hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロトプラスト培養系における不定芽分化

本研究は、プロトプラストから速やかに不定芽形成に至る培養系を開発し、光顕および電顕による観察を通じて不定芽分化に至る細胞分化、組織分化の様相を明らかにするとともに、不定芽分化に係わる要因を解析することを目的にしている。平成元年度には、次の知見を得た。(1)ブロッコリについて、プロトプラスト培養開始後約45日間で、安定的に不定芽分化(分化率約30%)に至る培養系を開発した。この培養系で得た植物体は、いづれも2倍体で染色体数の変異はみられなかった。一方、分化率約70%の高率で不定根分化に至る培養条件を明らかにすることができた。(2)上記ブロッコリの培養系を中心に、キャベツ、タバコ、ペチュニアの培養系を参考にして、細胞分化、組織分化について前年度までの成果に検討を加えた。不定芽分化においては、再分化培養開始直後に多量のデンプン粒の蓄積にともなって、カルス内部にとくに原形質連絡系が多い少数の細胞が出現した。その部位での細胞分裂の結果、〓細胞を含み、多くの原形質連絡系で結ばれた小型細胞の集塊が形成された。ミトコンドリアの活性化、小数のラメラ構造を持つプラスチドの存在が集塊における特徴であったが、仮導管の分化はみられなかった。このような小型細胞の集塊に関連してカルス表層に不定原基が分化した。一方、不定根については、カルス内部に仮導管の分化した部位が出現し、この部域に接近して不定根原基が分化した。この部域には〓細胞の分化、ミトコンドリアの活性化、プラスチドの再分化、原形質連絡系の増加などはみられなかった。以上のように、不定芽の不定根では、分化に先立つ細胞分化、組織分化に著しい相違があることを指摘できた。このような相違には、再分化培養のみならず、プロトプラスト培養の全過程における成長調節物質の質と量が関係していると考えられた。本研究は,プロトプラストから速やかに不定茅形成に至る培養系を確立し,光学顕微鏡および電子顕微鏡による観察を通して不定茅分化に至る細胞分化,組織分化の様相を明らかにして,不定茅分化に係わる要因を解析することを目的にしている.昭和62年度に得られた知見は以下のようである.1.すでに確立している約1か月で不定茅分化に至るタバコのプロトプラスト培養系に加えて,キャベツの培養系を確立した.又,不定茅形成について再現性の点で問題が残されていたペチュニアのプロトプラスト培養系をほぼ確立することができた.これら培養系の確立によって,次年度以降の電顕観察の基盤を作ることができた.一方,ブロッコリについて,プロトプラスト培養開始後約3週間で不定根形成に至る培養系を確立することができた.この培養系は不定茅分化に至る細胞・組織分化を検討する際の比較の培養系として有効に利用できるものである.2.タバコおよびペチュニアの培養系について組織学的観察を行なった結果,不定茅分化が組織学的に観察されるに先立って,小カルス内部に假導管や筋細胞を含む組織に分化が観察された.しかし,後述する不定根の分化に比べ,組織分化の領域は広いが,假導管の連絡による導管構造の発達など構造形成の程度は低いことが観察された.一方,ブロッコリの培養系においては,小カルスの中心部に多数の假導管の分化がみられると共に,急速に導管構造が発達した後に,構造部の近くで不定根分化が始まった.不定茅分化と不定根分化とは,組織分化の様相に相違のあることが明らかになった.この点について,次年度以降もさらに詳細な観察を続けると共に,培地組成との関連について検討する予定である.3.電顕観察については,次年度以降に持ちこされた.本研究は、プロトプラストから速やかに不定芽形成に至る培養系を確立し、光学顕微鏡および電子顕微鏡による観察を通して不定芽分化に至る細胞分化、組織分化の様相を明らかにして不定芽分化に係わる要因を解析することを目的にしている。昭和63年度に得られた主要な知見は以下のとおりである。1.キャベツ、ブロッコリ、ペチュニアの培養系については、器官分化に先立つ組織分化ならびに表面構造の変化に関する観察が進み、不定芽分化が小カルスの表面で起こるのに対し、不定根分化は小カルス内部の導管様構造の近くで始まることを共通して把握することができた。又、不定芽分化と不定根分化の間には、培養条件、とくに生長調節物質の種類と量に関係して組織分化の様相に若干の差異が認められた。すなわち、不定芽分化においては、カルス内部に生じる假導管、導管様構造などが不定根分化に比して、より少ない傾向が認められた。このような差異は、不定芽分化と不定根分化の相違がそれに先立つ組織分化の段階にまでさかのぼることを示唆するものである。2.電子顕微鏡観察によって、不定芽分化に至る培養系では、小カルス内部に假導管、導管様構造が分化するよ先立って、小カルス中心部の細胞にP-タンパク質の存在、さらには篩細胞の分化が観察された。これに反し、不定根分化においては、小カルス内部における假尊管分化に先立つ篩細胞の分化を認めることができなかった。すなわち、導管様構造のみが発達した後に不定根分化が起こった。

このような細胞分化に関する不定芽分化と不定根分化の間の相違が、果たして普偏化しうるものかどうかを現在は断言できない。次年度研究の一つの焦点として更に追究する予定である。本研究は、プロトプラストから速やかに不定芽形成に至る培養系を開発し、光顕および電顕による観察を通じて不定芽分化に至る細胞分化、組織分化の様相を明らかにするとともに、不定芽分化に係わる要因を解析することを目的にしている。平成元年度には、次の知見を得た。(1)ブロッコリについて、プロトプラスト培養開始後約45日間で、安定的に不定芽分化(分化率約30%)に至る培養系を開発した。この培養系で得た植物体は、いづれも2倍体で染色体数の変異はみられなかった。一方、分化率約70%の高率で不定根分化に至る培養条件を明らかにすることができた。(2)上記ブロッコリの培養系を中心に、キャベツ、タバコ、ペチュニアの培養系を参考にして、細胞分化、組織分化について前年度までの成果に検討を加えた。不定芽分化においては、再分化培養開始直後に多量のデンプン粒の蓄積にともなって、カルス内部にとくに原形質連絡系が多い少数の細胞が出現した。その部位での細胞分裂の結果、〓細胞を含み、多くの原形質連絡系で結ばれた小型細胞の集塊が形成された。ミトコンドリアの活性化、小数のラメラ構造を持つプラスチドの存在が集塊における特徴であったが、仮導管の分化はみられなかった。このような小型細胞の集塊に関連してカルス表層に不定原基が分化した。一方、不定根については、カルス内部に仮導管の分化した部位が出現し、この部域に接近して不定根原基が分化した。この部域には〓細胞の分化、ミトコンドリアの活性化、プラスチドの再分化、原形質連絡系の増加などはみられなかった。以上のように、不定芽の不定根では、分化に先立つ細胞分化、組織分化に著しい相違があることを指摘できた。このような相違には、再分化培養のみならず、プロトプラスト培養の全過程における成長調節物質の質と量が関係していると考えられた。
新規縮合剤を用いる抗腫瘍アルカロイド・ミラベゾール類の効率的合成

