hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
液体水素と超電導の複合システム

本研究の目的は,液体水素-超電導機器の複合化によって,クリーンで高効率にエネルギーを利用できるマイクログリッドの実現可能性を示すことである。本研究によって,地球環境問題やエネルギー資源の枯渇の問題を解決できる水素-超電導社会の実現を促すことができる。このために,太陽光発電や風力発電などの再生可能であるが変動が大きな自然エネルギー源からの電力を有効に貯蔵・再利用するための水素貯蔵や超電導磁気エネルギー貯蔵装置(SMES),燃料電池(FC)による発電,一般電力機器,水素製造機,およびパイプラインによる液体水素輸送,超電導直流送電などからなるシステムモデルを作成した,作成したマイクログリッドモデルにおいて,高品質な電力供給が可能であることが分かった。さらに,省エネルギーが期待される液体水素と超電導によってエネルギーを輸送する,液体水素-超電導ハイブリッドエネルギー輸送システムを提案した。FCによる電力換算500MW相当の液体水素と2.7GW超電導ケーブルの複合エネルギー輸送システムを設計し,総合損失を求めた。検討の結果,ハイブリッドエネルギー輸送システムは,従来のCVケーブルよりも損失を低減できる可能性を示した。また,貯蔵性のエネルギー源である液体水素とFCの組み合わせにより,電力需要のピークが送電容量を超える際に,4時間程度,最大2倍程度のピーク電力を補償できることが分かった。また,変動の大きな自然エネルギー発電源からの電力を平滑化するためには何らかのエネルギー補償装置が必要だが,高効率・高応答性を持つSMESだが,初期設置コストが高価であるため,コストを低減することは重要である。本研究では,SMES容量を低減するための手法としてカルマンフィルタによる電力変動予測を行い,電力の変動成分を適切に分解しFCとSMESに分担させることでSMES容量を低減させることに成功した。本研究の目的は,液体水素-超電導機器の複合化によって,クリーンで高効率にエネルギーを利用できるマイクログリッドを実現できることを示すことである。実際のインフラ整備におけるモデルを提案することで,もはや一刻の猶予もない地球環境問題やエネルギー資源の枯渇の問題を解決できる水素-超電導社会の実現を促すことができる。このために,太陽光発電や風力発電などの再生可能であるが変動が大きな自然エネルギー源からの電力を有効に貯蔵・再利用するための水素貯蔵や超電導磁気エネルギー貯蔵装置,燃料電池による発電,一般電力機器,水素製造・液化機,マイクログリッド外電力系統,およびパイプラインによる液体水素輸送,超電導直流送電などからなるシステムモデルを作成した,作成したモデルにおいて,提案したマイクログリッドは,高品質な電力供給が可能であることが分かった。また,本マイクログリッドに必要とされる超電導磁気エネルギー貯蔵装置の最適な容量を調査した。省エネルギーが期待される液体水素と超電導によってエネルギーを輸送する,液体水素-超電導ハイブリッドエネルギー輸送システムを提案した。将来において有望とされる水素が社会のさまざまな分野で利用されるようになるとすると,その輸送方法を検討しておくことは重要である。燃料電池による電力換算500MW相当の液体水素と2.7GW超電導ケーブルの複合エネルギー輸送システムを設計し,総合損失を求めた。検討の結果,今回提案したハイブリッドエネルギー輸送システムは,従来のCVケーブルよりも損失を低減できる可能性を示した。また,貯蔵性のエネルギー源である液体水素と燃料電池の組み合わせにより,電力需要のピークが送電容量を超える際に,4時間程度,最大2倍程度のピーク電力を補償できることが分かった。
リニア・インパクトを見据えた都市戦略―名古屋駅の再編をめぐるまちづくり体制の構築

名古屋駅のリニア中央新幹線開業まで、8年となった。この8年で名古屋駅西側の企業構成も地域社会も、大きく変わる。この地のローカルレベルの主体が、いかなる意志を持ち、いかなるアクションを起こすか。「駅東」とは違う「駅西」の魅力を残しつつ、持続可能な発展をとげるには、この地域主体のこれから数年の動向が極めて重要である。大手ディベロッパーやナショナルチェーンが席巻する「駅東」と差別化をはかり、地域経済循環を引き起こし、地域文化を発展させること。これが、「駅西」まちづくりの課題である(林2016,社会調査実習林班2015・2016・2018・2019,別所・林編2017,林2018,林編2018,林2019)。(1)2018年度、本研究室は、「駅西銀座通商店街」の遊休不動産や潜在資源を活用する「エリアリノベーション」を引き起こし、「駅西」の新たなまちづくり戦略を構築、実践することを目指した。「駅西まちづくり会議」を定期開催し、エリアリノベーション戦略を議論した。(2)その成果は、「『リニア・インパクト』を見据えた稼ぐまちづくり運動の行方ー名古屋駅西側の再編をめぐるエリアリノベーション戦略」として『東海社会学会年報』に投稿した。これは、近年広がりを見せる「稼ぐまちづくり」(木下斉・清水義次など)を<草の根のネオリベラリズム>として社会学的に分析する意義を持つ。(3)アウトリーチ活動として、本研究室主催による「エキニシノミライ」(2019年3月2日、中村区役所講堂)を開催した。ここでは、「駅西まちづくり会議」および名古屋市役所市民経済局「商店街商業機能再生モデル事業」のなかで生まれた「喫茶モーニング」というリノベーション事業の構想を市民に報告した。(1)地域社会学会・東海社会学会で駅西モノグラフの一端を発表し、議論を深めることができた。(2)「駅西まちづくり会議」を定期開催し、その集大成として「エキニシノミライ」を開催し、80名の参加者があった。(3)また、本プロジェクトを名古屋市立大学「社会調査実習」とも連動させ、教育にも波及効果があった。このように、地域研究・調査教育・社会貢献を連動させ、成果が出た。しかし、アウトリーチ活動であるシンポジウムの開催が3月2日開催となったため、その報告書の完成が年度をまたいでしまった。引き続き、「都市再生」政策とリニア再開発が迫る名古屋駅西のモノグラフを執筆していく。また、『リニア開発主義の構造と主体』という書籍の刊行に向けて、名古屋圏の社会学者と研究会を組織した。これは、2000年前後から始まる「都市再生」政策や2027年のリニア開通に向けて進む名古屋駅周辺の再開発によって、名古屋都市圏の都市空間がいかに変化していくかを社会学的に考察する研究である。名古屋駅西側地区(駅西)は、リニア開発に対峙するために、どのような「まちづくり体制」を構築するかを探究してきた。第1に、まちづくり会社の先進事例を視察した。「土地の所有と経営の分離」により再生をはかった「高松丸亀町商店街振興組合」、大都市部のエリアマネジメント団体の先駆である「大手町・丸の内・有楽町地区まちづくり協議会」、名駅東の「名古屋駅地区街づくり協議会」などのヒアリング調査を行った。第2に、名古屋市立大学社会調査実習班の学生と共に、メインフィールドである椿町(名古屋駅太閤通口まちづくり協議会)と名古屋駅西銀座通商店街のヒアリング調査を行った。それを基に、日本計画行政学会中部支部に「「リニア・インパクト」を見据えた都市戦略ー名古屋駅西側の再編をめぐる「まちづくり体制」の構築」を投稿し、掲載された。第3に、「リノベーションまちづくり」に関する調査研究を行った。駅西におけるまちづくりの可能性として、清水義次氏らが提唱する「リノベーションまちづくり」がある。11月に「第3回リニア・シンポジウム」を開催し、「現代の家守」清水氏とリニア開通を見据えた名古屋駅西側で、いかなる「公民連携まちづくり」が求められるかを議論した。その後、『名古屋駅西におけるリノベーションまちづくりの可能性ー「現代の家守」と持続可能な都市と地域社会を考える』を刊行した。これらの研究成果を基に、名古屋市立大学市民公開講座・名古屋市教育委員会生涯学習講座・中部経済連合会Next30産学フォーラムなどで成果報告を行った。日本計画行政学会への投稿、リニア・シンポジウムの開催など、予定通り進んでいる。特に、シンポジウムでの「リノベーションまちづくり」の清水義次氏との交流は、学生を含め名市大の研究チームにとって大きな刺激となった。名古屋駅のリニア中央新幹線開業まで、10年となった。この10年で名古屋駅西側の企業構成も地域社会も、大きく変わる。本研究では、駅西が、リニア開発に対峙するために、どのような「まちづくり体制」を構築するかを探究してきた。本研究室は、「駅西銀座通商店街」と「太閤まち協(椿町)」の媒介となり、駅西の遊休不動産や潜在資源を活用する「エリアリノベーション」を引き起こし、「駅西」の新たなまちづくり戦略を構築、実践することを目指した。

