hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水の揺らぎと機能に関する研究

水のクラスター及び液体のダイナミックスの様相を実験の両面から解析することを目的とし、特にミクロレベルの揺らぎ、集団運動の様相を調べ、それらが化学反応のダイナミックスに及ぼす影響を解析し、基本構造の運動を取り出すかために大域的ポテンシャルエネルギー面また長時間域ダイナミックスの特徴を抽出する理論的方法の開発を行った。また非線形フェムト秒分光法を用いた、これらのミクロレベルの運動、揺らぎの観測が可能性を調べその限界と新しい実験法、また観測すべき物理量を明らかにした。さらに「水が低温になると、広いPhase-Spaceの中からどのように結晶氷を選びだし収束していくか」の氷化に関する研究を行った。また水、氷、生体高分子中でのプロトン移動の分子論的機構を明らかにする共同研究を行った。具体的には;(1)溶液、特にミクロレベルの揺らぎ、集団運動の様相を調べるための高次5次非線形分光スペクトルに関する理論を完成させ、さらにシミュレーションを行い、カルフォルニア大学バークレー校Flemingグループと協力して実験の解析を進めた。(2)水液体及びクラスターの氷化過程をを解析刷るために、系の大域的ポテンシャル・エネルギー面の構造を解析さらに、シミュレーションを用いた水の氷化に初めて成功した。さらにそれを大きな系でしらべており、氷化の分子機構が明らかになると期待できる段階まできた。また小さな水分子クラスターの氷化、融解、それにともなう揺らぎも調べた。(3)生体高分子に於ける水の役割とプロトン移動の機構について解析した。特にバクテリオロドプシンに於けるプロトンポンプ機構の初期段階を明らかにした。水のダイナミックスの様相を理論、実験の両面から解析を行った。(1)水のミクロレベルの揺らぎ、集団運動の様相を調べるための高次(3次、5次)非線形分光スペクトルに関する理論を作り実験との比較を行っている。即ち、水の中の水素結合構造の変化に伴う集団運動や揺らぎがかの直接観測を非線形フェムト秒分光を用いて実験的に検証し、特にスペクトル線の均一的拡がりと不均一的拡がりとの関係の解析を進めている。(2)水液体及びクラスターのダイナミックス及び水の氷化過程を明かにするために、系の大域的ポテンシャル・エネルギー面の構造を解析できる方法論を開発した。其れを用いて小さな水分子クラスターの氷化、融解、それにともなう揺らぎを調べた。(1)に関しては、大峰と斎藤が平成10年度夏にカルフォルニア大学バークレー校に滞在しFleming教授と研究打合せを行い、その理論及び計算プログラムを完成させた。平成11年3月に斎藤が3週間バークレーに滞在し計算を進め、先方との実験との比較を行っている。(2)松本正和が平成10年度夏に米国に滞在し研究を進めた。またシカゴ大学のBerry教授が12月に来日し、内容の詳細な検討を行なった。大域的ポテンシャルエネルギー面また長時間域ダイナミックスの特徴を抽出する理論的方法の開発を進めている。さらに水の氷化に関する共同研究もすめている。また平成10年度夏に大峰、斎藤、松本がボストン大学でStanley教授と水のポテンシャルエネルギー面の大域的性質と水のアモルファス化と氷化のダイナミックスの関係について解析を行った。さらに平成11年3月小林、林がカルフォルニア大学とシカゴ大学に行き水分子のプロトン付着やプロトン移動ダイナミックスの研究の打合せを行っている。特に、水のダイナミックスの特性が溶媒として化学反応系のダイナミックスに如何なる影響を及ぼすがについて溶液内のプロトン移動及び電子移動を調べた。昨年につづき水のダイナミックスの様相を理論、実験の両面から解析を行った。(1)溶液、特にミクロレベルの揺らぎ、集団運動の様相を調べるための高次5次非線形分光スペクトルに関する理論を完成させ、さらにシミュレーションを行い、カルフォルニア大学バークレー校Flemingグループと協力して実験の解析を進めている。

(2)水溶体及びクラスターの氷化過程を解析するために、系の大域的ポテンシャル・エネルギー面の構造を解析さらに、シミュレーションを用いた水の氷化に初めて成功した。さらにそれを大きな系で調べており、氷化の分子機構が明らかになると期待できる段階まできた。(3)生体高分子に於ける水の役割とプロトン移動の機構について解析した。特にバクテリオロドプシンに於けるプロトンポンプ機構の初期段階を明らかにした。(1)に関しては、Fleming教授と電子メールまた奈良で研究打合せを行い、その理論計算を完成させ、現在Flemingグループの実験の解析を進めている。(2)大峰が平成11年度夏にボストン大学のスタンレー教授の基に滞在し研究を進めた。またシカゴ大学のBerry教授が平成12年1月に来日し、内容の詳細な検討を行った。また平静11年度夏に大峰、斎藤、松本がBerry教授が主催するコロラド州テルライドに於けるワークショップに参加し12週間集中的に水のポテンシャルエネルギー面の大域的性質とダイナミックスの関係について解析を集中的に行った。(3)さらに平成12年2月大峰がカルフォルニア大学サンヂエゴ校に行きOnuchic教授のグループと生体高分子内のプロトン移動ダイナミックスの研究の打合せを行い、光合成中心に於けるプロトン移動及び電子移動の関係についても検討した。
植民地統治と朝鮮衡平運動――治安維持法と「衡平青年前衛同盟事件」

