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量子重力における重力崩壊と時空特異点に関する研究

量子宇宙論における量子化の不定性と時空特異点回避の関係を明らかにし、量子重力的な効果によって超臨界高速回転Kerr時空が実現したりワームホール構造が実現したりした場合の宇宙観測的帰結を導き、近臨界高速回転ブラックホールの地平線付近での粒子衝突が量子重力のエネルギースケールに達する可能性を指摘した。時空特異点付近でのループ量子重力の効果を調べる目的のためにループ量子宇宙論における初期特異点について調べた。特に宇宙項存在下において、古典理論を量子化する際の演算子順序や離散化に関する不定性がどのように初期特異点の存在に影響を与えるのかについて詳細な解析を行った。その成果については現在論文執筆中であり近日中に投稿する予定である。時空特異点付近では量子重力的効果が支配的になり特異点が回避されるため、従来宇宙検閲仮説によって禁止されるとされていた時空が宇宙物理学的に実現する可能性がある。このような観点から、超高速回転のKerr時空が宇宙物理学的観測に残す特徴を明らかにした。この研究は現在まで三本の論文としてまとめた。うち二本は査読誌に掲載され、一本は投稿済みである。時空特異点が現れる重力崩壊においては自己相似性が重要になるとする自己相似性仮説がある。このような観点から、円筒対称重力崩壊とそれに伴う重力波放射を調べ、その結果を査読誌に発表した。また、自己相似的な円筒対称真空解をしらべ円筒対称に伝播する自己相似的な重力波を表す解を与えその時空構造を決定した。その結果を査読誌に発表した。最近提案された繰り込み可能な非相対論的量子重力理論における球対称静的真空解の一意性を示した。これは、この理論に基づいて量子重力における重力崩壊と時空特異点に関する研究を行う上での基礎を与えるものである。その成果は論文にまとめ査読誌に投稿中である。2009年にHoravaによって提案された繰り込み可能な量子重力理論において時空特異点がどのように取り扱われるかは、本研究の目的に鑑み重要な問題である。我々はこの理論の赤外極限における真空球対称静的解をすべて与えその一意性を示した。(Harada,Miyamoto,Tsukamoto 2011)高エネルギー粒子衝突実験において高次元時空重力の効果が観測される可能性が議論されている。我々はLarge Hadron Colliderで観測可能な時空境界が現れる可能性を吟味した。観測可能な時空境界とは、古典重力における裸の特異点を量子重力へと拡張した概念である。(Nakao,Harada,Miyamoto 2010)2009年に回転ブラックホール周辺で粒子が衝突するとそのエネルギーが無限に大きくなるという可能性が指摘された。我々は、ブラックホールの最内安定円軌道を運動する粒子に着目し、宇宙物理学的ブラックホールで高エネルギー衝突現象が現実的におこるという結論を得た。(Harada,Kimura 2011)Kerrブラックホール解で回転を大きくすると、ある臨界を超えたところでブラックホールではなくなり裸の特異点をもつ時空になる。この時空でガス降着の数値シミュレーションを行ったところ、赤道面上で噴出流が起きることが分かった。(Bambi,Harada,Takahashi,Yoshida 2010)膨張宇宙におけるブラックホールおよびワームホールの大きさが宇宙時間に比例して自己相似的に大きくなる可能性に関して、これまでの研究成果をまとめた総説を著わした。(Carr,Harada,Maeda 2010)インフレーション起源の0.1Hzの重力波に最適化した観測器であるDECIGO計画に関する総説に著者の一人として参画した。(Ando et al. 2010)高速回転ブラックホール付近で二粒子が衝突すると重心系エネルギーが無限に大きくなりうることがBanados,Silk and West(2009)によって指摘された。彼らは二粒子が赤道面上の測地線上を運動すると仮定した。我々は、赤道面上を離れても緯度がある値よりも低い場合には、こうした現象が起こりうることを示した(Harada and Kimura 2011b)。さらに、重力波反作用のために粒子の軌道が測地線からずれる効果の影響について考察し、粒子とブラックホールとの質量比が十分小さい場合には、影響は限定的であることを示した(Harada and Kimura 2011b)。この現象は、それが古典的に正しければ重力の量子論的効果が無視できなくなるため、本研究の目的に密接に関連しており大変重要である。また、背景独立かつ非摂動論的量子重力理論の定式化として有望視されているループ量子重力理論の手法に基づいたループ量子宇宙論について、その量子化・とりわけ差分幅のとり方と演算子順序に潜む任意性に着目し、初期特異点回避可能性と大体積Wheeler-De Witt極限存在の観点から、これらの任意性を制限する可能性を指摘した(Tanaka, Amemiya, Shimano, Harada and Tamaki 2011)。これは量子重力における時空特異点の取り扱いに関する研究であり本研究において中心的な課題である。

さらに、インフレーション起源の0.1Hzの重力波に最適化した重力波観測衛星であるでDECIGO計画に関して、総説の著者の一人として参画した。(Kawamura eta1. 2010)インフレーション起源の重力波は曲がった時空上の場の理論的効果によって生成されるので、このような重力波の検出は量子重力の摂動論的効果の実験的検証につながるという点で本研究の目的に合致する。1、時空特異点付近では、重力あるいは曲がった時空の場の量子論的な効果によって有効的にエネルギー条件が破れる可能性が指摘されている。その場合、ワームホールという時空構造が可能になる。我々はワームホール天体を重力レンズ効果によって通常の天体から識別する可能性に注目し、重力レンズの詳細な観測によりワームホールと通常の質点の識別が可能であることを示し、ワームホールの存在数に新たな制限を与えるなどの成果を収めた。2、高速回転するブラックホールが粒子加速器として働くという事に注目し、ブラックホール付近に磁場がある場合に荷電粒子がどのように加速されるかを調べ、磁場と回転の相乗効果によって加速が強められることを示した。3、高速回転ブラックホールの周りで二つの中性粒子が衝突する場合に、その重心系での衝突エネルギーは非常に大きくなれるのだが、その結果無限遠に放射される粒子のエネルギーや質量は大きくなれないことを示した。一方、荷電ブラックホールの周りで二つの荷電粒子が衝突する場合にはこのような上限は存在せず、非常に重く非常にエネルギーの高い粒子が放出されることが原理的には可能であることを示した。4、Einstein方程式の円筒対称真空解であるEinstein-Rosen波に繰り込み群の手法を適用し、自己相似解を見つけ出してその安定性を調べ、ある局面では自己相似解が一般的な解の漸近的振る舞いを表すことを示した。5、球対称ダストの重力崩壊では一般には無限遠から観測可能な特異点が形成され弱い宇宙検閲仮説が破れる。我々は、宇宙物理学的な重力崩壊過程としての星の終末に注目し、その際の重力崩壊の初期パラメータ値を採用して球対称ダストの重力崩壊を再解析した。その結果、特異点は常にブラックホールに隠されてしまい弱い宇宙検閲仮説が破れないことを示した。順調に研究が進んでおり、成果も学術論文・学会発表などで公表している。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後もこれまで通り研究計画に従って研究を行っていく。
生物学的・毒性学的研究ツールとしての異種細胞を同時培養するマイクロ臓器デバイス

