hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模変形から迫る氷天体の進化：内部海存在の普遍性

2018年度は主に冥王星に着目し、長期内部熱進化と、氷地殻の長期粘弾性変形の研究を行った。前者は前年度開発した熱進化計算コードを用いて、後者は申請者が過去に開発した粘弾性変形計算コードを用いて行った。冥王星は潮汐による加熱が効かないために比較的シンプルな熱進化を経たと想像され、新規開発である前者のコードを用いた計算の適用先として適切だと考えた。まず最初に、冥王星の最深部には岩石でできた核があり、その上に純水でできた内部海があり、さらにその上に純粋な水氷の氷地殻あるという最も単純な3層内部構造モデルを仮定した熱進化計算の結果、内部海を現在まで(つまり45億年間)維持することはできないことがわかった。この結果は、New Horizonsによる探査結果と矛盾するものである。また、冥王星の氷地殻の下端における緩和の時間スケールを見積もったところ、典型的な水氷の物性を用いると100万年程度となることがわかった。そのため、古い(>10億年)地下起伏は現在は残されていないことになるが、この結果もまたNew Horizonsによる探査結果と矛盾するものである。これらの結果は、冥王星の上層は純水でできた海と純粋な水氷の氷地殻ではできておらず、少なくとも最外層の氷地殻はかなり冷えて堅くなっていることがわかった。これらの一部については、日本地球惑星科学連合2018年大会やCOSPAR 2018パサデナ大会などで発表された。また論文についても執筆し、国際学術誌に投稿した。本年度が最終年度であるが、論文査読に予想を上回る時間を要し(>半年)、年度をまたいでしまったため。論文の受理に向けた作業を行うと同時に、氷衛星への適用を目指し軌道進化のコード作成に着工する。土星の氷衛星エンセラダスの熱収支を、粘性緩和の観点から初めて制約した。エンセラダスの南極付近においては、氷地殻は薄く、その下の内部海が分厚くなっていることがカッシーニ探査機による測地探査(地形・重力場)で明らかとなっている。この形状が維持されているということは、潮汐加熱による氷の局所的な融解の時定数が、粘性緩和によって氷地殻が平坦になる時定数と等しいか小さいことを示している。前者は潮汐熱率、後者は温度構造に依存することため、これら時定数の比較からエンセラダスの熱収支を制約できる。本研究においては、平均氷地殻厚、氷地殻の基準粘性率(融点における粘性率)、氷地殻の融点(不純物の濃度に依存)といった不確定性が多い要素についてフリーパラメータとして扱い、非常に広い範囲を探索した。計算結果を現実的な期間で得るために、マルチコアCPUの計算機を複数台、数ヶ月間利用した。計算の結果、現在のエンセラダスにおける潮汐加熱による発熱量が10 GW以上でなければ、二つの時定数が釣り合うことはないということが分かった。この結果は、エンセラダスの内部温度構造に対する示唆だけでなく、土星本体の内部構造についての示唆も与える。なぜならば、エンセラダスのような衛星間軌道共鳴状態にある衛星系においては、潮汐加熱率は惑星の散逸係数で決まるからである。これらの結果、並びに議論は、査読付き国際惑星学雑誌「Icarus」に掲載された。さらに、木星の衛星ガニメデについても、パラメータスタディを通しての潮汐変形の研究を行い、その内部構造との関連を定量的に明らかにした。その結果は、査読付き国際惑星学雑誌「Journal of Geophysical Research Planets」に掲載された。時定数の観点からエンセラダスの熱収支に関する知見や、ガニメデの潮汐変形と内部構造の関連についても知見を得、それら結果を査読付き国際誌に掲載することができた。加えて、内部熱進化を解くための計算スキームの開発も順調であり、学会発表を控えている。以上より、研究は順調に進展しているといえる。氷天体の熱進化を高精度かつ高速に計算するプログラムの開発を行った。氷天体内部の海が存在する時間を理論的に調べるためには、衛星内部から宇宙空間へどれだけの熱エネルギーが散逸し、またどれだけの熱エネルギーが生成されるかを知る必要がある。後者についてはある程度見積もりがあるものの、前者については不明な点が多い。その原因は、氷地殻の対流を計算するコストが非常に大きいため、これまでは天体を限定し、しかも数パターンでの計算を基にした議論しかなされてこなかったからである。本研究では、コストの大きな計算なしに、1次元修正混合距離理論を用いて正確な熱進化の描像を得るプログラムを開発した。これは、3次元計算で得られたRa-Nu関係を再現するような混合距離を用いることで実現した。このプログラムを元に、土星の氷衛星エンセラダスとディオネの熱進化について検証した。その結果、エンセラダスでは対流はあまり起こらず、一方のディオネでは対流が起こることが分かった。また、ディオネに深い海があるという先行研究の結果は、熱進化からは支持されないことが分かった。これらの結果は、査読付き国際惑星学雑誌「Journal of Geophysical Research Planets」に掲載された。また、氷衛星の内部構造に関する国際共同研究を展開している。内部海における発熱の研究結果は、現在査読中であり、また内部構造と将来探査の関連についての論文が「Journal of Geophysical Research Planets」に掲載された。本研究の柱となる、高精度・高速な1次元惑星内部熱構造進化計算プログラムを完成することができた。

それを使い、土星系氷衛星エンセラダスとディオネの内部熱進化についての知見を得、その結果を査読付き国際誌に掲載することができた。加えて、冥王星を対象とした氷地殻緩和についての研究も順調であり、学会発表を控えている。以上より、研究は順調に進展しているといえる。2018年度は主に冥王星に着目し、長期内部熱進化と、氷地殻の長期粘弾性変形の研究を行った。前者は前年度開発した熱進化計算コードを用いて、後者は申請者が過去に開発した粘弾性変形計算コードを用いて行った。冥王星は潮汐による加熱が効かないために比較的シンプルな熱進化を経たと想像され、新規開発である前者のコードを用いた計算の適用先として適切だと考えた。まず最初に、冥王星の最深部には岩石でできた核があり、その上に純水でできた内部海があり、さらにその上に純粋な水氷の氷地殻あるという最も単純な3層内部構造モデルを仮定した熱進化計算の結果、内部海を現在まで(つまり45億年間)維持することはできないことがわかった。この結果は、New Horizonsによる探査結果と矛盾するものである。また、冥王星の氷地殻の下端における緩和の時間スケールを見積もったところ、典型的な水氷の物性を用いると100万年程度となることがわかった。そのため、古い(>10億年)地下起伏は現在は残されていないことになるが、この結果もまたNew Horizonsによる探査結果と矛盾するものである。これらの結果は、冥王星の上層は純水でできた海と純粋な水氷の氷地殻ではできておらず、少なくとも最外層の氷地殻はかなり冷えて堅くなっていることがわかった。これらの一部については、日本地球惑星科学連合2018年大会やCOSPAR 2018パサデナ大会などで発表された。また論文についても執筆し、国際学術誌に投稿した。本年度が最終年度であるが、論文査読に予想を上回る時間を要し(>半年)、年度をまたいでしまったため。予定通り、内部熱進化を解くための計算スキームの開発を進める。それと同時に、潮汐変形コードの改修と統合を進める。予定通り、熱進化・緩和計算を進めると同時に、軌道計算のコーディングを行い、熱進化計算プログラム・潮汐加熱率計算プログラムと結合する。それを用いることにより、氷衛星の熱構造・軌道要素の共進化を明らかにする。具体的な対象は、惑星探査を控えている木星系氷衛星エウロパやガニメデとする。得られた結果は、国際・国内学会での発表に加え、査読付き国際誌へ投稿し、論文掲載を目指す。論文の受理に向けた作業を行うと同時に、氷衛星への適用を目指し軌道進化のコード作成に着工する。トルコ・イスタンブールで開催予定であった国際学会での発表を予定していたが、度重なるテロとクーデター未遂により、学会そのものが中止になってしまった。そのため、その渡航費分が余剰となった。初年度においてトルコ・イスタンブールで開催予定であった国際学会COSPARが開催直前にクーデターの影響で中止となったため、その学会用に計上した旅費が繰り越された。同学会は2年に1回である。本年度新たな成果を含めて同学会で発表することになっており、繰り越した額の大半はその旅費に充てられる。
２０世紀初期における日中両国の経済思想交流：福田徳三と堀江帰一をてがかりに

