hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セラミックス系複合材料用強化繊維の高温クリープ挙動と耐環境特性

本装置作製に当たり苦心したのは、アルゴンガスを流すことにより、繊維試料の表面酸化がどの程度防げるか、またアルゴンの流速による細い繊維の振動により、精度よく高温でクリープを測定できるように小型炉を設計できるかである。測定試料として、耐熱性、耐酸化性に優れた低酸素濃度のSi-C系繊維を用い、試行錯誤で、加熱温度と流速の条件設定を行い、引張り高温クリープ試験機の製作に成功した。この装置は、比較的容易に測定できるものとして日本で最初であり、世界でも新しい装置である。一方、高温クリープ特性と密接に関連がある繊維の高温酸化、特に活性酸化について詳しく調べ、酸素分圧が、0.0001付近のところで起こることを明らかにした。来年度は高温クリープ特性と活性酸化との関連性に言及する予定である。本研究課題を遂行するに当たり、昨年度(11年度)製作した主要設備である、直径約10μmの極細繊維用の高温引張りクリープ試験機を用いて、セラミックス系複合材料(CMC)の強化繊維の高温クリープ挙動を調べた。用いた強化繊維は微細組織構造のSiC系繊維(HI-Nicalon)と結晶質のSiC繊維(HI-Nicalon-S)である。クリープ実験に先立ち、これらの繊維の高温酸化挙動が詳細に調べられた。その結果、繊維表面に均質な酸化ケイ素皮膜が生成し、内部組織が保護されることが明らかにされた。次に、HI-Nicalonに関して、大気中、温度15731723K、荷重0.5GPaにおけるクリープ曲線が測定された。その結果、遷移クリープ領域と定常クリープ領域が観測された。HI-Nicalonには微細構造中にSi-C-O相が存在しており、この相の高温熱分解による微細構造の変化と遷移クリープが関連していると考えられる。HI-Nicalon-Sは、β-SiCの結晶相のみからなるため遷移クリープは観測されず、定常クリープのみであった。これらの各高温度におけるクリープ曲線を解析した結果、HI-Nicalonの応力指数,nは約2、活性化エネルギー,Qは約200kJ/molであった。クリープ機構は粒界に拡散である。HI-Nicalon-Sでは、nは4以上で、Qは約600kJ/molであったため、その機構は結晶粒内の転位クリープである。一方、アルゴン気流中におけるクリープは大気中に比較してクリープ歪み量は小さいことが明らかにされた。これらの結果はCMCの強化繊維としては結晶質の方が優れていることが明らかにされた。以上の研究成果は国内外で開催された国際会議で発表し、好評を博した。次年度は、HI-Nicalonは大気中の酸化により繊維表面に均質な酸化ケイ素膜が生成し、繊維の高温熱分解が抑制されるため、この酸化皮膜が高温クリープ挙動に与える効果を調べる予定である。セラミックス系複合材料用強化繊維として3種類のSiC系繊維(非晶質繊維のNicalon、微結晶質繊維のHi-Nicalon、化学量論組成の焼結繊維Hi-Nicalon-type S)を用いて、大気中およびアルゴン雰囲気での高温引張クリープ挙動と耐環境特性の研究を行っている。本年度はtype Sを中心に行い、全体の総括を行った。先ず1773Kで総圧力が1気圧の下で各種の酸素分圧(P_<02>)における酸化挙動を調べた。P_<02>が2.5X10^<-5>以上で継続酸化、以下で活性酸化が起こることを明らかにした。
幼児期のままごと遊びにみる生活文化の共有過程に関する縦断的研究

本研究は、1歳児11名を3年間にわたり縦断的に観察することを通して、対象となった幼児及びその幼児とかかわる幼児が、ままごと遊びにおいてどのようなスクリプトを表出し、さらにそのスクリプトを理解し、受け入れ、互いの共通概念としていくかについて、その過程を捉えることを目的としている。分析の結果、幼児期のスクリプト共有過程は、「食べる」「飲む」を中心としたスクリプトの共有に始まり、飲食するための調理や飲食物の確認・味等に関わるスロットの共有、「供する」際の言語を伴うスロットが表出され、さらには言語発達に伴い、言語を媒介としたイメージの共有が可能となり、それによりスクリプトの共有が図られることが示された。本研究は,1歳児数名を3年間にわたり縦断的に観察することを通して,対象となった幼児及びその幼児とかかわる幼児が,ままごと遊びにおいてどのようなスクリプトを表出し,さらにそのスクリプトを理解し,受け入れ,互いの共通概念としていくかについて,その過程を捉えることを目的としている。3年間の継続研究により,1歳代,2歳代,3歳代,各年齢時のスクリプトの共有の様相を捉え,幼児期のスクリプトの共有化過程を明らかにする。以上の研究により,自明のこととして共有されているスクリプトの共有化の過程を捉えることになり,生活文化が綿々と受け継がれ,広がっていくメカニズムについての資料を提供する。初年度である平成19年度においては,下記のとおり,研究を実施した。1.すでに撮影が終了しているままごと遊びの映像のうち,平成16年7月から平成17年3月までに撮影されたものについて,1分毎の動画ファイルに分割し,DVDに収録した。この動画ファイルの作成により,映像の正確な反復視聴を可能にした。2.分割した動画ファイルを反復視聴し,1歳代のターゲット児がままごと遊び時に行った発話と行為を文字化した。このとき,ターゲット児を中心として,その幼児と関わって遊んでいる幼児の発話・行為についても詳細に記述した。今後は,動画ファイル及びプロトコルを用いて,ターゲット児及びターゲット児と関わって遊ぶ幼児のスクリプトを捉え,1歳代の共有の過程を明らかにするとともに,さらに2歳代,3歳代についても順次動画ファイルの作成,プロトコルの作成,統計的処理ならびに分析を行う予定である。本研究は, 1歳児数名を3年間にわたり縦断的に観察することを通して,対象となった幼児及びその幼児とかかわる幼児が,ままごと遊びにおいてどのようなスクリプトを表出し,さらにそのスクリプトを理解し,受け入れ,互いの共通概念としていくかについて,その過程を捉えることを目的としている。3年間の継続研究により, 1歳代, 2歳代, 3歳代,各年齢時のスクリプトの共有の様相を捉え,幼児期のスクリプトの共有化過程を明らかにする。継続研究2年目である平成20年度においては,下記のとおり,研究を実施した。1.すでに撮影が終了しているままごと遊びの映像のうち,平成17年4月から平成18年12月までに撮影されたものについて, 1分毎の動画ファイルに分割し, DVDに収録した。2.分割した動画ファイルを反復視聴し, 2歳代および3歳代のターゲット児がままごと遊び時に行った発話と行為を文字化した。今後は,動画ファイル及びプロトコルを用いて,ターゲット児及びターゲット児と関わって遊ぶ幼児のスクリプトを捉え, 1歳から3歳までの幼児期の子どものスクリプトの共有過程について分析を行うとともに,研究報告書の作成を行う予定である。継続研究最終年である平成21年度においては,下記のとおり,研究を実施した。1.対象児の1歳代から3歳代までのままごと遊びにおける発話と行為を文字化したプロトコルと分割した動画ファイルを用いて,ターゲット児及びターゲット児とかかわる幼児のやりとりをスクリプトの共有の視点から詳細に分析した。

