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超低損失パワーデバイス用途ダイヤモンド低抵抗ウェハの合成

ダイヤモンドは、SiC,GaNを凌駕する半導体物性値を複数有することから、次々世代の超低損失パワー半導体材料として期待されている。実用縦型デバイス構造では低抵抗ウェハが必要であるが、従来のCVD法では煤の発生、ドーピング効率の低下など結晶成長の不安定化が問題となっていた。本研究では、大面積合成に優位性のある熱フィラメントCVD法に着目し、高濃度ホウ素ドープによる低抵抗ウェハの作製に取り組んだ。その結果、1E21 cm-3を超える超高濃度ドープに成功し、ミリΩcm級の低抵抗ウェハを実現した。結晶品質は市販絶縁ウェハと同等であり、縦型ショットキー構造で高い整流動作を確認した。ダイヤモンドはSiCやGaNを凌駕する優れた物性値を複数有し,次々世代の省エネルギー社会を担うパワー半導体材料として期待されている.アンペア級駆動の縦型デバイス構造では,動作時の損失を極限まで低減するため導電性低抵抗ウェハを用いる必要があるが,デバイスグレードの高品質結晶は得られていない.本研究は,単結晶ダイヤモンドの大面積合成で優位性のある熱フィラメントCVD法を基調として,高濃度ドーピング時の結晶成長機構解明と高品質化を図り,超低損失パワーデバイス用途の低抵抗ウェハを創製することを目標とする.1年目(平成27年度)は,薄膜基礎物性探索に焦点を絞って研究を実施した.熱フィラメントCVD法により高濃度ホウ素ドーピングダイヤモンド薄膜を合成し,ドーパントの活性化率および不純物の取り込み効率を評価した.CVD成長中の気層中から膜中へのホウ素取り込み効率は約100%と高く維持されており,1E21cm-3を超える高濃度ドーピングが可能であることが分かった.抵抗率は過去報告値最低レベルにまで下がっており,1mOhmcm台まで低抵抗化していることが明らかとなった.また高濃度ドーピング膜と絶縁基板界面では,擬似格子整合成長しており,転位生成が抑制されいることが分かった.市販のダイヤモンド基板は絶縁性のものに限られているため,格子緩和を伴わない本成長様式は実用上重要であると考えられる.今後,結晶成長パラメータの最適化により厚膜・ウェハ化を目指す.研究計画に沿っておおむね順調に結果が得られている.アンドープ結晶合成で培った高品質化技術を高濃度ドーピング環境に適用できたため,系統的な物性探索を行うことができた.ダイヤモンド高出力パワーデバイス開発では,低抵抗基板上へドリフト層を形成し,電流を寄生抵抗の小さい膜厚方向に流す,縦型デバイスが必要である.ダイヤモンドの不純物活性化エネルギーはn型で0.57 eV (P), p型で0.37 eV (B)であるため,ホウ素ドープが低抵抗化に有利である.1E20cm-3を超える高濃度ドーピングでは,波動関数の重なったホウ素準位間で正孔が伝導するvariable range hoppingや,フェルミ準位が価電子帯に入り込む縮退半導体化が観測される.不純物原子を取り込みやすいとされる(111)面では1E22cm-3, 2インチ大の大口径化が可能な(100)面では1E21cm-3の超高濃度ドープが可能であり,1 mOhmcm以下の抵抗率が報告されている.ダイヤモンドで応用が期待される高耐圧(例えば>1 kV)領域では,材料の物性値より決まる特性オン抵抗(RonA)は約1E-3 Ohmcm2まで低減可能である.ウェハなどの寄生抵抗成分(Rpara)はRonAの5%以下まで低減することが求められており,この領域ではRpara=5E-5 Ohmcm2以下が要求される.例えば10 mOhmcm (50 um厚)といった低抵抗化と厚膜化を同時に満たすp+基板が必要であるが,実現できていない.本年度は,熱フィラメントCVD法による厚膜低抵抗基板の創製と結晶構造解析に取り組んだ.長時間CVD合成による厚膜化,クラックフリー自立結晶の合成に成功した.またシンクロトロンNEXAFS解析より,B原子は置換原子位置に高濃度に添加されており,電気的に不活性なクラスタリングや格子侵入が生じていないことを明らかとした.オーミック接触抵抗を含めた寄生抵抗は5E-5 Ohmcm2以下であった.これらの結果を基に最終年度は縦型デバイスの実証に取り組む予定である.今年度の目標であった低抵抗ダイヤモンド自立結晶合成を達成し,電気的・結晶学的評価を完了させた.最終年度の縦型デバイス作製へつながる成果が得られており,おおむね順調に研究が進展している.最終年度(平成29年度)は、低抵抗ウェハの合成と縦型ショットキーデバイスの作製・評価に取り組んだ.熱フィラメントCVD法の一般的な合成速度は0.5 um/hと遅く,厚膜成長に適していない.長時間に亘っての連続成長は,基板ホルダー上の多結晶成長,異常成長核形成が生じ,結晶品質を低下させる.そこで我々は,成長パラメータ(ガス圧,フィラメント温度,基板温度)の最適化による成長速度の向上を試みた.その結果,成長速度は4.2 um/hまで高速化可能であることを明らかとした.成長表面はマクロステップバンチングしており,異常成長核は抑制されていた.厚膜成長後,レーザカットとスカイフ研磨により,下地種結晶を取り除き,自立ウェハを作製した.自立結晶のX線ロッキングカーブ半値幅は25秒であり,下地の種結晶の値と同一であった.

この低抵抗ウェハ上に縦型ショットキーバリアダイオードを試作した.低抵抗基板上にホウ素濃度約1E16 cm-3のドリフト層を成長し、酸洗浄による表面酸素終端化後にMo/Auショットキー電極を形成し,素子特性を評価した.その結果、高いスイッチング特性(整流比8桁),100 Vまで装置検出限界以下の低い漏れ電流を観測した.このことから,今回作製した低抵抗ウェハが半導体デバイス用途として高いポテンシャルを有していることを確認した.今後低抵抗基板上のドリフト層成長条件の最適化により,更なる改善が期待できる.ダイヤモンドは、SiC,GaNを凌駕する半導体物性値を複数有することから、次々世代の超低損失パワー半導体材料として期待されている。実用縦型デバイス構造では低抵抗ウェハが必要であるが、従来のCVD法では煤の発生、ドーピング効率の低下など結晶成長の不安定化が問題となっていた。本研究では、大面積合成に優位性のある熱フィラメントCVD法に着目し、高濃度ホウ素ドープによる低抵抗ウェハの作製に取り組んだ。その結果、1E21 cm-3を超える超高濃度ドープに成功し、ミリΩcm級の低抵抗ウェハを実現した。結晶品質は市販絶縁ウェハと同等であり、縦型ショットキー構造で高い整流動作を確認した。上記得られた知見に基づいて,次年度では低抵抗ダイヤモンドの厚膜成長と自立化に取り組む.当初の予定通り低抵抗ウェハ上にダイヤモンド縦型パワーデバイスを形成し,スイッチング特性を評価する.電気電子材料(半導体)
日本における情報科学基礎研究のあり方についての総括的研究