20世紀はじめ、多くの中国人学生が日本に留学し、経済学を学ぶとともに、日本の経済学者が、政府の相談役や講師として、中国をおとずれた。中国人留学生が日本で経済学をいかに学び、日本の経済学者が中国で何を語り、中国人にどのようにうけとめられたかについては、まだ未解明な部分が多い。本研究では、多くの中国人を教え、中国にも渡った経験のある福田徳三と堀江帰一を中心に、当時の日中両国における経済思想交流の一端を明らかにした。2013年度は、研究課題である1900年から20年代における日本と中国の経済思想交流史、とくに福田徳三と胡適や郭沫若、李大釗ら中国知識人の間にみられた思想的交流について、論文「福田徳三と中国知識人」を執筆、投稿し、『社会思想史研究』第37号(2013年9月)誌上に発表した。また、この時期における日中知識人の歴史的、政治的概念、具体的には「封建」と「民主」という用語の解釈、理解について、2013年7月におこなわれた日本経済思想史学会例会で、「「封建」と「民主」」と題し、報告をおこなった。例会では、日中両国の社会科学概念なに関する専門家も参加していたこともあり、報告内容を発展させてゆく上で、非常に多くの知見を得ることができた。2013年度の後半は、こうした前半におこなった報告でえられた成果をもとに、福田徳三や堀江帰一と同時代に活躍した経済学者である高橋誠一郎について、調査、研究を実施し、論文を執筆、投稿した。これは、2014年3月付発行の『日本経済思想史研究』第14号に掲載される予定である。また、福田、堀江、高橋とともに、黎明会で活動した今井嘉幸と、李大釗をはじめとした中国知識人の交流について、2014年1月におこなわれた孫文研究会冬季例会で、「今井嘉幸と中国知識人」と題し、報告をおこなった。これも、2014年度中に活字化し、公表する予定である。2013年度の主な研究実績は、以上のとおりである。2012年度に実施した資料調査や海外シンポジウムでの発表などの成果をもとに、研究機関全体を通じ、当初かかげた「研究の目的」、「研究実施計画」をおおむね達成することができた。2012年度は、研究課題である1900年から20年代における日本と中国の経済思想交流史、具体的には福田徳三と胡適や郭沫若、李大釗ら中国知識人にみられた思想交流について、2012年6月におこなわれた日本経済思想史学会大会で、「福田徳三と中国知識人」と題し、報告をおこなった。また、同年8月にチェコのプラハ大学で開催された国際シンポジウム"Japanese Economic Thought: Time and Space"でも、"Fukuda Tokuzo and Chinese Intellectuals"という題で発表をおこなった。日本経済思想史学会大会では、福田徳三の思想に関する専門家も多く参加していたこともあり、報告内容を発展させてゆく上で、多くの貴重な情報を獲得することができた。また、プラハでのシンポジウムでも、ヨーロッパや中国の研究者とさまざまな意見を交わすことができ、いろいろと有益なアドバイスをえることができた。2012年度の後半は、こうした前半におこなった報告でえられた知見をもとに、国内や海外で資料調査、収集をおこなった。とくに、2012年12月から2013年1月にわたり、上海、および南京でおこなった資料調査では、福田徳三が1922年におこなった中国旅行の足取りを追跡するなどし、これまでほとんど知られていなかった事実をいろいろと発掘することができた。これらの調査で新たにえられた資料などをもとに、2013年3月に国士舘大学でおこなわれた国際シンポジウム「日本の経済思想ー近世・近代における経済思想の連続・非連続」で、「大正ユートピアと消費主義」という報告をおこなった。このシンポジウムでも、国内外の研究者と議論を交わすとともに、自己の研究成果を広くアピールすることができたと考える。2012年度の研究計画として、「黎明会活動期を中心とした福田徳三の経済・社会政策論が、中国の思想界にどのように受けとめられ、変更を余儀なくされたのか、とくに福田の主張が、胡適にいかなる作用をおよぼしたのか」というテーマを掲げたが、これまで順調に進展しているといえる。まず、書誌的な作業として、1918年から1922年までにおけるま福田に関する雑誌新聞記事のチェックをおこない、先行研究に見られた欠落部分をおぎなった。とくに、福田徳三と胡適との関係については、これまでの研究ではほとんど論じられることがなかったが、胡適と福田の日記や論文を精査し、相互につき合わせることにより、両者の1920年代における無視できない思想交流を明らかにすることができた。また、『申報』や『民国日報』、『晨報』など、中国で刊行されていた多くの新聞や雑誌を調査し、福田徳三の言動に対する中国のさまざまな反応を確認することができた。

