hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
都市水害の解析・防御のための地理情報システムとリモートセンシングの応用

(5)近森は、内水排除のための排水機の最適運用を機場における洪水位予測に基づいて行う方法を示し、GISを用いた内水排除計画・施設管理の意志決定支援システムの基礎を構築した。(6)大石は、気象庁の数値予報出力値(GPV:Grid Point Value)及びアメダス情報をGISに導入するとともに、定性推論及びモデルベース推論と呼ばれる情報工学的手法を用いて、都市水害を生起させるような局地的な降雨に対する短時間予測手法を開発した。本研究では、都市水害の解析・防御を目的として、最新のGISとリモートセンシング(RS)データを研究の過程で利用している。以下に本年度の成果を要約する。(1)宝は、庄内川流域のRS画像(空間分解能6.25mの航空機MSSデータ、空間分解能20mのSPOT-2HRVデータ)をもとにさらに粗いRSデータを模擬生成し、土地被覆分類、植生指標NDVI、蒸発散推定に及ぼす空間分解能の影響を定量的に明らかにした。また、矢田川流域において、50m及び250mメッシュの数値標高データと10mメッシュの土地利用数値地図、レーダ雨量を用いた分布型流出モデルを構成し、洪水予測精度を検討した。(2)岡・宝・近森は、小椋池流域においてこれまで蓄積されてきた河川水位、雨量データを整理するとともに、流域の状態を地形図、航空写真、現地踏査によって精査し、河川、排水路、地中の上下水道管、道路、用途地域の区画、等高線などのベクタ情報をGISを利用して入力・整備した。(3)中北は、まず、国見山レーダ雨量計に関し、鹿児島豪雨の生起した年の1年間の5分毎のレーダ情報のデータベース化を図り、それをデータベースのプロトタイプとした。さらに、そのデータベースを用いた分析により、20日程度以上の時間スケールでの時間平均降雨分布には地形標高とかなりタイトな線形関係があること、したがって、20日が降雨分布のスケール階層構造の境目であることを発見するとともに、その分析結果をベースに地形との関係を考慮した降雨分布の確率モデルを提案した。(4)堀は、水害避難行動ミクロモデルとGISをリンクすることにより、洪水-氾濫-避難の一元的なシミュレーションを行い、都市部における地形・浸水条件と、避難行動及び適切な情報提供の時期や形態との関係を明らかにした。(6)大石は、定性推論及びモデルベース推論と呼ばれる情報工学的推論手法を用いて、都市水害を生起させるような局地的な降雨に対する短時間予測法を開発した。
メタマテリアル構造体の創製をめざした自己組織化援用インクジェット法の基礎的研究

本研究では,大面積微細周期構造形成を目的とし,微小パーツの作製とそれ含有する懸濁液を調製し,その滴下時の微小パーツの自己配列特性を評価した.微小パーツ材料にはポリジメチルシロキサンを用い,直径20μm,高さ10μmの六角柱微小パーツを作製した.作製した微小パーツは脱イオン水に分散し,懸濁液を調製した.ガラス基板表面の濡れ性を制御して,微小パーツ懸濁液を滴下したときの自己配列特性を評価した.微小パーツ懸濁液を10μL滴下したとき,親水化処理基板上では液滴が広がり,一部のみで自己配列が生じた.一方,疎水化処理基板上では,液滴が広がることなく揮発し,比較的大面積において最密充填配列に成功した.本研究の目的は,インクジェットプロセスと自己組織化プロセスをハイブリッド化することで,3次元微細構造を大面積に実現できるプロセスを創出することである.平成27年度は,自己配列のためのポリジメチルシロキサン(PDMS)微小パーツの作製プロセスについて検討を行った.具体的には,リソグラフィプロセスを用いて,一辺50μm,10μmそれぞれの微小立方体構造を作製した.初めに,モールドとなるフォトレジスト凹パターンを作製した.50μm,10μmの凹パターンの数はそれぞれ84000個,187000個を一括で作製した.続いて,これらの凹パターンにPDMSを充填させた.充填直後,レジストモールド表面のPDMSはつながっているため,ナイフエッジを用いてレジストモールド表面で摺りきった.PDMS硬化後,エキシマランプを照射することによって,レジストモールド表面の残留PDMSをエッチングした.最後に,レジストモールドをアセトンで除去し,PDMS微小パーツを分離した.作製したPDMS微小パーツを用いて,微小パーツ懸濁液を作製した.懸濁液の作製は,初めに,PDMS微小パーツをエタノール中で超音波攪拌し,純水を加え,最後に加熱することによってエタノールを蒸発させて作製した.微小パーツは部分的に凝集することが明らかになった.表面濡れ性を制御した基板上に,微小パーツ懸濁液を滴下し,溶媒蒸発後の微小パーツの自己配列状態を観察した.懸濁液は親水化処理した表面上に比較的集まりやすく,一部のPDMS微小パーツは配列した.しかしながら,溶媒と微小パーツの密度を比較すると,微小パーツの密度の方が大きく,自重によるランダムな配列が多く生じた.当初の予定通り,一度に多数の微小パーツを作製するためのプロセスを確立することができた.また,作製した微小パーツを溶媒と混合し,微小パーツ懸濁液の作製も行った.微小パーツの凝集が生じることが明らかになり,今後の研究の推進方策を検討するための知見を得ることができた.本研究の目的は,インクジェットプロセスと自己組織化プロセスをハイブリッド化することで,3次元微細構造を大面積に実現できるプロセスを創出することにある.平成28年度は,最密に自己配列するために六角柱形状の微小パーツを作製し,その自己配列特性を評価した.微小パーツは,前年度までに確立したリソグラフィと紫外線表面処理プロセスを組み合わせ,ポリジメチルシロキサン(PDMS)を用いて作製した.初めに,モールドとなるフォトレジスト凹パターンをリソグラフィにより作製し,PDMSを充填・硬化した.次に,PDMS表面の紫外線表面処理を行い,脆化した.最後にレジストを除去することにより,ガラス基板上に数万個のPDMS微小パーツが得られた.作製した微小パーツは,アセトン中にて超音波処理を行い,ガラス基板から剥離した.微小パーツが分散したアセトン中にイオン交換水を混合し,加熱してアセトンを除去することにより,イオン交換水中に微小パーツを分散した.このとき,微小パーツの凝集を防ぐため,界面活性剤も混合した.次に,ガラス基板上に固定用レジストパターンを予め形成し,表面の濡れ性による自己配列への影響を調査した.親水化,疎水化処理を施したガラス基板上に,インクジェットを模擬して微小パーツ分散溶液の液滴を滴下した.その結果,親水化処理基板上では,液滴が基板表面に広がり,微小パーツの最密自己配列は生じなかった.一方,疎水化処理を施したガラス基板上においては,固定用レジストパターンを起点として自己配列が生じ,六角柱微小パーツを最密充填配列することに成功した.本研究では,大面積微細周期構造形成を目的とし,微小パーツの作製とそれ含有する懸濁液を調製し,その滴下時の微小パーツの自己配列特性を評価した.微小パーツ材料にはポリジメチルシロキサンを用い,直径20μm,高さ10μmの六角柱微小パーツを作製した.作製した微小パーツは脱イオン水に分散し,懸濁液を調製した.ガラス基板表面の濡れ性を制御して,微小パーツ懸濁液を滴下したときの自己配列特性を評価した.微小パーツ懸濁液を10μL滴下したとき,親水化処理基板上では液滴が広がり,一部のみで自己配列が生じた.一方,疎水化処理基板上では,液滴が広がることなく揮発し,比較的大面積において最密充填配列に成功した.平成27年度は,PDMS微小パーツの作製プロセスを確立した.その中で,作製した微小パーツを懸濁液中に分散する際,凝集が生じることが明らかになった.また,溶媒と微小パーツの密度差により,微小パーツの自重による配列の影響が大きいことが明らかになった.

