわかった。また、LEDでは不得意な短波長発光も容易に実現できることがわかった。このMIPEを用い1mx5mのフラットパネルを作製すれば出力100Wの高出力深紫外光源を容易に得ることができ、水、空気の浄化をはじめとして難分解性物質の分解、アトピー治療等の医療応用、新たな材料の光化学合成等、種々の応用が期待される。当初は3年目で原理実証ができることを目指したが、2年度目でその目標を達成できた。3年度目ではその所得性を明らかにし、さらなる高出力化、実用化に向けて研究をさらに発展させる。24年度が最終年度であるため、記入しない。・研究の中で高効率で光るAlGaN表面超格子が重要であることがわかってきたので、結晶成長条件を精査し成長法を改良し高効率発光AlGaN表面超格子の実現を図る。・大面積化が可能であることが本素子の大きな特徴であるので、2インチ基板全体を発光させる大面積深紫外MIPEの実現をこころみ、大出力化を実現する。・産業応用に資するために、企業との共同研究の可能性を模索する。
バクテリオロドプシンを用いた光論理回路

バクテリオロドプシン(以下bRと略)は、分子サイズ単位で可視光に反応して脱色し、もとへもどるサイクルを安定に繰り返すという優れた性質をもつ光受容タンパク質である。このフォトクロミズムを利用して縮退4光波混合による位相共役波の発生を行い、偏光情報を記録できる、すなわち入力光の偏光によって出力光の偏光を制御できることを確認してきた。本研究では全ての情報を光信号にのせて処理する光-光制御技術(フォトニクス)の一端として、生体素子bRの最もユニークな特徴である偏光の認識性を応用し、偏光状態を情報のキャリア(例えば、縦偏光をtrue,横偏光をfalse)とする入出力すべて光を用いた純光学的な論理回路の設計と動作確認を行い、入出力すべて光を用いた論理回路を実現した。Ar^+レーザを用いた4光波混合実験において、1/2波長板を用いて書き込み光と読みだし光の偏光を180°変化させ、縦偏光をtrue(or 1)、横偏光をfalse(or 0)とし、発生する位相共役波の偏光(縦あるいは横)を演算結果とする光論理回路の設計を行った。まず偏光特性をそのまま利用してexclusive or回路を構築し、さらに1/2波長板、偏光ビームスプリッター等偏光素子を用いてand,or回路を設計、構成した。入力光がビームの場合には数点の偏光素子を用いるだけでand,or回路の構築が出来、ともに高速応答を示した。さらに入力光の画像への拡張を試みたが、直交する偏光を含む画像サンプルの作製が困難であったため画像の論理演算実現には至らなかった。しかしプローブ光を直交する偏光をもつ2画像とし、これを同時に2重書き込みしたところ偏光子1点で2画像の和・差演算に成功し、bRを用いた生体素子が画像情報処理に有用であることを確認した。
白血病関連転写因子TELのES細胞を用いた機能解析と新規結合蛋白の同定

TEL遺伝子異常による腫瘍化機構を解明するために、正常TELおよび白血病、固形腫瘍より同定されたTEL-TRKC融合遺伝子を発現するマウスES細胞を作製し、その分化能、増殖能に関して検討した。正常TELを発現するマウスES細胞を血液細胞へ分化させるとTELは細胞を未分化な状態に維持する働きがあったが、固形腫瘍より同定されたTEL-TRKCを発現するマウスES細胞からは血液細胞や血管細胞は産生されず、より未熟な中胚葉系の段階の細胞が増加していた。TEL-TRKCは、血液細胞への分化を抑制し、より未熟な細胞群を増加させることで腫瘍化に働く可能性が明らかとなった。新たなTEL結合蛋白を同定し、腫瘍化との関わりを検討している。正常な細胞の発生・分化に関わる転写因子の変異は、様々な病的状態や癌化を引き起こすため、その正常な機能およびその変異体が腫瘍化に果たす役割を理解することは癌の予防や新しい治療法の開発のために重要である。TEL遺伝子は血液および血管の分化に必須であり、様々な造血器腫瘍や固形腫瘍で融合遺伝子を形成することが知られているが、その機能についてはまだ不明な点が多い。本研究では正常TELの機能および転座型TELによる腫瘍化のメカニズムの解明を目的として以下の解析を行う。