「研究実績」の欄でも触れたが、2012年度は、当初予定していた1回を上回る計3回の学会・シンポジウム報告をおこなった。これらの報告で得た多くの知見、アドバイスをもとに、研究成果をさらに広く発信すべく、2012年度後半より、論文の作成にとりくんでいる。2012年度末時点で、この論文を書き終え、学会誌に投稿し、2013年度内に掲載される予定である。さらに、2013年度の課題として掲げた「堀江帰一の銀行・貨幣制度論が、中国の為政者、ひいては中国の金融政策にいかなる影響をあたえたのか、また堀江の思想が中国での経験、および中国の知識人らとの交流を経て、どのように変化したのか」というテーマについても、2012年度に資料調査、収集を実施した。その意味では、2012年度は当初の計画以上に研究をすすめることができたと考えている。2013年度は、これまでの研究計画の通り、福田徳三と並ぶ、1910-20年代を代表する経済学者であった堀江帰一の銀行論や中国でおこなった貨幣制度に関する講義が、梁啓超や張公権らにどのようにうけとめられたのかについて、研究を進めてゆく。本テーマにとりくむにあたっては、まず堀江に関する書誌的な調査をおこなう必要がある。堀江の生涯にわたる著作としては、彼が亡くなった翌年に刊行された『堀江帰一全集』全10巻がある。だが、この『全集』に収録されているのは、単行本、および代表的な論文のみで、すべての著述を網羅しているわけでない。初出と再録の異同なども、不明である。そのため、当時の雑誌や新聞などのメディアを精査し、堀江の執筆状況や事績を解明してゆく。また、堀江のもとで、どのような人材が学んでいたかなど、中国人留学生との関わりについても調べる必要がある。堀江は、慶應義塾大学のほか、政法学校でも「財政原論」の講義を担当していた。とくに、のちに中国銀行総経理、および中央銀行総裁となった張公権は、堀江の経済思想が中国の財政・金融政策におよぼした影響をさぐる上で、重要である。この堀江と中国留学生との関連について、中国における先行研究もふまえつつ、全体像を明らかにしてゆく。これまでの調査で、堀江が北京でおこなった幣制改革についての講演をまとめた『財政金融学会講演録』は、北京の国家図書館に所蔵されていることが分かっている。また、堀江の講演内容は、『晨報』のほか、『銀行週報』にも掲載されたようである。これら資料の確認、および異同の有無などを調査するために、2013年度は、北京と上海へそれぞれ一週間ほど調査に赴く予定である。また、できれば研究成果を2013年度の後半に、学会や国際シンポジウムなどで報告し、内外に広く発信してゆく予定である。2013年度は、設備備品費として、堀江帰一に関連した資料の購入にそれぞれあてる。海外の研究書、とくに中国語の資料は、全国的に図書館の所蔵も少なく、本研究に必要なものをそろえる必要がある。消耗品費としては、中国語のデータ入力の効率化を図るために、中国語関連のソフトウェアを購入する。また、現在利用している中国語の電子辞書に内蔵されている内容が古いため、最新のものを購入する。国内旅費に関しては、主に国会図書館や早稲田大学図書館を利用するために、東京での調査を予定している。海外旅費は、中国上海・北京での資料調査で、それぞれ計2回おこなう。当時の雑誌・新聞などの資料は、中国でしか閲覧できないものも多く、ある程度期間をかけて調査する必要がある。交通費は、北京、上海
移植による網膜・視神経再生の臨床応用のための基礎研究

1)網膜視神経細胞変性過程:ラット網膜を用いて視神経を切断後長期生存する神経節細胞突起の網膜内走行を、蛍光色素を細胞内注入した後にレーザー顕微鏡を用いて3次元的に検討した。2)網膜細胞突起伸展因子:成熟哺乳動物網膜の分散培養系を確立し、神経栄養因子の生存維持、神経突起再生促進効果を検討した。3)網膜再生促進機構:網膜移植の対象である網膜変性疾患に対して、走査レーザー検眼鏡(SLO)を用いて黄斑部を詳細に解析し、検眼鏡的には捉えられない新たな所見を得た。4)鳥類胚を用いた網膜再生の遺伝学的解析:シルバ-変異ウズラ胚で見られる色素上皮から網膜への分化転換現象の解析を継続した。aFGFに対する感受性が野生型に比べてかなり高いことを組織培養実験で明らかにした。5)移植による視神経の再生・坐骨神経によって、軸策再生したネコ網膜神経節細胞にはON型細胞がOFF型細胞に比べ多いことが、逆行性標識細胞の垂直網膜切片の解析から分かった。6)視覚機能回復の行動学・成熟哺乳動物において、眼窩内で切断した視神経に自家移植した末梢神経は網膜神経節細胞の軸策再生を促し、その主要な標的である上丘において機能的シナプスを再形成する。私たちは、このように末梢神経を移植したラットおよびハムスターにおける視覚の機能回復について以下の4つの異なる行動課題を用いて調べた。7)視神経再生促進機構:新しいグルタミン酸アゴニストであるdyshiferbalineを用いて培養網膜ニューロンとミュラー細胞の応答を、細胞内カルシウム濃度画像解析により調べ、これがnon-NMDA受容体アゴニストに属する可能性があるが、AMPとは異なる態度を示すことを示した。またアデノシン/プリン受容体応答、およびアセチルコリン受容体応答に関する論文をまとめた。またレ-ベル病の解析も進め、ミトコンドリアNA9804変異のレ-ベル病疑い例を報告した。8)網膜再生の生理学:イモリ網膜神経組織の再生過程で、網膜を鋼製する各種神経細胞は、神経節細胞>視細胞>アマクリン細胞、水平細胞、双極細胞の順に発現することを免疫組織化学的に明らかにした。網膜再生の起源となる色素上皮細胞は、培養過程で神経細胞の持つ電位依存性のNa^+とCaチャネルに類似したイオンチャネルを発現することを明らかにした。9)移植による網膜の再生:bFGF遺伝子導入虹彩色色素細胞を遺伝的網膜色素変性症ラット(RCSラット)の網膜下腔内に移植し、視細胞の生存を確かめた。さらに、視細胞の特異的機能であるトランスデューシンmRNAの発現が、移植部位の網膜で高いことが判明した。1.移植による視神経の再生。視神経を切断したネコと、切断端に坐骨神経を移植したネコとで、手術後1週と3週でパターン反転ERGを記録した。その結果、ERGの振幅はつねに移植ネコでのほうがより大きかった。