本研究では,高酸素透過性かつ微細造形性に優れたポリジメティルシロキサン(PDMS)を用いて,細胞層を三次元的に培養しつつ背面から酸素を直接供給する培養基質表面を作成し,各種肝細胞の組織化と機能を検討した.これにより,細胞の三次元的な組織化と酸素・栄養素の供給とを静置培養にて簡便に両立する新たな肝細胞培養系の構築を目指した.増殖が可能な分化型肝細胞株Hep G2の場合では,酸素直接供給プレート上で細胞は自発的に5-6層まで重層化増殖し,縦断面の組織学的観察から細胞は密な三次元構造と立方体状の形態をとっていることが示された.また,単位細胞当たりで通常プレートの約20倍以上という高いアルブミン分泌能が観測された.本細胞については三次元ピラー構造の影響は少なく,劇的な効果は酸素直接供給に専ら拠るものであった.以上の結果はTissue Engineering C誌に投稿し,査読意見に従って改訂中である.一方成熟ラット肝細胞の場合には,三次元ピラー構造を持つ表面で酸素を直接供給することで,肝細胞が自発的に凝集体を形成し,三次元構造と高い機能とが観測された.三次元ピラー構造無しでは細胞は表面から容易に剥離した.また,酸素供給無しでは細胞は数日のうちに死に至った.酸素消費速度が高い肝細胞の培養については,通常プレートでの培養では圧倒的に酸素不足に陥っていることが指摘されていたが,実際にその制限を取り除いた場合に,細胞がどのような挙動を取るかを観測した例は皆無であった.以上の結果は,スクリーニング目的のための肝細胞培養において,簡便かつ多検体処理に適しているマイクロプレートフォーマットで,各ウェル内に最小限の三次元組織体を容易に形成できることを示しており,肝細胞を用いたプレートアッセイの改善に関する寄与は大きい.開始1年目にあたる平成19年度においては、特に重要な肝組織についての最適化をめざし、マイクロ流体デバイス作成にも利用可能な高酸素透過性を持っポリジメティルシロキサン(PDMS)を基材とし、三次元構造の付与と酸素供給向上の効果について、検討を行った。1.三次元構造の効果底面から酸素供給をしない状況では、ピラー状の三次元構造の付与は平面培養と比較して、顕著な増殖や機能の向上は見られなかった.ただしピラー状の三次元構造表面で、部分的に細胞が凝集し、三次元的な構造をとることが観測された、ただ現時点ではその生理学的意義は不明であり、従来報告されている肝細胞凝集体との類似性も不明である.2.直接酸素供給の効果ピラーの無い平面上でも、直接酸素供給を行うことで、細胞は最大で8層程度まで増殖した。これは酸素供給なしの2-3倍であった.また、これは定常状態での酸素供給と消費に着目した酸素濃度分布から予想できた.すなわち、8層まで増殖しちょうどその上面での酸素濃度がほぼゼロになることが簡単な数理解析で確かめられた.一方、機能学的にはアルブミンの分泌活性は播種細胞3あたりでも極めて顕著に上昇し、最終日の細胞あたりの活性は、酸素供給なしに比べて20-50倍へと高まった.このような顕著な酸素供給効果の下では、三次元ピラー構造の付与の更なる効果は観測されなかった.これらの成果については、すでに国際学会にて一回の発表を行いプロシーディングズを執筆、まずは酸素供給の効果に絞って学術投稿論文を投稿中である(J. Biotechnol誌).他の臓器由来細胞については、平行した予備実験を開始しているが、単に細胞からの酸素要求量を満たすだけでなく、適切な濃度領域で細胞に与えることが重要であるとの基礎知見を得ている.細胞周囲の酸素濃度分布については、今年度末にAFMと酸素電極と組み合わせた走査型電気化学顕微鏡(SECM)を導入予定であり、数理モデル解析ばかりでなく実測を行えるようになり、より明確に酸素供給の重要性を指摘できるものと期待している.本研究では,高酸素透過性かつ微細造形性に優れたポリジメティルシロキサン(PDMS)を用いて,細胞層を三次元的に培養しつつ背面から酸素を直接供給する培養基質表面を作成し,各種肝細胞の組織化と機能を検討した.これにより,細胞の三次元的な組織化と酸素・栄養素の供給とを静置培養にて簡便に両立する新たな肝細胞培養系の構築を目指した.増殖が可能な分化型肝細胞株Hep G2の場合では,酸素直接供給プレート上で細胞は自発的に5-6層まで重層化増殖し,縦断面の組織学的観察から細胞は密な三次元構造と立方体状の形態をとっていることが示された.また,単位細胞当たりで通常プレートの約20倍以上という高いアルブミン分泌能が観測された.本細胞については三次元ピラー構造の影響は少なく,劇的な効果は酸素直接供給に専ら拠るものであった.以上の結果はTissue Engineering C誌に投稿し,査読意見に従って改訂中である.一方成熟ラット肝細胞の場合には,三次元ピラー構造を持つ表面で酸素を直接供給することで,肝細胞が自発的に凝集体を形成し,三次元構造と高い機能とが観測された.三次元ピラー構造無しでは細胞は表面から容易に剥離した.また,酸素供給無しでは細胞は数日のうちに死に至った.酸素消費速度が高い

肝細胞の培養については,通常プレートでの培養では圧倒的に酸素不足に陥っていることが指摘されていたが,実際にその制限を取り除いた場合に,細胞がどのような挙動を取るかを観測した例は皆無であった.以上の結果は,スクリーニング目的のための肝細胞培養において,簡便かつ多検体処理に適しているマイクロプレートフォーマットで,各ウェル内に最小限の三次元組織体を容易に形成できることを示しており,肝細胞を用いたプレートアッセイの改善に関する寄与は大きい.
電気特性を応用しての乳腺腫瘍診断法の研究

