hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高輝度平面光源としてのセラミック形ELパネルの開発

本研究は、申請者らの研究成果である絶縁層兼基板としてセラミックシートを用いる薄膜エレクトロルミネッセント(TFEL)デバイスを、液晶ディスプレイ(LCD)用バックライトや電光掲示板等の平面光源として実用化するが目的である。ドクターブレ-ド成形技術を採用して、平面光源用TFELデバイスの絶縁層兼基板として使用可能な誘電的特性を有する大面積BaTiO_3セラミックシートの作成技術を検討した。並行して、有機金属化学気相成長(MOCVD)法を採用してセラミック絶縁層/基板上へのZnS:Mn蛍光体薄膜発光層の形成技術を検討した。また、高輝度・高効率発光を得るための蛍光体薄膜形成後のアニール処理技術を検討した。長寿命で長時間安定に動作するTFELデバイスの実現を目的に発光層として、酸化物蛍光体薄膜の採用を検討した。さらに、大面積化の一つの試みとして高輝度・高効率発行ZnS:MnTFELデバイスのタイリング技術を検討した。研究成果として、ドクターブレ-ド法を用いて研磨処理を施す事なく絶縁層基板として使用可能な、暑さ約0.2mmの大面積BaTiO_3セラミックシートの作成技術を確立した。大面積(40mm×20mm)のセラミックスを用いて作成したZnS:MnTFELランプにおいて高輝度で高発行効率の黄橙色発光を実現した。また、これらのTFELデバイスのタイリング技術を確立した。さらに、発光層に緑色発光Ga_2O_3:Mnもしくは赤色発光Ga_2O_3:Cr酸化物蛍光体薄膜を採用するTFELデバイスを作成し、高輝度、高効率TFEL平面ランプを実現した。これらのデバイスを高周波駆動して、長時間、極めて安定に動作することを確認した。本研究では、申請者らの研究成果である高輝度発光が可能なセラミック形薄膜ELデバイスを、LCD用バックライトや電光掲示板等の平面光源として実用化することを目的としている。当年度の実績は次の通りである。(1)MOCVD方による高効率ZnS:Mn薄膜EL素子を実現することを目的に,ZnS:Mn薄膜発光層の最適化を図ったところ,最高発光輝度11910[cd/m^2],400[V]印加時において発光効率約1[lm/w]を実現した。最適成膜条件確立後は,再現性良く輝度,効率が得られるZnS:Mn薄膜EL素子を実現できた。(2)ドクターブレ-ド方で作製されたセラミックを用いたものは発光輝度がコールドプレス方の素子に比べて劣るが,発光効率についてはコールドプレス法と比較すると高い効率のEL素子が得られた。(3)ドクターブレ-ド法を用いたセラミックスを使用したZnS:Mn薄膜EL素子の発光輝度,発光効率を高めるために,発光層の成長温度を変化させたところ,今回の条件の中では成長温度375[°C]の時に,わずかに優れたものが実現できたが,大きい変化が見られない。このことより今回の条件では,EL特性は,成長温度に対して依存しないことがわかった。(4)アニール処理温度を変化させることによるEL特性の変化について検討してみたところ,860[°C]から900[°C]またはそれ以上の温度になると,結晶性は良くなるものの,発光輝度や発光効率は低下した。これより,コールドプレス法,ドクターブレ-ド法で作製されたセラミックスを用いたEL素子の最適なアニール処理温度は,800[°C]から860[°C]の間の温度である。(5)絶縁層の厚さを変化させ,さらなる輝度と効率の向上を図ったところ,コールドプレス法,ドクターブレ-ド法で作製された絶縁層を用いた薄膜EL素子は共に、厚さを薄くするにつれて発光輝度の上昇を得ることができた。しかし,発光効率に関しては薄くなるにつれて低下した。