その結果,1歳代の幼児は他児による「供する」を理解し,受け止めることが困難な場合があるものの,2歳を超えるころには,他児による「供する」行為に対する理解が深まること,「切る」とそれに用いられる道具に関する知識は,2歳を超えるころには共有されていること,年齢的発達に伴い,共有されているスクリプトを構成するスロット数が増加するとともに,「温度」「食物の確認」といつたサブスロットをも含めた豊かなスクリプトが共有されていくこと等が明らかになった。2.1歳代から2歳代にかけてのままごと遊びにみられる幼児間のスクリプト共有過程に関するぶんせきについては,すでに文京学院大学人間学部研究紀要に掲載されている。また,1歳児に多くみられる「食べる」「飲む」行為とそれに関わるスクリプトの共有過程については,日本家政学会第63回大会において発表予定である。
システム性能向上を目的とした超高速ネットワークの自律制御手法の研究

実生活におけるの通信においては、実際には通信路が混んでいないのに、通信が遅くなることがある。その原因として、たくさんの通信が一つのサーバに集まることによる相互作用が考えられる。本研究では、そういったことが本当に起こることを実験環境で再現することで確認し、いろいろな場合で再現させることで起こり方を特定し、通信路にある機械の設定のみを変更することで、全体の通信性能が上昇する方法を提案することを目的とする。本補助金は、平成22年10月20日付けで追加交付内定があったため、研究計画を変更し、本年度はシステムの調達のみを一括で調達するように変更し、実施した。本研究では、通信路の帯域に余裕があっても、End-to-Endでの通信性能がでない場合に、エンドノードでの問題回避に加え、中継ノードでの調整を行う手法について、通信を行っているエンドノードからの情報収集を行い、最終的には自律的に中継ネットワークの制御手法についての知見を得ることを目的としている。最終的な実験・検証対象としては高帯域通信を行っている本学のスパコンTSUBAMEと制御対象ネットワークを通じて通信中のエンドノードおよび、そのネットワークを構成する機器群を考えているが、最初は高速エンドノードと簡単な中継ネットワーク機器からなる小規模なテストベットを設計、実現して実験を行う。このテステベットでのネットワーク機器については最終実験の対象とする機器と同一ファミリのアーキテクチャ・OSのものを採用し、得られた手法候補を最終実験対象に適用することを容易とする。初年度については、上記の指針で設計されたネットワーク構成において得られた、色々な条件下での各エンドノードの特性からのシステム稼働状況の推定手法について検討する予定であったが、上記の理由により研究期間が短縮されたため、テストベットシステムのための機器調達、システム構築、および、初動動作確認までを行った。調達は、時間短縮のため予定を変更して一括で行った。これについては順調に動作することを確認し、最初のテストベットの構築は終了とした。今後は、開始時期のずれ、および、現在計画停電によりTSUBAMEが大きく縮退運転していることに応じて、次年度移行も随時研究計画を変更して、研究を続ける予定である。昨年度作成したテスト用システムにおいて、まず、これまでシステム運用の現場で問題視されてきていた超高速ネットワークでの通信環境の再現を行った。具合的には、まず、サーバを担当する機械に、OSとしてubuntu、Webサーバとしてnginxを用いたサーバ環境を用意し、クライアントとしては、ベンチマークソフトであるApache HTTP server benchmarking toolを用いて、徐々にリクエスト/セッション数を増加させ、性能劣化がどの段階でかかるかについて実験を行なった。これについては、回線帯域が飽和する前にあるほぼセッション数で一定の性能低下が起ることが確認できた。次に、この性能低下現象について、その条件、アプリケーションとハードウェアの組合せ特有の問題であることを確認するため、同一条件下、他の通信を実施しているなどの状況下で繰り返し、実験を行い、この性能低下が、ある条件下でかならず起ることを確認した。-前年度までのテスト用システムを拡張した。具体的には、10Gb接続どうしの接続、および、単独のGbで実現していた対象ネットワークシステムを、クライアント側の接続としてのGbを10本まで増やせるシステムを構築した。これにより、アプリケーションサーバが通信帯域の上限にたっする前に性能低下する現象を、10Gb同士での接続で観測、確認できるだけでなく、複数のGbと10Gbとの間でも観測、確認できるようになった。-上記システムにおいて、複数のネットワーク(スイッチの設定)状況を想定した環境を設定し、基本的通信性能の測定を行った。具体的には、サーバとクライアントが同一のネットワークのとき、ルーティングしているとき、クライアントがそれぞれ異なるVLANを利用してtagとしてサーバと通信しているときを設定し、それぞれの実験環境における通信帯域の特性としてiperfによるクライアント-サーバ間の性能測定を行った。-前年度に10Gbどうしを接続したネットワークにおいて確認した、通信帯域の上限にたっする前にアプリケーションとクライアントの間の通信性能が低下する現象を、上記テストシステムの、上記のそれぞれのコンフィギュレーションにおいて、再現実験を行い、環境どうし、および、基本通信性能との比較を行った。計画では、さらに運用ネットワーク利用スイッチ配下への繋ぎ込みを行い、同一の性能実験を行う予定であったがそこまでにはいたっていない。年度計画の65%程度の達成度である。主な原因は、研究分担者の退職、および、その準備期間があったため、実験ができなかったことである。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究分担者が退職したため、達成目標の縮小も含めた検討を行っている。それにともなう実験の縮小も行う。実験により確認を行う、最初の事象の確認まではできているので、大規模システムへの適用はあきらめて、少なくとも、運用導入スイッチでの事象再現と、その性能低下事象の一定の回避方法の提案ができれば、と考えている。
骨格筋の損傷機序に関する研究:筋力トレーニングに伴うフリーラジカルの発生と筋損傷との関連について

