hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
廃棄物行政における情報の役割と法ルールに関する理論・実証研究

本研究は,不法投棄およびゴミの不法分別を抑制し,リサイクルを促進するような廃棄物行政のあり方について環境経済学の観点から考察を行ったものである。また,現在,廃棄物処理問題が先進国以上に深刻になっている途上国に着目し,途上国における廃棄物管理政策のあり方について分析を行い,先進国の途上国への効率的で有効な支援のあり方について政策的インプリケーションを与えている。今年度は,以下2つのテーマについて研究を行った。まず,1点目は環境規制が環境汚染や労働需要にどのような影響を与えるかについて伝統的なハリス=トダロ・モデルに地域間の越境汚染を組み入れたモデルを用いて理論的な考察を行った。分析の結果,環境規制の強化は都市部の労働需要を低下させるものの農村部への越境汚染を減少させ農村部の労働需要を上昇させるため全体の失業率は低下する可能性があることを示した。そして,環境規制の強化は社会厚生も改善させる可能性があることを明らかにした。この研究の成果は,「11.研究発表」に示している。また,現在,廃棄物が都市部から農村部へ移動するようなモデルに拡張し廃棄物の処理責任ルールのあり方について検討を行っているところである。この研究は現在,進行中である。次に,2点目は家計の不法投棄行動と企業の環境配慮型製品のデザインについてモデル分析を行っている。企業と家計のごみ問題を解決するための努力は,企業は家計の製品消費後のごみ発生量を減らすための環境デザインを行い,家計は製品消費後のごみの処分方法(ごみ収集の利用,ごみの再利用,ごみの削減,不法投棄)を決定するということである。製品の価格は製品の他の構成要素が同じであれば,その製品がどの程度環境に配慮しているかで決まると考えられ,企業側あるいは家計側へのごみ処理負担ルールが製品価格(ヘドニック価格)にどのような影響を及ぼすのかを考察している。また,不法投棄への罰則の強化が家計のごみ処分方法,製品価格,そして社会厚生にどのような影響を与えるのかについても検討している。この研究も現在,進行中である。今年度は,以下の2つのテーマについて研究を行った。まず, 1点目は廃棄物処理業者の行動をモデル化することで行政の不法投棄対策が処理業者の不法投棄行動やリサイクル行動にどのような影響を及ぼすのかを明らかにした。また,行政による不法投棄対策の情報を開示することが,処理業者の不法投棄行動を抑止するとともに行政の不法投棄対策に費やす予算を削減できることを示した。この研究の結果は,産業廃棄物不法投棄対策における情報の重要性を示唆したものであり,興味深い政策的インプリケーションを提示している。2点目は家計のごみの分別行動と企業の環境配慮型製品のデザインについて経済モデル分析を行った。家計による適正なごみの分別はリサイクルを促進し,資源循環型社会を構築する上で重要であるが,ごみの分別行動は家計に対し不効用をもたらす可能性がある。本研究では,ごみの分別の複雑化が家計の行動,そして社会厚生にどのような影響を及ぼすのかを明らかにした。また,行政のごみ処理政策が家計の分別行動および企業の環境デザイン投資水準に及ぼす影響を明らかにするとともに,リサイクル製品市場が成立するための条件を導出した。この研究の結果は,資源循環型社会を実現するためのごみ問題に対する行政の政策のあり方に対しひとつの方向性を示したものといえる。まず,1点目は2008年度より継続して行っている家計のごみの分別行動と企業の環境配慮型製品のデザインについての経済モデル分析である。本研究では,ごみの分別の複雑化が家計の行動そして社会厚生にどのような影響を及ぼすのかを明らかにした。特に今年度は,行政のごみ処理料金率変更(上昇)のタイミングが家計のごみの削減努力および分別努力,そして企業の環境デザイン投資水準に及ぼす影響を理論的に分析した。2点目は今ごみ問題が先進国以上に深刻になっている途上国における廃棄物行政および先進国の支援のあり方についての研究である。インフォーマルセクターによるリサイクル行動をハリス=トダロ・モデルに導入することにより,途上国の失業問題および廃棄物処理問題を解決するための政策手段について考察を行った。本研究により,インフォーマルセクターへの支援は失業者数を増大させ社会厚生を悪化させるのに対し,フォーマルなリサイクル部門を成長させるような政策は失業者数を減少させ社会厚生を改善することを示した。この分析結果は,先進国の途上国への効率的で有効な支援のあり方について政策的インプリケーションを与えるものである。
産学連携による遺伝子操作動物・発生工学技術支援ネットワークの構築

この研究の目的は、大学と民間研究・技術機関と連携して、(1)遺伝子操作動物作製や顕微受精、核移植などの新技術開発を行い、さらに(2)これら発生工学技術により作製された動物の繁殖生産配送、受精卵凍結保存、卵巣凍結保存を行う経済的および技術的に効率の良い地域ネットワークを構築することであった。まず、遺伝子操作動物作製や核移植の技術開発については、三好、平林、保地が担当し、ALSモデルであるSOD1遺伝子導入トランスジェニックラット、ヒトOGP遺伝子導入マウスなど多数のトランスジェニックマウス及びラットを作成した。さらに、ノックインマウスを用いたヒトプリオンバイオアッセイ系の作成、白内障モデルマウスの解析等を行った。また実験動物の保存技術の開発ではウサギ受精卵の凍結保存、ラット精子の顕微受精による仔の産出の各種研究など、数種類の動物を用いて発生工学技法を用いて基礎研究を行った。一方、この研究の期間中に東北大学動物実験施設では大規模なMHV感染事故が発生した。このため、かなりの期間その対策に追われたが、その対策の一環として、民間の実験動物関連業者と連携し、受精卵凍結保存、受精卵移植や帝王切開技術を用いた感染動物の清浄化、各種遺伝子操作動物の分散飼育、さらにそれらの動物再搬入時の検疫方法の確立など、地域連携ネットワークを構築する上で整備すべきシステムの検証を行うことができた。ただ、感染事故はかなり大規模であり、相当の被害が出た。これについては、他研究機関や構成の参考になるとおもわれたため、その経過や対策等を記録し残した。地域連携ネットワークはまだ完成はしていないが、産学連携による大学と民間企業との連携は今後ますます重要性を増すと思われるが、そのための基礎的なあり方を探る意味で成果が得られたと思われる。この研究の目的は、大学と民間研究・技術機関と連携して、(1)遺伝子操作動物作製や顕微受精、核移植などの新技術開発を行い、さらに(2)これら発生工学技術により作製された動物の繁殖生産配送、受精卵凍結保存、卵巣凍結保存を行う経済的および技術的に効率の良い地域ネットワークを構築する事である。本年度はスタートの年として、各プログラムの条件を整備することに費やした。まず、以下に示す3つのプログラムを立て、それぞれについての目標を立て、実行に移した。また、それぞれについて参加者を募るために2種類のポスターを作製し、本学内へ掲示した。つぎに、各プログラムの進展状況は次の通りである。「(1)発生工学技術支援プログラム」においては、ラットの顕微受精技術の確立を行った。この成果は「凍結ラット精子による顕微受精に成功」として平成13年3月2日に日経産業新聞に「凍結精子で体外受精・・YSNT研など、ラットで実験成功」として掲載された。「(2)遺伝子操作動物生産供給プログラム」においては、この期東北大学大学院医学系研究科附属動物実験施設においてマウス肝炎ウイルス感染事故が発生したため、同施設で飼育されている遺伝子操作マウスを民間繁殖維持施設へ避難するとともに、系統断絶からの危険分散のためのマウス維持のシュミレーションを行った。約10系統を(財))動物繁殖研究所へ移動し、これらのマウスの約3ヶ月間の飼育維持と微生物モニタリングを行った。これをもとに、重要な動物については維持施設の複数化を図る予定である。「(3)遺伝子操作動物資源保存プログラム」としてはマウス卵巣凍結保存技術の改善とマウス受精卵移植技術支援の予備実験を行っている。各プログラムの進展状況は次の通りである。

