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胎児肺の形成・発育に関わる因子と低形成肺の病態に関する研究

胎児が子宮外で生育するために、胎内で必ず獲得しなければならない肺機能として、(1)生後の肺呼吸を確立するため肺表面活性物質(肺サーファクタント)の産生、(2)常に外界と接している気道には外来微生物が侵入する機会は多いため、感染防御機能(自然免疫能)に関与する物質の産生、が挙げられる。現在知られている4種類のサーファクタント蛋白の中では、サーファクタント蛋白B, Cが(1)に、サーファクタント蛋白A, Dが(2)の役割を担っている。サーファクタント蛋白Dは、主に末梢気道におけるinnate immunityに関係していると考えられている。現在まで、ヒト胎児肺におけるサーファクタント蛋白Dの時間的空間的発現に関する報告はない。今年度、我々は妊娠8-33週までの計19剖検例の肺組織を用いサーファクタント蛋白Dの発現を検討した。サーファクタント蛋白Dは、末梢気道において妊娠21週胎児9症例中5例で発現していた。親水性蛋白のSP-Dは、臨床で使用されるサーファクタント製剤(サーファクテン)に含まれていない。妊娠21-22週前後ではRDS以外に、抗生剤投与以外の肺炎予防に関しても対策が講じられるべきであると考えられた。#2母体保護法に記載されるいわゆる"生育限界"に関する解釈が、妊娠24週から妊娠22週に変更されて約10年が経過した。生育限界は、通常妊娠週数をもとに考えられている。生育限界と出生体重については、我が国において350グラム未満で出生した児の報告は認められなかったため、妊娠週数が進んでいても母胎外で生育するためには最低350以上の体重が必要ではないかと考えられていた。今年度、我々は妊娠23週289グラムで出生した症例を報告した。今後、生育限界を考える上で貴重な症例と考えられた。【背景】今年度は、ムチンの1種で糖タンパクであるKL-6の胎児肺における発現を検討した。血清中KL-6は、成人において間質性肺炎のマーカーであることが知られている。新生児医療の領域においても、児の血清中KL-6は新生児慢性肺疾患(CLD)の病勢の指標となりうるという報告がある。さらに、羊水中KL-6濃度は肺成熟の指標になる可能性が指摘されている。しかしながら、妊娠中期の生育限界前におけるKL-6の発現やその分布に関しては知られておらず、KL-6が胎児肺成熟のマーカーになりうるという科学的根拠は現在のところ明らかではない。【対象・方法】昨年度まで蓄積された症例ならびに今年度家族の同意を得て解剖が行われた妊娠8-33週までの計26例の胎児肺組織を用い、免疫染色によりKL-6の発現を検討した。【結果・考察】(1)KL-6は、肺上皮細胞に選択的に発現していたが、肺上皮細胞の成熟マーカーとされる各サーファクタント蛋白よりかなり以前から産生されていた。(2)妊娠8週という肺の早期発生段階から発現していた。(3)肺胞レベルのみならず細気管支レベルにも広く発現していた。(4)肺上皮細胞の染色性と妊娠週数との間に相関が明らかでなかった。(5)胎児腎尿細管上皮細胞にも発現していた。【結果・考察】
新規骨吸収抑制薬bisphonatesの歯槽骨吸収抑制作用に関する研究

Bisphosphonatesは新規の骨吸収抑制薬として近年注目されている薬物である。本研究では歯槽骨吸収に及ぼすbisphosphonatesの効果に関する検索を行い、その臨床応用への可能性を探求した。実験には我々が開発した低Ca食による骨吸収実験モデルを用い、bisphosphonatesの骨吸収抑制効果を組織学的に検討した。生後30日齢体重70-80gのWistar系雄性ラットを用い、代謝ケージにて個別に飼育した。実験開始時に実験群のラットには、低Ca食(0.05% Ca,0.35% P)を与え、対象群のラットには正常Ca食(0.5% Ca,0.35% P)を与えて飼育した。両群のラットをさらに2群に分けて、実験群ラットにはl-hydroxyethylidene-1,1-bisphosphonate(HEBP)を4mgP/Kg/dayの投与量で連日6日緩皮下注射し、対象群には同容量の生理食塩液を皮下注射した。ラットは飼育6日目に屠殺して下顎骨を採取し、非脱灰研磨切片を作製した後、画像解析装置を用いて形態計測を行った。CMR像による観察では、対象群に比べて低Ca食群の歯槽骨では、臼歯と切歯の間に存在する海綿骨を中心に骨吸収が進行し、骨量と骨幅の現象が認められた。一方、HEBPを投与したラットでは低Ca食群に起こる骨量の減少が抑制され、骨量の増加が観察された。形態計測による解析結果より、低Ca食群に比べて低Ca食+HEBP投与群では、骨面積および平均骨幅が有意に増加していた。このような骨吸収抑制作用はHEBPの骨塩の溶解を阻害する作用と、骨吸収細胞系におよぼす作用が複合して発現したものと考えられる。以上の結果から、HEBPは本実験系における歯槽骨吸収を抑制する作用を有することが示された。Bisphosphonatesは新規の骨吸収抑制薬として近い未来、歯科臨床において歯槽骨吸収を抑制する薬物としての応用が期待される。本年度は研究の初期段階として、低カルシウム(低Ca)食飼育ラットによる実験モデルを用いて、1ーhydroxyethylideneー1,1ーbisphosphoーnate(HEBP)の骨吸収抑制作用に関する基礎的検索を試みた。Wistar系雄性ラット体重約100gを正常Ca食あるいは低Ca食を含む半合成飼料を与えpair feeding法により飼育した。両群のラットをさらに2群に分けて、実験群ラットにはHEBPを8mgP/kg/dayの投与量で皮下注射し、対照群には同容量の生理食塩液を皮下注射した。ラットは飼育6日目に屠殺し、血液、尿、糞に関する生化学的測定を行い、さらに脛骨近心部の非脱灰研磨切片を作成し、観察を行った。正常Ca食群、低Ca食群ならびにHEBP投与群のラットは、実験期間内にほぼ同一の体重増加を示した。血清Ca値に変化は見られなかったが、ionized Ca値は正常Ca食群、低Ca食群ともにHEBPを投与したラットにおいて増加する傾向が認められた。尿、糞中のCa排泄は低Ca食群で著しく減少したが、低Ca食・HEBP投与群では低Ca食群よりも高い値を示した。Contact microradiographにおける観察により、低Ca食群の脛骨近心端で2次骨梁は減少し、海綿骨を中心とした骨吸収が認められた。低Ca食・HEBP投与群では骨端軟骨層の幅が増大したが、骨梁部の骨吸収は抑制される所見が得られた。

