hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
触媒用希少元素の節約・再利用のための半導体表面担持型触媒の設計と開発

実験ですでにHeck反応、鈴木・宮浦カップリング反応などを起こすと報告されている硫化GaAs(001)基板にPdを吸着させた触媒について第一原理計算によってその構造と電子状態を明らかにした。その結果は実験と一致するものが多く、硫黄は基板とPd基板をより強く吸着させる役割と、Pd原子の原子価をゼロに近づける役割を果たしていることがわかった。同様の計算を、最近北海道大学薬学研究科のグループによって発見された硫化金基板上のPd触媒についても行い、Pdの原子価がやはりゼロ価に近いことと、硫黄がやはりPdと金基板との結合を強くする役割を担うことを確認した。同様の結果が、本研究と同時に行われた硫化GaN(0001)基板上のPdについても実験と我々の計算で報告されているので、この種の硫化基板上のPd触媒はある程度普遍的な性質を持っていることが示唆される。これが今後のさらなる研究で明らかにされていくことが望まれる。実験では硫化したGaAs基板にパラジウム原子を載せた系で周東・有澤(北大薬学)、塚本(阿南高専)らによってヘック触媒反応が報告されているので、まずその系に絞って第一原理計算を行った。2×2のスーパーセルでの第一原理計算により、硫黄原子とパラジウム原子のそれぞれの安定吸着位置と吸着エネルギーを計算した。さらに、硫黄原子とパラジウム原子がそれぞれ1個ずつ共吸着した場合での両原子の安定吸着位置と吸着エネルギーを計算した。また、それぞれの場合の電子状態の違いを調べた。計算の結果判明したことは、硫黄原子を先に吸着させても、後から吸着したパラジウム原子の安定吸着位置の方が硫黄原子より内側となることと、硫黄原子との共吸着の場合の方がかなりパラジウム原子の吸着エネルギーが強くなることである。つまり、硫黄原子の役割はパラジウム原子を強く表面上に結合させることであると言える。このことは、実験において硫化していないGaAs基板上にパラジウム原子を載せた場合に触媒活性は示すものの数回の実験で触媒活性が失われてしまうのに対し、硫化させたGaAs基板にパラジウム原子を吸着させた場合は100回程度実験を繰り返しても触媒活性の劣化があまり起きないという事実を説明する計算結果であると言える。このことから、硫黄以外の原子を代用させてパラジウム原子を固定させることも可能であることも結論づけられた。また、GaN(0001)基板についてもパラジウム原子と硫黄原子の吸着位置を明らかにした。実験では硫化したGaAs基板やGaN基板、金基板にパラジウム原子を載せた系で周東・有澤(北大薬学)、塚本(阿南高専)らによってヘック触媒反応・鈴木触媒反応が報告されているので、まずその系に絞って第一原理計算を行った。前年度から引き続いてGaN基板と金基板について2×2のスーパーセルでの第一原理計算により、それぞれの基板で硫黄原子とパラジウム原子のそれぞれの安定吸着位置と吸着エネルギーを計算した。計算の結果判明したことは、GaN基板でも金基板でもパラジウム原子と硫黄原子が共吸着した場合はパラジウム原子の原子価がほぼゼロになり、ゼロ価で触媒反応を起こしやすくなるという経験則と一致する結果を得た。また、硫黄の吸着によってGaAs基板ではパラジウムの結合エネルギーが強くなったが、GaN基板や金基板ではそのような硫黄の存在によるパラジウム原子の結合エネルギーの増加は見られなかった。しかし、実際の実験では周囲に水酸基が存在したり、パラジウム原子が単体で吸着するとは限らないなどがあるので、より実験に近い条件での計算の必要性も出てきた。前年度にGaN基板と金基板(100)について2×2のスーパーセルでの第一原理計算により、それぞれの基板で硫黄原子とパラジウム原子のそれぞれの安定吸着位置と吸着エネルギーを計算した。今年度は、金(111),(100),(110)表面について、パラジウム原子と硫黄原子の共吸着を第一原理計算で詳細に調べ、さらに水酸基の影響についても調べた。

計算の結果判明したことは、金基板の各表面でもパラジウム原子と硫黄原子が共吸着した場合はパラジウム原子の原子価がほぼゼロになり、ゼロ価で触媒反応を起こしやすくなるという経験則と一致する結果を得た。また、硫黄の吸着によってGaAs基板ではパラジウムの結合エネルギーが強くなったが、金基板ではそのような硫黄の存在によるパラジウム原子の結合エネルギーの増加は見られなかった。また、水酸基がさらに吸着する場合、いずれの金基板においても、パラジウム原子が硫黄原子より外側に移動することが判明し、パラジウム原子の原子価がゼロ価からややずれるとはいえ、原子位置から言えば水酸基があった方が触媒反応に有利かもしれないと推察される。
糖尿病患者の口腔内環境を判定するための二次元口臭評価システムの検討