(1)発生工学的手法(マウスES細胞)を用いて血液細胞の発生・分化・増殖におけるTELの役割を明らかにする。(2) TELの新規結合蛋白を同定し、TELによる血液細胞の分化制御機構を解明する。(3) TELキメラ遺伝子産物の機能解析を行い、TEL関連転座による細胞の腫瘍化機構を解明する。転写因子TELの正常な血液細胞の発生・分化に関わる機能と、TEL変異による腫瘍化のメカニズムを解明するために、TELトランスジェニックマウスを作製した。まず赤芽球および巨核球の発生・分化におけるTELの役割を検討するために、GATA1の遺伝子発現制御領域下にTELを発現するGATA1-TELトランスジェニックマウスを作製した。GATA1-TELトランスジェニックマウスには個体観察上明らかな異常を認めなかったが、血液学的解析では4系統中2系統でHbが有意に高値であった。骨髄細胞表面マーカー解析では対照群と比較して明らかな差はなかったが、骨髄細胞をEPOおよびTPO存在下で培養すると対照群に比較してそれぞれCD71^+TER119^+分画およびCD41^+c-kit^+分画の有意な増加が認められた。Gata1制御領域下にTELを過剰発現させると赤芽球系前駆細胞が増加することから、TELが赤芽球の発生・分化に重要な転写因子であることが示唆された。現在Gata1制御領域下にTELを発現するES細胞およびTELノックアウトES細胞を作製し、血液細胞の分化におけるTELの役割を詳細に検討中である。またTELの結合蛋白を同定し、in vitroで両蛋白の結合および局在を検討している。この蛋白はTELのcentral regionを介して結合すると考えられ、その部分を欠失したTEL変異体を発現させるとMEL cellにおいては赤芽球への分化が抑制された。以上から赤芽球の発生・分化におけるTELの役割が示唆された。TELが造血細胞の分化・増殖に与える影響についてES細胞の系を用いて検討を行った。野性型のES細胞をLeukemiainhibitory factor(LIF)除去条件下で血液細胞に分化させると、AML1、GATA1、GATA2、CD41などの血液細胞特異的な遺伝子は分化開始5日後頃から発現が認められるが、TEL遺伝子はそれらに先駆けて分化の極めて早期から発現しており、分化開始56日後にかけて発現の増強が認められた。しかし分化開始7日目以降の赤芽球系に分化が進行したCD71陽性細胞ではTELの発現は急速に減弱していた。TELの血液分化に与える影響を詳細に検討するためにChicken β-actin(CAG)promoter下にEGFP-TEL融合蛋白を発現するベクターを作成、ES細胞に遺伝子導入して恒常的にEGFP-TELを発現するES細胞株を樹立した。CAG promoter下にTELを発現させたES細胞ではTELの発現量はコントロールの約5倍に増加しており、このES細胞を用いて同様に血液細胞への分化能を検討し、同時にTELの細胞内局在を検討した。TELはES細胞分化の初期から血液細胞への分化にともなって核内に局在していた。また血液への分化開始7日後にcolony assayにて分化能を検討するとTELを高発現したES細胞ではコントロールと比較してCFU-GEMMおよびBFU-Eの有意な増加が認められた。血液細胞分化をコントロールする遺伝子の発現を定量的PCRにて検討するとTELを高発現するES細胞では血液分化にともなうAML1の発現誘導が遅れることが分かった。転写因子TELが造血細胞の分化・増殖に与える影響についてマウスES細胞の系を用いて検討を行った。

