hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小型嗅覚ディスプレイと流体シミュレータを用いた香るバーチャル空間

本研究では小型嗅覚ディスプレイを開発し、香るバーチャル空間の実現を目指した。まず、電気浸透流ポンプと弾性表面波デバイスを組み合わせた超小型嗅覚ディスプレイを開発した。この嗅覚ディスプレイはクレジットカードより小型で鼻元で最大8成分の香りを調合できる。低揮発性香気成分で残香の評価を行い、良好な結果を得ることができた。また、広範囲の香りをカバーできる要素臭の検討を行った。質量分析器データを用いてNMF(Nonnegative Matrix Factorization)法で基底ベクトル探索を行い、その基底ベクトルが得られるように要素臭調合を行う。精油に関して30要素臭を用いて香り近似の実験を行いオレンジ、ミント、ブラックペッパーの近似臭を約9割の確率で正しく識別できることがわかった。さらにNMFで用いる距離指標を検討し、IS(Itakura-Saito)-divergenceを用いればKL-divergenceやユークリッド距離よりも広範囲の検出器強度に渡って良好な近似性能が得られることがわかった。それから、流体シミュレータを用いて、障害物がある環境で任意の位置の香り濃度を計算させる方法を開発した。与えられた室内環境の幾何学的形状をレーザスキャナで計測しさらに壁面温度分布をサーモグラフィにより計測して、それらの結果を利用して流体シミュレーションを行った結果、室内に広がる匂いの分布を計算により求めることができた。また、風感を導入するために匂いと気流を同時に体験者に提示する装置を製作し、モニタから風や匂いが出てくるような感覚を与えることができ、仮想的な発生源の位置を制御できることがわかった。さらにヒータを追加し、温かい食べ物や飲み物から匂いが立ち上る様子を再現できるように改良し、学会で実演を行い、多くの人々に体験してもらうことができた。本研究では超小型の電気浸透流ポンプを用いて液体を調合し、弾性表面波素子のacoustic streaming現象を利用して気化させて、人の鼻に送り届けるシステムを試作した。その結果、従来残香が問題であった低揮発性の香気成分でも高速に香りを提示して消し去ることができることを水晶振動子センサで計測することにより確かめた。また、2個の電気浸透流ポンプを用いて香りの調合ができることを確認した。さらに、センサの感応膜材料として自己組織化リポポリマで被覆した金ナノ粒子の外側に両親媒性高分子を物理吸着した感応膜を作成し、高感度で湿度依存性が少ない材料を開発した。さらに匂いの要素臭の選択方法について検討した。質量分析器データを用いてNMF (Nonnegative Matrix Factorization)法により基底ベクトルを算出し、その基底ベクトルが得られるように要素臭の調合を行う。精油に関して実験を行い大学祭の時にオレンジ、ミント、ブラックペッパーの香りを調合して、これらの香りが認識できるかを官能検査により調べた。その結果、約9割の確率で正しく認識できることがわかった。流体シミュレータに取り込むための流体場モデルの作成も行った。本年度はサーモグラフィを購入し、流体シミュレーションモデルに設定するための温度境界条件を測定する実験を行った。サーモグラフィとレーザスキャナを移動ロボットに搭載し、室内を一周して部屋の形状と壁面温度の分布データを測定した。また、同じ部屋で風速分布の測定を行い、収集した温度境界条件から予想される通りの気流場が形成されていることを確認した。収集したデータを用いて次年度は、温度境界条件や室内形状を流体シミュレータに自動設定することを試みる。また、風感を導入するために匂いと気流をユーザに提示可能な装置を作製した。小型ファンを液晶モニタの左右に配置して向かい合わせ、風を衝突させてその向きを変えることにより、モニタから風や匂いが出てくるかのような感覚を与えられることがわかった。本年度は多成分調合のために6成分調合用のマニフォールドを製作し、その構造の最適化を行った。

そして、弾性表面波デバイスも交差指の対数を増やして霧化能力の向上を図った。その結果、以前よりも発生できる香り濃度のダイナミックレンジを向上させることができた。しかし、官能的には残香はほとんど感じられないにもかかわらず水晶振動子センサで測定した時に匂いを止めてもベースラインに戻らないことがあり、測定法を検討する必要がある。水晶振動子センサ用感応膜に関しては、物理吸着膜と自己組織化リポポリマの同時吸着により液体膜の安定化が図れることがわかってきた。液体膜は感度と選択性が優れたものがあるが安定性が悪く長期使用に適さなかったが上記同時吸着法で良好な結果が得られた。さらに要素臭の検討を行った。本年度は精油に加えて食品関連の香料を多数用いて香りのバリエーションを増加させた。そして、要素臭探索アルゴリズムに用いる初期値を設定する手法を検討した。クラスタリングでいくつかのグループに分割してグループ毎にNMF法を適用し、得られた基底ベクトルを初期値として再度NMFを適用する手法を考案し、その結果近似精度を安定に向上させることができた。しかし、質量分析器残差と官能検査結果の相関についてさらに検討が必要である。また、任意の位置の香りの濃度を流体シミュレータで計算する研究も行った。流れ場に置かれた様々な物体について、レーザスキャナを利用してその形状と位置を読み込み流体シミュレータ用の計算格子が作成できるようになった。それから、匂いと気流を同時に提示する装置に関しては仮想的な匂い源・風源を左右に動かせるだけでなく、上下にも粗く動かせるように改良を行った。多成分の超小型嗅覚ディスプレイに関しては、8成分調合が可能で鼻元に装着可能な嗅覚ディスプレイを開発した。この嗅覚ディスプレイはクレジットカードよりも小型である。この嗅覚ディスプレイを動画と共に提示するソフトウエアを作成し、その後低揮発性香気成分の残香の評価を行った。香水を用いた結果、すべての参加した被験者に対して残香を感じないという回答が得られた。この嗅覚ディスプレイは大学祭でも実演を行った。また、水晶振動子センサを用いた測定も行っている。さらに、ダイヤフラム型マイクロポンプに関しても駆動回路や液溜を製作しエタノール水溶液を駆動できるとこまで確かめた。広範囲の香りをカバーする要素臭の選択方法については、本年度長期にわたって質量分析器が故障したためサンプル数の拡張はできなかった。しかし、NMF(Nonnegative Matrix Factorization)法で使用する距離指標を工夫し、IS(Itakura-Saito)-divergenceを用いればKL-divergenceやユークリッド距離よりも広範囲の検出器強度に渡って良好な近似性能が得られることがわかった。今年度も引き続き、任意の位置の香りの濃度を流体シミュレータで計算する研究も行った。
キタドロバチーヤドリコナダニの共進化をモデルとしたパラサイト制御機構の解明