糖尿病患者と健常者を対象に呼気中のアセトン、口内気体中のアセトンと揮発性硫黄化合物を測定し、全身状態と口腔環境との関連について分析した。2型糖尿病患者では入院中の血糖改善に伴いアセトン濃度が減少した。口腔環境が良好な健常者では、糖負荷前空腹時呼気中アセトン濃度は血中ケトン体濃度と有意な強い相関を示した。揮発性硫黄化合物濃度とアセトン濃度との間に有意な相関は認められなかった。非侵襲性の呼気中アセトン測定は血中ケトン体の変動を反映し、糖尿病の病態把握に役立つ可能性が示唆された。本研究では糖尿病患者の口腔内環境を、「口内有臭物質」で二次元的に調査し、全身状態と関連させた評価システムを構築し、口腔の環境の改善を通じて糖尿病や合併症の進行を予防することを目的とする。入院中の糖尿病患者に対し、細菌検査を含めた口腔診査を行い、口内気体ならびに呼気を採取し、当科で開発した揮発性硫黄化合物測定器でその濃度を測定し、それを基に、口腔衛生指導ならびに、口腔と糖尿病との関連について、教育する。その結果、患者の糖尿病への病識とともに、自身の口腔衛生についての認識向上をめざす。糖尿病患者の場合、その代謝異常の指標のひとつとして呼気中アセトンが報告されている。口内気体あるいは呼気中のアセトンを、上記のように糖尿病患者の教育に生かしていくためには、簡便な操作、リアルタイムの測定結果、病室へも移動可能なポータブル性、を持つアセトン測定機器が必要である。平成20年度は、その測定機器を試作開発し、(1)呼気中アセトンと口内気体中アセトンとの関係、(2)呼気中および口内気体中アセトンと、血糖、血漿インスリンの関係、を健常者で観察、また、(3)糖尿病患者で呼気中ならびに口内気体中アセトン、揮発性硫黄化合物を予備的に測定した。その結果、健常者では、食後経過時間によって、呼気中のアセトンと口内気体中のアセトンの推移に差があることと、血糖、血漿インスリン、呼気中アセトンには連動しての変化があることが観察された。さらに、血糖コントロール良好な糖尿病患者では、呼気および口内気体中のアセトン濃度に、非糖尿病者との著明な差は認められないこと、を、観察した。この結果、口内気体中のアセトンを代謝異常の指標のひとつとするためには、より多くの症例での測定と解析が必要で、口内気体中のアセトンと呼気中アセトンとの関連を明確にする必要性が示された。平成20年度は、簡便な操作、リアルタイムの測定結果、移動可能なポータブル性を持つアセトン検知器を試作開発した。平成21年度は、そのアセトン検知器を入院中の糖尿病患者に対し使用する機会を得た。細菌検査を含めた口腔診査、口内気体ならびに呼気のアセトン測定、当科で開発した測定器での口内気体中揮発性硫黄化合物の濃度測定を行い、それを基に、口腔衛生指導ならびに口腔と糖尿病との関連について教育した。入院当初血糖コントロール不良時の呼気中あるいは口内滞留気体中のアセトン値は、血糖コントロールが良好になるにつれて低下していった。当初口腔衛生状態不良であった例では歯科受診により自らの口腔への関心が高まり、血糖コントロールの改善と平行して口腔衛生状態も改善した。治療コンプライアンスの低い患者に対し、自らの糖尿病への病識とともに自身の口腔衛生についての認識向上を促すのに有用だったと思われる。このほか、糖尿病外来患者の口内有臭物質の測定、さらにコントロールとして非糖尿病者のボランティアによる糖負荷試験時の口内有臭物質の測定を施行した。測定結果を解析し、平成22年度に成果発表していきたい。本研究では糖尿病患者の口腔内環境を「口内有臭物質」で二次元的に調査し、全身状態と関運させた評価システムを構築することを目的としている。平成20年度に試作開発したアセトン検知器を用い、平成21年度は、1教育入院中糖尿病患者、2外来糖尿病患者、3非糖尿病者である健常人を対象に呼気、口内滞留気体中のアセトン測定、口内滞留気体中の揮発性硫黄化合物の測定を行った。平成22年度はその内容を解析し学会で成果報告を行った。1教育入院中の2型糖尿病患者においては治療による血糖改善に伴い朝食前あるいは夕食後に呼気中ならびに口内滞留気体中アセトンが減少していくことを確認した。

同時に測定した刺激時唾液中の細菌についても、血糖が良好にコントロールされた後は歯周病原菌の数も減少傾向にあった(第88回国際歯科医学会にてポスター発表)。2外来通院中の糖尿病患者を対象に呼気中のアセトンと口内滞留気体中のアセトンとの関連について検討したところ、両者の比では1型糖尿病患者と2型糖尿病患者との間で有意な差を認めた(第4回インターフェイス口腔健康科学国際シンポジウムにてポスター発表)。3コントロールとして非糖尿病者である健常者の糖負荷試験時のアセトン、揮発性硫黄化合物の測定、口腔内診査、一般血液生化学検査を施行し、結果を解析した。空腹時呼気中アセトン濃度は血中ケトン体濃度ならびに口内滞留気体中のアセトンと有意な相関を示した。以上より、非侵襲性でリアルタイムの呼気中アセトン測定が、糖尿病の病態把握に役立つ血中ケトン体測定値を反映する可能性が示唆された(第54回日本糖尿病学会総会にて口演発表予定)。
非定型精神病の分子遺伝学的研究

本学附属病院に入院中もしくは外来通院中の患者に対し、豊田ら(1988)の診断基準に基づいて非定型精神病と診断した患者の中から、研究の内容、目的を説明し同意が得られた合計105名に対し採血を行い、フェノール法を用いてDMを抽出した。現時点では非定型精神病群(105名)、正常対照群(100名)を対象とし、解析ソフトとして、GenescanとGenotyperを用いて統計学的な判定を施行している。現時点ではいずれのマーカーについても有意差は認めていない。従ってこの3年間においては新しい知見は見いだせなかった。今後ともさらに症例を集積し、また全染色体領域について解析していく予定である。まず本学附属病院および関連施設に入院中もしくは外来通院中の患者に対し、豊田ら(1988)の診断基準に基づいて非定型精神病と診断した患者の中から、研究の内容、目的を説明し同意が得られた69名に対し採血を行い、フェノール法を用いてDNAを抽出した。得られたDNAに対し、ABI PRISM Linkage Mapping Setを用いてその中の17個のDNAマイクロサテライトマーカーについて解析を行った。つまり17個のマイクロサテライトマーカーを含む部位について、それぞれ特異的な蛍光プライマーを用いてPCR法を用いて増幅し、Genelic Analyzer (ABI PRISM 310)により各対象者のCAリピートの繰り返し配列回数を判定した。次いで自発的意志により本研究に参加した主に医療従事者からなる正常対照者100名に対しても同様の方法でDNAを抽出し、同部位のDNAマイクロサテライトマーカーを含む部位についてCAリピートの繰り返し配列を判定した。しかし現時点において未だ非定型精神病群、正常対照群ともに症例数が少ないため、関連研究を行っても統計学的な判定をするのは困難である。来年度はさらに症例を集積したうえで、相関を解析していく予定である。昨年度に引き続き、本学附属病院に入院中もしくは外来通院中の患者に対し、豊田ら(1988)の診断基準に基づいて非定型精神病と診断した患者の中から、研究の内容、目的を説明し同意が得られた30名に対し採血を行い、フェノール法を用いてDNAを抽出した。昨年度とあわせて合計99名となった。現時点では非定型精神病群(99名)、正常対照群(100名)を対象とし、解析ソフトとして、GenescanとGenotyperを用いて統計学的な判定を施行している。しかしいまだ統計学的なパワーを考慮すると症例数は少ないため、来年度はさらに症例を集積したうえで、相関を解析していく予定である。一昨年度、昨年度に引き続き、本学附属病院に入院中もしくは外来通院中の患者に対し、豊田ら(1988)の診断基準に基づいて非定型精神病と診断した患者の中から、研究の内容、目的を説明し同意が得られた30名に対し採血を行い、フェノール法を用いてDNAを抽出した。三年間あわせて合計105名となった。得られたDNAに対し、ABI PRISM Linkage Mapping Setを用いてその中の17個のDNAマイクロサテライトマーカー(DlS2797、DlS249、DlS2800、DlS234、DlS450、DlS255、DlS2667、DlS2785、DlS2890、DlS484、DlS196、DlS213、DlS2878、DlS206、DlS2836、DlS2726、DlS2842)について解析を行った。つまり17個のマイクロサテライトマーカーを含む部位について、それぞれ特異的な蛍光プライマーを用いてPCR法を用いて増幅し、Genetic Analyzer (ABI PRISM 310)により各対象者のCAリピートの繰り返し配列回数を判定した。
抗うつ薬の新規標的分子としての線維芽細胞増殖因子(FGF)受容体の 機能解析