野性型ES細胞からLIFを除去し血液細胞に分化させると、AML1、GATA1、GATA2、CD41などの血液細胞特異的な遺伝子は分化開始5日後頃から発現が認められた。TELはそれらに先駆けて分化開始12日後から発現し、56日後に発現が増強するが、さらに分化したCD71陽性細胞ではTELの発現は急速に低下していた。Chickenβ-actin(CAG)プロモーター下にEGFP-TEL融合蛋白を発現するベクターを作成、ES細胞に遺伝子導入して恒常的にEGFP-TELを発現するES細胞株を樹立し、TELの血液分化に与える影響を詳細に検討した。CAGプロモーター下にTELを発現させたES細胞ではTELめ発現量は野性型ES細胞の約5倍に増加しており、核内に複数の焦点を形成して局在していた。分化開始7日後にcolony assayを行うと、TELを高発現したES細胞では野性型ES細胞と比較してCFU-GEMMおよびBFU-Eの有意な増加が認められた。FACS解析では、TELを高発現するES細胞は、血液分化に伴い通常では発現が低下するFlk1やc-kitの発現が遷延する傾向が認められた。以上の結果よりマウスES細胞の血液分化系においてTELは細胞の未分化性を維持する働きを有する可能性が示唆された。未分化性維持に関与するTELの標的遺伝子を現在定量的PCR等にて検討中である。また新たに同定したTEL結合蛋白を同時に発現するES細胞を作製し、血液分化における2者の細胞内局在の変化および分化に与える影響を現在検討中である。転写因子TELおよびTEL融合遺伝子が造血細胞の分化・増殖に与える影響についてマウスES細胞の系を用いて検討を行った。TEL遺伝子異常による小児白血病発症機構を理解するために、EGFPでN末を標識したTELを、Chicken β-actin (CAG) promoter下に発現するマウスES細胞を作製した。このES細胞が造血細胞へ分化する過程を詳細に検討し、TELの過剰発現が造血細胞の分化・増殖に与える影響について検討を行った。TELを高発現するマウスES細胞は、分化開始6、7日後に認められる造血幹細胞の集団であると思われるTie2^+/c-kit^<high>の細胞群が減少しているとともに、c-kitの発現が低く、より未分化なTie2^+/c-kit^<low>の細胞群が増加していた。マウスES細胞の血液分化系において、TELは細胞の未分化性を維持するとともに、血液前駆細胞を増加させる働きを有する可能性が示唆された。また腫瘍特異的融合遺伝子であるTEL-TRKCを発現するマウスES細胞を作製し、同様の解析を行った。TEL-TRKC融合遺伝子を発現するES細胞では、分化開始6、7日後に認められるTie2^+/c-kit^<high>の細胞群が減少していたと同時に、より未分化なTie2^+/c-kit^<low>の細胞群が増加していた。
アフリカ熱帯森林住民の文化保全と内発的発展に関する研究

アフリカ中央部の熱帯森林帯の地域社会を継続的に調査し、以下の知見を得た。1.中央アフリカ共和国及びコンゴ共和国政治経済が不安定で、商業経済の浸透が緩慢であったこの両国の熱帯森林帯では、近年の政情の悪化や商業伐採の急激な拡大によって、換金作物耕作を目的とした多様な農耕民集団の移住と混住(中央アフリカ)、現金獲得のための都市部への人口流出と農耕民村落の過疎化(コンゴ)が進行し、農耕民民族集団の社会的凝集力が弱化し民族間関係も混乱している。狩猟採集民アカは、生業と儀礼信仰の拠り所であった森林環境や近隣農耕民との社会経済的紐帯を失って、零細農耕民や臨時労働者層に転化しつつあり、民族的アイデンティティを喪失しつつある。また、公園維持を至上目的とする自然保護組織は、欧米の自然保護世論に配慮せざるをえない伐採会社との間に協力関係を結び、政府に働きかけて厳しい狩猟規制を施行している。公園や伐採会社への地域住民雇用も少ない。有用資源の希少性と生物学的希少性という外部の価値によって開発と保護が進められている現状では、地域住民の生活文化や利害は十分に顧慮されておらず、住民の不満は小さくない。2.ガボン共和国及びカメルーン共和国政治経済状況が比較的に安定しているこの両国では、農耕民は混住状況を民族集団間関係を再構築調整することによって安定化させており、早くから定住化している狩猟採集民ボンゴ、バカは自律的に農耕を営み、森林精霊儀礼を盛んに催行して集団紐帯を強化している。自然公園も比較的に地域社会に利害還元しており、住民との間に厳しい軋礫は生じていない。3.課題地域住民の文化保全と主体的な「発展」の方途を探るためには、外部からの圧力に対してどのように「民族」的アイデンティティや集団間関係が再構成されるのか、精査しなければならない。