その会議・取組の成果は、2017年12月中村区役所にて開催した「第4回リニア・シンポジウム」で一般公開した。ひとつは、駅西銀座通商店街を中心としたエリアリノベーション。もうひとつは、椿町に出現するリニア駅上部空間のパークマネジメントだった。本シンポジウムをもとに『リニア駅上部空間をめぐるパークマネジメント戦略ー名古屋駅西におけるエリアリノベーションの可能性』をまとめた。これらの研究成果を基に、地域社会学会例会、愛知大学人文社会学部ワークショップ、名古屋市立大学市民公開講座、サイエンスカフェなどで成果報告を行った。さらに、エリアリノベーション研究の成果を応用し、『郊外社会の分断と再編ーつくられたまち・多摩ニュータウンのその後』を出版した。「駅西まちづくり会議」を定期開催し、その集大成として「リニア・シンポジウム」を開催し、100名近い参加者があった。その中から、多くの地域の実践者、行政職員とのつながりができ、問題意識を共有できた。また、本プロジェクトを「社会調査実習」とも連動させ、教育にも波及効果があった。地域研究・調査教育・社会貢献を連動させ、それなりの成果が出た。名古屋駅のリニア中央新幹線開業まで、8年となった。この8年で名古屋駅西側の企業構成も地域社会も、大きく変わる。この地のローカルレベルの主体が、いかなる意志を持ち、いかなるアクションを起こすか。「駅東」とは違う「駅西」の魅力を残しつつ、持続可能な発展をとげるには、この地域主体のこれから数年の動向が極めて重要である。大手ディベロッパーやナショナルチェーンが席巻する「駅東」と差別化をはかり、地域経済循環を引き起こし、地域文化を発展させること。これが、「駅西」まちづくりの課題である(林2016,社会調査実習林班2015・2016・2018・2019,別所・林編2017,林2018,林編2018,林2019)。(1)2018年度、本研究室は、「駅西銀座通商店街」の遊休不動産や潜在資源を活用する「エリアリノベーション」を引き起こし、「駅西」の新たなまちづくり戦略を構築、実践することを目指した。「駅西まちづくり会議」を定期開催し、エリアリノベーション戦略を議論した。(2)その成果は、「『リニア・インパクト』を見据えた稼ぐまちづくり運動の行方ー名古屋駅西側の再編をめぐるエリアリノベーション戦略」として『東海社会学会年報』に投稿した。これは、近年広がりを見せる「稼ぐまちづくり」(木下斉・清水義次など)を<草の根のネオリベラリズム>として社会学的に分析する意義を持つ。(3)アウトリーチ活動として、本研究室主催による「エキニシノミライ」(2019年3月2日、中村区役所講堂)を開催した。ここでは、「駅西まちづくり会議」および名古屋市役所市民経済局「商店街商業機能再生モデル事業」のなかで生まれた「喫茶モーニング」というリノベーション事業の構想を市民に報告した。(1)地域社会学会・東海社会学会で駅西モノグラフの一端を発表し、議論を深めることができた。(2)「駅西まちづくり会議」を定期開催し、その集大成として「エキニシノミライ」を開催し、80名の参加者があった。(3)また、本プロジェクトを名古屋市立大学「社会調査実習」とも連動させ、教育にも波及効果があった。このように、地域研究・調査教育・社会貢献を連動させ、成果が出た。
時系列特異的なニューロンサブタイプ分化を制御する転写因子群

未だ謎の多い中枢神経系発生におけるニューロンサブタイプの時系列特異的分化制御機構を解明するために、特定の転写因子のセットが、中枢神経系の全ての領域において、発生後期型の神経幹細胞から発生初期型ニューロンの分化誘導、あるいは発生後期型ニューロンの初期型への分化転換を促すかを、レンチウイルスベクター等を用いた強制発現実験によって検証する。そして、それぞれの転写因子の時系列特異的なニューロンサブタイ分化、あるいはニューロンサブタイプ維持における役割を、主に遺伝子ノックダウンおよびノックアウトにより明らかにする。
福祉国家と教育機会-教育政策における市場原理の導入に関する理論・実証研究-