そこで平成28年度は,凝集を防止し,分散性を向上させるため,界面活性剤の添加を検討する.更に,溶媒を純水以外のより密度の大きな材料への変更や,微小パーツの材料をPDMSより密度の小さな材料を用いることを検討する.更に,微小パーツ懸濁液の滴下による自己配列状態を観察するとともに,金属薄膜を内包した微小パーツを作製し,自己配列させたパターンにレーザを入射したときの回折効率から配列特性を見積もる予定である.微細加工
複雑システムのモデル化とインテリジェント制御に関する研究

複雑システムのモデル化について1.1階の差分方程式では,表現困難な,より広範囲のシステムをモデル化し制御可能な一般化学習ネットワークを開発し、動的システムのモデル化において,ニューラルネットワーク(NN)方式より表現能力において優れていることを確認した。2.一般化学習ネットワークを用いたシステムのモデル化において,対象システムの特性に適合した最適遅れ時間の自動決定法・モデル化誤差及びコンパクト性の両方を同時に考慮したシステム同定法を開発し,NN方式よりモデル化誤差,汎化能力等において提案法が優れていることを確認した。複雑システムのインテリジェント制御については制御系をNN等の学習により構成する場合,学習後,システムの一部が大幅に変化した場合これまでのNNによる制御系では制御性能が著しく劣化したりシステムが不安定になる等の不具合が生じてもこれらに十分対応できていなかった.本研究では,これらの不具合解決のための以下の提案を行い,これをシミュレーションにより確認した。1.下記制御方式の設計を可能にするシステム設計ツール(:高次微分計算機能)の提案2.システムの初期値が大幅に変化した場合の制御方式の提案3.システムパラメータが大幅に変化した場合の制御方式の提案4.システムの目標軌道を大幅に変化させた場合の制御方式の提案5.システムへノイズ等の大きな外乱が生じた場合の制御方式の提案複雑システムのモデル化について1.1階の差分方程式では,表現困難な,より広範囲のシステムをモデル化し制御可能な一般化学習ネットワークを開発し、動的システムのモデル化において,ニューラルネットワーク(NN)方式より表現能力において優れていることを確認した。1.下記制御方式の設計を可能にするシステム設計ツール(:高次微分計算機能)の提案2.システムの初期値が大幅に変化した場合の制御方式の提案3.システムパラメータが大幅に変化した場合の制御方式の提案4.システムの目標軌道を大幅に変化させた場合の制御方式の提案5.システムへノイズ等の大きな外乱が生じた場合の制御方式の提案
西アフリカ・サヘル地域における土壌中の養水分動態の解明とその生産性向上への応用

研究代表者は、砂漠化の最前線として知られる西アフリカ・サヘル地域において、「耕地内休閑システム」(幅5mの休閑帯を風食を引き起こす嵐の風向に対して垂直をなすように一定の間隔で配置し、その休閑帯を毎年風上に移す技術)という砂漠化の抑制と作物生産の向上を同時に可能にする新たな省力的砂漠化技術を開発し、その有効性を実証した。本研究では、土壌中の養水分動態を明らかにするとともに、その結果に基づき「耕地内休閑システム」の最適化、つまり休閑帯同士の最適な間隔(約30m)を決定した。国際半乾燥熱帯作物研究所西・中央アフリカ支所(IWCA)に3機の円柱型ライシメータ(直径2m、高さ2.3m)を追加した。この追加した3機と既存の6機のライシメータに対して、砂層の厚さで3処理区(クラストが露出した区、クラストの上に砂層が3cm堆積した区、同7cm堆積した区)を設けた。まず、それぞれのライシメータの土壌表面にクラストを形成させ、2006年からIWCAで行った「耕地内休閑システム」の有効性検証試験の際に採取した休閑帯に捕捉された土壌(砂含量95%)を、各砂層の厚さに従ってクラストの上に敷き詰めた。これにより、土壌表面の状態が土壌中の養水分動態に与える影響を評価するための試験準備が完了した。ただし、当初予定していた購入先から重窒素で標識された牛糞を購入することが出来なかったため、自ら作成する必要がある。23年度の雨季に重窒素で標識された化学肥料を休閑地に施用し、その場所で生育した休閑植生を牛に与えることで重窒素標識牛糞を作成する。その場合、23年度の雨季に各種肥培管理下(無施肥、牛糞施用、化学肥料施用)で土壌表面状態が土壌中の養水分動態に与える影響を評価することができない。そこで、23年度の雨季には気候変動下で土壌表面状態が土壌中の養水分動態に与える影響を評価する。サヘル地域では2030年まで降水量が増加し、2030年からは降水量が急激に減少すると予測されているため、雨量で3処理区(少雨区、通常区、多雨区)を設ける。なお、少雨区についてはライシメータの上部を覆うことで、また多雨区については人工降雨によって作成する。各種肥培管理下で土壌表面状態が土壌中の養水分動態に与える影響を評価するための試験については、23年度の乾季から実施するものとする。本研究では、土壌中の養水分動態の観点(砂漠化抑制の観点)から「耕地内休閑システム」の最適化、つまり休閑帯同士の最適な間隔の決定を目的として圃場試験を実施した。具体的には、ニジェール共和国の国際半乾燥熱帯作物研究所西・中央アフリカ支所で9機のライシメータ(直径2m、高さ2.3m)を用いて、クラストの上に存在するルーズな砂層の厚さと土壌中の養水分動態の関係を調べた。その際、サヘル地域では降水量が2030年まで増加し、2030年からは急激に減少すると予測されているため、雨量で3処理区(少雨区、通常区、多雨区)を設けた。試験結果より、休閑帯が持つ風成塵捕捉能を通して、クラストの上にルーズな砂層を3cm形成できる休閑帯の間隔(2930m)が気候変動下では最適であることが示された。これは、これまでの研究で収量のみの観点から決定されていた最適な間隔(3035m)と非常に近い値であった。よって、「耕地内休閑システム」において最も効果的に砂漠化を抑制し、かつ収量を増加させる休閑帯同士の間隔は30mであると考えられる。なお、当初の予定通りに購入することが出来なかった重窒素標識牛糞については、2011年に自ら作成した。現在はその重窒素標識牛糞を用いて試験を実施中であり、本研究は近日中に完成予定である。
ニュートリノにおけるＣＰ対称性の破れの探索のための二次粒子強度モニターの開発