抗うつ薬の新たな標的分子として、グリア細胞に存在する線維芽細胞増殖因子(Fibroblastgrowth factor;FGF)受容体に着目し、抗うつ薬によるFGF受容体活性化機構が、いかにして抗うつ薬の治療効果に寄与するかを明らかとすることを目的として研究を行った。三環系抗うつ薬(アミトリプチリン)がマトリックスメタロプロテアーゼによる内因性FGF-2の遊離を介してFGF受容体を活性化することを抗うつ薬のモノアミンとは関連しない新規薬理作用として発見し報告した(Hisaoka K et al., J Biol Chem 286(24): 21118-21128, 2011)。近年、抗うつ薬が脳の可塑性に作用することが知られ、治療効果との関連が注目されている。本研究は、既存の抗うつ薬の新たな標的分子として、グリア細胞に存在する線維芽細胞増殖因子(Fibroblast growth factor;FGF)受容体に着目し、抗うつ薬によるFGF受容体活性化機構が、いかにして抗うつ薬の治療効果に寄与するかを明らかとすることを目的として行った。1、グリア細胞において抗うつ薬(アミトリプチリン)誘導性FGF受容体活性化にはマトリックスメタロプロテアーゼによる内因性FGF-2の遊離が関与することを確認し報告した(Hisaoka K et al., J Biol Chem 286(24): 21118-21128, 2011)。さらに、グリア細胞に発現するマトリックスメタロプロテアーゼのサブタイプ(MMP-2, MMP-3, MMP-9)を同定した。今後は抗うつ薬の作用に関与するマトリックスメタロプロテアーゼのサブタイプとその役割を特異的な阻害薬やsiRNAを用いて探索する予定である。2、グリア細胞においてアミトリプチリンがモノアミン非依存性の新規薬理作用を介してFGF-2の発現を増加させることを報告した(Kajitani N et al., PLoS One7(12): e51197, 2012)。3、研究協力者らの支援により研究参加に関して十分な説明を行った上で文書による同意を得られたうつ病患者の血液サンプルを数例収集し、FGF-2を測定した。今後はさらにサンプル数を増やして、健常者群との比較検討を行う予定である。本研究結果より既存の抗うつ薬のモノアミン非依存性新規薬理作用としてFGF-2およびFGF受容体の関与が示唆された。今後、FGFと抗うつ効果との関連性を明らかにすることで新規抗うつ薬の開発に貢献することが期待される。本研究は、抗うつ薬の新たな標的分子として、グリア細胞に存在する線維芽細胞増殖因子(Fibroblast growth factor;FGF)受容体に着目し、抗うつ薬によるFGF受容体活性化機構が、いかにして抗うつ薬の治療効果に寄与するかを明らかとすることを目的としている。今年度は以下の検討を行った。1、グリア細胞での抗うつ薬(アミトリプチリン)処置によるFGF受容体活性化において、内因性FGF受容体リガンドの遊離を介する経路を明らかとした。さらに、FGF受容体リガンドに特異的な中和抗体を複数用いて、アミトリプチリンの作用に関連するサブタイプを探索したところ、FGF-2の関与が確認できた。2、アミトリプチリン処置によるFGF受容体活性化機構を明らかにするために、FGF受容体リガンドの遊離に関連する分子群(マトリックスメタロプロテアーゼ、Na+/K+-ATPaseなど)の阻害薬を用いて検討したところ、マトリックスメタロプロテアーゼの関与が推測された。3、FGF受容体の下流の細胞内情報伝達分子(FRS2、ERK、CREBなど)のリン酸化(活性化)をウエスタン法で定量し、アミトリプチリンによるFGF受容体活性化後にFRS2→ERK→CREBカスケードが活性化されグリア細胞由来神経栄養因子(GDNF)の発現が誘導されることを明らかとした。4、研究協力者らの支援により研究参加に関して十分な説明を行った上で文書による同意を得られたうつ病患者の血液サンプルを数例収集した(現在継続中)。健常者の血液サンプル(血清、血漿、全血)を用いてFGF受容体リガンド測定の基礎検討を行い、血液サンプル中のFGF-2の測定が可能となった。

グリア細胞(ヒト正常アストロサイト、ラットグリア由来C6細胞)において、抗うつ薬によるFGF受容体の活性化がGDNFの産生に重要であることを明らかとし、FGF受容体の活性化にはマトリックスメタロプロテアーゼによるFGF-2の遊離が関与していることを論文にまとめて投稿し、査読の結果、掲載された(Hisaoka K et al., J Biol Chem 286(24): 21118-21128, 2011)。また、第119回日本薬理学会近畿部会において、ラット初代培養アストロサイトにおいて抗うつ薬がFGF-2を誘導すること、第120回日本薬理学会近畿部会において、抗うつ薬によるGDNF産生機構におけるマトリックスメタロプロテアーゼの関与を発表した。したがって、平成23年度に計画した研究内容は、ほぼ8割方検討できたことから、おおむね順調に研究は進展していると判断した。今年度の研究結果から、グリア細胞において、抗うつ薬によるFGF受容体の活性化にはマトリックスメタロプロテアーゼが重要な役割を果たす可能性が示唆された。次年度は、まず初めにグリア細胞に発現するマトリックスメタロプロテアーゼのサブタイプをRT-PCR法で確認する。その後、マトリックスメタロプロテアーゼのサブタイプに選択的な阻害薬およびsiRNAを用いて、抗うつ薬の作用に関与するマトリックスメタロプロテアーゼのサブタイプを同定し、それらの関連を検討する予定である。さらに、抗うつ薬によるマトリックスメタロプロテアーゼの活性化をザイモグラフィーで測定し、遊離をELISAで測定する。マトリックスメタロプロテアーゼの活性化に関与する分子群(Gタンパク質、Srcチロシンキナーゼなど)の阻害薬を用いて、抗うつ薬によるマトリックスメタロプロテアーゼの活性化機構を探索する。一方で、グリア細胞にストレスホルモン(グルココルチコイド)を慢性処置することで、うつ病モデルグリア細胞を作成する。うつ病モデルグリア細胞におけるFGF受容体とFGF受容体リガンド量をウエスタン法およびELISA法により定量し、正常グリア細胞と比較する。さらに、抗うつ薬処置によりFGF受容体機能におよぼす作用について、正常グリア細胞とうつ病モデルグリア細胞で比較検討を行う予定である。研究協力者らの支援により、うつ病患者の血液サンプルは次年度も継続して行う予定である。例数がある程度たまった段階で、血液中のFGF-2を測定する。グリア細胞培養用の試薬、阻害薬、siRNAなどの物品や血液中のFGF-2測定用ELISAキットに研究費全体の9割以上を使用する予定である。
生体分子のリガンド結合部位をモデルとした吸着剤の合成とそのカビ毒分析への応用