アトボシキタドロバチと共生するヤドリコナダニは、ハチがダニを巣へ運ぶためのアカリナリウム(ダニポケット)を持っていることから相利共生者であると考えられてきた。しかし、育房内ではハチ幼虫の体液を吸う寄生者だった。このダニは自然に侵入する頭数のダニが寄生しても、幼虫の死亡率、寄生されたメス成虫の産卵率や営巣成功率に悪影響は認められなかった。このことから片利共生的な寄生が示唆されたが、ハチ幼虫が前蛹蛹前期という特定の時期に育房に寄生蜂が侵入すると、これを攻撃することがわかった。寄生蜂もダニに反撃し両者は一方が全滅するまで戦うが、寄生蜂が一定の時この勝率はダニ数に依存することがわかった。アトボシキタドロバチよりもダニの出入り口が大きなアカリナリウムを持つアジアキタドロバチのヤドリコナダニの育房侵入数は多いことから、アカリナリウム口の大きさが侵入ダニ数を寄生する可能性が明らかとなった。従って、アカリナリウムは寄生者的ふるまいもするが幼虫をガードする相利共生者のダニを安全に、かつ最適数を育房に運ぶために発達したことが示唆された。アトボシキタドロバチヤドリコナダニの生活史について既存のデータ及び飼育結果から解析を行った。ヤドリコナダニは、ホストであるアトボシキタドロバチが産卵営巣中に育房内に侵入し、2日以内に第三若虫に脱皮する。第三若虫はホストの餌であるキバガ幼虫の体液を吸って発育し、成虫となる。成虫は直ちに交尾するが、交尾を行わなかったメスは卵胎生で息子(幼虫)を産下し、成虫となったこの小型雄と交尾して産卵を開始する。産卵はホストの発育とほぼ厳密に同調しており、成虫が幼虫の段階で死亡した場合は、成虫となったダニは産卵せずに死亡する。また、成虫にホストである幼虫を与えずキバガの幼虫のみを与えても、(死亡しないが)産卵を行わなかった。これらのことから、ダニはホストの発育による生理的な変化によって生活史を同調させていることが強く示唆された。ホストの育房に入るダニの数は、アトボシキタドロバチでは平均7頭程度だったが、アジアキタドロバチでは、11頭程度であった。このことは、アカリナリウムの出口の大きさに関連しているかもしれない。アジアキタドロバチも、アトボシキタドロバチとほぼ同じ生活史を示すことが明らかとなった。しかしながら、まだsmall maleは発見されていない。ホストの羽化と第二若虫の出現はアトボシキタドロバチとダニと同様、強く同調しており、ダニは、脱皮中のホストのアカリナリウムに殺到した。ホストの雌雄にかかわらず同様の現象が認められた。ダニのセルへの侵入数は平均的にやや多かったものの、ホストの発育に対する負の影響は認められなかった。アトボシキタドロバチヤドリコナダニでも最大侵入数は20頭程度であることから、11頭程度の侵入巣ではホストへの影響は顕在化しないものと考えられる。未記載種であったアジアキタドロバチを、Ensliniella asiaticaとして初記載した。このダニの第二若虫はキタドロバチヤドリコナダニ属の中では最も原始的であることが示唆されていた、E.kostyleviに近似していたが、第4脛節上ソレニジオンφが、より発達していることなどで形態的に区別することができた。またE.kostyleviのホストはAllodynerus rossiiのみであるのに対して、E.asiaticaのホストはアジアキタドロバチのみであり両者とも寄主特異的であることからも、容易に両者を識別することが可能であった。アトボシキタドロバチのアカリナリウム発達の意義を解明するために、ハチの育房内のダニ数をコントロールしてハチ幼虫に対するダニ寄生数の影響を調べた。通常野外で見られるダニ寄生数の平均値は1ホスト当たり6.45±4.3(n=348)だった。野外で採集した巣の中のセル当たりダニ数は023で、最頻値は5だった。前年の結果から、この範囲内ではハチにとってダニの寄生が繁殖成功度に対して影響を与えないものと考えられた。

飼育条件下でもダニが便乗しているメスが作ったセル内の平均ダニ数は、野外の平均値と差がなかった。しかし、セル内のダニ数を4050頭にすると、ハチは卵から3齢程度までは通常通りの発育を示すものの、その後すなわちダニによる吸汁が始まると、発育の遅延または死亡が観察された。25QCにおける発育遅延はおよそ1日程度であった。ところが野外の気温下では数日以上の遅れになることがあった。この時は巣内の最も奥の育房の個体が羽化したときに、隣の巣口に近い個体は前蠣だった。観察の際に巣を破壊していたため実際の影響は観察できなかったが、奥の個体が脱出時には体表面が柔らかい前蝋が傷つくか、あるいは巣外に押し出される可能性が示唆された。これらのことから、ダニの過剰な寄生はハチ未成熟虫にとって有害であり、アカリナリウムがダニ個体数コントロールに寄与している可能性が強く示唆された。アトボシキタドロバチとヤドリコナダニを飼育した結果、ヤドリコナダニはドロバチの幼虫を殺さないものの体液を吸う寄生者であることがわかった。一方で、ドロバチ幼虫の天敵である寄生蜂Melittobia acastaに対して攻撃し、どちらかが全滅するまで戦った。ダニが寄生バチに勝つ(殺す)確率はダニの個体数と共に上昇し、10頭のダニはほぼ100%の確率で1頭の寄生蜂を殺すことがわかった。従ってダニは寄生蜂がいないときは自身がドロバチの寄生者であるが、寄生蜂が出現するとダニとドロバチの関係は相利共生へと変化することが明らかとなった。すなわちアカリナリウムは共生ダニを巣に運ぶために発達したと結論した。ハチのアカリナリウムには270頭程度のダニが便乗することが可能で、ハチの最大産卵数は26であることから、10頭程度のダニを万遍なく仔の育房に入れるために徐々にアカリナリウムの形態が進化したと推測した。これらのことから森林生息性昆虫を天敵として利用する際、害虫との相互関係のみならず、天敵の共生者や捕食者なども含めた相互解明が重要であることを明らかにした。
功利主義の歴史的意義と現実的課題の研究

