hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
K-Ar、Ar40-Ar39年代測定法を用いた深成岩体の冷却史の研究

この試料を粉砕し、重液分離、及び電磁分離を行って黒雲母と角閃石を分離し、試料とした。Ar-38をスパイクとして用いる従来型のK-Ar年代測定法による年代測定は既に終了した。角閃石試料は岩体の中央部で9000万年程度の年代を示し、周辺部に向けて若くなっている(6500万年程度の年代まで若くなる)比較的「素直な」年代分布を示す。ただ、岩体全体が一度に生じ冷却したのであれば中心部の方が若い年代を示すことが期待されるので、この結果は貫入が中心部から周辺部に向けて何度かあったことを示すものかも知れない。黒雲母年代は1億年程度の年代から5000万年程度の年代までばらつき、分布にも規則性が見られない。ただ、カリウム含有量の変化によらず、若い年代は5000万年程度に限られており、この年代が、この岩体が300°C程度に冷却さてた年代だと考えられる。黒雲母の年代が共存する角閃石の年代より古い試料がいくつかある。これは一般に受け入れられている傾向とは逆である。また、このような古い年代を示す黒雲母はカリウムが減少するに伴い年代が古くなっている傾向が見られる。このような現象の原因を調べるためAr40・Ar39年代測定法で、更に詳しい年代研究を続けることにし、現在までに黒雲母の分析を終わらせている。角閃石より古い年代を示した黒雲母の捕獲Arの同位体比は大気と有為な差が見られず、捕獲Ar同位体比が大気の値より有為に高いという、いわゆる過剰Arの証拠は見られなかった。角閃石試料に関しては現在中性子照射中である。山形県と新潟県にまたがって広がる朝日深成岩体の山形県内の部分から岩石試料を採取し、これより角閃石と黒雲母を分離してスパイクを用いたK-Ar法と、Ar40-Ar39年代測定法で年代測定を行った。角閃石の年代は岩体の中央部で8000万年から9000万年を呈し、周辺部に6000万年程度の若い年代が分布する。一方、黒雲母の年代は5000万年から1億年の間に分布するが、岩体中心部にも若い年代が現れ、角閃石と比べると空間的年代配置は乱れている。同じ岩石片から分離した角閃石、黒雲母の年代を比べたときに黒雲母の方が古い場合がみられるが、これは深成岩が冷却する際にはArに対する閉鎖温度が500°C程度と高い角閃石の方が、閉鎖温度が300°Cと低い黒雲母より古い年代を示すとい「閉鎖温度仮説」とは逆の結果である。当研究室の南部フォッサマグナ地域の甲府・秩父岩体などの年代研究でも、黒雲母が角閃石より古い年代を示す場合があり、日本の深成岩では「閉鎖温度仮説」が必ずしも成り立たないことが分かっていたが、今回の結果では、この年代の逆転に伴って、黒雲母の年代がカリウム含有量の減少に従って高くなるという、これまで見られなかった現象も現れている。カリウムの減少によっても年代が6000万年程度であまり変わらない黒雲母と、カリウムの減少に伴って年代が増加する黒雲母の結晶内での元素分布を調べたところ、後者の方が新鮮であることが明らかになった。現時点では、年代の逆転は試料の変質によるとは考えられない。朝日花崗岩は白亜紀に岩体の中心部から周辺部に向けて何回か深成岩体が貫入したと考えると年代分布と地質図をもっともよく説明することが出来る。
枯草菌一般ストレス応答蛋白質の構造とシグナル分子の解明

今年度は以下のような研究を実施した。1.目的タンパク質の発現・精製: Rsbタンパク質群以外のタンパク質、特にObg, RplK, RplM, RelAについて、発現系の全面的な見直しを行い、再構築を実施した。その結果、いずれも大腸菌にて発現が確認され、アフィニティークロマトグラフィーとゲルろ過により高純度の試料を得ることができた。一部については十分な発現量が得られたため、結晶化条件の検索を進めたところ、結晶様物が析出している。引き続き構造解析を実施する。2 & 3.未知シグナル分子の同定および結晶化と構造解析:昨年度に枯草菌RsbQの未知シグナル分子の同定について、結晶化と構造解析を同時に進め、細胞抽出物ならびに候補分子に対する結合構造の解明ができたが、抽出物の同定が未完であった。試料の調製を進め、共同研究により質量分析法による確認を試みたが、残念ながら同定には至らなかった。RsbQの結晶解析においては、GlycerolやEthylene Glycolの添加により結晶が不安定化する現象があるため、我々が開発しその有用性を本試料で示すことができたHAG法について並行して検討を進めており、今年度も種々の試料への適用が確認された。4.溶液散乱構造の解析:RsbPについて溶液散乱データの解析を共同研究により進めた。より散乱曲線にフィットしたモデルの構築ができたが、Coiled-coil領域がMD計算においてフレキシブルとなっており、モデリングの再検討が必要と考えている。1.目的タンパク質の発現・精製:Rsbタンパク質群以外のタンパク質、特にObg, RplK, RplM, RelAについては、発現系の全面的な見直しによる効率化を進めている段階である。RsbPについては、全長で安定な構造を得ることが困難なため、3つのドメインをそれぞれ分割した試料の発現系も用いたが、複数のドメインを融合した調製は今後の課題である。RsbSについては、結晶中に非対称単位中に多くの分子を含むため解析が困難を極めているが、発現系の見直しも行い、別の結晶系を得られるような変異を加えた新たなデザインを行った。2 & 3.未知シグナル分子の同定および結晶化と構造解析:枯草菌RsbQの未知シグナル分子の同定について、結晶化と構造解析を同時に進め、細胞抽出物ならびに候補分子に対する結合構造の解明ができた。このことで、RsbPにもつながるシグナル伝達経路の解明が進むと期待できる。なお、両者の結合構造は活性中心近傍では類似しているが、一部異なる部分も確認されており、抽出物の同定が今後必要となっている。一方、RsbSについては3.0Aの結晶回折データの解析を継続して進めた。結晶化条件の再検討と解析法の見直しを進めている。4.溶液散乱構造の解析:RsbPについて、これまでに得られているRsbP-PASのシグナル候補分子複合体の解析と合わせ、RsbPの全長構造解析に向けた結晶化と、より精度の高い溶液散乱データの取得のため、試料調製条件の再検討を行った。実施体制に若干の変更が必要となったため、特にRsbPの実験において、遅れが生じた。一方で、RsbQのシグナル分子の解析については進捗が大きく、全体としてはおおむね順調に進んでいる。1. RsbQ未知シグナル分子の同定:枯草菌RsbQの未知シグナル分子の同定について、昨年度に実施した細胞抽出物とRsbQの複合体の結晶構造を踏まえ、抽出物の同定を進めた。種々の有機溶媒で処理した細胞画分の抽出物とRsbQの複合体を大量調製し、質量分析を試みたが、残念ながら現時点で優位なシグナルは得られていない。2. RsbPの全長構造解析に向けた結晶化: PASおよびホスファターゼドメインの部分構造はすでに決定しているが、全長構造が得られていないため、その解析に向けた結晶化を進めた。種々の結晶化スクリーニングキットを用いて0.5 uLの微量分注により効率的な条件検討を行ったが、結晶は得られていない。3. RsbP金属配位子のX線蛍光分析:既知のドメイン結晶構造では活性中心のMnイオンが観測できていない。そこで、透析によるMnの添加や除去を試み、その試料についてXAFS測定を行った。その結果、大腸菌発現時のMn供給は不十分で、精製時に緩衝液にMnを添加することではじめて、蛍光が観測できた。結合したMnは3度の透析では除去できないため、これを今後の実験に用いることとした。4: RsbP溶液散乱構造の解析:上記の結果を受けて、Mnの有無およびリガンドの有無について、試料調製条件の再検討を行い、SECーSAXS法により、高精度の溶液散乱データを取得した。現在、解析を進めている。昨年度の実施体制の変更を受けて実験計画を見直し、Rsbタンパク質群以外のタンパク質、特にObg, RplK, RplM, RelAについて計画していた発現系の全面的な見直しによる効率化を一旦見送り、RsbPおよびRsbQの研究に集中して実施することとした。RsbP/Qに関しては一部を除き、順調に進んでいる。