より多くの教育投資によって貧困の世代間継承が緩和されるのかどうかを明らかにするため、今年度はイギリスの2つのパネルデータを分析した。本研究は、変数の作成方法、分析手法の点で、先行研究の課題を乗り越えるものである。収入に対する教育の効果と子ども時代の貧困の効果、そしてそれぞれの相対的な強さを検討すると、教育投資を拡大することの意義は確かに認められる。しかし、所得の不平等が小さい時代に育った1958年生まれのコーホートと比べ、不平等の拡大期に育った1970年代生まれのコーホートは、教育達成を同等にしてもなお貧困世帯に育つことの不利を解消できていないことが明らかとなった。イギリスでは人的資本の蓄積が政策的に非常に重視されているが、本研究は教育達成の支援を通じてだけではなく、貧困の経験をダイレクトに緩和する政策も引き続き必要であるという示唆を導いた。市場原理の導入に関する理論研究も進めた。義務教育に他の財やサービスと同様の市場原理を導入しようという論理は、その論者も機会の平等を重視していることから、内在的な矛盾を抱えている。教育の分配方法として検討に値する有力な選択肢は、公正に配慮した疑似市場(choice)と、教育の受け手の発言力の活用(voice)であると整理できる。しかし前者は責任-平等主義に依拠して選択肢の増大を重視するが、そもそも責任-平等主義には社会的正義の理論として限界がある。それよりも、個人の積極的自由の増大にとってすぐれているのは潜在能力アプローチであり、そしてそれに適合的なのは後者のモデルだという議論を展開するに至った。本研究の目的は、世帯の貧困が個人の教育達成とその後のライフチャンスに与える影響について、イギリスを事例として実証的に明らかにし、機会の平等化を促進するための社会政策の方向性について検討することである。本年度の成果は、先行研究レビューと実証分析における次の3点にある。1.社会の不平等に関する議論では、不平等の拡大が世代間移動の低下(機会の不平等の拡大)につながることが前提とされることが多いが、この前提をサポートする証拠はほとんど提示されていない。最近の先行研究では、アメリカとイギリスの両方で不平等の拡大が見られるのに対し、流動性の低下はイギリスだけに見られることから、イギリスにおける子どもの貧困の増加が流動性の低下に関連しているのではないかという仮説が導かれる。本研究はこの仮説に対して、マクロレベルの分析(ある時点の社会を1ケースとして、流動性と貧困の程度の関連を見る)ではなく、ミクロレベルの分析(個人を1ケースとして、貧困が社会移動に与える影響を見る)によってアプローチすることにし、世帯パネル調査(BHPS)を用いた分析に着手した。2.高度な産業社会では、十分な教育訓練を受けることが社会移動において重要となる。16歳時の世帯所得は若者の18歳時の教育と職業への非参加に対して有意な効果をもつが、詳細に検討すると、若者本人が16歳時にフルタイム就学したかどうかが重要な効果をもつことが明らかとなる。現在のイギリスの社会政策では社会保障よりも教育訓練への投資が優先されていることの妥当性が認められる(『海外社会保障研究』に発表)。3.世帯所得という連続変数ではなく、貧困というカテゴリカルな変数を用いて同様の分析を行った。16歳時の貧困は若者の非参加に対して効果をもつが、教育達成(取得学歴)に対しては、16歳時の貧困よりも恒常的貧困のほうが重要な効果をもつ。さらなる検討が必要である。本研究の目的は、貧困世帯に育つ子どもが将来貧困に陥るリスクを軽減するために、教育投資の拡大が有効かどうか、それとも他に優先すべき政策があるかどうか、イギリスを事例に検討することである。今年度は昨年度よりも広範な先行研究レビューと、データと方法の吟味を進めたため、分析は途中である。1.貧困(世帯の相対的低所得)の動態的アプローチによれば、貧困は、労働収入の他に世帯構成の変化によっても出入りの見られる現象である。本人の状況に変化がなくても、同じ世帯のメンバーの労働収入または社会全体の平均世帯所得が変化した場合にも出入りが生じうる。個人、世帯、社会の変動を同時にモデル化することは難しいので、教育の効果を検討する際には、個人の選択によって決まる変数だけに着目するほうがよい。2.貧困の世代間継承を説明するモデルには、(1)the economic model、(2)the socio-demographic model、(3)thewelfare-dependency model、(4)the structural modelがある。(3)は実証研究によって支持されない。さらなる教育投資が最優先であることを示すには、(2)と(4)よりも(1)の説明力が強いことを実証する必要がある。(1)は他のモデルと異なり労働収入の側面のみを見るため、労働収入と世帯形成を両方考慮に入れた上で(1)が重要であるという結論を導くには工夫がいる。3.以上に留意し、本人の労働収入の変動にする教育の効果を検討することに課題を絞った。この教育の効果が、貧困リスクの高い世帯形成をする場合、若年期のインセンティブが低い場合には小さくなることが予想される。賃金に反映される教育の収益率の他に、非就業となる確率と非就業状態から就業に至る確率に対する教育の効果を分析している。マクロ社会経済との関連を考察するため、異なるコーホートを対象とする3つのパネルデータを用いている。

収入に対する教育の効果と子ども時代の貧困の効果、そしてそれぞれの相対的な強さを検討すると、教育投資を拡大することの意義は確かに認められる。しかし、所得の不平等が小さい時代に育った1958年生まれのコーホートと比べ、不平等の拡大期に育った1970年代生まれのコーホートは、教育達成を同等にしてもなお貧困世帯に育つことの不利を解消できていないことが明らかとなった。イギリスでは人的資本の蓄積が政策的に非常に重視されているが、本研究は教育達成の支援を通じてだけではなく、貧困の経験をダイレクトに緩和する政策も引き続き必要であるという示唆を導いた。市場原理の導入に関する理論研究も進めた。義務教育に他の財やサービスと同様の市場原理を導入しようという論理は、その論者も機会の平等を重視していることから、内在的な矛盾を抱えている。教育の分配方法として検討に値する有力な選択肢は、公正に配慮した疑似市場(choice)と、教育の受け手の発言力の活用(voice)であると整理できる。しかし前者は責任-平等主義に依拠して選択肢の増大を重視するが、そもそも責任-平等主義には社会的正義の理論として限界がある。それよりも、個人の積極的自由の増大にとってすぐれているのは潜在能力アプローチであり、そしてそれに適合的なのは後者のモデルだという議論を展開するに至った。
未利用油脂資源からのゼロエミッションバイオ燃料合成

