hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多端子直流送電システムによる基幹送電系統の構築に関する研究

近年,洋上風力発電の導入に向け,多端子直流送電システム(多端子HVDC)の開発が行われている。将来的に普及した場合,これらは拡張および相互接続され,多端子HVDCによる基幹送電系統(直流系統)の構築に至る可能性も考えられる。しかし現状では,こうした直流系統が,基幹送電系統の要件を備えたものであるか否かが明らかではない。本研究では,多端子HVDCを拡張および相互接続することで,広域運用可能な基幹送電系統を実現するための基本概念の提示と検証を行うことを目的に,実施内容1:直流系統の構成法の検討,実施内容2:直流系統の制御・保護技術の開発,実施内容3:交直変換器の制御技術の開発,について取り組んでいる。これまでの研究では,短期的な実用化のための直流遮断器を用いない直流系統と,中長期的な実用化のための直流遮断器を用いた直流系統について検討を実施した。これらの基本回路構成を考案し,またこれらの直流系統に事故が発生した際の制御・保護技術の開発を行った。そして,シミュレーションに基づきその検証を実施した。また,直流系統に用いるような大容量の交直変換器が連系しても,交流系統側の電力品質を維持できる見込みが得られた。今後の研究では,スケールダウン構成の直流系統を構築し,これらの方式について実験的な検証を実施する予定である。こうした概念は体系的に整理された例はなく,学術的にも取り組む意義は大きい。本研究により直流系統の構築方法が明確になれば,今後導入される多端子HVDCを,将来の直流系統への拡張を見据えて設計できるようになり,長期に亘る設備の有効活用を可能にする。【実施内容1:直流系統の構成法の検討】本項目では,広域連系にも対応できる直流系統の基本回路構成の開発を目的としている。今年度は,以下2つのシナリオを想定して開発を行った。1つ目は短期的な実用化を念頭に置き,直流遮断器が実用化されなくても構築可能な系統構成とした。2つ目は中長期的な実用化を念頭に置き,将来的に直流遮断器が実用化された際に構築可能となる系統構成とした。検討の結果,いずれの場合にも系統事故の波及防止と供給信頼度の確保が可能な回路構成を得られた。ただし,直流遮断器を用いた直流系統の方が,より高い相互接続方法と拡張性を備えることが明らかとなった。【実施内容2:直流系統の制御・保護技術の開発】本項目では,直流系統に事故が発生した際の,制御・保護技術の開発を目的としている。今年度は,直流遮断器を用いた直流系統について,直流線路に地絡・短絡事故が発生した際の制御・保護動作を開発し,シミュレーションで検証した。この検証結果は,電気学会において発表した。また,当初の計画に加え,要素技術である直流遮断器に関する技術調査を実施し,直流系統における直流遮断器の要件と方式間比較を実施した。この結果は電気学会論文誌にて発表した。【実施内容3:交直変換器の制御技術の開発】本項目では,大容量の交直変換器が交流系統に連系された際にも,交流系統側の電力品質を維持できる交直変換器の制御技術の開発を目的としている。今年度は,電力品質を低下させる要因について検討した結果,直流系統側の事故が交流系統側の電圧低下をもたらすことが明らかとなった。これを受け,直流系統側の事故時に交流系統側の電圧低下をもたらさない交直変換器の制御方法を考案し,シミュレーションで効果を検証した。また,当初の計画に加え,本検討を進める中で調査,検討を行った,交直変換器のシミュレーション技術に関しても発表を実施した。【実施内容1:直流系統の構成法の検討】前年度に考案した基本回路構成について,得られた知見を論文に取りまとめ,学会等で報告する。さらに,前年度のものをより一層具体化したシナリオを設定し,考案した基本回路構成を適用した場合の課題の抽出と改良を実施する。【実施内容2:直流系統の制御・保護技術の開発】直流遮断器を用いない直流系統について,直流線路に地絡事故および短絡事故が発生した際の制御・保護動作を開発し,シミュレーションによる検討を実施する。また,当初の計画ではシミュレーションによる検証のみを予定していたが,前年度に計画以上の進展が見られたことから,当初の計画に加えてスケールダウン構成の直流系統を構築し,実験的に制御・保護技術の検証を実施する方針で進めることとする。【実施内容3:交直変換器の制御技術の開発】前年度に考案した交直変換器の制御方法については,特許出願の後,シミュレーション結果と合わせて学会で発表する。また,当初の計画では,シミュレーションによる検証のみを予定していたが,前年度に計画以上の進展が見られたことから,当初の計画に加えてスケールダウン構成の直流系統を構築し,実験的に交直変換器の制御技術の検証を実施する方針で進めることとする。

これまでの研究では,短期的な実用化のための直流遮断器を用いない直流系統と,中長期的な実用化のための直流遮断器を用いた直流系統について検討を実施した。これらの基本回路構成を考案し,またこれらの直流系統に事故が発生した際の制御・保護技術の開発を行った。そして,シミュレーションに基づきその検証を実施した。また,直流系統に用いるような大容量の交直変換器が連系しても,交流系統側の電力品質を維持できる見込みが得られた。今後の研究では,スケールダウン構成の直流系統を構築し,これらの方式について実験的な検証を実施する予定である。こうした概念は体系的に整理された例はなく,学術的にも取り組む意義は大きい。本研究により直流系統の構築方法が明確になれば,今後導入される多端子HVDCを,将来の直流系統への拡張を見据えて設計できるようになり,長期に亘る設備の有効活用を可能にする。【実施内容1:直流系統の構成法の検討】本項目では,広域連系にも対応できる直流系統の基本回路構成の開発を目的としている。今年度は,以下2つのシナリオを想定して開発を行った。1つ目は短期的な実用化を念頭に置き,直流遮断器が実用化されなくても構築可能な系統構成とした。2つ目は中長期的な実用化を念頭に置き,将来的に直流遮断器が実用化された際に構築可能となる系統構成とした。検討の結果,いずれの場合にも系統事故の波及防止と供給信頼度の確保が可能な回路構成を得られた。ただし,直流遮断器を用いた直流系統の方が,より高い相互接続方法と拡張性を備えることが明らかとなった。【実施内容2:直流系統の制御・保護技術の開発】本項目では,直流系統に事故が発生した際の,制御・保護技術の開発を目的としている。今年度は,直流遮断器を用いた直流系統について,直流線路に地絡・短絡事故が発生した際の制御・保護動作を開発し,シミュレーションで検証した。この検証結果は,電気学会において発表した。また,当初の計画に加え,要素技術である直流遮断器に関する技術調査を実施し,直流系統における直流遮断器の要件と方式間比較を実施した。この結果は電気学会論文誌にて発表した。【実施内容3:交直変換器の制御技術の開発】本項目では,大容量の交直変換器が交流系統に連系された際にも,交流系統側の電力品質を維持できる交直変換器の制御技術の開発を目的としている。今年度は,電力品質を低下させる要因について検討した結果,直流系統側の事故が交流系統側の電圧低下をもたらすことが明らかとなった。これを受け,直流系統側の事故時に交流系統側の電圧低下をもたらさない交直変換器の制御方法を考案し,シミュレーションで効果を検証した。また,当初の計画に加え,本検討を進める中で調査,検討を行った,交直変換器のシミュレーション技術に関しても発表を実施した。【実施内容1:直流系統の構成法の検討】前年度に考案した基本回路構成について,得られた知見を論文に取りまとめ,学会等で報告する。
3次元CG技術とトラディショナル技法の融合によるセルアニメーション制作手法の確立

