hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MRI検査による認知症の超早期診断を目的とした微小梗塞検出システムの開発

本研究課題は認知症の超早期診断のための微小梗塞検出システムの開発を目指したものである。そのために、以下の3点について調査を行った.I.微小梗塞検出可能な高分解能のdouble inversion recovery (DIR)法を用いたmagnetic resonance imaging (MRI)検査法を明らかにした。II.日本人に適した灰白質の脳モデルを明らかにした。III.微小梗塞をコンピュータにより検出する方法を明らかにして、微小梗塞検出システムを開発した。認知症罹患者は、我が国では現在200万人、世界では2400万人と推定されている。認知症の主なものにアルツハイマー病、脳血管性認知症、レビー小体型認知症があるが、最も頻度が高いのはアルツハイマー病で認知症全体の4060%を占める。近年の研究で、脳委縮や血流低下が起こる前に皮質下微小梗塞が起こることがわかった。皮質下の微小梗塞が検出できれば、超早期のアルツハイマー病の診断も可能になると考える。最近になり、MRI検査においてdouble inversion recovery (DIR)法による2組織の信号を抑制できるシーケンスの利用が可能なった。このシーケンスにより、灰白質を選択的に強調することが可能である。このDIR法はパラメータ設定が複雑であり、条件の最適化する方法が確立していない。しかし、このシーケンス用いた高分解能な撮像法が明らかになれば、微小梗塞の検出が可能になり超早期の認知症の診断が可能なる。さらに日本人に適した脳モデルを作成して、脳モデルを利用したコンピュータによる病変検出システムの開発を目指す。初年度は、基礎検討として微小梗塞検出可能な高分解能のDIR法を用いたMRI検査法を明らかにすることを目的とした。評価に必要なDIR用ファントムの作成法として、T1値を任意に設定可能な手法を確立した。さらにDIR-MRIのイメージングにおける最適化されたパラメータを自動的に算出するアルゴリズム及びソフトウェアを開発した。これより、機種や静磁場強度など条件の異なるMRI装置においてDIR-MRIイメージングにおける最適な検査手法が構築された。今後はボランティアデータの収集や臨床データを用いて、DIR-MRIにおける多群間解析のための脳モデルの構築や微小病変検出システムの開発を行う予定である。本年度は微小梗塞検出システムの開発に必要となる模擬物質の作成法とそれを用いた評価及び、DIR-MRIイメージングの最適パラメータ算出手法の手法とソフトウェアを開発したことより、おおむね順調に進展したと考える。そのために、以下の3点について調査を行っている。I.微小梗塞検出可能な高分解能のDIR法を用いたMRI検査法を明らかにする。II.日本人に適した灰白質の脳モデルを明らかにする。III.微小梗塞をコンピュータにより検出する方法を明らかにして、微小梗塞検出システムを開発する。初年度に、DIR法を用いた最適なMRI検査方法の検討を行い、最適な検査方法を確立した。2年目は目的のIIおよびIIIについての検討を行った。日本人に適した灰白質の脳モデルを作成するため、ボランティアおよび臨床データによるDIR画像からモデルデータを作成した。モデルデータは得られた各々のDIRデータを非線形変換処理により1つの標準座標系に変換した。その後、標準座標系に変換されたデータから平均画像および標準偏差画像を作成することができた。これら2つのデータを日本人に適した脳モデルデータとした。この脳モデルデータにより、微小梗塞をコンピュータにより検出するための解析アルゴリズムの基礎を構築することができた。構築した解析アルゴリズムは、作成した標準モデルデータに解析群のデータを非線形変換で形状変換したのちにZスコアマップを用いて、微小梗塞部位などの異常信号部位を定量的なマップに出力して視覚的及び定量的に表現するものである。今後は、このモデルデータおよび解析アルゴリズムを認知症の早期発見につなげるために改良するとともに、臨床データの解析を行い本研究の精度を明らかにする予定である。研究計画調書に沿った形で研究が遂行されている本研究課題は認知症の超早期診断のための微小梗塞検出システムの開発を目指したものである。そのために、以下の3点について調査を行っている.I.微小梗塞検出可能な高分解能のdouble inversion recovery (DIR)法を用いたmagnetic resonance imaging (MRI)検査法を明らかにする。初年度に,DIR法を用いた最適なMRI検査方法の検討を行い、最適な検査方法を確立した。日本人に適した灰白質の脳モデルを作成するため、ボランティアおよび臨床データによるDIR画像からモデルデータを作成した.モデルデータは得られた各々のDIRデータを非線形変換処理により1つの標準座標系に変換した。その後,標準座標系に変換されたデータから平均画像および標準偏差画像を作成することができた。構築した解析アルゴリズムを用いて、臨床データから作成した標準モデルデータに解析群のデータを非線形変換で形状変換したのちにZスコアマップを用いて、脳変性に伴う異常信号部位を定量的なマップに出力して視覚的及び定量的に表現することができた。

そのために、以下の3点について調査を行った.I.微小梗塞検出可能な高分解能のdouble inversion recovery (DIR)法を用いたmagnetic resonance imaging (MRI)検査法を明らかにした。II.日本人に適した灰白質の脳モデルを明らかにした。III.微小梗塞をコンピュータにより検出する方法を明らかにして、微小梗塞検出システムを開発した。DIR-MRIによる微小病変検出システムを開発において、初年度は微小梗塞検出可能なDIR法を用いたMRI検査法を明らかにすることができた。今後は、DIR-MRIにおける日本人に適した脳モデルを明らかにする必要がある。そのためボランティア実験及び臨床データを用いて、新たなDIR脳モデルを構築する予定である。その後、コンピュータにより微小病変を検出するために必要なコンピュータによる解析手法を明らかにする予定である。本研究課題の最終年度になる本年度は、本研究のまとめの時期に位置するため、これまでの研究成果を統合しながら開発した定量解析アルゴリズムをより洗練させるとともに,臨床データによる解析を行い研究成果の臨床的有用性を明らかにしていく予定である。あわせて研究成果を国際学会や学術雑誌への成果論文として報告する予定である。診療放射線技術学DIR-MRI法による微小病変検出システムの模擬物質作成および模擬物質による評価用としてMRI対応頭部容器ファントムを計上していたが、安価な容器で代用することができた。研究成果発表を予定していた国際学会へ参加することができなかった。DIR-MRIにおける日本人に適した脳モデルを明らかにするために、コンピュータによる画像解析ソフトウェアの購入および数値シミュレーションに必要な備品および消耗品を購入予定である。また初年度の成果発表に伴う英文校正や論文投稿費および学会発表に係る経費を計上する予定である。最終年度の研究成果報告(学会発表や論文投稿費、英文校正費など)に計上して、研究成果を社会に還元するよう努める。
巨大ナノクラスターのゲル電気泳動法による分離手法開発