本研究は、学問分野における情報科学のあり方を、長期的な視野に立ち、国際的・学際的な観点からのニーズも考慮しながら、その研究項目と領域について討議し、かつ大学の占める役割、時間的スケジュールをも可能な限り明確にしようとする。日本の大学における情報科学の代表的な研究者による研究集会を、分担者の外に更に拡大・強化して開き、集中的に討議を重ねた。2年度の研究においては、情報工学・情報科学者のコンピュータ中心的な観点の外に、情報科学の成果をツールとし、その方法論をより学際的に展開しようとする情報学の必要性、論理的・手続き思想の現在のコンピュータに対し、パターン情報・データ、知能・知識の科学、感性的情報の基礎的研究の重要性と緊急性が共通的認識となった。更には人間・機械共存系でのコミュニケーションの基本考察を意図した上での、概念形成・言語獲得の自然科学方法論での研究、知識の表現・導入・利用の科学、コンピュータソフトウェアの更なる基礎のソフトサイエンス、新たなアーキテクチャにつながる素子の探求の必要性が強調された。3年度における特徴は、ワーキンググループ(WG)による作業導入である。ここでの作業は、いくつかの視点を導入して、情報科学の分野の整理と体系化を行った。いくつかの視点の中から選んだものは、「基礎と応用」「具体と抽象」という、いわば二次元面上で直交する軸である。この上に、情報科学の核分野を分類するだけでなく、2年次に用いた機械と人間の対比における表層と深層、対象か単体か複数体か、実行や順序づけか手続き型か宣言型かといった層状化を、更に詳しく行った。すなわち、「理論とモデル化層」「計算システム層」「知的情報処理層」「データ層」、ならびに情報科学・情報工学固有のツールや方法論の各種学問領域への応用である。それら各層の詳細化を行い、その中に多くのキーワードを含めて分類・体系化した。
レニン・アンギオテンシン系に着目した卵巣過剰刺激症候群の発症機序解明と治療法開発

卵巣には組織レニン・アンギオテンシン系(RAS)が存在し我々はヒト黄体での著明なRAS関連酵素の亢進、それによるangiogenic factorとしての血管内皮増殖因子(VEGF)が報告されている。今回我々はAngiotensin ii (Ang II)によるVEGF誘導機序を検討し、HCGによるVEGF誘導機序との比較を行った。IVF患者から採卵時に得られた黄体化顆粒膜細胞を初代培養し、HCG刺激によるVEGF発現、AngII濃度別刺激によるVEGF発現、アンギオテンシンII1型受容体拮抗薬(AT1R)であるcandesartan cilexetil,アンギオテンシンII2型拮抗薬(AT2R)であるPD123319を添加しVEGF発現についてRT-PCR法、ELISA法により解析した。初代培養黄体化顆粒膜細胞にHCGを添加したところ約200%の増加率でVEGFの発現は増強した。AngIIを添加したところでは濃度依存性に約50%の増加率でVEGFの発現が増強した。またcandesartan cilexetilによりVEGFの発現は抑制されたが、PD123319では抑制されなかった。この結果からヒト卵巣黄体細胞でのVEGF発現はAT1Rを介していることが判明した。すなわち黄体形成における血管新生、血管透過性の亢進はAng IIを含めHCG、LH等あらゆる因子の相互作用によって成り立っている可能性が示唆された。
軟らかな接合法としてのシ-リング材の構造的利用とその変形・応力伝達機構の研究

1.一次元接合モデルを用いた各種負荷状態下での接合部の挙動接合部の寸法・形状をもつ試験体について、圧縮・引張、曲げ、剪断試験を行い、その挙動にはシ-リング材の力学的性質並びに接合部断面形状・寸法が影響を及ぼすことを明らかにした。即ち、応力は単純引張・圧縮では深さ(D)/幅(W)に、曲げではD^2/Wに依存する。但し剪断は依存しない。また、光弾性実験により接合部材内の応力は隅角部が大きく、しかも幅が狭くなるに従ってその傾向は強まることも示した。2.繰り返し変形を受けたときの接合部材の耐疲労性繰り返し試験より接合部材の欠陥の発生する位置は、断面中の引張応力とが交互に繰り返される部分であることが明らかになった。また耐疲労性もDおよびWに関係し、欠陥の発生するまでの繰り返し回数NはlogN=-Alog(D^n/w)+Bで表されることを示した。3.軟らかな接合部をもつ二次元構造物の変形と応力各種接合部断面を持つ二次元立体構造物を水平及び垂直から加力しその挙動を調べ、系全体の剛性は接合部の形状・寸法に密接に関係し、Dを大きくするまたはWを小さくすることにより高まること、またシ-リング材自身の力学的性質も関係し、モデュラスが大きくなるほど剛性は高まることを明らかにした。4.自由度の高い新しい接合部の提案いままでの知見を発展させて自由度が高く、しかも軟らかな性質を持つ接合部を開発し、断面寸法を変えることによりどの程度その挙動を制御しうるか実験的に検討した。1.軟らかな接合にするシーリング材の選定材料の力学的特性を測定し,本研究に利用するためのシーリング材を決定した.シーリング材は粘弾性的性質をもっているため,時間的経過を吹くため挙動を把握しておく必要があり,本補助金で購入した自動負荷制御装置を用いて力学的性質を調べた.その結果,構造用シリコーン系シーリング材中の数種が適することを明らかにした.2.接合部モデルの検討(1)パネル要素の材料について接合部モデルの主要構成要素のひとつであるパネル要素の材料について,金属(アルミニウム),ガラス,プラスチック(メタリリレート樹脂)の3種について,主として接着性能を中心に適合する材料を検討した.(2)接合部モデルの形状の検討断面の基本形状を,第一段階としては矩形断面とした.モデルの適正寸法決定のため,目地幅,目地深さを変化させた試験体を作成し,本研究にもいちる基本的な試験体形状について検討した.3.接合部モデルを用いた実験まず本接合法のもつ基本的挙動を明らかにする必要があり,その変形・応力状態を検討した.基本状態として,ジョイント伸長状態,ジョイント縮小状態,ジョイント剪断状態,ジョイント曲げ状態に集約・整理した.これをもとに現在研究を進めているが,次の2つについて実験が進行中である.(a)接合部単純拡大実験(b)接合部単純縮小実験なお接合部剪断実験と,接合部曲げ実験については,測定用治具が必要であり,製作中である.1.一次元接合モデルを用いた各種負荷状態下での接合部の挙動接合部の寸法・形状をもつ試験体について、圧縮・引張、曲げ、剪断試験を行い、その挙動にはシ-リング材の力学的性質並びに接合部断面形状・寸法が影響を及ぼすことを明らかにした。1.一次元接合部モデルを用いた実験昨年度から継続して、本接合法のもつ基本的力学挙動を調べた。本年度は、接合部単純拡大実験、接合部単純縮小実験、接合部単純剪断実験を行い、以下の知見を得た。(1)接合部の変形・応力伝達には、a)シーリング材の力学特性、b)目地幅の寸法、c)目地幅と目地深さの比、d)断面の形状の四要因が重要であることを明らかにした。(2)特に目地幅と目地深さの比の影響については、本年度多少の疲労試験も加え、その関係を明らかにした。(3)形状については、その重要性を指摘するにとどまったが、次年度以後、なめらかに応力を伝達させる形状について検討する予定である。2.必要体積の検討同上の接合部モデルを用いて、目地幅、目地深さ、試験体奥行きによって構成されるシーリング材体積と、その力学的挙動との関係について調べた。