また、狩猟採集民の社会的周辺化を把握することも今後の課題である。中央アフリカ共和国南部の熱帯森林地域と地域住民の生活文化の現状について、現地調査によって以下の知見を得ることができた。1.調査地域では大規模伐採が進行しており、現在では一次林はリザーブもしくは伐採地域の間隙に散在するのみである。搬出路が整備され車両交通が容易になると同時に、森林帯の辺縁では外部からの伐採労働者の流入が甚だしく都市化の傾向が著しい。また、このような社会経済的変化に伴って物流が盛んになり、農村集落への商業経済の浸透が急激に進行している。なお、積極的な森林保護活動はこの地域では展開されていない。2.この地域に居住するバントゥー系あるいはウバンギアン系の農耕民は、現金収入を得るために従来の混作と組織的な移動耕作を停止して、コーヒー栽培に生計努力を傾注し、自家消費作物としてキャッサバをコーヒー農園の後背地に単作栽培している。都市部から転入してコーヒー栽培を行っている世帯も少なくなく、また雑多な民族集団で構成される大規模農村の形成も見られる。3.同地域に居住する狩猟採集民アカは、従来集団単位でおこなっていた季節移動を現在ではおこなわず、農耕民の村のはずれに定住して小規模ながらコーヒーやキャッサバを栽培している。さらに若齢層は、都市部に流入してポーターなどの最下層労働者に転化しつつある。農耕民的生活様式の受容と世代間の社会文化的断絶のために、アカは全体として文化的アイデンティティを喪失しつつある。

以上のように、中央アフリカ共和国南部の森林地帯では、商品経済の浸透によって民族集団間の境界が曖昧になり生活様式の画一化が急激に進んでいるのが現状である。ガボン共和国の自然保護区およびその周辺地域での調査から、以下の知見を得た。1.同国南部のモカラバ保護区ではこれまで本格的な学術調査がなされていなかったが、今回の保護区内の哺乳類の生息調査では、ゾウ、ゴリラの生息密度は平方キロあたり、1.5頭以上、チンパンジーは1頭以上、小・中型有蹄類は100頭を越えると推定され、真猿類10種のほか大型有蹄類の棲息も確認された。保護区の動物相に対する人為的影響は低いと考えられる。また、周辺の小集落で生活している焼畑農耕民プヌーの居住地域は狩猟許可区になっており、住民の間に保護区設立に対する不満はほとんどない。住民の生活は商品経済の影響を強く受けているが、類人猿を食することを避ける伝統的な食文化などを保持しており、希少動物種を乱獲するような事態には至っていない。バッファー・ゾーンにおけるゆるやかな規制が、保護区内の動物保護と周辺住民の文化保全を両立させている。2.北部のカメルーン国境に近いミンケベ地域に昨年から保護区が設立されたが、保護区西部では金鉱探しにやってくる越境者が、保護区近くに居住する狩猟採集民バカをガイドとして雇い、また食糧を確保するために銃猟をさかんにおこなわせている。東部ではやはりカメルーン側の商人が、バカにゾウを狩らせて象牙をカメルーン側に運ばせており、保護区の全域でバカとガボン国森林省やWWF(世界自然保護基金)との軋礫が生じている。伝統的に遊動的な生活を営んできたバカに国境を認知させるのは困難であり、規制を強めるだけでは問題の解決にならない。国境をまたいでバカの狩猟区を設けて狩猟で得た獣肉を買い上げるなど、隣接二国間で自然保護とバカの文化保全のための共同施策を実施することが急務であると考えられる。ガボン共和国及びカメルーン共和国の熱帯森林帯における自然保護活動と周辺地域住民の関係について、現地調査によって以下の知見が得られた。ガボン国における自然保護区の設立は周辺に居住する住民に現金収入の機会を供している。周辺地域住民は焼畑農耕や漁労などの生業活動を行うかたわら、保護区内の労働に従事して現金収入を得ている。ガボン国では、自然保護活動が活発になる以前は伐採会社が地域住民を労働者として雇用しており、早くから商品経済が浸透していた。このような事情のもとで、自然保護活動は地域の経済的ニーズを充足に貢献している。また、自然保護区内での労働は、森林内での生業が生活に占める比重が減少してしまった現在、有用植物など森林についての伝統的な知識を年長者が若齢層に伝達する機会を与えている。