筋力トレーニングに伴うフリーラジカルの発生と筋損傷との関連について、血流制限の影響を含めて、麻酔下in-situの電気刺激を用いた疑似トレーニングモデル及び、独自に開発したラット筋力トレーニングモデル(Tamaki T et al,Med Sci Sports Exerc,1992)を用いて検討した。その結果、疑似トレーニングモデルでは筋組織内の抗酸化酵素(GPx)は全く変化が認められなかった。しかし、ラット筋力トレーニングモデルを用いた実験では以下のことが明らかとなった。上記筋力トレーニングモデルに対し、後肢鼠径部に駆血体を装着して血流制限下でトレーニングを行わせ、各種指標を通常トレーニングの場合と比較検討した。1)筋力トレーニングを血流制限下で行わせた場合、負荷強度を通常トレーニング時の1/4程度に設定しなければトレーニングが成立しなかった。2)同様のトレーニング後、後肢下腿の皮下出血が顕著に観察された。3)負荷強度が低いため、通常筋力トレーニング時に観られる、物理的な機序による筋損傷はほとんど認められなかった。4)しかし、筋損傷の指標となる運動後の血中CK活性値は通常トレーニング時と同様に上昇しており、加えて安静値への回復が遅延する傾向が示され、物理的機序以外で筋損傷が引き起こされたことを示唆していた。5)運動後の筋組織中の抗酸化酵素(GPx)活性は、特に遅筋線維で構成されているヒラメ筋において顕著な変化が認められた。すなわち、通常トレーニングでは運動直後に上昇し、3時間後にはほぼ安静値へ戻る傾向が示され、筋力トレーニング自体が筋組織内のGPx活性を高める傾向にあることが明らかになった。これに対し、血流制限を加えるとGPx活性は同様に運動直後から上昇し、3時間後まで有意に高値を示し、その後もしばらくの間上昇傾向が続いていた。この傾向は血中CK活性値の変化と類似していることから筋力トレーニングに血流制限が加わることで、筋組織への酸化ストレスが増強され、筋細胞にダメージを与えたものと推察された。その原因として、筋力トレーニング自体が筋肉に対する血流貯留を奨励し、筋組織を運動中に低酸素状態にし、休息時に酸素濃度の高い血液による再還流を受ける状態を作ることが、筋赤外光による酸素動態の測定で明らかになった。加えて血流制限下ではこの傾向がさらに増強され、休息時にも血中酸素濃度が回復せず、長時間にわたる低酸素状態が続いた後、回復に向かうことから、いわゆる虚血-再還流に近い状態が作られることが明らかとなった。これにより血流制限下のトレーニングでは負荷強度が低いにも関わらず、上述の酸化ストレスが筋組織に加わることで筋損傷を引き起こしたものと考えられた。初年度は研究目的に応じた的確なモデル動物の開発と個々の筋内に発生したフリーラジカル(FR)関連物質定量法の確立に取り組んだ。モデル動物:物理的筋損傷の主たる要因として、収縮中の筋を強制伸展するエキセントリック運動が考えられる。

一方、FR等の生体内代謝産物による筋損傷は、物理的な筋損傷とは区別されなければならない。そのためエキセントリック運動を全く含まない形式(コンセントリック運動のみ)の実験的ラットトレーニングモデル及び装置を開発する必要があると考えた。初年度は、府酔下のラットの坐骨神経を直接電気刺激して、コンセントリック運動のみを行わせる装置を開発した.このモデルにエキセントリック運動を除外した条件で血流制限を加えることで、本研究の目的とする条件を満たすことが可能となった。・このモデルを用いて、血流制限時と非制限時の運動成績は、血流制限時には運動量の有意な低下が明らかとなった。しかし運動後の筋肉を組織学的検討の結果、実際の運動とは異なり全くの局所運動となるため、心拍出量の上昇等が伴わず必ずしも適切なモデルとは言い難いことが判明した.従って、今後従来より本研究室で用いているラット筋力トレーニングモデルに対して同様に血流制限を加え、上記モデルとの比較を行い、どのモデルが研究目的を達成するためにより有効であるかを検討する。定量方法の検討:FRは、半減期が非常に短いため、迅速なサンプリングが必要となる。・初年度は比較的半減期が長く発生したFRを分解する酵素(グルタチオンパーオキシダーゼ)の測定を試みた。ラット後肢下腿筋(前脛骨筋、長指伸筋、ヒラメ筋、足底筋、腓腹筋)では最も持久性の高いヒラメ筋が他の4つの筋よりも約5倍高い値が得られた.これはヒラメ筋でFRの発生率が約5倍高いことを示しているものでもあり大変興味深い結果であると同時に、定量法の妥当性を示すものと考えられた。本年度は昨年度試みたモデル動物(麻酔下の電気刺激によるコンセントリック運動のみの実験的筋力トレーニングモデル)の筋に対し、実際にフリーラジカルを分解する酵素であるグルタチオンペルオキシダーゼ(GPX)の定量を行った。その結果、血流制限時とフリーの状態でGPXに変化は見られなかった。また、安静時の値とも大きな違いが認められなかったことから電気刺激による実験的筋カトレーニングモデルに対して以下の結論を下した。1)血流制限時とフリーの状態における運動成績は、前者で運動量が有意に低下していた。2)しかし運動後の筋肉を組織学的に検討した結果、筋損傷の度合いには差が認められなかった。3)加えて、筋内GPXにも有意な変化が認められなかったことから、4)電気刺激による筋力トレーニングでは実際の運動とは異なり全くの局所運動となるため、心拍出量の上昇等が伴わず必ずしも適切なモデルとは言い難いことが判明した。従って、モデル動物を従来より本研究室で用いているラット筋力トレーニングモデル(Tamaki,T et al.,Med.Sci.Sports Exerc.1992)に切り替え、同様の実験を行った。運動直後から3時間間隔で24時間後までのサンプルを準備し、凍結保存した。次年度にはGPXのポリクロナール抗体の入手が可能となるため、組織切片による酵素抗体法で時間経過に伴うフリーラジカルの発生・消長を検討することを予定している。
飛行時間型質量分析(DE MALDI TOF/MS)のリピドーシス診断への応用

