hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高周波スパッタ蒸着法による多結晶半導体およびダイヤモンド薄膜の低温成膜

3.昨年度および本年度の研究結果から、低基板温度における多結晶Si薄膜の成長過程において、水素ラジカルは、成長表面を適度に被覆することによるSi原子のマイグレーションの促進、結合および離脱の繰り返しによる構造緩和エネルギーの供給などの効果を持つことが明らかとなった。本研究は、簡便な成膜法として普及している反応性高周波スパッタ蒸着法においてプラズマ中の中性ラジカルを積極的に利用し、本来非晶質半導体薄膜しか成長しないような低温基板上に多結晶半導体薄膜を成長させようとするものである。中性ラジカルのエネルギーは、基板表面での薄膜材料原子のマイグレーションを促進、核形成、結晶成長に大きく寄与すると考えられる。しかし、プラズマ中のイオンが基板に入射すると、核形成や結晶成長等に悪影響を及ぼすため、基板に阻止電位を印加すること、および、プラズマが直接基板に接触しないようにア-ス電位の金属メッシュで基板をプラズマから隔離することによって、基板へのイオンの入射の抑止を試みてきた。本年度は昨年度に引き続き、Si薄膜を作製し、成長させた膜の断面を透過電子顕微鏡により観察するとともに、水素ラジカルが結晶粒の成長に及ぼす影響について検討した。また、赤外線吸収測定により、作製したSi薄膜中の水素量および水素の結合状態を評価した。その結果得られた研究実績の概要を以下に列挙する。1.得られた多結晶Si薄膜の結晶粒は、(110)面に配向して成長していることが分かった。この傾向は、成膜プラズマ中の水素量が多いほど顕著であった。2.成膜プラズマ中の水素量が多いほど、多結晶Si膜中の含有水素量は多くなるが、増加分は膜中のダングリングボンドを効率よく終端し、膜の電気特性が向上することが分かった。
土器残存脂質分析を用いた縄文－弥生移行期における土器利用と食性変化の追跡

国内での分析も開始し、試料も順調に集まっている。試料の分析のための人員を確保し、測定数を増やす計画である。本研究では、最先端の考古生化学的手法である土器残存脂質分析を用いて、弥生文化の広まった地域内(北部九州・中部高地)および地域外(北海道・南島)、さらには弥生農耕文化を生み出す母胎となった大陸(朝鮮半島・山東半島)における土器の用途(調理対象物・使い分け)を比較することで、弥生文化の出現・広がりと土器による調理対象物の傾向、ひいては食性そのものがどのように関連するのかを具体的に明らかにしようとする。初年度である当該期間においては、これまでの研究史をふまえたレビュー論文を国内誌『日本考古学』に出版するとともに、韓国での事例研究を国際誌Quaternary Science Reviews上で発表した。奈良文化財研究所内に土器残存脂質用の分析設備を整備するとともに、京都大学生態学研究センターの安定同位体分析装置の共同利用も開始した。また、中部高地の山梨県における縄文時代晩期から弥生時代前期の試料採取を行った。さらに、1月には新学術領域研究「総合稲作文明学」と共同で国際シンポジウム「アフロ・ユーラシアの考古植物学」を奈良文化財研究所にて開催し、世界各地で行われている最先端の考古植物学的研究について情報共有、討議を行った。さらに、考古学や文化財学の専門家を対象とする講演以外にも、生態学(京都大学生態学研究センターでのセミナー)や分析化学者(日本分析化学会ガスクロマトグラフィー研究懇談会)らを対象とする講演も積極的に行った。試料採取、共同研究先との連絡、実験設備の整備など、すべて順調に進んでいる。
バイオリアクターを中核とする化学発光FIA法による希釈全血成分の高感度分析

蚊が血を吸う程度の血液量でもって多項目の臨床化学分析が可能になるように、フォトカウンティング方式の発光検出器と固定化酵素カラムリアクターを装着したFIA(flow injection analysis)システムを用いて、希釈全血成分(グルコース、尿酸)の高感度分析を試みた。1.グルコース測定---固定化ピラノースオキシダーゼカラムリアクター(2x20mm)を用い、希釈試料(全血を予め生食と精製水で、あるいは血漿を予め精製水で五千倍四十万倍に希釈して作製)10μlをインジェクションしてグルコースの高感度分析を試みた。分注器(アキュドライブ)の採用、ガラス製容器での精製水の保存(プラスチック製の洗浄瓶で保存された水は最悪)により再現性が大幅に改善され、また血漿採取より先に全血を採取することにより理論的な全血濃度を得た。その結果、希釈倍数を十万倍に上げても再現性は良好であった。全血を分注器を用いて精製水や生食で十万倍希釈して本法で得られたグルコース値とGOD-過酸化水素電極法による測定値は、精製水の場合、相関係数r=0.986、回帰直線y=0.916x-4.05であり、生食の場合、r=0.988、y=0.910x-3.00であった。また、血漿を精製水で十万倍に分注器で希釈して得られた測定値との相関は、r=0.987、y=0.979x-3.1であった。0400mg/dlグルコース標準液を最高40万倍まで希釈しても検量線は直線を示した。五千倍希釈全血測定ではヘモグロビンの影響は認められなかった。2.尿酸測定---固定化ウリカーゼカラム(2x20mm)を用い、血清を精製水で五千倍希釈して本法により得られた尿酸値は日常検査法であるウリカーゼ-ペルオキシダーゼ方による結果とよく相関し、良好な結果を得た。平成10年度は、フォトカウンター方式の発光検出器を購入し、その発光検出器と固定化ピラノースオキシダーゼ(PnOD)カラムリアクターを装着したFIA(flow injection analysis)システムを用いて、希釈試料(全血あるいは血漿を予め生理食塩水あるいは蒸留水で1万倍に希釈して作製) 10μLをインジェクションし、グルコースの高感度分析法の開発を試みた。発光反応により得られる光量が多い状態では光電子増倍管の出力信号はアナログ量として観測され、従来はそれを測定していたが、極微弱光ではアナログ量としての観察が困難で、離散的パルスとなり、このパルスをフォトカウンター方式の発光検出器でカウントすることにより極微弱光の光量を高感度で、正確な測定が可能であるといわれている。血漿を蒸留水で1万倍希釈し、それを試料として本法とGOD・過酸化水素電極法との測定値には、相関係数r=0.988、回帰直線y=0.973x-3.78で、非常に良好な結果であった。全血を蒸留水で1万倍希釈し、両法による測定値には、相関係数r=0.988、回帰直線y=0.753x-14.84で、本法による結果はGOD・過酸化水素電極法による結果の約65%であった。