ミラバゾール類は最近藍藻類から単離・構造決定された特異な連続チアゾリン環構造をもった抗腫瘍アルカロイドである。本研究では、代表的ミラバゾールであるミラバゾールCおよびBの効率的合成を行なった。本合成により連続チアゾリン環を一挙に合成の最終段階で形成させる新しい合成法を確立した。また、この新規合成法に必要不可欠となる効率的縮合剤の詳細な検討も行なった。1.効率的縮合剤の検討:申請者が新しく開発したエステル化試薬-CIP-の優れた縮合活性をより高める目的で、各種添加剤との併用について検討を行なった。その結果、蝕媒量の添加剤の存在下CIPがジアルキルアミノ酸の高活性エステル体への速やかな変換を促進し、高い縮合効率が得られることを明らかにした。2.ミラバゾールCの全合成:α-メチルシステインを原料としてミラバゾールCの効率的全合成を行なった。まず、1で確立したCIPを用いる効率的縮合法によって、S-保護α-メチルシステインを順次縮合させ、前駆体トリペプチドアミドを合成した。ついでチオール保護基を液体アンモニア/金属ナトリウム処理によって除去した後、ルイス酸存在下で環化反応を行ない一段階同時環化を行なった。最後にチアゾリン環からチアゾール環への酸化的変換を行ないミラバゾールCを得ることができた。3.ミラバゾールBの全合成:2と同様に合成した前駆体トリペプチドアミドのチオール保護基を除去した後、ルイス酸存在下で環化反応を行ない一段階同時環化を行なった。この際、ミラバゾールCの合成時に見られた副反応を最小限に抑える反応条件の検討を合わせて行ない、最適化を行なった。ついで、チアゾリン環からチアゾール環への酸化的変換を行ないミラバゾールBを得た。ミラバゾール類は最近藍藻類か単離・構造決定された特異な連続チアゾリン環境造をもった抗腫瘍アルカロイドである。これら一連のアルカロイドは,抗腫瘍活性のみならずHIVプロテアーゼ阻害活性ももっていることが予備的な研究で明らかにされつつある。本研究では、本年度中に代表的ミラバゾールであるミラバゾールCの効率的合成を行なった。そして、これらの合成により連続チアゾリン環を順次構築する従来法に代えて、一挙にこれらを合成の最終段階で形成させる新しい効率的合成法を確立した。また、この新規合成法に必要不可決となる効率的縮合剤の詳細な検討も行なった。1.効率的縮合剤の検討:申請者からはα-置換アミノ酸含有ペプチド、とくにペプタイボール類の合成により、新しく開発したエステル化試薬-CIP-が優れた縮合活性を併せもっていることをすでに確認している。そこで、CIPの効率をより高める目的で、各種添加剤との併用について検討を行なった。さらに、NMRで反応液を追跡することにより反応機構についても検討を行なった。その結果、触媒量の添加剤の存在下CIPがジアルキルアミノ酸の高活性エステル体への速やかな変換を促進することによって高い縮合効率が得られることを明らかにした。最後にチアゾリン環からチアゾール環への酸化的変換を行ないミラバゾールCを効率良く得ることができた。

これら一連のアルカロイドは、抗腫瘍活性のみならずHIVプロテアーゼ阻害活性ももっていることが予備的な研究で明らかにされつつある。本研究では代表的ミラバゾールであるミラバゾールCおよびBの効率的合成を行なった。そして、これらの合成により連続チアゾリン環を順次構築する従来法に代えて、一挙にこれらを合成の最終段階で形成させる新しい効率的合成法を確立した。また、この新規合成法に必要不可決となる効率的縮合剤の詳細な検討も行なった。本年度では以下の計画に従い、ミラバゾールBの全合成を行なった。1.鎖状前駆体の合成申請者らはα-置換アミノ酸含有ペプチド-とくにぺプタイボール類-の合成および前年度で実施したミラバゾールCの全合成により、申請者らが開発したエステル化試薬-CIP-が優れた縮合活性を併せもっていることをすでに確認した。そこで、CIPの利用の一般性を確立する目的で、ミラバゾールBに対応する鎖状前駆体の合成を行ない、α-メチルシステイン3残基からなるトリペプチドアミドを得た。2.一段階環化反応によるミラバゾールBの全合成1で合成した前駆体トリペプチドアミドのチオール保護基を除去した後、ルイス酸存在下で環化反応を行ない一段階同時環化を行なった。この際、前年度で実施したミラバゾールCの合成時に見られた副反応を最小限に抑える反応条件の検討を合わせて行ない、最適化を行なった。ついで、チアゾリン環からチアゾール環への酸化的変換を行ないミラバゾールBを得た。
極低温分子気体で実現される新奇な超流動状態の理論的研究

本年度の研究として、まず、有限距離相互作用を持つBose-Einstein Condensation(BEC)を想定し、その基底状態および励起スペクトルを、平均場理論を基にした枠組みの中で数値的に計算・解析を行った。具体的には微視的ハミルトニアンに平均場近似を施し、基底状態を得る為のGross-Pitaevskii方程式と、線形応答の範囲でそれを展開したBogoliubov-de Gennes方程式を数値的に解いた。本研究で用いた箱形のシンプルな有限距離相互作用は、リドベルグ原子を用いて実効的に誘起されると考えられるが、このような長距離にわたる相互作用は、分子気体BECで存在する双極子相互作用にも有限距離の相互作用という観点で関係があることから、その基底状態および励起状態を調べるというのは、問題設定として適当である。この数値解析により、秩序パラメーターが周期的に振動するような特徴的な基底状態が実現することが明らかになり、さらに、その励起スペクトルより、振動周期に関連した有限の波数の励起モーが動的不安定性を表すことを示した。次に、同様にレーザー光で誘起される振動ポテンシャルの問題に取り組み始めた。レーザー光を用いることで、有限の距離でかつ空間振動する粒子間相互作用が実現することを共同研究者らと見出し、その解析を始めた。私の担当はそのような相互作用下でのBECの振る舞いを明らかにすることで、まずは平均場理論の枠組みで数値計算を行っている。このテーマはこの年度に始まったばかりであるが、粒子間の相互作用をファインチューニングできる可能性を提示し、それにより実現される秩序パラメーターが空間変調したBECの基底状態を予言できる点で新しい。今後更に発展させるべく順調に研究を進めている。
多孔質材料としての木材の経年変化ーレオロジー解釈のための基礎検討