その結果、いずれも大腸菌にて発現が確認され、アフィニティークロマトグラフィーとゲルろ過により高純度の試料を得ることができた。一部については十分な発現量が得られたため、結晶化条件の検索を進めたところ、結晶様物が析出している。引き続き構造解析を実施する。2 & 3.未知シグナル分子の同定および結晶化と構造解析:昨年度に枯草菌RsbQの未知シグナル分子の同定について、結晶化と構造解析を同時に進め、細胞抽出物ならびに候補分子に対する結合構造の解明ができたが、抽出物の同定が未完であった。試料の調製を進め、共同研究により質量分析法による確認を試みたが、残念ながら同定には至らなかった。RsbQの結晶解析においては、GlycerolやEthylene Glycolの添加により結晶が不安定化する現象があるため、我々が開発しその有用性を本試料で示すことができたHAG法について並行して検討を進めており、今年度も種々の試料への適用が確認された。4.溶液散乱構造の解析:RsbPについて溶液散乱データの解析を共同研究により進めた。より散乱曲線にフィットしたモデルの構築ができたが、Coiled-coil領域がMD計算においてフレキシブルとなっており、モデリングの再検討が必要と考えている。RsbP全長について、結晶化とシグナル分子複合体の溶液散乱データの取得を進める。また、他のタンパク質の発現系の再構築と発現実験を進め、順次結晶化を進めていく予定である。RsbQ結晶で結合が観測された未同定の分子については、質量分析等を利用して構造解明を目指す。RsbSについては、他の研究予算で実施している新規結晶化技術開発とも連携を行い、非対称単位中に少ない分子数が含まれるような結晶の調整を狙う。RsbP全長については新たな試料調製法を確立できたため、活性測定と結晶化、シグナル分子複合体の溶液散乱データの解析を進める。RsbQ結晶で結合が観測された未同定の分子については、引き続き質量分析を利用して構造解明を目指す。RsbSについては、既存データの解析を分子モデリングを進めながら改めて行うとともに、他の研究予算で実施している新規結晶化技術開発とも連携を行い、開発が進めば非対称単位中に少ない分子数が含まれるような結晶の調整を狙う。一部の実験を分担していた学生が退学し、研究に従事する人員が減少したため、実験計画を見直す必要が生じた。論文発表の準備中であったが、実験の予定に若干の遅れが生じたため、その費用を繰り越すこととなった。今年度は博士研究員を本研究について15%のエフォートで雇用し、この人件費に充当する。
原子平坦ＧａＡｓ（１１０）表面形成と表面原子ステップエッジダイナミクスの解明

本研究では、成長中断アニール法を用いた原子平坦GaAs(110)表面の形成とその物理メカニズム解明を試みた。へき開GaAs(110)面に結晶成長し、その表面で成長中断アニールを行ったところ、特徴的な形状の原子ステップエッジをもつ原子平坦表面が形成された。その形状は導入する膜厚分布の結晶方位に強く依存しており、平坦化にはGaAs(110)表面での表面原子マイグレーションポテンシャルの異方性が大きく関与していることを示唆している。また、成長中断アニール法により形成された原子平坦ヘテロ界面を有するGaAs(110)量子井戸の光学特性(発光、吸収)を定量計測するための導波路透過吸収計測系を構築した。平成24年度は、前年度に引き続きGaAs(001)基板のへき開により形成されるへき開(110)面上へのMBE結晶成長とそれに続く成長中断in-situアニール法による表面平坦化を試みた。特に、成長中断アニール後に形成される異方的なステップエッジの形成ダイナミクスの解明に注力した。へき開(110)面上へのMBE結晶成長の際に、成長膜厚の空間分布を導入して成長中断アニールを行うと、異方的なステップエッジが形成される。成長中断アニールによる表面平坦化プロセスでは表面原子マイグレーション過程が重要であり、異方的ステップエッジが観測されたことは、(110)面でのステップエッジ形成には表面原子マイグレーションポテンシャルの異方性が強く反映されていることを示唆している。今年度はこの関連性について考察を深化させた。現在これらの成果を論文投稿へ向けてまとめている。また、原子平坦ヘテロ界面を有する(110)量子井戸の顕微発光吸収計測に向けて、光導波路内に半導体ナノ構造を配した試料を用い、局所励起発光をプローブ光とする新たな導波路透過吸収測定法を開発・発展させた。前年度、量子細線構造への適用を報告したが、今年度は量子井戸構造への適用も行い、2次元励起子吸収スペクトルの定量計測に成功した。この成果は共著としてJpn. J. Appl. Phys.誌に投稿掲載された。さらに、量子井戸中の2次元励起子連続状態光学吸収の絶対吸収量算出とその吸収強度標準としての可能性について考察した。量子ホール抵抗やグラフェン光吸収に見られる2次元電子系と微細構造定数αとの関係性が、2次元励起子連続状態吸収でも同様に成り立つことを明らかにした。この成果はAppl. Phys. Lett.誌に投稿掲載された。これにより原子平坦へテロ界面(110)量子井戸の絶対定量吸収計測が可能となった。本研究では、電気的中性面であるGaAs(110)面における原子平坦表面・ヘテロ界面制御技術として、「成長中断in-situアニール法」に注目し、その表面平坦化過程の物理的メカニズムの解明と、GaAs(110)基板の結晶成長表面への適用を目的に推進してきた。平成25年度は、前年度まで実施してきたGaAs(001)基板のへき開で形成されるへき開(110)面上での成長中断in-situアニール法による表面平坦化研究で得られた知見を基に、GaAs(110)基板上へのMBE結晶成長とその表面での成長中断アニール法を試みた。MBE結晶成長は代表者の所属する研究室所有の装置を使用し、同所属協力研究者の協力のもと進めた。GaAs MBE成長では、結晶成長前に基板表面の酸化膜除去プロセスをMBE装置中で行う。この表面酸化膜除去プロセスをGaAs(110)基板にて行ったところ、多数(>10個/um^2)の面内方向数十nm,深さ約10nmサイズのピット構造が基板表面に形成されてしまうことがわかった。最適MBE成長条件の許容範囲の狭い(110)面では、この表面へ結晶成長を行うと、数umサイズのファセット構造が形成されてしまい、成長中断アニール法による平坦化効果を活用できないという問題に直面した。そこで、まず(110)基板での表面酸化膜除去プロセスの改善から行うこととした。今年度は、このプロセス改善によりピット構造の無い平坦性の高い酸化膜除去後表面を形成し、その表面にGaAs(110)層をMBE成長するところまで達成することができた。しかし、成長中断アニール実験を実施するまでは至らなかった。すでに成長中断アニール実験の準備は整えられており、本手法による原子平坦表面の形成を引き続き実施し、原子平坦界面からなる量子構造の作製とその光学特性評価へと展開していく。平成23年度はGaAs基板へき開により形成されるへき開(110)面上へのMBE結晶成長とそれに続く成長中断in-situアニール法による表面平坦化を試みた。