本研究の目的は、実用的な表現方法としてモーションキャプチャのデータを最大限に活用し、省略化と誇張化された動きを自動的に描出することである。まず第一段階として標本化された連続フレームから、作画上重要なキーとなるフレームを抽出し、次いでモーションキャプチャの動きとキーフレームを抽出してスプライン補間した動きの差異の評価とその結果について考察と作業を行った。モーションデータの全てのフレームについて、回転量変化の大きいフレームをキーフレームの候補としてマーキングした。これらの作業を各部位全てについて行った。それらを一覧化し、最も多くの候補を持つフレームをキーフレームとみなした。その結果、これらの方法の組み合わせでキーとなるフレームを高い精度で抽出することが出来た。次に第二段階として抽出したキーフレームのポーズに対して加工処理を行うことについて考察した。アニメーションにおける"らしい動き"とは、実際の運動との物理的整合性ではなく、人間が視覚や身体感覚によって心に描くメンタルイメージ、つまり運動表象が影響していると仮定した。このことをふまえ、ポーズの量子化や静止慣性によるのこし効果などを処理する手順を考察した。その結果、標本化されたままの状態ではみられることのなかった誇張された動きを得ることが出来た。次に第三段階としてキーフレームとフレームのタイミングを変えてフレーム全体を再配置し、時間のデフォルメを行うことについて考察した。限られた作画枚数で効果的に動きを見せるには、動きの連続性を均等にではなく、偏りをもたせる必要がある。キーフレームの中で最も重要なキーに対し、その前後のキーを設定した閾値で調整しながら、近接もしくは遠隔させることによりタイミングに緩急を付けた。その結果、視覚効果の高い動きを得ることができた。そしてこれらの方法を計算機にプログラムとして実装するために厳密に手順化することができた。これらの手法の有効性を検証するために試作アニメーション画像を制作し、実験参加者として30名の大学生を対象として印象評定実験を行った。そして評定平均値からプロフィール曲線を作成し、試作アニメーションと手描きアニメーション画像の心理的な近似性を検証した。その結果、ほぼ同じ印象評価結果を得ることができた。よって、実用的な表現方法としてモーションキャプチャのデータを最大限に活用し、手描きアニメーションの動きのニュアンスを自動的に描出するという本研究の目的は達成されたものと結論する。平成17年度における研究実績は以下のとおりである。標本化したデータを直接加工するのではなく、標本化したデータをフィルタリングし、有用性のあるフレームを抽出、従来型のキーフレーミングによるアニメーション制作において活用するという手法の確立について考察を行い、検証作業を行った。30fspで2.7秒間の空手の蹴りという複雑な動きを標本化し、標本化されたデータから、エクストリーム、ブレークダウン、Ease In and Out、Anticipation、Reactionといった特徴的な動きを計測グラフ上から判定し、キーフレームとして6つのフレームを抽出した。その結果、標本化された動きとほぼ同じ精度の再現性を得られた。オートリダクション機能とは異なり、フレーム単位で体の部位のキーが同期しているので、ポーズ単位でのタイミング調整が可能である。

加えて上記の成果を基に標本化されたデータから抽出したキーフレームのタイミング調整を行い、16フレームの疾走モーションからキーフレームとして6つのフレームを抽出した。抽出されたキーフレームのタイミングを、標準、強調、反転のアプローチで時間のデフォルメを行った。その結果、アニメーション表現として有用性のあるモーションを作成することが出来た。しかしながら、標準的な日本製リミテッドスタイルアニメーションに用いられている作画手法に応用するにはいくつかの問題点が残った。リミテッドスタイルアニメーションへ応用するには、まだ解決すべき問題点や課題が残るものの、標本化されたデータを半自動で編集することにより有用性のあるモーションを生成するということについては有意義な検証結果であった。従来、標本化されたアニメーションデータとキーフレーミングによるアニメーションデータは異なる利用目的と制作過程で生成されていたが、両者のメリットを併せ持つ制作手法の確立が期待できる。6.1本研究の成果本研究の目的は、実用的な表現方法としてモーションキャプチャのデータを最大限に活用し、省略化と誇張化された動きを自動的に描出することである。まず第一段階として標本化された連続フレームから、作画上重要なキーとなるフレームを抽出し、次いでモーションキャプチャの動きとキーフレームを抽出してスプライン補間した動きの差異の評価とその結果について考察と作業を行った。モーションデータの全てのフレームについて、回転量変化の大きいフレームをキーフレームの候補としてマーキングした。これらの作業を各部位全てについて行った。それらを一覧化し、最も多くの候補を持つフレームをキーフレームとみなした。その結果、これらの方法の組み合わせでキーとなるフレームを高い精度で抽出することが出来た。次に第二段階として抽出したキーフレームのポーズに対して加工処理を行うことについて考察した。アニメーションにおける"らしい動き"とは、実際の運動との物理的整合性ではなく、人間が視覚や身体感覚によって心に描くメンタルイメージ、つまり運動表象が影響していると仮定した。このことをふまえ、ポーズの量子化や静止慣性によるのこし効果などを処理する手順を考察した。その結果、標本化されたままの状態ではみられることのなかった誇張された動きを得ることが出来た。次に第三段階としてキーフレームとフレームのタイミングを変えてフレーム全体を再配置し、時間のデフォルメを行うことについて考察した。限られた作画枚数で効果的に動きを見せるには、動きの連続性を均等にではなく、偏りをもたせる必要がある。キーフレームの中で最も重要なキーに対し、その前後のキーを設定した閾値で調整しながら、近接もしくは遠隔させることによりタイミングに緩急を付けた。その結果、視覚効果の高い動きを得ることができた。
肺神経内分泌腫瘍の遺伝子解析による新しい治療法の探索