木材を材料学的に取り扱うための主要な力学概念のひとつに、レオロジーがある。木材は天然材料であり、細胞壁の層構造や年輪、早材・晩材などの多層構造を有する多孔質材料であるとともに、親水性を有するという点に注目し、その基礎的な特徴量について経年による変化を評価することで、より正確な木材のレオロジー的取扱いを可能にすることを目的とした。本研究では、経年変化にともなる物性変化の指標として1細胞壁における微細な空隙構造の情報、すなわち水分子吸着サイトの経年変化の定量化2木材構成成分と吸着水を考慮した細胞壁単位胞モデルに基づく経年変化のモデル化を行った。26年度は、当初の研究計画を予定通り遂行した。文化財建造物由来古材を実験試料として用いて、水分吸着実験を行い、その結果について親水性高分子に適用される吸着理論に基づいた解析を終えた。水分吸脱着等温線の測定:古材および熱処理材それぞれの水分吸着・脱着等温線を測定し、劣化度の内部特徴量として水分吸着に注目し、これらの解析を行った。その結果、相対湿度60%近傍では、現生材と古材の平衡含水率の差は約1%と僅差であるが、低相対湿度(相対湿度40%以下)と高相対湿度(相対湿度70%以上)では、吸着量の差が顕著となる現象などを明らかにした。(論文投稿中)吸着理論適用(Hailwood-HorrobinおよびNeinmarkフラクタル次元)による空隙把握:得られた吸着等温線の解析には、親水性高分子に一般的な吸着理論のうち、主にHailwood-Horrobin理論を適用し、木材に直接吸着する水分子と水分子同士が吸着する水分子と二種類の水を分離することにより、水分吸着サイト数の量的把握を行った。また、内部吸着表面の粗さの三次元的指標として、高相対湿度側の吸着等温線をNeinmarkフラクタル理論で解析したフラクタル次元の変化によって、空隙分布の概要を把握した。"多孔質材料としての木材の経年変化ーレオロジー解釈のための基礎検討"では、1)木材は吸湿性材料であること、2)木材は多孔質材料であることの2点に注目して、経年による物性変化の記述に努めている。当該年度は、1)に関連して、経年による木材の水分吸着特性の変化について材料学会誌に、また2)に関連して、経年による木材細胞壁の化学変化および形態変化について、マテリアルライフ学会の報文として纏めた(2015年度マテリアル学会学会論文賞受賞)。1)では、現生材および年代の異なる古材について水分吸着等温線を測定し、hailwood Horrobinの解析を行った。その結果、現生材と古材では、相対湿度40%から60%近傍では、平衡含水率はやや古材の方が低くなるものの、その差は大きくないこと、一方で、80%以上の高い相対湿度においては、古材の方が相対湿度が高くなる現象を明らかにした。このことは、経年によって古材における空隙率が高くなっていることを示唆している。また、40%以下の低い相対湿度においては、古材の方が相対湿度が低くなることから、経年によって、疎水性が高くなることを示した。2)では、経年による木材の細胞壁の形質変化を、強度変化の機構と合わせて矛盾なく説明できる細胞壁モデルを提示した。これらの研究遂行の過程で、実際の古材に関する情報収集を行った。例えば、平等院鳳凰堂の建立当初材についての調査結果を取りまとめ、平等院紀要に報告を行うほか、国立歴史民俗博物館所蔵の木製和楽器における木材・漆塗膜の調査や、非木材繊維についても京都大学総合博物館館蔵の考古資料を対象とする劣化度調査を行い、学会等で成果報告した。今年度は、昨年度までに得られた実験結果をとりまとめ、学会発表ならびに学術雑誌への論文として報告した。物性試験は予定通りに進められていないものの、成分分析や多糖類の直接解析など、あらたな手掛かりを得ているため、(2)とした。木材の経年変化現象の理学的に記述することを目的として研究に取り組んでいる。本研究では、木材が多孔質材料であること、親水性材料であることに注目した。特に、木材の経年変化についてのレオロジー的解釈を行うためには、第一歩として、木材細胞壁中の自由空間を把握する必要がある。そこで、水分吸着特性の評価、すなわちイソサームの計測を行った。実験試料には、経年変化の程度の異なるヒノキ材として、履歴の明らかな歴史的建造物由来の古材を用いた。経年による水分吸着の変化を、Hailwood Horrobinn理論を用いて吸着等温泉を解析することによって、木材中の水分吸着サイト、すなわち木材細胞壁中における空隙構造の経年による変化を定量的に評価することができた(横山、材料、2015)。さらに、木材細胞壁の経年による変化について、木材細胞壁の単位モデルを用いて、木材細胞壁を構成するセルロース・ヘミセルロース・リグニンおよび吸着水を含めて定量的にモデル化した(横山、マテリアルライフ、2014。マテリアルライフ学会論文総説賞2015受賞)。また、本研究を遂行するため、並行して、歴史的建造物由来古材の樹種調査を継続して行った。その結果、これまで、ヒノキ材であると考えられていた建造物部材が、コウヤマキであることが判明した。本成果の一部は、学会での成果報告のほか、文化財建造物の所有者を通じて、新聞・テレビ等においても報道された。

木材は天然材料であり、細胞壁の層構造や年輪、早材・晩材などの多層構造を有する多孔質材料であるとともに、親水性を有するという点に注目し、その基礎的な特徴量について経年による変化を評価することで、より正確な木材のレオロジー的取扱いを可能にすることを目的とした。本研究では、経年変化にともなる物性変化の指標として1細胞壁における微細な空隙構造の情報、すなわち水分子吸着サイトの経年変化の定量化2木材構成成分と吸着水を考慮した細胞壁単位胞モデルに基づく経年変化のモデル化を行った。当該年度に予定した実験計画はほぼ終了し、その内容について論文投稿中である。また、本研究成果に基づき、木材の経年変化に関する概説記事をマテリアルライフ誌に執筆したほか、国際学会および国際シンポジウムにおいて4件の口頭発表を行い、国内学会ではポスター発表2件として報告した。強度物性、および、水分吸着特性に関する基礎データが得られたほか、当分析などの新たな手法・視点に基づく新規データも取得できたので、これらの数値データをもとに解析し、今後は、劣化モデルの構築に着手したいと考えている。また、研究着手の当初は、資料入手の困難さを鑑みて、主な研究対象としていなかった、博物館館蔵資料についても、劣化診断を評価項目とした調査機会を複数得ることができたため、次年度以降、より幅広い資料を視野に入れて、経年変化現象に関する定式化に努めたいと考えている。木質科学平成27年度も、当初の研究計画に従って遂行する。このほか、木材細胞壁内の水分吸着サイトの評価につながる、成分分析にも着手し、継続する予定である。また、実験試料として、新たな古材も、文化財調査への協力を行うことによって、入手のための努力を行っている。購入予定であった木材資料が入手できなかったため。当該年度に刊行を予定していた論文2報のうち、一報は印刷中であり、一報は、まだ査読中である。予定していた投稿料およびカラー印刷の費用負担分である。次年度以降、研究計画を見直し、資料の購入も含めて検討する。今年度に刊行される論文の印刷費用として使途を予定している。
不確実性の高い経営環境におけるミドルマネジャーの役割と能力開発に関する実証研究