3年間にわたる本研究の最大の目標の1つは、功利(公益)主義の古典原典、それも出来れば未刊の草稿に遡って研究を拡大、深化させ、その成果を国際的に問うことであった。幸い、ベンサム草稿のマイクロ・フィルムを一括購入出来、ロンドン以外でこれを持つのは、日本が最初ということになった。永井、音無、有江、深貝、堀田、桜井、市岡、近藤、立川らは、これによって研究をすすめ、前6名は、その成果を第5回国際功利(公益)主義学会(ニューオーリンズ、1997年3月)で発表した。その後、研究協力を仰いだ坂井、奥野、児玉らがこの線にそって新たに研究を開始している。他方、いま1つの目標は、実践道徳として今日生きている功利(公益)主義が理論的、実践的にいかに機能しているかを確認し、今後さらに人類の福祉と地球環境の保護のために功利(公益)主義をいかに理論的、実践的に展開していくべきかを、考察することであった。この点でも、もちろん、国際交流は必要であって、山内は、オーストラリア国立大のシンガー教授と連携しつつ、生命倫理の問題で研究を深め、樫(研究協力者)もシンガー教授の著書を翻訳して、この面での功利(公益)主義的思考の意義を広めた。理論面では、永井、有江、深貝の3名は、1996年9月、ロンドン大学において、バリー教授の著書(Brain Barry,Justice as impartiality)をめぐっての、日英合同研究会に参加し、それぞれおよそ、1時間半の質疑応答をおこなった。これには、バリー教授自身が参加したのみならず、ローゼン教授、スコフィールド、ケリ-、クリスプ各博士など、約15名がイギリス側から討議に参加し、日本側には他5名が参加した。こうした研究会活動の結果、およそ、国際学会における日本からの発信については、国際的に一定の評価を受け、日英合同研究会の基礎も、一応固まったように思える。若手の研究者も、現れつつあり、今後の一層の理論的、実践的展開が期待される。1998年7月、待望の日本功利(公益)主義学会が旗揚げ出来るようになったのも、3年にわたる本研究補助があり、そのお蔭で研究会を継続できたからである。平成7年度は、2回の研究会にとどまった。しかし、幸いなことに、ヴィクトリア朝経済思想研究会と合同で研究会を開くことが出来て、研究会参加者を20名に拡大する事が出来た。第1回研究会平成7年7月15日および16日第1報告永井義雄「功利主義研究の諸問題」第2報告音無通宏「ベンサムとヒュームにおける宗教批判」第3報告出雲雅志「マルサスとリカードゥ-一幸福と富と欲望をめぐって」第4報告立川潔「ジェイムズ・ミルの理想社会」第5報告柳沢哲哉「文献紹介:アンドゥリュー・パイル『人口・現代のマルサス論』」第2回研究会平成7年712月16日および17日第1報告山内友三郎「Could a Confucian habe been a Utilitarian?」第2報告輪島達郎「ヒュームにおける功利主義と義務論」第3報告森村進「ロックの所有論」第4報告関口正司「J。S。

ミルの代議政治論」どの報告も、現代的意義をよく考慮にいれた好感のもてるものであった。ときにはメンバー相互の間でかなり激しい対立もあった。目下の問題は、せっかく購入したロンドン大学と英国図書館のマイクロフィルムであって、ただでさえ読みにくいベンサムの草稿にせまるには、焼き付けるのが一番、便利であるから、ほんの一部にせよ、出来る限りの金額を投じて焼くようにした。このことにより、日本におけるベンサム研究はかなり進展することが予想される。また、ロンドン大学との協議も進行して、来年度九月にロンドンにおいて合同研究会を開くことが正式に決まった。国際功利主義学会第五回大会での報告準備も進んでいる。平成8年度の研究会は3回行われた。通算して計5回の研究会を積み重ねたことになる。第3回研究会(5月18日、19日。名古屋サミットホテル会議室)1。堀田誠三「イタリア啓蒙における社会契約と功利主義」2。森下直貴「倫理学の方法をめぐって--倫理学と功利主義」3。下川潔「ロックと身体所有権」第4回研究会(11月16日、17日。関東学院大学葉山セミナーハウス)1。有江大介「ベンサムの自然宗教批判と社会科学」2。音無通宏「ロック、ヒューム、ベンサムと宗教問題」3。永井義雄「ベンサムは経済学者であったか」4。大川正彦「共同体主義から見た功利主義」第5回研究会(1月25日、26日。成城大学3号館3階研究集会室)1。深貝保則「政府の経済的役割についての功利主義のヴィジョン」2。成田和信「20世紀英語圏諸国の倫理学における動機づけの問題について」3。チェ・キソン「リベラル・デモクラシー再論」4。市岡義章「近世農村の共同体思想」また、1997年3月22日23日にニューオーリンズで開かれる第5回国際公益(功利)主義学会大会に、永井、音無、有江、深貝、堀田、櫻井の6名が報告する。この研究会は、こうして海外で高い評価を受けている。有江は学術振興会の短期招聘研究者としてスコフィールド博士を平成9年度に受け入れるし、研究会の国際共同研究は更に推進される。この研究会を母胎とする日本公益(功利)主義学会設立の計画も近く始動する。平成9年度は、2回の研究会を開催できた。このほか、裏面に示すような、論文を作成の過程で相互に討議し、論文作成後も議論を個人的に重ねている。この討議のなかで、次第に明らかになったことは、(1)若い研究者を中心に次第に公益(功利)主義に対する関心が増大しつつあること、(2)とりわけ難しい対応を迫られている生命倫理の分野を中心に、実践倫理の基本原理として、公益(功利)主義が重要な役割を求められていること、(3)その生命倫理の分野において、公益(功利)主義は、必ずしも一致した見解を共有しているわけではないが、一定の範囲においては、つまり、生命と死の尊厳という基本を踏まえた上で、全体の幸福の増大という公益(功利)主義の観点からする、最新医療の価値判断に大きい役割を果たしていること、(4)そのなかで、従来問題とされてきた公益(功利)主義の理論上の難点は、ヘア教授の二層理論で解決されたこと、(5)こうした、いわば現場における実践的、理論的問題に当面するなかで、公益(功利)主義の古典の研究も、進展した。
ナノ構造中の原子局所環境を選択的に評価する分光的小角散乱法の実現