本研究の目的は、「日本統治下朝鮮における衡平運動に関する歴史的研究」(2015年度2017年度、基盤研究C、研究代表者石橋武)(以下、前科研)を継続・深化することである。前科研において新たに発見された「朝鮮衡平青年前衛同盟事件関連資料」(韓国の国史編纂委員会および国家記録院所蔵)の検討を軸に、さらに関連史料の発掘に努めることで、植民地朝鮮における被差別民「白丁」(ペクチョン)の活動と日本による植民地統治の特質を明らかにすることを目的とする。「朝鮮衡平青年前衛同盟事件」とは、1933年光州において衡平社員を中心とした「共産主義運動」による光州警察署の治安維持法違反事件をいう。植民地下における治安維持法運用の研究はそれほど多くはない。植民地の治安機構は日本のそれとは別の独自の機構として存在しており、その具体的な運用を明らかにすることも期待される。前科研に引き続き、研究協力者と一体になって研究会を継続し、補助期間の1年目である2018年度は、第5回朝鮮衡平運動史研究会【日韓研究会】を開催した。日時は、2018年11月17日(土)、18日(日)。会場は大阪市内、HRCビル10階特別会議室。報告は、水野直樹(京都大学名誉教授)、割石忠典(芸備近現代史研究会会長)「続・朝鮮衡平運動史研究発展のためにー全羅南道及び慶尚南道での踏査ー」、チェ・ボミン(成均館大学東アジア歴史研究所研究員)「1925年の醴泉事件と社会主義運動勢力の認識」、廣岡浄進(大阪市立大学人権問題研究センター准教授)「醴泉事件と植民地統治」、吉田文茂「「衡平青年前衛同盟事件」史料から見えるもの」、小川原宏幸(同志社大学グローバル地域文化学部准教授)「三・一独立運動と朝鮮の社会的排除」。ただし、チェ、小川原の両氏はゲスト報告。崔、吉田の2報告が論文化されて部落解放・人権研究所紀要『部落解放研究』で発表された。1年目は「朝鮮衡平青年前衛同盟事件関連資料」の翻刻作業を研究協力者とともに進めながら分析検討するとともに、現地調査、韓国での学術交流をおこなった。逮捕された活動家の供述などの調書や証拠資料のほか、公判での関係者の陳述書などには、かれら白丁青年たちの生い立ちや家庭環境、生業や衡平運動に身を投じた経緯、運動の具体的内容などが詳細に語られており、治安維持法弾圧にかかわる史料批判を経た上で史料価値が極めて高いことが、翻刻を通じて、あらためて確認された。成果の一端は後掲の吉田報告を参照のこと。翻刻の抄録を含めて、『続朝鮮衡平運動史料集』(仮称)を刊行するため史料調査等で収集した史料(日本語、ハングル)の翻刻・翻訳作業を手分けして行った。なお、現時点で二冊目の史料集は約730頁になる予定である。2018年6月27日から7月2日まで、大韓民国全羅南道及び慶尚南道で朝鮮衡平運動に関する踏査を、研究協力者とともに実施した。なお、踏査の詳細は紀要『部落解放研究』第209号に掲載した。2年目には、翻刻作業の成果をまとめ、史料集刊行をめざして編集を進めると同時に、個別研究を分担し、論集編纂の準備とする。また、5月末から6月初頭にかけて、韓国慶尚北道の大邱、醴泉などでの踏査を計画している。8月上旬には韓国から研究者を招いて第6回朝鮮衡平運動史研究会を開催し、その成果をもとに紀要『部落解放研究』の特集を準備する。3年目には、本研究の成果をまとめた論集の刊行をめざし、個別論文を作成する。研究会を随時開催するとともに、韓国側の研究協力者を日本に招待して公開シンポジウムの実現を予定している。報告は、水野直樹(京都大学名誉教授)、割石忠典(芸備近現代史研究会会長)「続・朝鮮衡平運動史研究発展のため

にー全羅南道及び慶尚南道での踏査ー」、チェ・ボミン(成均館大学東アジア歴史研究所研究員)「1925年の醴泉事件と社会主義運動勢力の認識」、廣岡浄進(大阪市立大学人権問題研究センター准教授)「醴泉事件と植民地統治」、吉田文茂「「衡平青年前衛同盟事件」史料から見えるもの」、小川原宏幸(同志社大学グローバル地域文化学部准教授)「三・一独立運動と朝鮮の社会的排除」。ただし、チェ、小川原の両氏はゲスト報告。崔、吉田の2報告が論文化されて部落解放・人権研究所紀要『部落解放研究』で発表された。1年目は「朝鮮衡平青年前衛同盟事件関連資料」の翻刻作業を研究協力者とともに進めながら分析検討するとともに、現地調査、韓国での学術交流をおこなった。逮捕された活動家の供述などの調書や証拠資料のほか、公判での関係者の陳述書などには、かれら白丁青年たちの生い立ちや家庭環境、生業や衡平運動に身を投じた経緯、運動の具体的内容などが詳細に語られており、治安維持法弾圧にかかわる史料批判を経た上で史料価値が極めて高いことが、翻刻を通じて、あらためて確認された。成果の一端は後掲の吉田報告を参照のこと。翻刻の抄録を含めて、『続朝鮮衡平運動史料集』(仮称)を刊行するため史料調査等で収集した史料(日本語、ハングル)の翻刻・翻訳作業を手分けして行った。なお、現時点で二冊目の史料集は約730頁になる予定である。2018年6月27日から7月2日まで、大韓民国全羅南道及び慶尚南道で朝鮮衡平運動に関する踏査を、研究協力者とともに実施した。なお、踏査の詳細は紀要『部落解放研究』第209号に掲載した。2年目には、翻刻作業の成果をまとめ、史料集刊行をめざして編集を進めると同時に、個別研究を分担し、論集編纂の準備とする。また、5月末から6月初頭にかけて、韓国慶尚北道の大邱、醴泉などでの踏査を計画している。8月上旬には韓国から研究者を招いて第6回朝鮮衡平運動史研究会を開催し、その成果をもとに紀要『部落解放研究』の特集を準備する。3年目には、本研究の成果をまとめた論集の刊行をめざし、個別論文を作成する。研究会を随時開催するとともに、韓国側の研究協力者を日本に招待して公開シンポジウムの実現を予定している。残金(次年度使用額)は少額(90円)であり、次年度以降の予算として執行する。
ブランド・コミュニティにおけるメンバーの分類基準の確立とグループ間の比較研究

本研究の目的は、特定ブランドを好む人々の集団、ブランド・コミュニティに参加するメンバーの多様性を考慮し、彼/彼女らをいくつかのグループに分類することである。また、分類した後、各グループに対しいかなるマーケティング施策を行っていけばより効果的なブランド・コミュニティの管理ができるかを検討する。平成30年度においては、主に先行研究のレビューおよび分類軸の検討を行った。その結果、ブランド研究やブランド・コミュニティ研究を網羅的に検討した論文を作成・刊行、関連学会での報告を行った。先行研究のレビューでは、ブランド・コミュニティでメンバーが構築・維持している関係性は2つ(メンバーとブランドとの関係性、メンバー同士の関係性)存在することを指摘し、そのどちらもをメンバーが重要視していることを指摘した。そのなかで、メンバーがブランドやコミュニティとどの程度一体感を得られているかを示す「同一化」という概念に注目すべきであることを発見した。さらに、研究者自らが実際のコミュニティに入り込み、そこで収集したデータを内容分析にかけ、コミュニティで交わされる話題の検討なども行った。この結果、ブランド・コミュニティにおいてはメンバーがブランドとの一体感を得るよりも、コミュニティとの一体感を得るほうがより重要であることを導き出した。また、ブランド・コミュニティ参加者を対象としてアンケート調査を実施し、先行研究でのレビューから導出された分類軸を参考に分析を行った。そこで検討した事項については次年度の学会報告・論文発表に向けて研究を進めている。平成30年度に実施したレビュー並びにアンケート調査の分析は順調に進んでおり、平成31年度の学会報告も決まっている等、おおむね順調に進んでいると判断する。5月に行う学会報告で気がついた点を分析・解釈に反映させ、研究の質を高めていく。また、論文の執筆についても順調に進んでいるため、投稿に向けて準備したい。一方で、メンバーの分類後のマーケティング施策の検討についてはまだ十分に検討できていないため、この点についても同時に進めていきたい。
新規自家不和合性遺伝子のゲノム編集によるばれいしょ育種法の革新