ポリ酸と呼ばれる分子性金属酸化物について、簡便に行えるクロマトグラフィー的分析手法の開拓を目指し、電気泳動に注目した。個々のポリ酸は、サイズと電荷に依存した移動度を有することを明らかにした。これにより、様々なポリ酸が混在する溶液中であっても、任意の成分を分離することが可能になり、合成収率の向上や形成機構解明に向けた反応系のクロマトグラフィー分析が合成実験の範疇で行えるようになった。POMクラスターは6から368個の遷移金属が酸素で架橋された分子性金属酸化物である。触媒として広く用いられている他、光材料・エレクトロニクス・医薬などの様々な分野でインパクトの高い研究が行われつづけている。一方、POMクラスターは有機分子の様に、合成実験の範疇で行える抽出やクロマトグラフィーによる分離手法に乏しく、結晶化が主な手法である。そこで、この確率的要素を含む"結晶化"に代わり、積極的な材料開発を可能にする様な分離手法の開発を目的とした。具体的には、"ゲル電気泳動"に着目し、サイズ・形状・組成に応じたクラスター分離の実現を目指した。直径約3nmからなるリング状{Mo154}及び球状{Mo132}クラスター、及び両者の混合試料について電気泳動により評価を行った。ここで、{Mo154}クラスターは14価のアニオンであり、{Mo132}は42価のアニオンである。両者で形状が具なるものの、高い価数を有する後者の方が高い易動度を示し、混合溶液では、10分程度で両者を高度に分離できることを明らかにした。また、電気泳動後の試料について、赤外吸収スペクトル、紫外可視吸収スペクトルにより構造評価を行ったところ、クラスターは電気泳動により分解しないことを確認した。また、価数(Z)とサイズ(Rnm)の異なる様々なクラスターについての評価から、高濃度に試料についての易動度はZ/R^2値に比例する傾向が明らかになり、これは、易動度が表面電荷密度で与えられるという既知のモデル式とよい一致を示した。ゲル電気泳動によりクラスターは分離可能であると共に、その易動度からクラスターの構造をある程度推測可能になった。合後、泳動条件の最適化や他の動電特性の評価と合わせて、泳動モデルの詳細を明らかにすると共に、従来結晶化しないために単離できなかった反応系について、電気泳動を用いた精製により新たな化合物の発見が期待できる。本提案により、この確率的要素を含む"結晶化"に代わりうる、積極的な材料開発を可能にする分離手法として"ゲル電気泳動"が有用である知見を得た。サイズ・形状・組成に応じたクラスター分離がある程度可能であることを明らかにした。加えて、ゲル電気泳動を用いて、クラスター形成過程をクロマトグラフィー的に評価し、次のことを明らかにすることが出来た。Na2Mo04に、還元剤Na2S204(0.07等量対Na2Mo04)と塩酸を反応させると二日後に{Mo154}が単結晶として沈殿する。還元剤を加えない場合{Mo36}が得られる。そこで、同反応系について還元剤量を0.02から1.7等量まで変化させ、2日後に得られる化合物の構造をゲル電気泳動により評価した。(a)0.07-0.35等量:得られる生成物は{Mo154}のみ。反応後に得られた沈殿について、電気泳動から単一成分と確認し、IRスペクトルやX線構造解析から{Mo154}と同定。(b)0.35-1.7:還元剤量の増加により他のポリ酸(≠{Mo154}の生成を電気泳動により確認した。完全な帰属は本提案の課題だが、0.9等量以上で得られる化合物については、{S2Mo18}=[MoVI16MoV2054(SO3)2]6-(既知化合物)と単結晶X線構造解析や分取後のIRによる同定に成功した。{S2Mo18}は、{(SO3)2⊂Mo18}と表せる。{Mo154}は{Mo36}がテンプレートと示唆されている一方、還元剤の酸化分解で生じるSO32-がある程度増え、SO32-がテンプレート効果を示したと考えられ、巨大クラスターの形成機構解明につながる重要な知見を得た。
脂肪細胞に発現するCXCL12の破骨細胞形成および矯正学的歯の移動への影響

CXCL12は、CXCケモカインのファミリーに属する炎症生サイトカインである。リポ多糖(LPS)は炎症誘発性の破骨細胞形成および骨吸収を誘導することで知られており、近年、骨吸収に対するCXCL12の刺激効果も報告されている。本研究では、LPS誘発破骨細胞形成および骨吸収に対するCXCL12の効果を評価した。LPSを単独、またはLPSとCXCL12の混合物を毎日の皮下注射にてマウス頭蓋冠に投与し、比較検討した。破骨細胞数および骨吸収は、LPS単独を投与したマウスと比較して、LPSおよびCXCL12を同時投与したマウスにおいて有意に上昇した。さらに、NF-κBリガンドの受容体活性化因子(RANKL)および腫瘍壊死因子-α(TNF-α)mRNAレベルは、LPS単独投与のマウスと比較して、LPSおよびCXCL12を同時投与したマウスにおいて有意に上昇した。また、in vitroの結果は、RANKLおよびTNF-α誘導破骨細胞形成に対するCXCL12の直接的な刺激効果を確認した。さらに、TNF-αおよびRANKLのmRNAレベルは、LPS単独で処理した細胞と比較して、in vitroでCXCL12およびLPSで同時処理したマクロファージおよび骨芽細胞でそれぞれ上昇した。本研究の結果は、CXCL12によるマクロファージでのLPS誘発性TNF-α発現の上昇、骨芽細胞でのRANKL発現の上昇、および破骨細胞形成の直接的増強の組み合わせにより、in vivoでLPS誘発破骨細胞形成および骨吸収を増強することを示唆する。近年、現代病として生活習慣病が問題視されてきている。その中の一つに肥満がある。肥満のメカニズムの一つとして脂肪細胞が活性化して肥大や増殖をすることが挙げられる。最近の研究で、脂肪細胞は、破骨細胞の形成に関連することが分かってきた。また、脂肪細胞が発現しているCXCL12は破骨細胞の形成を促進することが新しく発見された一方、矯正学的歯の移動は歯槽骨のリモデリングにより歯の移動が起こる。このリモデリングには破骨細胞による骨吸収が重要な役割を果たしている。これらのことから肥満の患者に矯正治療を行った際に矯正学的歯の移動に影響が出る可能性がある。そこで本研究では、脂肪細胞が分泌するCXCL12の破骨細胞形成および矯正学的歯の移動に対する関連性を調べるのが目的である。現在、in vitroにてマウスの大腿骨から採取した骨髄細胞にCXCL12を投与すると破骨細胞への分化を促進することを確認した。さらに、骨髄細胞から作成したストローマ細胞にCXCL12を加えて培養し、ストローマ細胞でのTNF-α、RANKLの遺伝子発現量をreal-time PCR法を用いて定量的に測定した。次に、in vivoにてマウスの頭蓋部へ、LPSとCXCL12を5日間連続投与を行った後、頭蓋骨を採取し、CT撮影を行い骨吸収量の増加、頭蓋骨の切片を作成し破骨細胞の増加を確認。さらに、頭蓋骨でのTNF-α、RANKLの遺伝子発現量をreal-time PCR法を用いて定量的に測定した。概ね計画通りに進んでいる。今後、マウスに麻酔下で矯正装置を取り付けCXCL12の投与による歯の移動の解析を行っていく。また、CXCL12の主なレセプターであるCXCR4のインヒビターであるAMD3100、また同様にCXCL12のレセプターであるCXCR7のインヒビターであるCCX771を投与し、CXCL12/CXCR4とCXCL12/CXCR7の矯正的歯の移動への寄与を比較検討する。物品購入時の予定額からの値引きによる残額。来年度併せて使用予定。
多孔性キラル強磁性体と超分子カチオンローターによるマルチフェロイクス材料開発