このような現象は、HEBPの骨塩の溶解を阻害する作用とともに、骨吸収細胞系におよぼす作用が複合して発現したものと考えられる。以上の実験結果より、低Ca食により発現する骨吸収をHEBPは抑制することが明らかとなった。本年度は研究の最終段階として以下の実験を行った。生後30日齢体重70-85gのWistar系雄性ラットを用い、代謝ケージにて個別に飼育した。実験開始時に実験群のラットには、低Ca食(0.05% Ca,0.35% P)を与え、対照群のラットには正常Ca食(0.5% Ca,0.35% P)を与えて飼育した。餌の投与方法は、pair feeding法で行い、実験群、対照群の餌摂取量を同量とし、日齢に従い増量した。両群のラットをさらに2群に分けて、実験群ラットには1-hydroxyethylidene-1,1-bisphosphonate(HEBP)を4mgP/kg/dayの投与量で連日6日間皮下注射し、対照群には同容量の生理食塩液を皮下注射した。ラットは飼育6日目に屠殺して下顎細を採取し、非脱灰研磨切片を作製した後、画像解析装置を用いて形態計測を行った。CMR像による観察では、対照群に比べて低Ca食群の歯槽骨では、臼歯と切歯の間に存在する海綿骨を中心に骨吸収が進行し、骨量と骨幅の減少が認められた。一方、HEBPを投与したラットでは低Ca食群に起こる骨量の減少が抑制され、骨量の増加が観察された。形態計測による解析結果より、低Ca食群に比べて低Ca食+HEBP投与群では、骨面積および平均骨幅が有意に増加していたが、他の計測項目に関しては大きな変化は見られなかった。この結果から、HEBPは本実験系における歯槽骨吸収を抑制する作用を有することが示された。このような骨吸収抑制作用はHEBPの骨塩の溶解を阻害する作用と、骨吸収細胞系におよぼす作用が複合して発現したものと考えられる。従ってHEBPは低Ca食飼育により発現する歯槽骨吸収を抑制することが明らかにされた。Bisphosphonatesは新規の骨吸収抑制薬として歯槽骨の吸収を抑制することが可能な薬物であると考えられる。
半導体超格子のホットエレクトロン効果に関する研究

1.ホットエレクトロンのトンネル効果GaAs-ALGaAs系多重量子井戸構造で量子井戸間の障壁層を10200〓とし,これを抜けるトンネル確率が不純物散乱又はフォノン散乱を伴うサブバンド間遷移で理解できることを示した.またこの遷移確率のエネルギー依存性並びにサブバンド間のエネルギー差依存性を検討し,遷移に共鳴現象のあることを初めて示した.この効果を用いポテンシャル障壁層中に局在するLOフォノンモードを検出する方法を提案した.2.ホットエレクトロンの電子温度とエネルギー緩和率上記多重量子井戸構造の高電界下におけるフォトルミネセンスを測定し,その高エネルギー側のスペクトルから電子温度を決定し,次いでエネルギー緩和率の電界依存性を求めた. 4.2Kの測定結果は従来の77Kの結果と著しく異り,強い電界依存性と構造依存性を示した.即ち, 200V/cm程度までの低電界域で電子温度が急激に上昇すること, 200800V/cm以上の高電界域では飽和又は減少の傾向を示すことである.この特徴はポテンシャル障壁層の厚さ及び量子準位間のエネルギー差に強く依存した.この結果,サブバンド間遷移即ち実空間遷移が電子温度に強い影響を及ぼしていることが明らかとなった.3.第3電極による実空間遷移の制御縦電界を印加し,量子準位間のエネルギー差を制御することにより横電界による実空間遷移と同様の効果の得られることを期待し,三端子構造を作製した.電流対電界特性は第3電極の電位に強く依存しFETと同様の動作が確認されたが,実空間遷移を確認するには至らなかった.今後さらにこの点の研究をすすめる予定である.1.ホットエレクトロンのトンネル効果GaAs-ALGaAs系多重量子井戸構造で量子井戸間の障壁層を10200〓とし,これを抜けるトンネル確率が不純物散乱又はフォノン散乱を伴うサブバンド間遷移で理解できることを示した.またこの遷移確率のエネルギー依存性並びにサブバンド間のエネルギー差依存性を検討し,遷移に共鳴現象のあることを初めて示した.この効果を用いポテンシャル障壁層中に局在するLOフォノンモードを検出する方法を提案した.2.ホットエレクトロンの電子温度とエネルギー緩和率上記多重量子井戸構造の高電界下におけるフォトルミネセンスを測定し,その高エネルギー側のスペクトルから電子温度を決定し,次いでエネルギー緩和率の電界依存性を求めた. 4.2Kの測定結果は従来の77Kの結果と著しく異り,強い電界依存性と構造依存性を示した.即ち, 200V/cm程度までの低電界域で電子温度が急激に上昇すること, 200800V/cm以上の高電界域では飽和又は減少の傾向を示すことである.この特徴はポテンシャル障壁層の厚さ及び量子準位間のエネルギー差に強く依存した.この結果,サブバンド間遷移即ち実空間遷移が電子温度に強い影響を及ぼしていることが明らかとなった.3.第3電極による実空間遷移の制御縦電界を印加し,量子準位間のエネルギー差を制御することにより横電界による実空間遷移と同様の効果の得られることを期待し,三端子構造を作製した.電流対電界特性は第3電極の電位に強く依存しFETと同様の動作が確認されたが,実空間遷移を確認するには至らなかった.今後さらにこの点の研究をすすめる予定である.
音響ビデオカメラを用いた海洋牧場資源量の定量計測手法