本研究の目的は、特異的吸着性を発現可能な素材の開発である。目的溶質をカビ毒に特化し、食品の複雑なマトリクス中から選択的捕捉を可能とする素材の探索である。そのためには、溶質と官能基間の分子レベルでの相互作用を理解する必要がある。ポリ臭素化アレーン類を固定化した吸着剤に芳香族尿素化合物が特異的に吸着される機構の解明を試みた。臭素原子と尿素構造の持つ分極率がロンドン分散力を誘導するのは確かであるが、それだけでは強固な吸着性を説明できない。我々は、溶質の等温吸着線から得られる熱力学的解析、吸着剤表面のモデル化合物を合成して溶質とのNMR解析、吸着剤の溶液中での吸着剤粒度分布測定を行い、得られた結果をメタ汎関数による計算モデリングを行うことで、二分子の官能基が一分子の溶質を挟み込むモデルによる説明が最も合理的であることを明らかとした(ChemPlusChem 2018, 83, 820-824)。この知見を元に、カビ毒オクラトキシンA (OTA)が血清アルブミンと結合するサイトを構成するアミノ酸の中で、トリプトファンとアルギニンの役割に着目し、これら両アミノ酸を構成アミノ酸とするペプチド類から、下垂体の性腺刺激ホルモン放出ホルモン受容体に対するアゴニストであるリュープロレリン(Leu)を官能基として選択した。選択理由は、このペプチドの両末端が修飾されていることで遊離のアミノ基やカルボキシル基が存在しないこと、トリプトファン、アルギニンを挟む形でチロシンが存在し、ベースゲルへの結合官能基としてこのフェノールしか見当たらず、全てのLeuが同一の形状を保つと考えられる。このLeu固定化吸着剤は、アセトニトリル中でOTAに対する結合定数が20,000 /M程度を示すことが認められ、今後のカビ毒分析にとって有用なツールになりうることが見出された。吸着剤に特異性を発現させるためには、二点以上の溶質認識部位を必要とすることが計算科学によって改めて実証できた。また、吸着剤と溶質の結合様式を認識する物理化学的手段も確立できた。OTAをアミノ酸二点で認識可能と考えられるLeuは、水中よりもアセトニトリル中でより高い認識能を示した。Leuのようなペプチドにとって、抗体や酵素のような溶質認識タンパク質に対する最大の利点が耐有機溶媒性である。アセトニトリル中でこのペプチドプローブを使用することで、吸着剤担体に対する非特異的吸着は最大限除去可能となり、抗体カラムに匹敵する精製効果が期待できる。研究二年目においては、Leuを用いた吸着剤の応用を優先的に進めていく。含水、含塩アセトニトリル中でのOTA捕捉能の評価後に、食品抽出液のアセトニトリル塩析溶液からのOTA抽出の実用性を確認し、その成果を広く関連業界に周知する。構成アミノ酸数が10程度のペプチド類は、比較的安価に合成可能である。OTA識別能の高いLeuのアミノ酸配列を変更したペプチドを導入した吸着剤による結合定数を比較することで、抗体に匹敵するペプチドプローブの作成を進めていく。ここでの知見を更に展開し、OTA以外のカビ毒に対する特異的ペプチドプローブ開発にも着手する。

Leuのようなペプチドにとって、抗体や酵素のような溶質認識タンパク質に対する最大の利点が耐有機溶媒性である。アセトニトリル中でこのペプチドプローブを使用することで、吸着剤担体に対する非特異的吸着は最大限除去可能となり、抗体カラムに匹敵する精製効果が期待できる。研究二年目においては、Leuを用いた吸着剤の応用を優先的に進めていく。含水、含塩アセトニトリル中でのOTA捕捉能の評価後に、食品抽出液のアセトニトリル塩析溶液からのOTA抽出の実用性を確認し、その成果を広く関連業界に周知する。構成アミノ酸数が10程度のペプチド類は、比較的安価に合成可能である。OTA識別能の高いLeuのアミノ酸配列を変更したペプチドを導入した吸着剤による結合定数を比較することで、抗体に匹敵するペプチドプローブの作成を進めていく。ここでの知見を更に展開し、OTA以外のカビ毒に対する特異的ペプチドプローブ開発にも着手する。血清アルブミンのOTA結合サイトを参考にしたペプチドとして、最初に検討したLeuのOTAに対する親和力が想定外に強く、この評価だけで研究初年度が費やされた。従って、高価な他のペプチド類を考慮する必要性が発生せず、これが前年度予算執行が少なく済んだ最大の理由である。次年度は、Leu類似ペプチド合成にこの費用を充てたい。
遷移金属カルコゲナイド層状物質における励起子光学応答の理論的研究