それは溶血によるヘモグロビンの発光反応への影響ではないかと考えられる。全血を生食で1万倍希釈し、両法による測定値の間には、相関係数r=0.990、回帰直線y=0.793x-9.32であって、本法は希釈全血を用いても良好な結果が得られ、全血での血糖の測定が可能であると判明した。それを遠心し血球除去後の結果と全血を生食で希釈して得られた結果とはよく一致し、血球を除去してもしなくてもほとんど同じ結果が得られた。その理由はインジェクションされた試料中の赤血球の一部は溶血するが大部分は素通りするためだと思われる。本法では100万倍希釈標準液系列でも直線性を示した。平成11年度は、フォトンカウンティング方式の発光検出器と固定化酵素カラムリアクターを装着したFIA(flow injection analysis)システムを用いて、希釈試料(全血あるいは血漿を予め生理食塩水あるいは蒸留水で希釈して作製)10μLをインジェクションし、グルコースと尿酸の高感度分析法の開発を試みた。昨年、全血を蒸留水や生食で一万倍に希釈して得られたグルコース値は日常検査法であるGOD-過酸化水素電極法による結果と比べると、理論的には約10%程度低値を示さなければならないのが、実際には2030%低値を示したので、その原因を調べてみた。サンプリングの際、試料(全血)量が少ないにもかかわらず、先に血漿を一定量採取後、残った血液を混合してから全血を一定量採取して、蒸留水や生食で希釈して測定した。その結果、血漿の量が少なくなったために全血のグルコース値が理論値よりかなり低値を示した。先に全血を採取し、蒸留水や生食で一万倍希釈して本法で得られたグルコース値とGOD-過酸化水素電極法による測定値には、蒸留水の場合、相関係数r=0.986、回帰直線y=0.913x-2.12であり、生食の場合、r=0.988、y=0.908x-1.98であった。また、生食一万倍希釈全血を遠心して血球除去後に得られたグルコース値は遠心前の血球浮遊試料で得られた値とよく一致した。これらの結果から、全血一万倍希釈ではヘモグロビンは本法に影響を与えなかった。血清を蒸留水で予め千倍五千倍希釈して固定化ウリカーゼカラムを使用する本法により得られた尿酸値は日常検査法であるウリカーゼーペルオキシダーゼ法による結果とよく相関し、良好な結果を得た。平成12年度は、フォトンカウンティング方式の発光検出器と固定化酵素カラムリアクターを装着したFIA(flow injection analysis)システムを用いて、希釈試料(全血或いは血漿を予め生理食塩水あるいは精製水で1万倍50万倍希釈して作製)10μLをインジェクションし、グルコースと尿酸の高感度分析法の開発を試みた。昨年、全血を精製水や生食で1万倍に希釈して得られたグルコース値は日常検査法であるGOD-過酸化水素電極法による結果と比べると、約10%程度低値を示し、理論値とよく一致したが、希釈倍数を上げるに従って再現性が悪くなった。その原因として、(1)用手法によるピペットでの希釈による誤差(2)いくら純度が高い水を作製しても保存の仕方により水自身による発光が生じるという問題が考えられた。これらの問題を解決するために、今年は分注器(アキュドライブ)を購入し、精製された水の保存はガラス製の容器に保存し、プラスチック製の洗浄瓶での保存は最悪であった。その結果、希釈倍数を10万倍に上げても再現性は大幅に改善された。全血を分注器を用いて精製水や生食で十万倍希釈して本法で得られたグルコース値とGOD-過酸化水素電極法による測定値は、精製水の場合、相関係数r=0.986、回帰直線y=0.916x-4.05であり、生食の場合、r=0.988、y=0.910x-3.00であった。また、血漿を精製水で十万倍に分注器で希釈して得られた測定値との相関は、r=0.987、y=0.979x-3.1であった。0400mg/dl
モモ果肉褐変の多様性：品種間差とその遺伝的背景

モモの果実をカットすると、果肉表面が短時間で褐色を呈する。この現象は、見栄えを悪くし、モモの加工利用を制限する要因にもなっている。しかし、日本で栽培されているモモの褐変し易さの品種間差や、品種間差の原因についてはほとんど知られていない。本研究では、果肉おろし液の変色度を指標に、日本の栽培品種を中心とする多様な品種の果肉褐変度の品種間差を調査した。その結果、褐変しやすい品種が多いものの、褐変度には品種間差があり、少ないながらも褐変度の低い品種も存在した。褐変はポリフェノールの酵素的酸化によることから、果肉のポリフェノール含量やポリフェノール酸化酵素活性を調べたところ、酵素活性と褐変度の間に相関は認められず、ポリフェノール量と褐変度に相関が検出された。このことから、モモの果肉褐変度は主にポリフェノールの含有量により規定されると推定された。さらに、果実成熟に伴うポリフェノール含量の変化を調査したところ、よく褐変する清水白桃の場合、S2期からS3期前半にかけて蓄積量が増加し、その後収穫期に向けて減少した。一方、褐変しにくい西尾白桃はS3期前半の蓄積ピークが低く、ポリフェノールの合成抑制が低褐変の原因と推定された。また、特によく褐変する岡山PEH8号の場合、フラボノイド類の蓄積は清水白桃と似た挙動を示すのに対し、クロロゲン酸類はS2期開始時点ですでに高蓄積しており、フラボノイド合成期前におけるクロロゲン酸合成の活性化が強い褐変化に関係していると考えられた。これらのことから、果肉褐変度は複数の原因により規定されると考えられた。西尾白桃における合成抑制の原因を調べるために、合成酵素遺伝子の配列を調べたが、活性を抑制すると推定される変異を見出せなかった。一方、発現量を調べたところ、ほとんどの合成酵素遺伝子の発現量が低下しており、発現誘導に関わる遺伝子の変異が合成抑制の原因と推察された。モモの果実を剥いたりカットしたりした際に観察される果肉の褐変現象は、見栄えが悪く、モモの加工利用を制限する要因でもある。岡山PEH7号は栽培品種の中で比較的果肉褐変を起こしにくい品種であるが、褐変しやすい岡山PEH8号と比較することで、クロロゲン酸類の蓄積抑制により褐変時に赤色化が起こりにくいことを明らかにした。次に、このような褐変しにくい品種がどの程度存在するかを明らかにするため、日本の栽培品種や岡山PEH7号の親品種、海外品種など、多様な品種について、成熟果実の果肉を破砕し、色の経時変化を観察した。その結果、岡山PEH7号と同程度に褐変しにくい品種だけでなく、岡山PEH7号よりもさらに褐変しにくい品種を複数見出した。次にこれらの品種について、ポリフェノール酸化酵素(PPO)の活性や内生ポリフェノール量を解析した。PPO活性の最も低い品種でも褐変化を引き起こす十分な活性が検出され、調べた品種の中にPPO活性が低いために褐変化しにくい品種は存在しないと考えられた。一方、褐変しにくい品種はいずれもポリフェノール量が少なく、岡山PEH7号よりもさらに褐変しにくい品種は特に少なかった。これらのことから、基質の低下が褐変抑制の原因と推察された。また、褐変しにくい岡山PEH7号と褐変しやすい清水白桃の果実内クロロゲン酸量をさまざまな成長段階で経時的に調べたところ、いずれの品種もS3期前半あたりには蓄積量が多く、その後収穫期に向けて減少傾向を示した。ピーク時の蓄積量はおよそ同程度であったことから、岡山PEH7号の収穫時におけるクロロゲン酸量の抑制には分解過程が重要であると推察された。平成28年度は、大きな研究阻害要因もなく、当初の計画通り実験を遂行できた。特に、研究計画立案時に、褐変しにくい品種である岡山PEH7号を研究対象として考えたが、平成28年度の研究で岡山PEH7号よりもさらに褐変しにくい形質を示す品種を複数見出すことができた。これらは果肉褐変の多様性を解析する上で大変よい研究材料になると期待している。しかし、平成28年度に調査した品種の中には、天候不順のためか、前年度の予備試験に比べて褐変しやすく、渋みが強くなったと評価された品種がある。褐変形質は栽培環境の影響を受けやすい形質である。平成29年度もこれらの品種の褐変形質をチェックし、安定的に褐変しにくい形質を示すことを確認する必要があると考えている。モモの果実を剥いたりカットしたりした際に観察される果肉の褐変現象は、見栄えが悪いだけでなく、モモの加工利用を制限する要因でもある。日本の栽培品種や海外品種など多様な品種の中からすりおろした成熟果肉の色の変化を指標に昨年度見出した褐変しにくい品種について、褐変程度を再度調査した。その結果、今年度は褐変度がやや高くなった品種があり、果肉の褐変は環境の影響を比較的受けやすい形質であると考えられた。昨年度褐変しにくいと評価され、今年度も褐変しにくいと評価された品種もあり、この品種を中心に以降の解析を進めることとした。昨年度、褐変のしにくさはポリフェノール含量が少ないことに起因すると考えられたことから、ポリフェノール含量が果実の成熟過程に従ってどのように変化するかを調査した。