平成30年度では、日本国内外の企業4社(アイリスオーヤマ社、YKK社、日本製鉄社、中国の中連重科)に対してそれぞれ聞き取り調査を行い、現在その調査結果をまとめているところである。暫定的結論として以下の2点が明確にされている。ミドルマネジャーの戦略策定に関与する度合いによって、企業のイノベーション活動の度合い、そして新市場の開拓や新事業の開発の能力が異なっている。そして、企業がミドルマネジャーの戦略的策定能力と実行能力を高める機会を与える仕組みがあるかどうかによって、ミドルマネジャーの戦略実現能力を高めるインセンティブが異なっている。ただ、以上の結論はあくまでも事例分析の結果であり、今後アンケート調査を通してさらに検証する必要があると思われる。しかし、以前実施した製品開発のプロセスに関するアンケート調査をベースに、ミドルマネジャーが製品開発における役割に関する論文を作成する予定であるが、その分析がうまくできなかったため、現在分析方法を改善して改めて分析を進めている段階である。さらに、新たに入手した「日本ミドルマネジャー意識調査」のデータを用いて、ミドルマネジャーの役割と意識が企業の戦略実現に与える影響に関するデータ分析も進めている。以上の研究成果を今年度中にまとめ、公刊に向けて努めているところである。遅れている理由は以下の2つである。(1)昨年予定していたアンケート調査の結果分析がうまくできなかった。(2)当初、企業へのアンケート調査を実施する予定だったが、適切な企業が見つからなく、実施が困難となった。今後の推進方策について、(1)アンケート調査の結果分析がうまくできないのが最大の原因であるが、現在、分析方法を改善し、新たに分析を行っているところである。(2)昨年度末ごろに、本研究の課題に答えるための最も合致しているデータが入手できたため、その分析も可能になり、現在その分析を進めているところである。(3)企業への聞き取り調査をさらに進め、事例分析を行って、1つの研究成果としてまとめる。平成28年度には、主に本研究に関連する研究文献のサーベイを行い、設定した仮説をさらに作業仮説の具体化を進めてきた。また、アイリスオーヤマやYKKなど、これまで持続的な国際競争力を維持してきた製造企業を訪問した。また、国際競争力が迅速に高まっている中聯重科などの中国企業も訪問した。これらの企業に対して、それぞれ国際競争における戦略がどのように策定され、またそれを実現させるために、どのような組織能力が形成されてきたか、さらにそのプロセスにおいてミドルマネジャーがどの役割を果たし、どの能力が求められ、その能力形成に対する人的資源管理システムがどのように構築されているかについて聞き取り調査を行った。現在これらの企業に対する調査結果をまとめているところである。当初では、過去と比べて国際競争に苦戦している企業に対する聞き取り調査を予定していたが、このような企業へのアポイントメントが取れないため、国際競争力の高い企業との比較がうまく進まず、研究がやや遅れているのである。平成29年度では、すでに行った聞き取り調査の結果をまとめながら、製品開発のプロセスに関するアンケート調査をベースに、ミドルマネジャーが製品開発における役割に関する論文を作成しているところである。この論文では、戦略的策定能力の持つミドル万ジャーと戦略実行能力のみをもつミドルマネジャーがそれぞれ異なる製品開発において発揮するリーダシップが違い、それによって製品開発のパフォーマンスも違うという基本的な問題意識から、分析を進めている。またこの論文は平成30年度に公刊する予定である。アンケート調査の個票データの入手と処理が予想以上に難しかったため、データ分析が遅れている。今年度では、関連分野の研究者や実務家のアドバイスを得ながら、国際競争に苦戦している企業に対して聞き取り調査を行う。そのうえ、文献研究を行いながら、昨年度実施した聞き取り調査の結果と合わせて、論文を作成する。さらに、過去の調査でできなかったミドルマネジャーの戦略策定と実施に携わる状況と、それのための能力形成について、アンケート調査を実施する。現在データ整理が完了し、すでにデータ分析に入っているため、今年度中には論文を完成させることができるかと考えている。

(2)昨年度末ごろに、本研究の課題に答えるための最も合致しているデータが入手できたため、その分析も可能になり、現在その分析を進めているところである。(3)企業への聞き取り調査をさらに進め、事例分析を行って、1つの研究成果としてまとめる。当初、国際競争力が弱まった企業への聞き取り調査を今年度で実施する予定だったが、その企業へのアポイントメントが取れなかった。そのため、この調査を引き続き次年度で実施することにする。選定した企業のミドルマネジャーを対象にするアンケート調査を平成30年度で実施するため、平成29年度と平成30年度の助成金を合わせて使用することを考えている。当初予定していたアンケート調査について、対応してくれる企業が見つからなく、予定通りに実施することができなかった。この状況をふまえ、2019年度では、まず新たに入手したアンケート調査の個票データを用いて分析すると同時に、引き続きアンケート調査に協力してくれる企業を探し、調査を実施する予定をしている。またアンケート調査の実施が困難な場合、さらに複数の企業に対する調査を実施し、ケーススタディで研究成果をまとめ、公刊する予定である。次年度では、まず引き続き、日本と中国の対象企業への聞き取り調査を実施すると同時に、ミドルマネジャーが企業の戦略策定や実行にかかわる状況、およびそれらの能力を形成するプロセスに関するアンケート調査の実施に使用する予定である。
ヒト軟骨由来PAIの抗腫瘍効果と悪性腫瘍の分化に及ぼす影響について

平成11年度研究実績(ヒト軟骨細胞の培養と抗腫瘍活性の検討)人工関節手術時に得られた関節軟骨より樹立された、ヒト軟骨細胞培養株を実験に用いた。培養液はRPMI1640を使用し、培養液には軟骨細胞の分化・維持に必要なTGF-βなどの各種サイトカインとウシ胎児血清を添加した。単層培養では本軟骨細胞は、ポリゴナールの増殖を示し軟骨基質の産生を認めた。培養上清を採取し、限外濾過膜AmiconYM-100、TM-30、YM-3で濃縮し、これをSephadex G-100 superfineカラム・Con-Aアフィニティカラムに通し、得られた蛋白がPAのinhibitor活性を持っていることをimmunocapture法で確認した。次に本軟骨細胞培養株をコラーゲンビーズを用いた回転培養系に移し、大量培養を試みた。この培養上清を2000ml蓄積し、限外濾過膜で徐々に濃縮、得られた蛋白からSephadex G-100 superfineカラム・Con-Aアフィニティカラムを用いてヒトCD-PAIを精製した。CD-PAIはSDS-PAGEでほぼ単一なバンドとなり、精製したCD-PAIを用いてin vitro及びin vivoで抗腫瘍活性の検討をB16melanoma細胞を使用し行った。また、同時にマトリゲルを用いたinvasion assayもあわせて行った。In vitro、in vivoともに本蛋白の抗腫瘍活性が認められ、ヒト軟骨由来のCD-PAIは、軟骨組織に含まれる抗腫瘍物質の一つであることが示された。平成12年度は、本蛋白の解析及び抗腫瘍活性のメカニズムを解明するため、悪性腫瘍のMMP産生能などへの影響、さらに核異型などの悪性腫瘍の形態学的変化に及ぼす影響についても検討を進める予定である。
氷晶粒子が関与する大気反応の基礎的研究

