hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動的核偏極磁気共鳴力顕微鏡(DNP-MRFM)の開発

カンチレバーを用いた高感度・高周波電子スピン共鳴によるテラヘルツ磁気共鳴力顕微鏡の開発を行った。ファイバー光学Fabry-Perot干渉計を用いた高感度変位系により、100 ng程度の微小試料のテラヘルツESR測定が可能になった。実際に、ヘムタンパク質のモデル錯体であるヘミンに対して適用し、0.5 THzまでの周波数領域でのESR信号から詳細にゼロ磁場分裂定数の決定に成功した。また、低温、強磁場中でも動作する3軸ピエゾステージを作製し、テラヘルツ磁気共鳴力顕微鏡のプロトタイプの作製を行った。磁気チップをつけたカンチレバーを試料表面に対し操作することで、空間分解ESR信号の検出に成功した。本研究の目的は、カンチレバーを用いた動的核偏極装置の開発である。そのためにはカンチレバーを用いて核磁気共鳴(NMR)測定法と電子スピン共鳴(ESR)測定を組み合わせる必要がある。我々の研究グループでは近年、カンチレバーを用いた新しい高周波ESR測定法の開発を行ってきたが、動的核偏極測定を実現するには更なる装置の高感度化が必要である。我々の測定系では磁気共鳴に伴うカンチレバーの微小変位を検出する方法として波長可変レーザーを用いたFabry-Perot干渉計方式を採用している。この方式ではFabry-Perotキャビティの共振器長を最適化する必要があるが、本研究では波長可変レーザーを用いているため可動部分がなく、装置を非常に小型化かつ低ドリフト化することが可能である。本年度は測定装置の高感度化を進め、最終的な測定対象として考えている生体タンパク質の高周波ESR信号検出を目指した。本研究では、具体的には、ミオグロビンと呼ばれる生体金属タンパク質を取り上げた。このタンパク質は筋肉中の酸素貯蔵に関する働きを担っており、Feイオンが活性中心として機能することが知られている。ミオグロビンは分子量が約17000と非常に大きいため、スピン濃度が薄く、通常の高周波ESR測定法では信号検出が難しい。本研究では100ミクロン程度の大きさしかないカンチレバーへの試料搭載方法などの検討を重ね、初めて100 ng程度の微量凍結試料について80-105 GHzの領域でのESR信号検出に成功した。この測定ではスピン感度としては10^5 spins/Gという値を得ることに成功したが、この値は市販のXバンドESR装置の10000倍の感度に当たる。このような微量試料の高周波ESR測定の例はこれまでに報告がなく、今後、動的核偏極装置の作製にとって極めて重要な成果であるといえる。平成27年度はカンチレバーを用いた磁気共鳴測定の高感度化を行った。大きな進展として、試料空間に磁場勾配を発生させるための磁気チップをフェライトからジスプロシウムに変更することでカンチレバー上の試料にはたらく磁場勾配力を増強することに成功した。その結果、信号検出感度が2桁程度改善した。その結果、ピエゾ抵抗検出方式ならびにFabry-Perot干渉計検出方式のいずれにおいても磁化検出による高感度、高周波ESR測定が可能になった。実際に測定試料として金属タンパク質のモデル物質である金属フタロシアニン錯体の高周波ESR測定を行った。その結果、銅ポルフィリン錯体では過去の結果とよい一致を示すESR信号がg=2.1付近に観測された。また、鉄ポルフィリンについても鉄イオンに特有のESR信号がg=6付近に観測された。多周波数ESR測定から得られた周波数-磁場ダイアグラムはゼロ磁場分裂を考慮に入れたスピンハミルトニアンモデルから導かれる結果とよい一致を示した。また、後進行波管(BWO)とカンチレバーによる高周波ESR測定を組み合わせることで、測定可能な周波数-磁場領域の拡大を行った。その結果、1.1 THzに至る広い周波数領域でCo Tutton塩のESR信号検出を成功した。この結果は従来の最高記録であった370 GHzを3倍更新するものであり、機械的検出によるESR測定としては世界最高周波数に当たる。動的核偏極測定に向けミリ波光学系、信号検出系、RF測定系、ステージ駆動系などの技術開発が大きく進展した。実際に構築した測定系を用いて実際にNMR測定を行ったが、以下のような予期しない問題が生じたため、現在、改善に向けた改良を行っている。そのため、平成27年度中に予定していたNMR信号の検出まで至らなかった。NMR測定では信号強度が微弱であるため、従来のカンチレバーに比べより小さいバネ定数のカンチレバーが必要になる。申請者の研究室ではカンチレバーを自作できる開発環境を有しており、実際に厚さが2ミクロンの自作カンチレバーを用いたESR信号検出に成功した。ところが、バネ定数を小さくするためにカンチレバーの厚さを300 nmまで薄くするとカンチレバーに反りが生じてしまい、光ファイバーとFabry-Perot干渉計を構築する際に平行度が悪く測定に支障が生じることが分かった。原因究明の結果、この問題はリリースと呼ばれるプロセスで起こっていることが判明した。すでにプロセスの改良を行っている段階であり、平成28年度前半には測定用に極薄カンチレバーを供給できる予定である。カンチレバーを用いた高周波磁気共鳴力顕微鏡の装置開発を行い、以下の成果を得ることができた。低温で駆動する3軸ピエゾステージを自作し、その動作特性を確認した。作製したステージは完全非磁性であり数テスラの強磁場中でも100 nm程度の位置分解能で動作することを確認した。また、実際にカンチレバー上に微小磁気チップを取り付け、測定対象であるDPPH試料に対して1次元の空間分解測定を行った。