特に、成長中断アニール後に形成される特徴的な表面形状が(110)面上の結晶方位とどう関連するか、また、そこに現れる異方的なステップエッジの形成ダイナミクスの解明に焦点を絞って遂行した。今回、へき開面上へのMBE結晶成長を基板回転しないで行うことで、所望の結晶方位へ意図的に成長膜厚の空間分布を導入した。これによる成長中断アニール表面での異方的ステップエッジの形成を試みた。試料の表面モフォロジー観察にはAFM顕微鏡を用いた。なお、今回の試料はプリンストン大学ファイファー博士に作製していただいた。GaAs(110)表面では直交する2つの結晶軸方位[001]と[1-10]に原子配列の異方性があり、この違いを反映した異方的なステップエッジ形成を確認した。また、[001]方位において、導入する膜厚傾斜方向を反転させると、ステップエッジ形状が変化する様子も観測された。この結果は、成長中断アニール時の表面平坦化には、表面原子マイグレーションポテンシャルの異方性が反映していることを示している。これらの成果を現在論文投稿に向けてまとめている。また、次年度以降に計画する成長中断アニール法で形成されたヘテロ界面を有する(110)量子井戸の顕微発光吸収計測に向け、本年度は、半導体ナノ構造を光導波路内に配する試料を用い、試料からの局所励起発光をプローブ光とした新たな導波路透過吸収測定法を開発した。今回、試料にT型量子細線構造を用い、1次元励起子吸収スペクトルを広い温度範囲(4K室温)で観測することに成功した。この方法は(110)量子井戸の定量吸収計測への適用可能である。この成果はAppl. Phys. Lett.誌に投稿・掲載された。本研究は電気的中性面であるGaAs(110)面における原子平坦表面・ヘテロ界面制御技術の開発とその表面平坦化過程の物理メカニズム解明を目的としている。その中で平成24年度はGaAs(110)面としてGaAs(001)基板をへき開して形成されるへき開(110)面を対象に、その結晶成長表面での成長中断アニールによる表面平坦化過程の物理メカニズム解明を研究課題の中心に設定し推進した。面内膜厚分布を導入したへき開(110)結晶成長表面において成長中断アニール時に形成される異方的ステップエッジについて、その形成メカニズムを(110)面での表面原子マイグレーションポテンシャルの異方性との関連性から考察を深め、表面平坦化過程のダイナミクスについての理解が進んだ。この点は順調に進展している。顕微発光吸収計測に向けた定量吸収測定法の開発については、本年度、量子井戸構造への適用にも成功し、さらにその絶対吸収量計測へ向けた取り組みも行なわれている。光学計測用量子井戸試料が準備できれば、すぐに光学計測に取り掛かることが可能な状態となっている。成果発表に関しては、成長中断アニールによる異方的ステップエッジ形成とその形成メカニズム解明に関する実験結果・考察と進んでいるが、論文発表に向けた成果取りまとめに少々時間を要し、論文投稿まで至っていない。その点については、少しの遅れと認識しており、最終年度に向けて注力が必要と感じている。以上のことを踏まえ、研究全体としては研究目標達成に向けて概ね当初の計画に従って順調に進んでいると判断する。
レーザ誘起熱音響波による非定常高レイノルズ数流体の温度・流速計測法の研究

100万分の1秒の単位で変化する温度を計測する方法を確立するために、レーザ誘起熱音響波(Laser-Induced Thermal Acoustic、LITA)を利用した基礎研究を実施した。測定対象として、平面衝撃波背後の温度変化とし、衝撃波用LITA計測装置を製作した。その結果、平面衝撃波背後の温度変化を、単純理論値と比較し、約10%(最大)の差異で初期的計測に成功した。本研究の成果は、熱電対法による温度計測法と比較すると応答速度を1000倍程度向上さえることが可能である。このような高速応答温度計測技術は、高速飛行する航空宇宙機の周囲の流れや衝撃波を利用した医療技術の研究・開発に有用と考える。研究初年度として、実施計画に従い、レーザ誘起熱音響波測定系(以下、「LITA測定系」)および平面衝撃波測定装置(以下、「小型衝撃波管」)の設計・製作ならびに、予備実験を行った。LITA測定系に必要な2種の光源は、東北大学流体科学研究所学際衝撃波研究拠点に設置されているピコ秒パルスNd : YAGレーザ(波長1064nm、パルス幅100ps)および半導体励起連続Nd : YAGレーザ(波長532nm)を利用した。極めて非定常な温度変化を示す衝撃波背後温度場の計測に先立ち、測定精度検証のための予備実験として室内大気温度計測を実施した。良好な信号光が得られ、熱電対による指示値と比較したところ差は2%であった。この値は、研究代表者が過去に実施したものと同等である。続いて、非定常高レイノルズ数流れの発生源として小型衝撃波管を設計・製作した。小型衝撃波管は、それぞれ□56mmの正方形断面を有する高圧室(長さ500mm)、中圧室(長さ150mm)、低圧室(長さ1000mm)の3室構成である。高圧室と低圧室間の小体積の中圧室により、2重隔膜式とした。高圧室圧力と低圧室圧力(本研究では主に大気圧)の中間の圧力に中圧室を保ち、これを大気開放することで2重隔膜を任意の時刻に破膜させ、衝撃波を発生させる。衝撃波管の特性は衝撃波発生を理想化した単純衝撃波管理論によって説明されるが、装置個々の特性は予測できない。そこで、小型衝撃波管の基礎特性(高圧室と低圧室に充てんする気体の圧力比と発生する衝撃波Mach数の関係、本研究では、高圧室、低圧室に充てんする気体は共に空気)を予備実験により取得した。これにより、破膜後、衝撃波が測定部への到達時刻が1マイクロ秒程度の精度で決定できる。したがって、LITA測定系と小型衝撃波管を組み合わせることで衝撃波背後に誘起される温度場の瞬時計測実験への準備が整った。本年度(3年計画のうちの2年目)として、(1)衝撃波管を利用した高速非定常温度場発生装置(以下、供試衝撃波管)の発生温度変化の基礎特性の把握、ならびに(2)熱音響波(UTA)計測用光学系の再設計を実施した。具体的内容について以下に示す。[具体的内容・意義(1)]昨年度、設計・製作した供試衝撃波管(二重隔膜式、高圧室長500mm、低圧室長2000mm、中圧室長50mm、高・中・低圧室断面形状口50mm)の初期力比P4/P1(高圧室充てん圧P4、低圧室圧力P1)と発生衝撃波Mach数Msの校正曲線の取得および衝撃波背後に誘起される温度比T2/T1(低圧室温度T1、衝撃波背後温度T2)の推定を実施した。これらは、以後実施する高速非定常温度場計測において、計測範囲、精度限界を評価する上で必要不可欠な特性値である。一方、理想的な作動を前提とした衝撃波管単純理論からの差異が,装置個々の寸法,破膜方法に依存するため、実測による特性の把握が不可欠となる。測定の結果、P4/P1-T2/T1校正曲線が得られるとともに、次のことが判明した。発生可能最大衝撃波Mach数Ms_<Max>=1、42(低圧室圧力は大気圧に固定)、発生可能最大温度比(測定部)(T2/T1)_<Max>=1.27。これは、供試衝撃波管を用いて、最大約78K(常温での実験の場合)の温度差を有する非定常温度場が発生可能であると確認できた。[具体的内容・意義(2)]予備実験の結果から供試衝撃波管内の測定部への計測光の導入および測定位置の調整方法に改善の余地があることが判明した。