有機アンモニウム/クラウンエーテル超分子カチオン構造と強磁性多孔性金属錯体の複合結晶を用いた分子性マルチフェロイクス材料の開発を行い、以下の成果が得られた。(1)種々の置換基をもつクラウンエーテルを簡便に合成する手法を確立。(2)種々の超分子カチオンとジヒドロキシベンゾキノン誘導体架橋型多孔性金属錯体複合体を合成。その一部の単結晶化に成功。(3)強誘電性発現に必要な極性点群をもつオギザレート架橋型強磁性金属錯体/超分子カチオン複合結晶作成に成功。(4)クラウンエーテル含有チアディアゾール有機分子を用いた分子性マルチフェロイクス材料開発への展開。本研究では、強誘電発現部位として結晶内で分子回転可能な超分子カチオンを、キノン誘導体配位子から形成され、強磁性発現が可能な[MIIMIII(C6O4X22-)3]-型多孔性キラル金属錯体に導入し、新たな分子性マルチフェロイクス材料構築することを目的とする。超分子カチオンローターと[MIIMIII(C6O4X22-)3]-型金属錯体を組み合わせた塩の、強磁性と強誘電性の相関を検討し、分子性マルチフェロイクス材料への展開可能性を探索することを目指す。研究初年度である本年度は、交付申請書記載の通り化合物合成を主に行った。超分子カチオンローターの構築は、m-fluoroanilinium+、4-aminopyridinium+、3-aminopyridinium+、3-fluoro-4-methylanilinium+、pyrizinium+などの各有機カチオンと、クラウンエーテル誘導体の組合せを試みた。アニオン側の作成は用いるキノン誘導体の置換基により強磁性転移温度の変化が現れる可能性が高いことから、dihydroxybenzoquinone, chroranil, bromanil, iodanilの4つの配位子に着目した。金属イオンは最も強磁性が発現する可能性が高いマンガンII価、クロムIII価カチオンを導入した。これら種々の超分子カチオンと強磁性アニオンの組合せで結晶化を試み、構造決定には至っていないものの、15種類の化合物について磁性や誘電率の測定が可能な微小結晶を得ることに成功している。次年度の研究計画で予定されている物性評価に繋がる結果が得られており、研究の進捗状況は概ね良好といえる。本研究は、新たな分子性マルチフェロイクス材料構築を行うことを目的とする。強誘電発現部位として結晶内で分子回転可能な超分子カチオンを、強磁性発現部位にはキノン誘導体配位子から形成される多孔性キラル金属錯体を用いて結晶作成を行い、強誘電性発現のため結晶の対称性制御と物性発現を同時に実現する計の構築を目指した。本年度は主に、昨年度報告した15種類の超分子カチオン・多孔性キラル金属錯体結晶の構造解析並びに物性測定を試みた。その結果、研究を推進する上で問題となる、いくつかの課題が明確になってきた。(1)単結晶は得られるが、極めて微少な結晶しか得られない。本研究で用いた超分子カチオンローターは、アニリニウム誘導体とクラウンエーテル誘導体が水素結合を介して形成している比較的大きなカチオンである。本研究では、このような大きなカチオンが結晶内で存在できるような空隙を持つ金属錯体を選択して合成に望んでいるが、予想以上に、カチオンと空隙のサイズが結晶性に影響しているように考えられる。現状、単結晶X線構造解析で、反射は見える程度の単結晶は得られているが、構造決定には至っていない。得られた結晶は0.1mm角程度の微小結晶なので、誘電率測定用の端子も結線できず、測定には至っていない。(2)収率が極端に悪い。上述の結晶性とも関連するが、単結晶X線構造解析や誘電率および、磁化率測定に用いることができる程度の質をもつ単結晶の収率が極めて悪い。(3)多形が存在する可能性がある。顕微鏡下における目視でしか確認できていないが、明らかに形の異なる結晶が複数生成していた。この問題は、磁化率測定には極めて悪影響を及ぼすため、目視で結晶を分けるなど、慎重な対応をせざる得ない。上述の通り、研究を進めていくうえでの課題を明確に把握することができた。しかし、当初目的としていた、単結晶X線構造解析による結晶内における分子配列ならびに絶対構造の決定や、誘電並びに磁気挙動の検討が、思うように進んでいない状況があり、やや遅れいているとの評価とした。ただし、化合物が全く合成できていない状態ではないため、課題を解決する方法を模索することにより、今後の進展には、期待が持てる結果である。本研究では、強誘電発現部位として結晶内で分子回転可能な超分子カチオンを、強磁性発現が可能な[M(II)M(III)(2,5-Dihydroxy-p-quinone derivatives)3]-型多孔性キラル金属錯体に導入し、新たな分子性マルチフェロイクス材料構築することを目的とした。マルチフェロイクス材料の開発は、無機物を中心に進められているが、高圧・高温合成が必要になるなど材料開発を進める上で不利な点も多い。本研究で用いる超分子化合物や金属錯体などの分子性物質は、多様な合成法により様々な物質を合成できる利点がある。さらに合成の観点から機能性発現を制御する方法を見いだすことができる点も、物質開発に置いて重要な知見をえる方法として注目すべき点である。