したがって、早くから開発と商品経済が森林帯に浸透していたガボン国では、自然保護活動は周辺住民の経済的要求を満たすとともに、伝統的知識の世代間ギャップを埋める機能を果たしていると言える。カメルーン国の一部の自然保護区域では周辺地域住民による密猟や農地拡大が問題となっているが、最近では従来の住民を保護区域から閉め出す「聖域」型の自然保護に代わって、地域住民の伝統的生業活動だけでなく現金獲得の経済的ニーズを充足することを自然保護活動の一環として組み込む形で保護活動がおこなわれるようになり、一定の成東を挙げつつある。以上から、地域住民の生活と自然保護活動を両立させるには、商業経済の浸透という状況における地域住民の社会文化的現状の把握とその内発的な発展の契機の考慮をもとに施策を策定することが望ましいと考えられる。
インスリン非依存性糖尿病(NIDDM)におけるShc蛋白異常の解析

高血糖状態では細胞内に取り込まれた過剰なブドウ糖がヘキソサミン経路によりグルコサミンに代謝され、グルコサミンがインスリン抵抗性を惹起する中心的な役割を担う。そこで、糖尿病状態が動脈硬化の進展に及ぼす細胞レベルでの検討として、培養血管平滑筋細胞(A10)でのPDGF刺激による細胞増殖作用をBromodeoxyuridine(BrdU)の取り込みにより測定した結果、グルコサミン培養下では高血糖培養下に比し高度に細胞増殖を促進し、グルコサミンがインスリン抵抗性の発現に加え、糖尿病による動脈硬化促進に重要な役割を担うことを明らかにした。その分子機構として、PDGF受容体以後のシグナル伝達において、Shcのチロシンリン酸化とShcのGrb2への結合に異常が生じている結果を得た。チアゾリジン誘導体がインスリン抵抗性を改善するのに加え、本研究によりトログリタゾンがグルコサミンにより惹起される、Shcを介したシグナル伝達異常と細胞増殖の亢進を改善することを明らかにした。その機序として血管平滑筋細胞では核内受容体PPARγの発現量は僅かであり、PPARγ結合活性の異なったチアゾリジン誘導体でも同様の効果を示したことから、チアゾリジン誘導体の動脈硬化抑制作用発現にはインスリン抵抗性の改善とは異なり、PPARγを介さずに作用すると考えられる新知見を得た。さらに、NIDDM患者でのShc遺伝子異常の有無に関する検討として、Shc遺伝子異常がNIDDMの発症と病態に関与する可能性を調べるため、NIDDM患者から得られたgenomicDNAのshc遺伝子をSSCPにより解析した結果、大血管合併症が高度に進行したNIDDM群でpolymorphysmsを認めるという興味深い結果を得たため、その遺伝子異常をシークエンシングにて確認中である。Shcがインスリン作用に及ぼす影響の検討として、増殖作用とグリコーゲン合成作用発現へのShcの各チロシンリン酸化部位の関与を調べた。Rat1線維芽細胞にY317F-、Y239/240F-、Y239/240/317F-Shcを過剰発現し検討したところ、インスリン刺激によるShcのチロシンリン酸化は野生型Shcの発現により増強し、Y239/240/317F-Shc、Y317F-、Y239/240F-Shcの発現順で低下し、その低下の程度に比例してShc/Grb2結合とMAPキナーゼ活性の低下、さらに、チミジンの取り込み低下を認めた。インスリンの標的細胞として重要な筋肉細胞(L6細胞)を用いた検討でも、増殖作用への関与はRat1線維芽細胞と同様であるのに対し、野生型及び全ての変異型Shcの過剰発現において、Akt活性とグリコーゲン合成作用の低下を認めた。Shc発現によるグリコーゲン合成低下の原因として、IRS蛋白のチロシンリン酸化の低下が示唆された。この事から、Shcの317-Tyrリン酸化を介したシグナル伝達が増殖作用の発現に重要であるのに対し、インスリンのグリコーゲン合成作用には、Shcはチロシンリン酸化に関係なくIRSとの競合作用により抑制的に制御することを示唆する結果を得た。次に、Shcが糖尿病状態での動脈硬化に及ぼす影響の検討として、高血糖状態で培養したラット大動脈由来平滑筋細胞(A10)でPDGF作用を調べた。PDGFによるチミジン取り込みの亢進は、高血糖培養下で低下し、その低下はShcのチロシンリン酸化の程度と比例していた。また、高血糖によるPDGF作用の低下はTroglitazoneの前処置により正常化した事から、糖尿病状態での動脈硬化にShcは関与しており、その治療法としてTroglitazoneの有用性を示唆する結果を得た。