そこで、光学系の反射鏡の一部を波長選択反射鏡(ダイクロイック・ミラー)に変更し、励起光とプローブ光路の一部を共通化した。このことで光学系全体を小型化し、効率的な光学部品配置とした。また、光学系全体を可搬とするため、ブレッド・ボード上に光学系をまとめ、供試衝撃波管測定部への光路の自由度を改善した。課題目的である衝撃波背後に生じる気体の急峻かつ非定常な温度場計測を行うため,1)衝撃波管による時間制御された平面衝撃波の発生,2)平面衝撃波背後温度場計測のためのレーザ誘起熱音響波(LITA)計測光学系による計測信号取得に向けた詳細調整を行い,温度場計測を実施した.その結果,計測気体を乾燥空気とし,衝撃波Mach数1.1,1.2,および1.3の平面衝撃波が誘起した温度場の計測結果を得た.得られた計測結果の精度は,単純理論による値と比して差違が10%以内となり,非定常高速応答型温度場計測手法として有効であることを示した.上記1)項については,衝撃波管測定部への平面衝撃波到達と計測用レーザ照射の同期を図るため,平面衝撃波発生の時間制御を達成した.すなわち,昨年度製作した測定部断面50mmx50mmの小型衝撃波管の高圧室と低圧室の間に長さ20mmの中圧室を増設し,この中圧室と高・低圧室間にそれぞれ隔膜を設置することで二重隔膜構造とした.これにより,任意時間で平面衝撃波背後に生じる温度場発生とLITA計測用レーザ(励起および計測レーザ)の照射を同期させることを可能にした.上記2)項については,LITA計測のための光学系を,計画の構成から小型化し,また,ブレット・ボード上に光学系を構成することでユニット化した.これは,本研究において,測定精度の根幹をなす励起光と測定光が測定部で満たすべき位置関係(Bragの回折条件)を確実に担保するとともに励起光による信号光への効果的なノイズ低減が不可欠であることが昨年度研究から判明したため,これを反映したものである.本項目は,衝撃波管計測部でのレーザ光照射位置の調整を容易にするばかりでなく,衝撃波管作動時に生じる機械的振動により生じる光学系のずれを防止でき,精度向上と効率的な測定をも達成した.非定常高速変動温度場装置を用いた温度計測実験が未実施である。理由として、平成22年度末の東日本大震災により、実験の実施場所である東北大学流体科学研究所が被災し、年度前半の実験が不可能となった。またその後のレーザ装置の不具合の発生が重なり、予備実験が遅滞した。そのため、供試衝撃波管を用いた衝撃波背後の温度場計測が未実施となった。24年度が最終年度であるため、記入しない。供試衝撃波管による平面衝撃波背後流れの温度計測を行い、LITAによる非定常温度場計測および流速の同時取得の精度を数値計算を援用して検証する。気体中の衝撃波の計測精度が検証された後には、液相中で発生させた衝撃波背後の温度場計測への適応を目指す。
バクテリオロドプシンと揮発性麻酔薬の相互作用に及ぼす加圧の効果-麻酔機序に関して-