生体の電気特性が組織の構造により異なることを腫瘍の鑑別診断に応用する目的で,乳腺腫瘍の電気インピーダンスをin vivoで測定し検討した.研究方法:同軸2極針電極を術中直視下に腫瘍内に刺入し,これと被検者上腹部に置いた平板電極を合わせて, 3電極を構成した.針電極の外側導体と平板電極間で電圧応答(パルス応答法)を測定し,インピーダンスの大きさ(以下Z)を求めた.測定には,自作のインピーダンス測定装置を用い,測定に必要な制御,データ収集,信号処置はコンヒピュータにより行った.また,生体の等価電気回路に基づいた細胞外液抵抗(R_1),細胞内液抵抗(_2),細胞膜容量(C)の3成分を測定値を用いた円線図より算出した.さらに,腫瘍最大割面の病理組織像より間質の占める面積比を計測しR_1, R_2, Cと比較した.研究対象:徳島大学医学部第2外科で切除術を受けた乳癌31例,線維腺13例,乳腺症10例である.研究結果:1)10KHzでのZは,乳癌が良性疾患より有意に高値を示した(P<0.01). 2)R_1は, 10KHzのZと近似した値を示し, R_1, R_2の値は,乳癌で有意に高く(P<0.01), Cの値は,良性疾患で有意に高かった. (P<0.01). 3)Z,R_1, R_2, Cの各々は,良性疾患間や乳癌の組織型間では差を認めなかった.4)腫瘤最大割面における間質の占める割合とR_1, Cの間には有意な相関関係を認めた. (P<0.01).以上より,乳癌と良性疾患では,細胞外液抵抗,細胞内液抵抗,細胞膜容量各々に差を認めることがわかった.したがって,これらをパラメーターとして乳腺腫瘍の電気特性を比較することにより,乳腺腫瘍の診断応用への可能性のあることが,示唆された.生体の電気特性が組織の構造により異なることを腫瘍の鑑別診断に応用する目的で,乳腺腫瘍の電気インピーダンスをin vivoで測定し検討した.研究方法:同軸2極針電極を術中直視下に腫瘍内に刺入し,これと被検者上腹部に置いた平板電極を合わせて, 3電極を構成した.針電極の外側導体と平板電極間で電圧応答(パルス応答法)を測定し,インピーダンスの大きさ(以下Z)を求めた.測定には,自作のインピーダンス測定装置を用い,測定に必要な制御,データ収集,信号処置はコンヒピュータにより行った.また,生体の等価電気回路に基づいた細胞外液抵抗(R_1),細胞内液抵抗(_2),細胞膜容量(C)の3成分を測定値を用いた円線図より算出した.さらに,腫瘍最大割面の病理組織像より間質の占める面積比を計測しR_1, R_2, Cと比較した.研究対象:徳島大学医学部第2外科で切除術を受けた乳癌31例,線維腺13例,乳腺症10例である.研究結果:1)10KHzでのZは,乳癌が良性疾患より有意に高値を示した(P<0.01). 2)R_1は, 10KHzのZと近似した値を示し, R_1, R_2の値は,乳癌で有意に高く(P<0.01), Cの値は,良性疾患で有意に高かった. (P<0.01). 3)Z,R_1, R_2, Cの各々は,良性疾患間や乳癌の組織型間では差を認めなかった.4)腫瘤最大割面における間質の占める割合とR_1, Cの間には有意な相関関係を認めた. (P<0.01).以上より,乳癌と良性疾患では,細胞外液抵抗,細胞内液抵抗,細胞膜容量各々に差を認めることがわかった.したがって,これらをパラメーターとして乳腺腫瘍の電気特性を比較することにより,乳腺腫瘍の診断応用への可能性のあることが,示唆された.生体の電気特性が組織の構造により異なることを乳腺腫瘍の診断に応用する目的で、乳腺腫瘍の電気インピーダンス測定をin vivo行なった。同軸2極針電極を術中直視下に腫瘍内に刺入し、これと被検者上腹部に置いた平板電極を組み合わせて、3電極を構成した。針電極の外側導体と平板電極間での電圧応答を測定し(パルス応答法)、インピーダンスの大きさ(以下Z)を求めた。測定には、自作のインピーダンス測定装置を用い、測定に必要な制御、データ収集、信号処理はコンピュータにより行い、測定の迅速性、確実性をはかった。生体の等価電気回路に基づいた細胞外液抵抗(以下【R_1】)、細胞内液抵抗(位下【R_2】)、細胞膜容量(以下C)、の3成分を比較するために、測定値を用いた円線図より【R_1】、【R_2】、Cの値を算出した。さらに、腫瘤最大割面の病理組織像より間質の占める面積比を計測し、【R_1】と比較した。対象症例は、徳島大学医学部第2外科で切除術を受けた乳癌22例、線維腺腫13例である。その結果は以下の如くであった。1)乳癌の10KHzでのZは、線維腺腫例およびその腫瘍周辺乳腺組織のZより有意に大きかった(p<0.001)。また、それぞれの腫瘍の10KHzでのZはRに近い値を示した。

【R_1】、【R_2】の値は、乳癌例で有意に高く(p<0.001)、Cの値は線維腺腫例で有意に高かった(P<0.001)。3)腫瘤最大割面における間質の占める割合とRの間には有意な相関関係を認めた。以上より、乳癌と線維腺腫では、細胞外液抵抗、細胞内液抵抗、細胞膜容量それぞれに差を認めることがわかった。したがって、これらをパラメータとして乳腺腫瘍の電気特性を比較することにより、乳腺腫瘍の診断応用への可能性のあることが、示唆された。
樹状突起における情報処理ダイナミクスの解明

てんかんモデル動物では、海馬歯状回顆粒細胞が内分子層に異所性の投射をすることにより、異常な反回性回路を形成することが報告されている。しかし、これらの先行研究の多くは、Timm染色法などの亜鉛染色法によるものであり、苔状線維終末選択的に高濃度の亜鉛が分布していることを前提としている。そこで、歯状回顆粒細胞選択的にシナプトフルオリンを発現するトランスジェニックマウス(TV-42, Araki et al., 2005)を用いて、ピロカルピンてんかんモデル動物を作製した。シナプトフルオリンは、シナプス小胞v-SNAREタンパク質の一つsynaptobrevin/VAMP-2とpH感受性GFPの融合タンパク質なので、亜鉛の分布を前提としないシナプス前終末の分布を検証することができる。その結果、Timm染色法と同等ないしより高い感度で内分子層への投射が認められた。また、これらの終末にシナプス小胞が集積し、シナプス前終末として機能していることが示唆された。さらに、CA3領域においても、放線層などにおいて、シナプトフルオリン陽性のシナプス前終末を多数認めた。したがって、これらの領域においても、新しいシナプスが形成され、情報の流れが変化していることが示唆される(Ito et al., 2012)。てんかんモデル動物において歯状回顆粒細胞の反回的投射が異所的に形成されることについては、Timm染色法などの亜鉛染色法を用いた多くの先行研究があるが、シナプス小胞マーカーを用いた研究は、本研究が世界に先駆けている。これにより、機能的なシナプスが形成されていることが初めて証明された。本研究においては、また、オプトジェネティクス研究に最適化された動物モデルと光学系を開発した(Ji et al., 2012; Umeda et al., 2013; Sakai et al., 2013)。24年度が最終年度であるため、記入しない。単細胞緑藻類の一種クラミドモナス由来のチャネルロドプシン2(ChR2)遺伝子をthy1.2プロモーター制御下に発現するトランスジェニックラットを開発した。このラットの一系統W-TChR2V4においては、中枢および末梢神経系のさまざまなニューロンにおいて、ChR2が発現し、光刺激に応答し活動が惹起されることを確認した。たとえば、海馬においては、歯状回顆粒細胞、CA3錐体細胞、CA1錐体細胞などの主要な細胞を光刺激できた。また、脊髄後根神経節においては、大型の機械受容ニューロン特異的にChR2が発現していたが、小型の侵害受容ニューロンには発現していなかった。また、皮膚においては、メルケル小体やマイスナー小体などの触覚受容器に入力している感覚神経終末において、ChR2の発現が認められたが、侵害受容に関連した自由神経終末には発現していなかった。本ラットの足掌部に対し青色光を照射したところ、光照射に同期した当該肢の運動が観察された。すなわち、光受容により触覚が引き起こされたことが示唆された。これと並行し、DLP[○!R]方式のイメージプロジェクターを顕微鏡落射管に装着した装置とこれを制御するソフトウェア(多点並列光刺激システム、MiLSS)を開発した。W-TchR2V4ラット海馬スライスを用い、顕微鏡下に同定された複数の関心領域を並列に青色光でパターン照明し、ニューロンの活動を制御できることを検証した。また、ArchTと緑色光または黄色光パターン照明の組み合わせにより、スライス局所回路におけるニューロンの活動の抑制を確認した。これらを組み合わせることにより、汎用性の高いオプトジェネティクス研究システムが得られた。すなわち、急性脳スライスなどの標本を用い、任意の関心領域に対し高い空間解像度と時間分解能でパラレル光刺激することが、容易になった。