肺神経内分泌腫瘍は,定型カルチノイド,非定型カルチノイド,大細胞神経内分泌癌(LCNEC),小細胞肺癌(SCLC)の主たる4組織型に分類されているが,その分子生物学的な発生メカニズムは明らかではなく,新たな治療法の開発には,その解明が極めて重要である.近年私たちは,LCNECおよびSCLCの有望な治療標的遺伝子群を同定するとともに,非小細胞肺癌とLCNECとの混合型LCNECにおいて,各成分を個別に解析する手法を用い,LCNEC成分の由来について遺伝子プロファイルの観点から世界に先駆けて報告した.本研究では同じ手法を用いながら,定型カルチノイド,非定型カルチノイド,および混合型SCLCの遺伝子解析を行い,肺神経内分泌腫瘍の発生機序を体系的に明らかにし,新しい分子標的治療法確立への手がかりを得ることを目的とする.肺カルチノイド40例(TC 29例,AC 11例),NSCLCとの混合型SCLC26例を対象とし,今年度は,対象症例の抽出,研究用データベースの作成を行った.肺神経内分泌腫瘍計64例についてHE標本を再度レビューし,WHOの診断基準を満たしているか確認したうえで,年齢,性別,喫煙指数,病理病期,腫瘍マーカー,CT画像,再発の有無,再発時の化学療法レジメンと効果,生命予後等の臨床因子を抽出した.現在組織マイクロアレイ(TMA)を作成中であり、今後その免疫組織染色および抽出したゲノムDNAのターゲットシークエンスを行うことにより,肺神経内分泌腫瘍の発生メカニズムを解明し,新規治療開発への道筋をつける.以上は,肺神経内分泌腫瘍の分子生物学的な発生機序を解明するうえで効率的な戦略であり,新たな治療法の開発の手がかりになると考えられる.1.対象症例の抽出、研究用データベースの作成国立がん研究センター東病院の肺癌データベース(1992年2013年肺癌全体約14000例)の中から,肺カルチノイド40例(TC 29例,AC 11例),およびNSCLCとの混合型SCLC 26例を抽出し(全て切除例),これら合計64例についてHE標本を再度レビューし,WHOの診断基準を満たしているか確認した.年齢,性別,喫煙指数,病理病期,腫瘍マーカー,CT画像,再発の有無,再発時の化学療法レジメンと効果,生命予後等の臨床因子を抽出した.2.組織マイクロアレイの作成および免疫染色肺多形癌のホルマリン固定ブロックより,腫瘍塊を2mm coreで棒状に打ち抜き,癌組織の組織マイクロアレイ(TMA)を作成中である.混合型SCLCはNSCLC成分およびSCLC成分より構成されるため,病理専門医の判断のもと,それぞれの成分からTMAを作成している.遺伝子変異に伴う関連遺伝子の発現の変化を検証するために,作成したTMAの免疫染色を行う予定である.免疫染色の評価は半定量的スコアリングを行い,それらを各組織型別に比較する.また,各種マーカーの発現様式と臨床病理学的因子,予後との関連も明らかにする.さらに,癌幹細胞マーカーおよび免疫チェックポイント関連分子(PD-L1, PD-L2)の免疫組織染色も行い,陽性細胞の分布,局在を明らかにする.さらに,上記で得られた2mm coreで棒状に打ち抜かれた腫瘍塊から,癌組織のみを取り出して細かく切断し,ホルマリン固定パラフィン包埋組織(FFPE)からのゲノム抽出に最適なDNA抽出キットを用いて,ゲノムDNAを抽出する.DNAは5μgの抽出を目標とする.先行研究であるSCLCの網羅的遺伝子解析で同定された244の候補遺伝子群によるターゲットシークエンスを行い,このターゲットシークエンスにて検出された変異,異常については適宜サンガー法,FISH等による確認を行う.肺神経内分泌腫瘍は,定型カルチノイド,非定型カルチノイド,大細胞神経内分泌癌(LCNEC),小細胞肺癌(SCLC)の主たる4組織型に分類されている.肺カルチノイドは,原発性肺癌の約1%を占める稀な悪性腫瘍で,悪性度は比較的低いとされているが,時に再発・癌死例を経験する.LCNECとSCLCは高悪性度腫瘍であり,LCNECの5年生存率は切除例でも40%程度,SCLCに至っては5年生存率が10%未満と,極めて予後不良である.しかしその分子生物学的な発生メカニズムは現時点では明らかではなく,新たな治療法の開発にはその解明が極めて重要である.現時点では肺神経内分泌腫瘍は治療の選択肢が少なく,新規の分子標的薬剤の開発が予後の改善に極めて重要であり,ここに重大なアンメット・メディカル・ニーズが存在する.本研究では肺神経内分泌腫瘍の遺伝子プロファイルを解析することによって,肺神経内分泌腫瘍の発生機序を体系的に明らかにし,新しい分子標的治療法確立への手がかりを得ることを目的とする.平成29年度の実績として,LCNECおよびSCLCの有望な治療標的遺伝子群を同定するとともに,非小細胞肺癌とLCNECとの混合型LCNECに関する遺伝子プロファイルを世界に先駆けて報告し,英文誌に掲載された.また,肺カルチノイドおよび非小細胞肺癌とSCLCとの混合型SCLCについても同様の解析を行うべく,病理標本のレビューおよび臨床病理学的因子に関する研究用データベースの作成を行った.現在組織マイクロアレイの作成およびPD-L1を含む各種タンパク発現に関する免疫染色が進行中である.

平成29年度における研究計画では,1.対象症例の抽出、研究用データベースの作成,2.組織マイクロアレイの作成および免疫染色,3.ゲノムDNAの抽出までを予定していた.当初の研究計画通り,対象症例の抽出(肺カルチノイド42例; TC 27例; AC 15例,混合型SCLC 19例),研究用データベースの作成は終了している.現在組織マイクロアレイの作成およびPD-L1を含む各種タンパク発現に関する免疫染色を行っている段階であり,平成30年度中にはゲノムDNAの抽出および癌関連遺伝子のターゲットシークエンスを終了可能な見込である.肺神経内分泌腫瘍は,定型カルチノイド,非定型カルチノイド,大細胞神経内分泌癌(LCNEC),小細胞肺癌(SCLC)の主たる4組織型に分類されているが,その分子生物学的な発生メカニズムは明らかではなく,新たな治療法の開発には,その解明が極めて重要である.近年私たちは,LCNECおよびSCLCの有望な治療標的遺伝子群を同定するとともに,非小細胞肺癌とLCNECとの混合型LCNECにおいて,各成分を個別に解析する手法を用い,LCNEC成分の由来について遺伝子プロファイルの観点から世界に先駆けて報告した.本研究では同じ手法を用いながら,定型カルチノイド,非定型カルチノイド,および混合型SCLCの遺伝子解析を行い,肺神経内分泌腫瘍の発生機序を体系的に明らかにし,新しい分子標的治療法確立への手がかりを得ることを目的とする.肺カルチノイド40例(TC 29例,AC 11例),NSCLCとの混合型SCLC26例を対象とし,今年度は,対象症例の抽出,研究用データベースの作成を行った.肺神経内分泌腫瘍計64例についてHE標本を再度レビューし,WHOの診断基準を満たしているか確認したうえで,年齢,性別,喫煙指数,病理病期,腫瘍マーカー,CT画像,再発の有無,再発時の化学療法レジメンと効果,生命予後等の臨床因子を抽出した.現在組織マイクロアレイ(TMA)を作成中であり、今後その免疫組織染色および抽出したゲノムDNAのターゲットシークエンスを行うことにより,肺神経内分泌腫瘍の発生メカニズムを解明し,新規治療開発への道筋をつける.以上は,肺神経内分泌腫瘍の分子生物学的な発生機序を解明するうえで効率的な戦略であり,新たな治療法の開発の手がかりになると考えられる.1.対象症例の抽出、研究用データベースの作成国立がん研究センター東病院の肺癌データベース(1992年2013年肺癌全体約14000例)の中から,肺カルチノイド40例(TC 29例,AC 11例),およびNSCLCとの混合型SCLC 26例を抽出し(全て切除例),これら合計64例についてHE標本を再度レビューし,WHOの診断基準を満たしているか確認した.年齢,性別,喫煙指数,病理病期,腫瘍マーカー,CT画像,再発の有無,再発時の化学療法レジメンと効果,生命予後等の臨床因子を抽出した.2.組織マイクロアレイの作成および免疫染色肺多形癌のホルマリン固定ブロックより,腫瘍塊を2mm coreで棒状に打ち抜き,癌組織の組織マイクロアレイ(TMA)を作成中である.混合型SCLCはNSCLC成分およびSCLC成分より構成されるため,病理専門医の判断のもと,それぞれの成分からTMAを作成している.平成30年度中にはゲノムDNAの抽出および癌関連遺伝子のターゲットシークエンスを終了可能な見込である.
SiCナノ粒子の表面分解法による超高比表面積CNT材料の開発