これまで励起子束縛に対する遮蔽効果について議論してきたが,実験的に観測される光学スペクトルを説明するために,1電子エネルギーバンドに対する自己エネルギー補正を取り入て,バンド間遷移のギャップエネルギーの変化を考慮した光吸収スペクトルを計算した.電子・正孔間相互作用の共鳴型誘電関数による動的遮蔽効果を生じる微視的模型として電子と光学フォノンの相互作用を採用することで,電子状態の変化は電子・格子散乱として記述される.フォノン分極による遮蔽は励起子束縛を弱め吸収ピークを高エネルギー側にシフトさせるが,自己エネルギーシフトによるバンドギャップの縮小は低エネルギー側へのシフトに寄与する.計算結果は両者の寄与がほぼ相殺して,吸収スペクトルにおける光学フォノンによる励起子共鳴エネルギー変化は非常に小さいことが明らかになった.つまり,外部誘電環境により励起子スペクトルを大きく変調させるには束縛エネルギーかバンドギャップのどちらかを選択的に結合させる必要がある.さらに,計算手法を有限温度グリーン関数に拡張し励起子吸収スペクトルの温度変化を議論した.温度上昇に伴うフォノン励起により遮蔽は増強されるが同時に電子・格子散乱も増大するため共鳴エネルギーはほとんど変化しない.しかし,束縛エネルギーの減少により振動子強度が低下しピーク強度は弱められ,フォノン散乱の増大により自己エネルギー虚部が大きくなり線幅が広くなる.前年度に実施した配向分極による遮蔽の温度効果も計算したところ,温度上昇による増強が確認されたが,現実的なパラメータの範囲ではその効果は無視できる.励起子束縛エネルギーの遮蔽効果に加えて,1電子エネルギーの自己エネルギー補正を取り入れることにより,実験結果と比較できる吸収スペクトルの計算が実行可能となった.さらに,動的遮蔽効果を取り入れた温度変化も議論できるようになり,順調に進展している.遷移金属カルコゲナイド物質では励起子束縛エネルギーが巨大で格子分極による遮蔽効果は小さく,動的遮蔽効果としてより重要な電子分極の効果を考慮した計算を実施することにより,バンドギャップと束縛エネルギーに対する環境効果の影響をより明確にする.また,結晶の内部構造に起因する乱れや,配向分極の凍結による実空間における外因性の乱れを考慮したスペクトル変化を評価する.直接遷移型半導体となる単層遷移金属ダイカルコゲナイドにおける励起子束縛に対する動的遮蔽効果を調べるために,電子・正孔間のクーロン引力に対する誘電遮蔽を取り入れた,励起子束縛エネルギーを簡便に計算する理論手法を開発した.動的遮蔽効果を考慮した誘電関数は,その表式に励起子束縛エネルギーを含むため,励起子状態を定めるシュレディンガー方程式は自己無撞着に励起子束縛エネルギーを定める非線形固有値問題となり,膨大な計算量を必要とすることが知られていた.本研究では,光吸収スペクトルを表す動的電気伝導率を,線形応答理論に基づく,久保公式のダイアグラム展開によりある種の図形を足し合わせた結果により計算すると,上述したシュレディンガー方程式による結果と同等の励起子束縛エネルギーを,非線形固有値問題を回避して,求められることを明らかにした.スピン軌道相互作用を無視した縮退のない価電子帯と伝導帯を有効質量近似により記述した2次元電子正孔対状態に対して,本研究で開発した手法を適用し,線形吸収スペクトルを計算することにより,動的遮蔽効果を取り入れた励起子束縛エネルギーを計算した.単一モード共鳴型誘電分散を示す誘電関数による遮蔽を考えると,その共鳴エネルギーに関して束縛エネルギーは単調に減少することが示された.遷移金属ダイカルコゲナイドにおける励起子束縛に対する不純物散乱効果を評価するために,同じく,スピン軌道相互作用が重要となるディラック電子系を有する2次元ラシュバ模型に対して,不純物散乱効果を考慮した久保公式に基づく応答関数を計算する手法を開発し,電気伝導率と帯磁率を計算した.清浄系に見られるバンド交叉点における特異性が不純物散乱を考慮しても観測し得ることを明らかにした.当初の計画通り,非線形固有値問題を回避して,動的遮蔽効果を取り入れた励起子束縛エネルギーを計算する手法を確立し,共鳴型誘電分散による遮蔽効果に対する計算結果を得た.さらに,ディラック電子系における励起子束縛に対する不純物散乱効果を議論するための基礎となる計算手法の開発も行い,順調に進展している.遷移金属カルコゲナイド層状物質における励起子束縛エネルギーに対する環境効果に対する計算を実行した.室温の熱エネルギーより巨大な束縛エネルギーを持つのは,電気力線が層状物質の外部を通過し,電子・正孔間相互作用が遮蔽されにくいことに起因すると考えられる.そこで,有機溶媒などの誘電率が大きな物質が環境として存在すると,遮蔽効果により相互作用が抑制され,励起子吸収エネルギーが変化し,光学応答に大きな変調が得られると期待して実験がなされたが,小さな変化しか得られなかった.本研究では,前年度までに開発した,動的遮蔽効果を取り入れた誘電関数を取り込んだ励起子吸収スペクトルを計算する手法を適用し,有機溶媒等を想定した,環境物質の誘電性による励起子吸収スペクトルの変調を理論的に明らかにした.結論としては,一般的な有機溶媒に囲まれた環境に遷移金属カルコゲナイド層状物質を置いても,励起子束縛エネルギーはほとんど変化しない.有機溶媒の誘電性を支配するのは極性分子による配向分極である.

確かに,アルコールの比誘電率は30にもなり得るが,この値は静電場に対する静的誘電率であり,分子の回転準位エネルギーより高周波数領域では誘電率の値は強く抑制される.誘電率が周波数に依存した動的遮蔽効果を考慮すると,励起子束縛エネルギーに対応する周波数における誘電率が重要であり,巨大な束縛エネルギーを持つ物質では,配向分極による遮蔽の影響は殆どないことを明らかにした.ただし,吸収スペクトルを議論するには,バンド間遷移への遮蔽効果を考慮する必要があり,束縛エネルギーとバンドギャップエネルギーの双方が抑制され,結果として,励起子吸収ピークの変化が小さいとの解釈も可能である.しかし,実験的にバンド間遷移のエネルギーを特定できれば,遮蔽効果の大小を決定することが可能である.前年度までに確立した,動的遮蔽効果を取り入れた励起子吸収スペクトルを理論的に計算する手法により,誘電環境の変化による遮蔽効果の議論を可能とした.近年,誘電環境の変化による光学応答の変調が注目されており,有機溶媒による環境効果効果の実験結果に対する理論的解釈を与え,動的遮蔽効果のメカニズムから,より一般的な誘電環境の影響も明らかにするなど,順調に進展している.これまで励起子束縛に対する遮蔽効果について議論してきたが,実験的に観測される光学スペクトルを説明するために,1電子エネルギーバンドに対する自己エネルギー補正を取り入て,バンド間遷移のギャップエネルギーの変化を考慮した光吸収スペクトルを計算した.電子・正孔間相互作用の共鳴型誘電関数による動的遮蔽効果を生じる微視的模型として電子と光学フォノンの相互作用を採用することで,電子状態の変化は電子・格子散乱として記述される.フォノン分極による遮蔽は励起子束縛を弱め吸収ピークを高エネルギー側にシフトさせるが,自己エネルギーシフトによるバンドギャップの縮小は低エネルギー側へのシフトに寄与する.計算結果は両者の寄与がほぼ相殺して,吸収スペクトルにおける光学フォノンによる励起子共鳴エネルギー変化は非常に小さいことが明らかになった.つまり,外部誘電環境により励起子スペクトルを大きく変調させるには束縛エネルギーかバンドギャップのどちらかを選択的に結合させる必要がある.さらに,計算手法を有限温度グリーン関数に拡張し励起子吸収スペクトルの温度変化を議論した.温度上昇に伴うフォノン励起により遮蔽は増強されるが同時に電子・格子散乱も増大するため共鳴エネルギーはほとんど変化しない.しかし,束縛エネルギーの減少により振動子強度が低下しピーク強度は弱められ,フォノン散乱の増大により自己エネルギー虚部が大きくなり線幅が広くなる.前年度に実施した配向分極による遮蔽の温度効果も計算したところ,温度上昇による増強が確認されたが,現実的なパラメータの範囲ではその効果は無視できる.励起子束縛エネルギーの遮蔽効果に加えて,1電子エネルギーの自己エネルギー補正を取り入れることにより,実験結果と比較できる吸収スペクトルの計算が実行可能となった.さらに,動的遮蔽効果を取り入れた温度変化も議論できるようになり,順調に進展している.動的遮蔽を考慮した励起子束縛エネルギーの計算法を確立したことから,より現実的な誘電関数に対する依存性を評価する.さらに,ディラック電子系に特徴的な2成分波動関数の効果を取り入れ,スピン軌道相互作用によるエネルギー分裂を考慮した計算を行う.励起子束縛エネルギーを決定するには,励起子吸収ピークとバンド間遷移吸収の両方の情報が必要であるが,実験的には,非常に強い励起子吸収ピークが観測されるのに対し,バンド間遷移の吸収端は不明瞭である事が多い.
国連・障害者権利条約教育条項の実施過程に関する比較教育学的検討