長周期積層秩序合金(LPSO合金)の特異な熱力学的安定性と形成初期過程に関する知見を得るための手法開発を目的としてMgYZn3元合金の18R単相組成試料を用い、XAFS測定および小角領域によるDAFS測定の試行を行った。現状ではXAFS解析においても有力な報告例が乏しいため、XAFSによる鋳造材料の解析を第一ステップ、LPSO構造形成の初期構造における初期構造解析を第二ステップとした。一旦LPSOが形成されると、初期の不完全な構造でも、ほぼ前面に理想的な18R構造が形成された後でも局所環境に変化はなく、共同研究者の第一原理計算を初期値とする構造にほぼ収束することが明らかとなった。本年度はモデル試料作成のための条件検討を進めることと平行してターゲット試料候補材料のいくつかについての通常の透過XAFSの試験測定と解析、標準試料を使って計画している測定配置でのDAFSの測定条件検証などの立ち上げ実験をすすめた。ターゲット試料はL12規則構造を形成する析出系合金と、LPSO(長周期積層秩序構造)を形成するMgYZn合金の2種類である。LPSOに関しては、究極的には構造形成ごく初期での秩序形成がスピノーダル的な溶質の濃化層形成によるものとして理解できるのか、規則的な構造形成(金属間化合物的な界面成長モデル)によるものなのかという点を明らかにしたいという目的があり、この観点からの検証の基礎データとして秩序形成前(急冷材)と長時間熱処理材について透過XAFSの解析をおこなった。その結果、既知のはずの長時間熱処理材についても従来報告例のTEMやX線を基にした構造モデルをそのまま入力してもパターンがあわないという結果が得られてきており、この点についての検証がまずDAFSの解析に進む前の検討課題として新たに浮上してきた。この点に関してはLPSO合金の状態図決定という別の実験課題に関連して、共同研究先の原子位置のモデル計算情報を使いXAFSの解釈を試みるなどの検証を進めている。秩序構造か形成された後のXAFSパターンの定量的な解釈は本研究のターゲットであるより初期の過程での構造解釈の前提になるため、この部分の検証を現在進めている。この現象自体がこれまで申請者らが行っていた小中角散乱法によるナノ構造解析では得られない原子間隔レベルでの規則構造の不均一性に起因するものであり、LPSO形成秩序の検証という材料的見地からは重要な知見に発展すると期待している。また実験手法としては平行してXAFSビームラインにおいて2次元検出器を利用したDAFSデータ取得の検証実験を済ませた。昨年度MgYZn合金の安定構造にいたっている段階でのXAFSパターン自体が従来の電子顕微鏡などの手法で報告されている構造から直接導けない、などの出発点での問題が明らかになったため、今年度はまずほぼ安定な18RLPSO構造であるMg85Y9Zn6組成の結晶長時間熱処理材を用い、そのXAFSパターンについてフィッティングによって電子顕微鏡などの従来の構造報告との矛盾のない結論が得られるかと言う検証をおこなった。その結果、Zn,Yの周りのXAFSの解析結果がTEMーABSなどによる構造と基本的に良い対応を示す解析結果が得られることが判明し、基盤データとして平衡(安定)18RXAFS信号についての知見がまとまった。一方、本来DAFSが威力を発揮すると考えていたLPSO形成初期について、スピノーダル分解説を念頭に置いた解析のための試料の熱処理条件明確化を今年度進めていたところ、LPSO形成過程自体が従来提唱されていたスピノーダル分解的1次元周期構造形成とはことなる形成機構を持つことが判明し、今年度はまずその機構のナノ構造的特徴解明を進めるとともに、その機構において予想される局所構造に対するDAFS測定に必要な条件検討を進めた。具体的には一次元濃度波のDAFSと比較すると散乱強度が1桁小さくなることが予想されるため、DAFSの効率化の設計を先行させる必要があり、その検討を進めている。また、DAFSの解析の基礎データとなる透過XAFSについても、LPSO形成初期の試料特性(不均一厚薄膜試料、粉末化不可)と言う問題が新たに浮上し、現在信頼性のおけるXAFS測定のための試料加工方法についての検討を、小角高角散乱測定とXAFS測定を組にして進めている。当初の計算、理論からの予測でDAFSによる検証に好適であると予測されたMgYZn合金におけるLPSO形成過程が,われわれの実験(散乱)により、異なる機構による相変態であることが明らかになったことは予測外の成果である。今回明らかにした機構による局所環境変化を解明することはさらに魅力的な研究対象となった。しかし、同時に本申請で当初予定していたDAFS測定の技術的難易度がさらに高まったことになり、本年度はその対応手法の検討と通常の透過XAFSによる試料条件の検討に費やされた。その意味で予定より進んだ部分(材料の相転移機構の本質的理解)と遅れている部分(試料処理手法の確定)が存在する。本年度はMgYZn合金の急冷材料の吸収XAFSデータの質の向上と、LPSO構造を持つ試料からの標準的なXAFSデータ取得、ならびにXAFS用試料準備方法による試料の処理に伴う構造変化の検証実験を第一、同時に試料の相変態過程において本申請で解析の対象としているクラスター構造の小角散乱強度の定量性の確保とその構造変化の解析を第二の対象として研究を進めた。第一の対象であるXAFSに関しては、急冷材料の厚さ不均一によるXAFS信号のふらつきについては、試料の平滑研磨および粉末化による試験を継続した。

結果として、粉末化においては相変態途上の熱処理条件でのXAFS信号には厚さ不均質に伴うものと考えられるデータ異常が見られないことが分かったものの、散乱回折実験による試料評価によりかなりマイルドな粉末化の条件でも加工に伴って加工誘起構造相転移が進行していることを示唆する結果が得られた事から、粉末化によるXAFS測定は不適切である事が分かった。また、試料研磨については研磨条件のチューニングによって加工ダメージの少ない研磨が可能であることまでが分かったものの、研磨に耐える試料作成が必要であるという結果となった。この点に関しては予定していた試料供給が震災に伴う装置などの問題によって研究での実験とのタイミングが合わず、本報告には間に合わなかった。XAFS評価においてこれらの試料厚さに敏感な透過法による測定を採用したのは、最終的な目標が小角散乱強度の測定に結びつけるためには透過測定が必須であるからであり、この観点からは透過による測定を可能にするための試料作成アプローチに関しては目処が立ったと考えられる。LPSOのXAFS解析自体がまだ論文報告がほとんどない状況であるが、この点に関してはバルク材についてクラスター局所構造の解析に成功し、LPSO2016において発表した。長周期積層秩序合金(LPSO合金)の特異な熱力学的安定性と形成初期過程に関する知見を得るための手法開発を目的としてMgYZn3元合金の18R単相組成試料を用い、XAFS測定および小角領域によるDAFS測定の試行を行った。現状ではXAFS解析においても有力な報告例が乏しいため、XAFSによる鋳造材料の解析を第一ステップ、LPSO構造形成の初期構造における初期構造解析を第二ステップとした。一旦LPSOが形成されると、初期の不完全な構造でも、ほぼ前面に理想的な18R構造が形成された後でも局所環境に変化はなく、共同研究者の第一原理計算を初期値とする構造にほぼ収束することが明らかとなった。データ取得技術に関してはほぼめどが立っている。一方、解析解釈で重要となる材料特有の構造変化とXAFSのパターンの対応について、試料固有の課題(均一性、構造モデル)が透過XAFSの段階で判明し、この点についての検証研究を優先的に進めている。LPSOの形成過程初期の特徴的構造が認められる条件は小角高角同時散乱法(SWAXS)によって検証可能であることは示せたため、今後はXAFS/DAFSと小角高角散乱の測定をセットにして進めることにより、最終的に本申請で目指した構造相転移における局所環境構造の解明につなげていく予定である。放射光材料評価学まず27年度(第二年度)の前半を使い、今回判明した長時間熱処理材における透過XAFSの解釈での従来の構造モデルとの整合性の問題についての原因を明らかにする。測定に関しては、今年度の形成初期試料の測定で特に測定データ安定性の観点から問題が見つかった試料の均一性などの問題解決のための試料処理法などの改善をすすめ、解析モデルと厳密に突合せをおこなう。年度後半にLPSO形成ごく初期においてLPSO形成機構の観点から重要な形成初期試料への測定拡張をおこない、その形成過程に関するデータの傾向について透過XAFSとの違いの有無について検証する。
走査型SQUID顕微鏡を用いた強相関電子系超伝導体の研究