これは軸索切断された神経節細胞が末梢神経の移植によって、より多く生存し、さらに軸索再生が促進されたためであると解釈される。2.再生可能なイモリの網膜を用いて、興奮性および抑制性アミノ酸受容体が発達する過程を明らかにした。また、網膜再生の期限となる色素上皮細胞を単離しその長期培養条件を確立した。3.視神経再生の前提として網膜神経細胞が可及的健常に保持される必要があり、その為にはミュラー細胞との神経グリア間の情報伝達が重要との立場から、培養ミュラー細胞にいかなる受容体が存在するかを調べた。今年度は主として神経伝達物質アゴニスト、アンタゴニストを用いて、ムスカリン受容体、アデノシン/プリン受容体の存在を見いだした。4.シルバ-突然変異を用いて、網膜色素上皮と神経性網膜の分化決定の機構をin vitroで調査した。突然変異ウズラの色素上皮は野生型に比べbFGFにたいする感受性が10倍以上高く、色素上皮から網膜への分化転換にbFGFが重要な機能を持つことが示唆された。5.幼若ラットの網膜を成熟ラットに移植を行った。6.末梢神経移植により再構築させたラット網膜-上丘路の機能を脳波脱同期反応と運動反応を指標として調べた。7.bFGF遺伝子を導入したラット虹彩色素上皮細胞を網膜下腔に移植し、網膜色素上皮細胞に対する効果を調べた。1)網膜再生促進機構神経網膜の生存と再生に必要とされている神経栄養因子をヒト網膜色素上皮細胞株が産生しているかどうかを遺伝しレベルで検討した。2)網膜視神経節細胞変性過程ラット網膜の神経節細胞の軸索を切断して、変性過程における樹状突起形態をレーザー走査型蛍光顕微鏡によって調べた。3)網膜細胞突起伸展因子成熟ラットの網膜培養系を用い、神経栄養因子の効果を検討した。また、遺伝子操作動物を用い、神経再生能を検討中である。4)移植による視神経の再生ネコ網膜神経節細胞の内、ON中心型が坐骨神経移植によって軸索再生しやすいことを形態学的、生理学的に証明できた。5)視覚機能回復の行動学末梢神経移植により再構築させた網膜-上丘路の機能をハムスターで古典的条件付けを用いて調べた。6)網膜再生促進機構網膜変性ラットにおける網膜移植効果を網脈絡膜血管造影で解析するための基礎実験を行った。7)視神経再生促進機構培養ミュラー細胞のアセチルコリン受容体、アデノシン/プリン受容体アゴニスト応答を引き続き調べ、各受容体サブタイプの応答性を決定した。8)鳥類胚を用いた網膜再生の遺伝学的解析新しい変異ウズラHMM(劣性ホモ型)の解析を行い、視神経の走行異常を明らかにした。視神経は交叉せず、中脳とは逆に大脳腹側部の嗅脳部へ向かう。9)網膜再生の生理学イモリ網膜の再生過程で、網膜の抑制性伝達物質であるGABAよりもその受容体の方が早く発現していた。1)網膜再生促進機構:網膜移植の対象である網膜変性疾患に対して、走査レーザー検眼鏡(SLO)を用いて黄斑部を詳細に解析し、検眼鏡的には捉えられない新たな所見を得た。2)鳥類胚を用いた網膜再生の遺伝学的解析:シルバ-変異ウズラ胚で見られる色素上皮から網膜への分化転換現象の解析を継続した。
可変構造物に対応するロバストデザイン法とそれを包含する実務者支援システムの構築

本研究は,可変構造物(例えば,シートにおけるリクライニング機構など)に対応するロバストデザイン法を構築するとともに,同法を包含する各種ロバストデザイン法を用いて製品開発を支援するロバストデザイン支援システムを構築したものである.具体的には,調整可能なデザインパラメータの調整により,モンテカルロ法で算出した目標特性のばらつきが許容範囲内に収まるようにするための,最適な(最小の)デザインパラメータの調整範囲を,遺伝的アルゴリズムにより導出する手法を構築した.さらに,目的関数やパラメータの特徴に基づくロバストデザイン法の分類基準を定義し,それに基づいてロバストデザインの支援システムを構築した.本研究は,製品製造時の加工や材料特性のばらつき,製品使用時の使用者特性や使用環境のばらつきなど,製品に生じる様々なばらつきに対して機能の頑強性(ロバスト性)を高めるロバストデザイン法に関するものであり,同法をデザイン・開発実務者に広く浸透させるために,製品開発を一貫して支援するロバストデザイン支援システムの構築を目指している.2012年度の研究では,「(b)ロバストデザイン法の選択指針の構築(20112012年度実施予定)」および「(c)ロバストデザイン支援システムの構築(2013年度実施予定)」の一部を実施した.(b)により既存のロバストデザイン法を適切に選択することが可能となり,デザイン・開発実務におけるロバストデザインの活用促進が期待される.その成果は,2012年度に書籍1件,原著論文1件,国際会議発表1件,国内会議発表2件にて報告された.一方,(c)の一部を実施することにより,QFD,ISM,DSMなどを用いたロバストデザイン支援システムの基本構造を決定することができた.本システムにより,製品開発全段階からアプローチする抜本的なロバスト性(品質)改善が実現され,高品質で安全性・信頼性に優れた競争力の高い製品の創出が可能となると考えられる.その研究成果は,原著論文1件(掲載決定),国際会議発表2件,国内会議発表2件にて報告された.以上のように本研究は,研究実施計画に基づいて順調に実施されており,引き続き研究および成果発信を推進していく予定である.本研究は,製品製造時の加工や材料特性のばらつき,製品使用時の使用者特性や使用環境のばらつきなど,製品に生じる様々なばらつきに対して機能の頑強性(ロバスト性)を高めるロバストデザイン法に関するものであり,これまでに提案されていなかった可変構造物(例えば,シートにおけるリクライニング機構など)に対応するロバストデザイン法を構築するとともに,同法を包含する各種ロバストデザイン法を用いて製品開発を一貫して支援するロバストデザイン支援システムを構築したものである.具体的には,モンテカルロ法により表した目標特性のばらつきが,調整可能なデザインパラメータを調整することにより許容範囲内に収まることをデザイン目標とし,それを達成するためのデザインパラメータにおける最小の調整範囲を,遺伝的アルゴリズムにより導出する手法を構築した.さらに,目的関数やデザインパラメータの特徴に関するロバストデザイン法の分類基準を定義し,それに基づいてロバストデザイン法の選択指針を構築した(詳細は,『ロバストデザイン,森北出版,2012』の第2章を参照されたい).3年間で得られた成果は,書籍1件,原著論文5件,国際会議発表7件,国内会議発表13件にて報告された.本研究は,ロバストデザイン分野の学術的発展に寄与することはもとより,高品質で安全性・信頼性に優れた製品開発を行うためのデザイン方法として確立されれば,日本の製造業における国際競争力の向上に寄与すると考えられる.本研究は,可変構造物(例えば,シートにおけるリクライニング機構など)に対応するロバストデザイン法を構築するとともに,同法を包含する各種ロバストデザイン法を用いて製品開発を支援するロバストデザイン支援システムを構築したものである.具体的には,調整可能なデザインパラメータの調整により,モンテカルロ法で算出した目標特性のばらつきが許容範囲内に収まるようにするための,最適な(最小の)デザインパラメータの調整範囲を,遺伝的アルゴリズムにより導出する手法を構築した.さらに,目的関数やパラメータの特徴に基づくロバストデザイン法の分類基準を定義し,それに基づいてロバストデザインの支援システムを構築した.本研究は,製品製造時の加工や材料特性のばらつき,製品使用時の使用者特性や使用環境のばらつきなど,製品に生じる様々なばらつきに対して機能の頑強性(ロバスト性)を高めるロバストデザイン法に関するものであり,同法をデザイン・開発実務者に広く浸透させるために,製品開発を一貫して支援するロバストデザイン支援システムの構築を目指している.2011年度の研究では,「(a)可変構造物に対応するロバストデザイン法の構築(2011年度実施予定)」および「(b)ロバストデザイン法の選択指針の構築(20112012年度実施予定)」を実施した.(a)により可変構造物の最適可変域を導出することが可能となり,可変構造物デザインにおける品質の向上やコストの低減が期待される.その成果は,国際会議発表2件および国内会議発表3件にて報告されるとともに,公刊論文2件を投稿中である.一方,(b)により既存のロバストデザイン法を適切に選択することが可能となり,デザイン・開発実務におけるロバストデザインの活用促進が期待される.その成果は,2012年度に書籍にて報告すべく,現在最終的なディスカッションと執筆作業を行っている.