平成15年度、飛行型質量分析計(MALDI TOF-MS)をスフィンゴリピドーシスの診断・病態解明への目的に応用する試みを行い以下のような成果を得た。1)硝子体混濁を合併したGaucher病患者の硝子体中の脂質をMALDI TOF-MS分析を行った。患者でceramide monohexoside(CMH)のピークが明瞭に検出され、コントロールでは検出感度以下であった。sphingomyelinのピークは両者にみとめられ、Gaucher病患者の硝子体にCMHが蓄積していたことを示している。Gaucher病患者の硝子体中のCMHの蓄積を報告したのは本報告が初めてである。また硝子体中に蓄積したCMHの分子種(脂肪酸構成)には、肝臓、皮膚線維芽細胞、血清とは異なる特徴がみとめられた。2)うっ血性心不全のため心臓弁置換術を受けたFabry病男性患者の大動脈弁と僧房弁から脂質を抽出しMALDI TOF-MS分析を行った。内部標準物質としてリゾスフィンゴミエリンを加え、組織中のceramide trihexoside(CTH)の定量分析を試みた。Fabry病で蓄積するCTHは標準物質を用いて定量を試みたたところ、CTHの検量線は直線性を示した。少なくとも組織中CTHは半定量評価のできることを確認した。Fabry病患者の心臓弁中のCTH含量の増加を定量的に評価することができた。以上の結果、MALDI TOF/MSはリピドーシスの診断に使用できることを確認した、そして以下の点ですぐれていると思われる。a)分析の感度が非常によく、微量のサンプル中の脂質を分析することが可能である。b)スフィンゴ脂質の量のみならず分子種(スフィンゴ脂質中の脂肪酸構成)も知ることができる。本分析法は、臨床医学の分野への応用が十分に期待できる。平成14年度、飛行型質量分析計(MALDI TOF/MS)をリピドーシス診断への応用する試みをいくつか行い、以下のような成果を得た.1)MALDI-TOF/MSによる組織中リン脂質の分析:ニーマンピック病A型、B型、c型、ゴーシェ病、GM1ガングリオシドーシス、ファーバー病、ファブリー病の7種類の疾患の肝臓、脾臓または脳の剖検組織をもちいて、組織中のリン脂質の分析を行なった.組織をFolch法で処理した後MALDI-TOFMS分析を行ない、各疾患に特異的なリン脂質のピークの上昇を検出できることを確認した.2)MALDI-TOF/MSによる組織中リン脂質の半定量:内部標準(リゾスフィンゴミエリン)を加えてリン脂質をDE-MALDI-TOFMS分析しリン脂質の半定量を試みた.同時に薄層クロマトグラフィー(TLC)でも分析して比較した.その結果、MALDI-TOF/MS分析による半定量とTLCのデータは相関することを確認した.すなわちMALDI-TOF/MSによって組織中の脂質を半定量して評価できると思われる.3)ゴーシェ病患者の胸水中脂質の分析:ゴーシェ病の胸水から脂質を抽出してMALDI-TOFMS分析を行なったところ、本症に特徴的なヘキソシルセラミドの上昇が観察された.このことは組織以外でも体液中脂質の分析によってより簡便に利用できる可能性が示唆された.今後、血液、体液を用いた分析による診断法を確立したい.4)この他の試料野分析: MALDI-TOF/MSによって、ニーマンピック病の硝子体、ファブリー病の僧帽弁の脂質分析によっても特異的ピークが検出された.以上の結果から、MALDI-TOF/MSのリピドーシス診断への応用の可能性は十分に高いことが確認された.今後実用化に向けた研究に発展させたい.平成15年度、飛行型質量分析計(MALDI TOF-MS)をスフィンゴリピドーシスの診断・病態解明への目的に応用する試みを行い以下のような成果を得た。

b)スフィンゴ脂質の量のみならず分子種(スフィンゴ脂質中の脂肪酸構成)も知ることができる。本分析法は、臨床医学の分野への応用が十分に期待できる。
山口干渉計を用いた誕生直後の大質量原始星候補の大規模探査

本研究は山口大学が所有する山口干渉計(YI)を用いて、いずれ大質量原始星に成長する可能性のある低質量/大降着率原始星(最初期進化天体)の探査することを目的とする。本計画では最初の3年間で大質量星形成の母体となる中間赤外線で暗い低温大質量クランプ1000天体を3000時間をかけて観測し、100天体程度の新規検出を目指す。検出天体についてはJ-VLA/ALMAなどを用いてフォローアップ観測を行い、降着率及び現在の星質量を決定することで最初期進化天体のカタログを作成する。またYIによるモニター観測を行い時間的活動性も明らかにする。
遷移金属酸化物における磁気および熱電応答の理論的研究

我々は,遷移金属酸化物に代表される強相関電子系に対し電子のスピンと軌道の自由度を伴った伝導現象を理論的に調べ,熱電材料開発の新たな指導原理の構築を行ってきた.本計画では,とりわけ,熱磁気効果におけるスピンと軌道自由度の役割について理論的研究を行った.結果,軌道の自由度が作り出す,結晶構造とは異なる格子構造と,これを反映した新奇な熱磁気効果の可能性が指摘された.また,スピン自由度が織り成す新しい熱電現象に対する研究が行われた.我々は,遷移金属酸化物に代表される強相関電子系に対し電子のスピンと軌道の自由度を伴った伝導現象を理論的に調べ,熱電材料開発の新たな指導原理の構築を行ってきた.本計画では,とりわけ,熱磁気効果におけるスピンと軌道自由度の役割について理論的研究を行った.結果,軌道の自由度が作り出す,結晶構造とは異なる格子構造と,これを反映した新奇な熱磁気効果の可能性が指摘された.また,スピン自由度が織り成す新しい熱電現象に対する研究が行われた.我々は,遷移金属酸化物に代表される強相関電子系に対し,電子がイオン内で持っていた自由度(スピン及び軌道)を伴った伝導現象を理論的に調べ,固体の熱電応答を利用した熱電材料開発の新たな指導原理の構築を行ってきた.我々が導いた,強相関電子系の高温でのゼーベック係数の一般式は次のとおりである:ここで,n_hはホール濃度を示し,g_eおよびg_hは電気伝導に関するイオンのうち正孔を含むものと含まないものの縮退度である.その縮退度は,スピンと軌道自由度により決まる.すなわち(1)式は,内部自由度(スピン及び軌道)を引きずりながら結晶内を伝播する電気伝導(電荷の流れ)に伴うエントロピー流が,熱起電力(ゼーベック効果)を与えていることを示している.複数の遷移金属を含む化合物には,それぞれの遷移金属単体を含む化合物の特徴の組み合わせ,あるいは相乗効果による熱電特性の向上が期待される.我々は,複数の遷移金属を含む電子系の熱電応答を調べた.我々が導いた熱起電力の理論式は複雑な形を取るが,キャリアー濃度を50%に設定すると,その表式は,各遷移金属単体を含む場合の熱起電力の理論式(1)の平均となることが明らかとなった.これは,電子の内部自由度のうち,スピンと軌道自由度に起因するエントロピー流が熱起電力を与えることの現われである.また,フラストレーションを含む典型的な系である,三角格子,篭目格子,そしてパイロクロア格子の電子状態を理論的に調べた.量子モンテカルロ法を用いた数値シミュレーションの結果から,フラストレーション効果による磁気揺らぎの増大の様子が明らかになった.また,パイロクロア格子を含む遷移金属酸化物の電子状態を記述する有効ハミルトニアンを導出し,フラストレーション効果を理論的に調べた.本研究では,コバルト酸化物Na_xCoO_2を参照系として,遷移金属酸化物における磁気および熱電応答の理論的研究を理論的に調べた.我々はこれまで,熱起電力の高温極限を与える公式を導き出し,これをもとに,コバルト酸化物の熱電応答を議論してきた.本研究では,高温極限からのアプローチを取り,熱起電力やネルンスト効果の係数などの計算に,retraceable-path methodの手法を拡張して用いた.これは基本的には高温展開法の一つとして捉えることができ,強相関電子系の取り扱いに有効なものである.コバルト酸化物Na_xCoO_2の磁性と伝導を担うのはCoO_2層のt_<2g>電子系である.我々は,電子間の強いクーロン相互作用に基づく,局所的なスピンと軌道の自由度の重要性を見出した.すなわち,スピンと軌道の自由度が導く局所的な電子状態の縮退は,熱起電力の増大に結びつくばかりでなく,電子状態の幾何学的対称性をも制御しているのである.我々は,t_<2g>電子の飛び移り積分が篭目格子を形成し,Coイオンが形作る三角格子はt_<2g>軌道の縮退を反映した4つの篭目格子に分解されることを見出した.また,CoO_2層および軌道配置の対称性から,電子の飛び移り積分が正の符号を持つことがわかる.これは高温極限から温度の減少に伴い単調に減少する関数形を導き,高温でR_Hが正であり線形の温度依存性を示すときには,ネルンスト効果の係数が正であり温度に逆比例することが明らかとなった.固体の熱電応答では,熱や電気の伝導はエネルギー散逸と共にあり,平衡から離れた電子状態の緩和過程の理解は,常に問題の中核をなしている.本研究では,強相関電子系における磁性と熱電応答の関係を調べるため,電子系と局在スピンが結合した模型の励起状態の緩和過程を数値的に調べた.この模型の特徴は,量子力学的な自由度(電子)と古典力学的な自由度(局在スピン)の運動を,厳密に調べることが可能な点にある.計算結果から以下のような振る舞いが明らかとなってきた:励起状態として,空間的に一様な電子分布を伴う固有状態を用意する.時間の経過と共に空間的に非一様な状態が成長していき,ついには局所的に励起エネルギーが集中した状態が現れる.この局在状態を利用して,系の励起状態は基底状態へ向けて大きく推移していく.