ラバーシードからのバイオディーゼルと活性炭の併産プロセスを提案した。ラバーシードをn-ヘキサンで抽出すると同時にエステル交換反応を行うと、ラバーシードからの遊離脂肪酸の溶出が抑制されるので、15分の反応で脂肪酸メチルエステル(FAME)の収率が98%になった。ラバーシード残さとKOHを含むグリセリンの混合物では共炭化によりメチレンブルー吸着性を持つ多孔質炭素が得られた。最後に合成直後のパーム油の精製法として高温水による洗浄を行うと、飽和FAMEが選択的に除去され、最適温度50°Cで曇り点が6°Cまで低下した。粉砕したラバーシードにバイオディーゼル合成の反応剤であるメタノールと沸点の近いn-ヘキサン、アセトンおよびジエチルエーテルを用いて抽出試験を行ったところ、これらの溶媒はラバーシードに含まれる油分の全量(40wt%)が抽出できた。一方、メタノールは抽出率は10wt%であった。次に、これらの溶媒が油分の主成分であるトリグリセリドのエステル交換反応に及ぼす影響を知るために、コーン油と2wt%KOHのメタノール溶液を用いて室温で反応し、生成物である脂肪酸メチルエステル(FAME)収率を測定したところ、n-ヘキサンを用いたとき最も反応性が高かった。そこで、ラバーシードを用いた抽出・反応同時試験を行った。粉砕したラバーシードに2wt%KOHのメタノール溶液と同量のn-ヘキサンを加えて室温および60°Cで合成を行ったところ、室温では1時間反応後にFAME収率が74%となった。さらに温度を上げると15分の反応でFAME収率が98%に達した。n-ヘキサンを添加することで油とメタノールとの相溶性が増すことで、通常の2相反応に比べて反応速度が向上した。また、ラバーシード油の酸価は34.0mg-KOH/gと高く、このことは油分中には約15%程度の遊離脂肪酸が含まれている。一般に塩基触媒下では石ケン化反応が起こるためにFAME収率が低下するが、n-ヘキサンを添加することで石ケン化反応が阻害されFAME収率が向上したと考えられる。次にエステル交換反応の副生成物であるKOHを含む粗グリセリンの有効利用を目的として、ラバーシードの抽出残渣との共炭化による活性化炭素の製造について研究を開始した。はじめに純グリセリン、粗グリセリンおよび抽出残渣と粗グリセリンの混合物の熱重量分析を行った結果、KOHの触媒作用で共炭化が促進されることを確認した。バイオディーゼル油の中で飽和脂肪酸メチルエステルの割合が高い場合には、低温における流動性が低下することが問題となる。そこで、本年度は合成したバイオディーゼル油の後処理方法として温水洗浄による飽和脂肪酸メチルエステルの選択的除去を行い、その曇り点について検討した。ここではモデル油としてパルミチン酸(C16)をおよそ44%含むパーム油を使用した。パーム油のエステル交換反応を行い、2相分離した後、残留するグリセリン、メタノール、石ケン、水酸化カリウムを除去するために同量の水を加え、これを30-70°Cで10分間加熱撹拌した。この洗浄操作を3回繰り返した。サンプル中の脂肪酸メチルエステルの含有量をガスクロマトグラフィーで測定したところ、洗浄前にはバイオディーゼル油中の飽和/不飽和脂肪酸比が1.15であったが、パルミチン酸が選択的に温水に抽出されることにより、この比率が洗浄温度の増加と共に減少し、洗浄温度50°Cで極小となり、その後、再び増加することが分かった。このことは試薬であるパルミチン酸、ステアリン酸(C18)、オレイン酸(C18:1)及びリノール酸(C18:2)を東稜混合した油について同様の温水洗浄を行ったところ、同様の傾向を示すことが分かった。次に洗浄したパーム油由来のバイオディーゼル油の曇り点を測定したところ、未洗浄試料では曇り点10°Cであったが、50°C温水で洗浄することで曇り点が6.5°Cとなり、簡単な温水洗浄によってバイオディーゼル油の低温流動性が向上することを明らかにした。未利用エネルギー資源であるラバーシード油からのバイオ燃料製造プロセスとして、油脂分からのバイオディーゼル油を合成し、複製する水酸化カリウムを含むグリセリンを触媒とするラバーシード固体残さのバイオマスガス化を同時に行うゼロエミッションプロセスを構築することを目的とする。ラバーシードからの搾油とエステル交換反応を同時に行うために粉砕したラバーシードに水酸化カリウムを含むメタノールとヘキサンを加えて、トリグリセリドを抽出すると同時にエステル交換反応を行うことで、石けん化反応が抑制されて反応速度および収率が向上することを明らかにした。また、合成したバイオディーゼル油中で低温流動性を悪化する飽和脂肪酸メチルエステルを選択的に除去するために高温水による洗浄が有効であることを明らかにしてきた。本年度はバイオディーゼル合成で副生した水酸化カリウムを含む粗グリセリンとラバーシード固体残さの混合物の共炭化を行った。炭化温度500°Cで1時間炭化すると、ラバーシード固体残さの炭化ではBET比表面積が3m2/gであったが、カリウムのガス化触媒作用により混合物からの炭化生成物はBET比表面積が217.6m2/gまで増大し、単価収率は10.1%であった。共炭化生成物についてメチレンブルー水溶液を用いて吸着試験を行った結果、メチレンブルー吸着能があることがわかった。

市販の活性炭1g当たりのメチレンブルーの吸着量は300-400mgに比べて、本研究の共炭化生成物は30.6mgとなり、共炭化条件を最適化する必要がある。ラバーシードからのバイオディーゼルと活性炭の併産プロセスを提案した。ラバーシードをn-ヘキサンで抽出すると同時にエステル交換反応を行うと、ラバーシードからの遊離脂肪酸の溶出が抑制されるので、15分の反応で脂肪酸メチルエステル(FAME)の収率が98%になった。ラバーシード残さとKOHを含むグリセリンの混合物では共炭化によりメチレンブルー吸着性を持つ多孔質炭素が得られた。最後に合成直後のパーム油の精製法として高温水による洗浄を行うと、飽和FAMEが選択的に除去され、最適温度50°Cで曇り点が6°Cまで低下した。平成25年度にはラバーシード油からの溶媒抽出とエステル交換反応を同時に行う反応システムに関する研究が終了し、さらにバイオディーゼル油合成反応の副産物である水酸化カリウムを含むグリセリンを用いたバイオマスのガス化の成果を得ることができ、バイオディーゼル油のゼロエミッション型製造についての基礎的な知見を得た。今年度はバイオディーゼル油の質の向上を目的として、新しく温水洗浄による脂肪酸メチルエステルの除去が可能になり、低温流動性の向上ができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。反応工学今年度はバイオマスのガス化に特化して研究を進める、そのために現在ガス化触媒に関する研究を進めている。平成25年度に計画をしていた抽出試験と溶媒を加えた反応試験が終了し、平成26年度に計画していた反応と抽出の同時操作試験についても成果を得ることができ、さらに平成26年度から研究を開始する予定であった炭化の試験を開始することができた。一方で平成25年度に計画していた油脂からの遊離脂肪酸の分離については実験途中である。平成26年度に予定した実験を延期して、平成27年度に行うため、次年度に繰り越した。平成26年度は当初計画していた、粗グリセリンを利用したバイオマスのガス化に着手する。また、油脂からの遊離脂肪酸の分離に関する試験を加速する。これらの実験に加えて、ラバーシード油のように脂肪酸を多く含む原料油の前処理方法の一つとして、多孔質無機材料を用いた脂肪酸の吸着除去についても研究を進める。平成27年度に実施する実験で使用する試薬の購入に充てる。平成25年度実施予定の実験を延期して、平成26年度に実施するため、これに必要な物品費を次年度使用額として繰り越した。平成26年度に実験を行う予定であり、その際に使用する。
大戦期ポルトガルにおけるエリアーデの宗教学的営為に関する研究