さらに,「(c)ロバストデザイン支援システムの構築(2013年度実施予定)」に関しても一部着手しており,その研究成果についても,2012年度の国際会議および国内会議発表にて報告する予定である.以上のように本研究は,研究実施計画に基づいて順調に実施されており,引き続き研究および成果発信を推進していく予定である.「研究実績の概要」で述べたように,本研究は,2012年度までの研究実施計画の目標を達成していることに加え,2013年度の研究実施計画の一部にも着手している.今後も引き続き,研究および成果発信を推進していく予定である.「研究実績の概要」で述べたように,本研究は,2011年度の研究実施計画の目標を達成していることに加え,2012年度および2013年度の研究実施計画の一部にも着手している.今後も引き続き,研究および成果発信を推進していく予定である.本研究は,研究実施計画に基づき順調に遂行されている.今年度の研究では,企業の方とのディスカッションを多く行う予定である.このため,研究分担者と連携し,それらの場所や日時などを適切に振り分けて効率化を図ることで,研究を活性化していく予定である.本研究は,研究実施計画に基づき順調に遂行されている.しかし,2012年度から研究代表者の所属機関が変更するため,研究分担者との連携が滞ることが懸念される.このため,定期的な(週1回程度の)ディスカッションを設けることにより,研究の活性化を図っていく予定である.2013年度の研究費は,研究実施計画のとおり研究成果の発信(論文投稿料や研究成果発表のための旅費)および有効性確認実験(被験者への謝金)のための費用として主に使用する予定である.なお,2012年度の研究費については,掲載決定済,投稿中,または投稿予定の論文の投稿・掲載費を繰り越している.本費用は2013年度に計上する予定である.2012年度の研究費は,研究実施計画のとおり研究成果の発信(論文投稿料や研究成果発表のための旅費)として主に使用する予定である.また,研究代表者の所属機関の変更により新たな研究協力者の参加が見込まれるため,PC等の研究用の備品購入にも一部使用する予定である.なお,2011年度の研究費については,以下に示す2つの費用を繰り越している.1つは,現在査読中の論文の投稿費であり,本費用は2012年度に計上する予定である.もう1つは,研究費が30%減額される可能性があったために計上を見合わせた国際会議参加のための海外出張の経費であり,本経費は別の国際会議参加のための海外出張費として計上する予定である.
MR流体を用いたリハビリテーションシステムの開発

本研究ではMR流体を用いた高性能・高機能なアクチュエータおよびブレーキを開発し、さらに機能性流体アクチュエータおよびブレーキを用いたリハビリテーション訓練システムにより、訓練効果が大きくアミューズメント性も有するリハビリテーションシステムを構築するための基礎を構築した。機能性流体アクチュエータおよびブレーキを用いたリハビリテーションシステムは、操作者や患者にとって安全であり、さらに国際・国内安全基準に基ずくシステムの開発を可能とする。平成12年度から14年度に得られた結果を以下に示す。(1)ロボットの運動学評価およびベルト等の駆動伝達系について研究を行い、リハビリテーションシステムを構築する際に必要となる知見を得た。(2)磁気回路に通常の構造用鋼材を用いたMR流体アクチュエータ・ブレーキを開発した。次に動的磁場解析を行い、磁気回路を再設計することにより、応答速度の改善を計った。(3)MR流体を用いたアクチュエータ・ブレーキのさらなる高速化を目指し、珪素鋼板を用いたデバイスを開発した。これにより磁場応答のさらなる高速化が実現された。(4)電磁鋼を用いた高性能MRアクチュエータを開発した。電磁鋼を加工することにより、磁気回路部と構造部を兼用する構造とした。これにより、MRアクチュエータの小型化、生産コストの低減が達成可能となった。(5)MRアクチュエータを複数個使用した力覚提示システムを構築した。開発したシステムは、バーチャルリアリティ、遠隔操作、各種訓練、リハビリテーション等に使用可能である。(6)機能性流体ブレーキを用いた等運動性訓練リハビリテーションシステムを開発した。(7)機能性流体アクチュエータを用いた力覚提示システムのリハビリテーション訓練への応用について検討を行った。病院内での基礎臨床試験を実施し、その有効性を確認した。リハビリテーション訓練においては,専門家がマン・ツー・マンで行わなければならない複雑な訓練も多く存在するが,筋力強化訓練や関節可動域訓練など,比較的単純な動作を繰り返す訓練も多く行われている.病院等では,様々な機器を用いてこれらの訓練を行っている.しかし,訓練内容ごとに専門の機器を必要としたり,単純作業の繰り返しが精神的苦痛を与えたりするなどの問題点も存在している.本研究では,高性能,高機能なリハビリテーション訓練システムを開発することにより,訓練効果が大きくアミューズメント性も有するリハビリテーションシステムを構築する.平成12年度は以下のように研究を行った.1.MR流体を用いた伝達トルク可変型クラッチは,磁場によって制御される.入力軸はモータおよび減速機よりなるシステムで駆動される.この駆動部およびクラッチ部よりなるシステムをMRアクチュエータと呼ぶ.MR流体の最大せん断応力は非常に大きいため,トルク/慣性比(=最大発生トルク/出力部の慣性モーメント)が非常に大きなアクチュエータが構成できる.さらに,MR流体の応答性の良さと相まって,MRアクチュエータは非常に応答性の良い高性能アクチュエータといえる.磁場解析などを行い,MRアクチュエータを開発した.2.MRアクチュエータのモデリングおよび制御方式について検討を行った.渦電流等のため,開発したシステムの応答に若干遅れが見られたため,トルクフィードバック制御を施し,特性の改善を行った.3.応答特性を改善したMRブレーキを開発し,予備実験を行った.4.リハビリテーションにおける理学療法士の動作について,知見を得た.本研究ではMR流体を用いた高性能・高機能なアクチュエータおよびブレーキを開発し、さらに機能性流体アクチュエータおよびブレーキを用いたリハビリテーション訓練システムにより、訓練効果が大きくアミューズメント性も有するリハビリテーションシステムを構築するための基礎を構築した。近年、電場によりそのレオロジー特性を制御できるER流体、低分子・高分子液晶や、磁場によってそのレオロジー特性を制御できる磁性流体、MR流体など、機能性流体の開発が急速に進んでおり、そのメカトロニクス分野における実用化が可能な状況となっている。本研究では、近年開発されたMR流体を用いて、リハビリテーションシステムを構築する。