その結果、比較的褐変しやすい品種のポリフェノール含量がS3期前半あたりに向けて増加し、その後、収穫期に向けて漸減していくのに対し、褐変しにくい品種のポリフェノール含量はやはりS3期前半あたりにピークが認められるものの、その高さが極めて低く、ポリフェノール合成の少なさが褐変抑制の主要因であろうと推察された。これは、昨年度、比較的褐変しにくい岡山PEH7号の褐変抑制にはクロロゲン酸の分解が重要と推察されたことと異なっている。ポリフェノール含量が上昇する時期に果肉で発現する遺伝子のプロファイルを、比較的褐変しやすい品種と褐変しにくい品種の間で、RNAseq法により比較した。詳細な解析は今後必要であるが、褐変しにくい品種ではポリフェノール合成酵素遺伝子の発現低下が認められた。平成29年度は、おおむね当初の計画通り実験を遂行できた。昨年度、当初研究対象として考えた岡山PEH7号よりもさらに褐変しにくい形質を示す品種を複数見出した。このうちの少なくとも2品種は、今年度も褐変しにくい形質を示し、このうちの一つを中心に解析を進めた。ポリフェノール含量の経時変化を調べたところ、昨年度調べた岡山PEH7号はポリフェノールの合成は正常で分解が重要と考えられたこととは異なり、ポリフェノールの生合成が抑制されていることを示す結果を得た。RNAseqによる解析の結果から見ると、ポリフェノール合成酵素遺伝子の発現が抑制されている可能性があり、これはポリフェノール含量の経時変化の観察結果とよく一致している。今後はポリフェノール合成酵素遺伝子の発現抑制に関わる遺伝変異の探索を行う予定である。モモの果実をカットすると、果肉表面が短時間で褐色を呈する。この現象は、見栄えを悪くし、モモの加工利用を制限する要因にもなっている。しかし、日本で栽培されているモモの褐変し易さの品種間差や、品種間差の原因についてはほとんど知られていない。本研究では、果肉おろし液の変色度を指標に、日本の栽培品種を中心とする多様な品種の果肉褐変度の品種間差を調査した。その結果、褐変しやすい品種が多いものの、褐変度には品種間差があり、少ないながらも褐変度の低い品種も存在した。褐変はポリフェノールの酵素的酸化によることから、果肉のポリフェノール含量やポリフェノール酸化酵素活性を調べたところ、酵素活性と褐変度の間に相関は認められず、ポリフェノール量と褐変度に相関が検出された。このことから、モモの果肉褐変度は主にポリフェノールの含有量により規定されると推定された。さらに、果実成熟に伴うポリフェノール含量の変化を調査したところ、よく褐変する清水白桃の場合、S2期からS3期前半にかけて蓄積量が増加し、その後収穫期に向けて減少した。一方、褐変しにくい西尾白桃はS3期前半の蓄積ピークが低く、ポリフェノールの合成抑制が低褐変の原因と推定された。また、特によく褐変する岡山PEH8号の場合、フラボノイド類の蓄積は清水白桃と似た挙動を示すのに対し、クロロゲン酸類はS2期開始時点ですでに高蓄積しており、フラボノイド合成期前におけるクロロゲン酸合成の活性化が強い褐変化に関係していると考えられた。これらのことから、果肉褐変度は複数の原因により規定されると考えられた。西尾白桃における合成抑制の原因を調べるために、合成酵素遺伝子の配列を調べたが、活性を抑制すると推定される変異を見出せなかった。一方、発現量を調べたところ、ほとんどの合成酵素遺伝子の発現量が低下しており、発現誘導に関わる遺伝子の変異が合成抑制の原因と推察された。
低酸素性肺血管収縮反応に対する内因性一酸化窒素の役割

低酸素性肺血管収縮反応発生機序の1つの要因としては低酸素による内皮由来性血管弛緩因子(主に一酸化窒素、以下NO)の抑制が考えられているが、最近これに否定的な報告もあり、本研究ではラット摘出肺動脈標本を用いて以下の様に解析した。1.内皮由来性NOが低酸素性収縮に及ぼす影響:内皮正常肺動脈標本では低酸素により大きな収縮を生じるが、内皮除去標本では生じない。内皮正常標本における低酸素性収縮はフェニレフリン等による前収縮を要するが、その前収縮張力には依存しない。この低酸素性収縮はNO合成を特異的に阻害するナイトローL-アルギニンやグアニレートサイクレースを抑制するメチレンブルーで阻害されるので、低酸素が内皮由来性NOを抑制して生じていると考えられる。2.平滑筋由来性NOが低酸素性収縮に及ぼす影響:内皮除去肺動脈標本にインターロイキン-1betaを加えてインキュベートした標本(IL-1beta群)とその溶媒を加えてインキュベートした標本(コントロール群)について検討した。正常酸素下でIL-1beta群では、フェニレフリン等の収縮がコントロール群に比し有意に小さく、またL-アルギニンにより著明な拡張が見られ、これはナイトローL-アルギニンにより抑制されること等により、IL-1beta群でNOが遊離されていることが示唆された。低酸素によりIL-1beta群の標本では著明な持続する大きな収縮を生じるが、コントロール群では生じない。IL-1beta群の低酸素性収縮もフェニレフリン等による前収縮を要するが、その前収縮張力には依存しない。この低酸素性収縮はナイトローL-アルギニンやメチレンブルーで阻害されるので、低酸素が平滑筋由来性NOを抑制して生じると考えられる。3.まとめ:内皮存在下、非存在下でもNOが遊離されている際には低酸素性肺血管収縮が見られ、これは低酸素がNO合成/遊離を抑制することにより生じると考えられる。
微細軸の瞬時自己形成現象に関する動的観察と電極加熱方式の研究