該の研究期間内に障害者権利条約を批准した国はおおよそ100ヵ国となった。障害者権利条約の第24条は、教育の条項であり、障害のある子どもを含めたすべての子どものためのインクルーシブ教育を発展させることを求めている。本研究では、権利条約の批准を念頭において、アメリカ、イギリスやオーストラリアにおける教育システム検討した。当アメリカは、障害者権利条約を批准してはいないが、障害のあるアメリカ人法の下で、インクルージョンの多様な形態を教育条件の整備をともなって実施しており、また、高等教育等においては「合理的配慮」と同時に、「自己権利擁護」への支援が特徴として捉えられた。イギリスは、障害者差別禁止法のもとで特別ニーズ教育を進展させてきたが、2009年に障害者権利条約を批准したが、一般教育システムに特別教育を含むと解釈し、特別学校の位置づけをおこなっている点が特徴であった。オーストラリアも、イギリス同様障害者差別禁止法を制定していたが、障害者権利条約の批准にあたって、障害者差別禁止法を改定するとともに、2005年に「教育に関する障害基準」を制定し、「合理的調整(reasonable adjustment)」をインクルーシブ教育の中で具体化していた。日本での権利条約批准の視点として、差別の禁止の観点から学校教育における「合理的配慮」の具体化、特別ニーズ教育の実践などが重要視されよう。また、障害者権利条約の「非差別」の理解との関係で、特別学校や特別教育のシステムをどのように位置づけるのかという課題が残された。本研究の目的は、第61回国連総会において採択された障害者権利条約における教育条項(第24条)を中心として、その成立過程及び実施準備過程を、各国の特別ニーズ教育の到達状況及び進捗状況を踏まえ、比較教育学的に検討することである。1.障害者権利条約教育条項の項目の内容解釈として、障害者権利条約の教育条項の成立過程における議論の整理をおこない、成文化に関わる各国の対応について分析した。なお、特別ニーズ教育に関しては、OECD、UNESCO等の国際機関の動向や統計を検討した。や比較教育学的検討を分析して、概要と類型を明らかにする。2.教育条項の中でもっとも中核に位置付くのが「インクルーシブ教育」の概念である。その状況把握として、アメリカ合衆国における「インクルーシブ教育」の到達状況の把握として、バーモント州のランドマーク大学、ニューヨーク州のシラキュース大学を拠点に、「インクルーシブ」教育の実情調査を行った。特に、ランドマーク大学は学習障害やADHDに特化した大学であり、「合理的配慮」のみならず、自己権利擁護への支援が特徴であった。また、シラキュースでは、インクルージョンの多様な形態があるが、教育条件の整備をともなって行われている点が特に重要であると考えられた。3.障害者権利条約の日本での批准に関して、国内的な法制度の整備・改善が求められているが、特別支援教育の推進に関する調査研究協力者会議の中間まとめの検討を行うと共に、日本での権利条約批准のための条件整備のための視点として、アメリカ・イギリスオーストラリアでの学校教育における「合理的配慮」「合理的調整」の具体化を把握し、分析を行っている。1.障害者権利条約の重要な原理となっている「差別の禁止」に関して、その概念と類型を明らかにし、特に新しい概念である「合理的配慮」の特徴について整理を行った。2.障害者権利条約教育条項の項目の内容解釈として、障害者権利条約の教育条項の成立過程における議論の整理をおこない、成文化に関わる各国の対応について分析した。また、権利条約の批准を行ったイギリスの場合を中心に特別学校の位置づけを中心として検討し、特殊教育学会において学会発表を行った。3.教育条項の中でもっとも中核に位置付くのが「インクルーシブ教育」の概念である。

その状況把握として、オーストラリアにおける「インクルーシブ教育」の到達状況の把握として、クイーンズランド州のグリフィス大学を訪問し、「合理的配慮」に関して資料収集を行うと共に、意見交換を行った。4.障害者権利条約の日本での批准に関して、国内的な法制度の整備・改善が求められているが、特別支援教育の推進に関する調査研究協力者会議や障がい者制度改革推進改革会議での議論の状況を検討した。日本での権利条約批准の視点として、差別の禁止の観点から学校教育における「合理的配慮」「合理的調整」の具体化を把握し、分析を行っている。本研究の目的は、第61回国連総会において採択された障害者権利条約における教育条項(第24条)を中心として、その成立過程及び実施過程を、各国の特別ニーズ教育の到達状況及び進捗状況を踏まえ、比較教育学的に検討することである。1.障害者権利条約の重要な原理となっている「差別の禁止」に関して、その概念と類型を明らかにし、日本社会医学会総会シンポジュームにおいて報告した。また、特に教育に関して特別ニーズ教育学会において教育講演を行い、その内容理解を深めた。2.障害者権利条約教育条項の項目の内容解釈として、障害者権利条約の教育条項の成立過程における議論の整理をおこない、成文化に関わる各国の対応について分析を深めた。また、権利条約の批准を行ったオーストラリアの場合を中心に「教育に関する障害基準」「合理的調整(reasonable adjustment)を検討し、特殊教育学会において発表を行った。3.教育条項の具体化という点から、早期対応(early intervention)が重要となるが、その状況把握として、オーストラリアのクイーンズランド州のグリフィス大学の自閉症早期療育センター、Autism Queenslandを訪問し、自閉症への対応に関して資料収集を行うと共に、意見交換を行った。日本での権利条約批准の視点として、差別の禁止の観点から学校教育における「合理的配慮」の具体化、通級指導教室の実践などを把握し、分析を行った。
オーブンコントロール・クリスタルを用いた長期安定性を有する加速度・傾斜計の開発