リハビリテーション訓練においては、専門家がマン・ツー・マンで行わなければならない複雑な訓練も多く存在するが、筋力強化訓練や関節可動域訓練など、比較的単純な動作を繰り返す訓練も多く行われている。病院等では、様々な機器を用いてこれらの訓練を行っている。しかし、訓練内容ごとに専門の機器を必要とし、単純作業の繰り返しが精神的苦痛を与えるなどの問題点も存在している。本研究では、高性能、高機能なリハビリテーション訓練システムを開発することにより、訓練効果が大きくアミューズメント性も有するリハビリテーションシステムを構築することを目的とする。以下に平成13年度の成果を示す。1. MR流体を用いたアクチュエータの高速応答性を実現するため、動的な磁場解析および実験を行った。解析より応答性に影響を及ぼす原因を付きとめ、これを改善することにより大幅な高速化を実現した。また、その制御方式をついて検討し、MR流体アクチュエータ・ブレーキのモデル化および制御手法を提案した。2.リハビリテーションシステムの開発に向け、理学療法士のリハビリテーションにおける動作について研究した。得られた結果からリハビリ訓練システムにおける軌道生成を行った。3.等運動性訓練を目的として、MR流体を用いたブレーキにより、速度制御を行う基礎実験を行った。リハビリテーション訓練においては、専門家がマン・ツー・マンで行わなければならない複雑な訓練も多く存在するが,筋力強化訓練や関節可動域訓練など,比較的単純な動作を繰り返す訓練も多く行われている.病院等では,様々な機器を用いてこれらの訓練を行っている.しかし,訓練内容ごとに専門の機器を必要としたり,単純作業の繰り返しが精神的苦痛を与えたりするなどの問題点も存在している.これらの背景をもとに,本研究ではMR流体を用いた高性能・高機能なアクチュエータおよびブレーキを開発し,さらに開発したアクチュエータおよびブレーキを用いたリハビリテーション訓練システムにより,訓練効果が大きくアミューズメント性も有するリハビリテーションシステムを構築する.平成14年度に得られた成果を以下に示す.(1)ロボットの運動学評価およびベルト等の駆動伝達系について研究を行い,リハビリテーションシステムを構築する際に必要となる知見を得た.(2)MR流体を用いたアクチュエータ・ブレーキのさらなる高速化を目指し、ケイ素鋼板を用いたデバイスを開発した.磁場応答のさらなる高速化が実現された.(3)MR流体ブレーキによる等運動性訓練リハビリテーション装置を開発した.出力トルクのレンジが大きく,高速応答であるため,各種スポーツのトップ選手の訓練にも用いることができる.(4)MRアクチュエータ・ブレーキを複数個使用したリハビリテーション訓練システムの基礎を構築した.このシステムにおいては,バーチャルリアリティにおける力覚提示技術を用いている.
超音波照射を用いたフリーラジカルによる創傷治癒及び創感染コントロールの検討

本研究の目的は低侵襲でかつ簡便な二酸化チタン・超音波法を利用した殺菌効果と創傷治癒促進効果を用い、創感染,深部感染の治療を目指すことである。Ultrasound-irradiated TiO2をUITと記す。非感染創ではUIT+とUIT-で創面積に差はなかったが、CD31陽性細胞が多く見られた。感染創では創傷治癒が阻害され、CD31陽性細胞も減少することが確認された。感染創ではUITにより創傷治癒が促進され、CD31陽性細胞も増加していた。創面の菌数はUIT+とUIT-で変化が見られず、創傷治癒の促進は血管新生促進によるものと考えられた。Surgical Site Infection(SSI)は手術における最も多い合併症のひとつである。抗菌剤の選択、投与方法,創管理法などさまざまな工夫がなされることでSSIは減少傾向にはあるが、無菌手術においても発生率をゼロにはできていない現状であり、より良い感染予防法、感染に対する治療法の開発が望まれている。本研究の目的は低侵襲でかつ簡便な二酸化チタン・超音波法を利用したフリーラジカルや免疫賦活作用による殺菌効果と創傷治癒促進効果を用い、創感染、深部感染の治療を目指すとともに、チタンを封入したドレーンを用い、ドレーン刺入部感染の予防法を確立し、感染を伴わない虚血性皮膚潰瘍などの治療への応用も視野に入れそのメカニズムを解明することである。本年度はマウス創感染モデル作製と、in vitroにおける超音波の条件設定を行った。マウス創感染モデルでは、6週齢BALB/cAnNCrlCrljマウスの背部の皮膚全層を切除し,筋層に大腸菌に2時間浸したバイクリルを3針縫合した。縫合した後,皮膚を閉鎖し大腸菌を繁殖させた。1、3、5、7日目に創のサイズを測定し、治療実験を開始した。in vitroにおける超音波の条件設定では、まず伊藤超短波のUS-710(1MHz)を用いて、二酸化チタンナノ粒子によってフリーラジカルが発生することを確認した。次に1.5 x 108 CFU/mL、3mlを用いて超音波そのもののみでは大腸菌の生存に影響のない超音波の照射条件の探索を行った。本年度は感染創における二酸化チタン粒子と超音波による影響の検討を行った。まず、前年度に作製した創感染モデルを6週齢BALB/cAnNCrlCrljマウスの背部の皮膚全層を切除し、筋層に大腸菌に2時間浸したバイクリルを3針縫合後、皮膚を閉鎖し大腸菌を繁殖させることによって作製した。創面に5mg/mlの二酸化チタンを100μl塗布し、伊藤超短波のUS-710(1MHz)を用いて超音波を照射した。1、3、5、7日目に創のサイズを測定し、1.術後創感染(ー)TiO2(ー)US(ー)、2.術後創感染(+)TiO2(ー)US(ー)、3.術後創感染(+)TiO2(ー)US(+)、4.術後創感染(+)TiO2(+)US(ー)、5.術後創感染(+)TiO2(+),US(+)の5群で総面積の比較を行い、7日後の皮膚を採取して免疫染色を行った。本年度は感染創における二酸化チタン粒子と超音波による影響のメカニズムの検討を行った。まず、創感染モデルを6週齢BALB/cAnNCrlCrljマウスの背部の皮膚全層を切除し、筋層に大腸菌に2時間浸したバイクリルを3針縫合後、皮膚を閉鎖し大腸菌を繁殖させることによって作製した。1.術後創感染(ー)TiO2(ー)US(ー)、2.術後創感染(+)TiO2(ー)US(ー)、3.術後創感染(+)TiO2(ー)