新規自家不和合性関連因子2H12のばれいしょオルソログ(St2H12)のゲノム編集により、自家和合性化した二倍体ばれいしょ個体を取得する。その自殖後代から、CRISPR/Cas9発現カセットを持たずSt2h12の破壊された、開放系で栽培可能で自家和合性のnull-segragantを取得する。
北海道移住漁民の文化人類学的研究-沙流郡門別町に関する泉・蒲生らの戦後調査をふまえて-

泉・蒲生らは、昭和25年に門別村の富浜、門別、賀張地区の漁業世帯の調査を行い、「北海道移住漁民の人類学的研究(一)-沙流郡門別村における漁村の成立とその生活-」において次のような結果を発表している。(1)漁民人口の50%がすでに三世によって占められている。(2)夫婦の出身県は青森、秋田、岩手、宮城、新潟、富山、石川、福井、三重、兵庫、広島、山口の12県に及び、父母の出身県が同一である夫婦が49.6%、夫婦の出身県が同一である者は17.5%である。(3)「世帯主夫婦とその子」の割合は83%、「その他の直系親族」は12%、「傍系親族」5%であるなどが報告されている。平成7年度の調査では漁村部に限らず、門別町の大部分を占める農村部にも及んだ。漁村部への和人の移住は、内陸部の農村よりも早い。それとの関連で、(1)の漁村部は昭和25年現在で三世であったが、農村部では平成現在で三世代目・四世代目に当たっている。(2)の漁村部は歴史が長く、12県に及ぶ移住者の血縁的混交が繰り返され、東北文化に彩られた函館地方との船による交易が行われる中で、文化の画一化が一層進展している。それに対して、農村部へは明治30年代に越中団体や越後団体は豊郷へ、石川団体は清畠へ、兵庫県淡路島出身者は庫富や幾千世へ多く入地し、移住当初は住み分ける傾向がみられる。農村部における先祖が共通する母村内婚率は、明治末期から大正生まれの移住二世代目の結婚期である戦前までは同県人同士が多い。産業構造の変化にもよるが、(3)との比較において、平成7年度の地域全体の家族形態は、単身世帯が35.6%、夫婦家族が22.5%、夫婦と未婚子が35.6%、直系家族が6%、複合家族が0.1%である。単身世帯は富川や本町などの市街地や牧夫を雇って軽種馬を営む平賀、福満、旭町、豊郷などに多い。夫婦家族は酪農、農業、漁業を営んでいる地域に多い。以上から、内陸農村部においては母村の生活文化は、戦後の昭和30年代まで家ごとに母村の習俗が受け継がれている。例えば、年中行事においては正月のオトシサン、雑煮の形態、七草の叩き菜、農業の予祝行事である地祭り、小正月の小豆粥、善哉などがみられる。更に、民間信仰では四国や淡路地方にみられる地神信仰が顕著であり、春秋の社日に五角形の石に刻んだ地神塔を祀っている。
漸近理論に基づく潜在変数推定精度の近似計算法

情報科学の分野ではデータ構造を調べることが重要な課題のひとつである。データ分析で用いられる階層モデルは観測変数と潜在変数の2つの変数を有する。本研究は潜在変数の推定に着目した。潜在変数の真値は与えられないため、推定精度を評価する方法は十分に研究されていない。我々は与えられたデータから潜在変数推定精度を計算し最適なモデル構造を発見する新たな方法を提案した。変数が過不足なく定義されている場合に提案手法が精度を近似できることを示した。変数に冗長性が生じている場合は付加的な情報が必要であることもわかった。潜在変数の一部が観測可能である場合について推定精度の導出を行い、提案手法拡張のための基礎を築いた。潜在変数推定の漸近理論の結果を用いて、推定誤差をデータから近似計算するためのアルゴリズムを考案した。真の分布に比べ冗長性が生じている場合には近似計算の結果がデータの統計的な揺らぎに大きく影響され、安定した値を得ることが難しいことが分かった。そこで潜在変数の一部が観測可能な「半教師あり学習」の設定における漸近的誤差を導出し、その結果から近似計算を行う方法を考案した。モデルが有するクラスターの数が5つで実際のクラスター数が3つの場合では、良好なクラスタリング結果となることが実験的に確認できた。さらに観測可能なクラスターラベルの分布が推定対象のラベル分布と異なる場合を考慮した。これはラベルのサンプリングにバイアスがかかる実用的な場面を想定したものである。バイアスが存在する場合としない場合で誤差がどの程度変化するか、またそれを修正するための手法に正当性があるかを漸近理論の立場から考察した。その結果、ラベル分布のバイアスは推定誤差を悪化させ、特にモデルの混合比パラメータの変化が大きいときにその影響が顕著であることがわかった。このことからバイアス修正の手法に正当性があることが示された。現状の半教師あり学習の設定では、推定誤差の漸近理論としての考察とクラスタリング実験による確認であるため、誤差値の近似計算に関する計算機実験は行っていない。今後は実際に誤差値の近似計算法を実装しその挙動について調べることにより、観測可能ラベルが近似計算に与える影響を詳細に調べる計画である。並列計算が可能な計算機を購入し、潜在変数推定の精度の計算を行った。予備研究で得られた理論値と計算機実験での値が概ね一致していることを確認した。実験に用いたモデルは混合正規分布である。コンポーネントの距離が近い場合にはクラス間の類似度が高いため、実験値は不安定になる。この場合は理論値に含まれるフィッシャー情報行列の逆数も発散に近い振る舞いをみせ、理論値と実験値双方で値が大きくぶれるため、対策が必要である。計訓練データ数を増加させることで理論値と実験値の比較が可能であるが、どの程度まで増やせばよいか、など新たな課題がみつかった。また、データの一部の潜在変数が観測可能な場合(半教師あり学習)において、理論値を導出した。半教師あり学習は潜在変数の値が人手を用いて入手可能な場合に、それを利用する実用的な学習設定である。理論値は教師なし学習の場合と同様に、最尤法とベイズ法では主要項の係数が異なることがわかった。また、幾つかの仮定は必要であるが、多くの場合でベイズ法の推定誤差が最尤法のそれよりも小さいことが証明された。ベイズ法を用いた潜在変数推定はマルコフ連鎖モンテカルロ法(MCMC法)を行う必要があり、実データ解析では計算量が多いことからあまり利用されていない。しかしながら理論的にその有用が証明されたので、実際にMCMC法を用いてクラスタリング結果の性質を実験的に検証した。変数に冗長性がない場合はサンプリング結果が安定していることが確認できた。潜在変数の推定誤差をデータから近似する方法を提案した。統計モデルの潜在変数が情報源に対して冗長性を持たない場合は、誤差関数の漸近形は情報源を表すパラメータ(真のパラメータ)に依存する。最尤推定量や変分ベイズ法による推定量を真のパラメータの近似値とすることで、誤差関数の近似が計算可能となった。また、情報源に比べモデルが冗長な場合は誤差関数の漸近形が双有理不変量に依存する。変分ベイズ法の自由エネルギーとベイズ自由エネルギーを組み合わせることにより、この不変量が表現可能であることを示した。両エネルギー値はデータから求めることができるため、誤差関数を計算可能である。混合二項分布の場合に、生成したデータから両エネルギー値を用いることで誤差関数を数値計算した。