本研究においては、また、オプトジェネティクス研究に最適化された動物モデルと光学系を開発した(Ji et al., 2012; Umeda et al., 2013; Sakai et al., 2013)。24年度が最終年度であるため、記入しない。23年度の研究で、樹状突起入出力の解析に必要なトランスジェニック動物と多点並列光刺激システムを組み合わせた実験系を確立した。したがって、今後の研究に向けて、技術的な困難のほとんどを解決した。平成23年度の研究において確立した実験系を駆使し、樹状突起部位に特有の入力-応答特性の解明およびその基盤となるイオンチャネルの同定、連合/交連(A/C)入力に対する苔状線維(MF)入力や貫通線維(PP)入力の促進効果の定量的評価、MF入力やPP入力が、A/C入力のLTP/LTD可塑性に影響する大きさ及びタイミングの定量解析、樹状突起の情報処理ダイナミクスに対する、ニューロモジュレータの制御様式とそのメカニズムの解明、を行い、ニューロン等価回路のネットワークモデルを構築する。
機能性高分子／金属ナノ粒子複合体の作製とその有害物質吸着特性解析

本研究では、高分子ゲル中で金属ナノ粒子を合成し、機能性高分子/金属ナノ粒子複合体を作製した。複合体の作製条件と粒子径の関係を示し、高分子ゲルまたは、金属粒子の作製条件を変えることで粒子径を制御可能であることを明らかにした。また、複合体を有害金属イオン吸着剤や有機物分解触媒として応用した時の粒子径と吸着特性、分解特性との関係を示し、複合体の作製条件によりそれらの特性を制御可能であることを示した。以上より、高分子ゲル中での反応は、簡便で省エネルギーな反応場であり、有機/無機複合体を簡便に製作可能な方法であることを明らかにした。今後、液相反応、気相反応以外の新しい反応場としての応用が期待できる。今年度は、高分子ゲル内で、鉄や銅などの金属イオンの還元反応を行うことで金属ナノ粒子を作製し、高分子ゲル内部に金属粒子を重量で約1520%含有する金属ナノ粒子複合体を作製することに成功した。水中でアミノ基がプロトン化してOHーを生成するジメチルアミノプロピルアクリルアミド(DMAPAA)を用いて作製したゲルでは、生成したOH-はゲル内に留まるため、還元剤を添加しなくてもゲル内で金属微粒子を生成できることが明らかになった。また、モノマー濃度や架橋剤濃度などの合成条件を変えると、粒子径や粒子含有率が変化することが明らかになった。さらに、酸化銅粒子との複合体を作製する際に銅イオン源として陰イオンの異なる硫酸銅溶液、塩化銅溶液、酢酸銅溶液を用いた場合、陰イオンのイオン化傾向の違いにより生成物質の組成が異なることが明らかになった。以上より、高分子ゲル内で粒径を制御した金属ナノ粒子を含む複合体を作製するために適切なゲル及び金属ナノ粒子の合成条件を明らかにするという当初の目標は達成された。一方で、粒子径が10 nm程度まで小さくなるとゲルの網目よりも小さくなるため、一次粒子が凝集して200nm程度まで大きくなってしまうことが分かった。今後は粒子が高分子ゲル内で発生、成長する機構を明らかにし、反応場である高分子ゲルのネットワーク構造およびネットワークの種類を変化させることで粒子径を制御できればさらに良い複合体が作製できると考えられる。作製した金属ナノ粒子/高分子ゲル複合体の応用分野として吸着材が考えられるが、そのためには、ゲル内部での粒子の凝集を抑制し比表面積を向上することが重要である。また、金属イオンがゲル内で、金属水酸化物や酸化物あるいは原料に由来するその他の化合物に変化する機構を明らかにして、複合体に含まれる金属粒子の含有率を50%程度まで高める方法を検討することも必要である。感温性高分子/磁性ナノ粒子複合体を作製し、複合体中の磁性ナノ粒子を磁場印加により発熱させて感温性高分子の相転移を引き起こすことが可能かを検証した。まず、複合体の合成条件として塩化鉄イオン溶液中で膨潤し塩化鉄溶液を取り込むことが可能なゲルの合成条件、塩化鉄溶液濃度を検討し、濃度が高いほどゲルが膨潤しにくくなりゲル内に取り込まれる塩化鉄溶液量が減少することが明らかになった。一方、塩化鉄溶液濃度が低いと粒子含有率も低くなるが、FeCl2/FeCl3 = 0.2/0.4 mol/Lを超えるとゲル内に溶液が取り込まれなくなり、粒子含有率が急激に減少した。そのため、0.05/0.1 0.2/0.4 mol/Lの溶液濃度で合成することが適していることが判った。また、ゲル内に取り込まれた塩化鉄溶液から磁性粒子(マグネタイト)の生成に適した外部アルカリ溶液の濃度や反応温度を検討し、NaOHを単体溶液で用いるよりも、NaOHとNaBH4の混合溶液を用いた方がマグネタイト粒子の生成が促進されることが判った。さらにNaBH4の濃度が高くなるほどマグネタイト粒子の結晶子径が大きくなることが判った。また実際に複合体に交流磁場を印加して、その発熱特性を検討し、磁性粒子を内包すると交流磁場印加によって温度が上昇しており発熱していることが確認できた。磁性粒子直径と発熱量の関係を検討し、10 nm付近の粒子の発熱量が大きいことが分かった。そこで、ゲル中で磁性粒子を作成する際に磁性粒子を最適な粒子径まで成長させることによって、発熱量が大きくなる傾向が得られたが、粒子径が発熱量に及ぼす明確な影響はさらに検討を重ねる必要がある。また、粒子含有率が大きいほど温度上昇が大きくなることが明らかになった。さらに粒子含有率がほぼ同じ複合体でも、含有される粒子の特性によって発熱量が異なることも明らかになった。機能性高分子/金属ナノ粒子複合体の合成条件の検討:複合体についてXRD測定を行い、内部にFe3O4粒子が生成していることを確認した。また、ゲル内の粒子含有率は塩化鉄濃度の増加とともに大きくなるがFeCl2が0.2 mol/L付近で極大となり、それ以上の濃度で急激に減少した。これは溶液濃度が高いほどゲルの膨潤が低下し、ゲル内に取り込まれる溶液量が減少したため取り込まれる鉄イオンの量が制限されたためと考えられる。従って、0.050.2 mol/Lの溶液濃度で合成することが適していることが判った。さらに、アルカリ溶液が磁性粒子生成に及ぼす影響を検討し、NaBH4を加えることで粒子含有率が増加し、NaBH4濃度が高くなるほど結晶子径が大きくなり、NaBH4 = 0.1 mol/L以上で合成するとマグネタイトの結晶ピークが強くなるため、0.1 mol/Lで合成するのが適していることが判った。