1)大気圧から氷晶粒子を導入して熱線と衝突・蒸発させ、質量分析するための差動排気系について、熱線部分への粒子導入効率と粒子からの蒸気を質量分析器へ導入する効率とを最適化する条件で差動排気各部の動作圧力を計算し、それに基づいて粒子および蒸気導入口の寸法およびポンプの排気速度を決め、真空系を製作した。2)減圧条件下における氷晶粒子の検出と粒径測定:大気圧下で使用することを前提としている熱線流速計を減圧下で粒径測定に用い得るかどうかを調べるため、氷晶粒子を約3Torrの減圧下で熱線と衝突させた。その結果、熱線への印加電圧を大気圧下に比べて1/2程度に下げるだけで同様にパルス面積から粒径が求められることがわかった。しかし、減圧条件で測った氷晶の粒径分布は大気圧下の場合とは一致しなかった。種々の条件下での比較測定の結果、小粒径領域の分布を正しく測るためには粒子導入口の形態を改良する必要が判明した。3)粒子からの蒸気による質量スペクトル信号を媒質気体中に存在する同じ成分からの信号と区別するために、熱線によるパルスで時間掃引を開始するトリガー回路を作成した。これを用いて、水滴からの水分子の質量スペクトルを観測したところ、熱線に衝突後15msに極大をもつ明瞭なピークが認められ、熱線による粒子の蒸発→気化→質量分析という全く新しい実験法が基本的に実行可能であることが示された。4)水溶液中の炭酸アンモニュウムおよび亜硫酸アンモニュウムは不揮発性であるが、加熱により分解し気相生成物を生ずることを利用して、これらの溶液滴の蒸発・気化・質量分析を試みた。その結果、微弱ながら分解生成物のものと思われる質量スペクトルが観測され、この方法が液滴や氷晶粒子の化学分析に適用可能であり、微粒子が関与する化学反応追跡のための新らたな手段となりうることがわかった。1)蒸発気化による微粒子用質量分析装置の設計と製作ー氷晶微粒子を真空中に導入し,熱線流速計のセンサ-に衝突・蒸発させ,その蒸気を質量分析器のイオン化室に注入する装置を設計し製作した。(1)差動排気真空系の設計:氷晶粒子が熱線と確実に衝突するようにするためには,大気圧から粒子を導入するオリフィスの口径が大きいことが望ましい。また粒子が熱線に衝突することにより発生する蒸気を効率よく質量分析器に注入するためには,注入孔の入口側からイオン化室へ向かう気流を粘性流とする必要がある。一方質量分析器の周囲の真空度は10^<ー6>Torr以下でなければならない。これらの条件に基づいて熱線周囲の真空度を設定して空気の流入量と排気量のバランスに関する計算を行った。とくに蒸気注入孔については粘性流から分子流への遷移領域におけるコンダクタンスの計算を行ない,ここをニ-ドル状にする必要があるとの結論を得た。またポンプの排気速度は600l/min程度が適当であることが判ったのでそれに見合う性能の油回転ポンブを購入した。(2)真空装置の製作と試験:上に記した条件の他,冷却トラップ取り付け等を考慮して装置全体の大きさ,必要なポ-トの数を決めて全属材料を購入し工作を発注した。工作完了後この装置を当初の予定通り既存の四重極質量分析器と接続して真空度試験を行なった。

2)信号検出用パルス発生試験ー熱線に粒子が衝突・蒸発したときの温度変化を電圧変化として感知し,信号検出系にゲ-ト機能をもたせるためのパルス発生のテストを行なった。その結果,専用コンピュ-タに代えて現有のマルチチャネル分析器を利用し得ることが判った。3)氷晶粒子発生試験ー超音波で霧状の水滴を発生させ,液体窒素でー30°Cまで冷却して氷晶粒子を得る操作の試験を行ない濃度の安定性等を調べた。1)減圧条件下における氷晶粒子の検出と粒径測定:大気圧下で使用することを前提としている熱線流速計を減圧条件で粒径測定に用い得るかどうかを調べるため、氷晶粒子を約3Torrの減圧下で熱線と衝突させた。その結果、熱線への印加電圧を大気圧下に比べて、1/2程度に下げるだけで同様にパルス面積から粒径が求められることがわかった。しかし、減圧条件で測った氷晶の粒径分布は大気圧下の場合とは一致しなかった。種々の条件での比較測定の結果、10μm以下の小粒径領域の分布を正しく測るためには粒子導入口の形態を改良してノイズレベルを下げる必要が判明した。2)粒子からの蒸気による質量スペクトル信号を媒質気体中に存在する同じ成分からの信号と区別するために、熱線によるパルスで時間掃引を開始するトリガー回路を作成した。これを用いて、水滴からの水分子の質量スペクトルを観測したところ、熱線に衝突後15msに極大をもつ明瞭なピークが認められ、この値は蒸気導入部の流速から計算した値と一致した。これにより熱線による粒子の蒸発→気化→質量分析という全く新しい実験法が基本的に実行可能であることが示された。3)水溶液中の炭酸アンモニユウムおよび亜硫酸アンモニユウムは不輝発性であるが、加熱により分解し気相生成物を生ずることを利用して、これらの溶液滴の蒸発・気化・質量分析を試みた。その結果、それぞれ前者および後者の分解により生成した二酸化炭素と二酸化硫黄のものと思われる質量スペクトルが観測され、この方法が液滴や氷晶粒子の化学分析に適用可能であり、微粒子が関与する化学反応追跡のための新たな手段となりうることがわかった。
口腔内における好中球の活性化機構

これまで、ヒト口腔内白血球の簡便な単離法を確立し、その活性酸素の産生の量と質を解析し、口腔内白血球が刺激物非依存性に活性酸素を産生していること、さらにその活性酸素分子種はOCLが主体であることを明かにした。また、末梢血好中球が腫瘍壊死因子(TNF-α)や顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)などによりprimingされた際に並行して起こるチロシンリン酸化が未刺激の口腔内好中球にも検出され、自発性の活性酸素産生がgenisteinやherbimycin Aなどのチロシンキナーゼ阻害剤で抑制されるが、H-7やcalphostin CなどのC-キナーゼ阻害剤では抑制されないことを明らかにした。これにより本細胞が口腔内で常に活性酸素を産生することにより、生体防御作用を発現していることが示唆された。さらに、口腔内好中球からは無刺激で一酸化窒素(NO)産生が認められた。解析の結果、この産生には誘導型NO産生酵素(iNOS)の発現によることが明らかとなった。本NO産生は、種々のリン酸化酵素阻害剤の影響を受けないことにより、既に発現したiNOSはリン酸化酵素の制御を受けないことが示唆された。また、口腔内好中球は、口腔滲出時に口腔内に活性酸素の代謝制御物質などが存在すると影響を受けるが、これが口腔内の防御系にどの様な意義を有するかを解析した結果、お茶に含まれるポリフェノール類のカテキンやタ-メリックに含まれるクルクミンは、自発性活性酸素産生を低濃度で抑制することが明らかとなった。しかも、本抑制作用は、チロシンリン酸化酵素に依存しており、これまで報告されているラジカルスカベンジ作用やC-キナーゼの作用は弱いことが明らかとなった。予備実験により口腔内好中球は末梢血好中球に比べて短時間でDNA fragmentationを起こすことが示され、今後細胞寿命と活性酸素代謝との関係を解析する予定である。
阿武隈変成岩類の鉱物共生の解析