本研究は,分子レベルにおいて全身麻酔のメカニズムを解明することを目的とする.吸入麻酔の作用部位が生体膜,特に興奮性膜にあることは一般に受け入れられている.生体膜は主に脂質と蛋白質により構成されるが,本研究ではモデル膜蛋白質として高度好塩菌のバクテリオロドプシン(bR)を用いて,膜蛋白質の分子構造と機能に対する吸入麻酔薬の影響と加圧の効果を検索した.1)紫膜,青膜およびリン脂再構成膜において, bRの分子構造に対する吸入麻酔薬の作用を可視吸入スペクトルおよび円二色性(CD)スペクトルの測定によって調べた.可視吸光測定では,麻酔薬によって560nmの吸収極大が減少し, 510nmに等吸収点を持ちながら480nmの吸収極大が増大した.また,紫膜におけるbRの特徴的な2相性のCDスペクトルは麻酔薬によって濃度依存的に変化し,最初に負のCD極大が消失し正のCD極大が短波長側に偏位した.2)リン脂質ベジクルは再構成させたbRのプロトンポンプ機能に対する吸入麻酔薬の作用を調べた.バリノマイシン存在下において,プロトンポンプ機能は麻酔薬によって濃度依存的に低下した.麻酔薬による吸収スペクトル変化とプロトンポンプ抑制とは良い相関,対応関係を示した.3)麻酔の圧拮抗現象が膜蛋白質の分子次元で成立するか否かを調べるために,麻酔薬によるbRの分子構造変化に対する加圧の硬化を検索した.サファイア窓付きの耐圧セルの分光光度計に装着し,高圧下で吸収スペクトルを測定できるようにした.麻酔薬による560nmの吸収極大の減少は圧力依存的に再び増大した.以下の結果より,吸入麻酔薬がbRの分子構造と機能を変化させること,そしてこの麻酔薬の作用が加圧によって拮抗させることが明らかになった.本研究は,分子レベルにおいて全身麻酔のメカニズムを解明することを目的とする.吸入麻酔の作用部位が生体膜,特に興奮性膜にあることは一般に受け入れられている.生体膜は主に脂質と蛋白質により構成されるが,本研究ではモデル膜蛋白質として高度好塩菌のバクテリオロドプシン(bR)を用いて,膜蛋白質の分子構造と機能に対する吸入麻酔薬の影響と加圧の効果を検索した.1)紫膜,青膜およびリン脂再構成膜において, bRの分子構造に対する吸入麻酔薬の作用を可視吸入スペクトルおよび円二色性(CD)スペクトルの測定によって調べた.可視吸光測定では,麻酔薬によって560nmの吸収極大が減少し, 510nmに等吸収点を持ちながら480nmの吸収極大が増大した.また,紫膜におけるbRの特徴的な2相性のCDスペクトルは麻酔薬によって濃度依存的に変化し,最初に負のCD極大が消失し正のCD極大が短波長側に偏位した.2)リン脂質ベジクルは再構成させたbRのプロトンポンプ機能に対する吸入麻酔薬の作用を調べた.バリノマイシン存在下において,プロトンポンプ機能は麻酔薬によって濃度依存的に低下した.麻酔薬による吸収スペクトル変化とプロトンポンプ抑制とは良い相関,対応関係を示した.3)麻酔の圧拮抗現象が膜蛋白質の分子次元で成立するか否かを調べるために,麻酔薬によるbRの分子構造変化に対する加圧の硬化を検索した.サファイア窓付きの耐圧セルの分光光度計に装着し,高圧下で吸収スペクトルを測定できるようにした.麻酔薬による560nmの吸収極大の減少は圧力依存的に再び増大した.以下の結果より,吸入麻酔薬がbRの分子構造と機能を変化させること,そしてこの麻酔薬の作用が加圧によって拮抗させることが明らかになった.膜蛋白質の実験モデルとして高度好塩菌の菌体膜中に存在するバクテリオロドプシン(bR)を用い、揮発性麻酔薬によってもたらされる分子構造の変化とその圧拮抗現象を可視吸光スペクトル分析により調べた。Halobacterium halobiumの形質膜より分離精製した紫膜を25mMトリス緩衝液(PH7.0)に懸濁し測定試料とした。揮発性麻酔薬methoxyfluraneを、2mMの濃度となるように密封試験管の紫膜懸濁液に添加し30分間スターラで撹拌し平衡させた。サファイア窓を有するクランプ型高圧光学容器に試料を入れ、油圧ポンプで加圧して吸収スペクトルを測定した。使用した光学容器は2000atmまで加圧可能である。吸収スペクトルの測定は、15°C,35°Cにて、各々、1atm,150atm,300atmで行った。麻酔薬を投与していない紫膜懸濁液についても同様の条件下で測定し、比較対照とした。bRは暗順応したものを用い、すべての操作は暗赤色下で行った。麻酔薬を添加していない懸濁液では、15°Cおよび35°Cにおいて300atmまで加圧してもbRの可視吸収スペクトルの変化はみられなかった。2mMの濃度のmethoxyfluraneを添加した懸濁液では560nmにおけるbRの吸光度(【A_(560)】)は対照値の97.3%(15°C)および93.3%(35°C)に減少した。そして、150atmの加圧によって、各々対照値の98.1%、95.2%に回復し、さらに300atmでは、98.6%、96.6%まで回復した。bRはレチナールを発色団として持ち、暗順応下では560nmに吸収極大を有する。

その吸収スペクトルの変化は、レチナール・蛋白質の相互作用の変化を反映している。揮発性麻酔薬によって生じたbRの吸収スペクトルの変化は、麻酔薬がbRの高次構造を変化させ、レチナール・蛋白質の相互作用に影響をおよぼしたためと考えられる。また、麻酔薬によってもたらされたbRの吸収スペクトルの変化は加圧によって回復したが、これは麻酔薬による膜蛋白質の分子構造変化の圧拮抗現象を示すものと考えられる。
Wilson病・Menkes病銅輸送ATPaseの組織・細胞内局在の検討

一昨年、前年に引き続き、ヒトWilson病お呼びMenkes病の遺伝子を用いて、蛋白を合成し、それに対するポリクローナル抗体を作製、精製した。今回もこのポリクローナル抗体をさらにProtein AbeadsにてIgG cutし、さらに抗体を作製したもとの蛋白を用いたaffinity purificationを行い、より特異度の高い抗体を作製した。同様の抗体にて今回は患者および正常コントロール肝組織に対して、immunohistochemistryを行った。Wilson病の肝組織は現在までに3検体、正常コントロール肝(他疾患にて死亡(剖検)あるいは生検を行って得られた)は2検体である。Wilson病肝組織ではWilson病蛋白に対するポリクローナル抗体の組織内局在は認められなかった。ただし一部の検体ではすでに肝硬変による肝実質細胞の繊維化が激しく、比較しにくい例もあった。正常コントロール肝組織における局在はほぼ培養細胞と同様、Golgi-endosomeと思われる部位にシグナルを認めたがBack ground signalが強く、特異性に一部欠けるものであり、また胆管周囲での局在い対しても安定した結果が得られず現在も検討中である。対策として特異性の高いCY-3などの2次抗体を用いて再検討していく。また発症前型Wilson病(家族内検索にて診断、肝生検を行った症例)の肝組織が、最近得られ現在検討中である。これにより肝繊維化があまり進んでいない例での詳細な検討が可能となり、局在の比較コントロールとして有用と考えられる。今後も検討を続けたい。前年度に引き続き、ヒトWilson病およびMenkes病の遺伝子を用いて、蛋白を合成しそれに対するポリクローナル抗体を作製、精製した。構造遺伝子上の推定上の銅結合部位4-6位に対してExpression vecterを用いて蛋白合成し精製後、ウサギに免疫しポリクローナル抗体を得た。今回はこの抗体をさらにProtein A beadsにてIgG cutし、さらに抗体を作製したもとの蛋白を用いたaffinity purificationを行い、より特異度の高い抗体を作製できた。Wilson病蛋白の局在についてはHepG2 cellを、Menkes病蛋白についてはHela cellを用いて細胞内蛋白の局在を検討した。今回精製したポリクローナル抗体は、さらに両蛋白の細胞内局在においてtrans-Golgiを中心にした局在を認めた。またそのシグナルはもとの蛋白を用いたblocking studyにて完全にblockされており非常に特異度が高かった。また各培養細胞の融解物を用いたWestern blotでは、Wilson病蛋白がおよそ165kDa,Menkes病蛋白がおよそ180kDaに特異的なバンドを認めた。各細胞内小器官に対するWestern blotすなわちpercoll gradientではおもにtrans-Golgiからendosomeにかけて特異的なバンドが認められ、これは免疫蛍光染色の結果と一致した。
癌骨転移成立・進展過程において制御性T細胞が果たす役割の検討