乱獲などにより水産資源が年々減少している今日、"つくる"漁業の海洋牧場はますます重要となってきている。しかし、海洋牧場の資源量を計測しその効果を評価することは容易ではなく、確立した手法が無いのが実状である。本研究では、濁水中でも高画質で撮影できる音響ビデオカメラを用い、取得画像から魚を分離・抽出し魚の尾数・体長を計測し、三次元空間上魚の分布を求め、海洋牧場の資源量を定量的に計測する手法を開発することを目的とした。具体的には二つの手法、定点計測手法と走航計測手法に分けて開発を進めていく予定であった。定点計測ではDIDSONを選定の場所に固定し撮影する。この場合の最適撮影手法、魚の定量計測手法を確立する。また、走航計測では海洋牧場をカバーするような測線を設計し、船を走航しながら魚を観測し、最適撮影手法、船のモーション補正手法、魚の定量計測手法を確立する。これまで水産資源量の定量評価は、主に計量魚群探知機を用い、魚から帰ってくるエコー、体積散乱強度を測定し積分する、いわゆるエコー積分方式で行われている。しかし、この手法の推定精度は、魚種と一尾当たりの平均的な音響反射強度(平均ターゲットストレングス)に大きく左右される。本研究で提案する手法は映像から一匹ずつ魚を検出しその尾数と体長を計測するので、発想自体が異なる。従来の定量推定手法と比べ、推定の精度は高くなるだけでなく、形状に特徴がある魚種であれば、魚種を識別することも可能となる。また、魚の時間・空間分布を計算できるので目標魚種の最適漁獲サイズや漁獲許容量を決める上でも重要な根拠となる。本研究で開発する手法は、今後の漁場造成事業、漁場整備事業に大いに役立つものと期待でき、持続できる漁業に貢献できる。これまで、北海道のサケ資源を対象として、広範な河川を遡上するサケの遡上を計測する手法の検討、河川に入る前の沿岸域でのサケの総量を計測する検討を実施した。音響ビデオカメラでは10数mまでしか計測を行っていないが、無人ボートを使った広範囲をカバーする計測法を検討し計測システムの設計まで実施した。遡上前のサケは浮き袋が退化して殆ど消滅しているため、遡上前の沿岸域にどの程度の量のサケが集まっているか反射エコーを発生する浮き袋が無いため魚探で計る事が出来なかった。しかし、DIDSONは1.8MHzの高周波のため、姿形も観測する事が可能であり、これを使って小型船で計測する調査手法を設計検討した。一身上の都合により平成23年8月31日で現職を辞職することになり、残念ながら今年度の目標まで実施することはできなくなったが、実計測試験は研究者仲間が引き継いで実施する予定である。
酪酸菌の生物医学的研究

酪酸菌MIIー588株と各種食中毒菌の生体における相互作用を追求するために,まず, Vibrio parahaemolyticusの消化管内動態の研究方法を追求した. V.parahaemolyticusをBTB-ティポール培地で混釈培養すると,実際のCFUの約25%しかコロニーが生育しない.培地成分を1/2にした寒天3層法を考案して,略々正確な生菌数を測定することが可能となった.1×10^7個の培養液をマウスに経口投与した場合, 4時間目では盲腸に最も多く,大腸・小腸上部・下部の順に少なかった. 8時間では小腸下部で大巾に増加した. V.parahaemolyticusの経口投与による死亡率はマウス系統により相当差異があり, ICR.BALB/Cの感受性が高かった. V.parahaemolyticusの経口投与3時間後に生存マウスと死亡マウスの消化管中でのV.parahaemolyticusの菌数を比較すると,死亡マウスでは特に小腸下部における著明な菌の増殖がみられることが判った.感染症の治療や予防のため投与した抗生物質が腸内で腸炎因菌の選択的増殖を促し,下痢症を誘発することは良く知られている.Cefatrizine(CFT)をゴールデンハムスターに経口投与することで再現性ある実験的Clostridium difficile腸炎を作成した.また,本モデルにおいてハムスターに酪酸菌芽胞を経口投与した場合,下痢発生率(対照群85%,投与群20%)の低下が認められた.C.butyricumの生菌,または加熱死亡菌をマウスに注射すると著明な免疫賦活作用を呈し, Sー180固型癌の退縮, Lewis肺癌の自然転移の強い抑制がみられた.その有効成分は菌体よりメタノールで抽出され,セファデックスのゲル瀘過で精製される.このものは癌のみならず,真菌感染にも有効であった.酪酸菌MIIー588株と各種食中毒菌の生体における相互作用を追求するために,まず, Vibrio parahaemolyticusの消化管内動態の研究方法を追求した. V.parahaemolyticusをBTB-ティポール培地で混釈培養すると,実際のCFUの約25%しかコロニーが生育しない.培地成分を1/2にした寒天3層法を考案して,略々正確な生菌数を測定することが可能となった.1×10^7個の培養液をマウスに経口投与した場合, 4時間目では盲腸に最も多く,大腸・小腸上部・下部の順に少なかった. 8時間では小腸下部で大巾に増加した. V.parahaemolyticusの経口投与による死亡率はマウス系統により相当差異があり, ICR.BALB/Cの感受性が高かった. V.parahaemolyticusの経口投与3時間後に生存マウスと死亡マウスの消化管中でのV.parahaemolyticusの菌数を比較すると,死亡マウスでは特に小腸下部における著明な菌の増殖がみられることが判った.感染症の治療や予防のため投与した抗生物質が腸内で腸炎因菌の選択的増殖を促し,下痢症を誘発することは良く知られている.Cefatrizine(CFT)をゴールデンハムスターに経口投与することで再現性ある実験的Clostridium difficile腸炎を作成した.また,本モデルにおいてハムスターに酪酸菌芽胞を経口投与した場合,下痢発生率(対照群85%,投与群20%)の低下が認められた.C.butyricumの生菌,または加熱死亡菌をマウスに注射すると著明な免疫賦活作用を呈し, Sー180固型癌の退縮, Lewis肺癌の自然転移の強い抑制がみられた.その有効成分は菌体よりメタノールで抽出され,セファデックスのゲル瀘過で精製される.このものは癌のみならず,真菌感染にも有効であった.
凍結固定化法による固体高分子形燃料電池内の反応および気液輸送機構の解明