この緩和過程は,局在スピンの運動と共にあり,エネルギーの空間的な集中は,局所的な局在スピンの大きな運動と密接な関係がある.また,電場勾配や温度勾配に対する系の緩和過程についても,数値的研究を行った.温度の効果は,揺動散逸定理を満たすように,古典的な自由度である局在スピンの揺らぎとして導入できる.励起された電子はエネルギーを伴い運動していく.また,この運動にはエネルギー緩和も伴う.このエネルギー緩和,すなわち励起状態がら安定な状態の遷移にはやはり,局所的な局在スピンの大きな運動が重要な役割を果たすことが明らかとなった.
太陽電池アレイの設置条件の最適化と出力予測に関する研究

21世紀の基幹エネルギーの一つとして、自然エネルギーの活用が不可欠として認識され、中でもクリーンなエネルギー源として太陽電池による大規模光発電実現に向けて、高効率、低コストの太陽電池素子の開発が行われている。しかしながらこれまでの光発電に関する研究は、もっぱら素子の高効率化・低コスト化に重点がおかれ、アレイ化・システム化した際の設置条件や運転条件による出力がどのようになるかに関する研究は、南向け緯度角に設置した場合しか得られておらず、特にこれ以外の設置条件での出力に関する知見はほとんど得られていないのが現状であった。本研究は、様々な方向に太陽電池を向けた際の出力特性計測データを基に、設置条件と出力についての相関を求め、太陽光発電システムからの出力予測についての手法を確立し、あわせて太陽光発電システムからの出力と負荷パターンとのマッチングを最大にする設置条件を明らかにすることを目的として実施したものである。本年度では、(1)計測した日射データと太陽位置の理論値より、計測地点での直達日射量、散乱日射量、日照時間のデータベースを作成する、(2)任意傾斜面への日射量計算モデルを用い、(1)のデータを基に、計測した太陽電池方位の日射量理論値を計算し、実測日射量および太陽電池出力との相関を調べる、(3)任意傾斜面日射量の計算結果を基に、異なる傾斜面に設置した太陽電池を並列運転した場合の出力電力量を定量的に調べ、そのようなシステムの有用性を検討する、の3点について検討を行った。その結果、ある時刻における直達日射量および全天日射量がわかれば、すでに提案されているモデルを散乱日射の大小により使い分けることにより、任意の方位角、傾斜角の斜面に入射する日射量を5%以内の精度で予測できることが分かった。また、東および西向き30°の角度に設置した太陽電池を並列接続して運転した場合、太陽高度の高い夏季には、すべて南向けに設置した場合の出力の出力にほぼ等しい値が得られること、冬季でも70%程度の出力が得られることが分かった。
選択的姉妹染色体分配を介した左右非対称性決定機構の解析