数十μmの微細軸形成現象に関して、形成過程の動的観察を行い、その形成メカニズムを推定した。その結果から、微細軸の形成精度の向上を目指して、軸形成における電極加熱方式について研究した。加熱方式として、(1)放電電流の時間的制御、(2)レーザーあるいは高周波による加熱、(3)放電とレーザーの加熱方式の複合化の、3つについて検討した結果、放電電流を時間的にステップ状に制御することで、軸径が15μmで、その標準偏差が10%未満となる単発放電条件を見出した。直径0.1mm程度の電極を大電流で1パルスだけ放電を行うと、電極の先端に直径約20μm、長さ約200μmの微細な針状の軸が数百μsで形成される。一般的な微細軸の作製方法では数十分の時間を要するため、瞬時形成できるこの方法において、安定した大きさの微細軸が得られるようになれば、形成された微細軸とその作製方法とが実用的になると考えている。申請者は、微細軸形成メカニズムを追究し、電極周囲から電極軸中心方向への伝熱による溶融の進展速度を制御することが、軸径の精度向上に重要であることを明らかにした。電極側面への熱供給はレーザーを用いても可能である。本研究は、従来の放電による電極加熱方式とレーザーによる電極加熱方式を比較検討し、直径が数十μm以下、長さ100μm以上の金属微細軸を、再現性良く作製するための電極加熱条件を探索することを目的としている。本年度は、微細軸の形成条件を確立しているタングステン電極を用いて、放電による加熱に重点を置いて実験を行った。放電による電極加熱では、放電発生点は毎回異なり制御できないため放電ごとの揺らぎがある。この理由は、放電開始直後から高電流をかけているため電極周囲に高圧力が発生しているためではないかと考えた。そこで、放電初期に発生する衝撃が低くなるように、放電電流波形を工夫した。通常は、高電流の矩形波であるが、本研究では低電流から高電流に切り替わる2段の段付の矩形波とした。本年度において試した実験条件では、電流波形を段付にしたことで微細軸の平均軸径およびその標準偏差はわずかに減少したが顕著な効果は見られなかった。半導体レーザーを購入し、電極先端に照射して電極の溶融を大気中で試みた。まずは、1方向からの溶融を試みたが、電極の溶融凝固部は酸化しもろい繊維状のものが付着した。不活性ガス中での電極溶融のための条件を探索中である。直径0.1mm程度の電極を大電流で1パルスだけ放電(以後、単発放電と記す)を行うと、電極の先端に直径約20μm、長さ約200μmの微細な針状の軸が数百マイクロ秒で形成される。一般的には、WEDGと呼ばれるワイヤ放電研削法などで、把持しやすい電極のその先端を、希望とする直径まで削りだすことで、微細工具が作製されているため時間と労力がかかる。瞬時形成法において、安定した大きさの微細軸が得られるようになれば、微細軸とその作製方法とが有益になる。研究前の単発放電による微細軸形成精度は、平均軸径が1525μmに対して、軸径のばらつきの度合いを示す標準偏差は±25μmであった。加熱方式として、(1)放電電流の時間的制御、(2)レーザーあるいは高周波による加熱、(3)放電とレーザーの加熱方式の複合化の、3つについて検討した。その結果、本研究において、放電電流を時間的にステップ状に制御することで、軸径が15μmで、その標準偏差が10%未満となる単発放電条件を見出した。
表面励起状態のトンネル物性

当研究所課題では、光照射下における励起キャリアのトンネル過程を調べることを目的としている。前年度までの研究で、光変調STM装置の開発を終えたので、本年度はこの手法を有機分子吸着系に適用し、吸着分子の分子軌道と励起キャリアの関係を中心に研究した。有機分子として、分子の形とHOMO-LUMOギャップが大きく異なる亜鉛フタロシアニンとコロネンを選び、基板としてシリコン単結晶(100)面の2×1再構成表面を用いた。コロネン分子と亜鉛フタロシアニン分子は、普通のSTM像では共に明るい像として観察される。ところが、レーザー光照射下におけるトンネル電流を検知することで、分子吸着状態における表面準位をより顕著に反映したSTM像が得られることが判った。STM測定における光照射の効果は表面光起電力と励起電子トンネルの2つが考えられる。表面光起電力はバイアス電圧と同じ効果を及ぼし、局所状態密度を反映した画像を与える。バイアス変調STM像と光変調STM像との比較から、励起電子トンネル電流が観測可能であることを明かにした。さらに異種分子について比較検討を行い、コロネン分子はHOMO-LUMO間の準位の開きが大きく、基板であるシリコン単結晶のバンドギャップより大きなギャップをもつ吸着電子状態を形成する。この場合、レーザー光により励起されたキャリアは分子軌道の影響を受けない。これに対して、亜鉛フタロシアニン分子は、HOMO-LUMO間のギャップが小さく、常に励起キャリアの再結合サイトとして働くことが判った。この結果は、励起キャリアのトンネル過程を通して、表面準位の微妙な差異を画像課できることを示している。
蛋白質プライミングDNAポリメラ-ゼの機能ドメイン