PEM形燃料電池の高性能化に重要な気液輸送現象について解明することを目的として、凝縮水の凍結固定可視化法や触媒層内現象モデルを用いた研究を行った。その結果、凝縮水排出性に優れたMPL構造、触媒構造把握に必要なカーボンアグロメレート粒子径、触媒性能向上のための主要影響因子条件、氷点下起動時の水移動現象と起動性能改善のための触媒層界面構造を明らかにできたほか、複雑繊維構造内の凝縮水移動現象シミュレーション法の高度化を行うことができた。本研究は、内部水分状態の瞬時凍結法による観察、ならびに高密度比対応LBM法による二相流シミュレーション等により、燃料電池内の気液輸送現象について解明することを目的としたものである。本年度の研究により、下記の知見を得た:(1)Cryo-SEMを用いた凝縮水の凍結固定化観察実験から、MPL層は触媒層と拡散層との間の接触電気抵抗を低減するほか、触媒層と拡散層の界面に凝縮水が滞留するのを抑制する効果を持ち、これが性能を向上させる要因となっていることを明らかにした。また、生成水は蒸気状態でMPL細孔を通過できる可能性を示すことができ、MPLによってフラッディング特性が向上するメカニズムをある程度説明することができた。(2)酸素濃度や電流密度を変化させた際の低温起動特性実験の結果から、低温起動時の氷形成による酸素拡散阻害の部位を概略推定することができた。ただし、詳細については継続的な解析研究が必要である。(3)これまでに提案している触媒層内の電気化学反応モデルの妥当性を実験的に確認した。次にこの解析モデルから、性能を維持したまま白金の使用量を減らす方策の一つとして、カーボン粒子径を小さくすることが有効であることが示唆されたので、実験を行ったところ、それを裏付ける傾向が見られた。これについても継続的な研究を次年度行う計画である。(4)複雑な拡散層繊維構造内の凝縮水挙動をシミュレートするために、LBMシミュレーション法の高速演算化を行い、従来の計算時間を1/150に短縮できた。(1)本年度はMPLと触媒層の界面密着性が異なる積層構造体に関して、Cryo-SEMを用いた凝縮水の凍結固定化観察実験を行った。その結果、従来のホットプレス転写法によるMPL-触媒層の密着構造ではリブおよびチャネル部における凝縮水分布に顕著な差異が見られたのに対して、両者の密着性が高いGDE法(触媒層上にMPLを形成する方法)による構造では、凝縮水の分布が一様であり、界面に凝縮水が貯留する現象は見られなかった。また、こうした凝縮水分布の差異に対応して、電池性能が変化することを確認した。これらの結果からMPL界面構造とフラッディング特性との関連メカニズムを、これまで以上に明らかにすることができた。(2)低温起動実験において、電流密度や酸素濃度を変化させながら、起動停止までの凍結水量の変化とCryo-SEMによる触媒層内氷分布写真との比較、ならびにモデル解析を行った。その結果、氷点下起動時には触媒層内カーボン粒子の接触変化に伴う電気伝導率の低下が、氷形成によるガス拡散抵抗変化よりも大きく影響していることが示唆された。(3)触媒層内の電気化学反応モデルを用いて、カーボン粒子径を小さくすることの有効性が予測されていたので、触媒粒子形成過程の粒子撹拌工程を変化させて、性能比較を試みた。その結果、カーボン粒子撹拌強度ならびに撹拌時間を増加する一方、触媒層形成時のホットプレス圧力を下げると、細孔空隙密度ならびに触媒粒子表面積の増大が確認され、電池性能も向上することが確認された。(4)昨年度改良した高速演算LBM法によって、複雑な3次元繊維構造を持つ拡散層内の凝縮水挙動の解析を行い、繊維の濡れ性分布が凝縮水排出挙動に及ぼす影響を示すことができた。(1)本年度は親水性および疎水性のMPL(ガス拡散層表面に形成した微細ポーラス層)に対する燃料電池性能の差異とそのメカニズムについて、Cryo-SEMを用いた凝縮水の凍結固定化観察実験を行った。その結果、カーボン繊維を含む親水性MPLは従来用いられていた疎水性MPLと比べて触媒層内に滞留する凝縮水量が少なく、このことが性能の向上に寄与していることが明らかとなった。また、親水性MPLおよびGDL内では凝縮水量が多いものの、親水性繊維に沿って凝縮水がスムーズにガス流路内に流出し、触媒層に供給される酸素が透過するための空隙が十分に確保されていることが明らかとなった。これらの結果からドライアウおよびフラッディングの双方に対して良好な性能を発揮するMPL構造を明らかにすることができた。(2)前年度に予測されたカーボン粒子径の縮小化による触媒性能の向上効果に関して、細孔径分布計測から平均カーボン粒子径を推定する手法を開発し、触媒粒子形成過程における粒子撹拌工程による性能影響について実験的比較を行った。その結果、撹拌強度増加に伴うカーボン粒子径の微細化によって電池性能が向上することが明らかとなり、これまで行っていたモデル予測と一致することを確認した。

また、これまで諸説あったカーボン凝集体のサイズオーダーについても概略特定することができた。(3)前年度までの研究によって、氷点下起動時には触媒層内カーボン粒子の接触変化に伴う電気伝導率の低下が起動性能に影響していることが示唆されていたので、カーボンナノチューブを触媒粒子内に混入し、電気伝導率低下を防止することを試みた。その結果、起動特性を向上し得る可能性を見いだすことができた。(4)昨年度改良した高速演算LBM法によって、複雑な3次元繊維構造を持つ拡散層内の凝縮水挙動の解析を行い、繊維の濡れ性分布が凝縮水排出挙動に及ぼす影響を示すことができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。機械工学26年度が最終年度であるため、記入しない。Cryo-SEMによってMPL近傍の凝縮水の様子が期待通りに観察され、MPLの機能をある程度明らかにすることができた。また、苦労していた3次元格子ボルツマン法の高速演算化にも成功し、概ね順調に研究が進展していると考えている。Cryo-SEMを用いて、種々の条件におけるMPL近傍の凝縮水挙動変化をほぼ計画通りに比較しており、期待したようなMPL機能に関する知見を蓄積しつつある。また、3次元格子ボルツマン法の高速演算化にも成功し、複雑構造内の凝縮水挙動をシミュレートできるようになっており、概ね順調に研究が進展していると考えている。研究は順調に進展しているが、Cryo SEMの利用回数に制限があったため、関連経費を次年度に持ち越すこととなった。今後、さらに多層構造中の凝縮水分布計測を行う一方、触媒層内のイオンおよび酸素の移動特性、MPL内の気液透過現象ならびに拡散層内の凝縮水移動現象を明らかにする。成果を種々の国際会議で発表するほか、論文投稿を多数行う。研究は順調に進展しており、平成25年度に行った研究をベースとして、さらに多層構造中の凝縮水分布計測を行う一方、触媒層内のイオンおよび酸素の移動特性、MPL内の気液透過現象ならびに拡散層内の凝縮水移動現象を明らかにする。また、これまでの一連の成果を種々の国際会議で発表するほか、論文投稿を多数行う。種々のMPL構造を持つ電解質膜・触媒・MPL接合体を製作する必要があるので、そうした消耗品費に充当する。また、Cryo-SEMによる観察実験費にも充当する計画である。Cryo-SEMを利用した観察実験を実施していたが、年度後半に装置に不具合が生じ、観察実験を中断することとなった。また、触媒材料の制作機材等の購入を次年度に持ち越したため、次年度繰越金が生じた。修理中であったCryo-SEM装置は近日中に復旧予定であり、本年度の計画を支障なく実施できる見込みである。また、触媒の新たな制作実験や活性表面積計測等を本年度実施する計画であり、最終年度としての海外発表旅費等を含めて、年度内に補助金を使い切る予定である。
電極表面の汚損分布イメージング表面分析による真空絶縁破壊メカニズムの解明