理論値と比較するとエネルギー値の計算誤差が大きく影響することが分かり、誤差関数の正確な値を知るには何らかの形で潜在変数に関する情報を得て、冗長性を排除することが重要であることがわかった。この問題に対し本研究では2つのアプローチで解決法を提案した。一つ目はベイズ法による潜在変数推定アルゴリズムの数理的な性質によるものである。アルゴリズムの評価関数を解析することにより、推定過程においてアルゴリズムそのものが冗長性を消去する強い作用を持つことを理論的に示した。二つ目は推定に関わる条件を緩和し、冗長性を排除できる場合について誤差の計算を目指すものである。その例として、半教師あり学習の推定誤差を解析した。観測された潜在変数より、その値域や次元がわかるため冗長性を消去することができる。誤差の漸近形を導出し、教師無し学習の場合と同様にフィッシャー情報行列で表現されることを示した。これにより最尤推定量などを真のパラメータの近似として誤差関数を計算することが可能となった。統計的機械学習潜在変数推定に関する漸近理論を構築し、それを基に誤差値をデータから近似計算する手法を提案した。真の分布に比べモデルに冗長性がない場合とある場合、それぞれにおいて計算法を考案しクラスター分析の課題において実験的な評価を行った。冗長性がない場合は誤差の漸近形が2つのフィッシャー情報行列の積のトレースで表現される。一方、冗長性がある場合には、2つの異なるゼータ関数の極で表現される。ゼータ関数の極の数値計算はベイズ事後分布を正確に求める必要があり計算量が大きくなる。そこで事後分布の近似アルゴリズムである変分ベイズ法を利用して極の計算を代用する手法を考案した。またその実験的評価を混合ベルヌーイ分布で行った。実用的なデータを用いた評価を残し、当初の計画で挙げた研究課題はほとんど遂行している。しかしながら変分ベイズ法のアルゴリズムがデータの統計的ゆらぎに強く影響を受けるため、数値計算の結果が安定しないという問題が明らかになった。そこで、潜在変数の一部が観測可能である「半教師あり学習」における近似計算を考察した。これは観測可能な潜在変数によって、変分ベイズ法の安定化を期待するものである。現段階では半教師あり学習における潜在変数推定誤差の漸近形を導出し、その結果から近似計算のためのアルゴリズムを構築中である。計算機による検証は計画通り進んでいる。また当初の計画になかった半教師ありデータにおける理論値の導出に成功した。それについて国内外の研究会で成果を報告できた。半教師あり学習の状況下での潜在変数推定は、まだ漸近理論が整備されておらず、理論の展開を行いながら誤差計算のためのアルゴリズムを構築している。漸近理論の展開として、通常の半教師あり学習の状況のみならず、観測可能な潜在変数値の分布が推定対象のものと異なる状況に拡張することに成功し、より実践的な状況に対応している。今後はこうした理論結果に基づき誤差値の近似計算法を本格的に考察し実装することで、その実用性、有効性の実験的な検証を行っていく計画である。半教師あり学習の検証や、理論値と実験値の安定的な比較ができるための訓練データ数の考察など新たな課題が見つかったので、それを含めて研究を続ける。
四万十帯における海嶺沈み込みと白亜紀末〜古第三紀テクトニクスに関する研究

平成11年度平成13年度に「四万十帯における海嶺沈み込みと白亜紀末古第三紀テクトニクスに関する研究」を進めた結果,以下の成果が明らかとなってきた.1.南西諸島の奄美大島から九州・四国・紀伊半島・赤石山脈の四万十帯,および北海道の日高帯にかけては,白亜紀末古第三紀にかけての古日本列島弧に沿った海嶺の沈み込みを示唆する「現地性玄武岩類」が報告されている.上記地域の間隙となる志摩半島南部の四万十帯の調査を実施したところ,現地性玄武岩類の産状は見られず,この地域では海嶺沈み込みが起こっていなかった可能性が高い.トランスフォーム断層による海嶺の不連続,などの可能性が推定される.2.白亜紀末古第三紀にかけての放散虫化石による生層序学的年代区分の制度を高めるために,北海道の白糠丘陵に分布する根室層群から試料を採集して,検討中である.試料の処理方法として,「ボロン法」を固結岩からの放散虫化石の分離方法として適用したところ,非常に有効であることが確認できた.3.放散虫化石の走査型電子顕微鏡写真・透過型顕微鏡写真の画像の電子ファイル化を進めている.データベース化して公開を準備中である.4.化石放散虫研究の一環として,現生放散虫の調査を開始した.紀伊水道において定点を定めて,放散虫の季節変動を調査中で,放散虫の季節変化の結果がまとまりつつある.5.研究期間中の2000年9月14日から24日アメリカ合衆国カリフォルニア州ブレスデン市において開催された第9回国際放散虫会議において本研究でそれまでに得られた成果を発表し,関係分野の研究者と議論を行った.ニュージーランドの後期白亜紀から古第三紀までの放散虫化石について研究した,C.J. Hollisと討論することによって,北半球地域と南半球地域での放散虫化石の対比について検討可能であることがわかった.平成11年度平成13年度に「四万十帯における海嶺沈み込みと白亜紀末古第三紀テクトニクスに関する研究」を進めた結果,以下の成果が明らかとなってきた.1.南西諸島の奄美大島から九州・四国・紀伊半島・赤石山脈の四万十帯,および北海道の日高帯にかけては,白亜紀末古第三紀にかけての古日本列島弧に沿った海嶺の沈み込みを示唆する「現地性玄武岩類」が報告されている.上記地域の間隙となる志摩半島南部の四万十帯の調査を実施したところ,現地性玄武岩類の産状は見られず,この地域では海嶺沈み込みが起こっていなかった可能性が高い.トランスフォーム断層による海嶺の不連続,などの可能性が推定される.2.白亜紀末古第三紀にかけての放散虫化石による生層序学的年代区分の制度を高めるために,北海道の白糠丘陵に分布する根室層群から試料を採集して,検討中である.試料の処理方法として,「ボロン法」を固結岩からの放散虫化石の分離方法として適用したところ,非常に有効であることが確認できた.3.放散虫化石の走査型電子顕微鏡写真・透過型顕微鏡写真の画像の電子ファイル化を進めている.データベース化して公開を準備中である.4.化石放散虫研究の一環として,現生放散虫の調査を開始した.紀伊水道において定点を定めて,放散虫の季節変動を調査中で,放散虫の季節変化の結果がまとまりつつある.5.研究期間中の2000年9月14日から24日アメリカ合衆国カリフォルニア州ブレスデン市において開催された第9回国際放散虫会議において本研究でそれまでに得られた成果を発表し,関係分野の研究者と議論を行った.ニュージーランドの後期白亜紀から古第三紀までの放散虫化石について研究した,C.J. Hollisと討論することによって,北半球地域と南半球地域での放散虫化石の対比について検討可能であることがわかった.3年計画の初年度として,研究課題である「四万十帯における海嶺沈み込みと白亜紀末古代三紀テクトニクス」を明らかにしていくために,これまでに申請者が行ってきた研究のまとめと,今回申請した研究計画に沿って研究を進めるために以下のことを,本年度は行った.・これまでに奄美大島の名瀬層中に含まれる玄武岩質緑色岩の産状と,周囲の陸源成の泥質岩との関係を,泥質岩の化学組成の変化から考察を加え,玄武岩の活動が陸源成の泥質岩の堆積場で生じたものであるとの結論を導いた.・「海嶺沈み込み」の年代を正確に特定するための基礎的資料とするために,後期白亜系から古第三系までの連続層序を持つ北海道の根室層群において放散虫化石群集の時代的変化を検討する目的で,北海道浦幌町に分布する根室層群のモカワルップセクションにおいて分析用試料の採集を行った.同層群の泥岩・シルト質泥岩はほぼ同時代の他の日本各地の泥質岩と比べると軟質で,通常用いられるフッ酸法では放散虫殻の抽出が困難であった.そのため,有孔虫化石の抽出などで使われることのある,「ボロン法」により抽出を試みたところ,非常に有効な放散虫化石抽出法であることが判明した.現在,同法と従来からのフッ酸法を併用しながら,放散虫化石の分析を進めている.