「(1)発生工学技術支援プログラム」においては、引き続きラットの顕微受精技術の研究を行った。「(2)遺伝子操作動物生産供給プログラム」においては、発生工学技術等により作製されたマウス(トランスジェニックマウスやノックアウトマウスなど)の飼育管理において病原微生物感染が大きな問題となるが、本年度は特に2000年11月に発生し2001年3月に終息した動物実験施設における大規模マウス肝炎ウイルスの感染事故について、その経緯と規模および被害状況についての調査と報告書を作成した。とくに民間の研究・技術受託機関との連携により、多数の汚染マウスのクリーンアップおよび微生物モニタリングをおこない、民間機関の研究支援体制と大学側の支援要請の実状把握が行われた。また、実際に感染事故によるマウス系統断絶の危険からのクリーンアップによる救出を行い、そのときの微生物モニタリング及びSPF室搬入における検疫法について検討を行った。「(3)遺伝子操作動物資源保存プログラム」としてはマウス卵巣凍結保存技術の改善のための研究を行っている。この研究の目的は、大学と民間研究・技術機関と連携して、(1)遺伝子操作動物作製や顕微受精、核移植などの新技術開発を行い、さらに(2)これら発生工学技術により作製された動物の繁殖生産配送、受精卵凍結保存、卵巣凍結保存を行う経済的および技術的に効率の良い地域ネットワークを構築する事である。最終年度の本年度は以下のことを行った。「(2)遺伝子操作動物生産供給プログラム」においては、引き続き依頼された遺伝子操作マウス作製を行った。また、発生工学技術等により作製されたマウス(トランスジェニックマウスやノックアウトマウスなど)の飼育管理および施設間の授受に於いて問題となる病原微生物感染を防ぐために検疫システムの構築を行い実施しているが、さらに微生物検査システムの構築を目指し、ウイルス、細菌及び寄生虫検査法の習得ならびに器材の整備を行った。「(3)遺伝子操作動物資源保存プログラム」としてはマウス卵巣凍結保存技術の改善のための研究を行った。さらに最終年度として報告書作成を行っている。
斑晶の起源と噴火のメカニズム-雲仙普賢岳の場合-

マグマ溜りで結晶作用は溜りの天井や壁などのboundary layerで起こる.そこでは壁に付着する結晶と軽いメルトの分離が起こり,マグマ溜りの壁には細粒の結晶が濃集した「急冷縁」とその内側にメルトを含むcrystal mushが形成されると考えられる.溶融が進行する場合にはcrystal mush部に融け残った急冷縁や壁岩の結晶が混ざると予想される.このように,急冷縁が生じたり壁岩が融けながらmushy layerが常に存在するため,結晶量の異なるマグマが常に共存する.また,一旦boundary layerで晶出した結晶や壁岩の溶け残った結晶のrecyclingが頻繁に起こり,結果的に非平衡な結晶の組み合わせや複雑な組織を持った結晶が形成される.このようなマグマ溜りがたどる熱史を岩石学的に理解するには,噴火活動の時間軸が明瞭である雲仙普賢岳の試料を用いることが不可欠である.普賢岳噴火の溶岩はシリカでわずかの時間変化を示し,それは溶岩の斑晶量の変化を反映している.すなわち,斑晶に富んだ溶岩はよりシリカに乏しく,噴出率が高い場合にはマグマ溜りからより無斑晶質のマグマが絞り出され,噴出率が低い場合には斑晶の多いマグマが絞り出されたと考える.これは地下に斑晶量の異なるマグマが同時期に存在したことを示しており,マグマ溜りの空間的な結晶量のばらつきを反映している可能性がある.ここでは,異種のマグマの混合を採用せずとも,マグマ溜りの熱史に伴う複雑なマグマ過程を考慮することによって,デイサイト溶岩中に見られる斑晶の不均一な組織や組成分布,および,暗色包有物の存在が無理なく説明できることを示した.マグマ溜りで結晶作用は溜りの天井や壁などのboundary layerで起こる.そこでは壁に付着する結晶と軽いメルトの分離が起こり,マグマ溜りの壁には細粒の結晶が濃集した「急冷縁」とその内側にメルトを含むcrystal mushが形成されると考えられる.溶融が進行する場合にはcrystal mush部に融け残った急冷縁や壁岩の結晶が混ざると予想される.このように,急冷縁が生じたり壁岩が融けながらmushy layerが常に存在するため,結晶量の異なるマグマが常に共存する.また,一旦boundary layerで晶出した結晶や壁岩の溶け残った結晶のrecyclingが頻繁に起こり,結果的に非平衡な結晶の組み合わせや複雑な組織を持った結晶が形成される.このようなマグマ溜りがたどる熱史を岩石学的に理解するには,噴火活動の時間軸が明瞭である雲仙普賢岳の試料を用いることが不可欠である.普賢岳噴火の溶岩はシリカでわずかの時間変化を示し,それは溶岩の斑晶量の変化を反映している.すなわち,斑晶に富んだ溶岩はよりシリカに乏しく,噴出率が高い場合にはマグマ溜りからより無斑晶質のマグマが絞り出され,噴出率が低い場合には斑晶の多いマグマが絞り出されたと考える.これは地下に斑晶量の異なるマグマが同時期に存在したことを示しており,マグマ溜りの空間的な結晶量のばらつきを反映している可能性がある.ここでは,異種のマグマの混合を採用せずとも,マグマ溜りの熱史に伴う複雑なマグマ過程を考慮することによって,デイサイト溶岩中に見られる斑晶の不均一な組織や組成分布,および,暗色包有物の存在が無理なく説明できることを示した.普賢岳の噴出率とドームの形状-斑晶量-化学組成とのパターンにはずれが見られる.マグマ溜りからドームまでは火道に満たされた溶岩があるため,溜りの圧力はすぐに地表に反映されるのに対し,その時に溜りを出たマグマが地表に出現するにはタイムラグが存在するはずである.マグマが地下約10km付近から平均的に直径が約100mのパイプ状の火道を上昇したとすれば,地表に出るまでに,供給率が高い時で50日,低い時で200日以上要する.マグマ溜りの過剰圧が上昇すると(噴出率が上がると)結晶の少ないマグマが押し出される.このマグマは低粘性で珪長質である.この粘性の低いマグマが地表に出現するまでに,やや冷えて"古い"溶岩が押し出されて大きめの崩落をおこす.より粘性の低い溶岩が出現するようになると,ローブは長く成長し,結果的にドーム全体のアルペクト比が小さくなる.このような繰り返しがこの4年間に2回もあったものと考えられる.一方,噴出した溶岩全てには岩石学的にマグマ混合の痕跡が認められる.低温で結晶質のマグマと高温で無斑晶質のマグマの混合と解釈される.結晶質の方がメルト自信の分化がより進んでいるが,全体としてはより苦鉄質と期待される.これは,溶岩中に捕獲岩されている粗粒の安山岩や玄武岩がこれを代表している可能性がある.低温結晶質で苦鉄質マグマの方が溜りのより壁際にあり,高温珪長質の方がより内側にあったと考えるのが自然である.マグマ溜りの過剰圧が高い場合には,溜り内部の高温マグマがより選択的に押し出され,過剰圧が低いと壁際の低温マグマが多く混ざるという機構が考えられる.すなわち,高噴出率時には,マグマが低い結晶量と高い温度のために低粘性になる.マグマ溜りで結晶作用は溜りの天井や壁などのboundary layerでおこる.