US(+)、4.術後創感染(+)TiO2(+)US(ー)、5.術後創感染(+)TiO2(+),US(+)の5群で創面の菌数と1日後・7日後の皮膚の新生血管数の比較を行った。本研究の目的は低侵襲でかつ簡便な二酸化チタン・超音波法を利用した殺菌効果と創傷治癒促進効果を用い、創感染,深部感染の治療を目指すことである。Ultrasound-irradiated TiO2をUITと記す。非感染創ではUIT+とUIT-で創面積に差はなかったが、CD31陽性細胞が多く見られた。感染創では創傷治癒が阻害され、CD31陽性細胞も減少することが確認された。感染創ではUITにより創傷治癒が促進され、CD31陽性細胞も増加していた。創面の菌数はUIT+とUIT-で変化が見られず、創傷治癒の促進は血管新生促進によるものと考えられた。in vitroの実験はほぼ終了している。in vivoの実験においては二酸化チタン+超音波の効果を確認している。外科学創面の免疫染色等を行い、二酸化チタン+超音波の創傷治癒への効果のメカニズムを解明していくと共に論文の作成を行う。in vitroでのフリーラジカルの発生を確認し、条件検討を終了した。in vivoにおいてモデルの確立を終了した。治療実験を開始した。未使用額の発生は、効率的な物品調達を行った結果であり、翌年の基礎実験及び動物実験に充てる予定である。創にエコーゼリーを塗った超音波端子を直接創にあて、超音波を照射する。1、術後創感染(ー)TiO2(ー)US(ー)2、術後創感染(+)TiO2(ー)US(ー)3、術後創感染(+)TiO2(ー)US(+)4、術後創感染(+)TiO2(+)US(ー)5、術後創感染(+)TiO2(+)US(+)の5群間で治療効果判定、面積の縮小率を計算する。また創面の大腸菌数を測定する。さらに深部感染モデルの検討を行う。効率的な物品調達を行った結果、26年度の研究費に未使用額が生じたが、27年度に基礎実験を追加で行う予定である。治療実験は開始したものの、数がまだ少ない為若干資金の余剰が生じた。次年度動物実験を多数行うことで使用する予定である。
同位体を含む時間依存星間化学モデルの構築

星形成コアにおける分子組成分布の時間進化を数値計算によって調べた。コアの観測では炭素系分子がコア中心部で減損しているのに対し、窒素系分子は減損していない。従来この炭素系分子と窒素系分子の分布の違いは、一酸化炭素と窒素分子のダストへの吸着エネルギーに起因していると考えられてきたが、最近の実験室での測定により両者の吸着エネルギーに大きな差がないことが指摘された。本研究では、分布の違いが一酸化炭素と窒素分子の吸着エネルギーではなく分子生成タイムスケール(窒素分子の方が生成時間が長い)によって説明できることを示した。この結果は国際研究集会で発表し、現在論文を準備中である。原始惑星系円盤表面におけるガス温度・密度構造およびそこでの水素分子励起状態と輝線強度を理論モデルによって調べた。その結果、円盤表面ではガスがダストよりも高温になっていること、中心星が紫外線超過を持つ場合に水素分子の紫外および近赤外放射が観測値とよく合うことを示した。この結果は論文としてまとめ学術雑誌に掲載された。さらにダストが星間ダストよりも大きくなった円盤において円盤の構造、分子組成、重水素濃縮度を調べた。円盤表面は中心星や星間空間からの紫外線によって光解離領域になっているため、多くの分子種はその存在度が円盤表面からの柱密度に依存して変化することがわかった。ダスト成長に伴いガス分子の存在する層は中心面に近づくが、多くの分子は柱密度がダストサイズに強くは依存しなかった。ただしHCO+,H_3^+,H_2D^+はダスト成長に伴って柱密度が減少した。重水素化分子は中心面および中心面付近で高い存在度を示した。以上の結果は論文としてまとめ学術雑誌に掲載された。(1)星形成コアにおける重水素分別星形成コアの重力収縮を数値的に計算し、そこでの分子組成や重水素同位体比の分布と進化を化学反応ネットワークにより求めた。ネットワークは現在観測の進んでいる多重重水素化分子を含む。観測では中心密度が10^5cm^<-3>程度のコアで広い半径にわたって0.05-0.1km s^<-1>程度の収縮速度が得られている。モデル計算では、中心密度が10^4cm^<-3>の平衡解に近い状態から収縮を開始するとこの速度場を再現できた。星形成前の低温なコアでは交換反応によって重水素濃縮が進み、コア中心部で一酸化炭素等がダストに凍結するとさらに濃縮度が上昇する。特に中心密度が10^7cm^<-3>まで高まるとD_3^+/H_3^+比が1よりも高くなることが分かった。近年観測されているND_3/NH_3比はモデルで再現できたが、D_2CO、CD_3OHについては観測値よりも低い重水素比が得られた。高い比を得るには氷マントルの層構造等を考慮する必要があるかもしれない。以上の結果は論文としてまとめThe Astrophysical Journalに掲載決定となった。(2)原始惑星系円盤表面の光解離領域SEDの観測から原始惑星系円盤ではダストが星間ダストよりも大きくなっていると考えられる。そこで円盤表面の温度・密度および化学組成の分布を数値計算によって求め、これらのダストサイズ依存性を調べた。また従来の研究ではダストとガスの温度が等しいと仮定されていたが本研究では両者を別々に解いた。得られた結果は以下の通りである。・円盤表面ではガスの温度はダスト温度より高く、この差は輝線強度の評価において重要である。・ダストが成長すると円盤表面でのガス温度は低下する。一方、紫外線強度は上昇しこれに伴ってCNやC_2Hなどのラジカルの柱密度が高くなる。研究結果は国際会議で口頭発表した。現在論文を執筆中である。
国際的パルス中性子施設と巨大高圧相単結晶合成技術による地球深部水の研究