このような目的を達成するために、様々な置換基を導入したアニリニウム/クラウンエーテル誘導体から構築される超分子カチオンを合成し、2,5-Dihydroxy-p-quinoneのハロゲン二置換体で架橋された、マンガン・クロム・鉄を含有する多孔性金属錯体への導入ならびに結晶化を試みたところ、6種類の超分子カチオン/多孔性強磁性錯体複合体微小結晶の作製に成功した。現在のところ物性測定に必要なサイズの結晶が得られておらず、嫌気下水熱合成等を用いた合成手法を検討し、物性測定に向けた結晶作成を続けているところである。また、比較対象として合成した、超分子カチオン/[Mn(II)Cr(III)(oxalate)3]-型金属錯体複合体については(anilinium)(benzo[18]crown-6)[Mn(II)Cr(III)(oxalate)3]-複合結晶に置いて、大きな誘電応答と強磁性が共存することが明らかとなり、分光学的手法から強磁性発現に必要な対称心の消滅も確認できたことから、詳細を解明するため研究を進めている。有機アンモニウム/クラウンエーテル超分子カチオン構造と強磁性多孔性金属錯体の複合結晶を用いた分子性マルチフェロイクス材料の開発を行い、以下の成果が得られた。(1)種々の置換基をもつクラウンエーテルを簡便に合成する手法を確立。(2)種々の超分子カチオンとジヒドロキシベンゾキノン誘導体架橋型多孔性金属錯体複合体を合成。その一部の単結晶化に成功。(3)強誘電性発現に必要な極性点群をもつオギザレート架橋型強磁性金属錯体/超分子カチオン複合結晶作成に成功。(4)クラウンエーテル含有チアディアゾール有機分子を用いた分子性マルチフェロイクス材料開発への展開。上述の通り、すでに15種類の化合物について、誘電性や磁性など種々の物性測定が可能な微結晶が得られており、研究の進捗状況は順調である。ただし、当初目的としていた単結晶X線構造解析ができる結晶が得られていないことは今後の課題である。今後の研究を推進していくためには、単結晶のサイズを大きくすることが一番重要である。類似の単結晶を作成しているスペインのグループから、この種の結晶は、結晶化に極端に時間がかかるため、結晶成長期間を数ヶ月から半年くらい見る必要があるとの助言をもらったので、今後の結晶作成をより長い期間で行うことを検討する。これに併せて、超分子カチオンと金属錯体の組み合わせ、溶液濃度、結晶成長温度などの検討を詳細に行うことは当然行うべきことである。ただし、結晶成長期間が長くなると、万が一、期待した結晶が得られなかった場合、研究全体の進捗に極めて悪影響が出る。現在、金属錯体側の中心金属にはマンガンとクロムのイオンを用い、それらが交互に配列した構造の構築を目指している。この結晶はは基本的に原料をヨウ化しいた溶液の拡散法により行っている。この拡散時間を長くとる方針をとるが、それだけでは上述のように研究の進捗に悪影響が出る可能性もある。そこで、全く異なる合成法からえられる鉄の多孔性金属錯体を合成し、それらに超分子カチオンを導入した単結晶の構築も同時に進めていく。キノン誘導体を配位子とする鉄の多孔性金属錯体も、強磁性を発現する可能性が高い化合物であるため、本研究の目的と合致する化合物である。
四国臨海低地における水災害ポテンシャルマップの作成とＧＩＳ分析

東日本大震災や台風等の相次ぐ自然災害は、各地で多くの人命や財を奪う。復興とともに急がれるのは、災いを教訓に生かし、未来の被災時にできる限りの減災を目指すことである。しかし、ハザードマップの再検討や、微地形分析すら未完の地域も多い。そこで発達史を加味した微地形分類と表層地質、土地利用とその変遷に人工改変履歴を加味し、GIS解析手法により時系列的考察を踏まえた災害耐性度評価を行い、被災ポテンシャルマップを作成する。調査は、中小流域を含めた四国臨海低地として空白域をなくし、大規模地域の調査手法と成果を反映させるとともに、地域に成果を発信して、発災時の減災に寄与することを目的とする。昨年度の進捗状況を踏まえ、本年度は、徳島県、香川県、愛媛県から各地区を選定し、重点的に調査研究を進めた。具体的には、徳島県徳島市・小松島市の臨海低地および、鳴門市の臨海小規模低地と、播磨灘臨海低地(淡路島を含む)の自然災害耐性度現地調査を実施した。また、香川県では、東讃地区および中讃地区の臨海部を中心に旧防潮堤の現況調査を行った。また、愛媛県では、今治地区の大縮尺地形図の入手とデジタル化を進めるとともに、肱川中・下流域、および宇和盆地、宇和島地区の既存資料調査とボーリング柱状図資料収集、また、八幡浜・保内・伊方地区の大縮尺地形図および地質ボーリング柱状図の資料収集を行い、一部解析を開始した。また、現地自治体との連携では、徳島県美波町において、徳島県南部県民局、美波町役場、地元漁協、地区自治会さらには地域住民を交えて、臨海低地における避難行動の基礎調査と避難時における要介護者・要支援者の現況調査を図上演習形式で実施し、参加関係機関・関係地域住民の方々から貴重なアドバイスをいただいた。この成果は、最終年度において他の地区においても実施する予定としている。研究対象地域における、基盤地図(大縮尺地図)の収集に努めるとともに、当該地域の過去の(具体的には昭和3040年代)の都市計画等の各自治体における保存状況の調査を行った。具体的には、徳島県美波町・徳島市、兵庫県淡路市・洲本市・南あわじ町、香川県東かがわ市、さぬき市、高松市、坂出市、宇多津町、丸亀市、多度津町、三豊市、観音寺市、愛媛県松山市・四国中央市、新居浜市、西条市の各市町である。また、既収集している都市計画図、国土基本図等を再整理し、あらためて大型スキャナーを用いてデジタル化する準備作業にも着手した。その上で、25000地形図や国土基盤情報などとの整合性を確認して、GISのデジタルデータとして重ね合わせの試作を行っていった。また、当該地域で地図資料を研究目的に貸与もしくは購入できるかを協議し、必要な場合は、測量法に基づいて交付申請を行った上で、大縮尺地形図の収集をおこなった。電子地図の場合は、ファイル形式が多様なため、GIS上で運用するためのシェープファイルへの変換方法を検討した。一部地域については、今後も研究を続けていくこととしている。さらに、空中写真を用いて、微地形分類図の作成に一部地域で着手した。具体的には、写真をすでに購入している高松地域、および今回購入した松山地域をおもな対象とした。これらの成果は、まだ改良の余地があるものの、順次学会において研究発表し、討議を受けると共に、多くのご教示アドバイスをいただいた。2年度以降の研究において有意義に活用していきたい。昨年度まで、遅延していた国土地理院からの基盤地図データが届いたことを受けて、徳島県、香川県、愛媛県と関連地域として兵庫県淡路島等播磨灘、大阪湾沿岸地域の資料収集をあわせて行い、広域災害、とりわけ南海地震等の発生時における被害ポテンシャルの策定に必要なデータの分析を進めた。また、地域連携事業として、昨年度進めた徳島県美波町の避難経路マップを完成させ現地自治体と地区自治会に説明の上、手渡した。6月に香川県高等学校地歴研究会の地理部会の教員研修会に講師として出向き、高校地歴の教員に、「自然災害と地理学ーGISを用いた古地図空中写真災害履歴の活用」と題して講演した。9月に徳島文理大学香川キャンパスで実施した香川県との共同開催の「かがわこども大学」を行い、小学校高学年の児童とその父兄招いて、自宅・学校から避難所までの避難経路上での危険箇所を、新旧の大縮尺図とオルソ写真を用いて図上演習の形式で実施した。その際、GISを用いると共に、地域のおいたち等の土地に刻まれた歴史を熟知することの重要性を周知した。これらを通して、既存の大縮尺図の重要性が再認識されたが、自治体においては、その利活用を更に推進する必要がある上、旧版図そのものの所在が曖昧な自治体も少なくないことが判明した。そこで、公文書館、図書館等を含めて、その所在確認を進め、また都市計画図が作成されていない地域では、国土基本図や、地籍図等の活用も含めて検討することとし、関係各所に照会を行なっている。この点は、次年度に置いても、GISデータと重ねあわせて検討することとし、継続研究を行う予定である。また、年度末に、翌年度の徳島県等との地域連携に参画することが決定したので、これについても、研究課題に応じて、積極的に周知・普及につながる準備をおこなってきた。