欠失突然変異導入による機能ドメイン解析:M2DNAをBal31で部分消化して得たDNA断片をtacプロモ-タ下流に挿入した組換えDNAクロ-ンを作成。これらのクロ-ンはIPTG誘導によりC末端に欠失をもつDNAポリメラ-ゼ(Pol)とプライマ-蛋白質(PP)を生産する。PPとPolは複合体を形成し、ホスホセルロ-スクロマトでcopurifyされるが、C末端を欠失するPolは、Pol単独と同様に溶出され、copurifyされない。これによりPolのC末端側(20100アミノ酸)にPPを結合する領域が存在することが示唆された。C末端側80アミノ酸程度の欠失ではPol活性を少々残こすものもあるが、蛋白質プライミング活性は全く失なわれており、蛋白質プライミング機能には、C末端側にあるPP結合領域が必須であることが判明した。Pol中央部については制限酵素切断部位を利用して付加・欠失突然変異Polを作成、PP結合能について現在検討中である。DNAポリメラ-ゼ高生産クロ-ンの作出:Pol遺伝子はtacプロモ-タ-等の高発現プロモ-タ-の下流に挿入する際はPP遺伝子とともにクロ-ニングすれば高発現を維持できる。これはPPがPolと複合体を形成し、Pol活性を不活性化することでクロ-ンを安定化しているためで、C末端を欠失するPolは複合体を形成できず、クロ-ンは不安定となりPolの生産量は減少した。より安定な高発現を得るため、非誘導時のリ-ク発現が最も少ないTタプロモ-タ-系を採用、安定なクロ-ンを確立した。又、不必要なDNA部分を削除することにより著しい発現量の改善を得られることを見出した。これにより、変異導入により改変・作出されたPolの精製を容易とし、Pol内にあるPol活性、蛋白質プライミング活性、複合体形成能等を定量的に評価するための有効な道を拓いた。
リビングヘリテージとその活用の多様性に関する比較研究

過去遺産概念の再検討の中で、リビングヘリテージの多様性を明確にすること、それゆえに一般化された遺産の概念モデルでは、遺産は捉えられないこと、そしてそのため住民の生活に根差す遺産保護の重要性を明らかにしてきた。その上で、本研究は次の段階として、次の目的を明らかにすることを目指す:1リビングヘリテージがそれを担う人々の間で、過去生活の中でどのように変遷されてきたのかを明らかにする;2その上で、そのように変遷させる応用力が、今現在急速に変化する社会ー経済の中で、どのように活用されようとして、どのように新しいものを生み出そうとしているのかを明らかにすることを目指している。
フラックス法による新規金属亜酸化物・亜窒化物の探索

本研究では従来の侵入型亜酸化物・亜窒化物とは異なり、酸素や窒素含有量が比較的多い新たな亜酸化物や亜窒化物をフラックス法により合成し、それらの結晶構造や固体化学的特徴および物質固有の性質を明らかにして、新たな物質領域を開拓することを目的とする。合成される亜酸化物・亜窒化物や、研究の過程で合成される関連の新規物質に関し、新素材・新材料としての可能性を探り、固体化学や物質・材料科学の学術的進展に貢献する。
パルスパワーによる廃コンクリートリサイクル技術開発

廃コンクリート塊の総量は約4000万トンであり、その内リサイクルされているのは約65%である。しかもリサイクル用途は路盤材に限られている。廃コンクリート塊を機械的に破砕しているため、コンクリート内の骨材(砂利や小石)も破砕され、さらに骨材にセメントが付着した状態となるため、骨材の質が低下し、建築物への再利用は難しく、路盤材としてのみ再利用されているのが実状である。本研究目的は、高電圧のパルスパワーを廃コンクリート塊に印加することにより、従来の機械的破砕方法では不可能であった高品質の骨材を分離回収する技術を開発することである。具体的には、パルスパワーによるコンクリート破砕分離機構の解明、さらに得られた骨材の品質、リサイクルのエネルギー効率を明らかにする。今年度の研究実績は下記のようである。@あらかじめ骨材の大きさや含水率を測定した後コンクリートを作成して実験に用いた。@パルスパワーによって破砕されたコンクリートから取り出された骨材の大きさと含水率を測定し、パルスパワーの印加回数との関係を明らかにした。@破砕後の骨材でコンクリートを作り、強度を測定した。@本方式を用いた廃コンクリートリサイクルのための費用算出を行った。平成14年度は、高電圧パルスパワーを印加して、廃コンクリート塊を破砕分離する機構の解明を行った。破砕分離機構解明の方法は下記のように行った。1.水中破砕分離観測反応容器内に廃コンクリート塊を入れ、パルスパワーを印加した。2.パルスパワーを一回印加後、岩石用CTスキャナーでコンクリート内放電路を調べた結果、電極間隔とほぼ同じ深さのところで岩石内放電路が確認された。3.同コンクリートにさらにパルスパワーを印加すると、コンクリート内放電路の箇所で破砕が起こった。上記実験中、静止カメラで岩石外の放電路を観測したが、電極間を短絡するような放電光はなく、放電は岩石内部に進展していることを示唆した。ゲートトリガー機能を持った高速度カメラで外部から沿面放電や水中放電の様子を観測する予定であったが、放電路が岩石内部を走っていることが分かったので中止した。コンクリート内部での放電が破砕分離の主原因であることを見いだした。平成15年度の研究実施計画に基づき、下記の成果を得た。@コンクリートへの印加電圧により、放電がコンクリート表面を走る場合と内部で放電する場合に区別できた。さらに、コンクリート内気泡の量が多いほど内部放電が起こりやすいことがわかった。これらは、絶縁破壊電圧と電圧印加後絶縁破壊が起こるまでの時間の関係から説明された。@分離された骨材の含水率は、コンクリートにする前の骨材と大きい差はなかった。この成果は、再利用の実用化の見地から重要である。
超高速繰り返し押し付け試験法の開発とそれによるDLC膜破壊メカニズムの解明

ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜のような硬質皮膜の新たな強度評価法として,球圧子を繰り返し押し付ける強度試験法を考案し装置を製作した.試験法の妥当性確認のため,熱処理,ラッピングを施した鉄鋼基板上にUBMスパッタ法を用いて形成したDLC膜を実験に供した.面圧約2.6GPa,毎分120回で10000回以上の繰り返し押し付けにより,DLC膜がはく離し基板が露出した.生じたDLC膜の圧痕に対するラマン分光分析により,膜の変質を確認した.また,短時間で10の7乗回もの押し付けが可能な超高速試験法を考案するとともに装置を製作した.この試験法によっても,DLC膜のはく離を確認した.昨年度実績は,試作した繰り返し押し付け試験機の不具合の対処と,硬さの異なるDLC膜に対して繰り返し押し付け試験を行い,硬さが及ぼす損傷形態への影響を調査したことである.昨年度,繰り返し押し付け試験法を実現するための試験機を設計,組み立てた後,繰り返し押し付け試験機を試運転した.しかしながら,プーリをつなぐロッドが運転中に軸方向へ移動すること,円筒型ジグを上下繰り返し運動部分に取り付けるためのネジが運転中に緩むこと,上下繰り返し運動部分が折損するといった,種々の不具合が発生した.そのため,これらを一つずつ改善した.その結果,想定していたよりも低速ではあるが,DLC膜を被覆したSCM420(焼入れ,ラッピング)試験片に直径10mmのSUJ2球を繰り返し押付ける試験が行えるようにできた.そして,当初想定していたように,DLC膜のはく離,及び損傷を確認した.そこで,DLC膜の損傷形態を確認するため,UBMスパッタ法を用いて,DLC膜の硬さを大きく変化(ナノインデンテーション硬さ約1028 GPa)させるために選択した3水準(0,ー50,ー100V)の基板バイアス電圧でDLC膜を被覆した,焼入れ,ラッピングSCM420基板に,押し付け面圧約120MPaを120Hzで繰り返し発生させて試験を行った.その結果,基板バイアス電圧の大きさに関わらず,DLC膜は押し付け球の接触部よりも広い箇所で損傷しており,座屈損傷(Buckling pattern)に似た形態と考えられた.損傷部位周辺はわずかに盛り上がっていた.観察の結果,この盛り上がりの高さは硬さが高いDLC膜ほど低いことがわかった.当初予定では,より高速の繰り返し押し付け試験を行えるはずであったが,実績の概要欄で述べたように,種々の不具合が発生してしまい,その対処に時間を取られてしまった.そのため,進捗に遅れが生じた.これは,試験機設計時に,試験機構成部品の必要強度を低く見積もっていたことが原因である.今後,より高速で運転することを想定しているので,さらなる高剛性化が必要と考えているので,まずこれを進捗させたいと考えている.研究実績は,繰り返し押し付け試験機の不具合を解消したこと,このことによって,繰り返し精度,再現性ともに良好な試験が行えるようになったこと,さらに,繰り返し押し付け試験によってDLC膜に生じる損傷モードを明らかにしつつあること,この結果,国際会議発表を2件行えたことである.昨年度設計,製作した,繰り返し押し付け試験機に発生したプーリと押し付け圧子の接続ロッドが試験中に軸方向に動くこと,円筒型ジグの締結ナットが試験中に緩むこと,押し付け試験圧子と上下運動部分を留めた部品が試験中に折損するといった種々の不具合に対処してきたが,折損,破断はしないものの,試験中に同様の不具合が発生し,対策が全く十分でないことがわかった.そこで,これら不具合に対する対処を改めて検討した.試験中に発生するロッドの運動については,セットカラーを取り付け可能な構造に変えることで解消できた.ナットの緩みについては,押し付け圧子の交換時やメンテナンス時に若干の作業不便性を感じるものの,ロックナットを採用することで,解消することができた.押し付け試験圧子と上下運動部分を留めた部品の折損については,部品の形状,寸法を見直し,折損部位の厚さをこれまでの5mmから8mmにすること,コーナ部にできるだけ大きなRを付けた形状にして,当該部品の強度を向上させることで対策した.これら対処の結果,いくつもの繰り返し押し付け試験を行ったが,不具合は全く生じていない.不具合に対する対処が完了したので,繰り返し押し付けによって発生するDLC膜の損傷モードについて検討した.その結果,繰り返し押し付けた圧子の痕が数μm程度と比較的深いほど,圧痕内部にDLC膜のはく離や割れといったDLC膜のはく離に繋がる致命的損傷が発生していた.一方,圧痕が数百nmと浅いとDLC膜の損傷は圧痕の外周部分に発生する傾向があることがわかった.当初予定では,一昨年度に設計,製作した試験機に発生した不具合の全てに対処を行い,これが完了し,本試験を行える予定であったが,対処に対する検討が不足しており,再び不具合が発生してしまった.そのため,この対処に時間を要し,本来,上期で着手することを予定していたDLC膜の損傷モードの調査が下期になってしまった.さらに,下期に行う予定であった,もう一つのテーマである,より高速で繰り返し押し付け試験が可能な,超音波振動を用いた試験法についての本格的な検討が新年度にずれ込んでしまった.しかしながら,予定からの遅れといった問題だけではなく,成果も挙げており,不具合を解消した結果,DLC膜の損傷モードについて検討を進めることができ,この結果で2件の研究発表(どちらも国際会議)を行うことができた.またもう一つのテーマの超音波振動を用いた試験法についての本格的な検討を既に進めており,超音波振動を用いた全く新たな試験装置の構想,構造を概ね纏めた.以上のことから,上記のような自己評価とした.

ダイヤモンドライクカーボン(DLC膜)をはじめとするドライコーティング膜の新たな強度評価法として,球圧子を被覆基板表面にある一定の速度で繰返し押付ける,繰返し押付け試験法を考案した.インバータモータを駆動源として,この試験法を実現する繰返し押付け試験機を開発,製作した.試験法の妥当性を確認するため,DLC膜を実験に供した.DLC膜の生成にはUBMスパッタ法を用いて,基板バイアス電圧を0から-300Vまで変えて形成したDLC膜を実験に供した.基板は浸炭焼入れ・焼戻し処理を施しラッピングしたSCM415である.球圧子材料は窒化ケイ素である.ヘルツ面圧約2.6GPa,毎分120回の繰返し押付けにより,10000回の押付け回数以上でDLC膜ははく離し,基板の露出を確認した.繰返し押付けて生じた圧痕内部に対してラマン分光分析を行い,生じたDLC膜の変質について調査した.ラマン分光分析で得たスペクトルをDバンド,Gバンドに分解し,それぞれの強度比のID/IGを用いてDLC膜の変質について検討した.その結果,圧痕中心付近から離れるに従いID/IGが小さくなる傾向が認められた.このことから,DLC膜は球圧子の押付けにより,圧痕内側ではDLC膜のsp2結合領域が増大しており,このはく離への影響を示唆する結果を得た.一方,現状では未だDLC膜の密着性が不十分なため必要ないが,10の7乗回もの押付け回数を超えても損傷しないようなDLC膜が開発された場合に,インバータモータを駆動源とした試験機では試験完了までに時間を要することになる.このことから,ランジュバン型超音波振動子を用いたさらに高速で球の繰返し押付けが可能な試験機を考案し,設計,製作,試運転を行い,種々のトラブルに対する対処を行った.この試験によって,DLC膜がインバータモータを用いた試験と同様にはく離することを確認した.ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜のような硬質皮膜の新たな強度評価法として,球圧子を繰り返し押し付ける強度試験法を考案し装置を製作した.試験法の妥当性確認のため,熱処理,ラッピングを施した鉄鋼基板上にUBMスパッタ法を用いて形成したDLC膜を実験に供した.面圧約2.6GPa,毎分120回で10000回以上の繰り返し押し付けにより,DLC膜がはく離し基板が露出した.生じたDLC膜の圧痕に対するラマン分光分析により,膜の変質を確認した.また,短時間で10の7乗回もの押し付けが可能な超高速試験法を考案するとともに装置を製作した.この試験法によっても,DLC膜のはく離を確認した.今年度は,昨年度生じた繰り返し押し付け試験機の不具合に対する更なる対処(高剛性化)と,より高速運転,高速試験を実現するための,超音波加振装置組みつけのための検討を行う.高剛性化は,昨年度生じた繰り返し押し付け試験部品の不具合から検討する必要が生じたものである.さらに,当初予定どおり,より一層の高速運転,高速試験(超高速化)を行うための超音波加振を押し付け球と試験片接触部分に付与するためにも必要である.
日本の伝統的文化の教材開発に関する実践的研究