癌の骨転移,関節リウマチなどの炎症部位での骨破壊においては破骨細胞が重要な役割を果たしており,破骨細胞の分化,活性を制御することは重要な課題の一つとなっている.IL-12ファミリーに属するIL-27は、活性化T細胞による破骨細胞分化抑制作用を増強することが明らかとなり[1],さらにこの機構を解明する過程で, IL-27が活性化T細胞での破骨細胞分化因子RANKLの発現を顕著に抑制することが見出された.昨年度, IL-27のRANKL発現抑制作用についてさらに検討を進めた.未感作CD4+T細胞から誘導されたTh1, 2,およびTh17細胞のいずれのサブクラスにおいても可溶性および膜結合型RANKLの発現が誘導され, IL-27はこれらの発現を抑制した.次にIL-27のシグナル伝達分子であるSTAT1またはSTAT3を欠損したT細胞サブクラスを用いて検討した結果, IL-27のRANKL発現抑制作用は,部分的にSTAT3に依存していることが明らかとなった(論文投稿中).一方,破骨細胞前駆細胞とTh17細胞との共存培養にて破骨細胞に特徴的な酒石酸耐性酸フォスファターゼ(TRAP)陽性の細胞が,単核の細胞ではあるが,形成され, IL-27およびRANKL阻害分子であるosteoprotegerinはこの作用を抑制した(論文投稿中). IL-27はRANKL産生を抑制し, TRAP陽性細胞形成を抑制することから,悪性腫瘍,関節リウマチなどの炎症性疾患局所における骨破壊を抑制できる可能性が考えられた。今後転移性乳癌細胞がT細胞サブクラスのRANKL発現や破骨細胞形成に及ぼす影響について解析したい.研究目的は、癌細胞の骨転移における増殖・進展機構を骨破壊と免疫学的排除機構の破綻の観点から検討すること、および制御性T細胞と腫瘍免疫さらに骨破壊メカニズムへの免疫系細胞の関与という点に着目し,局所免疫と骨破壊の関係を解析することである平成18年度はin vitro研究を行い、次の結果を得た。1)マウス乳癌細胞株BALB/c-MCと骨芽細胞を共存培養すると培養上清中のPGE_2濃度が上昇し[1]、2)PGE_2は、活性化T細胞における破骨細胞分化抑制性のサイトカイン(IFNγ,IL-4,GM-CSF,IL-10)の産生、および促進性のTNFαの産生をいずれも抑制した。一方、3)Th1細胞の分化に関与するIL-27は、活性化T細胞存在下、破骨細胞前駆細胞からの破骨細胞分化を対照に比し有意に抑制し[2]、4)またIL-27は、活性化T細胞からの免疫抑制性IL-10の産生を対照の約2倍に増大させ、GM-CSFを1/10に減少させた。以上より、乳癌細胞の骨転移局所では、産生されたPGE_2により免疫機能が抑制されている可能性が示唆された。一方でIL-27は活性化T細胞を介し破骨細胞分化を抑制することが明らかとなり、さらに免疫抑制的にも作用する可能性が示唆された。上記実験では約70%のCD3^+T細胞を含む脾細胞を用いており、現在磁気ビーズを用い高純度のT細胞サブクラスの分離を行っている。今後これらの細胞を用いて骨転移および骨破壊に関与する細胞、分子を同定し、メカニズムを考察していくとともに、in vivo研究についても行っていく予定である。骨への癌転移,関節リウマチなどの炎症部位での骨破壊においては破骨細胞が重要な役割を果たしており,従って破骨細胞の分化,活性を制御することが重要な課題となっている.昨年度,研究目的の一つである局所免疫と骨破壊の関係についてin vitroでの解析を行った.活性化T細胞存在下,破骨細胞前駆細胞からの破骨細胞分化は抑制され,Th1細胞の分化に関与しIL-12ファミリーに属するIL-27は,活性化T細胞による破骨細胞分化の抑制作用をより強く有意に増強することが明らかとなった[1].この機構を解明する過程でIL-27は,活性化T細胞からIL-10の産生を対照の約2倍に増大させ,GM-CSFを1/10に減少させた.さらに興味深いことに活性化T細胞での破骨細胞分化因子RANKLの発現を顕著に抑制することが明らかとなり,この作用はRANKL発現阻害作用を持つIL-10に非依存的な作用であることがIL-10欠損マウス由来のT細胞を用いた実験で判明した[投稿準備中].現在,磁気ビーズを用いT細胞サブクラスを分離し, RANKL発現に影響を受けるT細胞サブクラスの同定を行うとともに,T細胞サブクラスによる破骨細胞前駆細胞からの破骨細胞への分化誘導系の確立を試み,IL-27のRANKL発現抑制作用に基づく破骨細胞分化制御について検討し,さらにIL-27シグナル伝達分子であるSTAT1,あるいはSTAT3を欠損したT細胞サブクラスでのRANKL発現への影響について調べている.また今後,転移性乳癌細胞,制御性T細胞によるRANKL発現への影響についても解析する予定である.癌の骨転移,関節リウマチなどの炎症部位での骨破壊においては破骨細胞が重要な役割を果たしており,破骨細胞の分化,活性を制御することは重要な課題の一つとなっている.IL-12ファミリーに属するIL-27は、活性化T細胞による破骨細胞分化抑制作用を増強することが明らかとなり[1],さらにこの機構を解明する過程で, IL-27が活性化T細胞での破骨細胞分化因子

RANKLの発現を顕著に抑制することが見出された.昨年度, IL-27のRANKL発現抑制作用についてさらに検討を進めた.未感作CD4+T細胞から誘導されたTh1, 2,およびTh17細胞のいずれのサブクラスにおいても可溶性および膜結合型RANKLの発現が誘導され, IL-27はこれらの発現を抑制した.次にIL-27のシグナル伝達分子であるSTAT1またはSTAT3を欠損したT細胞サブクラスを用いて検討した結果, IL-27のRANKL発現抑制作用は,部分的にSTAT3に依存していることが明らかとなった(論文投稿中).一方,破骨細胞前駆細胞とTh17細胞との共存培養にて破骨細胞に特徴的な酒石酸耐性酸フォスファターゼ(TRAP)陽性の細胞が,単核の細胞ではあるが,形成され, IL-27およびRANKL阻害分子であるosteoprotegerinはこの作用を抑制した(論文投稿中). IL-27はRANKL産生を抑制し, TRAP陽性細胞形成を抑制することから,悪性腫瘍,関節リウマチなどの炎症性疾患局所における骨破壊を抑制できる可能性が考えられた。今後転移性乳癌細胞がT細胞サブクラスのRANKL発現や破骨細胞形成に及ぼす影響について解析したい.
環境汚染物質を高温下で検出可能なモレキュラーシ-ブセンサーの開発