昨年度までの研究成果により、大戦期ポルトガルにおけるミルチア・エリアーデの宗教研究は、ルーマニアを亡命した人間との密接な交流のもとに行なわれたことが明らかになった。そのため、今年度は、エリアーデがほかのルーマニア人亡命者と協同した活動内容を解明することにつとめた。とりわけ、エミール・シオランとヨアン・ペトル・クリアーヌとの交流に着目し、以下の三点を解明した。1)エリアーデは、エミール・シオランと亡命後も交遊を続け、亡命者組織の運営及び共産党への抵抗運動に共同して尽力していたこと。2)ルーマニア保安警察は、エリアーデとシオランの活動を警戒し、彼らの活動を監視していた。エリアーデとシオランも、自分たちの活動が監視されていることを自覚しており、彼らの言論活動はルーマニア共産党および保安警察激を激しく非難する性質を帯びていたこと。3)ヨアン・ペトル・クリアーヌは、イタリア宗教史学派およびオランダの宗教現象学派と積極的に交流しながら、エリアーデの宗教研究に関するあらたな解釈を示そうと試みていたことが明らかとなった。27年度が最終年度であるため、記入しない。エリアーデの宗教学的営為に関する調査として日本宗教学会、宗教倫理学会に参加し、情報収集を行なった。また、北海道大学、ブカレスト大学で必要な基本資料を複写収集し、内容の分析と整理を既に開始している。大戦期ポルトガルにおけるエリアーデの活動に関し、今年度は『棟梁マノーレ伝説に関する注解』、短編小説『巨人』、同郷の哲学者であるコンスタンティン・ノイカと交わした書簡等を資料として読解し、分析・整理を進めた。その結果、以下の新たな成果が得られた。1.エリアーデがルーマニア独自の宗教文化と見なした民間伝承詩「棟梁マノーレ伝説」に関する研究は、ソヴィエトの侵攻に抗してルーマニアの文化的特性を存続させるという目的を強く帯びている。2.エリアーデが大戦期に起草した短編小説『巨人』は、民間伝承詩「棟梁マノーレ伝説」の文学的表現であり、「棟梁マノーレ伝説」に関する研究と政治的目的を共有している。3.ポルトガル期において、同郷の哲学者であり友人であったコンスタンティン・ノイカと共に議論していたルーマニアの文化をソヴィエトの侵攻から防衛するための構想は、フランスへの亡命後、モニカ・ロヴィネスクをはじめとするパリ在住の亡命者たちと協力することで実現されることになった。以上の成果を日本宗教学会第72回学術大会や宗教倫理学会第14回学術大会、北海道基督教学会第52回学術大会等で発表するほか、奥山倫明監修・奥山史亮他訳『アルカイック宗教論集』(国書刊行会、2013年)に文献の翻訳と解題を掲載することで示した。さらに、『宗教学年報』(東京大学宗教学研究室)に研究論文として掲載されることが決定している。昨年度の研究成果により、大戦期ポルトガルにおけるミルチア・エリアーデの宗教研究および文学創作の活動は、ルーマニア領内へのソヴィエト軍の侵攻という大戦の動向と密接な関係を有し、ソヴィエトの侵攻からルーマニアの文化伝統を防衛するという目的を有していたことが明らかになった。今年度は、昨年度の研究成果に基づき、エリアーデの言論における政治性を、ソヴィエトに対する抵抗運動に参与したほかのルーマニアの文化人がどのように解釈したかという問題の解明に取り組んだ。とりわけ、ルーマニア正教会の修道士であるニコラエ・ステインハルトおよびヨアン・ペトル・クリアーヌとエリアーデの交遊の整理を行ない、以下の三点を解明した。1)ルーマニア保安警察は、ルーマニアの政治体制に関するエリアーデの言論を詳細に記録しており、国内の秩序を脅かす危険性を有するものとして理解していた。2)ニコラエ・ステインハルトや哲学者コンスタンティン・ノイカといった反体制運動に参与していた文化人たちは、エリアーデの言論を、ルーマニアの伝統的文化を共産主義政権の文化統制から守り、後世に残すための言葉として理解していた。3)エリアーデの言論の政治的意味とその役割に関する研究は、同郷の宗教学者であるヨアン・ペトル・クリアーヌが詳細に調べ、重要な研究成果を出していることが明らかになった。上記の1)と2)については、北海道基督教学会および日本宗教学会で研究報告を行なった。その内容を研究論文「ステインハルトの『幸福の日記』におけるエリアーデ宗教学に関する言及」としてまとめ、『宗教研究』に研究成果として発表した。上記の3)については、現在資料の整理と分析を進めており、来年度に資料の翻訳および分析結果を研究成果として発表する予定である。

3)ヨアン・ペトル・クリアーヌは、イタリア宗教史学派およびオランダの宗教現象学派と積極的に交流しながら、エリアーデの宗教研究に関するあらたな解釈を示そうと試みていたことが明らかとなった。報告者は、交付申請書において記した資料の読解および翻訳を、予定どおりに進めており、その研究成果の発表も順調に行っているため。27年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までの研究成果により、エリアーデの宗教研究と文学創作、亡命組織における政治活動は密接に関連していることが明らかになり、それらの活動方針はポルトガル滞在時期と戦後におよぶ数多くのルーマニア知識人たちとの交友に基づいている可能性が想定されるようになった。今後は、ルーマニアおよびポルトガルの知識人とエリアーデの交友に関する資料を整理し、ルーマニア内外において宗教に関する言論が帯びた政治性を明確化する必要がある。とりわけ、エリアーデと同郷の宗教学者であるヨアン・ペトル・クリアーヌとの交友についての分析は不可欠な作業になることが予想される。ブカレスト大学等における資料収集が順調に進んだことにより、当初計画していた以上の情報を得ることができたため。上記の研究成果により、ソヴィエトの侵攻と支配からルーマニアの文化を防衛するというエリアーデの活動理念に対しては、モニカ・ロヴィネスクら亡命者だけでなく、コンスタンティン・ノイカをはじめとするルーマニア国内の反体制派の人間たちも数多く賛同し、支持していたことが明らかとなった。したがって今後の課題として、ポルトガル期におけるエリアーデの宗教学的営為の特徴と展開をさらに詳細に解明するためには、戦後のルーマニアにおける体制派および反体制派とのかかわりを視野に入れて研究を継続する必要性が判明した。
光制御された非平衡固体系における光誘起相の非線形時空間ダイナミクス

本研究の目的は、光誘起相転移を示す物質において、照射光を積極的に制御し、これまで固体中ではほとんど現れなかった非線形開放系特有の散逸構造を発現させることである。この研究では励起光の精密制御が重要であるため、音響光学素子と自作の負帰還回路を用いたレーザーの制御系を構築した。この系と仏LCCのBousseksou教授から頂いたスピンクロスオーバー錯体[Fe(ptz)_6](BF_4)_2を用いて、光誘起相起因の散逸構造の探索を行った。本年度は強度が時間・空間的に一定の照射光を用い、光誘起相の時空間ダイナミクスを顕微系で追った。これまで光誘起相のドメインの大きさは100nm程度以下と示唆されており、光誘起相の時空間ダイナミクスを実空間で追うことは困難であった。しかし、試料の表面の凹凸に非常に敏感なスペックル法を用いることで、光誘起相の「揺らぎ」を測定することに成功した。この結果、光誘起相の生成と熱緩和が競合している領域では、この揺らぎはランダムではなく、数秒程度の時間周期をもった「リズム型」の散逸構造を示すことがわかった。この時、吸収測定から見積もった光誘起相の全体に占める割合は定常状態に達していることから、光誘起相が量を保存しながら空間的に動いていることが示唆された。また時間周期は温度と相関関係にあることがわかった。このリズム現象は平均場を用いたこれまでの方程式からは導かれないため、新たな現象論的なモデルを構築した。散逸構造では「拡散」が重要な役割を果たすため、これまで気体・液体系で多く報告されてきた。しかし本研究の様に固体中でも光誘起相や励起状態の「ドメイン」は拡散可能であるため、それら起因の散逸構造が発現できる可能性はある。本研究は散逸構造の研究の対象を多様化させる可能性があるという点で、意義があると考えられる。また非平衡開放系の物理は未解明な部分が多く、その理解への一助となるとも考えている。
指先変形計測に基づく指先力・指先初期滑りの同時計測センサの開発