磁気チップ-カンチレバー間の距離をリアルタイムで計測するための光学系を別途用意し、カンチレバーの変位測定系とパラレルな測定を可能にした。その結果、磁気チップ-試料間距離に依存してDPPHのESR信号強度の変化が観測された。これは共鳴スライスの変化によるものとして理解できる。一方で、共鳴磁場の変化が観測されなかったことから、試料位置に発生している磁場勾配はESR共鳴線幅よりも小さいことが示唆された。また、本研究で開発した高周波ESR測定技術を用いて金属タンパク質のモデル物質について高周波ESR測定を行った。銅ポルフィリン錯体については約1μgの微小試料について0.39 THzまでのESR測定に成功し、10^9 spins/Gという最小スピン検出感度の実現に成功した。また、ヘムタンパク質の活性中心であるヘミン分子の微量試料(100 ng)に対しても高周波ESR測定を行い、0.5 THzまでの高周波ESR信号の検出に成功した。この測定では巨大なヘミン分子の磁化成分によるダイナミックレンジの問題を解決するため、光学系にフィードバックにかけて広ダイナミックレンジ測定を可能にした。その結果、ヘミン分子に特徴的なg=6のESR信号の検出に成功し、多周波数測定の結果から詳細なゼロ磁場分裂定数の導出に成功した。カンチレバーを用いた高感度・高周波電子スピン共鳴によるテラヘルツ磁気共鳴力顕微鏡の開発を行った。ファイバー光学Fabry-Perot干渉計を用いた高感度変位系により、100 ng程度の微小試料のテラヘルツESR測定が可能になった。実際に、ヘムタンパク質のモデル錯体であるヘミンに対して適用し、0.5 THzまでの周波数領域でのESR信号から詳細にゼロ磁場分裂定数の決定に成功した。また、低温、強磁場中でも動作する3軸ピエゾステージを作製し、テラヘルツ磁気共鳴力顕微鏡のプロトタイプの作製を行った。磁気チップをつけたカンチレバーを試料表面に対し操作することで、空間分解ESR信号の検出に成功した。本研究の目的は、カンチレバーを用いた動的核偏極装置の開発である。そのためにはカンチレバーを用いて核磁気共鳴(NMR)測定法と電子スピン共鳴(ESR)測定を組み合わせる必要があり、ミリ波光学系とRF信号系の両方を構築する必要がある。しかし、これまでのカンチレバーを用いた磁気共鳴測定ではXバンド帯のESR測定単独かNMR測定単独に限られており、両者を組み合わせた例は見当たらない。試料の磁化成分を制御してエコー信号を検出するため、ミリ波光学系、RF光学系ともにパルスシーケンスを用いる必要がある。ミリ波光学系として10 GHz領域の出力を増幅逓倍器によりWバンド帯まで逓倍して用いることを計画した。ところが、実際に増幅逓倍器を発注したところ、先方の技術的な理由により製造不可という回答があり、本年度の納入ができなかった。このため、パルスESR測定の開発は先送りせざるを得ないという結果になった。そのため、本年度は高周波ESR測定装置の更なる高感度化と、生体タンパク質試料への応用を中心に開発を行った。
モノリグノールアシル化酵素遺伝子の同定と発現制御によるリグノセルロース代謝工学

モノリグノールのフェノール酸エステル体は、イネ科やヤシ科などの細胞壁などに含まれており、これらのリグノセルロースを有効に使うためには、その生合成の改変が必要となる。しかし、改変の基盤となる生合成機構に関する知見は極めて少ない。そこで、本研究では、モノリグノールのフェノール酸エステル化酵素を同定し、フェノール酸エステル含量や構造が変化したリグノセルロースの創出へつながる基盤的知見を得ることを目的とした。その結果、アスパラガスから新規なp-クマロイル化酵素を見出すとともに、インシリコ解析によりポプラの分化中木部で高発現するモノリグノールアシル化酵素遺伝子の候補を2種類見出した。ポプラのマイクロアレイデータ解析およびBAHDアシル基転移酵素ファミリーの系統樹解析により、モノリグノールのアシル化に関わると推定される酵素遺伝子を網羅的に探索した。その結果、モノリグノールのp-ヒドロキシベンゾイル化酵素の候補遺伝子を2種類見出した。ノルリグナンの一種、cis-ヒノキレジノールの生合成前駆体は、モノリグノールの一種のp-クマリルアルコールがp-クマロイル化されて生成するp-クマル酸p-クマリルである。従って、cis-ヒノキレジノールを産生するエリシター処理済アスパラガス培養細胞においては、p-クマル酸p-クマリルが生成しており、その生合成に関わる酵素であるモノリグノールのp-クマロイル化酵素が発現していると推測される。そこで、エリシター処理済および未処理のアスパラガス培養細胞のRNA-seq解析をそれぞれ行い、エリシター処理により遺伝子発現が増加するp-クマロイル化酵素遺伝子の候補を5種類見出した。続いて、5種類の全長遺伝子をクローニングし、大腸菌を用いて組換え酵素の発現を試みた。その結果、3種類の候補遺伝子については、相当する組換え酵素が大腸菌破砕液の可溶性画分に見出された。アスパラガス培養細胞のRNA-seq解析から得られた仮想遺伝子配列(コンティグ)を相同性検索に供し、ケイヒ酸/モノリグノール生合成経路上の酵素遺伝子を網羅的に見出した。続いて、エリシター処理済および未処理細胞におけるそれぞれの遺伝子の発現量を計算し、代謝経路上にマッピングした。その結果、エリシター処理によってcis-ヒノキレジノール生合成に関わると推測されるケイヒ酸/モノリグノール生合成経路上の酵素遺伝子の発現量が顕著に増加したことが見出された。モノリグノールのヒドロキシシンナモイル化酵素は、リグニンやノルリグナンの前駆体の一種であるヒドロキシシンナモイル化モノリグノールの生成を触媒する鍵酵素である。イネ科植物のリグニンは、シナピルアルコールの側鎖末端γ位の水酸基がしばしばp-クマロイル化されているが、このp-クマロイル残基は、重合途上のリグニンに取り込まれたp-クマロイル化シナピルアルコールに由来する。近年、p-クマロイル化シナピルアルコール生合成に関わるp-クマロイル-CoA:モノリグノールp-クマロイルトランスフェラーゼ(PMT)がイネ科植物から同定された。しかし、アスパラガスのノルリグナン生合成前駆体であるp-クマロイル化されたp-クマリルアルコールの生成を触媒する酵素については、ほとんど未解明である。そこで今年度は昨年度に引き続き、アスパラガスからの本酵素遺伝子の同定を進めた。エリシター処理で発現が上昇する5種類の遺伝子のうち、3種類の遺伝子について、大腸菌を用いて種々の条件下で相当する組換え酵素を発現させた。組換え酵素は、可溶性画分に見いだされたが、発現量がきわめて少なく、活性を検出することが出来なかった。そこで、組換え酵素のヒスチジンタグを利用し、大量の菌体からNi-NTAアフィニティカラム精製を行ったが、やはり回収された組換え酵素量は少なかった。そこで、使用する発現ベクターを変更することとし、新たに発現ベクターを構築し、発現用大腸菌に導入した。昨年度、大腸菌のタンパク質発現系を用いて発現を試みた5種類のアスパラガスのモノリグノールアシル化酵素候補遺伝子のうち、大腸菌での発現量が極めて少なかった3種類の遺伝子について、今年度は、ベクターを変更して発現を試みた。その結果、このうちの1種類の遺伝子については、タンパク質が可溶性画分に発現し、p-クマロイル-CoAとp-クマリルアルコールからp-クマール酸p-クマリル合成活性を示すことに初めて成功した。さらに、この酵素の基質特異性を解明するため、酵素反応生成物の合成標品の合成を進めた。組換えタンパク質の生産条件の最適化に時間がかかっているため。リグニン新たに作成した大腸菌発現ベクターを用いて、組換えタンパク質を産生し、活性を検出する。また、大量の精製組換え酵素を調製し、酵素のキャラクタリゼーションを行う。