本研究の目的は水晶基板表面にモレキュラーシ-ヴ機能を有するゼオライト薄膜を直接製膜することにより、高温下でも高度な選択性が期待できる新しいNOx、SO2センサーを開発することである。このような高機能材料を創製することができれば、発電ボイラー、燃焼炉自動車エンジンの排ガスの情報を燃焼系に即座にフィードバックすることができるので、省エネルギー、環境への負荷の低減の両面で画期的な貢献が期待される。本研究は、21世紀の人類の存続の根幹に関わる「地球環境問題」の解決の重要な一端を担うものであると考える。まずZSM-5を水晶基板表面に薄膜化した。水熱合成条件中に水晶基板を導入することにより、基板上での薄膜化を検討を行った。合成時間,合成容液中のSiやH2O濃度やテンプレート剤の種類など、合成条件を種々検討し、本研究で購入したX線解析装置、走査電子顕微鏡で評価を行った。この結果、配向膜を合成可能な条件、結晶サイズを制御可能な条件を見出した。水晶基板上にAu-Cr電極を作製した後に、製膜を行い、センサーを構築した。なおセンサーとしての評価に際し、コンピューター制御のセンサーシステムを構築した。製膜後、有機物を焼成除去してから、銅でイオン交換を行い、センシングテストに用いたところ、100゚CでNOの検出に成功した。さらにY型ゼオライトの合成条件を探索し、単相の薄膜可能な条件を確定した。この系では150゚CでSO2の検出が可能であった。本研究の目的は水晶基板表面にモレキュラーシ-ヴ機能を有するゼオライト薄膜を直接製膜することにより、高温下でも高度な選択性が期待される新しいNOxセンサーを開発することである。このような高機能材料を創製することができれば、発電ボイラー、燃焼炉、自動車エンジンの排ガスの情報を燃焼系に即座にフィードバックすることができるので、省エネルギー、環境への負荷の低減の両面で画期的な貢献が期待される。本研究は、21世紀の人類の存続の根幹に係わる「地球環境問題」の解決の需要な一端を担うものであると考える。合成時間,合成溶液中のSiやH2O濃度やテンプレート剤の種類など、合成条件を種々検討し、本研究で購入したX線回折装置、走査電子顕微鏡で評価を行った。この結果、合成溶液中のH2Oのmol比が大きいぼと、ZSM-5結晶の結晶性や(0×0)面への配向性は高まるが、サイズや数量は減少することがわかった。製膜後、有機物を焼成除去してから、銅でイオン交換を行い、センシングテストに用いた。なお電極は500°Cで焼成しても導電性を失わなかった。100°CでNOの検出に成功した。来年度はセンシングテストの結果を製膜条件にフィードバックすることにより、より高性能のセンサーの開発を目指す。本研究の目的は水晶基板表面にモレキュラーシ-ヴ機能を有するゼオライト薄膜を直接製膜することにより、高温下でも高度な選択性が期待されるNOx、SO_2センサーを開発することである。本研究は、21世紀の人類の存続の根幹に関わる「地球環境問題」の解決の重要な一端を担うものであると考えられる。

合成時間,合成溶液中のSiやH_2O濃度やテンプレート剤の種類など、合成条件を種々検討し、本研究で購入したX線回折装置、走査電子顕微鏡で評価を行った。この結果、配向膜を合成可能な条件、結晶サイズを制御可能な条件を見いだした。水晶基板上にAu-Cr電極を作製した後に、製膜を行い、センサーを構築した。なおセンサーとしての評価に際し、コンピューター制御のセンサーシステムを構築した。製膜後、有機物を焼成除去してから、銅でイオン交換を行い、センシングテストに用いたところ、100°CでNOの検出に成功した。さらにY型ゼオライトの合成条件を探索し、単相の薄膜を製膜可能な条件を確定した。この系では150°CでSO_2の検出が可能であった。
盛土斜面の安定性評価に関する実験的研究

盛土斜面の遠心載荷破壊実験は、粘性土盛土斜面模型に遠心力を与えて斜面を破壊させ、斜面の破壊形状や斜面内の間隙水圧の発生状況を観察した。この結果、(1)実験模型の破壊形状は斜面先を通る円弧、破壊時の斜面高さは実物換算で2.9mに相当し、この実験結果は、模型から採取して得られた強度定数(全応力)を用いた安定計算による結果とほぼ一致する。(2)斜面内4ケ所に設置した間隙水圧計による観測値は信頼性の低いもので、間隙水圧の発生状況と斜面変形との関連性を検討することは出来ず、今後の課題として残される。盛土斜面内の変形挙動に関する遠心模型実験は、コア形状が台形状と中央から下に拡大する拡大型の2種類の中心コア型ロックフィルダム模型を作製し、これに遠心加速度を与えてコアを自重沈下させ堤体の変形挙動を観察し、FEM解析解との比較を行った。この結果、(1)台形型、拡大型のコアとも、コアの上部とトレンチ近傍にひずみの集中領域が現れる。(2)遠心場の換算堤高モデルに対して行ったFEM解析によってこれらの変形特性が定性的に把握できた。盛土の築堤過程を取り入れたFEM非線形解析では、堤体変形量と破壊安全率との関連性などを調べた。この結果、(1)盛土過程における安全率と斜面の膨れだし量との間に相関関係が認められる。(2)FEM解による安全率はビショップ法など従来法と完全に一致しないが、安全率膨れだし量関係は定性的に一致する。非定常-飽和・不飽和浸透流の2次元FEM解析では、降雨による斜面内浸透流などに見られる時間きざみ、メッシュサイズおよび許容誤差の組み合わせが異なる場合の解の差異について検討を行った。この結果、(1)解に与える時間きざみΔtと許容誤差ΔEの影響はΔt/ΔE値で整理すると一本の曲線で表すことができる。(2)この種の浸透問題に対する解析結果には解の信頼性を確認する意味で、計算条件としての分割要素の大きさ、計算時間きざみ、許容誤差及び不飽和領域の特性も併記する必要がある、等の知見が得られた。盛土斜面の遠心載荷破壊実験は、粘性土を用いて高さ21cm、斜面勾配1:1の盛土斜面模型を作製し、これに遠心力を与えて斜面を破壊させ、斜面の破壊形状や斜面内の間隙水圧の発生状況を観察した。結果をまとめると以下のようになる。(1)実験模型の破壊形状は斜面先を通る円弧、破壊時の斜面高さは実物換算で2.9m(遠心加速度18g)に相当し、この実験結果は、模型から採取して得られた強度定数(全応力)を用いた安定計算による結果とほぼ一致する。(2)斜面内4ヶ所に設置した間隙水圧計による観測値は信頼性の低いもので、間隙水圧の発生状況と斜面変形との関連性を検討することは出来ず、次年度の課題として残される。非定常-飽和・不要和浸透流の2次元FEM解析では、降雨による斜面内浸透流などに見られる時間きざみ、メッシュサイズおよび許容誤差の組み合わせが異なる場合の解の差異について検討を行った。