その結果、挙動が基本的には目地幅と目地深さとで記述されうることが判明した。そのためこの観点からの検討はこれで終了させることとした。3.次元拡張接合部モデルを用いた実験構造物レベルの挙動を明らかにするためには、モデルの次元を増加してゆく必要がある。本年度はその予備的検討として、二次元接合部モデルによる実験を行った。これはX軸方向のパネルとY軸方向のパネルから構成されるものであり、力学的負荷としてはまずX軸方向を固定してY軸方向だけの引張、圧縮、剪断実験を行った。次年度以後、X軸方向も同時に力学的負荷を作用させる二次元応力下での実験に着手する予定である。1.二次元モデル試験体を用いた実験昨年度までの成果をもとに、二次元立体構造物を軟らかな接合法で構成した時の力学挙動について検討した。試料はモデュラスの高いもの、低いものの2種とした。これらをパネル4枚の結節点に装着し、水平方向から加力し、荷重一変形を調べ、以下の設計に関する知見を得た。(1)シ-リング断面と二次元モデル試験体の荷重一変形とは密接な関係があり、系全体として、大きな変形を期待するためには、シ-リング材の断面を大きくする必要がある。(2)系全体の剛性を高めるためには、目地幅を小さくし、かつ目地深さを大きくする。(3)シ-リング材自身のモデュラスも荷重一変形状態に大きな影響を及ぼし、モデュラスが高くなる程、系全体の剛性が高まる。2.自由度の高い接合部材の提案今までの知見をさらに発展させて、より自由度が高くしかも軟らかな性質をもつ接合部材を開発・検討した。これは円筒形のパイプに丸棒シャフトをシ-リング材によって固定したのもである。この接合部材は、任意方向への変形が可能であり、しかもある程度の軟らかさと剛性を確保している。本年度はこの接合部材の挙動を断面形状・寸法を変えることによりどの程制御しうるかを明らかにする目的で、軸方向圧縮・引張試験、曲げ試験、ねじり試験を行った。その結果以下の知見を得た。(1)この接合部部材の自由度はシ-リング材の充てん幅を大きく、かつ充てん長さを短くすると高まる。(2)充てん幅を小さくし、充てん長さを大きくすると剛性は高まるが、接合部安全性向上の観点からは、充てん長さを長くする方法のみを採用することが望ましい。
含ケイ素高輝度蛍光剤の開発とこれによる蛍光応答型ゲノム高精度解析基盤技術の開発

蛍光性物質であるピレンに、修飾が可能なケイ素官能基などを導入することにより、これまで無い高輝度な新規蛍光剤を開発することと、このような蛍光剤を用いた遺伝子解析用プローブ開発の為の基盤技術の確立を目標に研究を行った。新規な蛍光剤として、ピレン分子にケイ素官能基および電子求引性を持つ官能基を結合させる事で、元のピレンに比べて蛍光強度が2倍に増強された新たな蛍光剤を得る事に成功した。さらにこの誘導体をDNAの末端に導入する事にも成功した。一方、アジド基を持つケイ素官能基を結合したピレンの合成とそのDNA中への導入にも成功した。本研究ではピレンを母核とし、これに置換可能な官能基を持つシリル基及び電子吸引性基を併せ持つ、新規な含ケイ素高輝度蛍光剤の開発、並びにこれを導入した機能性蛍光核酸プローブの開発を目的としている。実施計画に基づいた研究により、以下の実績を得た。1)当初計画した合成経路によるシリル基及び強力な電子吸引性基としてのシアノ基を併せ持つ新規ピレン誘導体の合成については、途中段階での副反応が予想よりも激しく、達成する事は出来なかった。しかしながら合成経路の再検討により、最終的に目的とする新規なピレン誘導体の合成に成功した。2)上で得られた新規シリル化ピレン誘導体の光化学特性について解析したところ、予想通り吸収極大波長が未修飾ピレンに比べて20nm以上の大きな長波長シフトを示す事が明らかとなった。一方蛍光発光に付いては、発光波長が約16nmの長波長シフトを示すだけでなく、蛍光量子収率においては未修飾ピレンに対して約2.2倍にも増強されている事が判明した。3)上記の成果に加え、当初計画に従って末端に一級アミノ基を持つ新規ジメチルシリル化ピレン、並びに末端にアジド基を持つ新規シリル化ピレンの合成に成功した。4)末端に一級アミノ基を持つ新規ジメチルシリル化ピレン、並びに末端にアジド基を持つ新規シリル化ピレンについては、別途合成したC-5位に修飾可能な官能基を持つデオキシヌクレオシドと結合させることで、新規な蛍光修飾デオキシヌクレオシドの合成に成功した。末端にアジド基を持つ新規シリル化ピレンについては、クリック反応を応用した非ヌクレオシド性核酸スカフォールドとの結合に成功し、さらにこれをオリゴ核酸中の任意の位置に導入する手法を確立した。本研究ではピレンを母核とし、これに置換可能な官能基を持つシリル基及び電子吸引性基を併せ持つ、新規な含ケイ素高輝度蛍光剤を開発、並びにこれを導入した機能性蛍光核酸プローブの開発を目的としているが、平成24年度においては実施計画に基づいた研究により、以下の実績を得た。1)当初計画による合成経路によってシリル基及び強力な電子吸引性基としてのシアノ基を併せ持つ新規ピレン誘導体の合成については、途中段階での副反応が予想よりも激しく、達成する事は出来なかった。2)上で得られた新規シリル化ピレン誘導体の光吸収特性について解析したところ、当初の予想通り吸収極大波長が未修飾ピレンに比べて20nm以上の大きな長波長シフトを示す事が明らかとなった。3)新規シリル化ピレンの蛍光発光特性に付いても解析を行ったところ、発光波長が約16nmの長波長シフトを示すだけでなく、蛍光量子収率においては未修飾ピレンに対して約2.2倍にも増強されている事が判明した。4)上記の成果に加え、当初計画に従って末端に一級アミノ基を持つ新規ジメチルシリル化ピレン、並びに末端にアジド基を持つ新規シリル化ピレンの合成を試み、これらについては夫々目的とする化合物を得る事に成功した。5)末端に一級アミノ基を持つ新規ジメチルシリル化ピレン、並びに末端にアジド基を持つ新規シリル化ピレンについては、別途合成したC-5位に修飾可能な官能基を持つデオキシヌクレオシドと結合させることで、新規な蛍光修飾デオキシヌクレオシドの合成に成功した。平成24年度研究では、交付申請書に記載した実施計画について、殆どの項目に付いて実施するとともに、その結果、当初予期した成果を収める事ができた。特に、事前に困難が予想されたシリル基及び強力な電子吸引性基としてのシアノ基を併せ持つ新規ピレン誘導体の合成については、途中段階での副反応が予想よりも激しく、当初計画の合成経路においては達成する事が出来なかったが、合成経路の再検討により、最終的に目的とする新規なピレン誘導体の合成に成功した。