実用化されている水晶振動子を用いた加速度センサは振り子を用いた加速度センサとは異なり,小型であっても原理的に高感度で加速度の変化を測定可能である。このことに着目して加速度振動や傾斜,重力の測定を一台でカバーできるセンサーのための要素技術を開発した。傾斜や重力のような静的,高感度,高分解能が要求される物理量の測定では水晶振動子の温度特性の影響が支配的であることを明らかにした。そのうえで,出力される加速度値に対する温度補正アルゴリズムを開発し,温度補正によって重力まで測定可能であることを実観測を通して示した。社会基盤システムの常時モニタリングの必要性が高まってきているが,それにともなって安価で高性能,かつ長期安定性を実現したセンサーの開発が急務となっている。これまであまりモニタリングの対象とされていなかった盛土などの土構造物については震動特性だけでなく,斜面の傾斜の状態も重要な情報となりうる。そのため,震動センサーだけでなく傾斜計などを設置することが求められるが,多くのセンサーを設置することはコスト,故障に対するリスクなどの観点から必ずしも望ましくない。そこで,ひとつのセンサーでこれらをカバーできるよう,近年新たに実用化されたばかりの水晶振動子を用いた加速度センサーを用いて,加速度振動だけでなく傾斜も測定可能とすることが目的である。平成27年度には,実用化されたばかりのセンサー(以下,現行品と呼ぶ)を用いて,その特性を検証した。申請者が学内で管理しているトンネル内にセンサーを設置して長期安定性の検証を行っている。特に,センサーが強い温度特性を持つため,温度変化による応答の変化を調べると共に,恒温槽にセンサーを入れて,安定した温度のもとで測定を続けている。また,測定の実施にあたっては,データロガーや電源システム等の周辺装置を作成しシステムとしてのトータルの性能評価をすすめている。現時点では当然のことながら長期安定性についての結論を出すことはできないが,数ヵ月程度のオーダーでは問題なく動作していることを確認している。また,ノイズレベルも非常に高価な加速度センサーと比較して,いくぶん劣るものの,一般的なMEMSに比較して十分に高い性能を有していることも明らかとなってきている。水晶振動子を用いて測定システムとして利用可能となるよう,データロガー,電源等をバラックで構築し,実際に温度が安定しているトンネル内に設置して正しく記録をとることができている。水晶振動子は当初の想定よりもデリケートなセンサーで,衝撃等によってセンサーが破損しやすいことがあきらかとなった。実際に,軽い衝撃でセンサーが損傷したことが何回かあったため,その修理と対策に時間を要したが,現時点ではこれらの問題についても解決している。ほぼ,当初の予定通り進捗していると言える。平成27年度には,実用化されたばかりのセンサー(以下では,現行品と呼ぶ)を用いて,その特性を検証するために,センサーをトンネルに設置してセンサーの長期安定性の検証をはじめたが,平成28年度もそれを継続的に実施した。また,測定の実施にあたって作成したデータロガーシステムの改良に着手した。特に,センサー側の出力がasciiコードをシリアル経由で出力する方式から,バイナリコードをシリアル経由で垂れ流す仕様に変更されたため,通常のシリアル通信では通信速度が不十分でデータの取りこぼしが生ずることが明らかとなった。そのため,取りこぼしたデータはそのまま飛ばして読み込み,その間は適宜補間するアルゴリズムの構築を始めたところである。従来のセンサーでは20°C程度で水晶振動子の温度感度が低くなるように水晶がカットされているが平成28年度には恒温槽に水晶をいれて安定動作させるために,60°C程度で温度感度が低くなるような水晶のカット形状を検討した。平成28年度は人工水晶から水晶の切り出しを行ったので,実際のカットは平成29年度に実施し,温度安定性について検討する予定である。また,上記と並行して現行品を用いることにより,実際の構造物に取り付けて微動による構造物の微小な振動応答の測定を実施した。地盤上での微動と異なる構造物の応答によって振動が増幅されるため,水晶振動子によって十分な精度で記録が得られることが明らかとなったが,詳細な解析は平成29年度に実施する予定である。現行品の水晶振動子は20°C程度で安定動作するように構成されているが,温度が大きく変化すると精度が大きく変化する。現行品はキャリブレーションによってその問題を回避しているが,その手間とコストは大きく,本研究では恒温槽に入れることで温度特性の問題を回避しようとするものである。水晶のカット形状によって温度に対する特性が変わるため,現行品をそのまま恒温槽に入れるよりも,適切な形状にカットしたうえで恒温槽に入れることでより高い精度の出力が得られることになる。どのようなカットが適切であるかを検討し,実際にカットする段階に達している。また,実際の観測のフィールドを選定し,構造物への設置,観測も現行品を用いて実施している。上記より,ほぼ当初の予定通り進捗していると考えている。H28年度までにトンネルのような安定した温度環境のもとでのセンサーの性能試験をおこなってきたが,その結果,温度特性が加速度の測定精度に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。そこで,H29年度には温度が大きく変動する屋外での検証を行うために温度管理を行うことができる魔法瓶を作成し,そのなかにセンサーを入れて実際に屋外で観測をおこなって性能試験を行った。水晶振動子の出力は,水晶振動子の固有振動数をカウンタで数えてデシメーションフィルタで処理した後のものが得られている。したがって,当初,デシメーションフィルタの性能が重要であると考えていたため,H29年度にはフィルタの改良を実施することを計画していた。