本研究では、極低温で動作する走査型SQUID顕微鏡の構築に取り組み、その開発に成功した。また、走査型磁気顕微鏡を用いて時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質Mn3Snで期待されているベリー位相由来の(遍歴)軌道磁化を直接観測することに取り組んだ。温度依存性、磁場依存性、磁化異方性、試料形状依存性などを測定した結果、軌道磁化が存在すると考えた場合と矛盾しない結果が得られた。さらに、非従来型超伝導体Fe(Se,S)の局所磁化測定も行った。超伝導状態では、渦糸状態を明瞭に観測することに成功したが、超伝導転移温度よりも高温では、前駆ペアー形成に起因する反磁性の兆候を観測することができなかった。走査型磁気顕微鏡を用いて時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質Mn3Snで期待されているベリー位相由来の(遍歴)軌道磁化を直接観測することに取り組んだ。この軌道磁化は、一般的に知られているスピン磁化と異なる空間分布を示す。そこで我々は、試料の各場所における局所磁化を精密に評価することで、スピン磁化から遍歴的な軌道磁化を抽出することに世界で初めて成功した。本研究によって軌道磁化とスピン磁化が互いに逆方向を向いていることが分かり、この結果は第1原理計算による理論とよく一致している。また、先行研究の異常ホール伝導度が温度を下げるにつれて増大するので、軌道磁化も低温で大きくなることが期待されていた。幅広い温度領域(室温から低温)で局所磁化を測定した結果、低温で軌道磁化が増大することを確認した。現在これらの内容をまとめており、近日中に論文を投稿する予定である。さらに本年度は、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2がどのようなメカニズムで量子スピン液体状態を実現しているのかを解明するために、元素置換系であるκ-H3(Cat-EDT-d4-TTF)2とκ-H3(Cat-EDSe-TTF)2の研究を行った。元素置換を行うことで、プロトンの量子揺らぎを系統的にコントロールすることができる。熱伝導率・トルク測定から、プロトン揺らぎがスピン液体状態を安定化するために重要な役割を果たしている結果が得られた。上記の内容は、既に物理学会などで発表した。今後、ESR・誘電率測定・走査型SQUID顕微鏡による局所磁化測定などを行うことで、Cat系で実現している量子スピン液体状態についてより詳細に調べる予定である。走査型磁気顕微鏡を用いて、時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質Mn3Snの研究を行い、ベリー位相由来の(遍歴)軌道磁化を直接観測することに世界で初めて成功した。本来予定していた超伝導研究とは大きくかけ離れてしまったが、時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質の研究は緊急性を要するものでありやむを得なかった。ただ上記の研究により、走査型磁気顕微鏡による局所磁化測定は超伝導研究以外にも有用であることを示すことができた。さらにMn3Snの研究で、走査型磁気顕微鏡に関する多くのノウハウを手に入れることができた。これは、今後の超伝導研究を円滑に進めて行く上で非常に重要である。以上から、本研究の進捗状況は良好であると言える。本研究では、新たに開発した走査型SQUID顕微鏡を用いて、非従来型超伝導体であるFe(Se,S)の局所磁化測定を行った。この物質群では、超伝導転移温度よりも高い温度から磁化率が低下し始めることがバルクの磁化測定から報告されている。この結果は、超伝導のクーパー対が部分的に形成され始めて、マイスナー効果(反磁性)が現れているのが理由だと解釈されている。このような超伝導の前駆現象を明らかにするためには、試料の磁化分布を精密に評価することが必要である。そこで本研究では、走査型SQUID顕微鏡を用いてFe(Se,S)の局所磁化測定を行った。超伝導状態では、渦糸状態を明瞭に観測することに成功したが、超伝導転移温度よりも高温では、反磁性の兆候を観測することができなかった。先行研究によると、この前駆現象は低磁場よりも高磁場において明瞭に観測される。それ故、前駆現象を観測することができなかったのは、ゼロ磁場近傍で磁化測定を行ったことが原因だと思われる。今後は、走査型Hall素子顕微鏡で高磁場下での局所磁化測定を行う予定である。また本年度は、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2の量子スピン液体状態がプロトンの量子揺らぎによって安定しているかどうかを明らかにするために、3つの元素置換系「κ-H3(Cat-EDT-ST)2、κ-H3(Cat-EDT-d4-TTF)2、κ-H3(Cat-EDSe-TTF)2」の研究を行った。元素置換を行うことで、2次元三角格子上のスピン配置や、プロトンの量子揺らぎを系統的にコントロールすることができる。これまでに誘電率・磁気トルク測定を行っており、それらの結果からκ-H3(Cat-EDT-TTF)2系では、プロトン揺らぎが量子スピン液体状態を安定化するために重要な役割を果たしていることが分かった。現在これらの内容をまとめているところである。

また、走査型磁気顕微鏡を用いて時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質Mn3Snで期待されているベリー位相由来の(遍歴)軌道磁化を直接観測することに取り組んだ。温度依存性、磁場依存性、磁化異方性、試料形状依存性などを測定した結果、軌道磁化が存在すると考えた場合と矛盾しない結果が得られた。さらに、非従来型超伝導体Fe(Se,S)の局所磁化測定も行った。超伝導状態では、渦糸状態を明瞭に観測することに成功したが、超伝導転移温度よりも高温では、前駆ペアー形成に起因する反磁性の兆候を観測することができなかった。今後は、走査型磁気顕微鏡を用いて、銅酸化物高温超伝導体やウラン化合物の超伝導研究を行う。銅酸化物高温超伝導体に関しては、擬ギャップと超伝導の関連性を明らかにするために、超伝導相内に擬ギャップ(相)に関する量子臨界点が存在するかどうかなどを確かめる予定である。ウラン化合物に関しては、時間反転対称性の破れに伴う自発磁化の直接観測を行うつもりである。超伝導本年度は当初の予定とは異なり、液体ヘリウムをほとんど使わなかった。そのため、来年度のヘリウム代に回すためお金を残している。液体ヘリウム代、TMR(磁気センサー)を購入する予定である。
乾燥種子中の膜酵素の形状特性の解析