さらに、こうして得られた新規なピレン誘導体において、吸収波長及び発光波長の何れにおいても顕著な長波長化が認められただけでなく、その蛍光量子収率が未修飾のピレンの2倍以上に当たる0.76となることを見いだしたことは、大きな成果と考えている。平成24年度の研究では、交付申請書中に記載した実施計画に従った研究に付いてほぼ経過通りに実施し、かつ所定の研究成果を得る事ができた。このことから、今後の研究の推進方策に付いても、当初の予定に従った形で実施して行く。次年度においては交付申請書に記載した様に、研究実施に関わる消耗品購入のための「物品費」、情報収集並びに成果発表のための「旅費」、投稿論文英語校閲のための「謝金」、論文別刷り費のための「その他」などの使用を予定している。尚、1品又は1組若しくは1式の価格が50万円以上の物品の購入予定は無い。
超並列多値連想メモリに関する研究

本研究ではまず、提案する多値連想メモリ(CAM)の仕様化を行った。すなわち、多値CAMで行う数値データ処理を分類し、知能情報処理に不可欠であると考えられる演算として「数値の大小比較演算」に特定し、これをできるだけ高速に実行できるCAMの構成を設計仕様とした。通常のCAMではマスク付き一致・不一致の検出は容易に高並列化可能であるが、数値の大小比較やソーティング等の演算は直列的に実行されているため、この演算をできるだけ高速に実行する新しい演算アルゴリズムと新しいハードウェア構成を検討することは極めて重要である。アルゴリズムレベルでの高性能化として、本研究では「情報の多値符号化表現」を活用することにより、大小比較すべきデータの桁数を減少させた。また、各CAMセルでの大小比較結果を適宜取りまとめることにより、n桁の多値データに対する大小比較演算をnステップで実行させることに成功した。ハードウェアレベルでの高性能化として、本研究では多値CAMをできるだけコンパクトに実現することで単位面積当たりの演算能力を高める方法を検討した。まず、コンパクトなCAMセルを実現するためにCAMセル自体の演算機能をできるだけ簡易なものにすることを考察した。具体的には、CAMセルアレー外部で共通に入力信号の変換を行うことにより、CAMセル内部では「単純なしきい演算機能」と「多値記憶機能」のみを実現すればよいことを見出した。さらに、フローティングゲートMOSトランジスタを活用することにより、CAMセルがこのトランジスタ1個のみで実現できることを明らかにした。なお、上記の研究成果は、最先端集積回路研究で最も権威のあるISSCC '97 (1997年2月)で発表されるなど、国内外の関連分野の研究者から高く評価された。
β-ケトアンフェタミン類の合成および分析法に関する研究

研究内容近年、若年層を中心にその乱用が拡大しているβ-ケトアンフェタミン類について、標準品の合成を行い、その分析法の検討を行った。さらに、摂取者尿の分析から、β-ケトアンフェタミンの代謝物の同定を行い、その標準品を合成することで、主代謝物の同定ならびに代謝経路の推定を行った。研究成果の詳細1.異性体分析法の構築近年、特にインターネット等での流通がみられるbk-MBDBおよびbk-MDEAは共に異性体の関係にあることから、汎用機器であるGC/MSによる識別法を検討した。遊離塩基の分析では、bk-MDEAのマススペクトルにおいてm/z44の特徴的なフラグメントイオンが観察されることから両者を識別できたが、bk-MBDBおよびbk-MDEAの何れのピークも若干のテーリングを示した。そこで、ピーク形状の改善を図るため、トリフルオロアセチル誘導体化を行ったところ、何れのピークもシャープな形状となり、かつ特徴的なフラグメントイオンから両者を確実に識別出来ることが明らかとなった。2.代謝物の同定と分析法の構築bk-MBDBおよびbk-MDEA摂取者尿の分析を行い、bk-MBDBおよびbk-MDEAの代謝物の構造推定を行った。そこでこれら予想代謝物の標準品を合成し、代謝物の同定および定量を行った。bk-MBDBおよびbk-MDEAの主代謝物はメチレンジオキシ基が開裂した後、3位の水酸基がメチル化された4-OH-3-MeO-体であることが判明した。また、代謝経路として、メチレンジオキシ基の開裂および水酸基のメチル化による経路に加え、β-ケトン基の還元経路も存在することが明らかとなった。
定曲率空間における非線形楕円型方程式の正値球対称解の一意性および分岐構造の研究