H25年度に予定していた研究内容(遺伝子発現解析実験)の他に、H26年度に予定していた研究内容の一部(候補遺伝子のcDNAクローニングおよび組換え酵素発現)を実施することが出来たため。大腸菌における組換え酵素発現の最適化に時間がかかったため、実験計画が全体的にやや遅延し、予定していた試薬の購入を実施しなかったため。アスパラガス由来のモノリグノールのp-クマロイル化酵素に関しては、5種類の候補遺伝子のうち、3種類については、大腸菌破砕液の可溶性画分に相当する組換えタンパク質が発現していることが見出された。そこで、今後、これらの組換えタンパク質を精製し、酵素アッセイに供する。また、組換えタンパク質が得られていない2種類の酵素については、ベクターや宿主を変更し、組換え酵素の発現を試みる。一方、ポプラ由来のモノリグノールのp-ヒドロキシベンゾイル化酵素に関しては、ポプラのゲノム配列に基づき、遺伝子合成によりcDNAを取得し、組換え酵素の発現を試みるとともに、基質および酵素反応生成物標品を有機合成する。実験計画を加速させるために、これまでに供試していない大腸菌発現系の購入に充当する。
アンモノサーマル法による機能性窒化物の合成

従来から用いられてきたアンモノサーマル合成用の反応装置の問題点を改良した、新規反応装置の設計・製作を行った。具体的にはガス配管のデッドボリュームを徹底的に削減し、反応容器の容積の全体に対する比率において最大化を目指した。合成対象には次世代の蛍光体材料として期待されているSrAlSiN3:Eu系を選択した。実際に製作した装置を用いて合成を試みた結果、固相法よりも低温でSrAlSiN3:Eu系の蛍光体を合成することに成功した。これらの結果から従来よりも機能性窒化物合成に対して有利なアンモノサーマル条件をつくることに成功した。本研究課題は3カ年計画であり、本年度で2年度目となっている。初年度の研究計画は、従来から用いてきたアンモノサーマル合成用の反応装置の問題点の洗い出しと新規装置の設計であった。最も重要な問題は反応装置の一部分が低温となり、試料導入部に十分な超臨界アンモニアが充填されないことであることが判明した。この問題を解決するために、アンモニアが封入されている反応容器の多くの部分を均一の温度とすることがもっとも有効であると考えられ、その点を考慮して新しいアンモノサーマル装置の装置設計を行った。本年度ははじめの研究計画の通り、反応容器の低温部の最小化を目指し新規装置の試作を行った。その後、実際に試作した装置を用いて光触媒であるLaTaON2の合成を行い、その光触媒活性評価を行い良好な結果を得た。現在は、昨年度もアンモノサーマル法による合成実験を行い、固相法によるものよりも低温での合成に成功したSrAlSiN3:Eu系を対象として新規開発した本装置の性能評価を行っているところである。これらのデータを有効に活用すれば次年度以降の研究に直接応用可能となり、白色LED用の窒化物蛍光体の新規開拓や特性向上、さらには次世代エネルギー創成用の可視光応答型水分解光触媒であるTa3N5系の光触媒活性の向上が見込めると考えている。本年度は、(1)現有の高圧アンモノサーマル装置を使用した窒化物蛍光体の合成とその評価、(2)新規の高圧アンモノサーマル装置設計、を行った。(1)については白色LED照明用赤色蛍光体として期待されるユーロピウムを賦活したSrAlSiN3を対象として、従来の固相合成法および我々のアンモノサーマル法によりそれぞれ合成し、物性の比較を行った。いずれの方法でもEu:SrAlSiN3を合成することができたが、アンモノサーマル法による試料は固相法のそれと比較して十分な輝度を有していなかった。各種分析結果を検討した結果、合成されたEu:SrAlSiN3結晶中のSr量が化学量論と比較してかなり少ないことがわかった。アンモノサーマル法による合成に際しては、溶媒への反応物質の溶解度を高める目的でNaNH2を反応系に共存させていたが、その結果生成物中にNaが取り込まれていることが示唆された。現在この系についてはNaの共存に対する対応策を検討している。(2)については既存のアンモノサーマル反応装置の改良に主眼を置いた。既存の装置は、アンモニアが存在している範囲の温度が一定ではないために各部分でのアンモニアの濃度や状態に相違があると考えられ、その結果アンモノサーマル反応が非常に複雑な現象を伴った反応となり、反応条件の最適化を困難にしていたと考えられる。ここでは、まずはじめに低温部分の最小化を行った装置設計を行ったので、今後実機にて試験をする予定である。本研究課題は3カ年計画であり、本年度で最終年度となっている。二年度目は、はじめの研究計画の通り反応容器の低温部の最小化を目指し新規装置の試作を行った。さらにSrAlSiN3:Eu系を対象として新規開発した本装置の性能評価を行い、その結果固相法よりも低温でSrAlSiN3:Eu系の蛍光体を合成することに成功した。

これらの結果から、反応系の高温部に対する低温部の存在比を積極的に減少させることにより、より窒化物合成に対して有利なアンモノサーマル条件をつくることに成功したといえる。最終年度である本年度には、次世代エネルギー創成用の可視光応答型水分解光触媒であるTa3N5系のアンモノサーマル処理を行い、固相法で合成したものよりも光触媒活性が向上したことを確認した。無機材料合成本課題ではすでに申請者らが成功しているCaSiAlN3の金属合金出発金属アミン錯体経由アンモノサーマル合成法を進化させて、高結晶性の各種複合(酸)窒化物を低温で合成することを目標としており、なかでも可視光応答型光触媒として期待されているLaTaON2,LaNbON2の、良好な結晶性を持った粉末合成から実験を対象としていた。その後、実際の触媒活性評価の結果をフィードバックし、化合物を選定・設計し、合成を行う予定である。特に、LaTaON2に関しては堂免らが気相法で合成、活性を測定したが、予期される活性より極端に低い活性しか得られていない結果が報告されており、本方法による高結晶性の試料との比較検討が重要である。本年度はLaTaON2に関して合成実験を行い、既知の合成方法よりも低い温度での合成に成功しており、現在活性の評価を行っているところである。これは申請書に記載した実験計画と照らし合わせて、本課題の進捗状況としておおむね順調であるといえると考えられる。当初の計画に従っておおむね順調に進行している。現在は、昨年度もアンモノサーマル法による合成実験を行い、固相法によるものよりも低温での合成に成功したSrAlSiN3:Eu系を対象として、その発光特性を測定することにより新規開発した本装置の性能評価を行っているところである。従って、種々の合成条件で複数のSrAlSiN3:Eu系蛍光体の合成を行い、その特性と合成条件の相関を観察していく予定である。また、本年度成功したLaTaON2の低温合成に関しても、来年度においては種々の合成条件で複数のLaTaON2の低温合成を行いその特性と合成条件の相関を観察していく予定である。初年度の研究費は当初の研究費使用予定よりも少ない支出ですみ、次年度への繰越金が出た。この理由は、比較的高額な純金属試薬がほかの研究費にて購入した物と共用することができたことが主に挙げられる。このことから40万円ほどの余剰金が出た。新規装置製作にほかの研究予算で購入した物品が流用可能であったため、当初の研究予算よりも少ない金額で目標を達成できたため。反応容器のバルブが予想よりも消耗が激しいことがわかったため、これらの購入に充てる予定である。現在使用中の金属合金粉砕用ミルの消耗が当初の予想よりかなり早く進行することがわかったため、次年度の経費ではこの本体購入と定期交換部品の購入に充てたい。
ダイズの炭素－窒素需給バランスに基づく最適ノジュレイションレベルの探索