本研究プロジェクトは、自然地理学を専攻する分担者によって地域の微地形分類図を作成、分析するとともに、情報処理の専門家の援助を得て、その情報のGIS(地理譲歩システム)へのアップ、また既存の災害実績や、DEMデータの分析に基づく、災害耐性度マップの作成やハザードマップとの重ねあわせ、差分の評価などを通じて、地域における災害発生時の的確な避難判断と、危険地帯の抽出などを目的とし実施してきた。徳島県、香川県、愛媛県のいくつかの地域を例に取り上げると共に、隣接地域で、地形・地質条件が類似した地域における災害の事例評価をあわせて行った。具体的には、徳島県徳島市、海部郡美波町、牟岐町、阿波池田市、香川県高松市、旧国分寺町、三豊市高瀬町、観音寺市、小豆郡土庄町、愛媛県四国中央市、松山市、大洲市、宇和島市の各地において、上記の地図についての分析を実施し、数例については、地元の居住者を対象にした図上演習にも参加いただき、また現地で報告会も実施した。高松市、松山市ほかでは、昭和40年代の高度成長期以前の、古い都市計画図も交付いただき、その他の地図とあわせて、大型スキャナーを用いて電子化を行い、デジタルアーカイブ化もあわせて行った。また、国土交通省が実施する治水地形分類図、土地履歴調査にも一部メンバーが参画したことから、これらとの連携・協働にむけての優位性と課題検証も実施することができた。東日本大震災や台風等の相次ぐ自然災害は、各地で多くの人命や財を奪う。復興とともに急がれるのは、災いを教訓に生かし、未来の被災時にできる限りの減災を目指すことである。しかし、ハザードマップの再検討や、微地形分析すら未完の地域も多い。そこで発達史を加味した微地形分類と表層地質、土地利用とその変遷に人工改変履歴を加味し、GIS解析手法により時系列的考察を踏まえた災害耐性度評価を行い、被災ポテンシャルマップを作成する。調査は、中小流域を含めた四国臨海低地として空白域をなくし、大規模地域の調査手法と成果を反映させるとともに、地域に成果を発信して、発災時の減災に寄与することを目的とする。おくれていたデジタルデータの交付を受けたが、一括して膨大なデータ(およそ8テラバイト)となったため、分析量の切り分けに時間を費やした。また、既存のPCでは処理が追いつかない事態となったため、そのデータ構築を行い、優先順位を策定した。また、同時に地域への分析資料の還元に関わる行事・資料作成等に時間を配分したため。自然地理学様々な電子データの分析を加速するとともに、旧版地図の収集とGISへのジオリファレンスを行い、土地利用等の経年変化と水災害ポテンシャルマップの作成と普及を更に推進することとしている。年度当初に提供を受ける予定のデジタルマップ、オルソ写真等の基礎資料が到着しなかったため、研究対象地域におけるGISマップの作成精度が向上しなかったため、地質資料の収集の方に力点を移したことで、当該自治体等所有機関との協議が長引いた事が一つの要因である。しかしながら、年度後半になって、地質資料の収集等が少しずつ進展し、地形データは依然として未着であったものの、概要把握に努めたことで、解析が少しずつ進展している状況である。調査対象地域が広範なため、今後研究を加速する必要がある。また、当該自治体によって、既存の旧版地図の所蔵を確認できたものの、その複写等について承認がおりない自治体がわずかだが存在するため、今後時系列的変化が追えるように協議を行う。また、地形分類については、さらに空中写真の収集を進め、判読と分類図のGIS化を進めたい。
マルチコア並列処理を指向した準数値アルゴリズムと実装法の研究