本研究では,申請者らの研究成果である基板兼絶縁層としてBaTiO_3セラミックシートを用いる薄膜エレクトロルミネッセント(TFEL)デバイスを,液晶ディスプレイ(LCD)用バックライトや電光掲示板等の平面光源として実用化することを目的としている。平成9年度は,ドクターブレ-ド法を用いて研磨処理を施す事なく基板兼絶縁層として使用可能な,厚さ約0.2mmの大面積BaTiO_3セラミックシートの作製技術を検討した。長寿命で長時間安定に動作するTFELデバイスの実現を目的として,発光層に酸化物蛍光体の採用を検討した。また,昨年度開発に成功した高輝度,高効率ZnS:MnTFELデバイスのタイリング技術を検討した。研究成果として,作製するセラミックスの面積に依存するが,研磨処理なしでも使用可能な表面状態を有する厚さ0.10.3mmの大面積BaTiO_3セラミックシートの作製技術を確立した。40mm×20mmのセラミックスを用いて作製したZnS:MnTFELランプで高輝度黄橙色発光を実現した。また,発光層に緑色発光Ga_2O_3:Mnもしくは赤色発光Ga_2O_3:Cr酸化物蛍光体薄膜を採用するTFELデバイスを作製し,高輝度,高効率を実現した。このデバイスは高周波駆動でも長時間,極めて安定に動作することを確認した。Ga_2O_3:MnTFELデバイスでは1kHz駆動で発光輝度1000cd/m^2以上,最高発光効率1.71m/Wを実現した。また,20mm×20mmのZnS:MnTFELデバイスを4個タイリングした平面ELランプの試作に成功した。
オオキノコムシ族(昆虫鋼・甲虫目・オオキノコムシ科)の分類学的再検討

甲虫類オオキノコムシ科は世界に約3200種を含む分類群である。日本からも約100種の記録があり、キノコの害虫として農業上重視されている。アジア区の本科の分類学的研究は、1980年代までは日本人研究者がいたが、その後、アジア地域での専門家がいなくなり多くの分類学的問題が残されている。本年度は、昨年度に続き、オオキノコムシ科オオキノコムシ族Eucaustiniについて分類研究を行うための準備として、材料である標本の取りそろえを継続した。特に、ヨーロッパの博物館に所蔵してある標本を検し、より確実な広範に渡る分類作業を遂行した。昨年度までに、北海道大学の甲虫コレクションに約1500個体、インドネシアのボゴール動物学博物館のコレクションの約3000個体、さらにヨーロッパ各国の博物館から借用した標本を約660個体を検討した。本年度は、ロンドン自然史博物館、パリ自然史博物館、ドレスデン自然史博物館、ベルリン自然史博物館を訪問し、約8000個体の標本を検し、タイプ標本500個体のチェックを行い、種同定を確実なものとした。また約3000個体の標本をさらに借用し検討に入った。これらの標本シリーズを取り揃えたことにより、世界の博物館に収蔵されるオオキノコムシ簇の主要な標本の大半を網羅したこととなり、充分なアジア地区の分類学的研究が進めることが可能となり、逐次、種同定、系統的位置の検討を、電子顕微鏡や交尾器形態をもとに進めている。現在28属の内、10属について全種の検討を終わらせ、記載、スケッチの作成が終了した。また2件の新知見を論文とした。一つはニューカレドニアからの新属新種記載であり、もう一つは従来混乱していた種について、タイプ標本を検討することで、別科の甲虫の誤同定であることを明らかにした。同時に、日本語による「オオキノムシ科の生態」についてのレヴューと「ポーランドの昆虫雑誌」についての紹介をおこなった。
無歯顎顎関節の応力解析

本研究の目的は微小名義歯不適合が顎関節に及ぼす力学的影響を明らかにすることにある。そのために、下顎骨、頭蓋骨、関節円板を構成するサイズ、材料定数は我々が報告済みの口腔粘膜の数値、定数とその他の部分は解剖学的標準値を参考に決定し、区分的線形理論を用いてモデルを作成した。この作業と実際の解析には有限要素法解析プログラムNISAII,DI(モデル構築用)、ST(線形、非線形解析用)を用いた。ここまでの段階でモデル自体の評価を行うため、咬筋、側頭筋の標準的な走行から算出した力の負荷を与えた際の下顎頭の応力を算出した。この結果より、力学的に鑑みて妥当な応力分布が観察されたと判断している。次いで、顎堤が微小吸収したモデルを作成し、臼歯部顎堤に前上方への重荷を負荷することにより、顎関節が受ける力学的影響の解析をすすめている。顎堤の吸収と咬合高径の低下による影響に焦点を置くため、矢状面に投影したモデルを用いている。ついで今後の実験項目として、次の条件設定により、応力分布を算出し、解析を加える予定である。つまり、顎堤の吸収パターン、義歯の偏位方向、咬合力の荷重方向である。本実験ではあくまで2次元の解析をしている。しかし、下顎頭と咬筋、側頭筋の走行方向をいつか組み合わせて、数種類の2次元解析モデルを参考に、3次元的なモデルを類推することができる。このときパラメータを顎堤の形態、粘膜の性状、顎堤の吸収パターン、下顎頭の形態として、下顎頭の応力分布を算出し、因子分析等の解析も行う予定である。