これまでダイズの多収化の実現に向けては地上部の生育のみに着目した多収理論や地下部の根粒による窒素固定能力に着目した研究がほとんどで、ダイズー根粒菌の共生関係を統一的にとらえ、共生関係を最大限活用して多収を実現する考え方は未だ立証されていない。本研究では、様々な大気ー土壌栄養環境下(温度、二酸化炭素濃度、窒素条件)の実験系において、ダイズー根粒菌の共生関係を維持するために重要な炭素(=根粒を賄うためのダイズが生産する光合成産物)と窒素(=ダイズが光合成するために根粒が供給する栄養分)の需給関係を解析し、炭素・窒素需給バランスからみたダイズの乾物生産、収量が最大となる最適ノジュレイションレベル(=最適根粒着生レベル)を明らかにすることを目指す。温度勾配型チャンバーを用いて異なる温度(外気、外気+5°C)と二酸化炭素濃度(外気、外気+200ppm)の条件下においてダイズを生育させることで炭素・窒素需給バランスを変化させ、ダイズの乾物生産、収量と根粒菌の炭素要求と窒素供給の関係についてノジュレイションレベル(根粒重/根重)に着目して調査した。高温条件下で根粒数は増加する一方で根粒は小型化するが、二酸化炭素濃度を増加させることで根粒サイズは維持または大型化し、ノジュレイションレベルは高まった。そして、ノジュレイションレベルの向上に伴いダイズ子実が大粒化し、収量が増加する傾向がみられ、ノジュレイションレベルと百粒重の間に密接な関係が認められた。これに対して、ノジュレイションレベルと乾物生産、収量の間には直接的な相関関係は認められなかった。以上より、根粒の大型化に伴いノジュレイションレベルが高まることで、子実の肥大が促進されて百粒重が増大し、収量が向上するメカニズムが示唆された。今後は、ダイズ体内の成分分析を行い、ノジュレイションレベルや子実の肥大、収量の関係について解析する。本研究では、様々な大気ー土壌栄養環境下(温度、二酸化炭素濃度、窒素条件)におけるダイズー根粒菌の炭素と窒素の需給関係を定量的に解析し、炭素・窒素需給バランスからみたダイズの乾物生産、収量が最大となる最適ノジュレイションレベル(=最適根粒着生レベル)を明らかにすることを目指す。平成28年度は、温度勾配型チャンバーを用いて、異なる温度(外気、外気+5°C)と二酸化炭素濃度(外気、外気+200ppm)の条件下においてダイズを生育させ、炭素・窒素の需給バランスを変化させ、ダイズの乾物生産、収量と根粒菌の炭素要求と窒素供給の関係についてノジュレイションレベル(根粒重/根重)に着目して調査した。また、群落レベルでの炭素ー窒素需給バランスのモデル化に向けて、モデル構築のための幅広い生育データを得るために異なる播種期の圃場試験を実施した。温度勾配型チャンバー試験ではノジュレイションレベルが高まると、根粒一粒が大型化する傾向がみられた。また、ノジュレイションレベルの向上に伴いダイズ子実が大型化し、収量が増加する傾向がみられ、ノジュレイションレベルと百粒重の間に密接な関係が認められた。一方、ノジュレイションレベルと乾物生産、収量の間には直接的な相関関係は認められなかった。圃場試験に関してはモデル構築に向けた必要な生育データが取得できた。これらのことから、ノジュレイションレベルは子実の肥大を介して収量に影響すると考えられた。今後は、ダイズ体内の成分分析を行い、ノジュレイションレベルや子実の肥大、収量との関係について解析する。本研究では物理的環境要因を変動させることで多様なノジュレイションレベルを試験的に誘発させることで、個体レベルにおける炭素・窒素需給バランスを定量的に解析し、それらと乾物生産、収量の関係からみた最適ノジュレイションレベルを見出すことを一つの課題としている。そこで、平成28年度は温度勾配型チャンバー試験において、温度と二酸化炭素濃度の処理を実施し、幅広いノジュレイションレベルが得られ、ノジュレイションレベルと物質生産形質の関係について明らかにすることができた。ただし、供試サンプルの化学分析は年度内に実施できなかったので、次年度行う予定となっている。また、定量的に得られた個体レベルの炭素・窒素需給バランスをモデル化し、群落レベルのダイズー根粒菌共生モデルを構築し、群落レベルにおいて乾物生産、収量が最大化する最適ノジュレイションレベルを明らかにすることも本研究の目的となっている。この点に関して、平成28年度の圃場試験においては当初の予定どおり、必要な生育データが取得できた。以上のように本研究は、一部年度内に解析が間に合わなかった部分があるが、全体への影響は軽微であり、概ね順調に進展している。平成29年度は、温度勾配チャンバーを用いて異なる温度(外気、外気+5°C)と二酸化炭素濃度(外気、外気+200ppm)の条件下においてダイズを生育させ、炭素・窒素需給バランスを変化させ、ダイズの乾物生産、収量と根粒菌の炭素要求と窒素供給の関係についてノジュレイションレベル(根粒重/根重)に着目して調査した。