・これまでに「海嶺沈み込み」を示唆すると考えられる「現地性緑色岩」が分布する地層のうち,最も古い年代を示す奄美大島の名瀬層よりも,より古い時代の検討を行うために沖縄本島名護市周辺の名護層の予察的な検討を行った.併せて,現生放散虫の研究手法を収得することを兼ねて,琉球大学瀬底臨海実験所において,現生放散虫の採集・観察を行った.・本年度に計画していた紀伊半島東部・伊勢志摩地域の四万十帯についての野外調査については日程の都合上行えなかった.2年次の重要課題としたい.3年計画の2年目として,研究課題である「四万十帯のおける海嶺沈み込みと白亜紀末古代三紀テクトニクス」を明らかにしていくために,今回申請した研究計画に沿って研究を進めるために以下のことを,本年度は行った.・「海嶺沈み込み」の年代を正確に特定するための基礎的資料とするために,後期白亜系から古第三系までの連続層序を持つ北海道の根室層群において放散虫化石群集の時代的変化を検討する目的で,昨年度に採集した北海道浦幌町に分布する根室層群のモカワルップセクションの分析用試料について,引き続き放散虫化石の分析を進めている.・紀伊半島東部・伊勢志摩地域の四万十帯についての野外調査を行ったが,当該地域においては「現地性」と考えられる緑色岩は見いだせなかった.予察的ではあるが,トランスフォーム断層による海嶺のセグメント化によって海嶺そのものが通過しなかった可能性が考えられる.・本年度に計画していた関東山地南部の四万十帯についての野外調査については日程の都合上行えなかった.3年次の重要課題としたい.・化石放散虫の研究との比較研究のために,現生放散虫の分布・季節変動を調べるために,紀伊水道において,プランクトンネットによる放散虫試料のサンプリングを行った.平成11年度平成13年度に「四万十帯における海嶺沈み込みと白亜紀末古第三紀テクトニクスに関する研究」を進めた結果,以下の成果が明らかとなってきた.1.南西諸島の奄美大島から九州・四国・紀伊半島・赤石山脈の四万十帯,および北海道の日高帯にかけては,白亜紀末古第三紀にかけての古日本列島弧に沿った海嶺の沈み込みを示唆する「現地性玄武岩類」が報告されている.上記地域の間隙となる志摩半島南部の四万十帯の調査を実施したところ,現地性玄武岩類の産状は見られず,この地域では海嶺沈み込みが起こっていなかった可能性が高い.トランスフォーム断層による海嶺の不連続,などの可能性が推定される.2.白亜紀末古第三紀にかけての放散虫化石による生層序学的年代区分の制度を高めるために,北海道の白糠丘陵に分布する根室層群から試料を採集して,検討中である.試料の処理方法として,「ボロン法」を固結岩からの放散虫化石の分離方法として適用したところ,非常に有効であることが確認できた.3.放散虫化石の走査型電子顕微鏡写真・透過型顕微鏡写真の画像の電子ファイル化を進めている.データベース化して公開を準備中である.4.化石放散虫研究の一環として,現生放散虫の調査を開始した.紀伊水道において定点を定めて,放散虫の季節変動を調査中で,放散虫の季節変化の結果がまとまりつつある.5.研究期間中の2000年9月14日から24日アメリカ合衆国カリフォルニア州ブレスデン市において開催された第9回国際放散虫会議において本研究でそれまでに得られた成果を発表し,関係分野の研究者と議論を行った.ニュージーランドの後期白亜紀から古第三紀までの放散虫化石について研究した,C.J.Hollisと討論することによって,北半球地域と南半球地域での放散虫化石の対比について検討可能であることがわかった.
Co_2気体と非鉄金属を原料とした燃焼合成反応に関する研究