Caチャネルの調節作用におけるカルパスタチンとカルモジュリンの役割

Caチャネルは筋肉の収縮や神経のシナプス伝達などの細胞機能に重要な役割を果たしている。本研究はCaチャネルの調節におけるカルパスタチン(calpastatin, CS)の作用機構とカルモジュリン(calmodulin, CaM)の作用機構との関連を解明しようとするものである。2年間の研究により、下記の研究成果を得られた。1.CSとCaMの作用にCaMKIIリン酸化の関与CSとCaMの作用機構を調べるために、CaM依存性キナーゼII(CaMKII)との関連を検討した。その結果、CaMの作用はCaMKIIの存在が必要だが、CaMKIIを介してCaチャネルをリン酸化したものではないことを明らかにした。CaMKの作用はCaチャネルをCaMなどの調節を受けられるように一定の状態を保つことで、CaMはそのようなCaチャネルしか再活性化できないことが分かった。2.CSの有効領域の同定CSのCaチャネル活性化作用はドメインLにあることはこれまでの研究により明らかにされたが、この研究はCSの有効領域を更に同定した。ドメインLの短いペプチドをGST融合蛋白として大腸菌に発現させ、精製した。モルモット心室筋細胞でパッチクランプ法を用いて、それらのペプチドのCa^<2+>チャネル活動に対する作用を観察し、Ca^<2+>チャネルの活性化作用を持つペプチドをスクリーニングした。その結果、CSのCa^<2+>チャネルを活性化する有効領域はドメインLの真中部分の約11個アミノ酸からなることが分かった。3.CSとCaMとの結合関係CSとCaMをGST融合タンパクとして作り、互いの結合をpull down assayなどの方法で調べた。その結果、CSとCaMとはCa^<2+>依存的に直接結合することが分かった。4.CSのCaチャネルとの結合部位CaチャネルC末の部分ペプチドをGST融合タンパクとして作り、CSのCaチャネルとの結合部位を調べた。その結果、CSはCaチャネルC末のCaM結合部位に結合する可能性が高いと示唆された。我々はCaチャネルの活性がcell-free系で消失する現象(run-down)に着目して研究した結果、消失したCaチャネルの活性がカルパスタチン(CS)によって再活性化されることを発見した。さらに、カルモジュリン(CaM)がカルパスタチンと同じ様に、消失したCaチャネルの活性を再活性化することを見出した。本研究はCaチャネルの調節におけるカルパスタチンの作用機構とCaMの作用機構との関連を解明しようとするものである。昨年はカルモジュリンの役割を中心として研究を行った。実験はモルモット心室筋細胞を用いてパッチクランプ法で行った。CaMはCSと同様にcell-free系で消失したCaチャネルの活性を再活性化したが、CSと違ってカルモジュリン依存性キナーゼ(CaMK)の阻害剤に抑えなかった。CaMの作用機構を調べるために、CaMKとの関連を検討しました。その結果、CaMの作用はCaMKの存在が必要だが、CaMKを介してCaチャネルをリン酸化したものではないことを明らかにした。CaMKの作用はCaチャネルをCaMの調節を受けられるように一定の状態を保つことで、CaMはそのようなCaチャネルしか再活性化できないことが分かった。CaMは4つのCa結合サイトを持ち、CaMの作用を詳しく調べるため、4つサイトをそれぞれDNA組み替え法で変異させ、融合蛋白として大腸菌発現で作った。その効果は検討中である。

本研究はCaチャネルの調節におけるカルパスタチンの作用機構とCaMの作用機構との関連を解明しようとするものである。実験はまずモルモット心室筋細胞を用いてパッチクランプ法で行った。CaMはCSと同様にcell-free系で消失したCaチャネルの活性を再活性化したが、CSと違ってカルモジュリン依存性キナーゼ(CaMK)の阻害剤に抑えなかった。CaMの作用機構を調べるために、CaMKとの関連を検討しました。その結果、CaMの作用はCaMKの存在が必要だが、CaMKを介してCaチャネルをリン酸化したものではないことを明らかにした。CaMKの作用はCaチャネルをCaMの調節を受けられるように一定の状態を保つことで、CaMはそのようなCaチャネルしか再活性化できないことが分かった。CaMは4つのCa結合サイトを持ち、CaMの作用を詳しく調べるため、4つサイトをそれぞれDNA組み替え法で変異させ、融合蛋白として大腸菌発現で作り、その効果を調べた。その結果、CaMのC末部位はCaチャネルの基本活動を維持し、CaMのN末部位はCa依存性調節に関与することがわかりました。さらに、CaMおよびCSのCaチャネルとの結合部位をGel shift assay, pull down assay, fluorescence measurementなどの方法で調べました。その結果、CaMとCSはCaチャネルのC末の同じところに結合する可能性が高いと示唆された。