しかしH28年度までの検討で温度の影響が特に大きく,デシメーションフィルタについては現行のアルゴリズムでも,温度の影響に比べれば十分な性能であることがわかった。そのため,実験をとおして温度とセンサー出力の関係を明らかにし,温度の影響を取り除く手法について検討した。その結果,センサ用水晶とカウンタ用水晶の両者の温度特性の影響を個別に取り除く必要があることが明らかとなり,それにはHilber-Huang変換が有効であることを示した。水晶振動子センサを重力計として用いる場合,温度安定性の影響をもっとも大きくうけるため屋外での観測では重力計として相対重力値の測定を行い,既知の絶対重力値との比較からセンサの重力計としての測定精度を明らかにして実用可能性を示した。実用化されている水晶振動子を用いた加速度センサは振り子を用いた加速度センサとは異なり,小型であっても原理的に高感度で加速度の変化を測定可能である。このことに着目して加速度振動や傾斜,重力の測定を一台でカバーできるセンサーのための要素技術を開発した。傾斜や重力のような静的,高感度,高分解能が要求される物理量の測定では水晶振動子の温度特性の影響が支配的であることを明らかにした。そのうえで,出力される加速度値に対する温度補正アルゴリズムを開発し,温度補正によって重力まで測定可能であることを実観測を通して示した。水晶振動子によるセンサーは加速度の変化に応じて水晶振動子の固有振動数が変化することを利用している。そのため,水晶の固有振動数を周波数カウンタで測定し,それを適当なデシメーションフィルタを通してサンプリングレートを落として周波数を加速度値に変換している。このとき,デシメーションフィルタの性能がセンサーの精度に大きな影響を及ぼすことになる。平成28年度には,このデシメーションフィルタの特性について検討を行い,加速度振動だけでなく,傾斜や重力の変化のような非常に周期が長い現象に対しても適用可能なデシメーションフィルタの開発に着手する。また,水晶振動子はその仕組みから,水晶の固有振動数を測定するための周波数カウンタの精度がそのままセンサーの精度に直結している。そのため,周波数カウンタのための原発クロックを安定して動作させるためにカウンタに用いるクロックおよびセンサーとして用いる水晶振動子そのものの温度安定性を高めることが必要となる。現行品では温度補償は温度特性をマイクロコンピュータを用いて補正した上で出力するという方法をとっているが,温度特性の測定や補正の精度にも限界がある。そこで,物理的に温度を安定させることができるよう,オーブンコントロール型水晶(OCXO)としてセンサー全体の温度特性を安定させるシステムに発展させることを目指す。OCXOでは通常は摂氏65度程度のオーブンを用いるため,その温度で振動子が安定して動作するように水晶を新たにカットし,OCXOとして動作するようオーブンコントロール回路等の周辺装置の開発に着手する。
高比熱物質を用いた高温耐久性長寿命薄膜の開発

陽子円形加速器に設置される荷電変換炭素薄膜は、近年の加速器技術の発展により、ビーム照射部は1800Kもの高温になる。そこで本研究では、熱計算とビーム照射実験によって様々な高温融点物質の混合率と発熱温度の関係を明らかにし、発熱温度が低く、変形の少ない薄膜の開発を目指す。最終的に寿命と発熱温度の関係を解明し、大電流ビームでも高温損傷の受けにくい長寿命荷電変換薄膜の開発を行うことを目標とした。薄膜の発熱温度は変形やピンホール発生に大きく影響している。そこで、薄膜の温度分布をANSYSにより解析したところ、薄膜の熱伝達には輻射の他に熱伝導率と比熱が大きくかかわっていることを見出した。熱パラメータの中でも特に比熱が発熱温度への影響が大きく、熱伝導率が約3倍になっても158Kの温度減少しかし増さないのにもかかわらず、比熱が約4倍になった場合、659Kもの非常に大きな温度減少を示すことを確認した。さらに、様々な高融点物質を組み合わせ、その混合割合を変えた時に発熱温度がどのように変化するか、熱計算ソフトを使った伝熱解析により調査し、発熱温度抑えることが出来る物質と混合割合を見出した。また、構造計算により、熱ストレスも大きく軽減されることも示した。この結果を元に薄膜の製作を行い、実働している加速器に薄膜を設置し、ビーム照射している薄膜を実際に変形やピンホールの発生や成長過程を測定することで、高電流ビーム照射でも変形の少ない長寿命荷電変換薄膜として使用できることを実証する予定であったが、研究中止のため、薄膜に製膜までとなった。この結果は、1000ページのデータシート件、レポートとして提出、発表を行っている。このデータは、今後の荷電変換薄膜開発の指標となることが期待される。本年度は、ビーム照射に強いフォイルを目指すために、様々な高融点物質を用いた熱計算と、その条件を元に薄膜製膜のための蒸着装置の準備を始めた。荷電変換フォイルには(1)質量の小さい物質構成、(2)カーリング、ピンホールが無い、(3)ビーム照射に強い、(4)セルフサポートであることが求められる。この条件から、ビーム照射高耐久フォイルの可能性がある物質を見出すために、以下の3点の研究を行った。1高融点物質の探索:荷電変換フォイルで使うための原子番号が小さい高融点物質の詳細な熱特性の調査を行わなければならない。代表的な物質には(1)グラファイト、(2)ダイヤモンド、(3)アモルファス炭素、(4)ボロン、(5)ボロンナイトライド、(6)ボロンカーボナイドが挙げられるが、それぞれの物質によって大きく熱特性が違うことから、荷電変換フォイルに適する物質を詳細に調査した。2有限要素法解析ソフト(ANSYS)による熱計算:高融点物質の探索によって得られたデータを元にANSYSを使った発熱計算を行った。比較方法としては、物質単体と2種類以上の物質を混合させての発熱計算により行った。2種類以上の物質を混合させる場合は、それぞれの平均割合を物性値として用いた。3製膜方法の検討と蒸着装置の準備:蒸着方法によってフォイルの構造特性が大きく異なる。熱計算の終わった後にそれぞれの物性に見合った蒸着法の検討を行うと共に蒸着装置の準備を行った。グラファイト、ダイヤモンド、ボロン、ボロンナイトライド、ボロンカーバイドの物性条件で有限要素法解析ソフト(ANSYS)で計算し、比較検討した結果、比熱が高い物質が熱変動が少なく、発熱温度が低く抑えれることを見出した。すなわち、ボロンが含まれるフォイルの方が炭素の含まれるフォイルよりも発熱温度が低くなる。この比較結果は、約1000ページのデータシート兼報告書として提出した。我々は約15年間、荷電変換薄膜における粒子ビーム照射ダメージの評価と共に薄膜の長寿命化の研究を行ってきた。荷電変換薄膜は、1)長寿命、2)ビームによる変形がない、3)ピンホールがないことが求められている。また、構成物質は、1)散乱ロスを少なくするために原子番号が小さく、2)ビームによる発熱に耐えられるために高融点でなければならない。このことから、今までは主に高温に耐えられる炭素アモルファス薄膜が使われてきた。しかし、ビーム照射による1800Kもの高温には炭素アモルファス薄膜でも耐えることが出来ず、すぐに破損する。2005年に我々は炭素薄膜にボロンを混合したHybrid Boron mixed Carbon (HBC)薄膜を発表し、ビーム照射に強く市販薄膜の500倍以上の長寿命化に成功した。しかし、HBC薄膜は高温に強いが表面に多数のピンホールが発生するため、荷電変換薄膜に使用した場合、加速粒子が荷電変換せずに通過することが問題となっている。そこで、一昨年度から薄膜の温度分布をANSYSにより解析したところ、薄膜の熱伝達には輻射の他に熱伝導率と比熱が大きくかかわっていることを見出した。熱伝導率が約3倍になると約150Kの温度減少を示し、特に比熱が発熱温度への影響が大きく、さらに約4倍になった場合、約250K非常に大きな温度減少を示した。(計算条件:ダイヤモンド薄膜400g/cm2,ビーム1GeV, 1.5ppp injected over1ms, 60Hz, 1ms pulse beam, emissivity