阿武隈変成帯は日本を代表する変成帯の1つであり,低圧・高温型の(空間的な)累進変成作用の見られる所として知られている.それにもかかわらず,原岩の形成年代,最終的に低圧・高温型の変成岩になるに至るまでの個々の岩石の経てきた温度・圧力条件の時間的変化(P-T-t path),およびそれと変形史との関係など,基本的なことは不明のままであった.そこで,これらの点を解明するため,地質調査,化石探査,岩石記載,岩石・鉱物の化学分析等を行なった.その結果,次の点が明らかにされた.1.阿武隈変成岩のうちの一部(御斉所変成岩)からジュラ紀の放散虫化石が発見され,原岩の形成時代が確定するとともに,変成作用の時期に対する重要な制限がなされた.2.阿武隈変成岩は,白亜紀の花崗岩類によって,広く接触変成作用を受けている.ある場合には,斜方輝石と形成するような輝石ホルンフェルス相の条件も生じている.3.構造的には,御斉所変成岩が竹貫変成岩の上に衝上している.4.御斉所変成岩は,全変成作用を通じて低圧条件下におかれていた.それに対して,竹貫変成岩は,高温条件下で,圧力が低→高→低と変化するような条件下におかれた.この等温加圧は比較的急速な現象であり,かつ,高温条件の継続時間は短かかった.従来,阿武隈変成帯の複変成作用説の有力な証左とされた,竹貫変成岩の藍晶状の藍晶石の産出は,複変成作用を示すものではなく,同一の変成作用の間の一時的な加圧を示すものと考えられる.また,竹貫変成岩の一時的な加圧は,御斉所変成岩の竹貫変成岩上への衝上運動によるものと考えられる.阿武隈変成帯は日本を代表する変成帯の1つであり,低圧・高温型の(空間的な)累進変成作用の見られる所として知られている.それにもかかわらず,原岩の形成年代,最終的に低圧・高温型の変成岩になるに至るまでの個々の岩石の経てきた温度・圧力条件の時間的変化(P-T-t path),およびそれと変形史との関係など,基本的なことは不明のままであった.そこで,これらの点を解明するため,地質調査,化石探査,岩石記載,岩石・鉱物の化学分析等を行なった.その結果,次の点が明らかにされた.1.阿武隈変成岩のうちの一部(御斉所変成岩)からジュラ紀の放散虫化石が発見され,原岩の形成時代が確定するとともに,変成作用の時期に対する重要な制限がなされた.2.阿武隈変成岩は,白亜紀の花崗岩類によって,広く接触変成作用を受けている.ある場合には,斜方輝石と形成するような輝石ホルンフェルス相の条件も生じている.3.構造的には,御斉所変成岩が竹貫変成岩の上に衝上している.4.御斉所変成岩は,全変成作用を通じて低圧条件下におかれていた.それに対して,竹貫変成岩は,高温条件下で,圧力が低→高→低と変化するような条件下におかれた.この等温加圧は比較的急速な現象であり,かつ,高温条件の継続時間は短かかった.従来,阿武隈変成帯の複変成作用説の有力な証左とされた,竹貫変成岩の藍晶状の藍晶石の産出は,複変成作用を示すものではなく,同一の変成作用の間の一時的な加圧を示すものと考えられる.また,竹貫変成岩の一時的な加圧は,御斉所変成岩の竹貫変成岩上への衝上運動によるものと考えられる.本年度は、阿武隈変成帯の全体像をつかむために、広域の概査を行なうとともに、いくつかの重要地域において、詳細な地質調査と岩石記載を行なった、その結果、成果として次のような点があげられる。1.阿武隈変成岩は、塩基性岩と珪質岩を主とする御斉所変成岩と、泥質ないし砂質の高度な変成岩を主とする竹貫変成岩とに区分される。2.御斉所変成岩と竹貫変成岩とは断層(衝上断層)で接している可能性が大きいが、境界部は複雑である。3.従来、竹貫変成岩のみの分布地域とされた江竜田川地域に、御斉所変成岩と考えられる岩石が見出された。クリッペである可能性が大きい。4.御斉所変成岩の中からジュラ紀の放散虫化石が発見され、原岩の時代が確定するとともに、変成作用の時代に明確な制限ができた。5.竹貫変成岩の一部がグラュライト相に属する程、高度の広域変成作用を受けた可能性が指摘されていたが、これは輝石ホルンフェルス相と考えた方がよく、また接触変成作用であることが明らかにされた。6.竹貫変成岩は全体的に、角閃岩相の高温部に相当する高度の変成岩であるが、次のような現象が観察され、世界的に見てもまれであり、貴重である。(1)ザクロ石斑状変晶に化学的な累帯構造が残されている。これは、竹貫変成岩の形成時の温度・圧力条件の変化を明らかにする上で重要であるとともに、高温状態の経続時間が短かかったことを示唆している。

(2)ザクロ石斑状変晶には、放射状に配列した包有物が見られることが多く、ザクロ石の成長が比較的急速であったことを示唆している。次年度(最終年)には、特に6の点を重点的に研究する予定である。
三次元電磁粒子モデル計算機実験による宇宙飛翔体プラズマ電磁環境の研究