半線形楕円型方程式の正値球対称解の一意性に関する結果及びその応用について研究を行っている.具体的には,昨年度はn次元球面上の薄い円環領域におけるBrezis-Nirenberg問題を考察し,正値球対称解の一意性と球対称ではないが,ある種の対称性を持つ解の構成について結果を得た.正値球対称解の一意性については,以前に結果を得た(JDE 2013, Calc. Var. 2016)一般化Pohozaev関数とは異なるPohozaev関数を導入し,円環領域が十分薄ければ,正値球対称解の一意性が得られることを示した.これは,(JDE 2013, Calc. Var. 2016)で得られた結果では,カバーできない場合が残るが,上述の異なるPohozaev関数の適用では,こういった場合が取り除けるということを意味する.非球対称な解の存在については,クラスノセルスキー・ラビノビッツの分岐解の存在に関する結果(ルレイ・シャウダー写像度の変化をみる)を適用し,解の多重存在について結果を得た.上記のPohozaev関数による方法は,強力な方法であることが,これまでの研究によりわかって来たが,一方,方程式の非線形項の型が限られてしまうという弱点もある.そこで,昨年度はKolodner-Coffmanの方法とよばれる常微分方程式の2点境界値問題の解の一意性を示す方法の適用についても検討を始めた.円環領域上のあるクラスの半線形楕円型方程式に対していくつかの結果を最近得た.この研究についても,微分恒等式の適用範囲を拡張して行くことが鍵となる.球面上の薄い円環領域におけるBrezis-Nirenberg問題においては,昨年度中に結果をまとめ,学術論文誌に投稿することができた.また,Kolodner-Coffmanの方法の適用についても共同研究によりいくらかの結果を得た.この結果に関しては,昨年度末RIMS共同研究の研究集会で報告させていただいた.連携研究者とのセミナーを通して,この研究の方向性を探って行く.具体的には,現在微分作用素がラプラシアンについて得られている結果をm-ラプラシアンに置き換えて行くことなどを考えている.同じ筋道で理論展開できるような感覚を一般的には持たれるかも知れないが,キーとなる部分でパラレルに進めることができないことが多く,研究を進めるべき対象と考えている.半線形楕円型方程式の正値球対称解の一意性に関する結果及びその応用について研究を行っている.具体的には,昨年度はn次元球面上の薄い円環領域におけるBrezis-Nirenberg問題を考察し,正値球対称解の一意性と球対称ではないが,ある種の対称性を持つ解の構成について結果を得た.正値球対称解の一意性については,以前に結果を得た(JDE 2013, Calc. Var. 2016)一般化Pohozaev関数とは異なるPohozaev関数を導入し,円環領域が十分薄ければ,正値球対称解の一意性が得られることを示した.これは,(JDE 2013, Calc. Var. 2016)で得られた結果では,カバーできない場合が残るが,上述の異なるPohozaev関数の適用では,こういった場合が取り除けるということを意味する.非球対称な解の存在については,クラスノセルスキー・ラビノビッツの分岐解の存在に関する結果(ルレイ・シャウダー写像度の変化をみる)を適用し,解の多重存在について結果を得た.上記のPohozaev関数による方法は,強力な方法であることが,これまでの研究によりわかって来たが,一方,方程式の非線形項の型が限られてしまうという弱点もある.そこで,昨年度はKolodner-Coffmanの方法とよばれる常微分方程式の2点境界値問題の解の一意性を示す方法の適用についても検討を始めた.円環領域上のあるクラスの半線形楕円型方程式に対していくつかの結果を最近得た.この研究についても,微分恒等式の適用範囲を拡張して行くことが鍵となる.球面上の薄い円環領域におけるBrezis-Nirenberg問題においては,昨年度中に結果をまとめ,学術論文誌に投稿することができた.また,Kolodner-Coffmanの方法の適用についても共同研究によりいくらかの結果を得た.この結果に関しては,昨年度末RIMS共同研究の研究集会で報告させていただいた.連携研究者とのセミナーを通して,この研究の方向性を探って行く.具体的には,現在微分作用素がラプラシアンについて得られている結果をm-ラプラシアンに置き換えて行くことなどを考えている.同じ筋道で理論展開できるような感覚を一般的には持たれるかも知れないが,キーとなる部分でパラレルに進めることができないことが多く,研究を進めるべき対象と考えている.日程等の都合により,予定していた研究集会で参加ができなかったものがいくつかあったため,次年度使用額が発生した.
自助による住宅政策の理論と展開～アメリカにおける相互自助住宅プログラム

米国の相互自立住宅プログラム(Mutual Self-help Housing Program)は、1930年代に制度化され、住み手自らが建設に主体的に参加するグループを公的に支援する仕組である。住宅の自力建設は低所得者が住宅を所有する唯一の方法であるが、低開発国のみならずグローバル化が進む先進国でも近年貧困化を防止するオルタナティブの住宅政策として再注目されている。アメリカにおける相互自立住宅プログラムは、自助のための共助と公助という考え方を政策ミックスさせたユニークな政策である。本研究は、近年の運用の変化、新しい公共政策の位置づけ、役割が変容、地域社会に与える中長期のインパクトの評価、現代社会における自助住宅の事業モデルのあり方を考察することを目的とする。本年度(2018年度)の研究では、50年におよぶ制度の運用の実績を踏まえて、アメリカ各地の典型事例を収集し、全体的な傾向、大きな潮流を把握し、今後の調査分析の視点の整理をおこなった。その結果、1市場活用の変化(機関投資家からの資金調達)、2公共政策の変化(救貧(ケア)から防貧(予防)への転換)、3制度の目標がキャパシティビルディングとしての職業訓練、共同建設ワークによる相互扶助意識の強化、子どものための環境づくり、再貧困化チェーンからの脱出などの複合的な目的の達成をめざす現代的な政策へと進化してきたこと、4州政府やファシリテートするCDCやNPOによって取り組みの考え方、事業期間、政策のゴール設定がかなり多様であること、4特に、家族・友人の果たす役割の変化(コミュニティの相互扶助の低化)、5住宅像の変質(連棟型から独立棟型への変化)、6コミュニティグループの変化(小規模化・活動短期化)の傾向等について把握することができた。進度は予定どおりである。想定していたより多様であり、事例の収集作業に労力を多く割いた。また他国の制度と比較する必要も感じている。それにより分析の視点が整理されたが、一方で現地調査の時間が限られた。アメリカ各地における相互自助住宅の多様なケースを分析し、類型化をおこなう。視点としては、事業内容(新住宅供給志向かストック改善志向か)と相互扶助の強さ(個別世帯尊重かコレクテイブ重視か)である。ニューヨーク、カリフォルニア、オレゴン、アラスカ等の地域それぞれで差があり、典型的な事例モデルにおけるケーススタディ、詳細分析をおこなう。とくにストック改善を志向するオレゴンモデルについて、2000年以後、3事業モデルの変化(新住宅供給からストック改善へ)、4家族・友人の果たす役割の変化(コミュニティの相互扶助の低化)、5コミュニティグループの変化(小規模化・活動短期化)の傾向を質的に分析する。初年度は文献調査に時間を割くことで、現地調査の日程と旅費を抑えることができたため、そのぶんの予算を2年度目(2019年度)に使用執行する。
虚血時の肺内エネルギー代謝と再潅流障害