高比表面積を有し、触媒金属を含有せず、低コストなカーボンナノチューブ材料を開発するため、SiC粉末を原料とし、表面分解法を用いた高配向・高密度カーボンナノチューブ合成条件の検討を行った。まず、アルミナ管状炉を用いた簡便な管状炉内でのCNT合成を実証し、さらに、サンプル量に対し適切な酸素ガスをフローすること、サンプル保持容器を適切な回転速度で回転・撹拌することでCNT生成率が増加することを確認した。本研究では、ナノサイズのSiC粒子をSiC表面分解法によりカーボンナノチューブ化し、均質な細孔構造と高比表面積を有する、次世代電池・キャパシタのキーマテリアルとなる新規ポーラスカーボン材料を開発することを目的とする。これまでに、ナノSiC粒子を用いて、従来のSiCのCNT化に用いてきたものと同一の装置を用いて予備的にCNT化を行ったところ、初期に約50nm程度の粒径を持ったSiC粒子から得られたCNT集合粒子もまた、SiC粒子の径と構造を反映したものであった。これは、本研究で目標とするような超高比表面積ポーラスナノカーボンは実現可能であることを意味している。しかしながら、このような粒子は、粉末全体に対してごくわずかしか存在しない。すなわち、収率が極めて低いことが問題である。そこで、本年度はCNTの高収率化へ向けて、まずはナノSiCをCNT化するのに適した高温炉の設計と製作を行なった。ナノSiCの特徴として、粒径が極めて小さいことから、それらが凝集しやすく、それぞれの粒子表面に雰囲気ガスが行き渡りづらい。そこで、粉末を分散させて置くことができるような、均熱帯が広い炉で、ガス導入の可能な管状炉を作製した。アルミナ管を用いたにもかかわらず、まずは、微量のSiC粉末であったが、この炉を用い、1500°CにおいてSiC表面分解の現象が起こっていることが確認された。初年度、アルミナ管(直径50mm、長さ1200mm)を用いた簡便な管状炉内においても微量ながら真空中においてSiC粉末から表面分解現象により、高密度カーボンナノチューブ(CNT)が形成されることを確認した。しかしながら、CNTが形成されている粒子の割合は1020%と低く、多くの粒子はグラフェイトが形成されていた。H27年度においては、このCNT生成の割合を高めるため、当初の計画に沿って、SiC原料粉末の支持用ケースの改良を行った。まず、筒状のカーボンケースの内壁を波状に加工し、SiC粉末を搭載した。さらに、このケースの片側に管状炉の外にまで通じる炭素の軸棒を取り付けモーターと接続させた。このモーターによって、軸棒からカーボンケースに回転を伝え、ケース内の粉末が回転によって出来るだけ舞い上がり、撹拌されるように工夫した。回転は10回、20回、40回/分と変化させた結果、20回/分が最適な回転数であることが明らかになった。回転数が小さいと粉末の撹拌が不十分であり、また、回転数が高すぎると、SiC粉末は遠心力によって内壁に張り付いてしまい、撹拌が出来なかった。回転中の真空はOーリングにグリースを施すことにより保持された。熱処理条件は、5x10-3Torrの真空中において1500°C、2時間行った。得られた粉末をTEM観察した結果、4060%のSiC粒子に約40nmの長さのCNTが高密度に形成されていることが確認された。SiC粉末が舞い上がることにより、より多くのSiC粉末の表面において残留酸素との反応が促進し、表面分解によりCNTが形成されたと考えられる。今後は、一度に処理するSiCの粉末の量を増加させることを検討してゆく予定である。SiC粉末の支持用基板を回転可能なカーボン筒を用いることにより、簡便なアルミナ管状炉を用いてもCNT化の生産効率を2倍以上に向上することに成功したため。しかしながら、SiC担持量が多くなってくると、回転ケースからSiC粉末が飛散してしまう問題が生じる。今後は、SiCの粒径に応じ、飛散を防ぐためのカーボンケースの工夫を進めてゆく。本研究は、SiC粒子を表面分解法によりカーボンナノチューブ(CNT)化し、均質な細孔構造と超高比表面積を有する、新規ポーラスカーボン材料を開発することを目的とした。SiC表面分解法ではSi原子が酸素と結合することでSiOとして昇華し、残存したC原子がCNTを構成する。したがって、本手法では、SiC粒子表面において適切な量の酸素との反応と排気を効率的に促進・継続させることが重要となる。本実験には、アルミナ管状炉を用い原料のSiC粉末10 mgを真空下、1500°Cで2時間加熱した結果、長さ約40 nmのCNTが生成したことがわかった。簡便なアルミナ管状炉においてもSiC粒子表面をCNT化することが可能であることが初めて実証された。次に、酸素ガスフロー量を0, 0.02, 0.04, 0.08 sccmと変化させて加熱を行った。酸素ガスをフローさせない時のCNT生成率は20%だったのに対し、酸素ガスフロー量が0.02 sccm (0.02 Pa)のときに生成率は最も高く約60%に向上することがわかった。この結果から、酸素ガスフロー量を最適化することでCNT生成を促進できることが初めて示された。次にSiC粉末保持容器の回転による効果を調べた。