以上、高分子ゲルと磁性ナノ粒子複合体の合成に関して最適な条件が明らかになったので、本項目に関する目標は達成できた。複合体の機能発現性の検討:ゲルに磁性粒子を内包した場合でもゲル本来の感温性を示すかどうかを検討するために、円柱状ゲルと磁性粒子内包円柱状ゲルの膨潤径を比較した結果、どちらも転移温度付近でその体積を大きく変化させており、親疎水転移を引き起こしていることが判った。また、転移温度にも変化は見られず、ゲルのみの場合と同様に親疎水転移を引き起こすことが確認できた。従って本項目に関する目標は達成できた。複合体の吸脱着特性吸脱着特性/最適操作条件の検討:磁性粒子を内包した複合体に800kHzの磁場を印加すると交流磁場印加によって温度が上昇しており、発熱が確認できた。具体的な、吸脱着実験は実施できていないが、ゲルの親疎水転移は確認できたので、本項目に関しても、ほぼ目標は達成できたと考えられる。昨年度の研究で感温性ゲル/磁性体微粒子複合体作製時にゲルを浸漬する塩化鉄溶液濃度が一定値を越えると粒子含有率が急激に減少することが明らかになった。そのため、側鎖にエチレングリコールを持ち塩化鉄溶液中での膨潤度がN-isopropylacrylamide (NIPA)よりも大きなtriethyleneglycoleacrylate (TEGA)ゲルを用い粒子含有率の向上を試みた。TEGAゲルは塩化鉄溶液の増加に対する膨潤度の低下がNIPAゲルよりも緩やかで、NIPAゲルよりも多くの塩化鉄溶液を取り込むことが可能となったため粒子含有率はNIPAゲルを用いた場合の約2倍になった。次に複合体の磁場発熱特性を検討するためガラス容器中に蒸留水量3 m Lに作製時の塩化鉄濃度の異なるNIPAゲル複合体、TEGAゲル複合体0.15gをそれぞれ添加し、容器外部に設置したコイルに450W、800 kHzの交流電流を与えて磁場を発生させた。いずれの複合体も、粒子含有率が高いほど発熱量が高く、最大1°C/minの温度上昇が見られた。しかし、磁性体単位重量あたりの発熱量を計算するとFeCl2/FeCl3=0.2/0.4 mol/Lで作製した複合体の発熱量が最も大きかった。生成した複合体中の磁性粒子の平均粒子径は塩化鉄濃度が高いほど大きくなるが、粒子径が20nmを越えると発熱量が低下し、今回の周波数では、平均粒子径11nmの時に最大になった。さらに金属水酸化物とゲルの複合体の吸着剤への応用として、イオン性高分子の4級化DMAPAAと水酸化鉄粒子の複合体を合成し、ヒ素(ヒ酸)の吸着特性を検討した。水酸化鉄含有量向上のためにモノマーと塩化鉄溶液を混合し、アルカリ溶液中でゲルと水酸化鉄粒子を同時合成することで、粒子含有率が53.4wt%まで増加した。ヒ酸の複合体への最大吸着量は156.4 mg/gであった。本研究では、高分子ゲル中で金属ナノ粒子を合成し、機能性高分子/金属ナノ粒子複合体を作製した。複合体の作製条件と粒子径の関係を示し、高分子ゲルまたは、金属粒子の作製条件を変えることで粒子径を制御可能であることを明らかにした。また、複合体を有害金属イオン吸着剤や有機物分解触媒として応用した時の粒子径と吸着特性、分解特性との関係を示し、複合体の作製条件によりそれらの特性を制御可能であることを示した。
超高速中性子と高レベル廃棄物の有効利用による革新的核変換核融合炉の提案

核融合炉に長寿命核分裂物質を含むCsを装荷した場合の、核変換量、生成核種、核発熱等評価のための中性子輸送解析及び燃焼解析を実施し、核融合中性子による消滅処理の妥当性検討を行った。ブランケット材の溶融塩Flibe (LiF-BeF2)にCsFを混ぜ込んだ体系にて数値解析を実施し、核融合出力1 GWtに対してCs-135の消滅量は1年あたり7.4 kgとなり、サポートファクターとして15程度になるとの結果を得た。さらに、LiF-BeF2-CsFの三元系溶融塩に対し分子動力学計算によって熱物性評価を実施した。CsFモル比を10%以下に抑えることが出来れば熱物性への影響は大きくないことを確認した。発熱各種であるCs-137及びSr-90に対しても同様の数値解析評価を実施した。当該核種は中性子吸収断面積が極めて小さいため、高エネルギー核融合中性子によるノックアウト反応を利用した核変換を期待したが、十分な消滅量となるような装荷条件等は現状得られていない。核変換システムを有する核融合炉を導入した場合の、核燃料サイクルにおける重元素のインベントリ推移について、簡単なシステムダイナミクスコードを作成し評価した。熱出力がそれぞれ1 GWt、2 GWtの核融合炉導入により、国内におけるMA核種のインベントリは平衡に達することを確認した。核融合炉による核変換によりMAの大部分はPu-238へと変わるため、これらを高速炉に装荷した場合の炉心成立性を中性子輸送解析により評価した。Pu-238の核分裂断面積はPu-239と比して小さいため、実効増倍係数は単純に低下するものの、運転期間に伴う実効増倍係数の減少は抑えられえおり、条件を見直すことでより長期間運転が可能となる新燃料を提案できる可能性があることが示唆された。これまでのMAに加えて、長寿命核分裂生成物に対する核変換量や発熱密度、そして装荷条件等の検討が進んでいること、それらを添加した溶融塩の熱物性予測が進んでいること、核変換後に生成した余剰Puの高速炉燃料適用性について評価が進んでいること等から、予定通りに研究が進んでいると判断した。平成30年度に検討したCs-135に加え、残りの長寿命核分裂生成物について同様の評価を進める。溶融塩として添加できる核種の検討に加え、各核種に対する消滅量などを中性子輸送解析及び燃焼解析によって評価する。さらには複数の長寿命核分裂生成物を含む元素の添加を検討し、添加量の制限等の評価に加え、多元系溶融塩に対する熱物性の数値解析手法の開発を実施する。MA装荷位置は安全性の観点からダイバータ下部を候補として検討を進めてきているが、近年リミターダイバータをインボード側に設置する案が提案されている。これを受け、逆のアウトボード側にMAを装荷すれば、高熱負荷を回避するだけでなく、緊急時において自然対流を利用した冷却機構も備えられる可能性がある。以上から、非対称のプラズマ配置となる炉設計の可能性を検討し、各条件における最適なMA装荷位置や装荷量限界等の検討を進める。MA燃料は冷却材との共存性やこれまでの研究実績等から、酸化物燃料を第一候補として検討している。MAのみを含んだ核燃料データベース充足のため、MAの混合酸化物系におけるCALPHAD法を用いた状態図評価手法の確立を目指す。CALPAHD法における種々の熱力学モデルに対し、アクチノイドのような5f軌道の電子をもつ元素に対してもギブズエネルギーが正しく評価できるのかを検討する。核融合炉にマイナーアクチノイドを装填した場合の、核変換量、生成核種、発熱等評価のための中性子輸送解析及び燃焼解析を実施し、特に冷却材の影響に着目して解析を行い各冷却材の特性を評価した。高レベル放射性廃液(HLLW)の成分・組成を非放射性の成分により模擬した硝酸水溶液中からの発熱性核種(Cs、Sr)の分離のため、含浸吸着材を創製した。その含浸吸着材の基本特性は、吸着材表面に抽出剤の析出は認められず、十分に抽出剤が含浸されていることがわかった。エネルギー分散型X線分光法により含浸吸着材にCs及びSrの吸着を確認した。また、MA燃料の窒化物は熱出力密度の点からは望ましく、従来の研究よりAn-N(An: U, Pu, Am, Np, Cm)が調製されてきた実績があり、文献調査の結果、Am、Cm等を含むMA燃料、窒化物については熱力学データが極小であり、第一原理CALPHADの支援での相図作成が重要であるとの結果を得た。さらに、液体重金属冷却材とワイヤースペーサーを採用したMA核変換部の成立可能性を検討した。核変換部の冷却材は低融点(125°C)で中性子減速効果の小さい鉛ビスマス共晶合金(LBE)とし、成立に向けた様々な技術的課題を整理した。ワイヤースペーサー設置環境における構造材料の腐食挙動の解明を重要課題として、LBE強制流動ループやフレッティング(擦過)試験装置を用いた材料健全性に関する実験研究に開始した。一方、安全性の観点からMA核変換部を核融合炉真空容器(境界)外側に配置する概念案を検討した。大型ポート(1m×2m)の末端に設置する真空閉止板を介して高速中性子を核変換部に導く構造とした。金属製真空閉止板で生ずる核発熱(0.6MW)を徐熱するための冷却チャンネル(37kg/s/port,5MPa)を設計した。