大強度陽子加速器J-PARCを用いたニュートリノ振動実験において、ニュートリノの粒子ー反粒子の対称性(CP対称性)の破れの探索の感度を向上するため、生成するニュートリノビームと反ニュートリノビームの性質の違いを精度良く実測することをめざし、そのための二次粒子モニターの開発を行った。非常に高い放射線環境下で、ニュートリノの親粒子となる二次粒子のフラックスを測定するための放射線耐性型の変流器(CT)を設計・試作し、試作機がJ-PARCのニュートリノビームラインで予想される電流密度を測定するために必要な基本的な性能をもつことを確かめた。本研本研究では、大強度陽子加速器J-PARCを用いた長基線ニュートリノ実験において、将来ニュートリノにおけるCP対称性の破れの探索を行うことをめざし、高精度でニュートリノビームと反ニュートリノビームの性質を比較するための二次粒子強度モニターの開発を行っている。二次粒子強度モニターは、強い放射線環境下に置かれるため、強い放射線耐性をもつ無機材料を用いた電流変流器(CT)の開発が本研究の目標である。開発したCTの試験すべき項目としては、無機材料のケーブルを用いても二次粒子が発生する10ns幅のパルス電流に対して十分な高周波特性をもつ点と、CTの実際の使用環境で二次粒子の照射により発熱することに対応して高温下で動作する点である。本年度は、J-PARCニュートリノビームラインの構造を考慮した二次粒子強度モニターの詳細検討を行った。J-PARCのニュートリノビームラインでは3台の電磁ホーンを使用して二次粒子の収束を行なっているが、空間的制約から、第二ホーンと第三ホーンの間に二次粒子強度モニターを設置することを想定することとした。J-PARCの加速器やニュートリノ一次ビームラインでの使用実績のあるファインメットコアと、無機材料のみを使ったケーブルとしてMIケーブルを選定し、CTの試作機の試作を進めた。また、CTの満たすべき点を試験するテストベンチの構築をすすめた。CTの試作機に対してヒータによる熱負荷を与えて、CT試作機のひずみを測定するシステムの構築をすすめ、環境下でのCT試作機の機械的健全性が評価できるようになった。また、CTの試験用に校正用の試験電流を発生させるテストベンチも構築し、CT試作機の信号応答性を評価できるようになった。本研究では、大強度陽子加速器J-PARCを用いた長基線ニュートリノ実験において、将来ニュートリノにおけるCP対称性の破れの探索を行うことをめざし、高精度でニュートリノビームと反ニュートリノビームの性質を比較するための二次粒子強度モニターの開発を行っている。本年度は、CT試作機の測定領域にワイヤーを通して試験電流を流し、CT試作機の信号応答性を測定できるテストベンチを構築した。十分な時間分解能をもつオシロスコープを導入し、CTの高周波特性が測定できるようになった。また、試験電流を流すワイヤーに対してCT試作機を精度よく移動できるようになっており、有感領域における応答一様性が確認できるようになった。二次粒子強度モニターでは、CTの有感領域だけではなくコアやケーブルなどのCTそのものにも荷電粒子が通過することが想定される。また、CTは原理的には外部を通過する二次粒子には不感であるが、CTの筐体に外部を通過する二次粒子のミラー電流が発生してノイズ源となる事も懸念される。本年度構築したテストベンチでは、CT試作機にあけた穴やCT試作機の外にも試験電流を流すことにより、CT本体や有感領域外を通過した二次粒子がおこす外乱信号等が検証できるようになった。二次粒子強度モニターの構造に関して、懸案であった高放射線環境下での使用に耐えるCT(Current Transformer)の信号線の絶縁方法を決定した。もともと磁性体に巻き付ける信号線としては、放射線環境下での使用実績のあるMI (Mineral Insulator)ケーブルの採用を考えていた。しかし、MIケーブルの金属被覆にも信号と同じ電圧が印可されないよう一定間隔で切断面を入れる必要があるが、信号線や絶縁体の健全性を保持するのが困難であることがわかった。そのため、機械的結合により自立する銅製部品と絶縁セラミック部品により信号線を構成する方法を考案した。さらに、放射線損傷による劣化や二次粒子収束用のパルス電磁石の振動の影響などでこれらの部品やその破片が脱落しても、放射化した部品・破片を周囲に飛散させないようにする無機材料による筐体におさめる構造とした。また、放射線照射による発熱に対する冷却方法も決定した。

筐体のアルミ製部品に水冷機構を持たせ、絶縁セラミックを介してCT本体と熱接触をとることでヒートシンクとしての機能させる間接冷却を採用した。これら新たに考案した機構に基づいて、二次粒子強度モニターの試作機の全体設計行い、試作機を製作した。製作した試作機に対して、基本的な性能評価を行なった。26年度が最終年度であるため、記入しない。高エネルギー物理学26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度には、試作したCTの試験を行って、基本的な電流測定の性能と、構造的、機械的に問題がないことを目標としていたが、CT試作機の製作に想定以上に時間がかかっており、試験の実施が翌年度にずれ込むこととなってしまった。現在は、CT試作機の製作を早急に完了させることを目標として研究を進めている。CT試作機を製作する上で問題となっているのは、無機材料のケーブルの金属被覆の接地方法およびケーブル端末処理の方法の設計に検討を要しているためである。この点の詳細設計を詰め、試作機の完成とその試験の実施をめざしている
金属イオン置換による硫黄架橋多核錯体の構造変換と異常結合の発現