モーターの回転速度を0, 6, 12, 24, 36 rpmと変化させて加熱を行った。容器を回転せずに加熱した場合の生成率が20%だったのに対し、24 rpmの回転のとき生成率は最も高く、約60%まで向上することがわかった。この結果は回転によって凝集した粒子が舞い上がり、より多くの粒子が酸素と触れることでCNT生成が促進されたことを示唆する。以上の結果は、今後SiC表面分解法によるCNTの大量生産に向け、重要な指針を示すものと思われる。今後は、SiC粉末の微細化と装置の大型化により、より比表面積の大きなCNT合成技術の確立を目指す。高比表面積を有し、触媒金属を含有せず、低コストなカーボンナノチューブ材料を開発するため、SiC粉末を原料とし、表面分解法を用いた高配向・高密度カーボンナノチューブ合成条件の検討を行った。まず、アルミナ管状炉を用いた簡便な管状炉内でのCNT合成を実証し、さらに、サンプル量に対し適切な酸素ガスをフローすること、サンプル保持容器を適切な回転速度で回転・撹拌することでCNT生成率が増加することを確認した。初年度に計画していた広域加熱可能管状炉の作製を完了し、予備実験まで行ったことから、概ね順調に計画が推進されていると言える。従来までの研究では、簡便なアルミナ管を用い1500°Cの真空加熱実験は真空度の問題、アルミナ管内壁の劣化により、困難であった。今回は、カーボン管を内側に配することで、アルミナ管の劣化を防ぎ、長時間加熱が可能であることが確認され、管状炉でのSiC熱分解実験が可能となった。今後は、よりCNT化を促進するため、計画研究に沿って1ガス導入口を取り付け、炉内の酸素雰囲気の制御をすすめる。2SiC粉末支持用カーボン筒の粉末量に応じた回転速度の最適化を図る。3一回にチャージするSiC粉末の量による、CNT化の影響を調べる。4用いるSiC粉末の粒径のナノ微細化をすすめ、粉末の飛散を制御する方策を開発する。以上の実験から、効率的な高密度CNT形成技術の確立を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。結晶材料学27年度以降は、従来の炉でのナノSiCのCNT化を引き続き行うとともに、初年度に導入した高温雰囲気炉を用いて、分解条件を最適化することで、CNT化を試みる。仮に、直径50nmのCNT集合粒子が得られれば、かつてない超高比表面積のポーラスナノカーボン材料が実現でき、電池・キャパシタ応用において画期的な成果となる。そのため、27年度には比表面積を測定するための表面分析装置を導入し、研究の進展に役立てる。実際には、ナノSiC粒子の凝集が、本研究目的の実現へ向けて最大の障害となると考えられる。その克服のために、ナノ粒子の集合体付近の雰囲気、ナノ粒子の分散のさせ方や担持方法について徹底的に検討を行い、初年度に導入した炉を改良しながら研究を進める必要がある。また、ナノ粒子そのものの比表面積が大きいことも、分解させなければならない表面が多いことを意味するため、CNT化を阻害する要因となる。これに対して、CNT化は基本的には減圧下でのSiCの分解により生じるが、雰囲気中でのCOガスが分解を促進させることもわかっている(J. Phys. D: Appl. Phys., 40, 6278 (2007).)。
高分解能VOXEL型地形発達シミュレータの開発と海成段丘形成過程の詳細モデル構築

本年度(研究最終年度)の研究では,種子島西岸地域の最終間氷期以降の隆起海成段丘および沖合の沈水海底段丘のシミュレーションと結果から考察を行った.この中で,初年度に開発した,従来のDEMでは表現できなかったノッチの地形の表現が可能な1次元VOXEL型シミュレータの新たなC言語プログラムコードを応用して海岸線後退速度を算出すると同時に,日向灘沖の地震の地殻変動のモデル化のために,海底活断層の確実度の検討を取り込んだ.具体的には,陸域と海域にそれぞれ段丘が分布する種子島南西部を対象に,これらの段丘の再現を試みることでVOXEL型シミュレータの精度検証を行った.初期地形には,国土地理院の10mDEMと日本水路協会の海洋地形デジタルデータを統合して15m解像度のDEMを作成した.地形変化量の計算は,物質の移動と質量の保存を考慮して単位時間当たりの標高変化量(a)海水準変動,(b)海食崖の後退侵食,(c)浅海部の海底削剥作用,(d)地殻変動による隆起・沈降をモデル化した.具体的には,種子島南西部に分布するM1面(Stage5e),M2面(Stage5c)の陸域の海成段丘と,水面下のST1面・ST2面(Stage3)に相当する未来の地形を考察した.このとき,海底面以深には固結した岩盤の上層として未固結な堆積物を想定し,その上置層は(b)海食崖の後退プロセスにおいて極短期間に除去されるものと考え,初期地形に含めないことで,産総研の海域地質構造データベースから固結した地層の境界面の勾配を計測して外挿した.また,海域の沈水段丘の分布と陸域の隆起段丘の分布の相補性に着目して,初期地形を2種類想定してシミュレーションを行うこと,また,プレート境界の海底活断層と反無限弾性体の食い違いモデルにより地殻変動のシミュレーションへの取り込みより,実際の地形変化が再現可能となった.本年度の研究では,100年・10mスケールの地形発達シミュレーター(LEMs)の開発・検証・実行と,相模トラフの巨大地震に関する変動地形の考察を目的とした.そのため,DEMでは表現できなかったノッチの地形の表現が可能な1次元VOXEL型シミュレータの新たなC言語プログラムコードの作成,海岸線後退速度の算出,相模トラフの地震について海底変動地形をproxyとした規模別頻度分布の推定を行った.対象地域として選定した千葉県房総半島南西部に位置する見物海岸は,関東圏の地震危険度評価にも関係があるとされている.そこで,当該地域を対象に,シミュレーションで得られる地形を基に,海成段丘の形成プロセスと相模トラフの地震の規模別頻度分布を考察した.それに必要となる海岸線後退速度については,見物海岸周辺の1975年と2012年の空中写真に測量と精密な幾何補正を行い新たに算出した.その結果,見物海岸における海岸線後退速度を求めた.また,目的変数である相模トラフのプレート間地震の平均発生頻度の検証のために,相模湾内の海底地すべり地形をproxyとして規模別頻度分布から推定した.以上のことを踏まえた結果から,現実地形と類似するのは条件として,初期地形:直線地形と波食棚の地形を組み合わせた地形,シミュレート期間:永仁地震発生年の1293年以降720年間,隆起モデル:元禄型地震のみ,海岸線後退速度R:0.05[m/yr],海底削剥速度A:Sunamura(1992)の値の0.001[m/yr]の場合となった.このことから,相模トラフにおける比較的規模の大きな元禄型地震は過去2000年間に少なくとも2回(永仁地震,元禄地震)発生したと考えることができる.これは,従来考えられていた宍倉(2001)の元禄型地震の発生間隔より短いため,関東圏の地震危険度評価の再検討が必要である.初年度は,研究計画書の5つの具体的作業項目である(a) UAVドローンと高所斜め撮影を組み合わせた野外測量作業,(b) VOXEL型数値標高モデルの作成手法の確立,(c)海食崖の後退や波食に関する地形変化プロセスのパラメータの推定,(d)非定常イベント(地すべり・斜面崩壊・洪水)の確率モデルによる導入,(e)陸化した段丘面の侵食に関わる流路網の設定アルゴリズムの高度化の中から,(a)野外測量作業,(b) VOXEL型数値標高モデルの作成手法の確立と,(c)決定論的な地形変化プロセスのパラメータの推定,および(d)確率論的な地形変化プロセスのパラメータの推定について,千葉県房総半島南西部に位置する見物海岸を対象としてそれぞれ作業を行った.その結果,従来の疑似3次元のDEMを用いた地形変化の計算よりも,ノッチなどの現実の地形により即した3次元の地形変化がシミュレートできることを確認した.本年度の研究では,初期地形を過去の地形に設定して地形変化シミュレータ(LEMs)の計算結果を現実の現在の地形と比較することで計算に必要となる地形変化プロセスのパラメータを定量的に評価することを目的とした.そのために,鹿児島湾北部の入戸カルデラから約29000年前に流下した入戸火砕流によるシラス台地を,その後に河川が侵食して形成した谷底低地が広がる伊集院地域を対象地域に選定した.ここで,国土地理院が公開している10m-DEMと海上保安庁による沿岸海域データを統合してグリッド長15mの正方格子でDEMを作成した.その初期地形は,DEMの谷地形を接峰面作成のアルゴリズムで埋める処理を施して近似した.