また、群落レベルでの炭素ー窒素需給バランスのモデル化に向けて、モデル構築のための幅広い生育データを得るために異なる播種期の圃場試験を実施した。温度勾配チャンバー試験ではノジュレイションレベルが高まると、根粒一粒が大型化する傾向がみられた。また、ノジュレイションレベルの向上に伴いダイズ子実が大粒化し、収量が増加する傾向がみられ、ノジュレイションレベルと百粒重の間に密接な関係が認められた。一方、ノジュレイションレベルと乾物生産、収量の間には直接的な相関関係は認められなかった。圃場試験に関しては、モデル構築に向けた生育データの取得と供に、群落レベルで乾物生産、収量が最大となる播種期が明らかになった。これらのことから、ノジュレイションレベルは子実の肥大を介して収量に影響すると考えられた。今後は、ダイズ体内の成分分析を行い、ノジュレイションレベルや子実の肥大、収量の関係について解析する。本研究では物理的環境要因を変動させることで多様なノジュレイションレベルを試験的に誘発させることで、個体レベルにおける炭素ー窒素需給バランスを定量的に解析し、それらと乾物生産、収量の関係からみた最適ノジュレイションレベルを見出すことを目的としている。そこで、これまでは、温度勾配型チャンバー試験において、温度と二酸化炭素濃度の処理を実施し、幅広いノジュレイションレベルが得られ、ノジュレイションレベルと物質生産形質の関係について明らかにすることができた。ただし、ダイズ個体の化学分析は年度内に実施できなかったので、次年度行う予定となっている。また、定量的に得られた個体レベルの炭素ー窒素需給バランスをモデル化し、群落レベルのダイズー根粒菌共生モデルを構築し、群落レベルにおいて乾物生産、収量が最大化する最適ノジュレイションレベルを明らかにすることも本研究の目的となっている。この点に関しては、当初の予定どおり必要な生育データが取得できた供に、収量が最大となる生育時期を特定することができた。以上のように、本研究は、一部年度内に解析が間に合わなかった部分はあるが、全体の進捗への影響は小さく、概ね順調に進展している。これまでダイズの多収化の実現に向けては地上部の生育のみに着目した多収理論や地下部の根粒による窒素固定能力に着目した研究がほとんどで、ダイズー根粒菌の共生関係を統一的にとらえ、共生関係を最大限活用して多収を実現する考え方は未だ立証されていない。本研究では、様々な大気ー土壌栄養環境下(温度、二酸化炭素濃度、窒素条件)の実験系において、ダイズー根粒菌の共生関係を維持するために重要な炭素(=根粒を賄うためのダイズが生産する光合成産物)と窒素(=ダイズが光合成するために根粒が供給する栄養分)の需給関係を解析し、炭素・窒素需給バランスからみたダイズの乾物生産、収量が最大となる最適ノジュレイションレベル(=最適根粒着生レベル)を明らかにすることを目指す。温度勾配型チャンバーを用いて異なる温度(外気、外気+5°C)と二酸化炭素濃度(外気、外気+200ppm)の条件下においてダイズを生育させることで炭素・窒素需給バランスを変化させ、ダイズの乾物生産、収量と根粒菌の炭素要求と窒素供給の関係についてノジュレイションレベル(根粒重/根重)に着目して調査した。高温条件下で根粒数は増加する一方で根粒は小型化するが、二酸化炭素濃度を増加させることで根粒サイズは維持または大型化し、ノジュレイションレベルは高まった。そして、ノジュレイションレベルの向上に伴いダイズ子実が大粒化し、収量が増加する傾向がみられ、ノジュレイションレベルと百粒重の間に密接な関係が認められた。
自律的発展が可能な地域コミュニティを形成するコミュニケーションメディアの構築

本研究では,ネット社会と現実社会を融合させた新しいコミュニケーションの枠組みであるリアル・ソーシャル・ネットワークシステム(RSNS)を提案し,その設計指針を明らかにした.そしてその設計指針に基づいて,地域社会の活性化を目的としたコミュニケーション・システムを開発してシミュレーション実験によってその効果を確認した.開発したシステムは,類似する嗜好をもつコミュニティー同士をインターネット上でゆるやかに結びつけることによって,ネット社会と現実社会とが重層的に結合した新しいコミュニティを形成するものである.初年度は,(1-a)SNSの分析,(1-b)キーワードの抽出と重要事例のモデル化,の2項目を実施する計画であった.それぞれの実績について以下に述べる.,多様な価値観をもった人たちが集まって運営されることから,意見の対立が起き,その結果,コミュニティの活動が停滞してしまうことがある.そこで,多様なメンバーからなるコミュニティの活性化を目的としたコミュニケーションメディアの在り方について分析を行った.意見の対立が予想される場においては,個々の意見のぶつけ合いを避けるために,客観的にそれぞれの立場を理解する仕組みを導入することが効果的である.そこで,他者の意見を予想させるコミュニケーションゲームである,クロスロードゲームを用いたSNSを試作し,どのような問題について議論すれば,メンバー間の相互理解が深まるかについて,実験を通して明らかにした.またコミュニケーションゲームの一つであるビブリオバトルを,異文化コミュニケーションに導入した場合の効果を実験を通して検証した.(1-b)キーワードの抽出と重要事例のモデル化不便の効用をシステムデザインに活用するガイドラインの試案を策定して国際学術雑誌で発表した.このガイドラインは100弱の事例から帰納したものであり,事例をキーワードとともに格納したデータベースは,RSNSに限らず一般の発想支援にも応用可能であることを示した.SNSの分析と不便益を用いたシステムデザイン・ガイドラインによって,コミュニケーションメディアの設計指針(ガイドライン)が明らかになったことから,次年度に予定していたRSNSシステムの構築作業に取りかかった.上の述べたSNSの分析結果に基づいて,システムとデータベースの構造を設計した.プロジェクト2年目は、当初の研究計画に基づいて、RSNSシステムの設計とシステムの実装を行った。システムはウェブアプリケーションとして構築し、限定したメンバーに公開して試用し、システムの安定性を確認した。構築したシステムは、濃密なコミュニケーションが行なわれている小規模なビブリオバトル・コミュニティを横断的に結び付けるものであり、(1)イベントの告知・参加者募集と(2)興味を持つと考えられるイベントの推奨の2つの機能を持つ。イベント企画者が本システムにイベントの詳細を登録すると、その情報が既存のSNS(Twitter)を利用して拡散されて、広く参加者を募集することができる。また、過去のイベント情報から、登録されたイベントに興味を持つ可能性が高い人々を推測し、それらの人にも自動的に情報を提供する。推奨機能は、ビブリオバトルのゲームの中で紹介された書籍情報を用いた協調フィルタリングによって実現した。この機能の性能が、RSNS形成の可否に大きく影響を及ぼすことになる。そこで、推奨機能モジュールの性能を評価するためのシミュレーション実験を実施した。その結果、コミュニティ同士を結びつける目的としては十分な精度でイベントを推奨できることがわかった。当初計画通りにシステム開発が完了した。システムの動作実験についても完了して、安定的して動作することを確認している。イベント推奨モジュールについては、最低限の性能は持っているものの、効果的な運用のためには、さらなる性能向上が求められる。これまでに開発を進めてきた,インターネット上でイベント開催情報を公開しているビブリオバトルコミュニティ同士を緩やかに結びつけるためのコミュニケーションシステム(RSNSシステム)を実験的に運用し,問題の発見,改良を行った.また,一般運用に向けて,ユーザインタフェースの改良と,コミュニティー情報をオープンデータとして公開するためのテンプレートを作成した.さらに提案システムのために開発したコミュニティ推奨システムの性能を評価するために実験を行った.実験には,ビブリオバトル普及委員会公式ホームページ(http://www.bibliobattle.jp/)に掲載されている28のコミュニティの中から,十分な量のデータが公開されている11のコミュニティを選び出し,そのデータを利用した.検討の結果,嗜好の類似性を表す指標にはイベントで紹介された書籍のジャンルを用いた.11個のコミュニティのうち,1つを評価用,他を学習用とし,評価用コミュニティを順番に入れ替えて評価実験を行った.その結果,コミュニティ推奨システムは,比較的高い精度でコミュニティの嗜好を予測できていることがわかった.このことから,提案システムを用いることで,互いに興味をもつ可能性が高いコミュニティ同士を「推奨する」という手法によって緩やかに結びつけることが可能であることが明らかになった.これらによって,RSNSを一般に公開して運用する準備が完了した.本研究では,ネット社会と現実社会を融合させた新しいコミュニケーションの枠組みであるリアル・ソーシャル・ネットワークシステム(RSNS)を提案し,その設計指針を明らかにした.そしてその設計指針に基づいて,地域社会の活性化を目的としたコミュニケーション・システムを開発してシミュレーション実験によってその効果を確認した.開発したシステムは,類似する嗜好をもつコミュニティー同士をインターネット上でゆるやかに結びつけることによって,ネット社会と現実社会とが重層的に結合した新しいコミュニティを形成するものである.システム設計のためのガイドライン作成が,当初予定よりも早く完了したため,次年度に予定していたシステムの設計に着手できた.設計に十分な時間をかけることができるようになったことから,最終的な提案システムの完成度を高めることが可能になった.プロジェクト最終年度は、当初計画通り、実証実験を実施してデータを収集し、その結果に基づいたシステムの評価を行う。現在、限られたメンバーのみに公開しているシステムを、一般公開する必要がある。そのため、悪意のあるアクセスや攻撃に耐えうるよう、システムのセキュリティを強化し、十分にテストを行う予定である。