乾燥種子中の膜酵素の形状特性を明らかにするため,まずその対象とする膜酵素の他の高等植物器官での形状を解析した.すなわち,チトクロムオキシターゼ, F1F0ATPase,原形質膜ATPaseおよびグリオキシソーム膜リパーゼについて,サツマイモ塊根,ヤエナリ胚軸および発芽ヒマ種子胚乳を用いて,これらの酵素の構造と生合成機構を解析した.そして,チトクロムオキシターゼは7種, F1ATPaseは6種,原形質膜ATPaseは3種,リパーゼの1種のサブユニットからなることを明らかにした.また,これらの酵素またはサブユニットに対する抗体を調製すると共に,これらの抗体を用いてin vitroタンパク質合成系を用いて,これらの酵素またはサブユニットの生合成機構,特にそれぞれの膜への局在化機構について研究し,いくつかの場合についてこれらの機構を推定した.ついで,これらの知見および抗体を用いて,これらの酵素またはサブユニットが乾燥種子中でぞのような分子形状で存在しているかを検討した.その結果,チトクロムオキシターゼに関しては,ミトコンドリア遺伝子系支配であるサブユニットIVおよび核遺伝子系支配であるサブユニットV群が可溶性の形で他のサブユニットとは会合していない遊離の形で存在していることが示唆された.またF1ATPaseも, F0部と結合していない形で存在していることが示唆された.原形質膜ATPaseについては,調製した抗体の力価が弱く,乾燥種子中の存在様式についての確実なデータが得られなかった.また,リパーゼは乾燥種子中には存在せず,種子吸水と共に合成されることを明らかにした.一方,乾燥種子から核を無傷のまま単離する方法を確立し,吸水発芽中の種子からの単離核と比較した.その結果,乾燥種子核は転写活性を有さず,密度が高く,大きさが小さいことが明らかになった.乾燥種子中の膜酵素の形状特性を明らかにするため,まずその対象とする膜酵素の他の高等植物器官での形状を解析した.すなわち,チトクロムオキシターゼ, F1F0ATPase,原形質膜ATPaseおよびグリオキシソーム膜リパーゼについて,サツマイモ塊根,ヤエナリ胚軸および発芽ヒマ種子胚乳を用いて,これらの酵素の構造と生合成機構を解析した.そして,チトクロムオキシターゼは7種, F1ATPaseは6種,原形質膜ATPaseは3種,リパーゼの1種のサブユニットからなることを明らかにした.また,これらの酵素またはサブユニットに対する抗体を調製すると共に,これらの抗体を用いてin vitroタンパク質合成系を用いて,これらの酵素またはサブユニットの生合成機構,特にそれぞれの膜への局在化機構について研究し,いくつかの場合についてこれらの機構を推定した.ついで,これらの知見および抗体を用いて,これらの酵素またはサブユニットが乾燥種子中でぞのような分子形状で存在しているかを検討した.その結果,チトクロムオキシターゼに関しては,ミトコンドリア遺伝子系支配であるサブユニットIVおよび核遺伝子系支配であるサブユニットV群が可溶性の形で他のサブユニットとは会合していない遊離の形で存在していることが示唆された.またF1ATPaseも, F0部と結合していない形で存在していることが示唆された.原形質膜ATPaseについては,調製した抗体の力価が弱く,乾燥種子中の存在様式についての確実なデータが得られなかった.また,リパーゼは乾燥種子中には存在せず,種子吸水と共に合成されることを明らかにした.一方,乾燥種子から核を無傷のまま単離する方法を確立し,吸水発芽中の種子からの単離核と比較した.その結果,乾燥種子核は転写活性を有さず,密度が高く,大きさが小さいことが明らかになった.乾燥種子中の膜酵素の形状特性を明らかにするために、まずその対照となる高等植物の一般的な組織中の膜酵素の形状を解析した。すなわち、高等植物チトクロムオキシダーゼ、Fo【F_1】ATPaseおよび原形質膜ATPaseの一般的な形状を調べた。チトクロムオキシダーゼと【F_0】【F_1】ATPaseについては、そのサブユニット組成を明らかにすると共に、一部のサブユニットを分離精製し、そのアミノ末端付近のアミノ酸配列を明らかにした。一方、原形質膜ATPaseについては、今まで報告されてきている原形質膜ATPaseとは異なる別種のATPaseの存在を示唆し、それが特異なサブユニット組成を有することを示唆した。また、以上の3種の膜酵素のいくつかのサブユニットに対する抗体を調製することができた。つぎに、乾燥種子中の【F_0】【F_1】ATPaseの存在形態を明らかにする目的で、乾燥エンドウ種子の子葉からの粗ミトコンドリア画分をショ糖密度勾配遠心で分画し、【F_0】【F_1】ATPaseのαおよびβサブユニットの分布状況を調べた。これらのサブユニットは、成熟型ミトコンドリアを含む画分には勿論のこと、未成熟ミトコンドリア内膜画分および可溶性画分にも多量に存在していることが見いだされた。また、成熟型ミトコンドリア画分の滲透圧ショック処理で可溶化してくる画分にも相当量のこれらのサブユニットが存在していた。これらの結果は、乾燥エンドウ子葉中には、【F_0】【F_1】ATPaseの【F_0】部位に結合していない、つまり非結合型の【F_1】ATPaseが存在していることを示唆している。おそらく、これらの非結合型【F_1】ATPaseは、種子が吸水するにつれて、【F_0】部位に結合し、機能を有する形になるのであろう。

一方、チトクロムオキシダーゼの最小サブユニットに対する抗体を用い、乾燥エンドウ子葉中に遊離型のこのサブユニットが存在しないかどうかも検索した。しかし、その存在に対する確証をうるには至らなかった。
水田生態系における鳥と捕食性節足動物による天敵効果の評価