原料元素間の超高温直接反応であることを利用し、単一構造中に複数の結合様式を均一に有する新化合物群(岩塩構造型Metal-C-N-O系など)の合成を行うことである。単一の構造中に共有結合性、金属結合性、イオン結合性など示す複数の結合様式と格子欠陥などを均一に有する新化合物群の合成を行った。通常単一構造を有する無機化合物の場合、複数の結合様式が共存する形は取りにくい。しかし、固体-気体の固体燃焼反応の場合、異なる結合様式を共存した形の新無機化合物を容易に合成することが出来ることを筆者らは明らかにした。本年度では、二酸化炭素がいくつかの金属単体と超高温発熱反応、いわゆる固体燃焼反応を起こした結果、二酸化炭素と金属単体の燃焼生成物は、主に酸化物と炭化物の固溶体であった。チタンとの反応の場合一酸化チタンと炭化チタンが同時に生成することを確認できた。その他ニオブなどの金属単体との反応生成物の性質を調べ、生成物中に固定されている二酸化炭素のC/O比や単位金属体積当たりの固定量を詳しく研究し、各金属のその気体に対する分解・固定能を評価した。炭酸ガスと反応することを既に確かめたチタン及びニオブを中心に光高温計や熱電対により燃焼最高温度を測定し、燃焼合成に関する基礎パラメーターを集めて分析した。チタンと炭酸ガスの燃焼反応を制御するため反応の希釈剤として炭化チタン等の炭化物を添加し、また、ニオブと炭酸ガスの燃焼反応を制御するために炭化ニオブを希釈材として添加して、反応温度と反応率或いは金属-炭酸ガスの反応式の関係についても検討した。これらの実験により燃焼形態が、スピンモード、振動モード、定常モードの3形態をとることが分かり、燃焼波伝播挙動の画像解析より、燃焼形態と反応率・温度及び炭素・酸素の固定率との関係も調べた。本研究の目的は、原料元素間の超高温直接反応であることを利用し、単一構造中に複数の結合様式を均一に有する新化合物群(岩塩構造型Metal-C-N-O系など)の合成を行うことである。単一の構造中に共有結合性、金属結合性、イオン結合性など示す複数の結合様式と格子欠陥などを均一に有する新化合物群の合成を行う。本年度は、二酸化炭素がいくつかの金属単体と超高温発熱反応、いわゆる固体燃焼反応を起こすという事実から、まず熱力学データベースを利用して、反応におけるギブスの自由エネルギーが負になる(つまり反応が、起こり得る)系の検索を行い、周期表上の比較的安価な金属に関して、反応を実験で確かめた。二酸化炭素と金属単体の燃焼生成物は、主に酸化物と炭化物が予想される。研究の結果、チタンとの反応の場合、炭酸化チタンが生成することを確認できた。いくつかの金属単体との反応生成物の性質を調べ、生成物中に固定されている二酸化炭素のC/O比や単位金属体積当たりの固定量を詳しく研究した。炭酸ガスと反応することを既に確かめたチタンを中心に現有の光高温計(二色放射温度計)や熱電対により燃焼最高温度を測定、購入予定のコンピュータ連動型高速度電圧記録計(パソコンを含む)により燃焼合成に関する基礎パラメーターを集めて分析した。チタンと炭酸ガスの燃焼反応を制御するため反応の希釈剤として炭化チタン等の炭化物を添加し、反応温度と反応率或いはチタン-炭酸ガスの反応式の関係についても検討した。実験の結果、燃焼形態が、スピンモード、振動モード、定常モードの3形態をとることが分り、燃焼波伝播挙動の画像解析より、燃焼形態と反応率・温度及び炭素・酸素の固定率との関係も調べた。
ドーソナイト形成・保存条件の解明：ＣＯ２地中貯留の高精度安全性評価と過去環境解読

予察的に進めていたドーソナイトの合成実験において,そのほとんどの条件でドーソナイトの生成が確認されず実験の進展という観点からは十分な進展が得られなかった.しかし,実地調査と合成実験の結果から,ドーソナイトは炭酸水素塩泉のような流体によってもたらされた可能性が示唆された.CO2貯留層内で上記のような条件が達成されるのは,注入されたCO2が岩石との反応しながら帯水層内に広まっていく先端部(リアクションフロント)であると考えられる.長期にわたってドーソナイトが貯留層内で保存されるかという点については今後さらなる検討が必要である.平成26年度は,CO2の地中貯留というテーマに加え,一連の研究で蓄積してきた水-岩石反応実験のノウハウを“海底鉱物資源の製錬"へと応用し,一定の成果を得ることができた.レアアースに富む海底堆積物(レアアース泥)の製錬に希酸を用いた化学リーチングを適用し,1.塩酸や硫酸などの酸溶液,2.レアアースを抽出するのに最低限度の酸濃度,3. 5分程度の反応時間,4.常温領域,という条件下でレアアースの大部分が回収可能であることを示した.さらに,酸溶液として硫酸を用いた場合には,カルシウム硫酸塩とレアアースの共沈およびレアアース-ナトリウム硫酸複塩の沈澱により抽出率が大きく低減する可能性のあることを明らかにした.現在はCO2やシュウ酸を用いたレアアース泥の製錬手法について検討を進めており,“様々な分野への発展"という本申請研究の特色を十分に活かし研究の対象領域を広げている.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
経済学の実証研究における衛星画像と機械学習の応用―アフリカの開発政策を事例に―

本研究は、衛星画像を用いた転移学習という機械学習の手法が、サブサハラ・アフリカのような統計情報の不足する地域の情報収集のための強力なサポートツールになることを示す。具体的には、入力(衛星画像)に対応する出力(経済的情報)がある地域の情報を教師データとし、出力データのない地域のための予測モデルを転移学習によって構築する。これにより、ある地域において社会経済的な情報に関する十分な教師データがあるならば、近隣の諸国やより広い範囲の国々の社会経済的な状況を高精度に予測することができる可能性がある。
高温型プロトン導電性セラミックスを用いた起電力式炭化水素センサの開発

高温型プロトン導電性セラミックスとしてCaZr_<0.9>In_<0.1>O_<3-alpha>を用いて、一辺8mm角、厚さ0.5mmの板状試料に加工した。その片面にパラジウム電極、もう片面に金電極を焼き付け、またこれらの上に集電体として金線の付いた金ネットを取り付けることによって、テストセルを構成した。被検ガスには、空気で希釈したCH_4,C_2H_6またはC_3H_8ガス(1%以下)を用い、150mlmin^<-1>でセル内に流通した。起電力応答は、700°Cでエレクトロメーターにより測定した。いずれの炭化水素を含む被検ガスをセル内に導入しても、パラジウム電極が負となる方向に起電力が発生し、それらの90%応答時間は10秒以内とかなり速かった。また起電力の値は、炭化水素濃度に対してほぼ直線的に増加し、検出感度はC_3H_8>C_2H_6>CH_4の順であった。さらに空気中の水素や一酸化炭素にはほとんど応答せず、炭化水素に対する選択性が極めて高かった。起電力の応答機構としては、以下の通りであった。空気中の炭化水素は、パラジウム電極上では燃焼し水蒸気と二酸化炭素を生成したが、金電極上では何等反応しなかった。その結果、均一ガス雰囲気内であるにもかかわらず両電極間で水蒸気分圧差が生じ、水蒸気濃淡電池に基づく起電力を発生した。本センサ素子は、起電力式であるため応答速度が速くしかも安定性に優れており、さらに参照極室を必要としないため装置が簡略化できる特徴を持つ。また同様の原理を用いることにより、均一ガス雰囲気内で作動する高温型燃料電池も構成することができ、現在その開発を進めている。
分割型高温超伝導マグネットの最適機械接触界面構造および接合荷重履歴シナリオの構築