そこでは壁に付着する結晶と軽いメルトの分離がおこり,マグマ溜りの壁には細粒の結晶が濃集した「急冷縁」とその内側にメルトを含むcrystal mushが形成されると考えられる.溶融が進行する場合にはcrystal mush部に融け残った急冷縁や壁岩の結晶が混ざると予熱される.このように,急冷縁が生じたり壁岩が融けながらmushy layerが常に存在するため,結晶量の異なるマグマが常に共存する.また,一端boundary layerで晶出した結晶や壁岩の溶け残った結晶のrecyclingが頻繁に起こり、結果的に非平衡な結晶の組み合わせや複雑な組織を持った結晶が形成される.このようなマグマ溜りがたどる熱史を岩石学的に理解するには,噴火活動の時間軸が明瞭である雲仙普賢岳の試料を用いることが不可欠である.普賢岳噴火の溶岩はシリカでわずかの時間変化を示し,それは溶岩の斑晶量の変化を反映している.すなわち,斑晶に富んだ溶岩はよりシリカに乏しく,噴出率が高い場合にはマグマ溜りからより無斑晶質のマグマが絞り出され,噴出率が低い場合には斑晶の多いマグマが絞り出されたと考える.これは地下に斑晶量の異なるマグマが同時期に存在したことを示しており,マグマ溜りの空間的な結晶量のばらつきを反映している可能性がある.ここでは,異種のマグマの混合を採用せずとも,マグマ溜りの熱史に伴う複雑なマグマ過程を考慮することによって,デイサイト溶岩中に見られる斑晶の不均一な組織や組成分布,および,暗色包有物の存在が無理なく説明できることを示した.
エナジーハーベスティング電磁デバイス設計のための３Ｄトポロジー最適化法

エナジーハーベスティング電磁デバイスの三次元トポロジー最適化のために必要な基礎技術の確立を目的として,以下のことを行った.(1)順問題と随伴問題の電磁場解析を多数回繰り返す必要があるので,境界要素法の係数行列の計算にHマトリックス法とLU分解により,少ない記憶容量による高速解法を構築した.(2)固有値を変更できるようなトポロジー最適化問題を計算できるように,固有値を目的関数とするトポロジー導関数を導出し,実際の固有値の再配置を行うトポロジー最適化問題により有効性を示した.(3)電磁波同問題のトポロジー最適化の一連の流れを構築し,クローキング問題を解析例として有効性を示した.電磁材料の形状を設計するためにトポロジーの変化を伴う形状変更毎に3次元電磁場解析と固有振動数解析を多数回繰り返す必要があり,高速な電磁場解析法が必要となる。高速な電磁場解析を行う境界要素法として,マックスウェルの方程式に基づく基本解を多重極展開し,得られる連立方程式を反復法で解く方法が用いられているが,連立方程式の係数行列が悪条件であり,計算に時間がかかるという難点があった。マックスウェルの方程式は、電場や磁場をベクトルポテンシャルとスカラーポテンシャルを用いて解くことも可能であり,その場合,通常のヘルムホルツ方程式の解法と近い解法に帰着させることができる。大規模な連立方程式を、係数行列の低ランク近似により少ない記憶容量と計算量で解く方法が、Adaptive Cross Approximation (ACA)と称して提案されている。また,境界要素法では波数が基本解中に含まれており,電磁波動問題のの共振周波数の計算は非線形固有値問題となる。そこで本年度は,まず電磁波動問題を境界要素法で高速に解く方法として,ACAに基づくHマトリックス法の理論的考察,および経路積分による境界要素法を用いた電磁波動問題の共振周波数の解析法についてまず,理論的考察を行い,トポロジー導関数の計算,トポロジー最適化を行う上で必要となる基本ソフトウェアの開発を行った。境界要素法を用いた大規模な電磁波動問題を、従来用いられている高速多重極展開のアルゴリズムを用いないでAdaptive Cross Approximation (ACA)に基づくHマトリックス法で省記憶容量と高速化を図る方法の定式化を行うことができた。さらに,トポロジー最適化に移行するには考えている境界条件下の電磁波動問題と同じ場の形状に対する随伴問題を2回解析する必要があるので,従来の高速多重極展開ほうでは,同じ係数マトリックスの問題を実際に2回反復法で解く必要がある。そこでHマトリックス法に基づく連立方程式のLU分解に基づく直接解法の定式化を行うことができ,実際の数値計算例により高速化,省記憶容量が図られていることを確認することができた。また,電磁波動問題の高精度な固有振動数の解析も,SS法を境界要素方程式に適用することにより可能となった。電磁材料の3次元的最適形状を求めるには、高速な電磁場の解析法に加えて、高度な形状最適化手法が必要となる。現状では、試行した形状について電磁場解析を行い、形状を修正する試行錯誤により設計がなされている。そこで本研究課題では3次元的配置を有するアンテナや電極等の形状最適化,およびトポロジー最適化を行える手法を開発することを目的として,開領域を厳密に扱うことができる境界要素法を用いた電磁材料のトポロジー最適化のための様々な解析技術の開発を行った。支配微分方程式であるマックスウェル方程式は、境界要素法に高速多重極法を適用した高速化が可能であるが,形状設計問題では連立方程式を多数回解く必要があるため,まずHマトリックスを用いた境界要素法の求解の高速化を図った.これにより,電場,磁場の物理量とそれらの随伴問題間で共通であった係数マトリックスをHマトリックスに基づくLU分解で解くことが可能となり,計算効率を大幅に向上することが可能となった.また,電極の分布に対する場の固有値の計算は非線形固有値問題となるため、従来,境界要素法が苦手とする問題であった.そこで,波数空間内の経路積分に基づくSakurai-Sugiura法を境界要素法に応用して,効率的に固有振動数を計算する方法を開発した.これらをベースに,電極等の誘電体,導体の分布をスカラー関数であるレベルセット関数で表現し,分布形状を求めるトポロジー最適化問題をこのレベルセット関数の発展方程式を解くことにより求める問題で記述し,発展方程式の非同次項である目的関数のトポロジー導関数を境界要素法で求める方法の定式化と解析法を確立した.エナジーハーベスティング電磁デバイスの三次元トポロジー最適化のために必要な基礎技術の確立を目的として,以下のことを行った.(1)順問題と随伴問題の電磁場解析を多数回繰り返す必要があるので,境界要素法の係数行列の計算にHマトリックス法とLU分解により,少ない記憶容量による高速解法を構築した.(2)固有値を変更できるようなトポロジー最適化問題を計算できるように,固有値を目的関数とするトポロジー導関数を導出し,実際の固有値の再配置を行うトポロジー最適化問題により有効性を示した.(3)電磁波同問題のトポロジー最適化の一連の流れを構築し,クローキング問題を解析例として有効性を示した.電磁波動問題におけるトポロジー導関数の数学的表現をまず求める。真空中,あるいは誘電体中に別の誘電率,透磁率をもつ無限に小さい誘電体が発生したり,無限に小さな誘電体を取り除いたり,動態が発生したりした場合の目的汎関数の変化率を求める。