実質臓器保存においては保存中のATPレベルが再潅流障害に極めて重要であるが、肺胞腔に空気を含んでいる肺については報告により矛盾がある。今回我々は、肺保存と糖及び肺胞状態の関係について分析した。グルコース、トレハロース、スクロース、マルトース、もしくはラフィノースを保存液に加え、保存後のエネルギー変化、再潅流後の肺機能を調べた。その結果、保存後の肺のATP,ADP,AMPは保存前と変化なく、糖による差もないこと、しかし、再潅流障害はトレハロースが他の糖と比較して優れており、糖の肺保存における役割はエネルギー源のみでなく細胞保護作用があることを証明した。また、冷保存中の肺の血管内皮細胞のミトコンドリアの形態学的変化と再潅流障害の関係を調べ、ミトコンドリアの障害と再潅流後の肺酸素化能との間に有意な相関が認められることを証明した。また、肺保存における肺内ATPの時間的変化(6、9、12時間)と再潅流後のATPレベルの回復と肺機能の関係を調べた結果、保存時間が長くなるにつれ、再潅流後の肺のガス交換能が低下し、シャント率は再潅流後の肺内のATPレベルの回復と逆相関することを証明した。さらに、肺をdeflate,anerobicな状態などで保存し,嫌気性代謝との関連、ミトコンドリアの機能と再潅流障害の状態を調べた。その結果、冷肺保存においては好気性のinflate状態がdeflateや嫌気性の状態より保存後肺機能が良い。冷保存中でも嫌気的な状態では解糖は行われるがエネルギー維持には不十分であり、冷肺保存にはinflateと酸素は極めて重要であることがわかった。冷肺保存におけるエネルギーの状態と糖との関係を調べるために、以前に報告した同種血使用Ex vivoラット肺モデルを用い、グルコース、トレハロース、スクロース、マルトース、もしくはラフィノースを保存液に加え、保存後のエネルギー変化、再潅流後の肺機能を調べた。また、冷保存中の肺の血管内皮細胞のミトコンドリアの形態学的変化と再潅流障害の関係を調べるために、ラット肺をユーロコリンズ液、ウィスコンシン大学液、ET-Kyoto液、new ET-Kyoto液で保存し、それぞれの液におけるミトコンドリアの形態学的変化を透過型電子顕微鏡で調べた。その結果、保存中にミトコンドリアのdegenerationが生じており、その程度はユーロコリンズ液で顕著であることを証明した。さらに、そのdegenerationの程度と再潅流障害との関係を調べ、ミトコンドリアの障害と再潅流後の肺酸素化能との間に有意な相関が認められることを証明した。さらに、肺保存における肺内ATPの時間的変化(6、9、12時間)と再潅流後のATPレベルの回復と肺機能の関係を調べた。その結果、保存時間が長くなるにつれ、再潅流後の肺のガス交換能が低下し、シャント率は再潅流後の肺内のATPレベルの回復と逆相関することを証明した。これらの実験により、肺再潅流障害とミトコンドリア及び、エネルギー状態は密接に関連していることが示された。今後、肺をdeflate,anerobicな状態などで保存し、嫌気性代謝との関連、ミトコンドリアの機能と再潅流障害の状態を明らかにしてゆく予定である。

実質臓器保存においては保存中のATPレベルが再潅流障害に極めて重要であるが、肺胞腔に空気を含んでいる肺については報告により矛盾がある。今回我々は、冷肺保存におけるエネルギーの状態と再潅流障害との関係を調べた。Ex vivoラット肺モデルを用いた。肺は、空気によりinflate(RA群),deflate(DEF群),もしくは窒素によりinflate(N2群)され,冷保存された後、肺機能、高エネルギーリン酸化合物,乳酸値,ピルビン酸値が測定された。その結果、RA群の肺機能はDEF,N2群より有意に良好な値を示した。DEF,N2群の肺湿乾重量比はRA群より有意に高かった。N2群では保存後のEnergy chargeは他の群に比べ有意に低く、乳酸値は有意に高かった。再潅流後のDEF,N2群の肺のTAN,ATP levelは、RA群より有意に低かった。従って、冷肺保存においては好気性のinflate状態がdeflateや嫌気性の状態より保存後肺機能が良い。冷保存中でも嫌気的な状態では解糖は行われるがエネルギー維持には不十分であり、冷肺保存にはinflateと酸素は極めて重要であることがわかった。さらに、肺保存における肺内ATPの時間的変化(6、9、12時間)と再潅流後のATPレベルと肺機能の関係を調べた。その結果、保存時間が長くなるにつれ、再潅流後の肺のガス交換能が低下し、シャント率は再潅流後の肺内のATPレベルと逆相関することを証明した。これらの実験により、肺再潅流障害とミトコンドリア及び、エネルギー状態は密接に関連していることが示された。
バーチャルリアリティを用いたマウス社会性行動の感覚モダリティ解析

動物の社会性行動では視覚、聴覚、嗅覚などを含む複数の感覚モダリティが生じ、大脳皮質で統合・処理された感覚情報を基にして特定の行動が表出されると考えられている。しかし、複雑に絡み合った感覚モダリティの存在下では大脳皮質の神経活動様式から行動を読み解くことは難しい。そのため本研究では、バーチャルリアリティ実験系を用い、現実世界では区別することが困難な社会性刺激を選択的に提示し、行動中マウスに対する感覚モダリティを操作することで、社会性行動時の大脳皮質機能ネットワークの情報処理過程を明らかにする。
金銭的、非金銭的インセンティブの相互作用と情報提供・経済行動の学際研究