安全性を含めた全体の設計の指針が得られてること、MA燃料装荷部の核熱設計により冷却材の違いによるMA変換量・トリチウム増殖比・発熱密度の評価が進んでいること、分離用の吸着材の特性評価と燃料形態の考察が進んでいること、液体金属ループが完成し実験を開始していることから、予定通りに研究が進んでいると判断した。核融合炉に長寿命核分裂物質を含むCsを装荷した場合の、核変換量、生成核種、核発熱等評価のための中性子輸送解析及び燃焼解析を実施し、核融合中性子による消滅処理の妥当性検討を行った。ブランケット材の溶融塩Flibe (LiF-BeF2)にCsFを混ぜ込んだ体系にて数値解析を実施し、核融合出力1 GWtに対してCs-135の消滅量は1年あたり7.4 kgとなり、サポートファクターとして15程度になるとの結果を得た。さらに、LiF-BeF2-CsFの三元系溶融塩に対し分子動力学計算によって熱物性評価を実施した。CsFモル比を10%以下に抑えることが出来れば熱物性への影響は大きくないことを確認した。発熱各種であるCs-137及びSr-90に対しても同様の数値解析評価を実施した。当該核種は中性子吸収断面積が極めて小さいため、高エネルギー核融合中性子によるノックアウト反応を利用した核変換を期待したが、十分な消滅量となるような装荷条件等は現状得られていない。核変換システムを有する核融合炉を導入した場合の、核燃料サイクルにおける重元素のインベントリ推移について、簡単なシステムダイナミクスコードを作成し評価した。熱出力がそれぞれ1 GWt、2 GWtの核融合炉導入により、国内におけるMA核種のインベントリは平衡に達することを確認した。核融合炉による核変換によりMAの大部分はPu-238へと変わるため、これらを高速炉に装荷した場合の炉心成立性を中性子輸送解析により評価した。Pu-238の核分裂断面積はPu-239と比して小さいため、実効増倍係数は単純に低下するものの、運転期間に伴う実効増倍係数の減少は抑えられえおり、条件を見直すことでより長期間運転が可能となる新燃料を提案できる可能性があることが示唆された。これまでのMAに加えて、長寿命核分裂生成物に対する核変換量や発熱密度、そして装荷条件等の検討が進んでいること、それらを添加した溶融塩の熱物性予測が進んでいること、核変換後に生成した余剰Puの高速炉燃料適用性について評価が進んでいること等から、予定通りに研究が進んでいると判断した。核変換機能が核融合ブランケットの工学的成立性に及ぼす影響をより定量的に評価するための数値解析を実施するとともに、提唱するシステムの核燃料サイクルという観点からの評価を行う。また、現状定量的な値が得られているとは言い難い核融合用溶融塩の熱的な物性値について、数値解析及び実験による評価を実施する。また、含浸吸着材の吸着性能及び分離性能を模擬HLLWを用いたバッチ吸着試験、小規模な吸着材充填カラムを用いた分離試験等から評価を行い、最適条件を検討する。第一原理CALPHADについても計算方法を京大計算環境機構でのアカウント取得により進める方向である。試験片の詳細な金属組織分析を実施する計画である。更に、流動による流動励起振動の発生を想定し、ワイヤースペーサー周辺のフレッティング(擦過)現象と腐食現象との相乗効果を調べる計画である。安全性に関しては、核変換部をポート外部に設置する場合、核融合炉本体とMA核変換部を切り離せるため、安全性確保が比較的容易になるが、最大装荷量の観点で不利である。
二分決定グラフを用いたプログラム検証の自動化に関する研究