チオレート配位子(RS^-)を二分子配位した八面体型単核は、配位チオラト基の高い求核性により他の金属イオンと結合し、様々なタイプの硫黄架橋多核錯体を形成すると考えられる。しかしながら、このような単核ユニットを構成単位とする多核錯体については、その単核錯体の合成の困難さのため、これまで研究がほとんど進行していない。先に、本研究者は、2つのcis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+ユニットから成るCo^<III>Ni^<II>Co^<III>硫黄架橋三核錯体([Ni{Co(aet)_2(en)}_2]Cl_4)が、[CoCl_2(en)_2]Clと[Ni(aet)_2]とのキレート転位反応により、容易に合成されることを見いだした。この三核錯体中のNi^<II>を他の金属イオンと置換することができるならば、cis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+ユニットを構成単位とする様々な硫黄架橋多核錯体の開発につながると考えられる。そこで、今回、硫黄原子との親和性が比較的大きく、Ni^<II>と同様、四配位構造をとりやすいCd^<II>との置換反応をおこなった。その結果、得られた錯体は、対応するCo^<III>Cd^<II>Co^<III>三核錯体ではなく、Cd^<II>が1つのcis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+ユニットからの2つの硫黄原子と3つの塩素原子により三方両錐型に配位された、無電荷のCo^<III>Cd^<II>二核錯体([CdCl_3{Co(aet)_2(en)}])であることが判明した。さらに、この錯体を水に溶かし過剰の硝酸ナトリウムで処理したところ、cis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+ユニットが四分子集合した七価のCo^<III>_4Cd^<II>_2六核錯体([Cd_2{Co(aet)_2(en)}_4]^<7+>)が生成した。この六核錯体中においても、Cd^<II>は五配位三方両錐構造をとっており、cis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+ユニットの配位がCd^<III>に対してこのような特異な配位構造をもたらしたと考えられる。このCo^<III>_4Cd^<II>_2六核錯体の水溶液に塩化ナトリウムを加えたところ、もとの無電荷の二核錯体が生成した。従って、水溶液中の塩化物イオンの濃度を調整することにより、多核構造を制御することが可能であることも明らかとなった。このCo^<III>_4Cd^<II>_2六

核錯体の水溶液に塩化ナトリウムを加えたところ、もとの無電荷の二核錯体が生成した。従って、水溶液中の塩化物イオンの濃度を調整することにより、多核構造を制御することが可能であることも明らかとなった。チオレート配位子(RS^-)を配位した八面体型単核錯体は、配位チオライト基の高い求核性により他の金属イオンと結合し、硫黄架橋多核錯体を形成する。これまで、Fe^<3+>やCo^<3+>など八面体性金属イオンとの反応では、単核錯体が二分子集合した直線型三型錯体が、一方、Zn^<2+>やCd^<2+>など四面体性金属イオンとの反応では、単核錯体が四分子集合したT-ケージ型八核錯体が得られている。本研究では、反応させる金属イオンを、これまで研究例のない平面性のPd^<2+>に変えることにより、新種の硫黄架橋多核構造の開発と異常結合の発現を追求した。その結果、チオラト単核錯体fac(S)-[Rh(aet)^3]とNa^2[PdCl^4]またはPd(NO^3)^2との反応が、新規の硫黄架橋五核錯体を形成することを明らかにした。この錯体では、2つのPd原子が3つのRh八面体単核ユニットを連結している。興味深いことに、12あるaet配位子のうち1つがRh原子ではなくPd原子にキレート配位しており、この反応中におけるRh(III)からPd(II)への配位子転移が明らかとなった。さらに、Rh原子とPd原子を架橋している硫黄原子のほかに、2つのRh原子を架橋している硫黄原子も存在しており、通常みられない硫黄原子の架橋構造が見いだされた。この錯体の3つの単核ユニットの絶対配置は、ΔΛΔ/ΛΔΛとなっており、臭化物塩においては、自然分晶により光学活性体として単離することができた。このような多核金属錯体における自然分晶はきわめて珍しい例である。fac(S)-[Rh(aet)^3]の代わりにfac(S)-[Ir(aet)^3]を用いて反応を行ったところ、Rh^<III>_3Rd^<II>_2錯体に対応する錯体は、反応温度を上げてみても、ほんのわずかしか生成しなかった。これはIr(III)とaet配位子との結合がきわめて強く、配位子転移反応が起こりにくいためと考えた。このような立体化学的性質とともに、分光化学的性質についても明らかにした。チオレート配位子(RS^-)を二分子配位した八面体型単核は、配位チオラト基の高い求核性により他の金属イオンと結合し、様々なタイプの硫黄架橋多核錯体を形成すると考えられる。しかしながら、このような単核ユニットを構成単位とする多核錯体については、その単核錯体の合成の困難さのため、これまで研究がほとんど進行していない。先に、本研究者は、2つのcis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+]ユニットから成るCo^<II>Ni^<II>Co^<III>硫黄架橋三核錯体([Ni{Co(aet)_2(en)}_2]Cl_4)が、[CoCl_2(en)_2]Clと[Ni(aet)_2]とのキレート転位反応により、容易に合成されることを見いだした。この三核錯体中のNi^<II>を他の金属イオンと置換することができるならば、cis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+ユニットを構成単位とする様々な硫黄架橋多核錯体の開発につながると考えられる。そこで、今回、硫黄原子との親和性が比較的大きく、Ni^<II>と同様、四配位構造をとりやすいCd^<II>との置換反応をおこなった。その結果、得られた錯体は、対応するCo^<III>Cd^<II>Co^<III>三核錯体ではなく、Cd^<II>が1つのcis(S)-[Co(aet)_2(en)]^+ユニットからの2つの硫黄原子と3つの塩素原子により三方両錐型に配位された、無電荷のCo^<III>Cd^<II>二核錯体([CdCl_3{Co(aet)_2(en)}])であることが判明した。
大きな2次非線形性を持つ石英系ガラス多層薄膜光導波路の作製と紫外への波長変換