想定される問題点として、実験結果の分析方法の開発が挙げられる。不特定多数のユーザの利用状況と、それに伴うコミュニティ(友好関係)の変化の関係を分析する必要がある。これについては、イベントへの参加状況をネットワーク構造で表現し、その構造変化を観察することで可能になると考えている。しかし、そのためには十分な数のデータを収集する必要があり、そのための協力者集めが鍵になる。メディア情報学プロジェクトが当初計画通り進捗していることから,2年目は予定通りRSNSシステムの構築を進める.(2-a)システムの設計はほぼ完了しているので,(2-b)システムの実装に着手し,検証実験を行ってその完成度を高める.次年度以降の課題としては,実証実験のために,どのようにして十分な協力団体を集めるかということが挙げられる.現在,室蘭市地域生活課や,ビブリオバトル普及委員会といった,住民活動を取りまとめている組織と連携を取りながらプロジェクトを進めており,これらの組織を通じて協力を募る予定である.
美術史の脱構築と再構築-新たに誕生する隣接諸学との関連性の中で

1980年代から美術史の周辺に、それと関連する新しい学問分野が次々と誕生し台頭してきた。ニュー・アートヒストリーは内部の新動向であったとしても、映画研究や写真研究はもとより、ヴィジュアル・カルチャー(スタディーズ)、メディア研究、表象文化論、イメージ人類学などをその主たるものとして挙げることができる。こうした学問的傾向の背景には、一方で、作家論や作品論に重きを置いてきた伝統的な美術史研究への反省が、他方で、さまざまなイメージ・メディアの勃興と流行があると考えられる。こうした状況の中で、美術史はいかに対処すべきか、そもそも美術史は存続しうるのか、もし存続できるとするなら、今後いかにあるべきか、本研究はそういった問題意識のもとに進められてきた。この間、「イメージ」をめぐるさまざまな問題を中心テーマにして、主に美学・美術史・哲学を専門とする若い研究者たちとの研究会を6回開催して、議論を積み重ねてきた。もちろんおいそれと結論の出る問題ではないし、研究・教育の制度等の問題ともリンクしてくる。ただし、こうした研究会や議論を通じて明らかになったのは、各学科間の境界を確定したり、縄張り争いのようなことをすることは、まったく無意味だということである。ある種の領域横断的な美術研究に対して「それは美術史ではない」といった批判がなされることがよくあるが、こうした批判はいまやまったく意味をなさないと言えるだろう。肝要なのは、開かれてあること、対話を拒まないこと、固有性なるものに固執しないこと、であるように思われる。関連領域の勃興の中で美術史が解消するのでなくて、自己を閉ざすことが美術史の解体につながるのである。このことは強調されねばならない。本年度は、美学、美術史、芸術学、哲学、社会学などを専攻している若い研究者たちが発表し意見を交換し合う機会を二回にわたって持った。具体的には、「イメージ論の臨界」という題目で、関東と関西の大学院の博士課程で学ぶ学生たちに、それぞれの関心から発表してもらい、参加者たちと討論するという形式をとった。そうすることで、美術史をいったん相対化し、隣接する諸学問との関係性、境界を再考するというのが目的である。一回目は「イメージ(論)の氾濫を前にいかに思考するか」、二回目は「ミュトスとロゴス」というザブタイトルで、それぞれ八名と六名の若い研究者が報告を行った。話題は、ブランショやバタイユらのイメージをめぐる思考から、具体的な美術作品の新しい分析の可能性まで、多岐にわたるものであった。美術史が作品や作家に縛られる傾向が強いのにたいして、これを解き放つ上で、まず広い意味での「イメージ論」の再構築が必要不可欠に思われた、というのが、この発表会を開いた最大の理由である。イメージと力、イメージと言語、イメージと音、イメージと倫理、イメージと時間、イメージと記憶、イメージと身体といった、さまざまな観点や問題点がこの発表会を通じて浮上してきた。美術史がさらなる可能性を開くためには、こうした問題を理論的かつ歴史的に、総論的かつ各論的に考察する必要があるだろう。美術史は、イメージ論として、より広い視野から方法論的な検討を迫られているのではないか、若い研究者たちとの意見の交換を通じて、そのことを痛感した。今後も、こうした隣接諸学で学んでいる若い研究者たちの発表や意見交換を通じて、美術史の新たな可能性を探る機会を持つ予定である。今年度も前年度に引き続き、8月30日(土)と3月7日(土)の二度にわたって、東西の博士後期過程の学生を中心とした若手研究者による研究発表会を開催した。テーマは既存の学問の枠を超えて、「イメージ」をめぐる歴史的、現代的、美学・哲学的な問題を考察しようとするものである。とりわけ今年度は、「イメージ」の政治性、翻訳および伝達可能性・不可能性について、日本、フランス、イタリアの具体的な芸術作品やメディアの分析を踏まえて、活発な討論が繰り広げられた。言語に比べると「イメージ」は、曖昧で多義的な性格を持つ。つまり、物言わぬ「イメージ」は、言葉に及ばない存在であるが、それだけに、言葉を超えた存在でもある。言葉以下にして言葉以上、そのパラドクスに「イメージ」の本質があるといえる。これは、しかしながら、「イメージ」のもつ可能性であると同時に、危険性でもある。つまり、「イメージ」は常に過剰性へ、極端なものへ、刺激性へと向かう傾向がある。「イメージ」の政治性、翻訳および伝達可能性について考察するうえで、このイメージの逆説的な二面性は重要な鍵となる。現在、イスラーム教とユダヤ=キリスト教という、一神教同士のあいだで繰り広げられている衝突も、偶像破壊的行為に象徴されるように、「イメージ」をめぐる抗争という性格を帯びている。こうした問題は、従来の美術史の狭い枠組みでは考察できないものである。こうした点を踏まえて、さらに最終年度となる来年度の研究につなげたい。