電極表面の汚損量と真空ギャップの絶縁破壊特性の関係に関して、電極の表面状態について放電が発生しやすい電界値の最も高い位置の分析だけでなく、その周囲まで分析範囲を拡げて表面分析を行い、電極表面の汚損状態分布と真空ギャップの耐電圧の関係を明らかにした。まず、真空ギャップの電極表面の初期の汚損度合いを制御できるようにした。希釈した強アルカリ洗浄剤を用いた汚損の洗浄と希釈した水溶性切削油の塗布と加熱乾燥による汚損の付着を行うことによって汚損の制御を可能とし、水溶性切削油の濃度を変えることによって汚損度合いを変化させてから実験を行った。半球状の電極上の汚損量が制御された無酸素銅電極を準備し、真空中において繰り返し絶縁破壊試験を実施するとともに、同一真空環境下でXPSの表面分析を試験前と繰り返し絶縁破壊試験の途中で分析を行った。真空中での繰り返し絶縁破壊によるコンディショニング過程において、半球状の電極表面の汚損分布は,対向する電極の中心部だけでなく周辺部についても汚損が減少していることが明らかとなった.また,はじめに中心部の汚損が減少し,その後周辺部の汚損が減少するような傾向が見られ,電極表面の汚損量が少ない場合には中心部,周辺部共にほとんど消滅する一方,汚損量が多い場合には,中心部,周辺部ともに汚損量が少ない場合よりも汚損が残っていて,特に周辺部の汚損は多くの量の汚損が残る結果となった。さらに,真空中絶縁破壊特性については,汚損量が多い場合には汚損量が少ない場合よりも絶縁破壊特性の主要な値すべてが悪化することが明らかとなった。以上の結果を踏まえると,電極周囲の汚損分布が真空中絶縁破壊特性に影響を与えていて,特にコンディショニング飽和後の平均絶縁破壊電圧のような,コンディショニング後の真空中絶縁破壊特性については電極表面の周辺部の汚損の影響が大きい可能性が高いことが見いだされた。真空中での繰り返し絶縁破壊によるコンディショニング過程において、半球状の電極表面の汚損分布は,対向する電極の中心部だけでなく周辺部についても汚損が減少していることが実験的に明らかになった。電極表面の汚損量が少ない場合には、中心部、周辺部共にほとんど消滅する一方、汚損量が多い場合には,中心部,周辺部ともに汚損量が少ない場合よりも汚損が残っていて,特に周辺部の汚損は多くの量の汚損が残る結果となった。今後は、コンディショニング過程における電極の表面汚損分布の詳細な測定を行い、定量的な汚損状態分布と耐電圧や耐電圧の上昇度合いを表すコンディショニングスピードとの関係を調査する予定である。それらの放電特性から表面汚損状態と真空絶縁破壊機構との関係で未解明であった面積効果を決める要因を実験的に明らかにする。真空環境下での絶縁破壊試験と表面分析を一貫して行い、電極表面の汚損分布を把握しながら、その電極の耐電圧性能を評価することは可能となったが、実験データの再現性を含めてより詳細に測定をする必要がある。試験前後の電極表面のSEM像を確認したところ、電極材料によっては局所的に汚損している箇所も確認されており、このような局所的な汚損の影響を調べる必要が新たに挙げられる。また、真空高電圧機器を設計する上で必ず考慮に入れなければならない事項である「面積効果」についても汚損分布の観点から調査を行う。本研究の目的は、電極表面の汚損状態分布と真空ギャップの耐電圧の関係を明らかにすることである。一般的に真空ギャップに高電圧を印加すると、繰り返し絶縁破壊や放電によって耐電圧が向上するコンディショニング効果が見られる。このコンディショニング効果は、電極上の突起と異物の影響の他に、そして表面汚損が原因として考えられている。本研究では、電極上の表面汚損に注目して、先ずはコンディショニング過程における汚損状態の変化と耐電圧の影響について調査した。真空中において繰り返し絶縁破壊試験を実施するとともに、同一真空環境下でXPSの表面分析を試験前と繰り返し絶縁破壊試験の途中で分析を行った。その結果、繰り返し絶縁破壊によるコンディショニング過程の最初の微小放電の発生もしく微小放電に起因する絶縁破壊の発生によって、電極の初期には汚損物質はほぼ除去され、純粋な無酸素銅の表面が現れていることが明らかになった。放電回数は、微小放電が100回から150回程度で絶縁破壊は10回から20回程度である。繰り返し絶縁破壊を更に繰り返すと、絶縁破壊電界は更に上昇し、絶縁破壊回数が数百回(500回以上)で絶縁破壊電界が飽和した。絶縁破壊電界が飽和した後のXPS表面分析の結果は、純粋な銅のスペクトルが得られており、汚損物質は確認できなかった。更に詳しく電極の汚損状態変化を調査したところ、陰極側においては、初期の10回程度の放電によって電極中心の汚損は数分の1に低下し、50回程度の放電でさらに低下していた。一方、陽極側は、初期の放電によって陰極と同様に汚損は数分の1に低下したが、その後の放電によっては汚損がやや増加傾向を示すことが分かった。更に放電や絶縁破壊を繰り返すと、最終的には陰極、陽極共にほとんど汚損が存在しない純粋な銅のスペクトルが得られた。以上より、コンディショニング過程の電極汚損状態を明らかにした。真空中で繰返し放電や絶縁破壊をさせコンディショニング効果による電極表面のクリーニング効果が見られ、コンディショニング過程において、電極の表面汚損は徐々に減少していくことを実験的に明らかにした。