実時間動力学シミュレーションによる脳外科手術支援システム

脳神経外科手術では,手術部位の3次元位置を計測し手術前に撮影した患者のCT画像やMRI画像を重畳することで病変部の位置を手術者に視覚提示するニューロナビゲータが広く用いられている.しかし手術中の脳脊髄液漏出や腫瘍除去によって引き起こされるブレインシフトと呼ばれる脳変位により,ナビゲーションが不正確になるという問題があった.本研究では,実時間動力学手術シミュレーションにより,ブレインシフトや応力分布を実時間で手術者に提示できるシステムを開発した.また,CTやMRIなどの医用画像から,実時間動力学手術シミュレーションで用いる患者の脳の有限要素モデルを半自動で生成する手法を開発した.本研究は,脳外科手術中に同時に実時間手術シミュレーションを行うことで,目視や内視鏡で確認することができない脳深部の変形や,現在脳に発生している応力の分布を医師に視覚提示し,脳に損傷を与える危険性を逐次評価することのできる,脳外科手術支援システムを開発することを目的としている.平成27年度は,「全脳モデルを用いたブレインシフト実時間推定技術の確立」の課題に取り組んだ.まずCT画像やMRI画像などの医療画像から3次元有限要素モデルを迅速に構築する手法を開発した.これまでは医療画像から3次元幾何モデルを構築する手法は開発されているが,これらの幾何モデルから有限要素モデルへの変換が自動ではうまくいかず,人手による修正が必要であった.今回開発した手法により,3次元有限要素モデルの構築時間が大幅に短縮される.この手法は国際会議論文として投稿中である.つぎに,ブレインシフトを推定するために脳脊髄液漏出等のモデル化を行い,流体と柔軟物が相互に作用する流体・構造連成(FSI: Fluid-Structure Interaction)解析の枠組みを開発した.脳脊髄液の挙動模擬には粒子法を,脳の挙動模擬には有限要素法を用い,粒子法と有限要素法の相互作用を行うための枠組みを新たに提案した.この手法を用いて,脳脊髄液漏出の際のブレインシフトのシミュレーションを行った.また,東北大学の動物実験施設を用いた豚の開頭実験を行い,硬膜切開後の脳脊髄液漏出と脳の位置変位のデータを取得した.平成27年度に計画していた「全脳モデルを用いたブレインシフト実時間推定技術の確立」の課題において,医療画像から3次元有限要素モデルを構築する手法の開発(国際会議論文として投稿中),流体・構造連成解析の枠組みの提案(学術誌論文準備中),GPUによる脳変形高速計算法の確立(国際学術誌掲載)など,大きな進展があった.本研究では,脳外科手術中に同時に実時間手術シミュレーションを行うことで,目視や内視鏡で確認することができない脳深部の変形や,現在脳に発生している応力の分布を医師に視覚提示し,脳に損傷を与える危険性を逐次評価することのできる,脳外科手術支援システムを開発することを目的とする.脳外科手術ではブレインシフトと呼ばれる術中の脳変位が問題となっていた.本研究で開発する脳外科手術支援システムは,動力学シミュレーションでブレインシフトを推定し,かつ術中MRIでは不可能な応力分布表示,損傷危険性評価を実時間で行うものである.平成28年度は,「脳組織損傷モデルの構築」,「情報提示インタフェースの構築」の課題にに取り組んだ.「脳組織損傷モデルの構築」では,ブタの脳組織を用いた引っ張り破断実験を行い,脳組織の破壊挙動を計測した.その実験結果から,脳組織の引っ張り破断では,強い延性がみられることが分かった.従来の破壊・損傷モデルでは延性破壊を精度良く再現することは困難であったため,実験結果で得られた延性破壊挙動を精度良く再現できる脳組織損傷モデルを提案した.「情報提示インタフェースの構築」では,MRIやCT画像などの医用画像列から3次元の脳有限要素モデルを自動生成する手法を開発した.