革新的核融合炉用超伝導マグネットの設計案として機械的接合法を利用した分割型高温超伝導マグネットが提案されている。本研究では、接合抵抗の温度・磁場・応力依存性の定量評価を通して、接合性能の予測・安定化および接合部の製作・運転・着脱を想定した最適荷重シナリオ構築を目指したものである。本研究により、接触抵抗の温度・磁場依存性を説明するモデルを構築し、また接合部製作時に100°C程度の熱処理を導入することにより接合抵抗を低減することに成功した。また、接合部の機械的・電気的特性を基にして、一連の製作・運転・着脱が可能であることを示した。本研究では、接合抵抗発生メカニズムの温度・磁場・応力依存性を定量化して最適機械接触界面構造を明らかにし、ミクロな接触界面物理とマクロな構造特性を踏まえてマグネット接合部の施工・運転・着脱までを想定した最適荷重シナリオを構築することを目的とする。1)最適機械接触界面構造の検討:GdBCO線材の機械的ラップジョイントの接合抵抗の温度・磁場(強度・方向)依存性を実験的に評価し、接触抵抗を予測するモデルの構築を試みた。線材接合面に垂直方向に磁場を印加した場合については接触抵抗を15%程度の誤差で予測できるモデル式を提案できた。一方、線材接合面に平行方向に磁場を印加した場合の接触抵抗については、10 K以下で予測が一致していない状況である。また、接合面に挿入するインジウムの硬さが低下することを期待して、接合部製作時の温度制御が接合抵抗低減に効果的であるかを検証し、インジウムの融点156.6°Cに対して、90100°C程度の温度で接合部製作を行うことで、接合抵抗を最小化できることを示した。2)最適接合荷重履歴シナリオの検討:まずGdBCO線材の厚さ方向の横圧縮応力(ラップジョイントにおける接合力と同方向)と臨界電流の関係を評価した。液体窒素冷却下で400 MPaの横圧縮応力を付加しても臨界電流は低下しないが、室温で200 MPaを付加すると臨界電流が低下することが確認された。また、GdBCO線材の機械的ラップジョイントサンプルの引張せん断強度試験を液体窒素浸漬冷却体系にて実施した。接触圧力50 MPa以上を付加した場合に評価された接合部のせん断強度は40 MPaは、ヘリカル型核融合炉FFHRの電磁力構造計算から算出される導体線材部のせん断応力32 MPaを上回ることが確認された。1)最適機械接触界面構造の検討:線材構造の異なる2つのREBCO線材の機械的ラップジョイントの接合抵抗の温度・磁場(強度・方向)依存性を評価し、電流ベクトル・磁場ベクトルの向きを考慮した接触抵抗のモデル式(約20%の誤差で接触抵抗を予測可能)を提案した。また、接合部製作時に熱処理(温度制御)を行うことによって接合抵抗を安定的に下げる手法を昨年度提案したが、本年度は熱処理温度・時間、熱処理中荷重制御の最適化を行い、より複雑な接合体系においても接合抵抗を安定的に下げられることを示した。2)最適接合荷重履歴シナリオの検討:液体窒素浸漬冷却体系にてインジウムを接合面に挿入したREBCO線材の機械的ラップジョイントの引張試験を実施し、接合面の接触導電率と接合部のせん断強度の関係を調査した。接触導電率(真実接触面積)がある値になるまでは、接触面のすべり破壊によって、また接触導電率がある値より大きくなると、接合面に挿入したインジウムのせん断破壊によって、接合部のせん断強度が決まることを示した。この破壊挙動には温度依存性があり、常温で同様の試験を実施した場合には、より低いせん断強度を示すこともわかった。常温での接合部のせん断強度とREBCO線材の引張応力(引張ひずみ)ー臨界電流特性を比較することで、REBCO線材の臨界電流を低下させずに接合部を解体する条件を明らかにした。交付申請書では、1)最適機械接触界面構造の検討:「温度・磁場強度・磁場方向と接触抵抗の関係の評価」、「接触材料の種類・接合時の温度の検討」、を統合しして実施する。2)最適接合荷重履歴シナリオの検討「引張試験の継続実施による接合条件と接触面摩擦の関係の評価」、「接合部解体時にREBCO線材の損傷を引き起こさない条件の検討」を2年目の研究実施計画として挙げていた。本年度の実績はこれらの内容にほぼ沿ったものであり、おおむね順調に進展していると考えている。

1)最適機械接触界面構造の検討:接合面にインジウムを挿入したREBCO線材の機械的接合の接合抵抗を安定的に低減する接合部製作時熱処理の前処理として線材のベーキング処理が有効であり、TDSによる線材からの放出ガス分析により、ベーキング、熱処理温度の最適条件を決定することで、77 K自己磁場においてこれまでの最小接合抵抗率2.5 pΩm2を達成した。また、本手法を適用した接合では、10 K付近の磁場上昇による接合抵抗上昇の度合が小さくなることも確認した。さらに、本手法を大型導体に適用することで、従来の1/3以下の接合抵抗に抑えることができた。2)最適接合荷重履歴シナリオの検討:接合部製作時のインジウムのクリープ変形・接触圧力の緩和について実験的に評価し、接合部に挿入するインジウムの厚さが100μm以下であれば、接触圧力の緩和の問題がないことを示した。また液体窒素浸漬冷却体系にてREBCO線材の機械的接合の引張試験を実施し、インジウム層のせん断破壊後の変位と接合抵抗の関係を評価した。核融合炉マグネットの電磁力によって発生しうる変位を考慮した場合でも接合抵抗の上昇は軽微であり、許容できると結論づけた。さらに接合部の解体の1つの方法としてインジウムを融解させ、接合面の残留インジウムをシリコンオイルで除去する方法が有望であることも示した。革新的核融合炉用超伝導マグネットの設計案として機械的接合法を利用した分割型高温超伝導マグネットが提案されている。本研究では、接合抵抗の温度・磁場・応力依存性の定量評価を通して、接合性能の予測・安定化および接合部の製作・運転・着脱を想定した最適荷重シナリオ構築を目指したものである。本研究により、接触抵抗の温度・磁場依存性を説明するモデルを構築し、また接合部製作時に100°C程度の熱処理を導入することにより接合抵抗を低減することに成功した。また、接合部の機械的・電気的特性を基にして、一連の製作・運転・着脱が可能であることを示した。交付申請書では、1)最適機械接触界面構造の検討:接触抵抗の温度・磁場(強度・方向)を予測するモデルの提案・改善、接触界面の候補材となる金属の硬さを考慮した接合部製作時の温度制御の接合抵抗低減効果の確認、2)最適接合荷重履歴シナリオの検討:高温超伝導線材の応力-臨界電流の関係性の温度依存性の評価、接合サンプルの引張試験の実施、を研究実施計画として挙げていた。本年度の実績はこれらの内容にほぼ沿ったものであり、おおむね順調に進展していると考えている。3年目(最終年度)となる平成28年度は以下の内容を目的に研究を進める予定である。1)最適機械接触界面構造の検討:接合部製作時に熱処理を行った接合サンプルに対して、接合抵抗・接触抵抗の温度・磁場強度・磁場方向依存性の評価を行い、本手法における接合抵抗低減メカニズムの解明に取り組む。また、本手法を大型導体接合部製作にも適用し、大型導体接合部に対する接合部低減効果を評価する。2)最適接合荷重履歴シナリオの検討:接合サンプルの各種機械試験により、接合部破壊特性のデータベース構築を進める。また、大型導体の接合サンプルを製作し、液体ヘリウム浸漬冷却体系(4.2 K)において引張試験(カールスルーエ工科大学の施設を借用する予定)を行い、これまで構築してきた破壊挙動の説明と一致するかどうかを確かめる。
水クラスターの構造制御による耐劣化性能に優れた高分子電解質膜の開発