28年度が最終年度であるため、記入しない。
ナノ電子ビーム分光によるセラミックス一般粒界偏析機能元素の定量分析法開発

本研究の目的は,当研究グループが独自に開発した電子ビームロッキングによる結晶中不純物の占有サイト分析法(統計的ALCHEMI法)と高度スペクトルイメージング法を組み合わせて,任意の方位を持った結晶粒界に偏析する機能性ドーパントの規則配列構造及びそれに伴う特有の電子状態を抽出し定量解析するロバストな手法開発の試みである.これまでハードウェアの制限から入射電子ビーム径が1μm以下になるとピボットポイントの位置ずれが相対的に大きくなり,粒界特有の電子伝播モードを捉えるためには,小さいビーム径で粒界上に入射ビームを固定してロッキングする改良が必要である.そこで集束レンズの収差に起因する本問題に対して,ビーム制御プログラムに収差補正機能を付加するためのビーム制御スクリプトを開発した.前年度までは装置と制御コンピュータの通信の問題などによるプログラムの中断が起こったが、それらの問題点をほぼ解決するに至り、ビーム径を100nm以下にまで小さくした条件で平行照射することが可能となった。この条件でのビームロッキング時に殆どピボットポイントが動かないことも確認した.実際StTiO3の結晶粒界に適用したところ、粒界偏析したYによるチャネリング図形が得られ、Yが特定の原子コラム上に存在していることが示唆された。本手法の応用として以下の問題に実際に適用した:(1)SrCuO系超伝導物質のCu-O面のホール濃度測定(2)W型フェライト材料のFeサイト毎の価数測定。これらの成果は日本金属学会学会報のレビューにまとめられた。本研究の目的は,当研究グループが独自に開発した電子ビームロッキングによる結晶中不純物の占有サイト分析法(統計的ALCHEMI法)と高度スペクトルイメージング法を組み合わせて,任意の方位を持った結晶粒界に偏析する機能性ドーパントの規則配列構造及びそれに伴う特有の電子状態を抽出し定量解析するロバストな手法開発の試みである.実際にYを添加して粒界偏析したαアルミナの結晶粒界を跨ぐ領域においてビームロッキング蛍光X線測定を実施したところ,粒界偏析した希土類元素のイオン化チャネリング図形(ICP)は,粒界上部の結晶における陽イオンのICPと同様であることがわかった.すなわち少なくともY原子はAlサイトに関連した場所を粒界で占めていることが示唆された。しかしハードウェアの制限から入射電子ビーム径が1μm程度であるため,粒界特有の電子伝播モードを捉えるために,小さいビーム径で粒界上に入射ビームを固定してロッキングする改良が必要であることが明らかになった.そこで集束レンズの収差に起因するロッキングのピボットポイントが動く問題に対して,ビーム制御プログラムに収差補正機能を付加するためのビーム制御スクリプトを開発した.これによってビーム径を100nm以下にまで小さくした条件で平行照射することが可能となり,かつその条件でのビームロッキング時に殆どピボットポイントが動かないことを確認した.また酸化物セラミックスにイオン価の異なるドーパント添加によって生じる電荷バランスをとるためにわずかに導入される酸素空孔の結晶学的位置を統計的ALCHEMI法と動力学電子非弾性散乱理論の組み合わせによって明らかにした.これまで本手法の大きな制限であった解析可能な領域の大きさについて,装置のソフトウェアコントロールによる収差補正がほぼ完成しつつあるため,結晶粒界のような局在構造や微粒子結晶,微細構造制御材料などへの応用が拓けつつある.また環境保護膜セラミックスの添加元素サイト分析において,これまでイオンの占有サイトは局所的電荷中性条件と置換元素のイオン半径の違いによって決まるとされていた.今回Al添加Y2Ti2O7パイロクロア型結晶の分析では,三価のAlがむしろ四価のTiサイトを優先的に置換していることが明らかになったが,この電荷のアンバランスを相殺する酸素空孔が置換されたTiサイトの最近接酸素サイトに導入されることがこの研究で見いだされた.酸素空孔の位置を定量的に評価したことは恐らく世界でこれまで例の無い結果であり,大型施設の放射光や中性子回折とリートベルト解析では不可能なレベルの分析が本手法で可能である.また今後原子番号の大きい希土類元素の占有テーブルがZ=60までしか用意されていないことが懸案となっている.これについては,特殊な計算コードの適用を考えていたが,最近の機械学習の手法を使って既存のデータベースを使ってデータの外挿によってテーブルの拡張を行うことを計画している.本研究の目的は,当研究グループが独自に開発した電子ビームロッキングによる結晶中不純物の占有サイト分析法(統計的ALCHEMI法)と高度スペクトルイメージング法を組み合わせて,任意の方位を持った結晶粒界に偏析する機能性ドーパントの規則配列構造及びそれに伴う特有の電子状態を抽出し定量解析するロバストな手法開発の試みである.これまでハードウェアの制限から入射電子ビーム径が1μm以下になるとピボットポイントの位置ずれが相対的に大きくなり,粒界特有の電子伝播モードを捉えるためには,小さいビーム径で粒界上に入射ビームを固定してロッキングする改良が必要である.そこで集束レンズの収差に起因する本問題に対して,ビーム制御プログラムに収差補正機能を付加するためのビーム制御スクリプトを開発した.前年度までは装置と制御コンピュータの通信の問題などによるプログラムの中断が起こったが、それらの問題点をほぼ解決するに至り、ビーム径を100nm以下にまで小さくした条件で平行照射することが可能となった。この条件でのビームロッキング時に殆どピボットポイントが動かないことも確認した.

実際StTiO3の結晶粒界に適用したところ、粒界偏析したYによるチャネリング図形が得られ、Yが特定の原子コラム上に存在していることが示唆された。本手法の応用として以下の問題に実際に適用した:(1)SrCuO系超伝導物質のCu-O面のホール濃度測定(2)W型フェライト材料のFeサイト毎の価数測定。これらの成果は日本金属学会学会報のレビューにまとめられた。特に研究計画の大きな変更は無い.今後以下のような計画で研究を進める:1)ソフトウェア制御によるビームロッキングモードの確立:前年度に引き続き現在開発中の装置制御スクリプトプログラムを早期に完成させる.ほぼ主な機能は確認しており,細部の修正のみである.2)粒界モードの応用測定:典型的なセラミックスであるSTO(SrTiO3)の双結晶を既に購入している.ここでは界面構造/電子状態を顕わに測定するための電子波の界面伝播モードのビームロッキング測定を試みる.恐らくすべてのランダム粒界では無く特定の面方位の組み合わせにおいて強いモードが予測される.3)EDX-EELS同時測定:上記までで得られた構造情報に加え,粒界偏析しているドーパントの化学結合状態の情報をEELSで得る.ここではすでに当グループで開発したEDX-EELS同時測定システム(ハードウェア)をビームロッキング統計ALCHEMIに適用する.複数の分光データを各入射方位から収集したデータは指標を三つ(角度,分光1の各チャンネル強度,分光2の各チャンネル強度)持つテンソル形式を有する.そこで数学におけるテンソル分解の最新テクニックである「構造データ融合法」(Structure Data Fusion: SDF)を取り入れた統計処理によって,添加希土類元素のEDX/EELSチャネリングパターン(広義のICPデータの組)から粒界局在スペクトル成分を同時に分離し,EDX-ICPから構造情報,EELS-ICPから粒界に特有の化学結合状態の解析を行う.当該年度の計画では、ソフトウェア制御によってより小さなプローブ径によるビームロッキングを実現することで、実際の粒界情報密度を上げる予定であった。しかしTEM本体とEDX検出器の通信においてビーム制御プログラムが測定途中に停止するトラブルに見舞われたため、実際の粒界試料への適用が若干遅れることとなった。このため、最も理想的な事例としてのセラミックスの結晶方位を制御して接合した双結晶粒界作製分の費用が繰り越しとなっていた。既にこの問題は年度末に解決し、次年度はすぐに実際の測定に移ることができる。いくつかの方位、及び熱処理温度で粒界構造を制御した双結晶試料の作製をしていく。また次年度9月に開催される国際顕微鏡学会においてこれまでの成果を発表する旅費に支出する予定である。