研究代表者の中泉が、所有権アプローチを多企業間取引に拡張した研究を行い、多国籍企業の企業形態について理論的に示した。また、VSRPDの実験についてもパキスタンで行い、日本と比べ、パキスタンのほうが協力率は低下するものの、回を経るに従って、日本の結果に近づくことが明らかになった。更に田中を中心にファイル共有ソフトの利用が正規版に与える影響について、ファイル共有ソフトの利用が音楽CD売上を減らす効果は見られず、むしろ購買意欲が増えているという結果を得た。また、林は林[2017]でリーガル・マインド、すなわち、法律を筋道を立てて的確に判断する能力という切り口から、法的枠組みを検討した。本研究では、本科研の実験のみならず、これまでの研究成果をふまえ、経済実験を基軸として、社会選好や相互関係、宗教等の効果も含め、金銭的、非金銭的なインセンティブの影響と相互連関を考察する。本年度は、パキスタンで、提携解消権付繰返囚人のジレンマゲーム(voluntarily separable repeated prisoner's dilemma, VSRPD )の経済実験を行うと同時に、研究分担者の藤原を中心にこれまで東京大学で行って来た実験とを比較し、特徴について比較検討した。Okuno-Fujiwara[2008]にあるように、通常の繰り返しゲームに比べると、VSRPDでは、協力しない被験者の割合が理論的に増加することが示されている。実験では、日本、パキスタン両ケースで通常の繰り返しゲームよりも提携解消オプションが導入される方が協調する割合が低下し、裏切ることで、短期的利益を得る被験者の数が増えるという理論的にも整合的な結果を得ることができた。また、日本とパキスタンでの被験者の行動の違いを分析した結果、日本の被験者は本学、東大ともに大きく変わらないのに対して、パキスタンでは、協調する被験者の割合がさらに低下するという興味深い結果を得ている。今後は、この相違がどういう要因に基づくかを新たな実験を用いて行うことが課題である。次に、中泉は、不完備契約のモデルを用いて、契約の不完備性に基づいた、途上国での規制の問題と、情報の問題について、立証可能性の観点から理論モデルを構築して分析した。途上国では、インフレーションが大きい場合、正確に立証できない場合、仮にプライスキャップ規制を導入したとしても、インフレーション調整価格が事後的に確実に修正することにコミットできないため、事前の投資水準が過少になり、ホールドアップ問題が発生することが示された。本研究は、1.内外の経済実験、2.クイズキャッチャーの経済分析、3.トップランナー基準とエコラベルによる情報提供について分析することを中心とし、オンラインジャーナルの価格付け、SNSでの情報提供等を分析することを当初の目標としている。本年度は、特に1を中心に行い、上述の成果を得たものの、2に関しては、事業環境の悪化により、研究環境を確保できず、十分な研究が出来ていない。また、3についても、エコラベルによる情報提供の問題よりも、プライスキャップ規制によるインフレーションの価格調整能力の限界がもたらすホールドアップ問題を中心に分析した。そのため、来年度は2,3についても研究する予定である。また、日本とパキスタンでの実験結果の相違について、どのような要因が考えられるかについても、さらなる実験で検証する。本年度は、まず、研究代表者の中泉が、不完備契約理論に基づき、価格情報が立証できない場合のプライスキャップ規制への問題について考察した。特に、物価上昇率が高い途上国において、プライスキャップ規制を行うことの問題点について考察した。途上国の政府の場合、正確なインフレ率を特定し、それを立証することが難しい場合があることが考えられる。このとき、プライスキャップ規制するために価格が固定された後、高い物価上昇率が生じた場合、当初の固定価格をインフレ修正することが難しいと考えられる。その結果、高い物価上昇率の場合にホールドアップ問題を引き起こすことが示された。次に、連携研究者の田中とともに、webアンケート調査により、無許諾コピーが正規版の売り上げにどれだけ影響を与えているかを調べた。無許諾コピーが無いとき、価格pのもとでxだけの人が正規の音楽を購入していたとする。ここで無許諾コピーが登場すると価格ゼロで利用できるのでyだけの人が無許諾コピー品を利用する。もしxの人も無許諾コピー品を利用し始めて正規品の購入を減らせば被害が発生する。しかし、仮にxの人が購入を減らさず、正規品を買い続けたとしよう。この時、被害は発生していない。しかしながら、サーベイ調査すると無許諾コピーを利用しない人xは正規品を購入し、無許諾コピーを利用するyは正規品を購入していないから、無許諾コピーの利用と正規品購入には非常にはっきりと負の相関が現れる。このサンプリングバイアスを防ぐために操作変数法などが試みられるが、当初のバイアスは巨大であり、十分な補正が行えるかどうかには疑問がある。比較的望ましい調査方法は、個人を固定し、無許諾コピー利用の開始前と開始後でその個人の音楽購入量がどう変化したかを見る事である。そのためには2時点に渡り同じ個人について調査する必要がある。本調査はこれを試みたものである。基本的に予定通り研究は進捗している。本年度は、先ず研究代表者の中泉が、所有権アプローチを多企業間取引に拡張した研究を行い、事前の投資水準に関するhold up問題を抑制するための多国籍企業の企業形態について理論的に示した。また、VSRPDの実験についてもパキスタンで行い、日本での既存研究との比較を行った。

更に連携研究者の田中とともにファイル共有ソフトの利用が正規版に与える影響について、調査会社のウエブモニター2万人への調査を行った。個人間の異質性の制御はパネル分析を行うと、固定効果として処理できる。すなわち同じ個人を追跡すれば個人は固定されるので、もし同じ個人についてファイル供給ソフトの利用開始とともにCD購入が減っていれば被害ありと判定できる。本研究は10万人の人にサーベイを行い、半年後に再び同じ人に調査を行う事で、1回目はファイル共有を使っていなかったが2回目にはファイル共有を使っている人を抽出した。その結果、ファイル共有ソフトの利用が音楽CD売上を減らす効果はほとんど見られないことを見出した。たとえばファイル共有を利用し始めた人のうち、音楽CDの購入を止める人は11.5%であるが、これは音楽CDの購入を止める人の全体の比率44%よりずっと低い。すなわち、なにもしなくても音楽CDの購入を止める人が44%程度いるのに対し、ファイル共有を始めた人ではこの比率が11.5%と低く、相対的にはより音楽CDを購入し続けている。その結果、ファイル共有を始めた人の音楽CD平均購入枚数は月に2.61枚から4.52枚に増えている。ファイル共有が音楽CDの売上を減らす効果は見られない。このような非常に興味深い結論を得ることができた。研究代表者の中泉が、所有権アプローチを多企業間取引に拡張した研究を行い、多国籍企業の企業形態について理論的に示した。また、VSRPDの実験についてもパキスタンで行い、日本と比べ、パキスタンのほうが協力率は低下するものの、回を経るに従って、日本の結果に近づくことが明らかになった。更に田中を中心にファイル共有ソフトの利用が正規版に与える影響について、ファイル共有ソフトの利用が音楽CD売上を減らす効果は見られず、むしろ購買意欲が増えているという結果を得た。また、林は林[2017]でリーガル・マインド、すなわち、法律を筋道を立てて的確に判断する能力という切り口から、法的枠組みを検討した。2.クイズキャッチャーの経済分析については、アンケート調査を行い、3.トップランナー基準とエコラベルによる情報提供についても、ヒアリング調査を行う。また、SNSでの情報提供等を分析に加え、誤表示問題のモラルハザードモデルの構築を行う。また、日、パキスタンで、さらなる実験を行う。これまで得られたサーベイデータ、実験データを分析し、成果を国際学会で公表する。情報経済学当初、2.クイズキャッチャーの経済分析、3.トップランナー基準とエコラベルによる情報提供についての分析の費用も当初年度に支出していたが、当該年度は1を中心に行ったため、これらの予算を次年度に持ち越した。webアンケートの支出が予定より下回ったため。2.クイズキャッチャーの経済分析、3.トップランナー基準とエコラベルによる情報提供についての分析についても、今年度行う予定である。その分を翌年度の経済実験、学会報告、その他謝金などに支出する。
都市域河川ならびに都市空間での水の事故の発生危険性に関する研究