本研究は,人間が物体を操作する場合に触覚情報をどのように利用しているかを明らかにすることを目標として,指先の接触面に影響を与えずに物体操作における指先力と指先初期滑りの同時計測が可能なセンサの開発を行った.本研究では,指腹部の変形を計測するためのセンサ開発とセンサデータから指先力と初期滑り量を推定するための伝達関数モデルの生成手法について提案を行った.本研究は,人間が物体を操作する場合に触覚情報をどのように利用しているかを明らかにすることを目標として,指先の接触面に影響を与えずに物体操作における指先力と指先初期滑りの同時計測が可能なセンサの開発を行った.本研究では,指腹部の変形を計測するためのセンサ開発とセンサデータから指先力と初期滑り量を推定するための伝達関数モデルの生成手法について提案を行った.本研究は,人間が物体を操作する場合に触覚情報をどのように利用しているかを明らかにすることを目標として,物体操作における指先力と指先初期滑りの同時計測が可能なセンサの開発を行う.本年度は,研究計画書に示した4つの研究課題のうち,主に(1)指先変形をシミュレートするための簡易指先モデルの構築と(2)指先変形特性に基づいた指先変形計測センサの設計・開発とを実施した.(1)については,指の変形を表現するモデルとして,伝達関数モデルを作成し,物体操作時の指腹部の変形(押し付けによる膨らみなど)から直接指先力や指先初期滑りを推定することとした.物体操作時の接触条件(摩擦係数や押付力など)を変化させた場合にモデルがどのように変化するかを検証し,安定した推定が可能なモデルを構築する方法を開発した.(2)に関しては,指先変形・指先力・指先初期滑りを高精度に計測するための固定型の計測装置と指先の指腹部変形を計測するウェアラブルセンサを開発した.固定型計測装置は,カメラ・力センサ・1軸ロボットから構成されており,様々な接触条件において被験者の指先変形と指先力を安定して高精度に計測することが可能である.ウェアラブルセンサを用いて計測された指腹部の変形と固定型計測装置で計測された指先力と指先初期滑りを用いて(1)で提案している伝達関数モデルのパラメータを推定する.推定されたパラメータを用いて,もう一つの研究課題である(3)指先変形計測センサを用いた指先力・初期滑り同時推定アルゴリズムの構築を実施し,開発したセンサと伝達関数モデルを用いることで指先力と指先初期滑りの推定が可能であることを示した.本研究は,人間が物体を操作する場合に触覚情報をどのように利用しているかを明らかにすることを目標として,物体操作における指先力と指先初期滑りの同時計測が可能なセンサの開発を行う.本年度は,研究計画書に示した4つの研究課題のうち,主に(2)指先変形特性に基づいた指先変形計測センサの改良と(3)指先力・初期滑り推定アルゴリズムの開発と(4)開発したセンサを用いた物体操作解析を実施した.初めに,(3)の課題に関しては,初年度に開発した伝達関数モデルを用いて接触条件(押付け力,指先移動速度,摩擦係数)の変化に対応した初期滑り・指先力(法線方向および接線方向の2力)の3つの接触状態パラメータを同時に推定するためのアルゴリズムを開発した.また,伝達関数モデルのパラメータを推定する際に各接触条件がどのように影響を与えているかについて検証し,最適なパラメータ推定条件について検討を行った.(2)に関しては,初年度に開発した装置に対して,指先接触面を計測する部分を改良し,計測範囲を拡大しさらに指先接触面画像をより高精度に計測可能とした.課題の(4)として,これまでに開発したアルゴリズムと指先変形計測センサを用いて,実際に物体を操っている状態を計測し,操作スキルの解析を行った.示指と拇指によるコマ回しを対象の操作として,コマ回しの習熟過程において,触覚情報をどのように利用しているかについて検証を行った.検証結果より触覚情報の有無によって習熟度合に差が出る可能性が示唆された.バイオメカニクス研究計画では,25年度中に研究課題の(1)指先変形をシミュレートするための簡易指先モデルの構築および(2)指先変形特性に基づいた指先変形計測センサの設計・開発を完了し,(3)指先変形計測センサを用いた指先力・初期滑り同時推定アルゴリズムの構築について作業を進める予定であった.実際の研究成果として,指先力と指先初期滑りの推定に必要なデータを計測するためのウェアラブルセンサと伝達関数モデルを開発し,それらを用いた指先力・指先初期滑り推定が可能であることを被験者実験により示した.また,実験に際して,接触条件(摩擦係数や押付力など)が推定に与える影響についても詳細に検証することが出来ており,研究計画以上の研究成果が得られていると言える.平成26年度は,主に研究課題の(3)指先変形計測センサを用いた指先力・初期滑り同時推定アルゴリズムの構築および(4)開発したセンサを用いた物体操作の解析を実施する.(3)に関しては平成25年度の研究成果により,指先力・指先初期滑りの推定に影響を与える接触状態の条件が明らかとなっている.

平成26年度では,より詳細で広範囲な条件を検証し,ロバストで高精度な推定手法を構築する.(4)に関しては,開発したウェアラブルセンサと推定アルゴリズムを用いて,物体操作時(タブレット操作時やボールの投球動作など)の指先力と初期滑りを計測し,提案手法の有効性を示す.研究計画では平成25年度の研究において,高精度な計測装置を開発するために物品購入の予算を確保していたが,システムの見直しにより計画より少ない予算で装置を開発することが可能となった.次年度に繰り越す予算は,次年度予算と合わせて,主により詳細な計測を行うための装置改良に使用する予定である.具体的には,初期滑り時のより詳細な指先変形を計測するために高速カメラを購入する予定である.
説明的文章の批判的読みの授業を多角的・総合的に展開する実践モデルの開発