本研究の目的は、衛星・プラズマ間相互作用によって変化する宇宙プラズマ電磁環境が、衛星に搭載された波動観測用アンテナ特性に及ぼす影響を、粒子モデル計算機実験により評価・解析することである。平成20年度は、将来磁気圏探査衛星ミッションにおいて広く適用が期待されるパック式電界アンテナの数値モデリングと特性解析を行った。特に、太陽光照射によって衛星筐体から放出される光電子が、電界計測に及ぼす影響を軽減するために設けられるガード電極・バイアス電流回路の数値モデルを開発し、実際の動作を模擬可能であることが確認された。上記の機構は主に定常電場計測用に最適化されているため、波動電界に対する振る舞いや性能を調査する必要がある。開発した数値モデルを用い、計算機実験解析を行ったところ、上記機構はアンテナ周辺の定常プラズマ環境、特に光電子の空間分布を大きく変化させることがわかった。しかし、波動受信時のアンテナ特性としては、実効長・インピーダンスともに上記機構の顕著な影響は見られなかった。一方で、多数の導体要素から構成されるパック式アンテナでは、先端のセンサー以外の導体要素からの放出光電子による、アンテナインピーダンス特性変化が見出された。以上の結果から、本計算機実験手法が複雑な光電子環境中でのアンテナ特性定量評価において有力であるとともに、数値ツールとしてガード電極やバイアス電流回路の最適設計にも貢献可能であることが示された。本研究の目的は、衛星帯電・シース形成など衛星・プラズマ問相互作用によって変化する宇宙電磁環境を解析し、それらが衛星に搭載された波動観測用アンテナ特性に及ぼす影響を粒子モデル計算機実験により定量的に評価することである。平成18年度は、非プラズマ物体が存在するシミュレーションにおいても電荷連続式が正しく満たされるための手法を新たに3次元電磁粒子コードに取り入れ、衛星近傍での静電界の発展をより精確に解き進めることが可能となった。また、電磁界とプラズマ粒子運動を解き進めるタイムステップ幅を独立にとることにより、計算コストの大幅削減に成功し、現実的な背景プラズマ電子および光電子パラメータを用いたシミュレーションを行うことに成功した。以上のコードを用い、マグネトシース内のプラズマ環境と、衛星表面から光電子が放出される状況を想定した解析を行った。衛星の太陽光照射面付近にのみ光電子による高密度電子雲が形成されるため、衛星・アンテナの表面には極めて非一様なプラズマ環境が形成される。この環境下で、電子プラズマ周波数近傍でのアンテナインピーダンスを求めたところ、ある特性周波数以下の周波数域においてインピーダンスの実部は上昇し、虚部の絶対値は真空中の特性に比べ減少することが確認された。この数値結果をインピーダンス等価電気回路の観点から見ると、キャパシタンスと抵抗の並列回路によって表現されることを見出した。またこの抵抗値が電子雲の密度や背景磁場の強度に依存していることも確認した。これにより、高密度電子雲による導体間導電電流がインピーダンスの変化に寄与しうることが示された。今後は衛星筐体およびアンテナのモデルをより現実的なものとするため、非一様グリッドの導入などシミュレーション手法の改良をさらに進めていく。また、イオンの効果が重要となるような低周波域でのインピーダンス解析を行っていく。本研究の目的は、衛星・プラズマ間相互作用によって変化する宇宙電磁環境をモデル化し、それらが衛星に搭載された波動観測用アンテナ特性に及ぼす影響を粒子モデル計算機実験により解析することである。平成19年度は、粒子モデル計算機実験でアンテナによるプラズマ波動の受信を直接模擬する手法を新たに開発した。非一様なプラズマ環境中ではアンテナ送受信の可逆性は厳密に証明されておらず、受信アンテナを直接模擬するシミュレーションが必要となっていた。新たに開発した手法ではシミュレーション初期に領域全体にプラズマ波動をセットアップし、これを伝搬させ領域内に置かれたアンテナで受信する様子を模擬する。これはプラズマ中に存在する様々な波動モード(静電または電磁)に対して適用できる手法であり、現在は特にラングミュア波とホイッスラー波に対する受信特性に着目している。この手法を利用し特性プラズマ波動観測において重要な特性であるアンテナ実効長の解析を開始した。初めに単純なダイポールアンテナでアンテナ長に比べ長波長のプラズマ波動に対する実効長を求めることにより、本手法の妥当性を確認した。次に水星磁気圏探査衛星BepiColombo/MM0に搭載予定の電界アンテナに着目し、実効長の解析を行った。このタイプのアンテナはこれまでの衛星搭載用アンテナと異なり、衛星から離れた位置にある「パック」と呼ばれる箱からアンテナが伸展されており、理論モデルが適用しにくい複雑な構造となっている。計算機実験による初期結果としてこのタイプのアンテナの実効長は従来のダイポールアンテナより長く、両側のアンテナ間距離程度となることを見出した。

しかし、波動受信時のアンテナ特性としては、実効長・インピーダンスともに上記機構の顕著な影響は見られなかった。一方で、多数の導体要素から構成されるパック式アンテナでは、先端のセンサー以外の導体要素からの放出光電子による、アンテナインピーダンス特性変化が見出された。以上の結果から、本計算機実験手法が複雑な光電子環境中でのアンテナ特性定量評価において有力であるとともに、数値ツールとしてガード電極やバイアス電流回路の最適設計にも貢献可能であることが示された。
マイクロ波及び準ミリ波帯衛星電波の降雨減衰の比較検討と予測法に関する研究

本学衛星通信研究施設内のCS系実験局において、過去10年間にわたってほぼ連続的に記録された通信衛星CS-3ビ-コン波(19.45GHz)の、降雨時における減衰、及び交差偏波識別度(XPD)劣化の測定データを用い、それらの累積確率や秒単位における変動特性の解析を詳しく行うとともに、降雨事象毎の平均値等の分布を多数の事例について求めた。また、1988年から同時に受信して継続して測定しているKu帯放送衛星(BS)電波の減衰量と降雨事象毎に比較検討を行った。その結果両者の周波数間の減衰比は、雨滴粒径分布の影響を大きく受けることが今回雨滴粒径を地上において多数自動的に直接測定することから確認された。さらに両周波数帯の減衰量の比は、CS-3ビ-コン波(Ka帯)の主偏波(右旋)に対する交差偏波(左旋)成分の相対位相差と密接な関係があり、雨滴粒径分布が両方に共通して与える効果が確認された。そして、降雨減衰量の比は2.53.8、交差偏波位相は-150°-100°の範囲に主に分布することが示され、これらの値はは3種類の代表的な雨滴粒径分布(Joss-drizzle, Marshall-Palmer, Joss-thunderstorm)によりほぼ予測可能な範囲にあることが示された。一方、CS-3ビ-コン波の交差偏波識別度(XPD)に関しては、過去100例余りの降雨事象毎に得られた降雨減衰とXPD劣化量の平均値から雨滴による効果と氷晶による効果の特徴が指摘され、特に氷晶の効果が顕著な層状性降雨の場合について雨滴の効果を除去して氷晶効果のみ抽出した結果、それらの影響が降雨強度に依らずほぼ一定であることが明らかにされた。
負イオン源における負イオン引き出し機構・負イオンビーム光学特性の解明