さらに,エナジーハーベスティング・デバイスへの拡張を考え,三次元空間中の曲面を設計領域とし,曲面の制約を課したトポロジー導関数の導出とその検証を行う。設計工学、計算力学本年度は,Hマトリックス法による高速化の理論的考察と境界要素法による電磁場解析解析法のアルゴリズムの開発に時間を要したため,実際の大規模な計算に着手する段階に至らなかった。このため,大容量の高速なワークステーションを購入する段階とならなかった。基本ソフトウェアの開発が着実に進行しているので,大容量の高速ワークステーション,および国際会議などにおける学会参加費と旅費,論文掲載料等に使用する。
ヒトがん細胞のアポトーシスを誘発するオピオイド関連受容体の分子生物学的研究

オピオイド化合物であるブプレノルフィンが、ヒトがん細胞由来のA549細胞に対して細胞致死作用を示したこと、ならびに核の断片化および凝縮を主徴とするアポトーシスの形態をとる細胞変化を誘発させたという昨年度の報告に基づいて、本研究ではさらに詳細な検討を加えた。まず、細胞周期および核の形態変化をフローサイトメトリーを用いて解析したところ、ブプレノルフィンを処置したA549細胞では、薬物未処置の対照群に比し、G2/M期における顕著な細胞数の減少とG1期における2nよりも小さいの核の断片の存在が確認された。さらに、同様に処理した細胞から抽出したDNAを電気永動したところDNAの断片化すなわちラダーリング現象が観察された。以上の成績から、ブプレノルフィンによるがん細胞致死作用はアポトーシス誘発に起因することが強く示唆された。アポトーシスの発現にカスパーゼ(ICE/CED-3)ファミリープロテアーゼが関与することが知られているが、カスパーゼ1(ICE)阻害剤であるZ-Asp-CH2-DCBの併用処置によってブプレノルフィンによる効果は完全に抑制された。これらは、ブプレノルフィンのアポトーシス誘発作用においてもカスパーゼ1を介する機構が重要な役割を果たしていることを意味している。一方、鎮痛薬の抗がん活性の構造活性相関を検討する過程で、末梢性作用型の合成オピオイド化合物であるロペラミドがブプレノルフィンよりも強い活性を有することを見いだした。その薬物のがん細胞に対する作用特性の詳細については現在検討中である。
フグ体内でのテトロドトキシン類の変換反応及び起源生物の検索

我々はLC/MS分析法でTetrodotoxin(TTX)類を定量してフグ中での分布を調べたところ、フグ卵巣では5,6,11-trideoxyTTXはTTXと同程度に多量に含まれることがわかった。そこで、この類縁体が段階的な還元反応を経てフグ体内でTTXへ変換するのかどうか、あるいはTTXが還元的な代謝をうけてtrideoxyTTXへ変換するのかどうかを調べることとTTXの起源生物の再検索を目的にした。(1)TTX生産起源生物の検索-北里大学山森との共同研究であり、鬼沢漁港から採集したプランクトンからTTX類が検出され、現在は実験結果の再現性を調べている。(2)ミドリフグとハチノジフグの毒性分・含量の分析-我々が確立したLC/MS法を用いて東南アジアに棲息するミドリフグの毒成分と含量を調べた。特に日本産のフグに多く含まれているTTX、5,6,11-trideoxyTTXがミドリフグにも多く含まれていて、その毒量はTTXが0.6293.7nmol/g、5,6,11-trideoxyTTXが0.4150.6nmol/gであった。(3)韓国産のクサフグの毒成分及び含量の分析-韓国産のクサフグにも日本産と同じようにTTX類が多く含まれていた。TTX,5,6,11-trideoxyTTX,6,11-dideoxyTTXが卵巣、皮膚、内臓に多量含まれていた。卵巣で、TTXが129263nmol/g、5,6,11-trideoxyTTXが289603nmol/gそして6,11-dideoxyTTXが77310nmol/gであった。そこで、この類縁体が段階的な還元反応を経てフグ体内でTTXへ変換するのかどうか、あるいはTTXが還元的な代謝をうけてtrideoxyTTXへ変換するのかどうかを調べることを目的にした。(1)イモリとミドリフグに投与した非ラベル体と^<13>Cラベル体5,6,11-trideoxyTTXの変換反応実験-大阪市立大との共同研究で、大船らが合成した^<13>Cラベル体trideoxyTTXを用いて変換反応の実験を行った。ミドリフグの背中に^<13>Cラベル体trideoxyTTXを投与して2週間及び4週間飼ってTTX類を抽出する。抽出物はLC/MSに供して変換反応を検討した結果、イモリとミドリフグの体内では、変換反応が示されなかった。(2)養殖無毒のクサフグを用いたTTX類の変換反応の検索-東京大学河野らとの共同研究で、供与された無毒のクサフグを用いて変換反応実験を行った。まず、餌に混ぜたTTX類をクサフグに食べさせ、変換反応を調べたところ、TTXから他の類縁体への変換反応は示されなかった。(3)TTX生産起源生物の検索-北里大学山森との共同研究であり、鬼沢漁港から採集したプランクトンからTTX類が検出され、現在は実験結果の再現性を調べている。(4)ミドリフグの毒性分・含量の分析-我々が確立したLC/MS法を用いて東南アジアに棲息するミドリフグの毒成分と含量を調べた。

TTX,5,6,11-trideoxyTTX,6,11-dideoxyTTXが卵巣、皮膚、内臓に多量含まれていた。卵巣で、TTXが129263nmol/g、5,6,11-trideoxyTTXが289603nmol/gそして6,11-dideoxyTTXが77310nmol/gであった。
麻酔・疼痛シグナル伝達とα_2-アドレナリン受容体系の制御機構