本研究の主要な成果は以下のとおりである.1.都市域河川の解析:都市中小河川ならびにその周辺エリアの増水,浸水による危険性を表現できる解析モデルを開発した.都市河川の流域を考え,一次元の雨水流出解析と河道の洪水解析,内水氾濫解析を統合したモデルを構築し,長崎県本明川流域の諌早市域の危険度を解析したところ,支川での水位上昇とそれに伴う内水氾濫が深刻になることが明らかとなった.また,雨水流出と洪水氾濫を平面二次元氾濫モデルで一体化して扱うモデルを開発・整備し,京都府宇治市の井川流域に適用した.その結果,短時間豪雨により河道内で水深が急激に上昇し,思わぬ水難事故に遭う可能性があることが示された.さらに同様の手法を長崎市内の中島川流域に適用し,洪水氾濫時の市街地の危険エリアを推定する手法を提案している.2.地下街の浸水解析:地下街をいくつかの水槽が連結した場ととらえ,ポンド(タンク)モデルを基にした浸水モデルを構築し,地下街内での浸水の流動および浸水深の時間変化を予測できる手法を開発し,福岡市内,京都市内の地下空間に適用した.その結果,福岡市内では,御笠川の氾濫時にJR博多駅地下街の東側が危険であること,京都市内では,鴨川の右岸からの溢水時に御池地下街の東側が危険であることが明らかとなった.また多層化した地下空間の最深部に位置する地下鉄のプラットホームがとくに注意を要する箇所であることも確認された.3.地下浸水時の避難:地下空間は面積(容積)が小さいために,浸水時には水深が短時間で上昇するとともに,避難においては,地上への階段や,地下室のドアが障害箇所となる可能性が大きい.実物大膜型を用いた実験結果より,地上水深が30cm相当での流入流量で,成人が階段を上れる限界状況となり,押し開きのドア前面の水深が40cmを超えると,成人男性でも.ドアを開けることが困難となることがわかった.本研究の主要な成果は以下のとおりである.1.都市域河川の解析:都市中小河川ならびにその周辺エリアの増水,浸水による危険性を表現できる解析モデルを開発した.都市河川の流域を考え,一次元の雨水流出解析と河道の洪水解析,内水氾濫解析を統合したモデルを構築し,長崎県本明川流域の諌早市域の危険度を解析したところ,支川での水位上昇とそれに伴う内水氾濫が深刻になることが明らかとなった.また,雨水流出と洪水氾濫を平面二次元氾濫モデルで一体化して扱うモデルを開発・整備し,京都府宇治市の井川流域に適用した.その結果,短時間豪雨により河道内で水深が急激に上昇し,思わぬ水難事故に遭う可能性があることが示された.さらに同様の手法を長崎市内の中島川流域に適用し,洪水氾濫時の市街地の危険エリアを推定する手法を提案している.2.地下街の浸水解析:地下街をいくつかの水槽が連結した場ととらえ,ポンド(タンク)モデルを基にした浸水モデルを構築し,地下街内での浸水の流動および浸水深の時間変化を予測できる手法を開発し,福岡市内,京都市内の地下空間に適用した.その結果,福岡市内では,御笠川の氾濫時にJR博多駅地下街の東側が危険であること,京都市内では,鴨川の右岸からの溢水時に御池地下街の東側が危険であることが明らかとなった.また多層化した地下空間の最深部に位置する地下鉄のプラットホームがとくに注意を要する箇所であることも確認された.3.地下浸水時の避難:地下空間は面積(容積)が小さいために,浸水時には水深が短時間で上昇するとともに,避難においては,地上への階段や,地下室のドアが障害箇所となる可能性が大きい.実物大膜型を用いた実験結果より,地上水深が30cm相当での流入流量で,成人が階段を上れる限界状況となり,押し開きのドア前面の水深が40cmを超えると,成人男性でも.ドアを開けることが困難となることがわかった.本研究は,短時間豪雨による都市中小河川域の危険性,都市型水害発生時の大都市の地下室や地下街の浸水危険性に焦点を絞り,様々な数学的モデルを駆使し,かつ統合することにより,豪雨や流量の急増といった外力の変化に対して,市民の身近な場所で水位や流速がどの程度時間的に急激に変化するかを定量的に解析できる手法を開発・整備するものである.今年度の主要な研究成果は以下のとおりである.(1)都市中小河川ならびにその周辺エリアの増水,浸水による危険性を表現できる解析モデルを開発した.都市河川の流域を考え,一次元の雨水流出解析手法と河道の洪水解析,内水氾濫解析を統合したモデルを構築し,長崎県本明川流域の諫早市域の危険度を解析したところ,支川での水位上昇とそれに伴う内水氾濫が深刻になることが明らかとなった.また,雨水流出と洪水氾濫を二次元氾濫モデルで一体化して扱うモデルを開発・整備し,京都府宇治市の井川流域に適用した.その結果,短時間豪雨により下流部で水深が2mを越し、その時間変化量も大きく,思わぬ水難事故に遭う可能性があることが知られた.(2)地下街をいくつかの水槽が連結した場ととらえ,ポンド(タンク)モデルを基にした浸水モデルを構築し,地下街内での浸水の流動および浸水深の時間変化を予測できる手法を開発し,福岡市,京都市に適用した.その結果,福岡市内では御笠川の氾濫時にJR博多駅地下街の東側が危険であること,京都市内では,鴨川の右岸からの溢水時に御池地下街の東側が危険であることが明らかとなった.

また多層化した地下空間の最深部に位置する地下鉄のプラットホームがとくに注意を要する箇所であることも知られた.1.地下空間の浸水事故の危険度診断地下空間浸水解析モデルにVOF法を新たに適用するなど,解析の高度化を進めた.また地下浸水解析の対象を,従来の地下街や地下鉄に加えて,ビルの地下室や駐車場のような小規模地下空間にも拡張した.解析の結果,地下空間は面積(容積)が小さいために,浸水時には水深が短時間で上昇するとともに,地下からの避難においては,地上への階段や地下室のドアが障害箇所となる可能性が高いことが明らかとなった.また浸水解析とリンクした,ネットワーク上の点群の挙動に基づく避難行動解析を実施し,地下浸水時の人間の避難行動を表現することを試みるとともに,避難対策についても考察を加えた.その結果,早期の避難勧告・指示が安全な避難に効果的であること,流入防止用の地下入口箇所への止水板やステップの設置も地下浸水を遅れさせるという点で避難対策としても有効であることが確認された.避難解析の高度化や地下浸水対策のさらなる検討が今後の課題である.2.都市域の水難事故の危険性に関する解析都市中小河川ならびにその周辺エリアの増水,浸水による危険性を表現できる解析モデルを開発した.都市河川の流域を考え,雨水流出と洪水氾濫を平面二次元氾濫モデルで一体化して扱うモデルを開発・整備し,長崎市内の中島川流域に適用した.昭和57年の長崎水害時の状況の再現により解析精度を確認した後,洪水氾濫時の市街地の危険性を,氾濫水の流速や水深の大きさ,さらににそれらの時間変化量を基に評価する手法を提案している.都市域河川,親水河川に潜む危険性をいかにわかりやすいスタイルで表現するかが今後の課題である.