神経系左右非対称性はヒトを含めた様々な動物に存在する。近年、脳の左右非対称性における異常は神経疾患に関与することが示唆されており、神経系左右非対称性決定機構の解明は重要な課題である。線虫C. elegansの神経系にも左右非対称性があり、これまでに研究代表者は神経系左右非対称性形成に異常を示す変異体を単離した。本研究課題では、新規の神経系左右非対称性決定遺伝子の同定に成功した。この遺伝子は、線虫からヒトまで進化的に広く保存されたタンパク質リン酸化酵素であり、染色体分配に関与することが以前に報告されている。これらのことから、染色体分配を介した神経系左右非対称性決定機構が示唆された。これまでの研究成果から、線虫C. elegansにおいて、DNA複製依存的なヌクレオソーム形成を促進するCAF-1複合体が神経系左右非対称性決定に必須であることが示された。しかしながら、CAF-1複合体がどのような遺伝子に作用して神経系左右差を形成するのかは明らかとなっていなかった。そこで、CAF-1複合体の標的遺伝子を同定するために、CAF-1複合体のDamアッセイを計画した。このために、CAF-1複合体のサブユニットであるchaf-1遺伝子にDam遺伝子を結合した融合遺伝子を作成した。DamアッセイではDam融合遺伝子の発現量を低量に抑える事が重要であると報告されており、これを実現するために、chaf-1-Dam融合遺伝子を線虫の染色体にシングルコピーで挿入した系統の樹立に成功した。今後、この系統を用いて、chaf-1-Dam遺伝子が機能的であるかどうかを検討し、その機能性を確認した後、Damアッセイを行う予定である。これによってCAF-1標的遺伝子が明らかになるものと期待される。また、神経系左右非対称性に関与する新規の遺伝子の同定に着手した。神経系左右非対称性を喪失する新たな変異株を解析し、この変異体の原因遺伝子を明らかにすることを目的とした。この変異の遺伝学的なマッピングを進めたところ、この変異は既知の神経系左右差決定因子が存在しないゲノム領域にマッピングされた。このことから、この変異体の原因遺伝子は新規の神経系左右差決定因子である事が示された。今後、この遺伝子の解析を進めることで、神経系左右非対称性決定機構の更なる解明を目指す。線虫の神経系左右非対称性形成におけるCAF-1複合体の標的遺伝子を同定するために、次世代シークエンスを用いたRNA発現解析を行うことを目的とした。CAF-1複合体をコードする遺伝子の欠損株は致死の表現型を示すことが明らかとなり、CAF-1変異体からのRNA発現解析が非常に困難であることが分かった。そこで、CAF-1複合体の活性を低下させる変異型ヒストンH3タンパク質を発現させたトランスジェニック系統と、野生型ヒストンH3タンパク質を発現する系統との間で遺伝子発現解析をすることとした。このために、野生型または変異型ヒストンH3遺伝子を線虫ゲノムに安定的に挿入したトランスジェニック系統を確立することに成功した。また、野生株の左右非対称的な神経細胞で特異的に発現する遺伝子を同定し、これらの遺伝子群の中でヒストンH3変異体内において発現が低下している遺伝子を同定することで、CAF-1標的遺伝子の候補を絞り込むことを計画した。左右非対称的な神経細胞特異的に発現する遺伝子の同定には、Flagタグで標識したpolyA binding proteinをMI神経細胞に特異的に発現させ、抗Flag抗体で免疫沈降することで、左右非対称的な神経細胞から特異的にmRNAを精製して行う予定であった。そこで、polyA binding protein cDNAを左右非対称的な神経細胞特異的なプロモーターの下流につないで発現を試みたが、抗Flag抗体で免疫染色したところ、左右非対称的な神経細胞での発現が確認されなかった。そこで、今後は、CAF-1複合体のDamアッセイ行い、野生型とヒストンH3変異体との間でCAF-1複合体が相互作用するゲノム領域を比較することで、CAF-1複合体の標的遺伝子の絞り込みを行う予定であり、このためのCAF-1-Dam融合遺伝子の作成を開始した。前年度までに、線虫C.elegansの神経系左右非対称性形成に関与する変異体を解析した。このうちの一つの変異は既知の左右非対称性形成決定因子が存在しない領域にマッピングされた。最終年度においては、この新規左右非対称性決定遺伝子の同定を試み、この遺伝子が線虫から哺乳類まで進化的に高度に保存されたセリン/スレオニンキナーゼをコードする遺伝子であることが明らにした。

このキナーゼは、哺乳類培養細胞内での解析から、クロマチン修飾、および、染色体分配に関与していることが示唆されており、神経系左右非対称性形成においても、同様の細胞内作用機序で機能する可能性が考えられた。また、前年度までに、神経系左右非対称性形成にはヌクレオソーム形成因子であるCAF-1複合体が必須であることが示されていたが、この複合体がどのような標的遺伝子を介して、左右差形成に関与しているのかは明らかとなっていなかった。そこで、最終年度には、このCAF-1複合体の標的遺伝子を同定するために、CAF-1複合体のサブユニットであるChaf-1遺伝子とDam遺伝子の融合遺伝子を作成し、これを用いてDamアッセイを行う予定であった。しかしながら、解析の結果、このChaf-1-Dam融合遺伝子は、機能的ではなく、Chaf-1変異体の表現型を相補できないことが明らかとなった。この問題を回避するために、他のCAF-1サブユニットとDam遺伝子の融合遺伝子の作成を開始した。今後は、これらの融合遺伝子を用いて、Damアッセイを行い、CAF-1複合体の標的遺伝子の同定を試みる。遺伝学前年度の解析からpolyA-binding proteinを用いたCAF-1標的遺伝子の同定が困難である事が明らかとなり、今年度はchaf-1-DamによるDamアッセイを用いた解析をすることでCAF-1標的遺伝子の同定を計画し、その準備に着手した。今後はこのDamアッセイを推進したい。polyA binding proteinを用いた左右非対称的な神経細胞特異的に発現する遺伝子同定実験が困難であることが明らかとなったため、本研究の達成度は当初計画よりもやや遅れている。今後、CAF-1-Dam融合遺伝子による解析を進め、この点を補って行くことを目指す。上述のように、今後はCAF-1のDamアッセイを行う事でCAF-1標的遺伝子の同定を試みる。また、神経系左右左右非対称性異常を示す新規変異体の解析から、この変異の原因遺伝子は未知の神経系左右非対称性決定因子である事が明らかとなり、この遺伝子の解析に注力して行く事で、神経系左右非対称性決定機構の更なる解明を試みる。上述のように、CAF-1-Dam融合遺伝子を作成し、CAF-1複合体が相互作用するゲノム領域を同定する。この手法では、大腸菌由来のDamメチレースをCAF-1複合体に融合し、CAF-1が相互作用するゲノム領域にDamメチレースによってDNAのメチル化を誘導し、このメチル化を指標にCAF-1複合体が直接相互作用するゲノム領域を同定するものである。野生型とヒストンH3変異体との間で、CAF-1複合体の標的遺伝子領域を比較することで、神経系左右非対称性形成に関与するCAF-1複合体の標的遺伝子が絞り込まれることが期待される。このDamメチレースを用いた実験系では、Dam融合遺伝子の発現を低く抑えることが重要であることが既に報告されており、これを達成するために、MosSCI手法を用いて線虫ゲノムに1コピーのCAF-1-Dam融合遺伝子を挿入する。CAF-1標的遺伝子群の同定実験が計画よりやや遅れており、この実験で用いる消耗品等を当該年度内で購入できなかったことなどが、理由としてあげられる。
新規二酸化炭素回収型エネルギー変換プロセスとしてのケミカル・ルーピングの開発