今年度は、前年度に得られた結果を項書換え系完備化手続きに応用する研究を行なった。その概要は以下のようにまとめられる。1. KnuthとBendixによって提案された完備化手続きは与えられた等式集合と等価で完備な項書換え系の生成を試みる(半)アルゴリズムである。等式集合を代数的仕様とすれば、完備化手続きは仕様から実行可能なプログラムを生成するコンパイラとみなすことができる。また、定理自動証明など種々の応用において非常に有用な手法でもある。しかし、完備化手続きの結果は与えられた簡約順序に大きく依存する。少なくとも以下の問題点が挙げられる。(a)生成される項書換え系の停止性を保証するための簡約順序を利用者に要求する。(b)簡約順序が不適当な場合、手続きが無限に継続する場合がある。(c)簡約順序が適当な場合にも(完備な項書換え系が存在するにもかかわらず)失敗する場合がある。研究代表者は(b)の問題点を解決するために、平成6、7年度の研究において複数の簡約順序を同時に扱う完備化手続きを提案、実現し、その成果を学術論文誌等に発表している。しかし、提案した手法では(a)の問題点が解決できていなかった。2. 1(a)で述べた問題を解決するため、前年度提案した停止性検証のための二分決定グラフの利用法を平成6、7年度に研究した複数の簡約順序を同時に扱う完備化手続き対して適用し、新たな完備化推論規則を得た。3. 2.で得た完備化推論規則を多くの項書換え系に適用し、その効果を確認した。4.現在も継続して、計算機上での実現及び改良を行っている。これまでの研究業績を国内全国大会、国際会議にて発表し、論文誌に投稿(採録決定)した。今年度は,対象とするプログラムを項書換え系に絞り,その停止性検証の自動化に関する研究を行なった.その概要は以下のようにまとめられる.1.停止性の検証に最もよく用いられる方法は,経路順序と呼ばれるクラスに属する半順序>を適当に定め,すべての書換え規則について(左辺)>(右辺)の成立を確認することである.経路順序は関数記号の集合上の半順序(優先順位)を項の集合上に拡張して得られる.この優先順位を決定する問題は,経路順序の定義と(左辺)>(右辺)という条件を制約とする制約充足問題となる.2.1.で述べた問題に二分決定グラフを適用するために,辞書式経路順序を論理関数として定義した.さらに,優先順位の性質(推移性,非反射性)を推移性条件,非反射性条件として定義し,辞書式経路順序による停止性の証明可能性を論理関数として定義した.3.2.で定義した停止性の証明可能性を表す論理関数を二分決定グラフで発表し停止性を検証するアルゴリズムを考案した.アルゴリズムに基づきLISP言語によりプログラムを作成し,数多くの実験を行なった.4.実験結果に基づき,二分決定グラフの利用の際に重要となる制約順序と変数順序に関する考察を行なった.この考察に基づきプログラムを改良し,効率を改善した.この際,制約順序,変数順位の決定に利用できる幾つかのヒューリスティクスを得ることができた.これまでの研究業績を学会発表,論文誌に投稿(採録決定)した.次年度は完備化手続きに対して,本年度得られた成果を適用する予定である.今年度は、前年度に得られた結果を項書換え系完備化手続きに応用する研究を行なった。
離散対数問題に基づく暗号系の帰着関係の研究

本研究の主要な目標は、離散対数問題に安全性の根拠を置くいくつかの暗号系について、これらを破ることの難しさの順序付けを行い、ある暗号系を破るアルゴリズムが発見された場合は、どの暗号系も破れるのかを明確にすることであった。暗号系としては、Shamirの3パス鍵配送方式、Okamotoの会議用鍵共有方式、ElGamalの公開鍵暗号方式、Bellare-Micaliの忘却伝送方式、Diffie-Hellmanの鍵共有方式の5方式を取り上げ、検討の対象とした。便宜上、それぞれを破る問題を3PASS,CONF,EG,BM,DHと表すことにする。検討の結果、以下のような事実を証明した。・これらの方式を破る問題の帰着関係は、共通の素数pを法とする有限素体上で、・素数位数の楕円曲線の上で暗号系を構築した場合も、これらの暗号系を破る問題は多項式時間many-to-one帰着の意味ですべて同等となる。以上の成果は、平成7年5月にフランスで開催予定の暗号理論の国際会議(Eurocrypt'95)において公表される。
初期キリスト教の生活世界・言語世界・思想世界

本研究の課題を簡潔に述べるならば、それは、(ア)初期キリスト教をその担い手たちの属していた生活世界という広い文脈の中で促え直すこと、(イ)それが生み出した教典文書の言語に着目し、そこにいわば埋めこまれた世界観を浮び上がらせること、(ウ)そうした作業を通じて初期キリスト教の思想的個性を明らかにすること、の3点にあった。以上の研究成果の概要を以下に記す。(1)土屋博『聖書の中のマリア』は、新約聖書、特にルカ福音書に現われたマリア像の検討を通じて初期キリスト教におけるマリア伝承の由来をさぐり、さらにその伝承の歴史的展開をあとづける試みであり、(ア)と(ウ)に関係する。(2)同「ケリュダマとレトリック」は新約聖書研究の新らしい手法であるレトリック批評を教典研究史ならびにその背景としての思想史的文脈に位置づける試みであり、(イ)と(ウ)に関わる。(3)宇都宮輝夫「キリスト教の啓示論」「キリスト教の弁証と宣教」は、キリスト教が世俗化した現代社会の世界観とどのように対決し自らを維持したのかを探究した。これらは(ア)を現代キリスト教史の場面で考案したものである。(4)同「近代社会と宗教」「合理的思惟と宗教」は、近代社会特有の生活世界の構造と認知様式を描き出し、そうした社会における宗教の基礎と機能を明らかにした。これらは(ア)を一般論レヴェルで考察したものである。(5)佐々木啓「ヨハネ福音書におけるいくつかの文体的特徴の統合的把握の試み」「ヨハネ福音書とエピクテ-トス『語録』の文体比較再考」は、一般言語学理論・文学理論等をヨハネ福音書へ適用し、さらに同福音書と同時代の文書とを比較することによってヨハネの言語使用上の特徴を示し、それを通してヨハネ福音書の個性的な思想やその背後にある集団の個性を明らかにした。これらは(イ)と(ウ)に関わる成果である。本研究は、初期キリスト教の生活世界と言語と思想を探求し、さらにそれらを突き合わせてその相互連関を解明しようとするものであった。その具体的な研究方法については、交付申請書に四点にわたって記載しておいた。それぞれの点に関してどのような成果があげられたかを以下に順次述べて行く。(1)従来の歴史的・批判的方法に基づく聖書研究は、本研究の基礎作業である。この方面の成果は、土屋の著書と佐々木の論文において公表された。(得られた新知見は、その内容を逐一具体的かつ詳細に述べなければ意味がないので、字数制約上、割愛せざるをえない。)(2)生活世界の構造、生活世界と宗教との関わりという宗教社会学上の一般理論的考察は、宇都宮の論文「宗教者と精神科医」において成果の一部が展開されている。それによれば、生活世界に固有の世界観は、そこでの生活様式に規定され、それと対応関係にある。そして生活世界の世界観は、その基本が何らかの象徴体系のうちに折出してくるが、それが個々の具体的宗教である。従って、個々の宗教の意味は、それが言語的文法的に事実命題として語ることのうちにあるのではない。宗教の力は、それが象徴している世界観との連関のうちにのみあり、それを脱け出ては人々への作用力も失わざるをえないのである。(3)佐々木論文は、最近の一般言語学理論、言語哲学、文学理論等をヨハネ福音書研究に適用しつつ、そこに見られる言語使用上の特徴、具体的には代名詞の使用状況に注目し、ヨハネ福音書の独特な言語戦略を明らかにした。