こうした状況の中で、美術史はいかに対処すべきか、そもそも美術史は存続しうるのか、もし存続できるとするなら、今後いかにあるべきか、本研究はそういった問題意識のもとに進められてきた。この間、「イメージ」をめぐるさまざまな問題を中心テーマにして、主に美学・美術史・哲学を専門とする若い研究者たちとの研究会を6回開催して、議論を積み重ねてきた。もちろんおいそれと結論の出る問題ではないし、研究・教育の制度等の問題ともリンクしてくる。ただし、こうした研究会や議論を通じて明らかになったのは、各学科間の境界を確定したり、縄張り争いのようなことをすることは、まったく無意味だということである。ある種の領域横断的な美術研究に対して「それは美術史ではない」といった批判がなされることがよくあるが、こうした批判はいまやまったく意味をなさないと言えるだろう。肝要なのは、開かれてあること、対話を拒まないこと、固有性なるものに固執しないこと、であるように思われる。関連領域の勃興の中で美術史が解消するのでなくて、自己を閉ざすことが美術史の解体につながるのである。このことは強調されねばならない。
超高分解能走査型ミリ波サーモグラフィーの開発とその応用に関する研究

本研究では電波であるミリ波を用いた新たな画像計測技術、超高分解能走査型ミリ波サーモグラフィーの開発を実施した。本技術は、走査型近接場顕微鏡技術とミリ波帯で培われている高感度信号計測技術を組み合わせることにより、物体から自然放出されているミリ波熱放射を計測して,回折限界を超える微小空間分解能での温度あるいは放射率分布計測を可能とするものである。本画像計測技術に関する総合的な開発を実施し、従来の熱画像計測装置として広く用いられている赤外線サーモグラフィーが動作困難な低温領域において放射率分布計測が可能であることを示す実験結果を得た。本研究では,電波であるミリ波を用いた新たな画像計測技術,超高分解能走査型ミリ波サーモグラフィーの開発とその応用に関する検討を実施することを計画している。ミリ波帯で培われている超高感度信号計測技術を走査型近接場顕微鏡技術に適用する本画像計測技術は,放射計測により回折限界をはるかに超える微小空間分解能での温度分布画像化を達成できる可能性を有している。超高分解能走査型ミリ波サーモグラフィーを実現するための計測システムを構築,本システムの特性評価及び本システムの有用性を実証するための新規応用計測を実施して,本画像計測技術の実用化に資することを目的としている。本年度は主に,計測システムの構築,システムの高感度化に関する検討を実施した。以下に,具体的な検討事項,得られた成果等を示す。計測システムの最も重要な構成要素であるプローブ(センサー)に関する理論検討を実施した。本研究で採用しているスリット型プローブと測定対象との相互作用を記述する定量化モデルを構築し,本モデルを用いてプローブから得られる信号が極めて良い精度で解析的かつ短時間で計算できることを,電磁界シミュレータ及び実際のプローブから得られた実験結果との比較により確認した。上記理論検討の結果より,高分解能化のための半導体MEMSプロセスで製作したシリコン製チップを装着する,スタブチューナー付スリット型プローブを設計・製作し,本プローブの特性評価を実施した。本プローブにより,従来と比較して計測システムの雑音温度が約1/3に低減し,大幅な高感度化が実現できることを実験的に確認した。以上の検討で開発したプローブを組み込んだ計測システムを構築し,本システムにより画像計測が可能なことを確認した。計測システムの開発をほぼ完了し,次年度以降で実施を計画している応用計測の準備がほぼ整いつつある状況であるため。本画像計測技術は,放射計測により回折限界をはるかに超える微小空間分解能での温度分布画像化を達成できる可能性を有している。本年度は主に,計測システムの高機能化,画像計測時間低減のための画像再構成法,応用計測に関する検討を実施した。以下に,具体的な検討事項と得られた成果を示す。計測システムの高機能化に関しては,開発を実施している計測システムを対象として,画像の時間変化計測機能を追加した。放射計測の場合と同様の雑音状信号として,振幅変調されたノイズソースからのミリ波信号を対象として画像計測を実施し,時間変化を表す画像群の取得が可能な事を実証した。画像計測時間低減のために,圧縮センシング法を用いた画像再構成に関する検討を実施した。数値ファントムを対象として,投影データ数を変化させた場合の再構成画像を比較した。その結果,従来用いているフィルター補正逆投影法による再構成画像と比較して,データ数を8分の1程度に減らしても同様の画像再構成が可能なことを確認した。応用計測としては,血漿中で最も豊富なタンパク質であるウシ血清アルブミン(BSA, Bovine Serum Albumin)を測定対象として,その水溶液を140K程度まで冷却し,固体状態で,温度を変化しての放射計測を実施した。その結果,測定した温度範囲内で,タンパク質の構造変化によるものと考えられる放射強度の変化を実験的に確認することに成功した。開発した計測システムの性能が目標より劣っている。更に計測システムより得られる画像の定量評価が十分でない。以上はマイナス評価要因であるが,プラス要因として,本年度実施したBSA水溶液を測定対象とする放射計測で,従来確認されていなかった新たな信号変化の計測に成功していることが挙げられる。本成果は,開発を実施している超高分解能走査型ミリ波サーモグラフィーの有用性を実証すると共に,新たな熱分析手法創出の可能性を示していると考えている。以上を総合判断して上記の区分とした。本年度は主に,計測システムの高機能化と応用計測に関する検討を実施した。

計測システムの高機能化に関しては,開発を実施している計測システムを対象として,熱放射の時間変化画像化を検討した。セラミックス製電波吸収材料を測定対象として,強度変調されたハロゲンランプからの光を微小スポットに照射した時の画像計測を実施した。その結果,測定対象からの熱放射の時間変化を表す画像群の取得が可能な事を実証した。応用計測としては,昨年度に引き続き血漿中で最も豊富なタンパク質であるウシ血清アルブミン(BSA, Bovine Serum Albumin)を測定対象として,その水溶液を冷却し凍結した固体状態で,温度を変化しての放射計測を実施した。その結果,測定した温度範囲内で,タンパク質の構造変化による放射強度の変化を実験的に確認することに成功した。更に測定データより,それぞれのタンパク質構造を特徴付ける物理パラメータとして放射率が抽出できることを明らかにした。本研究では電波であるミリ波を用いた新たな画像計測技術、超高分解能走査型ミリ波サーモグラフィーの開発を実施した。本技術は、走査型近接場顕微鏡技術とミリ波帯で培われている高感度信号計測技術を組み合わせることにより、物体から自然放出されているミリ波熱放射を計測して,回折限界を超える微小空間分解能での温度あるいは放射率分布計測を可能とするものである。本画像計測技術に関する総合的な開発を実施し、従来の熱画像計測装置として広く用いられている赤外線サーモグラフィーが動作困難な低温領域において放射率分布計測が可能であることを示す実験結果を得た。計測システムより得られる画像の定量評価を実施すると共に,システムの高感度化,高分解能化,高機能化を図る。更に応用計測により,本システムの有用性を実証する。高感度,高分解能化に関しては,高感度高分解能計測を実現するための重要なシステム構成要素であるプローブの最適化設計を更に推し進める計画である。高機能化に関しては,開発を実施した計測システムを対象として,画像の時間変化計測機能を追加する計画である。また,画像計測時間低減のために,圧縮センシング技術を用いた画像再構成法に関する検討を実施する予定である。応用計測としては,タンパク質を測定対象として計測を実施し,タンパク質構造変化のエントロピーを測定する新たな分析方法を開発することを計画している。計測システムより得られる画像の定量評価,システムの高感度化,高分解能化,高機能化と,応用計測として,タンパク質を対象とする放射計測を継続して実施する。応用計測においては,結果の評価,解析を容易にするために,様々な条件で調製された各種タンパク質溶液を対象として,数種同時に,温度毎に画像化を実施することを計画している。29年度が最終年度であるため、記入しない。ミリ波テラヘルツ波工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
宇宙の爆発的水素核燃焼の初期過程の解明