この結果、(1)解に与える時間きざみΔtと許容誤差ΔEの影響はΔt/ΔE値で整理すると一本の曲線で表すことができる。また、これはこの種の浸透問題に対するFEM解析解の特性の一つと考えられる。(2)この種の浸透問題に対する解析結果には通常、浸潤面形状のみが明記されるが、解の信頼性を確認する意味で、計算条件としての分割要素の大きさ、計算時間きざみ、許容誤差及び不飽和領域の特性も併記する必要がある、等の知見が得られた。盛土斜面内の変形挙動に関する遠心模型実験は、コア形状が台形状と中央から下に拡大する拡大型の2種類の中心コア型ロックフィルダム模型(堤高30cm)を作製し、これに遠心加速度を10G,20G,30Gに段階的に上昇してコアを自重沈下させて堤体の変形挙動を観察し、コア形状と亀裂発生の関係を調べ、FEM解析解との比較を行った。結果をまとめると以下のようになる。(1)台形型、拡大型のコアとも、コアの上部とトレンチ近傍にひずみの集中領域が現れる。(2)拡大型では、この他に勾配変化点付近にも大変形領域が現れる。これは、鉛直方向の不同沈下による、いわば引張り作用に起因する変形と考えられる。(3)遠心場の換算堤高モデルに対して行ったFEM解析によってこれらの変形特性が安性的に把握できた。(4)材料の浸透破壊実験の結果を用いると水理的破壊の可能性を示唆する領域が強調されることが確認された。盛土の築堤過程を取り入れたFEM非線形解析では、堤体変形量と破壊安全率との関連性などを調べた。この結果、(1)盛土過程における安全率と斜面変形(膨れだし量)との間に相関関係が認められる。(2)FEM解による安全率は従来法(ビショップ法、簡便法)と完全に一致しないが、安全率膨れだし量関係は定性的に一致する。フィルダムの斜面安定評価では、ア-ス・ロックフィルダム模型の振動大実験と実験模型に対する非線形動的応答解析を行った。この結果、(1)ロックフィルダムの地震時表層すべりについては、周波数依存の物性値を若干修正するだけで現行の震度法が有効に使用し得る。(2)ア-ス・ロックフィルダム堤体の内部を通る深いすべりについては、地震時せん断ひずみと材料の剛性低下を考慮した安定性評価が震度法に代わる合理的で有効な手法である、等の知見が得られた。
原子核反応における反粒子生成メカニズムの研究

'94年度に実行した主な研究内容は次のとおりである。・高エネルギー物理学研究所の陽子シンクロトロン(KEK-PS)を用いて、α粒子(^4He原子核)を入射粒子とし、炭素、アルミニューム、銅を標的核として「しきい値」以下の反陽子生成を系統的に測定した。入射エネルギーは、核子当り5.02.0GeVの6点で、反陽子の運動量は1.02.5GeV/cの4点でそれぞれデータを収集した。なお、反陽子生成の「しきい値」は5.6Gevである。・“first chance NN collision"模型による計算を精力的に行った。核子・核子反応での反陽子生成断面積は終状態の位相空間の大きさに比例すると仮定し、また、標的核の中の核子の内部運動量分布は2つのガウシアンの和で近似して計算を行った。その結果、陽子・原子核反応での反陽子生成については、入射エネルギー依存性や、運動量分布などがかなり良く再現できるけれども、重陽子入射での反陽子生成については低い入射エネルギーの時に全く再現できない(計算値が一桁以上小さい)ことがわかった。この問題はまだ解決していない。・国内外における、原子核反応からの反陽子生成の実験データを整理し、標的核依存性や、入射エネルギー依存性を調べた。・核内カスケード計算のプログラムを作成し、実行を開始した。実行時間がかなり長期にわたるために、まだまとまった結果はででいない。これまでに行った計算によれば、重陽子入射での反陽子生成の増加は、カスケード計算でも再現できないように思われる。・重陽子入射の時に反陽子の生成が異常に大きい原因を探る手段として、重陽子・重陽子反応での反陽子生成が重要であると考え、実験計画を立案し、KEK-PSに申請した。申請は受理されて95年4月にCD_2を標的として実行することになっている。・重陽子・重陽子、あるいは重陽子・陽子反応での反陽子生成を精密に調べるために、重陽子のガスジェット標的の設計に着手した。
金属材料の不純物水素と変形・破壊に関する研究

当研究室において世界で初めて開発された「質量分析計付帯の超高真空材料試験装置」を使用して、99.99%純度アルミニウムの変形・破断時における水素放出挙動を検討した。溶解雰囲気を大気中あるいは真空中として溶製した2種類の試料において、変形・破断時の放出水素量を比較すると真空溶解材の放出量が少ないという結果が得られた。また、室温延性を比較すると、真空溶解材の方が高延性となった。したがって、アルミニウムの室温延性に水素が影響していることが判った。このように上記試験機を使用することによって、アルミニウムの変形・破断時の水素放出挙動が明らかになったため、変形時に水素が転位によって運ばれることが予想されるが、それを示した研究はこれまでみられなかった。そこで、今回新たに変形時の水素の挙動を調べることを目的として「トリチウムオートラジオグラフ」による水素の可視化を試みた。その結果、変形によって試料表面に現れるすべり線上に優先的に水素が分布していることが確認された。したがって、水素は試料内部から転位によって試料表面に輸送されてきたものであると結論された。さらにトリチウムは水素の放射性同位体元素であるため、取扱いに非常に困難が伴う。そこでトリチウムを用いない試料で「水素マイクロプリント」による水素の可視化についても現在検討を進めている。本研究室において世界で初めて開発された「質量分析計付帯の超高真空材料試験装置」を使用することにより、大気溶解したAl-Mg合金において水素が破壊と同時に試料から放出されることを明らかとした。一方アルゴン雰囲気中で溶解した合金では、大気溶解合金に比べ含有水素量は1/7と減少し、破断時に放出される水素料は低減した。そしてアルゴン溶解材は、大気溶解材と比較して局部変形能が大幅に向上した。したがって、溶解雰囲気中から混入する水素によりAl-Mg合金の室温延性が低下すると結論された。このように破断時の水素放出挙動が明らかになったことから、変形時に水素が転位によって運ばれることが予想されるが、これを示した研究はこれまでみられなかった。本系合金にみられるセレーションを利用することにより、そのような検討が可能と考えられる。しかし上記試験機は油圧式であるため剛性が低く、例えば本合金の室温均一変形時に観察されるセレーションと放出水素との関係が明瞭ではなかった。そこで新たに歯車式の材料試験機を使用し、真空度は上記装置と同程度(10^<-8>Pa)の装置の製作も行った。その結果、セレーション発生時に荷重の落ち込みに対応して水素が放出されるのが今回初めて確認された。また試料表面を電解研磨して酸化皮膜をて除去した試料についても超高真空中で引張試験を行った結果、やはりセレーションと同時に水素放出が観察された。それ故、水素は試料内部から転位によって試料表面に輸送されてきたものであると総括された。