最終的な電極の表面状態は極めて清浄な表面状態となった。試験電極を準備し、試験前の電極の表面汚損分布の測定を行うことはできており、定量的な汚損状態を確認することはできている。この電極を真空絶縁破壊の装置に輸送し、試験を行う予定である。そのための輸送ベッセルを準備中である。電極表面の全体もしくは一部をアルゴンイオンのエッチング処理により清浄化させることも確認しており、電極の汚損状態を変えて実験を行うことも確認している。電極表面の汚損量と真空ギャップの絶縁破壊特性の関係に関して、電極の表面状態について放電が発生しやすい電界値の最も高い位置の分析だけでなく、その周囲まで分析範囲を拡げて表面分析を行い、電極表面の汚損状態分布と真空ギャップの耐電圧の関係を明らかにした。まず、真空ギャップの電極表面の初期の汚損度合いを制御できるようにした。希釈した強アルカリ洗浄剤を用いた汚損の洗浄と希釈した水溶性切削油の塗布と加熱乾燥による汚損の付着を行うことによって汚損の制御を可能とし、水溶性切削油の濃度を変えることによって汚損度合いを変化させてから実験を行った。半球状の電極上の汚損量が制御された無酸素銅電極を準備し、真空中において繰り返し絶縁破壊試験を実施するとともに、同一真空環境下でXPSの表面分析を試験前と繰り返し絶縁破壊試験の途中で分析を行った。真空中での繰り返し絶縁破壊によるコンディショニング過程において、半球状の電極表面の汚損分布は,対向する電極の中心部だけでなく周辺部についても汚損が減少していることが明らかとなった.また,はじめに中心部の汚損が減少し,その後周辺部の汚損が減少するような傾向が見られ,電極表面の汚損量が少ない場合には中心部,周辺部共にほとんど消滅する一方,汚損量が多い場合には,中心部,周辺部ともに汚損量が少ない場合よりも汚損が残っていて,特に周辺部の汚損は多くの量の汚損が残る結果となった。さらに,真空中絶縁破壊特性については,汚損量が多い場合には汚損量が少ない場合よりも絶縁破壊特性の主要な値すべてが悪化することが明らかとなった。以上の結果を踏まえると,電極周囲の汚損分布が真空中絶縁破壊特性に影響を与えていて,特にコンディショニング飽和後の平均絶縁破壊電圧のような,コンディショニング後の真空中絶縁破壊特性については電極表面の周辺部の汚損の影響が大きい可能性が高いことが見いだされた。真空中での繰り返し絶縁破壊によるコンディショニング過程において、半球状の電極表面の汚損分布は,対向する電極の中心部だけでなく周辺部についても汚損が減少していることが実験的に明らかになった。電極表面の汚損量が少ない場合には、中心部、周辺部共にほとんど消滅する一方、汚損量が多い場合には,中心部,周辺部ともに汚損量が少ない場合よりも汚損が残っていて,特に周辺部の汚損は多くの量の汚損が残る結果となった。今後は、コンディショニング過程における電極の表面汚損分布の詳細な測定を行い、定量的な汚損状態分布と耐電圧や耐電圧の上昇度合いを表すコンディショニングスピードとの関係を調査する予定である。それらの放電特性から表面汚損状態と真空絶縁破壊機構との関係で未解明であった面積効果を決める要因を実験的に明らかにする。真空環境下での絶縁破壊試験と表面分析を一貫して行うため、輸送用の真空ベッセルで供試試料を大気に曝すことなく移動させ、真空中で電極表面の汚損分布を把握しながら、その電極の耐電圧性能を測定する。
双曲的曲線とその配置空間の遠アーベル幾何

平成30年度における具体的な研究成果は,以下のとおりである.1,PGCS組からCFS組を復元:1の原始p乗根を含む一般化劣p進体上定義された分裂(0,3)型対数曲線が与えられたとき,その対数曲線の対数的2次配置空間のエタール基本群の最大副p商,幾何学的部分群,閉点に付随する分解群全体というPGCS組と呼ばれる3つ組から,その対数的2次配置空間や対数曲線の下部集合,対数的2次配置空間の自己同型,対数的2次配置空間から元の対数曲線への射影全体というCFS組と呼ばれる組を復元する純群論的なアルゴリズムを確立した.2,CFS組から基礎体を復元:任意の体上定義された分裂(0,3)型対数曲線に対するCFS組から,与えられた対数曲線の基礎体を復元する純群論的なアルゴリズムを確立した.3,分裂(0,3)型対数曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズム:望月新一氏によって確立された狭義ベリー型双曲的曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズムと上記の復元を適切に組み合わせることによって,1の原始p乗根を含む数体またはp進局所体上定義された場合のPGCS組から,与えられた対数曲線の関数体を純群論的に復元することに成功した.これら結果についての論文は現在執筆中である.また、これら結果を紹介する講演を数回行った.狭義ベリー型双曲的曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズムと比較すると,この研究は,エタール基本群の最大副p商から出発して復元を行っている.考察下の対数的配置空間の幾何学の複雑な組み合わせ論的現象を整理することで,基礎体の体構造に関わる部分を適切に抽出するような純群論的アルゴリズムを確立できたことは大変有意義であったように思われる.一方,狭義ベリー型双曲的曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズムと比較すると,この研究は,分裂(0,3)型対数曲線の対数的2次配置空間にしか適用できない.今後の研究では,他の曲線に対しても適用できるように改良する.例えば,三点基豊富と呼ばれる,分裂(0,3)型対数曲線の対数的2次配置空間を適切に含んだ遠アーベル多様体に対して研究を行う.平成30年度における具体的な研究成果は,以下のとおりである.1,PGCS組からCFS組を復元:1の原始p乗根を含む一般化劣p進体上定義された分裂(0,3)型対数曲線が与えられたとき,その対数曲線の対数的2次配置空間のエタール基本群の最大副p商,幾何学的部分群,閉点に付随する分解群全体というPGCS組と呼ばれる3つ組から,その対数的2次配置空間や対数曲線の下部集合,対数的2次配置空間の自己同型,対数的2次配置空間から元の対数曲線への射影全体というCFS組と呼ばれる組を復元する純群論的なアルゴリズムを確立した.2,CFS組から基礎体を復元:任意の体上定義された分裂(0,3)型対数曲線に対するCFS組から,与えられた対数曲線の基礎体を復元する純群論的なアルゴリズムを確立した.3,分裂(0,3)型対数曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズム:望月新一氏によって確立された狭義ベリー型双曲的曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズムと上記の復元を適切に組み合わせることによって,1の原始p乗根を含む数体またはp進局所体上定義された場合のPGCS組から,与えられた対数曲線の関数体を純群論的に復元することに成功した.これら結果についての論文は現在執筆中である.また、これら結果を紹介する講演を数回行った.狭義ベリー型双曲的曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズムと比較すると,この研究は,エタール基本群の最大副p商から出発して復元を行っている.考察下の対数的配置空間の幾何学の複雑な組み合わせ論的現象を整理することで,基礎体の体構造に関わる部分を適切に抽出するような純群論的アルゴリズムを確立できたことは大変有意義であったように思われる.一方,狭義ベリー型双曲的曲線に対する単遠アーベル復元アルゴリズムと比較すると,この研究は,分裂(0,3)型対数曲線の対数的2次配置空間にしか適用できない.今後の研究では,他の曲線に対しても適用できるように改良する.例えば,三点基豊富と呼ばれる,分裂(0,3)型対数曲線の対数的2次配置空間を適切に含んだ遠アーベル多様体に対して研究を行う.
ピアエデュケーションを用いた放射線リスクコミュニケーションプログラムの開発と評価