説明的文章の批判的読みの実践モデル(初期版)構築に向けて、単元レベルでの学習指導過程モデルの仮設に着手した。広岡(1972)の学習過程の最適化論、吉川(2002)の説明的文章の学習指導過程モデル、森田(2011)の評価読みの学習指導過程モデルを検討し、成果と課題を抽出した。加えて吉川(2017)に示された批判的読みの基本的なあり方の要素との対応を図る形で説明的文章の批判的読みの基本的な学習指導過程モデルを仮設した。さらにモデルをもとに批判的読みを取り入れた先行実践の学習指導過程の分析を行い、モデルの実践開発への活用の可能性を検討した。具体的には以下のようである。仮設した説明的文章の批判的読みの基本的な学習指導過程モデルは、三読法をベースに第1次は「文章の内容や形式に主体的に反応する」段階とした。第2次は「筆者の発想(=考えや表現意図)を探る」ことと「(筆者の発想の表れである)文章の内容や形式に対する自分の考えをもつ」ことの二つの学習活動を置く段階とし、第3次は「筆者の発想、主張に対する自分の考え・意見をつくる」ことと「筆者の発想、主張をもとに自分の発想を広げる」ことの二つの学習活動を設定し第2次で行った批判的読みをまとめ、活用し発展させていく段階であるとした。さらにはこの基本的な学習指導過程モデルの観点に基づいて、長崎(2008,2014)、河野(2017)に所収されている批判的読みの先行実践を対象に、具体的な学習指導過程を検討した。これらの考察によって仮設した学習指導過程モデルには、学習指導過程の各段階における批判的読みの学習活動のあり方を意識できること、学習指導過程モデルを指標として既に設定された(されつつある)批判的読みの学習指導過程としての特質、充足度を点検することが可能であること等、具体的な批判的読みの学習指導過程を開発する作業に寄与することが示唆された。1年次の研究内容として想定していた説明的文章の批判的読みの授業づくりに資するテクスト分析及び学習活動開発の観点の構造を理論的に再整理することや、それらの研究成果に基づいて「説明的文章の批判的読みの実践モデル」としての「説明的文章の批判的読みの基本的な学習指導過程」モデルを開発・仮設することができた。また並行して進める予定であった研究協力校における学習指導過程モデルに基づく実践検証を進め、成果を図の内容の改善・精緻化に還元することができた。ただし、実践検証の事例数がまだ不十分なことと、検証方法のあり方については改善の余地があることが認められ、今後の課題として浮上した。今後の課題は発達、系統の観点、批判的読みに関する指導者、学習者の習熟度の観点から、開発・仮設した学習指導過程モデルの活用可能性を具体的な教材と授業レベルで検証することである。さらに、そうした取り組みによって学習指導過程モデルの内容の改善を行うことである。すなわち研究の重点を単元及び1単位時間の学習指導過程のあり方と、具体的で有効な手立ての組織化にシフトし、学習指導過程モデルの精緻化と実践における活用の可能性を探究する。そのために1年次に続き、学校現場における研究協力者に研究授業の実施を依頼するとともに、教材分析、授業開発、実践の省察等を共同して行う。1年次の研究内容として想定していた説明的

文章の批判的読みの授業づくりに資するテクスト分析及び学習活動開発の観点の構造を理論的に再整理することや、それらの研究成果に基づいて「説明的文章の批判的読みの実践モデル」としての「説明的文章の批判的読みの基本的な学習指導過程」モデルを開発・仮設することができた。また並行して進める予定であった研究協力校における学習指導過程モデルに基づく実践検証を進め、成果を図の内容の改善・精緻化に還元することができた。ただし、実践検証の事例数がまだ不十分なことと、検証方法のあり方については改善の余地があることが認められ、今後の課題として浮上した。今後の課題は発達、系統の観点、批判的読みに関する指導者、学習者の習熟度の観点から、開発・仮設した学習指導過程モデルの活用可能性を具体的な教材と授業レベルで検証することである。さらに、そうした取り組みによって学習指導過程モデルの内容の改善を行うことである。すなわち研究の重点を単元及び1単位時間の学習指導過程のあり方と、具体的で有効な手立ての組織化にシフトし、学習指導過程モデルの精緻化と実践における活用の可能性を探究する。そのために1年次に続き、学校現場における研究協力者に研究授業の実施を依頼するとともに、教材分析、授業開発、実践の省察等を共同して行う。研究協力校における実践検証に際してのデータ収集及び整理が質・量ともにじゅうぶんになされていない側面があった。それに関わる旅費、機器の整備や人件費等に厚く充当していく予定である。
シグマ結合を経由する電子移動と光化学反応

シグマ結合を経由する分子内電子移動の可能性と効率を検討するため、A-(CH_2)_n-D型の構造を持った3種の同族列を合成した。Aは電子受容基でp-O_2NC_6H_4Oを採用し、Dは電子供与基でアニリノ(1)、m-あるいはp-Me_2NC_6H_4O(2あるいは3)である。また1の類似体としてシクロヘキサンの1位と4位にAとDを持ったシスおよびトランス2種の異性体(cis-4およびtrans-4)を合成した。電子移動の量子収率はアセトニトリル中で受容基をその吸収極大に近い313nmで励起し、生じたラジカルイオン対のスペクトル強度から相対値を求めた。。1(n=2)の量子収率を1.0とするとcis-4とrans-4値は1.9と1.5であり、明らかにシグマ結合経由で効率よく電子移動が起こることがわかる。ちなみに4に相当する同族体1(n=4)の値は1.1で、この同族体ではベンゼン環同士の接触による空間経由の電子移動過程の確率が極めて小さいことから、この値のかなりの部分を結合経由電子移動が占めていると思われる。同族列2と3では、どちらもn=2>3>4>5>6という傾向を示した。2と3を比較すると、同じメチレン鎖の同族体同士では2<3の関係がみられ、メタ置換体よりもパラ置換体の方が受容体としてすぐれていることを示している。また3では3(n=2)の値が1.8と大きく、p-ジメチルアミノフェノキシル基はアニリノ基よりもすぐれた受容体であることも示している。これらの結果を光反応の量子収率と関連して考察すると、1の転移反応ではn≧4で電子移動が反応の開始につながること、2と3の分子内酸化還元反応では電子移動は必ずしも反応には有利でないことが結論として得られた。。
衝撃波管によるエンジン内不整燃焼の模擬に関する研究