ホッピング機構を考慮して高分子電解質膜(プロトン伝導膜)内部のプロトン(H+)およびOHラジカルの輸送現象を分子論的に解析できるシミュレータを開発し、このシミュレータを用いて高プロトン伝導性と低OHラジカル伝導性が同時に発現する高分子電解質膜内部の水クラスターの微細構造に関する知見を取得し、プロトン伝導性と耐劣化性能に優れた高分子電解質膜が有する特性の提案を行った。その結果、量子化学計算により得られたエネルギー障壁を精度良く表現できるプロトンホッピングのモデル化に成功し、そのモデルを組み込んだプロトン輸送シミュレータを構築することにも成功した。そのシミュレータを用いて含水率を変化させてプロトンの拡散係数を求めたところ、含水率が上昇するにつれて拡散係数が増加すること、プロトンの拡散係数よりも水の拡散係数のほうが大きいことが明らかとなった。高分子電解質膜を構成するNafion分子の基本要素について, DMol3による量子化学計算を行い, Nafionの各原子の電荷および最安定構造の情報を得た.次にこの情報を元にNafionの分子モデルを構築した.このNafion分子を計算系に複数配置し,さらにその中に水分子とオキソニウムイオンを混入して,高分子電解質膜内部における水の構造を解析するシミュレータを構築した.劣化種であるOHラジカルの移動にはVehicle機構だけでなくGrotthus機構をも考慮し,その機構はEmpirical Valence Bond(EVB)法を用いて取り扱った.また,そのポテンシャルは密度汎関数理論(DFT)の計算結果を再現できるように調整した.このシミュレータを用いて,まず水のクラスター構造を静的構造因子を用いて評価した.その結果,本研究で用いたモデルはGebelの予想した水クラスター構造の周期サイズをよく表せており,モデルの妥当性が検証された.また既報の中性子小角散乱の実験により得られたデータとの比較を行ったところ,特徴的なピークの位置が概ね一致していることが確認された.このシミュレータを用いて,平均二乗変位を求めることにより水およびOHラジカルの拡散係数を評価し、その含水率依存性を解析した。その結果、水の拡散係数の含水率依存性は実験結果と概ね一致し、含水率が増加するにつれて拡散係数が上昇することが確認された。さらに,水クラスターの構造を定量的に表現できる特性量(水分子の水素結合により形成される一連のネットワーク構造の長さおよび水分子の酸素原子周りの水素原子の動径分布関数)の変化を観察した.これらの結果から、水クラスターの構造を表現する特性量の中で、プロトンやOHラジカルの輸送現象に大きく影響を及ぼす因子を特定した.ホッピング機構を考慮して高分子電解質膜(プロトン伝導膜)内部のプロトン(H+)およびOHラジカルの輸送現象を分子論的に解析できるシミュレータを開発し、このシミュレータを用いて高プロトン伝導性と低OHラジカル伝導性が同時に発現する高分子電解質膜内部の水クラスターの微細構造に関する知見を取得し、プロトン伝導性と耐劣化性能に優れた高分子電解質膜が有する特性の提案を行った。今年度は、まず高分子電解質膜を構成するNafion分子の基本要素について, DMol3による量子化学計算を行い, Nafion分子を構成する各原子の電荷および最安定構造の情報を得た.次にこのNafion分子を計算系に複数配置し,さらにその中に水分子とオキソニウムイオンを混入して,高分子電解質膜内部における水の構造を解析するシミュレータを構築した.劣化種であるOHラジカルの移動にはVehicle機構だけでなくGrotthus機構をも考慮し,その機構はEmpirical Valence Bond(EVB)法を用いて取り扱った.また,そのポテンシャルは密度汎関数理論(DFT)の計算結果を再現できるように調整した.このシミュレータを用いて,まず水のクラスター構造を静的構造因子を用いて評価した.その結果,本研究で用いたモデルはGebelの予想した水クラスター構造の周期サイズをよく表せており,モデルの妥当性が検証された.また既報の中性子小角散乱の実験により得られたデータとの比較を行ったところ,特徴的なピークの位置が概ね一致していることが確認された.このシミュレータを用いて,平均二乗変位を求めることにより水の拡散係数を評価し、その含水率依存性を解析した。また、この現象の原因は,含水率が低い時には高分子膜の親水基(SO3-)が水和殻で覆われておらず,そのため水分子が親水基の電荷からうける影響が大きいが、含水率が増加するにつれて親水基が水和殻で覆われるため、その影響が小さくなるためであることを突き止めた.本年はまずシミュレータの構築を達成し、その中の水クラスターの構造を評価できるところまで到達した。さらに水クラスターの構造を静的構造因子により評価し、実験結果との比較を行うことによって妥当性を検証した。これらのことから、水クラスターを正確に表現できるシミュレータが完成したと言え、研究は順調に進んでいると判断できる。また、物質の拡散にしても、水分子の拡散については十分検証もできている。

ただ、OHラジカルのGrotthus機構のモデリングやそのシミュレータへの実装などにはまだ課題が残されており、次年度はこれらを取り入れたシミュレーションを行う必要があると考えられる。今後はまずOHラジカルのGrotthus機構のモデリングを行って,純水中でのOHラジカルの拡散係数の計算を行い、実験値と比較することによってモデルの妥当性を検証する。また、そのモデルを、昨年度までに構築されたシミュレータに組み込み、高分子電解質膜内部においてOHラジカルの輸送をシミュレートする。このシミュレータが構築された後に、系を規定する様々な特性量(温度、圧力、含水率)を変化させて水クラスターの構造を定量的に表現できる特性量(オキソニウムイオン近傍の水分子の数および配向(分子の向き),水分子の水素結合により形成される一連のネットワーク構造の長さ,水分子の酸素原子周りの水素原子の動径分布関数など)の変化を観察する。これらの結果から、水クラスターの構造を表現する特性量の中で、プロトンやOHラジカルの輸送現象に大きく影響を及ぼす因子を特定する。さらには、高分子電解質膜の性質(電解質膜の親水基の分子種や電荷,電解質膜の剛性,電解質膜を構成している分子鎖の構造(分子鎖の間隔、側鎖の間隔(EW値))を変化させてこれらの特性量の変化を解析し、プロトン伝導性、耐劣化性能に優れた電解質膜が有する特性の提案を行い、シミュレーションにより提案されたプロトン伝導膜のプロトン伝導性、耐劣化性能の評価を行う。次年度は大量の計算を行うため、計算データが膨大になることが予想される。そのため計算機使用量として研究費を使用し、得られたデータは大容量のハードディスクを購入して保存を行う。また研究成果がまとまることが予想されるため、国内および国外への成果発表旅費として研究費を使用する予定である。また、OHラジカルのGrotthus機構のモデリングについての調査のため、調査・研究旅費を使用する予定である。また、論文を国内外の雑誌に投稿する予定であるので、英文校閲料や論文投稿料に研究費を使用する予定である。