最近、光学的等方性を有するガラス材料をポーリングすることにより、2次の非線形性が発現し、短波長への波長変換素子や光変調器への応用が期待されている。しかし、非線形ガラス材料を用いた薄膜光導波路デバイス加工は行われておらず、従って高効率な短波長変換素子の報告はなかった。本研究では、ゾルゲル法及び高周波スパッタリングを用いて、各種ガラス基板上にゲルマニウムドープ石英ガラス薄膜を堆積させ、熱ポーリング及び電子線ポーリングを行うことにより、2次非線形性の発現とその機構の解明、及び導波路デバイス加工と位相整合SHGの観測を行った。作製したガラスサンプルのポーリング処理により1pm/V以上(ゾルゲル法、ソーダライムガラス基板)及び0.30.4pm/V(高周波スパッタリング法、石英基板)の非線形性を得た。また、非線形性の光学的安定性の評価を行った。石英基板上に熱ポーリングした薄膜について紫外高エネルギーのレーザ光照射したところ非線形性の劣化はなく、紫外領域での高い安定性を示し、実用が可能であることがわかった。次に、この薄膜光導波路に基本波レーザ光を導波させ、緑及び青色のチェレンコフ放射型位相整合SHGを観測した。熱ポーリングした薄膜をフォトリソグラフィ技術によって単一モードチャネル導波路を作製し、基本波光を伝搬させたところ、これ迄より1桁以上高効率の位相整合SHGを観測した。更に、電子線直接照射技術により周期的にポーリングを行い、χ(2)回折格子構造を作製した。本研究では、高周波スパッタリング及びゾルゲル法を用いて、各種ガラス基板上にゲルマニウムドープ石英ガラス薄膜を堆積させ、熱ポーリングを行うことにより、2次非線形性の発現とその機構の解明、及び導波路デバイス加工と位相整合SHGの観測を行った。作製したガラスサンプルのポーリング処理により0.4pm/V(石英基板)の非線形性を得た。石英基板上にスパッタリングで堆積した薄膜について加速試験を行い、アレニウスプロットを用いて非線形性の寿命は310年と評価された。そして紫外高エネルギーのN_2レーザ光照射でも劣化はなく、紫外領域での高い安定性を示し、実用が可能であることがわかった。更に、フォトリソグラフィ技術を用いて初めて単一モードチャネル導波路を作製し、基本波光を伝搬させたところ、これ迄より1桁以上高効率の位相整合SHGを観測した。また、ゾルゲル法を用いてソーダライムガラス基板上にゲルマニウムドープ石英ガラス薄膜を合成し、ポーリング処理を行うことにより、非線形性がゲルマニウムドープ量に大して線形に増大していることをが明らかになり、ゲルマニウムドープ量30%のとき1.7pm/Vの大きな非線形性を得た。本研究では、前年度に引き続き高周波スパッタリングを用いて、各種ガラス基板上にゲルマニウムドープ石英ガラス薄膜を堆積させ、熱ポーリング及び電子線ポーリングを行うことにより、2次非線形性の発現とその機構の解明、及び導波路デバイス加工と位相整合SHGの観測を行った。

作製したガラスサンプルのポーリング処理により0.30.4pm/V(石英基板)の非線形性を得た。また、非線形性の光学的安定性の評価を行った。石英基板上に熱ポーリングした薄膜について紫外高エネルギーのN_2レーザ光照射したところ非線形性の劣化はなく、紫外領域での高い安定性を示し、実用が可能であることがわかった。次に、この薄膜光導波路に基本波レーザ光を導波させ、緑及び青色のチェレンコフ放射型位相整合SHGを観測した。熱ポーリングした薄膜をフォトリソグラフィ技術によって単一モードチャネル導波路を作製し、基本波光を伝搬させたところ、これ迄より1桁以上高効率の位相整合SHGを観測した。更に、電子線直接照射技術により周期的にポーリングを行い、χ^<(2)>回折格子構造を作製した。
持続的食糧生産を可能にする尿リサイクル法の開発

肥料資源に乏しい我が国では、リン酸、カリ資源の全量を輸入に頼っている。一方、日本全国で一年間にし尿として排泄されるこれら栄養成分は、窒素40万トン、リン7万トン、カリウム17万トンで、それぞれ年間の化学肥料消費量の約40%、10%、30%である。また、これら栄養成分の処理が不十分なため、閉鎖性水域の富栄養化の問題がおこっている。富栄養化を防止し、持続的な食糧生産を可能にするためには、この都市からの栄養成分の一方的な流出を是正し、これを農地に還元する戦略を見つける必要がある。人間の排泄物中の栄養分のほとんどは尿に集中しているため、尿のみを回収して利用する戦略が考えられる。今回我々は、人間の尿中から栄養成分を回収する方法を開発した。まず、尿中のリン成分を緩効性肥料であるストラバイト(リン酸マグネシウムアンモニウム、MAP)として回収する技術を実用化するために、操作因子であるマグネシウム投入量、pH、温度の影響を予測することが可能な、沈殿生成平衡シュミレーションモデルを構築した。尿中リンの回収実験を行った結果、このモデルによって尿を材料としたストラバイト生成反応を予測できることを確認した。その結果、人間の尿1リットルに対するマグネシウム添加量の最適値は0.02mol、pHの最適範囲は8.79.0であることを確認した。このモデルをもとに、リン回収プラントを設計し、研究室に設置した。今後、これを用いて装置レベルの研究を行う予定である。現在農業に使用されている肥料のほとんどは、窒素はハーバー・ボッシュ法による空中窒素固定、リン酸はリン鉱石、カリウムはカリ鉱石から製造されている。窒素はともかく、リンとカリウムは有限であり、これらの成分をリサイクルする必要がある。そのためには、人間のし尿を農地に還元することが重要であるが、その方法が問題である。意外ど面白いのが、糞便と尿を別々に回収し、尿のみを利用すると言う戦略である。人の排泄物中のしと尿では窒素、リン成分に大きな違いがあり、肥料の3大栄養素のほとんどは尿に集中しており、尿それ自体が理想的な肥料になりうる。しかしながら、尿をそのまま農地に散布すると、余剰の窒素やリン成分の農地からの流出により地下水や河川水などを汚染する可能性がある。また、尿そのものは速攻性の肥料となりうるが、逆に施肥効果が持続しないため作物の種類によっては何度も施肥しなければならず人手がかかるなどの問題点が考えられる。そこで、本研究では、回収した尿から付加価値の高い緩効性肥料を作成する方法を検討することにした。まず、リン酸回収であるが、アルカリ条件でマグネシウムを添加することにより、マグネシウムアンモニアリン酸(MAP)の形でリン成分をほぼ100%回収することが可能であることがわかった。つぎに窒素の回収であるが、尿にホルムアルデヒドを添加し、1週間の滞留時間でウレアホルムの形で窒素分(尿素)の回収も十分に可能であることもわかった。今後、これら緩効性肥料のより効率の良い作成方法を検討する。
超音速空気流シミュレーションを用いたインターレース加工工程の改良および最適化