大学附属農場において、フィプロニル系の育苗箱施用殺虫剤の有無と天敵生物(クモ・カエル)除去の有無を組み合わせた野外実験を行なうことで、天敵生物の害虫に対する捕食効果、殺虫剤が天敵個体数に及ぼす影響、天敵生物同士の関係、殺虫剤が天敵生物への影響を介して害虫個体数とに及ぼす間接効果を定量的に明らかにすることを目的にした調査を行った。農薬はカエル幼生の出現時期に影響を与えていた。殺虫剤の主成分であるフィプロニル濃度は土壌中の蓄積によって田植え前の農薬区で最も高く、田植えで水を入れることで非農薬区と同じレベルまで減少した。そのため、田植え後に出現してくる幼生が中干し前に成体になれるかどうかが、カエル成体の個体数に大きな影響を与えると考えられる。昨年度は水温が低く幼体の成長が遅かったために中干し前に成体になれずに農薬区でカエル個体数が大幅に減少したが、今年度は水温が高かったために農薬による有意な影響は認められなかった。クモの個体数は農薬区で減少し、昨年度と逆の結果が得られた。この違いは捕食者であるカエルの個体数が農薬の影響を受けたかどうかの違いで説明できる。今年度は農薬によるカエル個体数の影響が小さかったため、農薬によるクモ個体数に対する負の影響が直接現れたと考えられる。水稲害虫であるヨコバイとウンカの個体数は農薬区で個体数が増加した。ANOVAの結果から、農薬によって害虫が増加したのは、農薬がクモの個体数を減少させたために、害虫に対する天敵効果が発揮されなかったためと考えられた。その結果、農薬区において水稲の500粒重が有意に減少した。フィプロニル系の殺虫剤は殺虫力が高く害虫だけでなく天敵生物までも殺してしまうために、害虫が逆に増えて収量が減ることが明らかになった。IPM推進のためには、殺虫力が弱くても天敵生物に影響の少ない殺虫剤を使うことが推奨される。今年度は、防鳥ネットと殺虫剤散布の有無を組み合わせた4つの区画で害虫個体数密度および稲の生育量・収量を調べることで、飛翔性天敵(大型トンボ類と鳥類)の効果を明らかにするとともに、その効果を殺虫剤散布の効果と比較した。害虫全体に対して、殺虫剤散布も飛翔性天敵も有意に減少させる効果が認められたが、飛翔性天敵の効果は殺虫剤散布の効果の3分の1程度であった(22%vs 68%)。しかしながら、ウンカに対しては飛翔性天敵による効果の方が大きかった。また、殺虫剤散布が害虫だけでなく中立昆虫の個体数を減少させており、殺虫剤によって水田生態系の昆虫の多様性が低下した。殺虫剤散布によって食葉性昆虫による葉の食害が減少した結果、桿長が有意に増加したが、収量に及ぼす影響は明らかにできなかった。しかしながら、殺虫剤散布と飛翔性天敵のどちらもない実験区では、害虫個体数と葉の食害量が最も大きく、玄米の全重量と500粒重量のどちらも最小であった。本研究では、ヨコバイやウンカなどの害虫に対して、殺虫剤散布や飛翔性天敵の効果が認められたが、イネの収量に大きな影響を与えるほどの個体数ではなかった。現在のような低密度であれば殺虫剤を使用せずに天敵のみに依存するのがのぞましいことが明らかになった。計画では,鳥や徘徊性昆虫の天敵効果についても初年度から調べる予定であったが,除去方法が確立されておらず実験操作の組み合わせが複雑になりすぎることが予想されたため,飛翔性昆虫と殺虫剤の効果のみを調べる内容に変更した。名城大学春日井農場を調査地とし、育苗箱用殺虫剤および天敵(トンボ類、クモ類)が害虫個体数に及ぼす直接的な効果、および殺虫剤がへの天敵への影響を介して害虫個体数に及ぼす間接的な効果、またそれらがコメの収量にどのような影響を実験的に明らかにすることを目的として調査を行った。農薬施用区においては,予想に反して害虫であるツマグロヨコバイが増加し、その結果米の収量が減少した。これは育苗箱用殺虫剤として使用したプリンス粒剤(フィブロニル系)が捕食性天敵であるカエルの個体数を減少させたためであると推測された。また、トンボ個体数が最大となる時期には,防鳥ネットがウンカ個体数に及ぼす効果が認められた。農薬施用がツマグロヨコバイとその他のヨコバイの個体数に及ぼす効果と防鳥ネットがウンカ個体数に及ぶす効果は、いずれもが害虫個体数が最大になる前に現れたことから、カエルとトンボによる天敵効果は害虫個体数が中程度の時に発揮される可能性が示唆された。畦シート設置によって徘徊性クモ類の個体数を有意に減少させることはできたが、害虫個体数への効果は認められなかったことから、クモによる天敵効果は小さかったと考えられる。今後は、プリンス粒剤の施用がカエルの天敵効果の減少によって、害虫個体数が増加し、米の収量が減少している可能性を、カエルの個体数と食性の調査によって検証する必要がある。今年度の調査では,育苗箱用殺虫剤が殺虫剤が害虫を増加させるという予想外の結果が得られた.

その原因として殺虫剤がカエルの個体数を減少させていることが推測されたが、カエルの個体数と食性の調査を行っていなかったので,それを裏付けることができなかった,次年度の調査では、この点をあきらかにする必要がある.省力化のために最近使用されるようになったフィブロニド系育苗箱用殺虫剤は、水稲害虫の捕食者であるカエル等の水生生物の個体数の減少をもたらすことが知られている。環境保全型の稲作技術を確立するためには,害虫個体数に対する殺虫剤の効果と天敵の効果、および殺虫剤による天敵個体数への影響を定量に評価することが必要である。本研究の目的は、附属農場の水田において、苗箱用殺虫剤の有無が天敵であるカエル個体数、害虫個体数、水稲収量に及ぼす影響を明らかにすることである。殺虫剤の施用区では非施用区に比べて、オタマジャクシの成長が遅く、カエル成体の個体数が有意に少なかった。卵からの孵化が遅れたことで中干し前に変態できずに,成体になる前に死亡した可能性が考えられた。しかしながら、殺虫剤施肥の有無によって、ヨコバイ類とウンカ類の害虫個体数に有意な違いは見られなかった。その結果、水稲収量指標である全体重量と500粒重いずれにおいても殺虫剤施肥の有無によって有意な違いは見られなかった。調査結果から、苗箱用殺虫剤が害虫個体数を減らす直接的効果、天敵を減らすことによって害虫個体数を逆に増やす間接的効果のいずれについても認められなかった。昨年度の調査では殺虫剤施用による害虫個体数減少と水稲収量増加が示され、カエルによる天敵効果が示唆された。今年度はツマグロヨコバイの個体数が多かったことが効果の現れなかった原因であると推測されたことから、害虫個体数の変化に伴う殺虫剤と天敵の効果の違いを継続調査していく必要がある。今年は害虫の個体数が多く,カエルの天敵効果も殺虫剤の効果も害虫個体数の減少と水稲収量に対する効果は認められなかった.しかしながら,これまでの調査でトンボとカエルの天敵効果が害虫が多くない年には有効であること,フィプロニル系殺虫剤がカエル個体数を減少させていることなどが明らかになっている.大学附属農場において、フィプロニル系の育苗箱施用殺虫剤の有無と天敵生物(クモ・カエル)除去の有無を組み合わせた野外実験を行なうことで、天敵生物の害虫に対する捕食効果、殺虫剤が天敵個体数に及ぼす影響、天敵生物同士の関係、殺虫剤が天敵生物への影響を介して害虫個体数とに及ぼす間接効果を定量的に明らかにすることを目的にした調査を行った。農薬はカエル幼生の出現時期に影響を与えていた。殺虫剤の主成分であるフィプロニル濃度は土壌中の蓄積によって田植え前の農薬区で最も高く、田植えで水を入れることで非農薬区と同じレベルまで減少した。そのため、田植え後に出現してくる幼生が中干し前に成体になれるかどうかが、カエル成体の個体数に大きな影響を与えると考えられる。昨年度は水温が低く幼体の成長が遅かったために中干し前に成体になれずに農薬区でカエル個体数が大幅に減少したが、今年度は水温が高かったために農薬による有意な影響は認められなかった。クモの個体数は農薬区で減少し、昨年度と逆の結果が得られた。この違いは捕食者であるカエルの個体数が農薬の影響を受けたかどうかの違いで説明できる。今年度は農薬によるカエル個体数の影響が小さかったため、農薬によるクモ個体数に対する負の影響が直接現れたと考えられる。水稲害虫であるヨコバイとウンカの個体数は農薬区で個体数が増加した。ANOVAの結果から、農薬によって害虫が増加したのは、農薬がクモの個体数を減少させたために、害虫に対する天敵効果が発揮されなかったためと考えられた。その結果、農薬区において水稲の500粒重が有意に減少した。フィプロニル系の殺虫剤は殺虫力が高く害虫だけでなく天敵生物までも殺してしまうために、害虫が逆に増えて収量が減ることが明らかになった。
食品廃棄物のフローの解析及びゼロエミッション化