従来の低解像度用のLEMsは,流路幅が1グリッド長を超えることは想定せず,流路と陸地が混在するDEMとしてとらえた簡便なモデルであった.そのため,高解像度のDEMにそのまま適用すると,流路幅が1グリッド長に限定され,流路の位置も一度固定されると下刻により変遷しないことにより,峡谷の形成などの現実の地形との乖離があった.その点を,本研究では流域面積と谷幅の経験的に検討することで,谷幅をVW、集水面積をCAとおいて,「log(VW) = 0.60log(CA) - 1.89」という回帰式を得た.谷の拡幅作用は、集水面積が大きくなるにつれて土砂の侵食力・運搬力も増大して側刻の作用力が大きくなるためと考えられる。さらに,本研究では,この回帰式のばらつきより,シラス台地の谷壁面の地すべり・崩壊による後退速度の考察も行った.こうしたプロセスをLEMsに取り入れることで,谷の拡幅作用を表現できるモデルに改良し,伊集院地域の現実の地形に見られるシラス台地の幅400700m,高さ30110mの開析谷地形を過去から29000年間の計算で表現可能な地形変化シミュレータを構築した.3年計画の2年目においては,研究計画書の5つの具体的作業項目である(a) UAVドローンと高所斜め撮影を組み合わせた野外測量作業,(b) VOXEL型数値標高モデルの作成手法の確立,(c)海食崖の後退や波食に関する地形変化プロセスのパラメータの推定,(d)非定常イベント(地すべり・斜面崩壊・洪水)の確率モデルによる導入,(e)陸化した段丘面の侵食に関わる流路網の設定アルゴリズムの高度化の中から,(e)のモデル化のために,鹿児島県・薩摩半島の伊集院地区において,3万年前の姶良カルデラ噴火に伴う火砕流堆積面のその後の地形変化を対象として,(a)野外測量作業と,(c)決定論的な地形変化プロセスのパラメータの推定,および(d)確率論的な地形変化プロセスのパラメータの推定についてそれぞれ作業を行った.その結果,従来の疑似3次元のDEMを用いた地形変化の計算よりも,谷の拡幅作用を表現できる3次元の地形変化がシミュレートできることを確認した.本年度(研究最終年度)の研究では,種子島西岸地域の最終間氷期以降の隆起海成段丘および沖合の沈水海底段丘のシミュレーションと結果から考察を行った.この中で,初年度に開発した,従来のDEMでは表現できなかったノッチの地形の表現が可能な1次元VOXEL型シミュレータの新たなC言語プログラムコードを応用して海岸線後退速度を算出すると同時に,日向灘沖の地震の地殻変動のモデル化のために,海底活断層の確実度の検討を取り込んだ.具体的には,陸域と海域にそれぞれ段丘が分布する種子島南西部を対象に,これらの段丘の再現を試みることでVOXEL型シミュレータの精度検証を行った.初期地形には,国土地理院の10mDEMと日本水路協会の海洋地形デジタルデータを統合して15m解像度のDEMを作成した.地形変化量の計算は,物質の移動と質量の保存を考慮して単位時間当たりの標高変化量(a)海水準変動,(b)海食崖の後退侵食,(c)浅海部の海底削剥作用,(d)地殻変動による隆起・沈降をモデル化した.具体的には,種子島南西部に分布するM1面(Stage5e),M2面(Stage5c)の陸域の海成段丘と,水面下のST1面・ST2面(Stage3)に相当する未来の地形を考察した.
細胞の浸透圧ストレス応答機構と細胞死誘導機構における共通原理の探究

細胞は生命活動の場である細胞体積を厳密に制御している.しかし細胞が浸透圧ストレスを認識して細胞体積を維持する一連の機構には未だ不明な点が多い.またアポトーシスにおいても細胞の収縮は有名だが,この現象を細胞死の要因として着目した研究は少ない.申請者は浸透圧ストレス応答とアポトーシスの制御分子ASK3の研究を通して,ASK3が体積制御を担うイオンチャネルVRAC/LRRC8sを制御することを見出した.そこで本研究では,ASK3によるVRAC制御機構の解析を軸に,低浸透圧ストレスにおける細胞体積維持機構ならびにアポトーシス誘導における細胞体積収縮機構を解明することで,細胞体積制御という共通の観点から生命の原理を探究する.細胞は生命活動の場である細胞体積を厳密に制御している.しかし細胞が浸透圧ストレスを認識して細胞体積を維持する一連の機構には未だ不明な点が多い.またアポトーシスにおいても細胞の収縮は有名だが,この現象を細胞死の要因として着目した研究は少ない.申請者は浸透圧ストレス応答とアポトーシスの制御分子ASK3の研究を通して,ASK3が体積制御を担うイオンチャネルVRAC/LRRC8sを制御することを見出した.そこで本研究では,ASK3によるVRAC制御機構の解析を軸に,低浸透圧ストレスにおける細胞体積維持機構ならびにアポトーシス誘導における細胞体積収縮機構を解明することで,細胞体積制御という共通の観点から生命の原理を探究する.
モデルマウスを用いた花粉-食物アレルギーの病態解明