薄膜における冷中性子波動光学現象を用いたトンネル現象の解明

本研究では、磁場中における中性子のラーモア歳差運動を利用して、中性子が磁性体薄膜をトンネル透過する際のラーモア時間を精密に測定した。ラーモア時間は、磁性体膜を透過した場合と透過しない場合の中性子のラーモア歳差回転角の差を磁性体膜中での磁化で割ることによって得た。ラーモア歳差角の測定には、京都大学原子炉実験所および日本原子力研究所改造3号炉に設置された中性子スピン干渉計を用いた。この装置では、多層膜偏極中性子反射鏡によって鉛直方向に偏極した中性子を、π/2スピン回転装置に通すことによって偏極方向を水平に変え鉛直磁場の中でラーモア歳差運動を起こさせるようにする。磁場中で一定角度回転した中性子はスピン反転装置を透過させることで回転方向を逆転させ歳差回転の収束を行わせ、その後π/2スピン回転装置を通し、偏極解析反射鏡によって反射させて、ヘリウム検出器で検出する。検出器で計数される中性子数は歳差角度の余弦に比例するので、歳差回転用の磁場強度を変化させ、余弦曲線を求めることでラーモア歳差角が測定できる。磁場強度の変化には高い精度で電流を制御することが要求されるので、本補助金で購入した高精度の直流電流源は本研究所には不可欠なものであった。本研究では、偏極中性子反射鏡および偏極解析反射鏡にはパ-マロイとゲルマニウムの互層による多層膜を、試料となる磁性体薄膜としては膜厚が20nmおよび40nmのパ-マロイの単層膜を用いた。本研究の結果、磁性体薄膜をトンネル透過した場合の中性子のラーモア時間は、歳差回転している中性子を上向きおよび下向きスピン中性子の重ね合わせであるとして、中性子光学的に求めた中性子波動関数の位相差から求めたものとよく一致したことが結論された。これに関連する実験として、これまであまり議論されてこなかった吸収を含む場合の中性子のトンネル現象に関する測定が現在計画されている。本年度は、原研C3-1-2ビームポートおよび京大炉CN-1ポートにおいて所期の偏極中性子ビームラインを整備し、これを用いて実験を行った。ビームラインの整備としては、原研改造3号炉のC3-1-2ポートに設置された中性子反射率計に位置感度型中性子検出器を導入し、中性子ビームの広がりを精密に測定出来るように整備した。また、京大炉で製作した多層膜中性子偏極ミラーを用いることにより、偏極率0.95程度の単色中性子ビームを得ることができ、これに中性子スピンフリッパー、磁場発生用コイル、手持ちの直流電源および本研究で購入した精密直流電源装置を用いて中性子の上向きスピン波と下向きスピン波の干渉を測定するための中性子スピン干渉計を構成した。この干渉計を用いて、上下のスピン波の重ね合わせ状態の中性子が磁性薄膜を透過する際におけるそれぞれの波の位相差の変化を測定する実験を行った結果、全反射領域におけるトンネル現象の場合も含めて、このような干渉状態は中性子波の光学的計算で非常によく再現できることが分かった。この結果は、中性子がこのような磁性薄膜を透過する際には、その透過に要する時間を測るために中性子のアーモア回転を用いることが出来ないことを意味する。次年度には、今回の実験の解析を進めるとともに、吸収の非常に少ない物質を用いた場合の非偏極中性子のトンネル現象に関する実験を行う予定である。
計算機シミュレーションによるクラスター・インプランテーションの研究