研究費の配分を受けた3年間に、動物研究と臨床研究で以下の結果を得た。1) Cranial windowを作成した犬で、種々のα_2-adrenergic agonistsを投与し,脳血管の反応性と薬理機序を検討し、脳微小血管の収縮作用はα2-受容体を介するしたもので、α_2-adrenergic antagonistで拮抗される。2)脊髄硬膜外腔にカテーテルを留置したラットを使用して、α2-adrenergic agonistsクロニジン,デキサメデトミジン,チザニジンの脊髄鎮痛、麻酔効果と脳細胞及び脊髄細胞膜標本を用いての受容体結合実験から、デキサメデトミジン、クロニジン、チザニジンはα_2受容体を介した著明な脊髄鎮痛作用をもち、脊髄のα_2受容体結合(BMAX)と相関する。3)モルヒネ依存モルモットではα2-adrenocepterがup-reglateしており、退薬症候はクロニジンによって抑止される。4)培養血管平滑筋細胞を用いてのシグナル伝達を検討し、プロポホールによる血管平滑筋の抑制機序は受容体とGTP蛋白の間にある。静脈麻酔薬(ぺントバルビタール、プロポホール)吸入麻酔薬(イソフルラン)による急性発現遺伝子c-fos,c-junの発現は、脳、心臓、肝臓、腎臓の臓器ではもとより麻酔薬によっても異なる。また、臨床研究として、5) α_2-アドレナリン受容体アゴニストのクロニジンを麻酔前投薬としての服用は、動脈圧受容体反射を抑制するとともに、α_1、β_2アドレナリン受容体作動薬であるフェレニレフリンやイソプロテレノールの作用を増強する。更にクロニジンを麻酔前投薬は、エピネフリンの昇圧作用を増強するので、硬膜外麻酔でのテストドーズでは少量で十分である、他を明らかとした。麻酔薬の作用や疼痛刺激を受けた細胞が、その情報をどうの様に伝達するか、細胞内シグナル伝達系に如何なる影響をもたらしているかの影響を観察するために、α2-アドレナリン受容体作動薬、及び局所麻酔薬、吸入麻酔薬・静脈麻酔薬の作用を検討した。1 α2-アドレナリン受容体作動薬の脳・脊髄細胞への親和性{脊髄のニューロンの膜標本による受容体結合実験(^3H-UK14304)}は、dexmedetomidine,clonidine,tizanidineの順で、さらにこれらの特性は、脊髄くも膜下腔に投与した時の鎮痛効果と一致することを見出した。2ヒト白血球のsuperoxideの産生を局所麻酔薬(リドカイン、カルボカイン、ピリロカイン、ブピバカイン、ロピバカイン、プロカイン、ジブカイン、テトラカイン)がその効力に一致して抑制するが、amiloride(Na-H交換機構およびNa^+・K^+-ATP aseを抑止)は抑制しない、局所麻酔薬のこの作用にはPKC(protein kinase C)活性も関与している。3疼痛その他の刺激によって発現する急性発現遺伝子c-fos,c-junが、脳、心臓、肝臓、腎臓で異なるか、静脈麻酔薬(ペントバルビタール、プロポホール)と吸入麻酔薬、イソフルランで検討し、c-fos,c-junのmRNAの発現量に差があることを見出した。4血管平滑筋を用いてのシグナル伝達も検討し、プロポホールによる血管平滑筋収縮の抑制は、受容体とGTP結合蛋白の間にあること、α2-アドレナリン受容体作動薬のclonidineは、脳微小血管収縮作用を持ち、この作用はα2-アドレナリン受容体の活性化と一部ATP-sensitiveK^+チャネル活性化による、またニコチンによる血管拡張は、主にニコチン受容体、NO、及びATP-sensitiveK^+チャネルの活性によることを見出した。

・麻薬の作用や疼痛刺激を受けた細胞が、その情報をどの様に伝達するか、細胞内シグナル伝達系に如何なる影響をもたらしているかの影響を観察するために、強力な揮発性麻酔薬(イソフルラン)、静脈麻酔薬(ペントバルビタール、プロポホール)、局所麻酔薬の作用を検討する。・疼痛その他の刺激によって発現する急性発現遺伝子c-fos,c-junは、脳、心臓、肝臓、腎臓の臓器によっても、また静脈麻酔薬(ペントバルビタール、プロポホール)と吸入麻酔薬(イソフルラン)の麻酔薬の違いによっても異なった。c-fos mRNAの発現量は、特に脳と腎臓で麻酔薬による著明な差を認めた(ASA,1997発表予定)。この差は麻酔薬の作用が全ての臓器細胞に等しく作用するのではなく、ある臓器細胞には促進的に作用していることを示している。・培養血管平滑筋細胞を用いてのシグナル伝達も検討し、麻酔薬(プロポホール)による血管平滑筋収縮の抑制機序をラットの大動脈平滑筋細胞で検討し、プロポフォールはエンドセリン1誘発の細胞内情報伝達を抑制し、その抑制はエンドセリン受容体とGTP結合タンパクの間で細胞内情報伝達を抑制すること(Anesthesiology,88,1998)、更にプロポフォールはヴゾプレッシン誘発のPGI_2の合成を抑制すること(Anesthesiology,accepted)を見出した。麻酔薬の作用や疼痛刺激を受けた細胞が、その情報をどうの様に伝達するかは、麻酔のメカニズムにも関係する重要な問題である。α2-アドレナリン受容体作動薬及び局所麻酔薬、細胞内シグナル伝達系に如何なる影響をもたらしているかのを検討して次の結果を得た。1) Cranial windowを作成した犬で、window下に種々のα2-adrenergic agonistsを投与し,脳血管の反応性と薬理機序を検討し、脳血管の収縮作用はα2-受容体を介する。2)脊髄硬膜外腔にカテーテルを留置したラットを使用して、α2-adrenergic agonistsクロニジン,デキサメデトミジン,チザニジンの脊髄鎮痛、麻酔効果と脳細胞及び脊髄細胞膜標本を用いての受容体結合実験から、デキサメデトミジン、クロニジン、チザニジンはα2受容体を介した著明な脊髄鎮痛作用をもち、脊髄のα2 adrenergic receptor bindingと相関する。3)モルヒネ耐性ラットの退薬症候はα2-adrenergic agonistクロニジンによって抑止される。4)局所麻酔薬プロカイン、リドカインなどは、濃度依存性にExtracelluallr signal-regulated Kinases(ERKs)活性をブロックし、Ouabain,TTX,veratridineは影響しない。5)培養血管平滑筋細胞を用いてのシグナル伝達も検討し、プロポホールによる血管平滑筋の抑制機序は受容体とGTP蛋白の間にあることを明らかにした。6)静脈麻酔薬(ペントバルビタール、プロポホール)吸入麻酔薬(イソフルラン)による急性発現遺伝子c-fos,c-junの発現は、脳、心臓、肝臓、腎臓の臓器ではもとより麻酔薬によっても異なる。などを明らかにした。
小児病院におけるファシリティドッグ導入促進のためにー細菌学的視点からみた安全性ー