1.Chakravathy-OsherのTVDスキームにより、理想気体の軸対称自由噴流および平板に衝突する噴流の計算を行い、膨張波、圧縮波などの発生を捉えることが出来た。また、実験で得られたシュリーレン写真と計算で得られた密度分布が良好に一致し、計算スキームの妥当性が示された。2.実際のインターレース加工より相似的に大きい拡大インターレーサを用いて円形断面糸道管の空気噴射ノズル対壁上での圧力分布を測定し、インターレーサの形状をT字型管路と見なした2次元流動計算で得られた圧力分布の傾向は実験で得られた傾向と一致した。3.正方形管で構成されるインターレーサ内空気流の3次元流動解析を実施し、糸道管内における三次元的な流れを把握できた。また、貯気槽内圧力と糸道管寸法を変えた計算を行い、圧力または寸法が大きくなるほど糸道管出口付近での空気流の流速が大きくなることがわかった。4.ピアノ線の円柱を糸と見立てて、高速空気の自由噴流中に置かれた円柱に作用する抵抗を測定した。抵抗は半径方向に減少し、軸方向には周期的に増減すること、抵抗分布が噴流の全圧分布と類似していることが確認できた。5.マルチフィラメント糸を糸道管内に固定し、瞬間的に空気を吹きつけることでインターレース加工をモデル化し、高速度カメラを用いて撮影したインターレース糸の運動を画像処理により解析した。インターレーサ内における糸の運動、交絡部の生成様式、生成場所などが把握できた。6.以上より、インターレーサ内空気流の様子が数値シミュレーションで把握でき、結果の総合判断から、インターレース加工工程の改良および最適化のための指針と方向性が得られた。今後の課題としては、より最適なインターレース加工工程を構築するためのデータベースの蓄積、空気流に糸が存在する場合についてのシミュレーションの実現が挙げられる。インターレーサ内超音速空気流シミュレーションを行うに先立ち,Chakravathy-OsherのTVDスキームを用いて,ニュートン粘性を持つ理想気体の軸対称自由噴流および平板に衝突する噴流のシミュレーションを行った。その結果,本スキームは,膨張波,圧縮波,衝撃波などの発生を良好に表すことを確かめた。次いで,インターレーサの形状をT字型管路とみなして2次元流動解析を行った。その結果,空気噴射ノズルから糸道管内に不足膨張状態で流入した圧縮空気は,膨張波を形成するが圧縮波を形成することなく糸道管の対壁に衝突し,糸道管対壁の前方に離脱衝撃波を形成する。対壁に衝突した空気は,糸道管出口方向に流れの向きを変え,対壁近傍の細い帯状領域を膨張と圧縮を繰返しながら通り糸道管出口から大気に開放される。対壁近傍を除く糸道管内には,逆流領域が形成される。圧力の計算結果は,円形断面糸道管の空気噴射ノズル対壁上で実測された圧力分布の傾向と一致した。現在,矩形断面を持つ糸道管内用の3次元流動解析プログラムを実行させている。その結果,矩形断面を持つ糸道管においても,円形断面の糸道管において測定された双子渦の存在をとらえることができた。今後は,コンピュータの記憶容量と計算速度に限度があることを考慮に入れて,3次元流動解析精度の向上を図りつつ,円形断面を持つ糸道管内用のプログラム作成する。インターレーサ内空気流を解明することによりインターレース糸の生成メカニズムを考察し,インターレース加工工程の改良および最適化への指針を提供していく。本年度は、まず昨年度開発したTVDスキームによるプログラムを用いて、正方形管の寸法が空気流に及ぼす影響を検討した。

糸道管幅と空気噴射ノズル幅との寸法比が大きいほど、開繊部の生成位置とされている空気噴射ノズル上方の流速が大きくなることが確認され、その条件では糸の運動が促進されてインターレース糸が生成しやすくなることが推察された。円管を組み合わせたインターレーサ内空気流解析については、条件により収束解が得られず、本年度中での検討はできなかったが、プログラムの改良・開発を続けている。次に、インターレーサ内において糸を構成するフィラメントに空気流が及ぼす力を調べる第一段階として、ピアノ線の円柱を糸と見立て、自由噴流中に置かれた円柱に作用する抵抗を測定した。抵抗は半径方向に減少し、軸方向には周期的に増減すること、抵抗分布が自由噴流の全圧分布と類似していることが確認できた。また、インターレーサ内での糸の運動を明らかにする基礎研究として、ポリウレタンモノフィラメントを3本引き揃えた糸を糸道管内に固定し、瞬間的に空気を吹きつけることでインターレース加工をモデル化した。そして、高速度カメラを用いて、インターレース糸の生成過程をビデオ撮影し、糸の運動についてコンピュータによる画像解析を行った。糸は噴流出口より遠い位置で長く存在すること、交絡は空気噴射の影響を受けにくい場所で生成することなどが確認できた。以上の検討より、糸道管の断面寸法は空気噴射ノズルの断面寸法よりも大きくする、空気噴射ノズル出口上方の流速や圧力に注目する、などといった最適インターレーサの設計の指針が示された。以上の成果をふまえ、今後は計算や実験のケーススタディを重ねることで設計に必要なデータベースを蓄積するとともに、空気流に糸が存在する場合についてのシミュレーションを行うための解析モデルの構築を予定している。
T4ファージ尾鞘蛋白質の高次構造

T4ファージの収縮生尾鞘蛋白質(gp18)の高次構造と収縮に伴う構造変化について調べるこめに、1.チロシンおよびシスティンの化学修飾、2.プロテアーゼ限定水解、3.イムノブロッティング、4.免疫電子顕微鏡観察および5.緑膿菌ファージPS17の収縮性尾鞘蛋白質の一次構造の決定を行なった。1.ではテトラニトロメタン(TNM)によって、31個の全チロシン残基のうち、単量体および未収縮時には特定の10ないし11のチロシン残基が修飾され、収縮に伴ってそのうち、3残基(Tyr254、270、455)以外は著しく修飾されにくくなることが分かった。未収縮の尾鞘ではサブユニット間に、収縮した尾鞘の場合に較べて大きな空隙があるものと考えられる。またシステインに特異的な修飾試薬ABD-Fによっ5残基のシステインのうち、Cys402と406の2残基がS-S結合の形成に関与しており、SH基を持つ残り3残基のうち、少なくもと1つはgp18分子の集合状態にかかわらず修飾されることが分かった。2.ではgp18のプロテアーゼ抵抗性領域が、トリプシンの場合Ala82-Lys316であって、キモトリプシン、サーモライシンの場合も同様な領域であること、さらに、3.によって、トリプシンはC末端側からgp18を切断して行くことも分かった。また、4.によって、トリプシン抵抗性領域に対する抗体がフアージの尾鞘に結合することが明らかとなり、5.の結果を加味すると、残基番号250-410付近がAmos & Klugによる電子顕微鏡画像からの再構成三次元像にみられる尾鞘の外側につきでた部分を構成すると推定される。5.では385残基からなるPS17ファージの尾鞘蛋白質の一次構造を、主として塩基配列から決定し、構造の一部を蛋白質の側から確認した。両尾鞘蛋白質の一次構造を比較した結果、相同性は比較的低いものの、PS17ファージ尾鞘蛋白質の対応するgp18の配列は、2カ所に分かれて存在することが分かった。T4ファージ尾鞘蛋白質の高次構造と尾鞘収縮に伴う構造変化について調べるために,チロシンおよびシステイン残基の化学修飾を行なった.チロシンの場合,計11残基のうち,単量体および未収縮の尾鞘では,テトラニトロメタン(TNM)によって11残基(Tyr63, 73, 254, 270, 455, 460, 493, 523, 535, 569, 590)がニトロ化されたが,後者の場合には,これらのうちTry63, 73, 254, 270の4つを除いた他のチロシンのニトロ化の速度は減少した.一方,収縮した尾鞘を単離して,これをニトロ化したところ,上記11残基のうち6個のチロシン(Try63, 73, 523, 535, 569, 590)はほとんどニトロ化されなくなった.