放射線リスクコミュニケーションプログラムの構成は、放射線の知識の伝達と意見交換とした。内容については、大学生を対象とした放射線に関するグループインタビューと質問紙調査の結果から、放射線の基本的知識と情報の捉え方(メディアリテラシー)を取り上げた。プログラムは、1自己紹介、放射線についてのイメージを出す。2放射線の知識。霧箱の実験による可視化、自然放射線線量測定から放射線の特徴、単位、被ばくについて説明する。3人体の影響について。線量、被ばく部位、時間との関係と防護について説明する。4メディアリテラシーについて。情報の活用、判断について説明する。放射線を取り上げた記事について読み比べ意見交換を行う。である。放射線については特に、可視化するための実験を取り入れた。また、男女によって数字、単位についての受け止めが異なっていたためイメージしやすい表現を工夫した。放射線についてのピアエデュケーターは、男女学生各1名の2名。放射線学科教員より放射線について講義を受けて資料を準備した。メディアリテラシーについてのピアエデュケーターは大学でメディアリテラシーについて学ぶ男子学生1名。メディアリテラシーについての資料を作成し、放射線のピアエデュケーターと相談して意見交換に使う事例を準備した。プログラム参加者は、首都圏の大学に通う男女各5名。男女別2グループに分かれてそれぞれ90分のプログラムを実施した。プログラム終了後のアンケートでは、ピアエデュケーションについては親しみやすさ、わかりやすさ、放射線については可視化の実験で放射線を身近に感じ、人体への影響については数値やその考え方の理解ができたと評価が得られ、メディアリテラシーについては、改めて考える機会になったという評価を得た。共有の必要があるという意見もあり、波及効果も期待でき今後、プログラム内容の再検討を行っていく必要がある。福島第一原子力発電所の事故を経験し、放射線防護について国民全体で認識を共有することが復興を助ける力になることは明らかである。そのためには、福島県のみならず、福島県以外に在住する若い世代が原子力や放射線に関する知識を科学リテラシーとして身につけ、自ら判断し、放射線防護の行動を理解することが必要であり、さらに発信していくことが望まれる。本研究は、福島県以外に在住する大学生の放射線への理解や放射線防護への関心を高めることを目指し、同世代で学び合うという感覚を持てることやメッセージの伝わりやすさがあることからピアエデュケーションという方法を用いて、放射線リスクコミュニケーションを行うためのプログラムを作成し実施、評価することを目的としている。研究計画としてピアエデュケーションの内容を検討のために、インタビューや質問紙調査で把握し検討するとしている。平成27年度には、インタビューや質問紙によって大学生の放射線の知識、関心、認識や必要としている情報などを把握することを計画していたため、質問紙調査の項目を選択と質的データをえるために、まずグループインタビューを6名1グループで2回実施した。結果として、男女の性別によって大学生がもつ放射線への関心、知識、認識は異なり、それに影響を与えているであろう要因にも差異があった。また求めている情報や伝達方法にも差異があることを把握した。現在は、グループインタビューの結果を質的データとしてまとめているのと同時に、質問紙調査に向けて質問項目の選択や、調査方法の検討を進めているところである。平成27年度には、ピアエデュケーションのプログラム検討のために、大学生の放射線に対する知識や認識を把握するという計画であった。当初は、専門的な知識を持つ大学生を対象にデルファイ法を用いる予定であったが、対象者の把握や協力が難しく、一般の大学生が必要としている情報や知識、認識を把握することでも内容として可能であると判断したためグループインタビューに変更し、質問紙調査の項目の選定を行うように順序を変更した。そのため、グループインタビューの検討として、9月、10月で打ち合わせを行い、対象選択とインタビュー項目の精査を行い、12月に調査を行っている業者に登録している首都圏に在住の大学生をリクルート、2月に6名1グループで2回の約90分のインタビューを実施した。現在、インタビューでの成果を質的データとしてのまとめを行っており、並行して質問紙調査の項目の抽出と方法の検討を進めている。原発事故から5年が経過し、直後のような混乱や不安はなくなっているようではあるが、避難し転居した先での「放射線に関わることでのいじめ」の問題が取り上げられるなど、心理社会的な問題が顕在化してきている。本研究は、福島県以外に在住する大学生が放射線への理解や放射線防護への関心を高めることを目指すものであり、ピアエデュケーションという同世代での学び合い、メッセージの伝わりやすさを利用した方法でリスクコミュニケーションを行うためのプログラムを作成、実施、評価を目的にしている。平成27年度には大学生のグループインタビューを実施し、放射線に関する知識や認識にはいくつかの影響を与えている要因があることを把握した。平成28年度にはプログラム内容に反映させるために、大学生を対象に知識理解の現状と、影響を与えている要因を明らかにするための調査のための項目の検討を継続した。項目には、放射線の知識、認識にメディアリテラシー、ニュウメラシーなどの項目を加え、インターネット調査のための準備を行っている。また、プログラムの枠組みを、放射線に関する基本的知識と、メディアリテラシーに関する講義と演習と決定した。放射線の基本的知識の教育内容と伝え方について、診療放射線学科の学生とともに検討、教材を作成し、看護学科学生を対象にプレテストをに行った。そには知識テストを行い理解しにくい部分の内容の再検討をおこなった。また、並行してメディアリテラシーに関する講義・演習の内容について、メディアリテラシー教育の専門家に相談しながら検討を行っている。当初、リスクコミュニケーションプログラムは、知識の伝達を主としていたため、平成27年度に大学生のグループインタビューの分析結果において、放射線に関する知識や認識に影響を与えているいくつかの要因があることを確認した。

教育プログラムの内容だけでなく方法の検討も重要であるため、その後、要因を整理しなおしたこと、そして、その要因に関する文献検索等を行ったこと、研究を行う専門家への相談を行っていた等の理由で、質問紙調査の項目の決定、実施が遅れることになった。大学生へのインタビュー、質問紙による定量調査の結果、教育内容と評価の大幅な変更が必要であることが見いだされたため、引き続き教育プログラムの変更、評価の方法に関する検討を行った。今年度は、特に、プログラムの中で基本的な放射線の知識に関する部分の検討を行った。まず、教育を担当する側の学生には、放射線についての教育を行い、学生達自身がその知識を用いて教育媒体を作成した。媒体の内容や知識の確認を行ったうえで、オープンキャンパスを利用し、大学生から高校生へのピアエデュケーションという方法で実施した。研究者の異動があり、教育を実施できる機会が限られていたためである。教育する側の大学生は放射線学科であるが、1年生であり、放射線の基本的な知識も十分ではない状況であったが、実施後のアンケートでは、教育を行うために十分な理解が得られたと回答している。また、教育を受けた高校生については、「わかりやすい」「理解できた」という回答であったが、直後の評価しか行うことができないという状況であった。その後、ピアコミュニケーションでの放射線に関する知識に加え、簡単な実験やヘルスリテラシーに関するグループワークの追加について検討中である。実験については、霧箱を使い、放射線を可視化するというもの、ヘルスリテラシーについては、新聞記事等の比較などを予定している。これらについては、ピアエデュケーションになるように、大学生の役割をどのようにするのかを検討している。教育効果に関する評価方法についても、ヘルスリテラシーに関する前後評価を追加するため継続して検討中である。大学生へのインタビュー、質問紙による定量調査の結果、教育内容と評価の大幅な変更が必要であり、プログラム内容と評価方法の再検討を行っていることと、研究者が異動したため、フィールドの調整に時間がかかってしまったため進捗が遅れている。放射線リスクコミュニケーションプログラムの構成は、放射線の知識の伝達と意見交換とした。内容については、大学生を対象とした放射線に関するグループインタビューと質問紙調査の結果から、放射線の基本的知識と情報の捉え方(メディアリテラシー)を取り上げた。プログラムは、1自己紹介、放射線についてのイメージを出す。2放射線の知識。
管群構造物における音響共鳴現象の発生メカニズムの解明と防止設計法への応用