バイオマスケミカルルーピングプロセスの高効率化のため、金属酸素担体の開発およびダイレクトルーピング実証試験を行った。その結果、金属酸素担体としてはカルシュウムフェライトが最も高効率に水素製造可能であり、また実証試験においてNi入り金属酸素担体はタール分解触媒としても機能することが明らかとなった。ケミカル・ルーピングプロセスにおける固体酸素担体挙動を把握するため熱重量分析装置による還元速度の評価およびダウンドロップチューブを用いたバイオマスと酸素担体の直接還元実験を実施した。作製した固体酸素担体は酸化鉄をベースとしており、バイオマスガス化により生成される主要ガスの一つである一酸化炭素と酸素担体の還元速度は、バイオマスの二酸化炭素によるガス化速度に比べて速いことが分かった。ただし、現時点で酸素担体の還元率は低いため、還元率の向上を目的とした酸素担体の開発の必要性が改めて浮き彫りとなった。また反応速度、反応率は制御温度依存性が高いため、還元反応器内の吸熱反応による温度制御と反応率を向上させるための方法、つまりバイオマスの投入方法や反応器の形状について早急に検討を行う必要がある。ドロップチューブにおけるバイオマスと固体酸素担体の窒素雰囲気化における直接還元実験においては、酸素担体によってバイオマスの熱分解により生成するタール分の分解が可能であり、鉄系酸素担体を使用することでバイオマスガス化効率が向上可能であることが示唆された。また、ガス化ガスとして二酸化炭素を同時に流通させた場合、生成タールの分解が促進させるだけではなく、酸素担体の還元率も向上可能であることが明らかとなり、反応器内の温度制御とともに、酸化還元に関連するガス濃度の制御が極めて重要であることが明らかとなった。ケミカルルーピングプロセス実用化のために最も重要となる酸素担体の性状評価を行った。実験では、バイオマス原料と酸素担体を直接反応させることで懸念される、タールや炭素析出問題、さらには摩耗や繰り返しによる担体の劣化について検討を行うとともに、異なる酸素担体を作成し、酸素担体の反応率、反応速度の評価を行った。原料と酸素担体の直接反応については、懸念されたタールによる反応率の低下は見られず、逆に酸素担体によるタールの分解効果が確認されたため、バイオマスのエネルギー変換効率が向上することが期待される。直接反応において酸素表面には炭素析出が確認され、酸素担体の反応率が低下することが明らかとなったが、木質バイオマスとともに二酸化炭素を同時投入することで、炭素析出を抑制することが可能であることが明らかとなった。酸素担体の摩耗率は1回のサイクルで約0.2%であり、摩耗率が比較的高いため酸素担体形状を工夫しなければならないことが分かった。ただし、サイクルを繰り返すごとに酸素担体の反応率が向上しているが、酸素担体の表面積増大等は確認されなかったことから、サイクルごとに反応活性が向上していることが示唆された。酸素担体に含まれる酸化鉄の量や酸素担体の製造方法を変えて担体を作成、評価行ったところ、従来ケミカルルーピングで用いられている酸素担体に比べて反応速度が速く、また反応率の高い酸素担体を作成することができた。バイオマスケミカルルーピングプロセスの高効率化のため、金属酸素担体の開発およびダイレクトルーピング実証試験を行い、以下のことが明らかとなった。1)カルシウムフェライト系酸素担体の還元率はMg系、あるいはTi系の酸素担体にくらべて大きいものの、Niの混合量や焼結温度により性能が大きく異なる。2)反応速度についてはカルシウムフェライトはMg系、あるいはTi系にくらべて速く、Niを混合や焼成温度によっても反応速度が大きく変化することはなかった。3)BDCLPにおける水素製造効率の向上には、カルシウムフェライトを酸素担体として使用することが効果的である。ただし木質投入により生成するタールは酸素担体の反応性に悪影響を及ぼすため、酸素担体にタール分解効果のあるNiを添加することが有効である。4)酸素担体の比表面積は反応率の向上に大きく影響することから比表面積の大きな酸素担体を利用することが極めて重要である。酸化鉄を用いた酸素担体の製造において予想以上に高性能な炭素担体を製造することに成功したため。24年度が最終年度であるため、記入しない。ケミカルルーピングのホットモデルを作成し、実験を行う予定であったが、製造した酸素担体が予想以上に高機能であったため、その酸素担体を用いて木質バイオマスの直接反応実験、繰り返し実験を行い、新しく作成した酸素担体の評価を行う。
マツタケおよびその近縁種の分子系統学的解析と交配システムの解明

平成17年度は,交配システムの解明および交配育種技術を確立するため,まず,単胞子分離菌株の分離技術の確立を試みた.中国産のマツタケを入手し,胞子紋を作成した.得られた担子胞子を殺菌水に懸濁し,担子胞子の発芽を促進する化学物質として,酪酸等の有機酸を添加した培地上に軟寒天培地と共に重層することにより,単胞子分離株の分離を試みた.しかしながら,胞子の発芽は,確認できたものの,寒天培地上に重層した胞子からは,単胞子分離株,すなわち,菌糸体を得ることはできなかった.そこで,2核菌糸のプロトプラスト化による一核株の作出を試みることにした.マツタケ菌糸体を液体培養し,種々の細胞壁溶解酵素を用い,プロトプラスト化の条件について検討した.その結果,0.5Mマンニトールを含む0.05Mマレイン酸バッファー(pH5.5)中で,1% Yatalaseおよび1% Cellulase ONOZUKA R-10を作用させた時に1.5×10^5個のプロトプラストが得られる様になった.その他に,β-glucuronidase, Zymolyase 20-T, Lysing enzyme等を作用させたが,効果は,殆どなかった.この結果,マツタケの細胞壁は,セルロース及びキチンが主成分であると考えられた.現在のところ,各種のマツタケ菌株のプロトプラストを作成し,再生株の取得を行っているところである.本研究に関わる外国人特別研究員の在任期間は,次年度6月までであることより,本研究は,引き続き継続して行っている.日本や韓国で採取されるマツタケはアカマツ(Pinus densiflora)の根に菌根をつくる.しかし,これらの地域以外で採取される"マツタケ"はアカマツと異なる針葉樹を宿主としている.また,最近,中国西部の四川省,雲南省の常緑かし類を主体とする広葉樹林でもマツタケが発生することが報告されている.したがって,これらのマツタケと総称されるきのこには,宿主特異性からみると,少なくとも生態型の異なるものを含むと考えられる.しかし,マツタケの宿主特異性についての生態学的解明は未だ不十分で,また,マツタケと総称されるきのこの遺伝学的解明も皆無であり,これらのマツタケがすべて同一の生物種であるかどうかは全く報告がない.そこで,本研究では,異なる生態型を示す"マツタケ"と総称されるきのこについて,主にアジアで採取した菌株を用いて分子系統学的解析を行った.本研究には,(財)発酵研究所保有のマツタケ(Tricholoma matsutake)IFO30605株,および中国四川省で採取した,かし林を宿主とするマツタケX-1,X-3株,中国雲南省で採取した,同じく,かし林を宿主とするマツタケN-1,N-2,N-3,N-4株を用いた.これらの菌糸体および子実体は凍結乾燥した後,DNA抽出,PCR増幅およびシークエンス反応を行い,mtSSU rDNA V4領域の塩基配列を比較した.日本産IFO 30605株と中国産X-1,X-3,N-1,N-2,N-3,N-4株のmtSSU rDNA V4領域の塩基配列を比較したところ数塩基の違いがみられた.しかし,中国産の菌株はすべて同じ塩基配列であった.また,V4領域に関する限り,韓国のマツタケ菌株と中国のマツタケ菌株は同一の塩基配列を示した.現在,mtSSU rDNA V6,V9領域の塩基配列の比較実験を進めている.平成17年度は,交配システムの解明および交配育種技術を確立するため,まず,単胞子分離菌株の分離技術の確立を試みた.中国産のマツタケを入手し,胞子紋を作成した.得られた担子胞子を殺菌水に懸濁し,担子胞子の発芽を促進する化学物質として,酪酸等の有機酸を添加した培地上に軟寒天培地と共に重層することにより,単胞子分離株の分離を試みた.しかしながら,胞子の発芽は,確認できたものの,寒天培地上に重層した胞子からは,単胞子分離株,すなわち,菌糸体を得ることはできなかった.そこで,2核菌糸のプロトプラスト化による一核株の作出を試みることにした.マツタケ菌糸体を液体培養し,種々の細胞壁溶解酵素を用い,プロトプラスト化の条件について検討した.その結果,0.5Mマンニトールを含む0.05Mマレイン酸バッファー(pH5.5)中で,1% Yatalaseおよび1% Cellulase ONOZUKA R-10を作用させた時に1.5×10^5個のプロトプラストが得られる様になった.その他に,β-glucuronidase, Zymolyase 20-T, Lysing enzyme等を作用させたが,効果は,殆どなかった.この結果,マツタケの細胞壁は,セルロース及びキチンが主成分であると考えられた.現在のところ,各種のマツタケ菌株のプロトプラストを作成し,再生株の取得を行っているところである.本研究に関わる外国人特別研究員の在任期間は,次年度6月までであることより,本研究は,引き続き継続して行っている.
アパタイト処理石炭灰による土壌水分保持能増加のメカニズム解明とフィールド実験検証