本研究は、日本の伝統的文化の価値を生かした教育実践を目指して、学校現場で実践可能な日本の伝統的文化、特に、日本の代表的な伝統的身体文化の一つである日本舞踊を対象とした教材開発を行い、実証的検討を試みるものである。本研究は、3年間の研究計画で実施した。具体的には、第1年次では、「日本の伝統的文化」や「身体技法」とそれらの教育に関する文献・資料の検討を実施した。さらに、芸道の求道者を対象とした、その実践に関するインタビューと参与観察を実施し、そこで得られた実践的資料を含めて、検討を行った。また、第2年次では、「日本の伝統的文化」の「身体技法」の検討、具体的には、「日本の伝統的文化」に共通する「身体技法」として、「足の運び」を、日本舞踊の動作から取り上げ、動作分析を行った。その結果、他の身体部位はほとんど動かさずに、膝の屈曲という「腰を入れる」動作により、重心を低く保って、歩行している様子が明らかになった。第3年次では、最終年度として、前年度までに得られた日本の伝統的文化やその教育に関する文献や資料、さらにその身体技法のメカニズム等の研究結果に基づいて、日本舞踊の伝統的文化としての意義や身体技法を中心とした教材開発を行い、試案を作成した。そして、その教育プログラム試案について、実際の教育現場(高等学校や大学の授業)において実践を試み、学習の成果を検討した。その際、日本の伝統的文化の求道者としての体験的な省察を交えながら、総合的に試みた。以上のような研究内容の詳細については、報告書として作成した別冊子に示した通りである。本研究の目的は、「日本人としてのアイデンティティ」と「国際性」の視点から、日本の伝統的文化の価値を生かした教育改革を目指して、学校現場で実践可能な日本の伝統的文化に関する教材を開発し、実証的検討を試みることである。具体的には、保健体育科・総合的学習の時間において、日本の伝統的文化の身体技法を中心とした教材開発を試みるものである。本年度の目的は、まず初年度として、日本の伝統的文化に共通する「身体技法」の動作や所作等に関する文献資料の検討を行うことであった。また、本研究課題を遂行する上で、日本の伝統的文化としての芸道に関する資料収集は不可欠であった。したがって、文献的検討に加え、芸道の求道者を対象とし、その実践に関するインタビューと参与観察を実施し、そこで得られた実践的資料の検討を試みた。その主な結果をまとめると、次のようであった。日本の伝統的文化に関する文献資料を検討した結果、日本の伝統的身体技法として、「腰を入れる構え」が重要であることなどが明らかになった。また、体育科教育の観点から、近年「体ほぐしの運動」で注目されている「野口体操」の実践指導者へインタビューを実施し、その資料を検討した。その結果、日本の伝統的身体技法である「腰を入れる構え」に通じる、内に秘められた身体の「重さ」の感覚や、身体感覚としての「ほぐし」が重要であることなどが明らかになった。さらに、芸道の視点からは、能楽人間国宝へのインタビューと本研究者の参与観察によって検討した。その結果、身体技法としての「腰を入れる構え」が重要であり、伝統的芸道においては、「稽古」での非言語的模倣中心の教授・学習方法の存在が確認された。本研究は、日本の伝統的文化(和文化)の価値を生かした教育改革を目指して、学校現場で実践可能な日本の伝統的文化に関する教材を開発し、実証的検討を試みるものである。特に、日本の代表的な伝統的身体文化の一つである日本舞踊の身体技法を視点として、検討を試みるものである。具体的には、昨年度の文献的検討を踏まえ、本年度は、その日本の伝統的文化の身体技法である身体的プロダクトとしての動作に関して、測定し・分析することにより動作学的に検討を行った。

具体的な身体文化として、和文化に共通する「足の運び」、特に日本舞踊で顕著な「摺り足による歩き」の動作等を「身体技法」として取り上げた。「動作解析三次元用バージョンアップシステム一式」を用いて、それらの動作について、家元高弟の熟練者を対象として、動作情報収集を行い分析した。具体的な動作情報の収集と分析の方法は、次の通りである。動作映像記録等:日本舞踊の「(男)歩き」動作のフォーム観察のため、被験者の計測部位にマークをつけ、デジタルビデオカメラで、被験者の背面と側面より撮影・録画し、ビデオシンクロナイザーによりビデオ画像のフレーム毎の動作をスーパーインポーズして記録した。さらに、「動作解析三次元用システム」を活用して、そのプログラムにより、計測部位などによるスティックピクチャーをはじめとして、重心位置、関節角度や速度などの動作分析を行い、動作学的に明らかにした。その結果、特に、関節角度に特徴的な傾向が認められた。具体的には、膝関節の角度、スティックピクチャーにより、他の身体部位はほとんど動かさずに、膝の屈曲という「腰を入れる」動作により、すり足動作を行い、重心を低く保って、歩行している様子が明らかになった。このことは、和文化の求道者(日本舞踊名取)である本研究者の体験的な省察を交えても、特徴的な「足の運び」と考察された。本研究の目的は,「日本人としてのアイデンティティ」と「国際性」の視点から、日本の伝統的文化の価値を生かした教育改革を目指して、学校現場で実践可能な日本の伝統的文化に関する教材を開発し、実証的検討を試みることである。具体的には、日本の伝統的文化として日本舞踊を中心とした教材開発を試みるものである。<平成19年度:「日本の伝統的文化」のプログラムによる実践と検証>本年度の目的は、最終年度として、前年度までに得られた日本の伝統的文化やその教育に関する文献や資料、さらにその身体技法のメカニズム等の研究結果に基づいて、本研究者による芸道の求道者としてのコンセプトを総括して、教材開発を行い、それを実践して検証することであった。具体的には、「日本の伝統的文化」として代表的な日本舞踊を中心にして、日本の伝統的文化としての意義や、自己形成に関わる日本の伝統的精神性に関する身体技法を中心とした教材開発を行い、教育プログラムの試案を作成した。そして、その教育プログラム試案について、実際の教育現場において実践を試みた。さらに、そのプロダクトとして、生徒の自由記述による回答などを交えて、学習の成果を検討した。その際、本研究者による和文化の求道者としての体験的な省察を交えながら、総合的に試みた。なお、これらの研究成果については、学会で発表したり、論文として投稿した。そして、最終的には、本研究の研究成果を報告書としてまとめた。本研究で取り上げる「日本の伝統的文化」の教育の重要性は、その文化的な内容のみならず、その教育方法論自体が重要であり、伝統的な身体からの教育という価値ある教育に寄与すると考えられる。
多階層連結シミュレータによる磁気圏高エネルギー粒子の輸送と加速過程の解明