わが国では現在2頭のファシリティドッグが活動している。2010年に日本で初めて静岡県立こども病院にファシリティドッグが導入された。2012年には神奈川県立こども医療センターにおいて緩和ケアチームの一員として、2頭目が活動を開始した。ファシリティドッグの主な仕事は子どもたちとスキンシップをすることであり、このスキンシップがストレスを軽減する効果がもつ可能性が示唆されている。ファシリティドッグは、看護職のハンドラーと共に毎日病院に出勤することで、子どもたちとの信頼関係が築かれ、ストレスを軽減するだけでなく、子どもたちを元気づけることに寄与していると考えられている。このように、動物介在療法の一つとして世界的に認知されているファシリティドッグであるが、手術室へ付き添ったり検査に立ち会ったりと、最善の治療環境を作るという意味から「動物介在看護」という新たな看護分野としても認められつつある。近年はその効果について、唾液中のコルチゾールやアルファアミラーゼ、IgA、血圧、心拍数などを指標として検討した報告がみられるようになっている。これらのことを踏まえ、今年度は動物介在療法が患者の身体的・精神的側面に及ぼす影響・効果について文献的検討を行った。犬による動物介在療法については、性的虐待を受けた子どもの法医学的面接においてストレス軽減効果を示唆するものやアメリカの復員軍人の緩和ケアにおいて臨床心理士とファシリティドッグの介入によりストレス軽減効果を示唆するなどの報告がみられる。一方で、ストレス軽減効果については疑問を呈しいている報告もあり、その効果についてはコンセンサスが得られるには至っていないのが現状である。犬の皮膚や粘膜の細菌に関するメタゲノム解析に関する研究報告も散見され、今年度の文献検討の結果は来年度以降に実施する実地調査の結果を評価する際に参考にする予定である。わが国では、2010年1月より静岡県立こども病院において1頭、2012年7月より神奈川県立こども医療センターにおいて1頭の合計2頭のファシリティドッグが活躍している。平成30年度は、両病院に勤務しているファシリティドッグの口腔内、便、尿、皮膚、足底から検体を採取し細菌のメタゲノム解析を行うことを予定していたが、予算の関係から採取部位を限定する必要があること、またこの解析は30検体を同時に解析することから、令和元年度に実施予定の一般家庭飼育下のゴールデンレトリバーのメタゲノム解析と合わせて実施する方が効率的であり、計画を一部変更した。検体を採取するまでの手続きに時間を要するが、メタゲノム解析に要する時間は数日であるので、研究の遂行に関しては予定の期間で終了するものであるため、おおむね順調に経過していると考える。動物介在療法は効果があるとの事例報告は多数報告されており、現在はその効果について科学的な検証が進められるようになってきたところである。ファシリティドッグに関連しては、看護の1領域として「動物介在看護」という用語を用いている研究者もおり、様々な視点から効果について分析が進められている。このような状況変化を踏まえ、平成30年度は、動物介在療法の中心となっているイヌ、ウマ、イルカに関する文献を検討し、ファシリティドッグだけではなく、動物が人の健康に及ぼす影響について世界の動向を把握した。令和元年度は、両病院に勤務しているファシリティドッグと従来か口腔内、便、尿、皮膚から検体を採取し細菌のメタゲノム解析を行う。足底に関しては、病院内の廊下上の細菌を反映すると推定され、採取の意義と予算を考慮し採取部位から除外した。また、ファシリティドッグにおける検体採取と併せて、一般家庭飼育下のゴールデンレトリバーのメタゲノム解析についても、令和元年度に同時に実施する。一般家庭飼育下のゴールデンレトリバーに関しても、採取の意義と予算を考慮して、足底を除外して検体採取を行うこととした。

犬の皮膚や粘膜の細菌に関するメタゲノム解析に関する研究報告も散見され、今年度の文献検討の結果は来年度以降に実施する実地調査の結果を評価する際に参考にする予定である。わが国では、2010年1月より静岡県立こども病院において1頭、2012年7月より神奈川県立こども医療センターにおいて1頭の合計2頭のファシリティドッグが活躍している。平成30年度は、両病院に勤務しているファシリティドッグの口腔内、便、尿、皮膚、足底から検体を採取し細菌のメタゲノム解析を行うことを予定していたが、予算の関係から採取部位を限定する必要があること、またこの解析は30検体を同時に解析することから、令和元年度に実施予定の一般家庭飼育下のゴールデンレトリバーのメタゲノム解析と合わせて実施する方が効率的であり、計画を一部変更した。検体を採取するまでの手続きに時間を要するが、メタゲノム解析に要する時間は数日であるので、研究の遂行に関しては予定の期間で終了するものであるため、おおむね順調に経過していると考える。動物介在療法は効果があるとの事例報告は多数報告されており、現在はその効果について科学的な検証が進められるようになってきたところである。ファシリティドッグに関連しては、看護の1領域として「動物介在看護」という用語を用いている研究者もおり、様々な視点から効果について分析が進められている。このような状況変化を踏まえ、平成30年度は、動物介在療法の中心となっているイヌ、ウマ、イルカに関する文献を検討し、ファシリティドッグだけではなく、動物が人の健康に及ぼす影響について世界の動向を把握した。令和元年度は、両病院に勤務しているファシリティドッグと従来か口腔内、便、尿、皮膚から検体を採取し細菌のメタゲノム解析を行う。足底に関しては、病院内の廊下上の細菌を反映すると推定され、採取の意義と予算を考慮し採取部位から除外した。また、ファシリティドッグにおける検体採取と併せて、一般家庭飼育下のゴールデンレトリバーのメタゲノム解析についても、令和元年度に同時に実施する。一般家庭飼育下のゴールデンレトリバーに関しても、採取の意義と予算を考慮して、足底を除外して検体採取を行うこととした。
高効率モータのための高速電磁界解析手法を応用した形状最適化技術の開発