例えば、ヨハネでは一人称代名詞の多用が認められるが、文脈依存性という代名詞の基本機能から考えて、それは直接的にはイエスが語るという形をとりつつ実はイエスについて語る物語方法なのである。本研究の課題は次の3点であった。(ア)初期キリスト教をその担い手たちの属していた生活世界という広い文脈の中で促え直すこと、(イ)それが生み出した教典文書の言語に着目し、そこにいわば埋めこまれた世界観を浮び上がらせること、(ウ)そうした作業を通じて初期キリスト教の思想的個性を明らかにすること。上記の研究課題の成果を以下に記す。(イ)土屋博『聖書の中のマリア』は、新約聖書、特にルカ福音書に現われたマリア像の検討を通じて初期キリスト教におけるマリア伝承の由来をさぐり、さらにその伝承の歴史的展開をあとづける試みであり、(ア)と(ウ)に関係する。(2)同「ケリュグマとレトリック」は新約聖書研究の新らしい手法であるレトリック批評を教典研究史ならびにその背景としての思想史的文脈に位置づける試みであり、(イ)と(ウ)に関わる。(3)宇都宮輝夫「キリスト教の啓示論」「キリスト教の弁証と宣教」は、キリスト教が世俗化した現代社会の世界観とどのように対決し自らを維持したのかを探究した。これらは(ア)を現代キリスト教史の場面で考察したものである。(4)同「近代社会と宗教」「合理的思惟と宗教」は、近代社会特有の生活世界の構造と認知様式を描き出し、そうした社会における宗教の基礎と機能を明らかにした。これらは(ア)を一般論レヴェルで考察したものである。(5)佐々木啓「ヨハネ福音書におけるいくつかの文体的特徴の統合的把握の試み」「ヨハネ福音書とエピクテ-トス『語録』の文体比較再考」は、一般言語学理論、文学理論等をヨハネ福音書へ適用し、さらに同福音書と他の同時代の文書とを比較することによって、ヨハネの言語使用上の特徴を示し、それを通してヨハネ福音書の個性的な思想やその背後にある集団の個性を明らかにした。これらは(イ)と(ウ)に関わる成果である。
ナノスピン構造観測用近視野磁気光学顕微鏡

本報告書の章立ては下記の通りである。第1章序論第2章近接場光学概説第3章開発した近視野磁気光学顕微鏡装置第4章光ファイバープローブの評価第5章透過型SNOMを用いた磁気光学像の観察第6章Co薄膜微細パターンの作製とSNOMによる観察この報告書では、はじめにエバネセント光を用いた近接場顕微鏡の原理および他機関で行われている関連する研究について概説する。次いで、試作した装置の各部の詳細について述べる。特に、光ファイバープローブの偏光特性の測定結果を報告する。次に、本研究で開発した装置を用いた微小領域磁性の観測結果について報告する。観察対象としては、NHK放送技術研究所で作製された磁性ガ-ネットMOディスクの記録パターン、日立製作所(株)中央研究所で作製されたプラチナコバルトMOディスクに日立マクセル(株)において光磁気記録されたパターン、および、東京濃工大学ベンチャービジネスラボラトリ-において集束イオンビーム法を用いて製作した磁性体微細構造を使用した。磁性ガ-ネットMOディスクについては光強度変調(LIM)方式で記録された円形のビットを明瞭に観測することができた。一方、プラチナコバルトMOディスクについては、磁界変調(MFM)方式で記録された矢羽型の記録ビットを明瞭に観察することに成功した。プラチナコバルトのファラデー回転は非常に小さいので、PEMを用いて高感度化を図った。磁性体微細パターンについては、AFMによるトポ像と磁気光学像とが一致し、磁気光学SNOM用の標準パターンとして用い得ることがわかった。磁気光学像の分解能は使用したレーザ波長の約1/5の100nmであった。本年度は、近視野磁気光学顕微鏡の基本的な設計を行い、それに基づき反射型原子間力制御近視野光学顕微鏡を試作した。従来の近視野光学顕微鏡では光源としてアルゴンレーザなどの気体レーザを用いるため装置が大がかりになる欠点があったが、本機では半導体レーザを光源として用いることによってコンパクトな装置にまとめた。また、散乱光を反射型配置によって検出できるよう検出用光学系を新たに設計した。とくに、極カー効果および縦カー効果のどちらにも対応できるよう、検出系の鏡筒を傾けられるようにした。本研究の目標は、磁性体微細構造の磁気光学的研究である。磁気光学効果の検出については平成8年度に取りかかることになっている。今年度は、この準備として磁性体ナノ構造の物性についてのサーベイを行い、近視野磁気光学顕微鏡が果たす役割を検討した。これとともに、磁性体/半導体ヘテロ構造の薄膜試料を作製し、測定に備えて準備した。近視野(近接場)顕微鏡(SNOM)は、光ファイバーの先端をとがらせ、開口部を光学的回折限界以下のサイズとした光ファイバーからしみ出すエバネセント光を用いた微小領域観察法である。今年度の研究では、前年度に購入したSNOM装置を磁気光学効果測定用に改造し、微小な磁区を観察した。まず、透過型SNOMのセッティングで、磁性ガ-ネット薄膜に光磁気記録された微小ビットを観察した。この方法で直径0.5μm程度のサイズの微小ビットの形状を観測することに成功した。次に、光ファイバープローブの偏光伝達特性の測定を行った。この研究から先端に曲げたファイバーは1/4波長板と同様の偏光伝達特性をもつことを見いだした。また、製法によっては直線偏光の伝達されないものも見られ、出力光は一般に楕円偏光で、軸比はよいものでは1:20悪いものでは1:3と、大きくばらついた。軸比の小さなものでは、通常のクロスニコルでは十分な磁気光学像を得ることができない。

これを解決するためにPEM(光弾性変調器)を用いて高感度化をはかり、1:6程度の軸比のプローブでもよい磁気光学像を得られることを明らかにした。次に、反射型SNOMのセッティングについて検討した。これと同時に、装置の小型化をめざし光源として波長635nmの半導体レーザーを採用した。これを用いて測定したCrの微細パターンの通常の光学像はほぼAFMによるイメージと一致し、分解能として130nmを得た。ハードディスクに面内磁気記録された微小記録領域を観測することに成功した。近視野(近接場)顕微鏡(SNOM)は、光ファイバーの先端をとがらせ、開口部を光学的回折限界以下のサイズとした光ファイバーからしみ出すエバネセント光を用いた微小領域観察法である。前半度までの研究でAFMのカンチレバ-を兼ねた湾曲したファイバープローブでも偏光伝達特性が優れたものがあること、これを用いて透過型のSNOMを構成し、磁性ガ-ネット薄膜MOディスクに記録された0.5μmの微小ビットの磁気光学画像を明瞭に観測することに成功した。今年度の研究では、前年度までに試作したPEM(光弾性変調器)を用いた磁気光学像測定装置を用い、透過型のセッティングを使って微小領域磁性の観測に挑んだ。特に、非常に多数のファイバープローブについて偏光伝達特性を測定し、最適のファイバーを探すことを入念に行った。こうして選ばれたプローブを用い、プラチナコバルト人工格子薄膜MOディスクにに磁界変調法で光磁気記録された0.5μm程度の矢羽型の微小記録ビットを100nm程度の解像度で観測することに成功した。次に、集束イオンビーム(FIB)装置を用い、5μm×5μm、1μm×1μmの正方形のパターンを作製し、同じく偏光変調法を用いて磁気光学像を観測した。この像はトポ像ともほぼ対応し、変調の位相の変化によって像の明暗が反転することから、磁気光学像であると結論された。このように、近視野顕微鏡を用いて100nm程度の分解能で明瞭な磁気光学像を得ることが出来るようになり、所期の目的を達成することができた。