これらのチロシン残基は収縮に伴った尾鞘サブユニット分子間に隠れ, TNMが入り込めなくなったと考えられる.残りの5個のチロシン(Tyr270, 455, 460, 493)はニトロ化され,特にTyr270はこの状態でもよくニトロ化されることが分かった.Tyr270は尾鞘の表面に露出していると考えられる.なお,単量体と尾鞘の状態とでニトロ化のされ方がそれ程違わないという事実は,収縮前の尾鞘ではサブユニット間の結合面積が収縮した尾鞘の場合に較べて小さく, TNMのような低分子が比較的入り込みやすい配置をとっていることを示しており,収縮した尾鞘が構造上極度に安定であるというこれまでの観察結果と一致する.システインについては,計5残基(Cys377, 402, 406, 477, 607)のうちCys377, 477, 607の3残基が非還元状態でABD-F(4-(amino-sulfonyl)-7-fluoro-2, 1, 3-benzoxadiazole)によって修飾された.残りのCys402, 406は還元状態でのみ修飾されるので, S-S結合を形成しているものと考えられる.さらに,インタクトな単量体ではCys477とCys607が修飾されるのに対して,会合状態(尾鞘)ではCys477はほとんどニトロ化されなくなることから, Cys477はサブユニット分子間またはその近傍に存在すると考えられる.1.gp18のドメイン構造の検討:gp18はシースの状態ではプロテアーゼによって全く切断を受けないが、単量体の状態では種々のプロテアーゼによって切断を受け、トリプシンでは分子量27k、キモトリプシンでは29k、サーモライシンでは26k、またリシルエンドペプチターゼ(API)では42kと31kの、プロテアーゼ抵抗性断片を生じる。これらのプロテアーゼ抵抗性領域の一次構造上の位置を同定するために、各断片を調製用SDS電気泳動により分離し、各消化断片を電気泳動的に抽出した。これらの断片のアミノ酸配列分析を行い、N末端を決定し、更に分子量とプロテアーゼの基質特異性を考慮することにより、トリプシン消化断片27kはAla82Lys316、キモトリプシン消化断片29kはGly74Phe333、サーモライシン消化断片26kはVa183Asp313であると同定され、プロテアーゼ抵抗性領域は、およそ残基番号80310までの領域であることがわかった。APIの場合、42k断片はAsp302Gly658(gp18C末端)であったが、31k断片は2つのペプチドの混合物であって、一方がGlullLys301であるのに対して、他方はAsp302Lys568であった。APIはその高い基質特異性のために、他のプロテアーゼでは切断されやすいC末端領域が切断されずに残るものと考えられる。尾鞘は外に大きく突き出した部分を持っており、この部分がプロテアーゼで切断されないことから、これが上記のプロテアーゼ抵抗性領域である可能性が高いと考えられる。更に種々の抗血清を用いてイムノブロッティングを行い、gp18のトリプシンとAPIによる限定水解中間体を同定することにより、切断の順序を決定した。2.光-CIDNP法によるgp18のチロシン残基の検出:2個のチロシン残基が検出され、その2つのピークはgp18をニトロ化することによって消失した。なお、収縮したシースの結晶化およびミュータントの変異部位の同定については現在進行中である。
水稲の栄養制御のための葉色変化モデリングに関する研究

初年度は測定システムを開発した。水稲の葉色測定用画像処理ソフトウェアの改良,および水稲の生育環境データの収集ソフトウェアの開発,そして,これら二種類の観測を連携させるソフトウェアの開発を行った。なお,北陸地方の水稲栽培の時期の関係で,水稲を対象にした実験は行えなかった。最終年度は開発した測定システムの一部手直しを行い,実験を実施した。水稲の栽培はプラスチック製のプランターで行った。プランターの外形は長さ800mm,幅300mm,高さ220mmである。これらを横置きに縦に6個並べて1区画とした。このような区画を横2列に並べ,縦1.8m,横1.8mの水田を模倣した実験用圃場をつくった。水稲の植え付け条間は30cm,株間30cmとした。1株当たりの植え付けは本数は3本とした。水稲の生育環境を計測するために使用したセンサーは,温湿度センサー2個,地温センサー2個,雨量センサー1個と光量子センサー1個である。葉色の測定には葉緑素計と画像処理を応用した方法の二とおりを使用した。本研究では水稲の葉色を追肥によって制御するために,葉色と追肥の量との関係,水稲の生育環境との関係を調べるための実験を行った。今回の実験では追肥として硫安(窒素成分21%)を使用し,与える量と時期を変えて葉色の変化を測定したが,最終的には2つの区画に同量の追肥を行った。葉緑素計による測定の結果,葉色に差が生じることがわかった。また,葉緑素計と画像計測の測定結果はあまり一致していなかった。これは,今回の実験では施肥に対する葉色の反応が小さく,葉色の画像計測システムの測定精度限界に近かったためと考えられる。実験を実施したのが1年だけであったということもあり,葉色と追肥の量との関係,水稲の生育環境の間に具体的な関係式などを導き出すまでには至らなかった。今後もさらに実験を継続してデータを蓄積していく予定である。今年度は次年度の実験の準備として測定システムの開発を行った。なお,北陸地方の水稲栽培の時期の関係で,水稲を対象にした実験は行わなかった。1新規導入の予定の気象観測用機器などは当初の予定どおり納入を完了した。2水稲の葉色測定用画像処理ソフトウェアの改良,および気象観測データの収集ソフトウェアの開発,そして,これら二種類の観測を連携させるソフトウェアの開発を行った。当初の予定よりかなり遅れたが,来年度の水稲栽培時期に使用できるめどはついた。ただし,観測システムのテスト運転の結果,水稲の画像データを連続摘に取得,保管するためには現有の保管装置では容量が不足することがわかった。このため,来年度は新規に大容量のしかもメディア交換が可能な装置を導入する予定である。来年度の実験計画は次のとおりである。1水稲の栽培はプラスチック製のプランターで行う。これらを複数個並べて水田を模倣した実験圃場を作る。水稲の植え付け条間は30cm,株間30cmとする。1株当たりの植え付け本数は3本とする。