地球は固有磁場(地磁気)を有しており、地球磁気圏を形成している。太陽表面の爆発などによってサブストームに代表される電磁擾乱現象が発生すると、地球磁気圏内の高エネルギー粒子が急激に増加し地球を取り囲むように流れる電流(リングカレント)が増大する。この擾乱時のリングカレントの増大は地磁気を大きく乱し、地上インフラに悪影響を与えることから、その増大を模擬、理解することが求められている。本研究の目的はリングカレントを構成している粒子の内、特にサブストーム発生に対する影響が大きい重イオンの酸素イオンに着目し、その加速、輸送を計算機上で再現することでサブストーム発生時の高エネルギー酸素イオンの増大メカニズムを解明することである。採用三年目である本年度は酸素イオンの起源である電離圏から内部磁気圏へ至るまでのグローバルな領域での加速・輸送を包括的にシミュレーションで再現し、サブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の解明に取り組んだ。開発した大規模シミュレーションは衛星観測で散見される磁気圏尾部における突発的な非断熱加速と電離圏からの直接供給両方の再現に成功した。またシミュレーション結果の解析により高エネルギー酸素イオンの増加には磁気圏尾部における突発的な非断熱加速の寄与が大きく、約95%以上の高エネルギー酸素イオンはこの加速過程によって生成され内部磁気圏高エネルギー酸素イオン群を形成していることを明らかにした。これは未解明であったサブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の様相を明らかにした学術意義の高いものであり、開発したシミュレーションコードは様々な磁気圏研究への応用が期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙電磁擾乱現象が発生すると、地球磁気圏内の高エネルギー粒子が急激に増加し地球を取り囲むように流れる電流(リングカレント)が増大する。この擾乱時のリングカレントの増大は地上送電網に悪影響を与えることから、非常に大きな問題となっており、その増大メカニズムを理解することが求められている。本研究の目的はリングカレントを構成している粒子の加速、輸送を計算機上で再現することで擾乱時のリングカレント増大メカニズムを解明することである。採用1年目の本年度において、グローバル電磁流体(MHD)シミュレーションで再現された地球周辺の電磁場状況の中で重イオンと呼ばれる酸素イオンがどのように加速されるのかについて明らかにした。これまでサブストームと呼ばれる電磁擾乱が発生すると地球磁場は大きく歪められることがわかっていたが、結果解析により太陽と反対方向の領域では磁力線が北向きではなく、東を向いていることがわかった。さらに東向き磁力線において酸素イオンは急激な加速を受けることを明らかにし、Journal of Geophysical Researchに投稿し出版された。またシミュレーションコードの改良等により超大量(50億個程度)の粒子運動を解くテスト粒子シミュレーションを実現した。そしてテスト粒子シミュレーション結果に位相空間写像法を適用することによって、6次元分布関数の空間分布の時間発展を計算機上で再現することに世界で初めて成功した。また結果解析を行い、高エネルギー粒子は発生過程の異なる二種類の電場によって加速されることで急激に増加するという物理メカニズムを解明した。太陽表面の爆発などによって電磁擾乱現象が発生すると、地球磁気圏内の高エネルギー粒子が急激に増加し地球を取り囲むように流れる電流(リングカレント)が増大する。この擾乱時のリングカレントの増大は地磁気を大きく乱し、地球送電網に悪影響を与えることから、非常に大きな問題となっており、その増大メカニズムを理解することが求められている。採用2年目である本年度おいて、昨年度開発したシミュレーションを用いた衛星観測の物理解析に取り組んだ。最新の観測衛星であるVan Allen Probes衛星で観測された擾乱時に高エネルギー酸素イオンがある特殊なエネルギー構造を持って増大する現象に着目し、シミュレーションでその現象の再現、説明を試みた。我々のシミュレーションは観測された特殊なエネルギー構造の再現に成功し、結果解析により、この特殊なエネルギー構造の発生メカニズムを特定することにも成功した。発見した発生メカニズムはマクロ、メソスケールのプラズマ現象を含んだ非常に複雑なものであり、我々のシミュレーションがこれらの現象を高精度に模擬できていることの証明となった。これらの成果について、サンフランシスコで開催されたAmerican Geophysical Union Fall Meetingにおいて発表を行った。また現在、Journal of Geophysical Researchへの投稿に向けて論文を執筆中である。今年度は開発したシミュレーションを用いた衛星観測の物理解析に取り組んだ。その結果、これまで発生原因がわからなかった物理現象の再現、解明に成功した。この結果について、論文を執筆していることに加え、昨年度投稿していた論文も出版されたことから概ね順調に研究が進展しているものと判断する。

本研究の目的はリングカレントを構成している粒子の内、特にサブストーム発生に対する影響が大きい重イオンの酸素イオンに着目し、その加速、輸送を計算機上で再現することでサブストーム発生時の高エネルギー酸素イオンの増大メカニズムを解明することである。採用三年目である本年度は酸素イオンの起源である電離圏から内部磁気圏へ至るまでのグローバルな領域での加速・輸送を包括的にシミュレーションで再現し、サブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の解明に取り組んだ。開発した大規模シミュレーションは衛星観測で散見される磁気圏尾部における突発的な非断熱加速と電離圏からの直接供給両方の再現に成功した。またシミュレーション結果の解析により高エネルギー酸素イオンの増加には磁気圏尾部における突発的な非断熱加速の寄与が大きく、約95%以上の高エネルギー酸素イオンはこの加速過程によって生成され内部磁気圏高エネルギー酸素イオン群を形成していることを明らかにした。これは未解明であったサブストームに伴う磁気圏酸素イオン加速の様相を明らかにした学術意義の高いものであり、開発したシミュレーションコードは様々な磁気圏研究への応用が期待される。シミュレーションコードの改良に取り組むことにより、荷電粒子軌道計算時間を大幅に減少させた。その結果、数十億個という大量粒子の軌道計算が可能になり、非常に高い分解能を持つ粒子6次元分布関数の再現に成功している。その結果、宇宙擾乱発生時の酸素イオン加速輸送問題に関わる論文の出版にも至り、研究は順調に進捗している。今後はシミュレーションの改良に取り組む予定である。現在のシミュレーションでは高エネルギープラズマの外部供給現象は高精度に再現することができるが電離圏での加速、降り込み現象などは考慮できていない。そこでこれらの現象を考慮できるシミュレーションの開発を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。今後は共同研究先と協力し観測衛星の粒子直接観測で得られる粒子の分布関数データを用いて、本シミュレーション結果との直接比較を行い、本シミュレーションが実際観測される分布関数変動をどれだけ説明することができるのか定量的に評価する。また、シミュレーション結果と観測結果を相補的に用いることで、より現実に近い分布関数変動のシミュレーションを開発する予定である。