平成30年度は、石炭灰に特定のリン/カルシウム比でアパタイト処理した場合、水分保持能が増加するメカニズムの解明を目指した。石炭灰複合層の表面形状、親水性、石炭灰と土壌の団粒構造特性などが水分保持能に起因していると考えられ、どのような要素が水分保持能の支配的要因となっているか明らかにすることを目的とした。アパタイト処理の条件を変化させ、水分保持能がどの程度変化するか測定した。また、有機物等の添加や加熱処理などによって、特に親水性や石炭灰の凝集構造を変化させ、支配的要因を解明することを試みた。なお、同条件にて繰り返し実験を3回以上行い、統計分析によって水分保持能に与える効果(水分保持能が増加する効果と減少する効果の両者)が有意であるとされた条件のみ「効果あり」とし、それ以外ではて水分保持能の増減は実験誤差によるものとした。粒子表面形状、粒子径分布、比表面積、撥水性、毛管水量、pF値それぞれは水分保持能と強い相関を有さないことを明らかにした。水分保持能はこれらの要因が複雑かつ相互的に関与していると考えられたため、水分保持能の変化量に着目し、これが比表面積、撥水性および毛管水量の変化量で良く説明できることを見出した。比表面積の関与が最も大きく、次に撥水性と未知要因の関与が大きいこと、毛管水量の影響は小さいかった。次に、単純な有機処理、有機アパタイト処理および有機焼成処理では添加効果が異なり、有機処理では砂の水分保持能を有意に減少させるが、有機アパタイト処理では増加させること、mmサイズの空隙は水分保持能の増加に貢献しないことを見出した。各種の処理によって水分保持能への効果が複雑に変化することから、土壌や石炭灰に含まれる有機物同士の相互作用、特にそれぞれの親水性および疎水性に基づいた相互作用が複雑な添加効果を生み出していると考えられる。特に石炭灰複合層の表面形状、親水性、石炭灰と土壌の団粒構造特性などが水分保持能に起因していると考えられ、どのような要素が水分保持能の支配的要因となっているか明らかにすることを目的とした。粒子表面形状、粒子径分布、比表面積、撥水性、毛管水量、pF値のいづれかが水分保持能の支配因子であると予想したが、それぞれは水分保持能と強い相関を有さないことが見出された。つまり、水分保持能はこれらの要因が複雑かつ相互的に関与していることを明らかにできた。そして、水分保持能の変化量に着目し、これが比表面積、撥水性および毛管水量の変化量で良く説明できることを見出した。以上より、水分保持能の支配的要因が特定のものだけでなく、複雑かつ相互作用的なものとなっていること、比表面積の関与が最も大きく、撥水性の関与も大きいが毛管水量の影響は小さいことを明らかにしており、研究は概ね順調に進展していると評価できる。平成31年度は、平成30年度での研究を継続させ、石炭灰に特定のリン/カルシウム比でアパタイト処理した場合、水分保持能が増加するメカニズムの解明を目指す。水分保持能が様々な要因によって相互作用的に支配されていると考えられ、より深く水分保持能の決定メカニズムを理解することを目指す。特にアパタイト処理に有機物を添加することによって水分保持能が複雑に変化したことから、その原因を明らかにすることを狙う。そして、中央アジアなど乾燥地でのフィールド実験実施に向け、その準備を進める。

次に、単純な有機処理、有機アパタイト処理および有機焼成処理では添加効果が異なり、有機処理では砂の水分保持能を有意に減少させるが、有機アパタイト処理では増加させること、mmサイズの空隙は水分保持能の増加に貢献しないことを見出した。各種の処理によって水分保持能への効果が複雑に変化することから、土壌や石炭灰に含まれる有機物同士の相互作用、特にそれぞれの親水性および疎水性に基づいた相互作用が複雑な添加効果を生み出していると考えられる。平成30年度は、石炭灰に特定のリン/カルシウム比でアパタイト処理した場合、水分保持能が増加するメカニズムの解明を目指した。特に石炭灰複合層の表面形状、親水性、石炭灰と土壌の団粒構造特性などが水分保持能に起因していると考えられ、どのような要素が水分保持能の支配的要因となっているか明らかにすることを目的とした。粒子表面形状、粒子径分布、比表面積、撥水性、毛管水量、pF値のいづれかが水分保持能の支配因子であると予想したが、それぞれは水分保持能と強い相関を有さないことが見出された。つまり、水分保持能はこれらの要因が複雑かつ相互的に関与していることを明らかにできた。そして、水分保持能の変化量に着目し、これが比表面積、撥水性および毛管水量の変化量で良く説明できることを見出した。比表面積の関与が最も大きく、次に撥水性と未知要因の関与が大きいこと、毛管水量の影響は小さいかった。以上より、水分保持能の支配的要因が特定のものだけでなく、複雑かつ相互作用的なものとなっていること、比表面積の関与が最も大きく、撥水性の関与も大きいが毛管水量の影響は小さいことを明らかにしており、研究は概ね順調に進展していると評価できる。平成31年度は、平成30年度での研究を継続させ、石炭灰に特定のリン/カルシウム比でアパタイト処理した場合、水分保持能が増加するメカニズムの解明を目指す。水分保持能が様々な要因によって相互作用的に支配されていると考えられ、より深く水分保持能の決定メカニズムを理解することを目指す。特にアパタイト処理に有機物を添加することによって水分保持能が複雑に変化したことから、その原因を明らかにすることを狙う。そして、中央アジアなど乾燥地でのフィールド実験実施に向け、その準備を進める。