クラスターイオンビーム蒸着では加速電圧が表面拡散エネルギーに移行する機構が重要である。低速クラスターと固体表面との相互作用の描像は以下のように理解される。まづ、クラスターはほぼ球形であるためにクラスターの先端が衝突すると中央部分に高密度領域が形成される。高密度は高圧力を生みだすので、それがある臨界値を超えると側端の原子弾き飛ばす。臨界値に達した時点でクラスターの高密度領域が表面上にあるか表面下にあるかによって違いがでる。Cu(111)面の場合は弾き飛ばされたクラスター銅原子がまわりの結晶の銅原子を押し退けてクレータを作り、Pt(111)面の場合は自分自身が表面をマイグレートする。低速クラスターを固体表面に照射すると、必ず高密度ゾーンがクラスター内に形成されることが明確になったので、この高密度ゾーンがクラスターの飛程に及ぼす影響を調べた。Au55をCu基板にかなり高速から数eV/atomのエネルギーで照射した。高速クラスターに体してはDYACATコードを用い、100eV以下はMD計算をした。DYACATとMD計算は100eV以下でその差が見られた。すなわち、低速では多体効果が無視できないことがわかった。面白いことに30eV以下の単原子のCuの照射では、入射イオンは結晶表面に支えられて、固体内に侵入できないのに、クラスターイオンは侵入していくことが観測された。すなわち、低速ではクラスターのエネルギーは原子あたりより全エネルギーで寄与することが判明した。反射したクラスター原子の角度分布に及ぼす高密度は高密度形成の直後の反射したクラスター原子の角度分布に顕著に見られた。とくに、横方向に多くの原子は飛び出すことが判明した。クラスターインプランテーションの研究にとって、最も重要なことは高速クラスターイオンのシミュレーションに適した時間発展型2体衝突近似によるコードDYACATならびにDYACOCTを完成すると同時に低速クラスターイオンのシミュレーション用の分子動力学方法によるシミュレーションを確立することである。現在、クラスターインプランテーションの実験例はあまり報告されていない。したがって、できるだけ素過程に関連した物理現象をコードを用いて再現することにより、信頼性を高めなければならない。そのためにチャネリング、表面散乱、スパッタリングの実験などをシミュレーションしてきた。そしてこれらの実績を踏まえて、クラスターインプランテーションの計算機シミュレーションを実行した。比較的エネルギーの低い(原子あたり数100eV以上)クラスターイオンの照射による飛程は露払い効果により、単原子の飛程より数倍大きい。そしてこの露払い効果はクラスター原子の質量と標的原子の質量の比ならびにクラスターサイズに強く依存している事が判明した。一方、比較的エネルギーの高い(原子あたり数keV以上)クラスターイオンの照射による飛程は逆に単原子の飛程より短くなることがわかった。これはクラスター構成原子同志の散乱に起因するクラスター誘起ランダム効果ともいうべきものであり、その特徴はクラスター原子の質量と標的原子の質量の比によらず、クラスターサイズだけの関数であることが判明した。これらクラスターの深さ分布は飛程を延ばす露払い効果と飛程を短くするクラスター誘起ランダム効果の競争過程できまることを明らかにした。

Cu(111)面の場合は高密度領域が表面下で起こり、弾き飛ばされたクラスター銅原子がまわりの結晶の銅原子を押し退けてクレータを作り、Pt(111)面の場合は高密度領域が表面上で発生し、自分自身が表面をマイグレートする。低速クラスターを固体表面に照射すると、必ず高密度ゾーンがクラスター内に形成されることが明確になったので、この高密度ゾーンがクラスターの飛程に及ぼす影響を調べた。Au_<55>をCu基板にかなり高速から数eV/atomのエネルギーで照射した。高速クラスターに体してはDYACATコードを用い、100eV以下はMD計算をした。DYACATとMD計算は100eV以下でその差が見られた。すなわち、低速では多体効果が無視できないことがわかった。面白いことに30eV以下の単原子のCuの照射では、入射イオンは結晶表面に支えられて、固体内に侵入できないのに、クラスターイオンは侵入していくことが観測された。すなわち、低速ではクラスターのエネルギーは原子あたりより全エネルギーで寄与することが判明した。反射したクラスター原子の角度分布に及ぼす高密度は高密度形成の直後の反射したクラスター原子の角度分布に顕著に見られた。とくに、横方向に多くの原子は飛び出すことが判明した。