本研究では、3次元PIC数値計算コードとモンテカルロ計算との結合による3次元PIC-MCC結合コードを構築し、負イオン引き出しの物理機構と負イオンビームの光学的特性、特にビーム発散角の大きな成分であるビームハロの発生要因の解明を行った。その結果、負イオン引出し面の端部から引き出された負イオンは、負イオン引出し面の端部の電界レンズ効果は強いため、引出部で負イオンビームが過収束してビームハロになることを明らかにした。負イオン源で生成される負イオンビームには、ビームハロと呼ばれるビーム発散角の大きな成分が含まれることが実験的に確認されている。ビームハロは負イオンビーム電流値の損失や絶縁破壊の原因となり、その抑制は喫緊の課題であるが、物理機構は未だ解明されていない。本研究では、3次元PIC数値計算コードとモンテカルロ計算との結合によるPIC-MCC結合コードを構築し、負イオン引き出しの物理機構と負イオンビームの光学的特性、特にビームハロの発生要因の解明を目的とする。負イオンビームの光学的特性は、負イオン放出面形状に左右されると言っても過言ではない。そこで、これを詳細にモデリングするために、今年度はPICコードの3次元化を行い、負イオン源の放電プラズマから引き出し部までの領域をモデリングした。まず2次元PICコードでは再現されない物理現象として、電子のE x Bドリフトによる空間非一様性が報告されている。この空間非一様性が、引き出し領域における負イオン放出面の形状に及ぼす影響について検討した。その結果、負イオン引き出し用の電界とフィルター磁場や電子抑制磁場によるE×Bドリフトの影響で、プラズマ電極の近傍では電子分布が非対称性となることが分かった。さらに、電子分布の非対称性に伴い、プラズマメニスカスも非対称となる。プラズマメニスカスの非対称性から、負イオンビームプロファイルも非対称性となることを明らかにした。次に3次元PICコードを用いて計算した引出部までの負イオンビーム軌道を基にして、加速部の負イオンビーム軌道を市販の計算コードを用いて計算した。その際に、引出部出口から20 mm離れた面の電位を境界条件とした。負イオンビーム軌道計算結果から加速部内の各電極熱負荷を求め、実験結果と比較した結果、PICコードの3次元化により、電極熱負荷の定量評価が改善したことを確認した。昨年度に開発した3次元PICコードとモンテカルロ計算を結合したPIC-MCC結合コードを構築した。負イオンの衝突過程として、クーロン衝突や相互中性化、弾性衝突を考慮した。クーロン衝突と弾性衝突については、表面生成された負イオンのエネルギー緩和に寄与する。表面生成では、フランクコンドン原子またはシース加速された正イオンが、プラズマ電極(PG)表面で負イオンに変換され、数eVのエネルギーで放出される。しかし、引き出された負イオンの温度は0.1 eV程度の低い温度であり、ビーム光学的に収束性が良く、発散角が小さいことが多くの実験結果で示されている。したがって、何らかの衝突過程により、負イオンはエネルギー緩和される必要がある。また、表面生成された負イオンが相互中性化により途中で損失することなく、PGから十分離れたソースプラズマへ戻り、引き出されることが実験的に指摘されている。エネルギー緩和の特性時間からも、上記の負イオン引き出し過程が示唆されている。今年度の計算結果は、以下の通りである。・クーロン衝突により、負イオンがエネルギー緩和されることを確認した。また、クーロン衝突の方が弾性衝突よりも、エネルギー緩和の寄与が大きいことが分かった。・相互中性化による負イオンの損失はほとんど無く、表面生成された負イオンはPGから十分離れたソースプラズマへ戻ることを明らかにした。今年度の実施計画は、まず平成26年度に開発した3次元PICコードとモンテカルロ計算を結合したPIC-MCC結合コードの構築を挙げている。これについては、計画通りにPIC-MCC結合コードを構築した。次に負イオンビーム光学についての検討では、多くの実験結果で示されているような収束性の良い負イオンビームを得るためには、数eVのエネルギーで放出される負イオンの温度が、0.1 eV程度のオーダーまで低下する必要がある。この物理過程として、負イオンが主にクーロン衝突により、エネルギー緩和されることを明らかにしており、この検討項目についてもおおむね計画通りに進展した。さらに負イオンの引き出し過程について、表面生成された負イオンが相互中性化により途中で損失することなく、PGから十分離れたソースプラズマへ戻り、引き出されることが実験的に指摘されている。今年度は、上記の負イオンの引き出し過程が妥当であることを、数値計算において明らかにし、この検討項目についても計画通りに進展した。以上から、おおむね順調に進展していると思われる。負イオン源で生成される負イオンビームコアの発散角は小さいが、ビームハロと呼ばれるビーム発散角の大きな成分が含まれることが実験的に確認されている。

ビームハロは負イオンビーム電流値の損失や絶縁破壊の原因となり、その抑制は喫緊の課題であるが、物理機構は未だ解明されていない。本研究では、3次元PIC数値計算コードとモンテカルロ計算との結合による3次元PIC-MCC結合コードを構築し、負イオン引き出しの物理機構と負イオンビームの光学的特性、特にビームハロの発生要因の解明を目的とする。今年度はまず、負イオン源の負イオン生成部から加速部までを総合的にモデル化し、加速部の電極熱負荷について、実験結果と数値計算結果を比較・検討することで、構築した3次元PIC-MCC結合コードにおける計算モデルの妥当性を検証した。0 Paまで外挿した際の電極熱負荷の値は、主にビームハロに起因しており、この値と数値計算結果がほぼ一致することから、計算モデルは妥当であることが言える。次に、クーロン衝突や荷電交換衝突による、表面生成負イオンのエネルギー緩和過程が負イオンビームの光学特性に及ぼす影響について調べた。その結果、エネルギー緩和過程により、負イオンビームの光学特性が改善し、エミッタンス図においてビームコアとビームハロの分離が見られることを示した。またエネルギー緩和過程において、荷電交換衝突よりもクーロン衝突の方が支配的であることを明らかにした。また、エミッタンス図と負イオンビーム軌道からビームハロ発生の物理機構は、以下の通りであることを解明した。すなわち、負イオン引出し面の中央部付近から引き出された負イオンはビームコアになるのに対して、負イオン引出し面の端部から引き出された負イオンはビームハロになる。負イオン引出し面の端部の電界レンズ効果は強いため、引出部で負イオンビームが過収束してビームハロになる。本研究では、3次元PIC数値計算コードとモンテカルロ計算との結合による3次元PIC-MCC結合コードを構築し、負イオン引き出しの物理機構と負イオンビームの光学的特性、特にビーム発散角の大きな成分であるビームハロの発生要因の解明を行った。その結果、負イオン引出し面の端部から引き出された負イオンは、負イオン引出し面の端部の電界レンズ効果は強いため、引出部で負イオンビームが過収束してビームハロになることを明らかにした。今年度の実施計画は、3次元PICコードの開発と電子のE x Bドリフトによる空間非一様性が、引き出し領域における負イオン放出面の形状や負イオンビームプロファイルに及ぼす影響の検討であり、これについては計画通りに進展した。上記に加えて、平成28年度に実施予定である加速部の3枚の電極(A1G, A2G, GRG)へ流入する負イオンの寄与による熱負荷の評価を先行して行った。今年度、開発した3次元PICコードとモンテカルロ計算との結合によるPIC-MCC結合コードの構築はまだ実施していないが、PICコードの3次元化による効果について評価した。その結果、A2GとGRGの電極熱負荷については実験結果とほぼ一致することが示された。また、A1G,A2Gの電極熱負荷の定量評価が、2次元PICコードの結果に比べて、顕著に改善したことを確認した。