【研究目的】豆腐製造およびビール製造などの食品工場では、大量の有機系固形廃棄物(副産物)、高濃度の有機廃液を生じる。本研究では、豆腐工場、ビール工場の現状の物質フローを解析し、より好ましいゼロエミッションプロセスを提案する。有機固形廃棄物に関して活性炭などの機能材料化、亜臨界加圧化溶化による成分分離利用、有機排液および固形廃棄物のメタン発酵によるエネルギー化など多様なゼロエミッション要素技術の開発をすすめる。【研究方法および成果】(1)食品工場におけるエミッション解析新たにビール工場(2社目)に関して廃棄物と有機排水の排出フローの調査を行った結果、固形廃棄物のゼロエミ化だけでなく、有機排水に関してもUASB法により高効率でエネルギー回収が行われていることがわかった。現在同工場のさらに詳細な解析を進めている。2)食品廃棄物から活性炭の製造昨年度で薬品賦活法による高比表面積活性炭の製造法に間する研究を終了した。本年度は,おから,ビール粕,酒粕を原料として水蒸気賦活法による活性炭の製造を試みた。そして,得られた活性炭の比表面積,水蒸気賦活過程のの見かけの反応速度を測定した。その結果,おからは他の食品廃棄物と比べて見かけの反応速度が非常に早く,得られた活性炭の比表面積も数百m^2/g程度であった。たれに対して,ビール粕,酒粕を原料とした場合には市販活性炭と同等の1000m^2/gを越える比表面積を有する活性炭が得られた。蛍光X線による分析からおからでは灰分中のカリウム,カルシウムが触媒として働くために見かけの反応速度が大きくなったと示唆された。そこで,灰分を酸(塩酸,フツ酸)で洗浄除去した後に,水蒸気賦活を行った結果見かけの反応速度も遅くなり,1000m^2/長を越える比表面積の活性炭を製造できた。3)メタン発酵によるおからのエネルギー化本年度は寄せ込み廃液(豆腐工場での有機排水)とおけらとの混合基質をメタン発酵し、メタンとしての回収効率の向上を検討した。寄せ込み排水単独でのメタン発酵は良い結果を与えなかったが、寄せ込み排水との混合処理では、メタン転換量の向上が認められた。
二軸回転を用いた球体内乱流の制御

二軸回転球体内の流れ状態は,レイノルズ数(Re,スピン回転角速度,球の半径,流体の動粘性係数による)とポアンカレー数(Γ,歳差回転角速度とスピン回転角速度の比)の2つのパラメターのみで特徴づけられる。流れの様相は,これらのパラメターの組み合わせにより,多様に変化する。この系の流れを完全に理解するために,さまざまなパラメターの値に対する流れ構造を,理論解析,数値解析および実験によって調べた。Re>>1,Γ>>1の場合,球体内部の流れは,球面に沿う薄い境界層と,それ以外のテイラー・プラウドマン領域から成り立つことを,数値解析および理論解析により,発見した。境界層内ではスピン回転軸付近を中心とする新しいタイプの渦構造が現れた。また,内部のテイラー・プラウドマン領域では,平均流が歳差回転より速く回転するという現象(スーパーローテーション)を発見し理論的説明を与えた。さらにこの領域は,平均流粒子混合の活発な部分と混合がほとんど起こらない部分にはっきりと分離されることを理論的数値的に確かめた。Re=0(1000),Γ=0(1)の揚合は,コリオリカとポアンカレーカが競合し,流れ構造が複雑になり混合が活発になる。多数のパッシプ粒子を流して流れ構造や混合効率を数値計算で解析した。その結果,Γが0.2程度で最も大きな混合効率が得られること,Γがそれより大きくても小さくても混合効率は落ちることがわかった。これはまた,流線構造がΓ=0.2付近で最大のカオス領域をもつこととも符合する。これらの研究と並行して,上記2つのパラメターの値の広い範囲にわたって,定常流れが実現する領域と非定常流れが実現する領域の境目を示す臨界曲線を数値的に求めた。実験結果ともよくあっている。特に,Re>>1,Γ<<1の場合の定常流の安定性は,地球の外核内の流れとも関連して興味深い。現在,実験と理論解析を進めているところである。平均場の特性には普遍性があるが瞬間場はとりとめもなく乱雑に変動する乱流状態の,流れ構造を理解しまたそれを精度よく制御することを目的として,実験室で簡単に操作できるコンパクトな乱流生成装置を製作し,これによってできる流れの解析的および数値的研究を行なっている。球体内に水を充填させ,鉛直軸まわりに一定角速度で歳差回転する回転テーブル上で,水平軸のまわりに別の一定角速度でスピン回転させる。この歳差回転球体内の流れ状態は,レイノルズ数(Re,スピン回転角速度,球の半径,流体の動粘性係数による)とボアンカレー数(Γ,歳差回転角速度とスピン回転角速度の比)のみで特徴づけられる。流れの様相は,これらのパラメターの組み合わせにより,定常流,周期流,非周期流と様々に変化する。本年度は,流れの様相のパラメター依存性の全体像を明らかにすることを目標にした。実験では,回転テーブル上に固定した,レーザー光源とカメラを用いたPIV測定によって得られた速度相関関数等を解析した。数値計算では,さまざまなパラメターの値の組み合わせに対し,流れを初期値問題として解き,エネルギーとエンストロフィーの時間変動をモニターすることによって,定常流の安定曲線を数値的に求めた。その結果,ボアンカレー数が1.52程度でレイノルズ数が13002000程度の場合に,最も激しく運動する流れが実現されること,最小臨界レイノルズ数が1,300であること,ボアンカレー数が大きくても(Γ>1)小さくても(Γ<0.1)流れが穏やかになること,などがわかった。また,数値計算で得られた定常流の詳細な可視解析により流線のトーラス構造を発見し,さらにレイノルズ数がゼロおよび時間が無限大の二重極限でのこの構造の簡潔な解析表現を得た。

これらの研究と並行して,上記2つのパラメターの値の広い範囲にわたって,定常流れが実現する領域と非定常流れが実現する領域の境目を示す臨界曲線を数値的に求めた。実験結果ともよくあっている。特に,Re>>1,Γ<<1の場合の定常流の安定性は,地球の外核内の流れとも関連して興味深い。現在,実験と理論解析を進めているところである。