従来は3次元有限要素モデルの作成の一部に手作業が必要で,画像のノイズの処理など多大な時間がかかっていたが,埋め込みと呼ばれる手法で自動化した.埋め込みによる有限要素モデル生成では脳裂などが再現できないことが問題であったが,脳裂を忠実に再現できる手法を開発した.また,脳有限要素モデルを実時間で変形し,さらにその変形時に脳内部に発生する応力を任意の切断面で表示できるインタフェースを構築した.平成28年度に計画していた「脳組織損傷モデルの構築」において国際学術雑誌論文1本,国際会議論文1本(査読付)が採択され,この国際会議論文はBest Biomimetics AwardのFinalistに選定された.また,「情報提示インタフェースの構築」の課題においても学術雑誌論文1本,国際会議論文1本(査読付)の成果を得ているなど,大きな進展があった.本研究では,脳外科手術中に同時に実時間手術シミュレーションを行うことで,目視や内視鏡で確認することができない脳深部の変形や,現在脳に発生している応力の分布を医師に視覚提示し,脳に損傷を与える危険性を逐次評価することのできる,脳外科手術支援システムを開発することを目的とする.脳外科手術ではブレインシフトと呼ばれる術中の脳変位が問題となっていた.本研究で開発する脳外科手術支援システムは,動力学シミュレーションでブレインシフトを推定し,かつ術中MRIでは不可能な応力分布表示,損傷危険性評価を実時間で行うものである.平成29年度は,患者の映像へのCGモデル重畳表示技術の確立,情報提示インタフェースの構築,構築した手術支援システムの検証と評価,に取り組んだ.「患者の映像へのCGモデル重畳表示技術の確立」では,患者を模したマネキンを立体マーカーとして認識し,マネキン頭部に脳モデルを重畳表示する技術を開発した.脳の変形は実時間で計算しており,マネキンを傾けると重力方向変化による脳変位を重畳表示する.

「情報提示インタフェースの構築」では脳の2次元医用スライス画像列から脳の3次元有限要素モデルを自動生成する手法を開発し,脳に強制変位を与えたときの変形を基に医用画像を変形し,任意の断面で観察できるGUIを作製した.また,その際に発生する内部お応力をカラーで表示することもできる.「構築した手術支援システムの検証と評価」では,開発したブレインシフトモデルを,ゼラチンを用いた変位実験と比較し,その精度を検証した.脳神経外科手術では,手術部位の3次元位置を計測し手術前に撮影した患者のCT画像やMRI画像を重畳することで病変部の位置を手術者に視覚提示するニューロナビゲータが広く用いられている.しかし手術中の脳脊髄液漏出や腫瘍除去によって引き起こされるブレインシフトと呼ばれる脳変位により,ナビゲーションが不正確になるという問題があった.本研究では,実時間動力学手術シミュレーションにより,ブレインシフトや応力分布を実時間で手術者に提示できるシステムを開発した.また,CTやMRIなどの医用画像から,実時間動力学手術シミュレーションで用いる患者の脳の有限要素モデルを半自動で生成する手法を開発した.平成28年度以降は,「患者の映像へのCGモデル重畳表示技術の確立」,「脳組織損傷モデルの構築」,「情報提示インタフェースの構築」,「構築した手術支援システムの動物実験による検証と評価」の課題に順次取り組んでいく.東北大学,防衛大学校の研究分担者とは,平成27年度中は月1回程度ビデオ会議(Skype)を用いた研究打ち合わせを行っており,本年度も同様にビデオ会議による研究打ち合わせを行っていく.平成29年度は最終年度として,これまで開発してきたシステムの検証と評価を行う.当初計画では動物実験での検証を予定していたが,大型動物のMRIデータを取得する設備がなく,逆に人間のデータのほうが入手しやすいため,人間のデータとの比較検証を主とし,動物実験を補助的に行う.具体的には実際の手術における術前,術中,術後の脳MRIデータと比較し,ブレインシフト推定の精度を検証する.また,人間のマネキンモデルに脳モデルを重畳表示し,ナビゲーションインタフェースの検証を行う.29年度が最終年度であるため、記入しない。ロボット工学29年度が最終年度であるため、記入しない。
金属表層の加工硬化層検出のための非接触音速測定法の開発