GPUや汎用CPUに普及しているマルチコアプロセッサを数式処理をはじめとした準数値アルゴリズムに活用する方法の研究を行った。具体的には、多倍長整数のRNS表現、多項式と線形代数の基本演算、陰関数の正確描画、多項式の補間による決定を題材として、マルチコア並列処理に適した計算法の構築を実証的に行った。関連研究として、数式データのWebでの活用技術の検討、パズルの最短経路解のGPUによる探索の実験も行った。最新のGPUを搭載した高性能パソコンを導入し,ソフトウェア環境の整備をすると共に,簡単な性能評価を行い従来の高性能GPUとの比較を行った。その結果,最新の機種と開発環境のCUDAでは,処理の高速化のために従来は必要であった細かなチューニングが不要となったことが判明し,本計画での研究開発の方向もより単純化し,算法の並列処理への適合性の検討に重点が置けるようになった。一方,OpenCLをはじめとしたマルチコア向けの汎用的な開発言語・環境の利用も現実味が出てきたため,その方面の検討も今後進める予定である。算法の検討に関しては,本研究の基礎となる部分に関しまとめと検討を進めている。中でもRNSに関しては過去の研究が多数あり有用性も様々であるため,本計画にどのように取り入れていくかの見極めが難しい。特にRNS表現された整数の符号判定が応用計算の性能に影響するが,効率が良いとされている浮動小数を用いる方法の原理が理解できたので,今後実証実験へと発展させていく。応用では,陰関数描画などのRNS表現を用いた計算については,従来からの実証実験の検証にとどまり,多次元化などの理論的な研究が進展した。特に,その計算法とマルチコア向けの並列処理法を精査し,その多項式関連の計算においてどのようなソフトウェア部品が必要となり,どのように並列処理を行うべきかの検討をすすめた。その他の応用では,暗号計算やファイル圧縮・文字列探索などへのGPU並列処理技術の応用について,これまで進めてきた研究のまとめを行った。主要な応用題材のひとつである陰関数描画について、二次元の場合はソフトウェアの設計を済ませ効率のよい実装の開発を進めているが,三次元についてはなかなか良い方策が見つからず理論的な検討を進めている.今後,二次元の場合の効率次第では,二次元に投影しての描画という方策も検討する.そのため,二次元の場合の実装の効率が重要で,機械語利用の一般的手法と実効性能の実験を進めている.これについては,他の基本演算や応用にも活用でき-る.この事とも関連して,CUDA,OpenCL,Streamなどの多様な開発環境を調べ実測するためにGPU機能を統合した小型CPUの計算機も導入した.今後,徐々に調査・検討を進める.アルゴリズムの検討と実装については,先ず,基本演算で効率の良い実装法の定まっていないPNS表現における大小比較・符号判定について精査を進めているが,一部に用いる浮動小数演算の精度と効率の検討が未決である.より上位のアルゴリズムについては,RNS表現の従来からの方法に基づき実装実験を進めた.疎な多項式の補間による決定では,アルゴリズムの一部で高い並列処理効率が実証されたが,一方で組合せ爆発の問題も明らかになっている.これは,GPUでの整数の計算精度不足にも起因するもので,今後,機械語命令による高い精度の計算と多数のコアの利用により,この問題がどの程度緩和されうるのかを検討を進める.また,線形方程式の正確解法について,GPUの性能を発揮させることを目的として,本来は疎行列のために開発されたアルゴリズムの実装を行い,メモリアクセス法の改良等を重ねた結果,行列の疎密に依らずに有効であることが実証できた.当研究では,実用的な数式の通信方式の開発も行っているが,その最も極端な場合としてタブレットPCでの活用についても検討を行った.以上について,適宜,口頭発表等と通して対外的に発表を行った.本年度は、基本演算と既存算法に関する従来の研究成果に基づき、より実用的な利用法の検討とこれまでに得られた成果の対外発表を主体としてまとめを行った。多倍長整数をRNSで表現する算法は、効率がハードウェアや処理の粒度に大きく依存するため、典型的な問題に対して適切な実装法を実証的に検討することを計画したが、ハードウェアの進展が著しいことと当該分野でも自動チューニングの気運が高まりつつあることから、多彩なハードウェアを対象とした効率化の検討はせずにいくつかの実証実験にとどめた。特に、整数計算は高性能計算では副次的に扱われてきたが、最新のハードウェアでは高性能化が実現されるようになってきていることや、その計算精度が全体の計算規模(メモリ所要量と計算時間)に大きく影響することから、効率化はある程度機械的な判定に委ねるべきであると判断した。実証実験の一例としては、行列計算をとりあげ、その結果は国際会議で報告を行った。陰関数描画を初めとしたいくつかの基本的な応用問題については、計算法の理論的な解明はほぼ終えることができたが、GPUの利用を初めとした具体的な実装法の検討は今後の検討課題となった。

また、多項式補間の独自の算法の効率化については、内在する組み合わせ爆発を伴う全解探索の問題にGPUを構成する多数のプロセッサを活用すれば一定の高速化が達成することはこれまでの実験でわかってきている。この問題は一定手数内の解の探索に等しいが、類似の問題となるRubik cubeの最短解の探索について、GPUによる効率化の実証実験を行った。これについては、GPU関連の最大の国際会議で発表を行った。当初予定した様々な問題についても検討を進めた結果、数理的に解決された問題でも、効果的なソフトウェアの開発には、想定したよりも多くのソフトウェア技術の開発と実装が必要なことが判明し、今後の課題として残した。所属機関における改組に伴う授業や委員の担当.役割の変化と,節電対策への様々な対応の日常の活動への影響が予想外に大きく,研究時間を十分にとることができなかった。また,GPUやマルチコア向けのソフトウェア開発環境め統合化が進むと予想したが,現段階ではCUDA,OpenCL,Streamと個々に進展し,結果としてこれらへの対応の検討に余計な時間を割くこととなってしまった。24年度が最終年度であるため、記入しない。日常業務関連に予想以上に時間をとられたことは,得られた経験を生かすことにより今後はある程度解消されるであろう。ソフトウェア開発については,世の中に流通する製品群の動向には注意しつつも,当面はCPU向けにはOpenMP,GPUはCUDAに専念することとし,プロセッサ・アーキテクチャの今後に進展についてもこの範囲で対応を考えていくことにする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
Si(001)に近接した高指数表面でのGe-Si系量子ドットの原子的様相

本年度は当初Si(114)表面における、Ge-Siの成長キネチックス研究を計画していたが、III族窒化物は半導体分野での最近の最も注目が集まっているホットな話題であること、現有装置は1台のみであるため、この窒化物研究を優先推進することとした。改良した高性能MBE-STM装置を使用してGaN成長に関して2つの研究を成功させた。即ち1つはGaAs(001)基板を使用しての立方晶薄膜成長初期段階に関する研究である。ここではLEEDから判明していた3x3構造の原子分解能のあるSTM像を最初に撮影することに成功し、その構造や界面形成機構を詳細に検討することを可能にした。表面形態観察から、GaAsの窒化過程は3x3相規則化とプラズマ発生源からのNラヂカルによる異方的なステップエッテイングとの競合下で進行することが判明した。2番目は清浄な6H-SiC(0001)表面をUHV Siビームエッティング法で得て、その上にGaNを成長させた。機械研摩による表面損傷は完全には除去できなかったが、3x3再構成構造でそのドメインサイズが約500Åのものを得ることができた。さらに良好な窒化物層及び多層窒化物膜成長のための条件を見い出した。GaN窒化物成長に関してはSTMにより2x2及び4x4のGaN(0001)相を観察することに成功した最初のグループに属する。
セラミックスのX線残留応力測定と強度評価に関する研究