発電所の大容量ボイラなどの熱交換器では,試運転時に気柱共鳴現象が発生し,振動と騒音が問題になることがある.本研究では,実機ボイラの二次元相似模型を用いて,様々な配列の管群内の渦放出特性と本現象の発生特性を実験的に解明した.これらの結果に基づき管群内の渦の同期性に着目した気柱共鳴現象の新しい発生予測パラメータを提案し,実験的に検証するとともに発生予測に利用できることを明らかにした.発電所の大容量ボイラなどの熱交換器では,試運転時に気柱共鳴現象が発生し,振動と騒音が問題になることがある.本研究では,実機ボイラの二次元相似模型を用いて,様々な配列の管群内の渦放出特性と本現象の発生特性を実験的に解明した.これらの結果に基づき管群内の渦の同期性に着目した気柱共鳴現象の新しい発生予測パラメータを提案し,実験的に検証するとともに発生予測に利用できることを明らかにした.発電所の大容量ボイラや排熱回収用ボイラなどの熱交換器では,試運転時に気柱共鳴現象が発生し,振動と騒音が問題になることがある,本研究は,本現象の発生メカニズムを解明し,正確な発生予測設計法を構築することを目的とする.本年度は,実機ボイラの二次元の相似模型を用いて,気柱共鳴現象発生に及ぼす管群の配列および音響特性の影響調査と,空力音に及ぼす管表面形状の影響調査を行った.その結果,以下の結論を得た.1.スピーカーを用いて正弦波状の純音を入射して,実機ボイラの相似模型の周波数応答スペクトルを測定した結果,管群の有無によって内部の音響特性が変化することがわかった.2.スピーカーから純音を入射して実機ボイラの相似模型の音響特性を制御することができることがわかった.管抗力方向8次モードの1100Hzの気柱共鳴現象に対して,110dBの同周波数の純音を入射し音響特性を変化させたところ,気柱共鳴現象がより低速から発生することがわかった.3.格子配列管群の流れ方向の距離を変化させて気柱共鳴現象の発生特性を調査したところ,流れ方向の距離が小さいときには抗力方向の共鳴モードが,大きくなると揚力方向のモードが発生しやすくなることがわかった.4.ツイストセレイティッドフィンのピッチが小さいとき,渦放出音のピークレベルが裸管よりも小さくなることがわかった.密なセレイティッドフィンには気柱共鳴現象の励起力を低下させる効果がある.発電所の大容量ボイラや排熱回収用ボイラなどの熱交換器では,試運転時に気柱共鳴現象が発生し,振動と騒音が問題になることがある.本研究は,本現象の発生メカニズムを解明し,正確な発生予測設計法を構築することを目的とする.本年度は,実機ボイラの二次元の相似模型を用いて,気柱共鳴現象発生に及ぼす管群の配列の影響調査と,空力音に及ぼす管表面形状の影響調査を行った.その結果,以下の結論を得た.1.格子配列管群の流れ方向距離を変化させて音響減衰係数比を調査したところ,流れ方向距離が大きくなると,低次モードほど音響減衰が小さくなり,気柱共鳴現象が発生しやすくなる.2.格子配列管群の中にキャビティがあると,揚力方向モードの音響減衰が小さくなり,気柱共鳴現象が発生しやすくなる.3.抗力方向の気柱共鳴現象発生時に双子渦が発生していることを可視化により確認した.格子配列管群の流れ方向の距離が小さいときには,双子渦の発生により抗力方向モードの気柱共鳴現象が発生しやすくなる.4.ツイストセレイティッドフィンのピッチが小さいとき,フィン付き円柱の近傍後流に形成されるはく離せん断層の変動が小さくなり,カルマン渦の形成位置が下流側へ移動し,渦と音の相関関係が小さくなる.同時にフィン付き円柱に作用する変動揚力も小さくなる.一方,ピッチが大きいときには,フィン付き円柱の近傍後流に形成されるはく離せん断層の変動が大きくなり,カルマン渦のスパン方向相関長さが増大し,渦と音の相関関係が大きくなる.同時にフィン付き円柱に作用する変動揚力も増加する.発電所の大容量ボイラや排熱回収用ボイラなどの熱交換器では,試運転時に気柱共鳴現象が発生し,振動と騒音が問題になることがある.本研究は,本現象の発生メカニズムを解明し,正確な発生予測設計法を構築することを目的とする.本年度は,管群を構成するフィン付き管同士の干渉音の特性の解明と共鳴励起力の低減化手法の開発,さらに実機ボイラの相似模型を用いて,管群気柱共鳴時における渦放出同期化現象のモデリングと実験による検証を行った.その結果,以下の結論を得た.1.レイノルズ数が大きいとき,セレイティッドフィン付き伝熱管の周りに螺旋状側板を設置すると,渦放出音のピークレベルが減少する.螺旋状側板には渦放出音を低下させる効果がある.しかしながら,螺旋状側板の直径が小さい場合には,低レイノルズ数では渦に因る速度変動の周期性が強まり,渦のスパン方向相関長さが増大する.直径の小さな螺旋状側版は低レイノルズ数時には使用しない方が良い.2.主流速度が50m/s時において,単独円柱の表面に密なフィンを設置すると渦放出音の音圧レベルが裸管と比べ約16.7dB減少するが,2本のフィン付き円管を流れに直列に設置すると,流れ方向の管間の距離によって渦放出音のレベルが変化し,全体的に単管の場合よりも増加する.

特に管中心間距離が等価直径の2.5-3倍では単管よりも10.7-11.7dB大きく,さらに4.0-6.8倍では単管よりも16.0-17.9dB大きくなる.音圧レベルは管中心間距離が等価直径の3.5倍のときに最も小さくなる.3.渦放出の同期化に着目して気柱共鳴現象の発生しやすさの目安となるパラメータを提案した.実機ボイラの相似模型を用いて抗力方向の管ピッチ比が4.0,揚力方向が2.0の格子配列管群において,パラメータの検証を行ったところ,実験結果と傾向がほぼ一致することがわかった.