申請者は、シラカンバ花粉で全身感作させたマウスにリンゴを経口投与することで、全く報告例のない新規口腔アレルギー症候群モデルマウス(PFASモデルマウス)の作製に成功した。PFASモデルマウスでは、シラカンバ花粉の腹腔内投与による全身感作後に同抗原を経鼻感作させる。その後リンゴを経口投与する。PFASモデルマウスではリンゴ経口投与後に、口かき動作を認める。口かき動作はOAS症状と酷似しており、ナイーブマウスにリンゴを投与しても決して認められない。申請者は、このモデルマウスを用いて口腔アレルギー症候群の発症機序・病態解明に関する様々な研究を行っている。IgEシグナリングが抑制されているFcεR1欠損マウスをPFASモデルマウスに適用すると、野生型マウスに比べて明らかにリンゴ経口投与後の口かき回数が抑制された。また、肥満細胞欠損マウスにおいても、野生型マウスに比べて口かき回数の抑制が認められた。つまり、申請者が作製した新規PFASモデルマウスにおいて、口かき症状にはIgEを介した肥満細胞の役割が必須であることが明らかとなった。また、IL-33欠損マウス、TSLPR欠損マウスをPFASモデルマウスに適用した。IL-33欠損マウス、TSLPR欠損マウスでは、野生型マウスに比べて、血清特異的IgEの低下、活性化Th2細胞の抑制、リンゴ経口投与後の口かき回数の低下を認めた。これらの結果からIL-33やTSLPが口腔アレルギー症候群において重要な役割を担っている可能性が示唆された。申請者は自らが作製した新規PFASモデルマウスを用いて、口腔アレルギー症候群の発症機序・病態解明に関する様々な研究を行っている。口腔アレルギー症候群に関する基礎的研究は報告が乏しく、モデルマウスが存在しなかった。シラカンバ花粉で全身感作させたマウスにリンゴを経口投与するとマウスは口かき動作を認める。これは口腔アレルギー症候群における口腔症状と極めて近似している。PFASモデルマウスを用いた今回の研究において、FcεR1欠損マウスや肥満細胞欠損マウスでは、リンゴ経口投与後の口かき回数が有意に抑制された。このことから、口腔アレルギー症候群の症状発症にはIgEを介した肥満細胞の働きが必須であることが明らかとなった。また、IL-33欠損マウス、TSLPR欠損マウスでは、野生型マウスに比べて、血清特異的IgEの低下、活性化Th2細胞の抑制、リンゴ経口投与後の口かき回数の低下を認めた。2型炎症に関わる上皮由来サイトカインであるIL-33やTSLPが口腔アレルギー症候群の病態に深く関わる可能性が示唆された。以上より、新規PFASモデルマウスにおける病態解明が進んでおり、本研究課題の進捗状況として、おおむね順調に進展している。新規PFASモデルマウスを用いて口腔アレルギー症候群の更なる発症機序・病態の解明を行う。1PFASモデルマウスにおける自然免疫系の関与を調べる。RAG2欠損マウスやRORα欠損マウスをPFASモデルマウスに適用し、ILC2sの有無による口腔アレルギー症候群発症の影響を調べる。また、前処置として抗CD90抗体を腹腔内投与することでILC2sを不活化させた野生型マウスを、PFASモデルマウスに適用し、口腔アレルギー症候群発症の抑制を検証する。ILC2sの関与が明らかとなれば、抗体によるILC2s不活化の臨床応用を検討する。2ω3脂肪酸含有飼料を与えたマウスをPFASモデルマウスに適用し、口腔アレルギー症候群改善とメカニズムを検証する。炎症性脂質メディエーターの抑制、抗炎症性代謝物の産生をELISAで評価する。また、ラット好塩基球性白血病細胞RBL-2H3やヒト肥満細胞株をω3脂肪酸で刺激後、βヘキソサミニダーゼを測定し、脱顆粒抑制能を検証する。3口腔環境・TLR免疫応答が、花粉症患者間でのOAS発症の差異に関わる可能性を検証する。各種TLRリガンド・TLR阻害ペプチドを用いて、PFASモデルマウスに適用し、OAS発症を比較検証する。また、無菌マウスをPFASモデルマウスに適用し、細菌叢を持つ通常マウスとのOAS発症の違いを検証する。

IL-33欠損マウス、TSLPR欠損マウスでは、野生型マウスに比べて、血清特異的IgEの低下、活性化Th2細胞の抑制、リンゴ経口投与後の口かき回数の低下を認めた。これらの結果からIL-33やTSLPが口腔アレルギー症候群において重要な役割を担っている可能性が示唆された。申請者は自らが作製した新規PFASモデルマウスを用いて、口腔アレルギー症候群の発症機序・病態解明に関する様々な研究を行っている。口腔アレルギー症候群に関する基礎的研究は報告が乏しく、モデルマウスが存在しなかった。シラカンバ花粉で全身感作させたマウスにリンゴを経口投与するとマウスは口かき動作を認める。これは口腔アレルギー症候群における口腔症状と極めて近似している。PFASモデルマウスを用いた今回の研究において、FcεR1欠損マウスや肥満細胞欠損マウスでは、リンゴ経口投与後の口かき回数が有意に抑制された。このことから、口腔アレルギー症候群の症状発症にはIgEを介した肥満細胞の働きが必須であることが明らかとなった。また、IL-33欠損マウス、TSLPR欠損マウスでは、野生型マウスに比べて、血清特異的IgEの低下、活性化Th2細胞の抑制、リンゴ経口投与後の口かき回数の低下を認めた。2型炎症に関わる上皮由来サイトカインであるIL-33やTSLPが口腔アレルギー症候群の病態に深く関わる可能性が示唆された。以上より、新規PFASモデルマウスにおける病態解明が進んでおり、本研究課題の進捗状況として、おおむね順調に進展している。新規PFASモデルマウスを用いて口腔アレルギー症候群の更なる発症機序・病態の解明を行う。1PFASモデルマウスにおける自然免疫系の関与を調べる。RAG2欠損マウスやRORα欠損マウスをPFASモデルマウスに適用し、ILC2sの有無による口腔アレルギー症候群発症の影響を調べる。また、前処置として抗CD90抗体を腹腔内投与することでILC2sを不活化させた野生型マウスを、PFASモデルマウスに適用し、口腔アレルギー症候群発症の抑制を検証する。ILC2sの関与が明らかとなれば、抗体によるILC2s不活化の臨床応用を検討する。2ω3脂肪酸含有飼料を与えたマウスをPFASモデルマウスに適用し、口腔アレルギー症候群改善とメカニズムを検証する。炎症性脂質メディエーターの抑制、抗炎症性代謝物の産生をELISAで評価する。また、ラット好塩基球性白血病細胞RBL-2H3やヒト肥満細胞株をω3脂肪酸で刺激後、βヘキソサミニダーゼを測定し、脱顆粒抑制能を検証する。3口腔環境・TLR免疫応答が、花粉症患者間でのOAS発症の差異に関わる可能性を検証する。各種TLRリガンド・TLR阻害ペプチドを用いて、PFASモデルマウスに適用し、OAS発症を比較検証する。また、無菌マウスをPFASモデルマウスに適用し、細菌叢を持つ通常マウスとのOAS発症の違いを検証する。(理由)本年後の研究計画を遂行するために必要な各種機器、物品、試薬を準備した。また、成果を発表するための国内旅費が必要であった。本研究はマウスを対象とした実験が主体であり、マウスの購入や飼育のために研究費を使用した。研究を進めていく上で本年度使用額は適切な額であった。
固気二相流中で形成される粒子メゾスケール構造の制御に関する研究