1.焼結アルミナのX線残留応力測定が可能な回折面として, CrKα線を用いた(1.0.10), (220)面, FeKα線による(2.1.10)面, XuKα線による(146), (4.0.10)面を軸出し, X線的弾性定数の実測を行うとともに応力測定精度に関して検討した.X線的弾性定数をReussモデルを用いて単結晶の弾性定数より理論計算した結果と比較すると,回折面による弾性定数E/(1+ν)(E=ヤング率, ν=ポアソン比)の大小関数は理論と一致したが絶対値は気孔の存在により,実験値の方が低い.また,純度の低下とともに低くなる.結局,精度の高い測定面は(2.1.10), (146)面である.2.常圧焼結窒化ケイ素に関してOrKα線による(411)面, CuKα線による(323)面のX線的弾性定数を実験的に定めた.精度は(323)面の方が高い.研削面の残留応力は圧縮であり,砥石の粒度が大きい方が大きな圧縮で,しかも研削垂直方向の方が大きい.侵入深さの異なる2回折面のX線残留応力測定より残留応力の内部方向への分布が推定できる.表面残留応力と圧こんき裂の大きさとは密接に関係していた.3.部分安定化ジルコニアに関しては, CrKα線による(133)面を使用したX線応力測定が精度が高い.研削面残留応力は圧縮であり,窒化ケイ素の場合いと同様に砥粒が大きい程また研削に垂直方向の方が圧縮は大きい.また残留応力は変態量が大きい程おおきな圧縮となる.4.シンクロトロン放射光を用いて行ったアルミナおよび窒化ケイ素のX線弾性定数の測定値は,通常の特性X線を用いた平行ビーム法の結果とほぼ等しく,シンクロトロン放射光に標準試験的意義を持たせることができる.5.炭化ケイ素(6H)に関しても同様な検討を行い, FeKα線(213)面が応力測定に最適であることが判った.今後,残留応力の強度への影響に関して定量的な検討が必要である.1.焼結アルミナのX線残留応力測定が可能な回折面として, CrKα線を用いた(1.0.10), (220)面, FeKα線による(2.1.10)面, XuKα線による(146), (4.0.10)面を軸出し, X線的弾性定数の実測を行うとともに応力測定精度に関して検討した.X線的弾性定数をReussモデルを用いて単結晶の弾性定数より理論計算した結果と比較すると,回折面による弾性定数E/(1+ν)(E=ヤング率, ν=ポアソン比)の大小関数は理論と一致したが絶対値は気孔の存在により,実験値の方が低い.また,純度の低下とともに低くなる.結局,精度の高い測定面は(2.1.10), (146)面である.2.常圧焼結窒化ケイ素に関してOrKα線による(411)面, CuKα線による(323)面のX線的弾性定数を実験的に定めた.精度は(323)面の方が高い.研削面の残留応力は圧縮であり,砥石の粒度が大きい方が大きな圧縮で,しかも研削垂直方向の方が大きい.侵入深さの異なる2回折面のX線残留応力測定より残留応力の内部方向への分布が推定できる.表面残留応力と圧こんき裂の大きさとは密接に関係していた.3.部分安定化ジルコニアに関しては, CrKα線による(133)面を使用したX線応力測定が精度が高い.研削面残留応力は圧縮であり,窒化ケイ素の場合いと同様に砥粒が大きい程また研削に垂直方向の方が圧縮は大きい.また残留応力は変態量が大きい程おおきな圧縮となる.4.シンクロトロン放射光を用いて行ったアルミナおよび窒化ケイ素のX線弾性定数の測定値は,通常の特性X線を用いた平行ビーム法の結果とほぼ等しく,シンクロトロン放射光に標準試験的意義を持たせることができる.5.炭化ケイ素(6H)に関しても同様な検討を行い, FeKα線(213)面が応力測定に最適であることが判った.今後,残留応力の強度への影響に関して定量的な検討が必要である.1.多結晶アルミナのX線的弾性定数を、ReussモデルおよびVoightモデルを使い単結晶の弾性定数より算出した。前者のモデルによるヤング率EおよびE/(1+υ) (υ=ポアソン比)は、回折面により異なり(146),(1.0.10),(220),(4.0.10)の順に小さくなった。後者モデルによる弾性定数には回折面依存性がなく機械的な値に等しい。2.純度99%の焼結アルミナに関してCrKα線を用いて(1.0.10),(220)面、CuKα線を用いて(146),(4.0.10)面のX線弾性定数を実験的に定めた。その結果、X線弾性定数の回折面依存性の大小関係は理論と一致したが、測定値の方が絶対値は小さく気孔の影響が認められた。3.シンクロトロン放射光を用いて同様な測定を行ない各X線弾性定数測定値は通常の平行ビーム法にほぼ一致した。

ついで(146)面に関しては96%,92%アルミナについても測定をしたが純度の低下とともに減少した。材料中の気孔あるいは異相のX線弾性定数に及ぼす影響に関して、今後の詳細な理論的実験的検討が必要である。4.常圧焼結窒化ケイ素に関しても、CrKα線(411)面,CuKα線(323)面のX線的弾性定数を実験的に求めたが、これらの値は機械的測定値より大きい。5.窒化ケイ素の各種条件の研削面残留応力を測定した。残留応力は、砥石の粒度が大きい方が大きな圧縮となり、しかも研削方向に垂直な方が大きい。残留応力が内部方向に分布を有することが、侵入深さの異なる2回折面に対する残留応力測定によって明確となった。表面残留応力が圧こんによる表面割れと密接に関係していた。今後他のセラミックスへのX線残留応力測定の応用とともに、破壊強度に及ぼす残留応力の寄与度を破壊力学をもとに定量的に評価することが必要である。
渦格子揚力体理論による舶用プロペラの非線形特性解析

本研究は以下の手順によって行われた。1.2次元熱線流速計による模型プロペラ後流流場の計測2.表面渦格子法による実験対象模型の数値シミュレーション計算3.表面渦格子法による特異形状を持つ模型プロペラの数値計算4.計算結果の評価実験は既存設備の制限のため、通常型プロペラでしかできなかったが、スーパーキャビテーティングプロペラのような特異型翼形状を持つものに対しては他機関での計測結果を参考にした。それら実験結果と後流渦形状の変形という非線形性を考慮に入れた表面渦格子法による計算結果は非常に良い一致を示し、特異な翼型形状を持つプロペラに対しても計算精度の向上が図れた。また、このことから、後流渦の非線形性がプロペラの性能に大きく影響を及ぼすこともわかった。
海中・海底下における電波伝搬媒質の交流電気特性計測手法の研究