本研究では、新たに低エネルギーRIビーム生成分離器(CRIB)を開発し、水素の爆発的過程の始まりを決める不安定核の核反応を直接的に調べる研究を日本で初めて開始した。以下研究の成果の概要を記す。(1)本課題の実験的研究で必要な低エネルギーの大強度不安定核ビームの生成のためにCRIBの開発をすすめ、実験に使用可能とした。本装置は、基本構成をQMDQDMQからなるダブルアクロマティックの分離器である。さらに、ウイーンフィルターを付加することで、純度を上げることにも成功し、低エネルギー飛行分離型では、世界最強のRIビーム生成に成功した。例えば、不安定核^<14>Oビームは、10^5ppsの強度で、純度がほぼ100%得られることを確認した。(2)^<14>O二次ビームを使って、水素の爆発的過程の引き金となると考えられている^<14>O(α,p)^<17>F反応の爆発温度での断面積測定に成功した。この反応がX線バーストで、爆発の始まりを決める反応であることが判った。(3)水素の高温高密度下での核燃焼過程で第一世代の進化のメカニズムに関わる重要反応である^<11>C(p,γ)^<12>Nの共鳴探査の実験を不安定核^<11>Cビームを用いて行った。高温での核反応領域の状態のスピン・パリティの決定に成功し、問題への関与を明らかにした。(4)水素の爆発的核燃焼の一連の初期核反応に関わると予想される共鳴状態の探査実験を行った。^<21>Na+p,^<22>Mg+p,^<23>Mg+p,^<25>Al+p,^<26>Si+pについて調べ、全てのチャンネルで新たな共鳴状態が発見された。(5)また、高温のCNOサイクルを決めると考えられる^<13>N(p,γ)^<14>O天体核反応の入口チャンネルの研究を行った。存在が不確かであった共鳴状態が見事に観測され、高温の同反応の振る舞いに重要な知見を得た。また、不安定核の一粒子状態を調べるための非常に良い方法であることが判明した。(6)高分解能分析器(PA)を使った関連の共鳴探査実験のために、焦点面検出器の開発を行い、ビームラインとPAの分散整合法の確立を実験的に試みた。104MeVのα粒子に対して、約40keVの分解能を得、高分解能実験の目途を立てた。平成13年度の本課題の研究は、主に次の3つに分類される。(1)爆発的元素合成過程を実験的に調べる上で必要な、実験装置の開発をすすめた。

特に、平成12年度に製作された低エネルギー二次ビーム生成分離器CRIBの調整とそこで使う検出器系の製作調整を行った。また実際、理研加速器施設のAVFサイクロトロンから得られる重イオンビームを使って、装置のテストや、二次ビーム生成テスト等を行い、装置を完成させた。(2)(1)で開発されたCRIBを使った実験を行った。最初の課題として、ビッグバン元素合成後の原始巨星の進化に関する天体核反応を調べた。具体的には、高温での水素燃焼過程に関わる、未知の天体核反応11C(p, g)12Nの引き金となる陽子共鳴状態11C+pを調べ、重要な温度領域に存在する陽子共鳴状態のスピンパリティを決定した。また、兀素合成連鎖で次の天体核反応である12N(p, g)13Oの共鳴状態12N+pを調べ、新たな陽子共鳴状態を発見した。更に、新星の元素合成に関わる反応21Na(p, g)22Mgの研究を、21Naビームを用いて、行った。これは、カナダのTRIUMF研究所と行っている共同実験であり、当研究所の二次ビームファシリティを使って行われた。500MeV陽子の厚い標的照射から21Naを生成・加速し、二次ビームを得た。反応生成核種22Mgは、反跳核分離器DRAGONで測定し、ガンマ線は、BGOで測定した。先に、われわれが間接的方法で同定した共鳴が観測され、共鳴強度が測れることが分かった。(3)われわれのデータを含む最近の新しい核データを使った新星模型の理論的検討を行い、観測のSiやSなど重元素生成量を説明できる可能性が明らかになった。平成14年度の本課題の研究は、次の3つに分類される。(1)爆発的元素合成過程を実験的に調べる上で必要な、実験装置の開発をすすめた。とくに、平成13年度に完成した低エネルギー二次ビーム生成分離器CRIBの性能を向上させるために、ウィーンフィルターを設置し、その調整を行った.(2)上記CRIBを使った実験を行った。CRIBから得られる^<14>Oビームを使って、水素の爆発的過程の引き金となると考えられる^<14>O(α,p)^<17>F反応を調べた.この実験には、約20Kまで冷却したヘリウム標的を使用した.また、新星の元素合成に関わる天体反応^<21>Na(p,γ)^<22>Mgを調べるために、その入り口チャンネルの共鳴状態を^<21>Naビームを用いて調べた.(3)また、重元素合成に関わる重要反応の中性子源反応^<13>C(α,n)^<16>Oを間接的方法で調べたが、その解析を進め、論文にまとめた.これまで使われてきた宇宙物理S因子は、閾値直下の共鳴状態の寄与を極端に過大評価していることがわかり、s-過程モデルの再検討を迫る重要な結果を得た.平成15年度の本課題の研究は、関連する2次ビーム生成分離器の性能向上のための開発や、今後の新しい研究のための開発を含め、次の3つに分類される。(1)本課題の実験的研究で必要な実験装置の開発をすすめた。とくに、低エネルギー二次ビームの純度を上げるために、二次ビーム生成分離器CRIBの後段に設置したウィーンフィルターにビームを通し、実際の性能をテストした。^<14>Nから得られる^<14>Oビームでは、これまで約80%であった純度が100%という好結果が得られた。なお、ウィーンフィルターの透過効率は、約50%であった。またウィーンフィルターを使用する場合には、通常用いられるデグレーダを用いずに済むことから、ビームサイズが、大幅に小さくなることがわかった。