この研究は,混合気を,入射させた衝撃波背後の高圧を利用して圧縮し点火プラグで点火することにより,再現性の高い燃焼を行わせ,吸気効率の変動によってどうしても再現性に劣る内燃機関内の燃焼を模擬して,各種残留ガスの燃焼性状に与える影響を明らかにすることを目的としている.まず,プロパン酸素窒素混合気において,当量比の変化による燃焼圧力の変化を計測し,当量比約1.2で最高圧力を記録した.このことから,当該燃焼システムが,エンジン内燃焼の模擬に有効であることを示した.次いで,COおよびCO_2ガスを残留ガスの模擬気体として添加した,エンジンの燃焼条件にほぼ相当する当量比0.6から1.6混合気を管内の気体とガス置換し,初期マッハ数1.3の反射衝撃波背後(圧縮比約3に相当)において点火し,燃焼圧を計測した結果,以下のことを明らかにした.1)CO_2を混合気に添加していった場合,希薄,過濃領域ともに添加物とての挙動を示し,同分量で窒素添加の場合の二倍程度の燃焼圧減少作用がある事がわかった.2)COを添加していった場合,添加量と共に,希薄域では燃料としての挙動を示すため,燃焼圧の増加作用を持つ,しかし,一般の状態と考えられる過濃域では,酸素の不足から燃料としての働きは出来ず,添加物としての挙動を示し,燃焼圧を減少させる働きをする.以上のことから,最近注目されているエンジンの希薄燃焼域では,排気ガスの再循環によって導入されるガスでは,燃焼圧の降下しか期待できないが,高負荷時のCOを含む排気を希薄時に導入する事によって,その燃焼圧を向上させる可能性が示唆された.この研究は,混合気を,入射させた衝撃波背後の高圧を利用して圧縮し点火プラグで点火することにより,再現性の高い燃焼を行わせ,吸気効率の変動によってどうしても再現性に劣る内燃機関内の燃焼を模擬して,各種残留ガスの燃焼性状に与える影響を明らかにすることを目的としている.まず,プロパン酸素窒素混合気において,当量比の変化による燃焼圧力の変化を計測し,当量比約1.2で最高圧力を記録した.このことから,当該燃焼システムが,エンジン内燃焼の模擬に有効であることを示した.次いで,COおよびCO_2ガスを残留ガスの模擬気体として添加した,エンジンの燃焼条件にほぼ相当する当量比0.6から1.6混合気を管内の気体とガス置換し,初期マッハ数1.3の反射衝撃波背後(圧縮比約3に相当)において点火し,燃焼圧を計測した結果,以下のことを明らかにした.1)CO_2を混合気に添加していった場合,希薄,過濃領域ともに添加物とての挙動を示し,同分量で窒素添加の場合の二倍程度の燃焼圧減少作用がある事がわかった.2)COを添加していった場合,添加量と共に,希薄域では燃料としての挙動を示すため,燃焼圧の増加作用を持つ,しかし,一般の状態と考えられる過濃域では,酸素の不足から燃料としての働きは出来ず,添加物としての挙動を示し,燃焼圧を減少させる働きをする.以上のことから,最近注目されているエンジンの希薄燃焼域では,排気ガスの再循環によって導入されるガスでは,燃焼圧の降下しか期待できないが,高負荷時のCOを含む排気を希薄時に導入する事によって,その燃焼圧を向上させる可能性が示唆された.
深部血管の非侵襲計測が可能な光音響法による血液酸素飽和度分布画像化システムの開発

光音響画像化技術は,パルス光源と超音波エコー装置とを組み合わせた装置により,体内の血管などを高いコントラストで描出可能な技術である。本研究は,本技術を用いて,体内の血管内を流れる血液の酸素飽和度を採血することなく経時的に計測することを目的としている。高精度に血液酸素飽和度を観測するための光音響信号波形解析法を提案した。また,血液酸素飽和度分布画像化を可能とするための画像化装置を開発した。光音響技術は,レーザー光で励起した超音波(光音響信号)を観測する技術であり,生体表面から10-20 mmの深さにある光吸収体を計測可能である。血液の光吸収特性は血液酸素飽和度に依存するため,本法で血液の光吸収特性を得ることで血液酸素飽和度を非侵襲に計測できる。本研究の目的は,光音響信号の周波数情報を用いて血液の光吸収特性を算出する手法を確立し,血液酸素飽和度分布画像を取得可能とすることである。今年度は下記3項目を実施した。1.超音波の周波数情報を用いて血液の光吸収特性を算出する手法の原理検証のために,平面型ファントムを対象にシミュレーション及び実験を実施した。シミュレーション及び実験で得た光音響信号に対して,ウェーブレット変換を施して時分解周波数スペクトルを算出した。時分解周波数スペクトルのピーク周波数の最大値(支配周波数と定義)が光吸収特性を反映することを見出し,支配周波数を用いて光吸収特性を反映するパラメータである光減衰係数を定量できることを示した(Hirasawa et al., Applied Optics, 2013)。2.生体の光散乱及び血管径が本法での計測結果に与える影響を明らかとするために,生体組織の光学特性を模擬した散乱媒体中の血管模擬ファントムを対象に検証した。超音波センサの感度分布を焦点化することで,血管径が計測結果に与える影響を抑制した。シミュレーションの結果,支配周波数が血管径に依存せず光減衰係数のみに依存した(Hirasawa et al., Proc. SPIE, 2014)。実験結果において,センサの感度分布と血管径とが同等であることに由来する誤差が観測された。センサの感度分布の縮小により誤差を抑制可能と考えられる。3.防衛医科大学校動物実験倫理委員会の承認を得たうえで,次年度以降に実施する動物実験のための予備実験を既に実施している。前年度までに,光音響信号にウェーブレット変換を施すことにより得た特徴量を基に,血液の光吸収特性を計測する手法を構築した。本法を光散乱媒体中に配置したファントムに適用したところ,センサの感度分布の大きさと血管系との関係に依存して誤差が生じるなど精度に課題があり,深部計測のためには感度向上も必要であった。今年度は,本計測における精度及び感度を向上するための装置系の改良を行った。血管系等に由来する誤差要因を低減するために,センサの開口を大きくすることでセンサの感度分布を縮小し,血管系等に由来する誤差要因を低減した。高感度化のために,19本の光ファイバを用いて光を照射する装置系を構成し,従来よりも高エネルギーの励起光を照射可能とした。血液酸素飽和度分布画像を取得するためのイメージングシステムを構築し,in vivoイメージングに適用して評価した(Hirasawa et al., Proc. SPIE, 2015)。本法と血液ガス計測装置とそれぞれ計測した血液酸素飽和度が一致するかを検証するためのファントム実験系及び動物実験系について,防衛医科大学校動物実験倫理委員会の承認を得たうえで検討した。光音響法は,生体にパルスレーザー光を照射して生体内の光吸収体を励起し,励起された光吸収体が発生する超音波(光音響信号)を検出する技術である。励起光として近赤外光を用いた場合,生体表面から10-20 mmまでの深度を観察可能で,特に血液内のヘモグロビンを高コントラストに検出できる。また,血液内のヘモグロビンはその酸素飽和度によって光吸収スペクトルが変化するため,血液の光吸収スペクトルもそれに伴い変化する。本研究では,光音響法を用いて血液の光吸収スペクトルを観測することにより,血液酸素飽和度を計測する技術を開発している。前年度までに,光ファイババンドルと単素子型センサからなる光音響信号計測装置を開発し,本装置用の光源として波長可変光パラメトリック発振器を適用することにより,多波長での計測を可能とした。さらに,本装置を用いて多波長で計測したデータから,光吸収スペクトルを計算するためのアルゴリズムを開発した。今年度は,開発した技術を検証するためのファントム実験系,及び動物実験系を構築した。ファントム実験においては,前年度までは黒インクとイントラリピッドからなる生体模擬試料を使用した原理検証を実施していたが,実験動物から採血した血液を対象とした評価実験に移行した。ファントムを対象に光音響信号を観測する前後に血液ガス分析装置を用いてファントム内の血液の酸素飽和度を観測し,対比データとした。