鉛直ダクト内を重力沈降する粒子群により形成される粒子クラスター流動について実験と計算を行い,流動制御を目的とした実験データの収集と流動予測のための数値解析を行った.実験では,一辺が20cmの正方形断面をもつ鉛直ダクト内のクラスター流動に対して,レーザーシートを用いたクラスター空間構造の可視化,光ファイバー粒子濃度計測システムによる局所粒子濃度変動の計測,さらに位相ドップラー流速計による粒子速度,粒径および気流速度の同時測定を行った.局所粒子濃度変動の計測結果より,平均粒子濃度,粒子濃度の確率密度分布,粒子濃度変動のパワースペクトルを得た.また,位相ドップラー流速計による測定結果より,粒子・流体間の平均相対速度,変動速度強度,粒子・流体の速度相関,粒径・粒子速度相関などを求めた.これらの詳細な実験データは,数値予測モデルの検証や流動制御の目的のために貴重な知見を与えるものである.数値解析においては,粒径分布が粒子クラスターの空間構造に及ぼす影響を検討した.その結果,粒径分布の影響によりクラスターの空間スケールは大きくなる傾向を示し,実験での観測結果により近い予測を与えることが分かった.粒子濃度の確率密度分布は粒径分布の影響により分布の広がり小さくなる傾向を示し,これについても実験結果により近い結果を与えることが分かった.また,粒径分布のある場合には粒子濃度むらの発達が抑制され,その効果には粒径分布に起因する粒子速度変動の強度が関係することが分かった.また,粒径が粒子クラスター構造に及ぼす影響を調べた結果,粒径の増大によりクラスタースケールも増大する結果を得た.以上の結果より,本数値解析モデルの妥当性が検証され,粒径分布による流動制御の可能性が示された.鉛直ダクト内を重力沈降する粒子群により形成される粒子クラスター流動について実験と計算を行い,流動制御を目的とした実験データの収集と流動予測のための数値解析を行った.実験では,一辺が20cmの正方形断面をもつ鉛直ダクト内のクラスター流動に対して,レーザーシートを用いたクラスター空間構造の可視化,光ファイバー粒子濃度計測システムによる局所粒子濃度変動の計測,さらに位相ドップラー流速計による粒子速度,粒径および気流速度の同時測定を行った.局所粒子濃度変動の計測結果より,平均粒子濃度,粒子濃度の確率密度分布,粒子濃度変動のパワースペクトルを得た.また,位相ドップラー流速計による測定結果より,粒子・流体間の平均相対速度,変動速度強度,粒子・流体の速度相関,粒径・粒子速度相関などを求めた.これらの詳細な実験データは,数値予測モデルの検証や流動制御の目的のために貴重な知見を与えるものである.数値解析においては,粒径分布が粒子クラスターの空間構造に及ぼす影響を検討した.その結果,粒径分布の影響によりクラスターの空間スケールは大きくなる傾向を示し,実験での観測結果により近い予測を与えることが分かった.粒子濃度の確率密度分布は粒径分布の影響により分布の広がり小さくなる傾向を示し,これについても実験結果により近い結果を与えることが分かった.また,粒径分布のある場合には粒子濃度むらの発達が抑制され,その効果には粒径分布に起因する粒子速度変動の強度が関係することが分かった.また,粒径が粒子クラスター構造に及ぼす影響を調べた結果,粒径の増大によりクラスタースケールも増大する結果を得た.以上の結果より,本数値解析モデルの妥当性が検証され,粒径分布による流動制御の可能性が示された.実験(1)球形ガラス粒子を使用粒子として選定し,平均粒径66μmと1776μmの2種類のガラス粒子の導入を行い、粒径分布の測定を行った。(2)選定した粒子に対して、粒子メゾスケール形成および測定の予備実験を行い、実験装置および測定系の確認を行った。粒子メゾスケール構造形成の測定はレーザーシートを用いた可視化装置により可視化し、高速度ビデオおよびデジタルカメラで空間パターンの撮影を行った。数値解析(1)平均粒径66μmのガラス粒子に対して、粒子メゾスケール構造形成の数値解析を行い、実験での観測結果に近いクラスター構造が数値解析をにより得られることを確認した。(2)平均粒径66μmのガラス粒子に対して、数値解析により粒径分布の影響の検討を行い、粒径分布によりクラスターの発達が抑制されることを明らかにした。鉛直ダクト内を重力沈降する粒子群により形成される粒子クラスター流動について実験と計算を行い,流動制御を目的とした実験データの収集と流動予測のための数値解析を行った.実験では,一辺が20cmの正方形断面をもつ鉛直ダクト内のクラスター流動に対して,レーザーシートを用いたクラスター空間構造の可視化,光ファイバー粒子濃度計測システムによる局所粒子濃度変動の計測,さらに位相ドップラー流速計による粒子速度,粒径および気流速度の同時測定を行った.局所粒子濃度変動の計測結果より,平均粒子濃度,粒子濃度の確率密度分布,粒子濃度変動のパワースペクトルを得た.また,位相ドップラー流速計による測定結果より,粒子・流体間の平均相対速度,変動速度強度,粒子・流体の速度相関,粒径・粒子速度相関などを求めた.これらの詳細な実験データは,数値予測モデルの検証や流動制御の目的のために貴重な知見を与えるものである.数値解析においては,粒径分布が粒子クラスターの空間構造に及ぼす影響を検討した.その結果,粒径分布の影響によりクラスターの空間スケールは大きくなる傾向を示し,実験での観測結果により近い予測を与えることが分かった.粒子濃度の確率密度分布は粒径分布の影響により分布の広がり小さくなる傾向を示し,これについても実験結果により近い結果を与えることが分かった.

また,粒径分布のある場合には粒子濃度むらの発達が抑制され,その効果には粒径分布に起因する粒子速度変動の強度が関係することが分かった.また,粒径が粒子クラスター構造に及ぼす影響を調べた結果,粒径の増大によりクラスタースケールも増大する結果を得た.以上の結果より,本数値解析モデルの妥当性が検証され,粒径分布による流動制御の可能性が示された.