海水に電磁場を印加した際のマクロな応答を詳細に調べるために,現場型の複素誘電率計測装置を開発して,海水中での試験を実施した.装置は耐圧容器に収納した遠隔操作型のインピーダンスメータと,平行平板型電極で構成される.計測周波数は1kHzから1MHzで実施した.本研究期間を通じて,装置の開発と,ラボならびに岸壁における海中計測を実施した.試験の結果,導電率の計測は精密に行うことができたが,誘電率計測に関しては納得できる結果が得られていない.導電性が高い媒質において,誘電率を計測すること自体が,計測誤差が大きく難しい挑戦であることは分かっていた.本研究では電極構造を調整することで,計測精度を向上しようとしていたが,計測装置全体を海中に浸すことによって,より不確定要素が増加して計測を難しくすることが研究途中でわかった.とくに計測電極以外の部分が海水に浸かることにより,そこで発生するLCR各成分の結合が計測値に影響を与えるが,防水と耐圧を行うための構造を持たせなければいけないため,電極の設計は試行錯誤を繰り返した.電極製作は研究期間一杯まで行い,最終形の電極については研究期間内に評価を行えなかった.このようなことから,本研究で開発したシステムとこれまでのデータをもとに,引き続き海中複素誘電率計測手法の研究を行う計画である.本研究における評価途上のデータについては,2018年の電子情報通信学会ソサエティ大会にて報告を行った.最終的な報告は引き続き装置の評価と改良を続け,確かだと思えるデータを計測できた後に論文によって行う計画である.海水の複素誘電率をLFHF帯で計測するために必要なテストフィクスチャを設計するために、他の周波数で実施されている複素誘電率計測方法と、電磁場の近傍界、導電損失媒質中の電磁場に関する論文や書籍を収集して解析した。計測方式として最適な方法は既存の情報からは特定できなかったが、低周波領域で有効な「容量法」と損失媒質中での測定に有効な「先端開放型同軸プローブ法」を製作して実験することで、まずは有効性を確認することとした。海中で直接計測できるように、フィクスチャを始め計測システム全体のの設計を開始した。また、海中に持ち込むためのLCRメータを選定して購入した。年度内に、容量型のテストフィクスチャの設計が概ね終了した。計測用のシミュレーション水槽(疑似海水+硅砂)も準備した。一方で、海中に直接交流電流を流した場合と、交流電場をかけた場合の海水の応答の違いを検討するために、微小ダイポールを製作して、海中における反射特性(S11)と透過特性(S21)を計測した。これらのデータは解析中である。計画では、計測システムの試作を行い、計測を開始するはずであったが、フィクスチャの構成の決定に時間を要し、設計までが当年度の成果である。次年度早々に、設計した「容量法」フィクスチャを製作図面までに落とし込み、試作品による評価に取り掛かる予定である。また、並行して「プローブ法」によるフィクスチャも設計・製作し、評価を実施する。当初計画では、初年度にフィクスチャ試作まで実施し、簡単な試験を実施する予定であった。しかしながら、海水という損失媒質中で低周波(長波短波)の計測を行うためのフィクスチャの設計に、計画以上の時間を要した。これなら測れるという確定的手法が無いため、計測をしながらコンフィグレーションを変更できる自由度を有したフィクスチャを設計したため、物理的な手法のみならず、構造の検討にも時間がかかったためである。海中で複素誘電率を計測するための,現場型テストフィクスチャの設計をおこない,コンデンサ型テストフィクスチャを製作した。また,昨年度購入したLCRメータを海中で利用できるような容器を設計・製作した。当初計画では,テストフィクスチャは海中で利用できるコンデンサ型と同軸型の2つを開発する予定であったが,計測装置の詳細検討の結果,同軸型の場合に反射係数を計測する小型ネットワークアナライザについて,海中に持ち込める現実的なサイズのモノを選定した場合,ダイナミックレンジが十分でなく,導電率が大きい海水中では誘電率部分を検出するために必要な小数点2桁以上の分解能を得ることが本研究規模の中では実現が難しいことから,現場型のテストフィクスチャに関してはコンデンサ型のみを開発した。コンデンサ型は,フリンジング効果を低減させるためにガード電極を設けたほか,4端子法による計測ができるように補助電極を設けている。電極は海水がある程度交換できるように金属メッシュを用いた。電極は直径10cmで,電極間隔は10mmから100mmまで変更可能となっている。計測装置からテストフィクスチャまでの電気信号は同軸ケーブルに防水型の熱収縮型チューブを被せて伝送する。計測装置とケーブルの接続には専用の水中コネクタを用いた。海中計測装置は円筒型耐圧容器内部にLCRメータを配置し,バイアス印加装置を経由してフィクスチャに計測信号を供給する。これらの装置を気中から遠隔操作するために,光通信装置も容器内に配置した。また,より正確なデータを得るためには,電気化学反応を考慮したほうがよいため,ポテンショスタット,ガルバノスタット計測も可能なプローブを準備した。これらの海中計測システムについて,電子情報通信学会で報告をおこなった。初年度は海中現場型フィクスチャの設計のみを行い,試作まで行えなかったために,当年度にフィクスチャの開発を実施した。

また,予備試験により,同軸型プローブを利用した場合に計測器のダイナミックレンジが不十分であることや,電気化学ポテンシャルの影響を考慮したほうが良いことなどがわかり,当初計画からの実験系の設計変更が生じた。これらの対応のために昨年度の遅れを挽回することができず,計画よりもやや遅れた状態にある。海水に電磁場を印加した際のマクロな応答を詳細に調べるために,現場型の複素誘電率計測装置を開発して,海水中での試験を実施した.装置は耐圧容器に収納した遠隔操作型のインピーダンスメータと,平行平板型電極で構成される.計測周波数は1kHzから1MHzで実施した.本研究期間を通じて,装置の開発と,ラボならびに岸壁における海中計測を実施した.試験の結果,導電率の計測は精密に行うことができたが,誘電率計測に関しては納得できる結果が得られていない.導電性が高い媒質において,誘電率を計測すること自体が,計測誤差が大きく難しい挑戦であることは分かっていた.本研究では電極構造を調整することで,計測精度を向上しようとしていたが,計測装置全体を海中に浸すことによって,より不確定要素が増加して計測を難しくすることが研究途中でわかった.とくに計測電極以外の部分が海水に浸かることにより,そこで発生するLCR各成分の結合が計測値に影響を与えるが,防水と耐圧を行うための構造を持たせなければいけないため,電極の設計は試行錯誤を繰り返した.電極製作は研究期間一杯まで行い,最終形の電極については研究期間内に評価を行えなかった.このようなことから,本研究で開発したシステムとこれまでのデータをもとに,引き続き海中複素誘電率計測手法の研究を行う計画である.本研究における評価途上のデータについては,2018年の電子情報通信学会ソサエティ大会にて報告を行った.最終的な報告は引き続き装置の評価と改良を続け,確かだと思えるデータを計測できた後に論文によって行う計画である.本研究で明らかにしたいことはターゲット周波数における複素誘電率であるが、当年度に実施する研究では、そのために、1)海水中(疑似水槽)での計測方法の確立、2)実海域での計測手法の確立をめざす。1)の達成のために、前年度設計したフィクスチャを実際に製作し、正しい複素誘電率が計測できるようにシミュレーション水槽を用いてチューニングを行う。これらを前期に終了させる(遅れた分の挽回)。これらの結果を秋の国内学会で発表する。確実に研究を推進するために、他の業務と統一した工程表を作成し、管理ツール(Jooto)を用いて管理する。2)実海域における海中での評価を行うための装置の製作を行い、実際に海中での現場複素誘電率計測を実施する。それらの結果は、平成29年度中に申し込みが可能な国際学会で発表する。研究期間を1年延長し,当初計画の2種類のうち現場型コンデンサフィクスチャを用いた海水の複素誘電率計測系を用いて,海中の複素誘電率の計測を進める。その際に,海水の電気化学反応の影響も評価する。まずは標準系を用意し,既知の複素誘電率を評価することにより,計測系のチューニングを十分に行い,その後,試験水槽での評価を行う。ここまでは計測器は陸上にある。製作した現場型計測装置に事前チューニングの済んだフィクスチャを接続し,実海水中の複素誘電率計測を行う。