本研究課題は,モータ等の電磁機器の効率を改善することを目的とした形状最適化,およびそれに必要な電磁界数値解析の高速化に関するものである。最適化手法であるON/OFF法は,材料の有無を表すビット情報を格子状に配置して形状を表現する。そのために,表面形状が階段状になってしまう問題点がある。そこで,材料が半分存在する状態を追加し,3値で材料配置を表現する手法を開発した。この方法を永久磁石同期モータの回転子の形状最適化問題に適用し,モータの発揮トルクを最大化する最適化に成功した。また,電磁界有限要素解析に,連立方程式の求解を高速化するデフレーション法を適用することで,解析の高速化にも成功した。本研究課題は,モータに代表される電磁機器の効率等を改善するための形状最適化およびそれに必要な電磁界解析技術に関するものである。特に,位相最適化に注目してそのアルゴリズムの改良を目指している。位相最適化は,最適化する形状に制限や仮定を持たせず,場合によっては完全にランダムに作成した初期形状から最適形状を求めるため,設計者の予想を上回る画期的な特性を持つ形状が得られる可能性がある。これまでの研究で,ON/OFF法を元にした位相最適化アルゴリズムにいくつかの改良を加えてきた。ON/OFF法では,格子状のメッシュに材料のあり/なしの状態を表すビット情報を配置することで形状を表現する。そこで,材料が半分存在する状態を追加し,2値ではなく,3値で材料配置を表現する手法を開発した。今年度はこの手法に改良を加えて,従来手法よりも効率的に最適形状を見出せるようにし,その成果を国際会議で発表した。提案している最適計算アルゴリズムでは形状を変化させながら解析を繰りかえす必要がある。その計算過程において,形状に加えた変化とそれによる評価値の変化を記憶して,その学習情報を用いて最適計算を高速化する手法を開発した。開発してきた最適化手法をモータの形状最適化に適用するために,永久磁石同期モータを対象とした有限要素法による磁場解析プログラムを作成した。そして,モータの回転子内部の磁性体形状を最適化することで,モータが発生するトルクを最大化する最適化を行った。その結果,フラックスバリアと呼ばれる磁束を回転子の外に導く空隙構造が生成され,トルクが上昇することを確認できた。本研究課題は,モータ等の電磁機器の効率等を改善するための電磁界解析および形状最適化に関するものである。位相最適化は,その形状に制限や仮定を持たせず,場合によっては完全にランダムに作成した初期形状から最適形状を求めるため,設計者の予想を上回る画期的な特性を持つ形状が得られる可能性がある。本年度は従来から開発してきたON/OFF法を元にした位相最適化アルゴリズムを見直して,表面形状を滑らかにするフィルター処理の簡素化を行った。またON/OFF法では,格子状のメッシュに材料のあり/なしの状態を表すビット情報を配置することで形状を表現する。そこで,材料が半分存在する状態を追加し,2値ではなく,3値で材料配置を表現する手法を開発し,磁気シールドモデルに適用した。その結果,完全にランダムに配置した初期状態からスタートして,免疫型アルゴリズムにより進化計算を行ったところ,磁気シールド構造で有効とされる多重のシールド構造が現れ,提案手法の有効性を確認した。また,フィルター処理を簡素化したにも係わらず,工学的に実現困難な複雑形状が現れるのを回避することができた。最適化計算では電磁界解析を繰り返す必要があるため,解析の高速化が重要である。電磁界解析で専ら用いられる有限要素解析では大規模な連立方程式を解く必要があり,その高速化が重要である。本年度はその高速化の手法であるデフレーション法に注目し,実用的な観点から,その手法の問題点の洗い出しを行った。この方法では,解の中で収束の遅い成分を分離する必要があるが,その分離する方法の比較,および反復計算の過程において,内部反復の収束判定が全体の収束特性に与える影響などを調べた。本研究課題は,モータに代表される電磁機器の効率等を改善することを目的とした形状最適化,およびそれに必要な電磁界数値解析の高速化に関するものである。特に,位相最適化に注目してそのアルゴリズムの改良を目指した。これまで,ON/OFF法を元にした位相最適化アルゴリズムを開発し,これにいくつかの改良を加えてきた。

ON/OFF法では,格子状のメッシュに材料のあり/なしの状態を表すビット情報を配置することで形状を表現する。そのために,表面形状が階段状になってしまう問題点がある。そこで,材料が半分存在する状態を追加し,2値ではなく,3値で材料配置を表現する手法を開発した。そして,この方法を永久磁石同期モータの回転子の磁性体形状を最適化する問題に適用し,モータが発生するトルクを最大化する最適化を行った。その結果,フラックスバリアと呼ばれる磁束を回転子の外に導く空隙構造が生成され,トルクが上昇することを確認できた。しかし,最適化した形状表面に凹凸が多くみられる欠点があったため,本年度はアルゴリズムを改良し,より形状表面が滑らかにすることに成功した。提案している最適計算アルゴリズムでは,形状を変化させながら解析を繰りかえす必要がある。その計算過程において,形状に加えた変化とそれによる評価値の変化を記憶して,その学習情報を用いて最適計算を高速化する手法を開発し,その成果を国際会議にて発表した。また,最適計算を高速化するため,デフレーション法と呼ばれる手法に着目し,これを非線形電磁界の有限要素解析に適用し解析時間を短縮できることを確認した。この成果も国際会議にて発表した。電磁界数値解析モータの特性を評価するために必要な電磁界解析には時間がかかることが多く,最適化計算を困難にしている。そのため,電磁界解析の高速化が重要になる。本研究では,デフレーション法とよばれる高速化手法を導入した。この手法を用いるためには固有ベクトルの計算が必要であるが,それにかかる計算コストが高い問題があった。そこで,簡易的な手法で疑似的な固有ベクトルを生成する手法を採用し,この手法が二次元格子メッシュを用いた磁場解析でも有効であることを確認し,磁気シールドの形状最適計算を高速化できることを確認した。開発してきた最適計算プログラムでモータの解析を行うために,近年普及が目覚ましい永久磁石同期モータを対象とした有限要素磁場解析プログラムの作成を行った。有限要素法ではメッシュ分割が必須であるが,モータのような複雑形状のメッシュ分割を自作プログラムで作成するにはかなりの労力を必要とするため,本研究では,市販ソフトを用いることとした。そして,生成されたメッシュ情報を元に,回転子の形状最適化を行うプログラムを作成した。ただし,回転子の移動に伴うメッシュの変形,境界条件の設定,磁性材材料の非線形磁気特性の取り扱いなどは一部未完成である。また市販ソフトで生成したメッシュは三角形メッシュであるのに対し,最適化プログラムは四角形メッシュを前提に作成してある。現状では両者をマッピングすることで結合することができたが,メッシュ同士の不適合により,最適計算で得られた形状に凹凸が多くみられる問題や,最適化計算の収束性が悪い問題が見つかった。駆動回路を含めたモータの形状最適化に必要な渦電流非線形過渡解析を高速化するために,本研究では,無限要素,TP-EEC法,デフレーション法の三つの新しい解析の高速化手法を導入する計画である。そのうち,本年度はデフレーション法に関して,その実用的な適用法に関する検討を行った。
超臨界金属における金属絶縁体転移のミューエスアール法による研究