2水稲栽培途中の施肥条件を変えながら,水稲の葉色の反応を画像処理システムを使用して,また水稲のおかれている環境条件を気象観測システムを使用して連続的に観測を行う。3気象観測データと葉色測定データを解析し,水稲の葉色変化モデルを検討する。今年度は昨年度において開発した測定システムの一部手直しを行い,実験を実施した。水稲の栽培はプラスチック製のプランターで行った。プランターの外形は長さ800mm,幅300mm,高さ220mmである。これらを横置きに縦に6個並べて1区画とした。このような区画を横2列に並べ,縦1.8m,横1.8mの水田を模倣した実験用圃場をつくった。水稲の植え付け条間は30cm,株間30cmとした。1株当たりの植え付け本数は3本とした。水稲の生育環境を計測するために使用したセンサーは,温湿度センサー2個,地温センサー2個,雨量センサー1個と光量子センサー1個である。葉色の測定には葉緑素計と画像処理を応用した方法の二とおりを使用した。今回の実験では追肥として硫安(窒素成分21%)を使用し,与える量,時期を変えて葉色の変化を測定したが,最終的には2つの区画に同量の追肥を行った。しかし葉緑素計による測定の結果,追肥を与える量,時期によって葉色に差が生じることがわかった。また,葉緑素計と画像計測の測定結果はあまり一致していなかった。これは,今回の実験では施肥に対する葉色の反応が小さく,葉色の画像計測システムの測定精度限界に近かったためと考えられる。本研究では水稲の葉色を追肥によって制御するために,葉色と追肥の量との関係,水稲の生育環境との関係を調べるための実験を行った。実験を実施したのが1年だけであったということもあり,それぞれの間に具体的な関係式などを導き出すまでは至らなかった。今後もさらに実験を継続してデータを蓄積していく予定である。
超弦理論におけるブレインを用いた量子場の理論の解析

平成13年9月1日より平成14年8月31日までアメリカ合衆国マサチューセッツ工科大学理論物理学センターにおいて研究を行った。平成14年8月31日付で中途辞退するまでに行った本年度の研究はtachyon matterを重力理論の解として理解しようとする試みである。Tachyon matterとは不安定な非BPSブレインの崩壊やDブレイン-反Dブレインの対消滅の後に残る圧力を持たない物質のことであり、近年A. Senによってその存在の可能性が指摘された。このtachyon matterに対する取り組みには弦の場の理論を用いたものや、ブレイン上の有効理論を用いたものなどがあったが、我々の研究ではtachyon matterを弦理論における背景時空として、弦理論の低エネルギーでの有効理論である重力理論を解くことによって解明することが目的である。我々は重力場とディラトン場、反対称テンソル場が結合した一般的な弦理論の有効理論のP+1次元に広がった物体(ブレイン)を記述する重力解について考察を行った。この解は4つのパラメーターを含んでいるが、このパラメーターのある特別な値でブレイン上に局在化したエネルギー運動量テンソルの圧力部分がゼロになることを見出した。我々はこのパラメーターの値での重力解がtachyon matterをあらわすものと考え、この物体のHawking温度などの性質について調べた。この研究は京都大学大学院理学研究科の横野貴志氏に協力をお願いした。
前腕の固有振動数と生体特性を利用した骨強度評価に関する研究

ヒトの骨の質・強さを非評価する方法について、前腕骨の固有振動数の計測と骨密度などにより指標となるものを提案し、主に50歳代以上の年齢層別推移を調べて、指標間の比較検討を行った。そのため、通常のpQCT骨密度検査での前腕遠位4%断面に加えて、20%断面でも測定し、そのCT画像からの生体特性も用いた。得られた研究実績は次のとおりである。1.20%断面での総骨密度と皮質骨密度を測定し、4%断面での総骨密度や海綿骨密度との加齢的低下傾向を比較した。20%断面の総骨密度は4%断面に対して、どの年齢層でも22.5倍程度の値であること、20%断面の皮質骨密度の低下率は総骨密度より小さいことがわかった。2.筋肉が骨への荷重となることに関して、筋肉の影響を評価するために、前腕20%断面でのCT画像から、筋肉断面積と皮質骨断面積を算出した。その面積比(B/M比)を指標として、加齢的推移を調べた。その際、筋肉領域と脂肪の部分とは画像の閾値の差がわずかであるため、画像解析で両者が分離しにくい例が見られた。この原因を検討し、筋肉断面積を求める画像解析上の基準・方法を決めた。3.前腕骨固有振動数も計測した被験者では、ヤング率相当の骨強度指標を三種類算出し、年齢層別の加齢的推移を調べた。それらの比較から、4%断面の総骨密度を用いた場合の骨強度指標が低下率と実用上で有利と考えられる。また、データ数は少ないものの、骨強度指標、骨密度、B/M比およびその他の特性の加齢的低下傾向を比較することができた。年齢層別低下率は骨強度指標が総骨密度やB/M比より大きい。骨密度や骨断面積の方が、筋肉断面積や骨強度指標よりも早い時期から低下している。ヒトの骨の質・強さの評価する指標の加齢特性と筋肉の影響を評価するための測定に関する研究実績は次のとおりである。1.骨の質・強さの評価について:前腕骨の固有振動数の計測とヤング率相当の工学的強度指標の算出により、年代別の骨強度の加齢特性を構築中である。同時に、筋肉の影響を評価するために、前腕20%断面でのCT画像を用いて、筋肉断面積と皮質骨断面積を算出し、筋肉と皮質骨の面積比(BM比)を指標として加齢的な推移を調べている。その際、筋肉領域と脂肪の部分とは画像の閾値の差がわずかであるため、70歳以上の高齢者の場合、画像解析で両者が分離しにくい例が見られた。この原因を2030歳代のCT画像解析と比較検討した結果、筋分布状況の相違についての知見と筋肉断面積を求める画像解析上の基準・方法を固めることができた。2.簡易な測定器に用いるセンサについて:主にフィルム状のセンサを用いて生体を計測する場合について、力学的特性とエレクトロニクスの面から基本的な検討を行った。PVDF圧電フィルムの場合、曲げなどの力学的変形による電圧出力を取り出そうとすると、温度変化(皮膚の体温)による電圧出力に埋もれてしまい、センサとして利用するには両者を分離する必要がある。両者の時定数の差を利用したメカニカルな工夫と電気回路の工夫により分離できた。これにより、たわみ角と出力電圧が比例することを確認でき、測定に利用できる可能性を見出せた。ヒトの骨の質・強さを評価する指標の加齢特性と筋肉の影響を評価するための測定に関する研究実績は次のとおりである。