超臨界金属における金属絶縁体転移のミューエスアール法による研究を実現するため、まずミューエスアール実験に適した高温・高圧試料環境の要素技術の開発に取り組んだ。高温発生に対してはジュール加熱による方法を検討したが、印加される大電流によって生じる磁場の影響が無視できないことが判明した。他の手法や解決策に関しての検討は、様々な事情により進展を見なかった。高圧発生に対しては各種アンビル材の評価をおこない、AN1800がミューエスアール用高圧セル材料として有望であることを見出した。実験施設のトラブルなどもあり、最終目標である超臨界金属のビーム実験には到達できなかった。高圧セルのデザインに関しては、ビームシミュレーションを用いてアンビル形状、ビームコリメーターからの寄与などの評価をおこない、設計方針の検討をおこなった。また、高圧セルの材料については、高温高圧環境であることからタングステン合金が適していると考えられるが、4種類の候補物質についてJ-PARC物質生命科学実験施設ミュオンビームラインにおいてミュオン照射実験をおこなった。その結果、バックグランドからのμSR信号をできる限り抑えるという点において、三菱マテリアル社製のAN1800がもっとも適していることを見出した。一方、高圧発生のための油圧ポンプおよび油圧制御システムの整備に関して、請負業者と検討を重ねて製作に取り掛かった。より安定度の高い高圧を発生させる目的で、油圧ポンプには日本精密科学社製のプランジャーポンプを採用することとした。しかし、製作途中、納入前の業者工場において東日本大震災による被災・損傷があり、年度内での組み立て、および高圧発生試験の実施が困難となった。そのため、相当分の予算を平成23年度に繰り越して制御システムの製作をおこなうこととした。制御システムの製作完了後、上述の油圧ポンプと組み合わせて目標とする圧力の発生が可能であることを確認した。本年度当初の計画では高温条件の達成を目標に掲げていた。しかし、震災後の復旧計画が明らかになるにつれ、高温実験に必須である冷却水等の施設インフラは復旧が比較的遅くなることが判明した。そこで圧力発生の改良を優先して実施することとした。前年度に製作した圧力制御システムの動作確認をおこなったところ、わずかながらポンプの吐出圧の変動によると思われる圧力の変動がみられた。より安定、かつ精度のよい圧力を発生するため油圧の脈動を打ち消すダンパーを取り付ける改造を施した。ビームシミュレーションに関しては、前年度、CERN研究所のGeant4をベースとしたG4Beamlineによっておこなっていたが、さらにシンチレーションカウンターで検出される崩壊陽電子の非対称度まで追跡してシミュレートできるPSI研究所のmusrSimを用いたシミュレーションをおこない、圧力セル設計の精度を高めた。当初の研究計画では高温高圧セルによる高温実現とデータ取得技術の開発に重点を置いた基礎的なビーム実験に臨む予定であったが、J-PARCの事故によってビーム実験は長期停止せざるをえなくなった。そのため、高圧条件の達成に目標を切り替えて、セルの基本的な設計に立ち返って試験・評価をすることにした。ジュール熱による高温生成の具体的な機構を実験セルに組み込みつつ、効率的な圧力発生および信号ノイズ比を最大とするような高温高圧セルを目指し、構造設計の検討を重ねた。次年度が研究計画最終年度であるため、次年度には基礎的なビーム実験が実施できるよう、高温高圧セルのモックアップを製作し、ミューエスアール検出器との組み合わせや、構造的な問題について検討を加えた。高温高圧という特殊条件、とくにアルカリ金属の高温高圧実験はひとつ間違えると火災という事故を引き起こしてしまう。J-PARC事故を契機とした安全に対する心構えに基づいて最大限の注意を払い、危険性の見落としがないか、予想外の動作が起きたときに危険な状況を誘発しないか、十分な安全性が担保されているか、といった点について、様々な角度から意見交換をおこない、設計に反映するようにした。また昨年度から引き続き検討を続けているデータ取得プログラムの外部条件によるヒストグラム振り分けについては、ほかの研究グループの開発成果を使わせてもらうことで、実現に目途をたてることができた。次年度の基礎的なビーム実験実現に向けた周辺装置からのデータ取り込みについて、整備を進めている。高圧実験装置の改良、検討を重ねる一方で、これまで検討の進んでいなかった高温の実現方法について基礎的な実験をおこなった。手法としては当初の計画通りセルを模擬したグラファイトの発熱体に電流を印加するジュール加熱の方法を採用した。また電流とミュオンビームの関係についてシミュレーションによる予測を行い、同じ研究グループ内で熱ミュオニウム生成のための高温実験をおこなっている班と実験手法についての情報交換をおこなった。その結果、ジュール熱による高温の生成方法では電流のつくる周辺磁場が無視できず、ミュオニウムほど敏感でないにしても、反磁性ミュオンでもやはり磁場の影響を受けてしまうことが判明した。この問題を根本的に解決するためには、熱ミュオニウム生成実験で採用しているジュール加熱のための電流をマイクロ秒の時間領域で遮断するような電源が必要となる。

電源製造メーカーとの打合せの結果、本研究課題の研究予算の範囲でそのような高度な機能を有する電源を調達することは困難であることが分かった。そこでパルス的な電流の印加についてはその手法を踏襲しつつ、秒の時間領域でイベントを選別し、電流の影響を受けたものと受けていないものとにヒストグラムを分割するという方法で実験を進めることとした。昨年度までの研究計画の進捗は、当初の予定と比べて著しい遅れが生じていた。最終年度の計画を立てるにあたり、初期の到達目標である圧力、温度の達成とビーム照射実験をすべて同時に実現するのは困難と判断し、そこで各実験技術の要素開発を重点的におこない、科研費の研究年度が終了したあとにおいても技術要素の組み合わせによる実験の遂行が容易になるようにという目標をたてた。具体的に、圧力、温度というJ-PARCの実験装置安全審査に深く関わることに関しては、安全審査を行う側との話しあいをスタートし、ビーム照射実験については、Geant4によるシミュレーションを行いつつ、実際のビーム照射によるS/N比を実測、検討することを目標とした。高運動量のミュオンビームを用いて実験を行う場合、超臨界点付近の密度が著しく変化する実験試料に照射したとしても、圧力・温度変化による体積変化が主にビーム軸方向のみの一軸的な変化であるならば原理的にはS/N比は変わらない。しかし現実の試料周辺はタングステンをはじめとして原子数の大きな元素を含む物質が取り囲んでおり、高運動量ミュオンの散乱によるS/N比の低下、またそのビーム運動量に対する依存性など、実際の試料、圧力セル、検出器の配置で確認しておく必要がある。そこでKEKミュオンで開発した汎用の半導体μSR検出器Kalliopeを、モックアップセルと組み合わせて試験を行う準備を進めた。J-PARCハドロン事故以降、MLFへのビーム再開は果たされたが、ビーム停止期間の遅れを取り戻すための期待は非常に高く、装置調整のためのビームタイムもままならない状況であった。とくにビーム割り当てのほとんどが表面ミュオンビームを使う低運動量ビームであり、パラサイトによる試験も難しかった。加えて1月初頭の電源火災事故により、年度内のミュオンビーム再開は望める状況でなくなり、結果として実際のビーム照射による試験は実施できなかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。ミュオン物理26年度が最終年度であるため、記入しない。東日本大震災のために圧力制御システムの完成が遅延し、試験工程全体に遅れが出ている。また施設の復旧作業のために、本課題のエフォートを削らざるを得なかった。さらに実験エリアの新規ビームライン建設が始まることとなり、実験ホールのレイアウト変更作業が進行しているため試験作業の場所の確保に苦慮するという事情もあった。