本研究では3年の研究期間をかけ、レーザー音速測定により応力腐食割れの主要因となる金属表層の加工硬化層を蒸発除去する前段階として、この硬化層の弾性定数の変化を表面弾性波の音速及び減衰率として遠隔測定することを目標とした。初年度は誘導ブリルアン散乱による音速測定のための光学系を構築した。次年度はエタノール水溶液の音速測定に成功し、音速と温度測定が同時に行える本手法の利点を特許として出願した。また、金属表面の適用するためには、形成した回折格子構造に、金属表層の表面弾性波よりも金属と接する空気の音速が支配的に現れることから、これを排除することが必要である。この空気の影響を排除するため、透明媒質である光ファイバ中に形成する回折格子を利用することとした。最終年度は、実用の観点からを実際の原子炉に適用できる事を前提に、前年度に特許出願した音速測定系の光学系を鑑み、干渉法による回折格子の描画とレーザー加工による回折格子の描画の利便性の双方を比較した。その結果、レーザー加工による回折格子の描画を採用し、音速測定の原理である誘導ブリルアン散乱現象を利用した計測系の構築に必要なセンサー開発を実施した。具体的には超短パルスレーザー加工により光ファイバのコア部分に回折格子を描画したセンサーを試作した。センサー試作に先立って石英ガラスに回折格子を描画した結果、1000度に至る高温下でも劣化しない回折格子の作製に成功した。この光ファイバセンサーを原子炉の構造材に取り付けることで、地震発生時に構造材にかかる振動や変形をモニターすることができる。とりわけ、次世代のヘリウムガス冷却型の原子炉は熱効率向上の観点から冷却材の原子炉出口温度が950度に達する。このセンサーは金属表面の弾性波の検出に必要な高SN比の計測回路と組み合わせることで、地震発生時の原子炉の診断技術として有効である。本研究の背景として、H14年より超短パルスレーザー光による熱影響を極力抑制した蒸発作用を利用して、軽水炉で使用されている原子力ステンレス鋼の応力腐食割れ対策技術の開発を発案・実施している。本研究では3ヵ年の研究期間をかけ、機械加工時のステンレス表層に生じる加工硬化層の厚みを検出するため、レーザー光による干渉縞を金属表層に生成し、これにプローブ光を入射させ1次回折光の強度の時間変化より音速を測定することの原理実証を行う。初年度であるH17年においては光学測定系の整備と原理確認のため、液体を対象として液中にポンプレーザー光の干渉による回折構造を生成した。さらに、この回折構造にプローブ光を入射させ1次回折光の強度の時間変化を捉えることに成功した。液体としてエタノールの濃度を変化させ、エタノール濃度の変化に応じた音速の値を確認した。光源には機構保有のレーザー装置を利用した。ポンプ光としてYAGレーザーの1ミクロン光を、またプローブ光として2倍高調波530nmを使用した。現在、ステンレス鋼での測定に向けてSN比向上のための測定系の技術開発をシリコンウエハーを用いて実施している。このためロックインアンプ等の信号積算処理を整備し、測定感度の向上に挑戦している。また、原子力ステンレス鋼の表面にフライス加工を施し加工硬化層を設けたサンプルの製作は終了している。サンプル断面の機械研磨、電解研磨、顕微鏡写真撮影についても終了している。本研究では3ヵ年の研究期間をかけ、金属表層の加工硬化及び経年劣化に起因する弾性定数の変化を表面弾性波の音速及び減衰率として測定することを目標としている。本年度は光学測定系の構築、液体での試験測定及び音速測定数値の評価を行った。

試料は水とエチルアルコールの混合溶液を使用し、混合比を変えて音速数値を測定した結果、2%以下の音速数値の変化の検出に成功した。先に実施している従来法である接触を伴う超音波法での金属表層での音速測定数値と比較し、加工硬化に伴う音速変化の観測が可能な精度であることを推測した。また、通常の光散乱法では困難である気体の音速測定に成功した。しかし固体表面での音速測定には成功しなかった。原因としては、測定対象である金属表面近傍の気体からの信号が強いために固体からの信号を阻害している事、金属表面からの弾性散乱光が信号光をマスクしている事等が考えられる。現在はこれらの問題点を解消すべく、感度の向上及び検出器の飽和を回避すべくプローブ光のパルス化及び検出系へのゲート積算器の導入の準備を行った。また本測定系では音速と同時に熱伝導率が測定可能である事を示した。前年度から始めた準備を終了し工業所有権を出願した。本研究では3年の研究期間をかけ、金属表層の加工硬化及び経年劣化に起因する弾性定数の変化を表面弾性波の音速及び減衰率として測定することを目標としている。前年度までの基礎研究の結果、金属表面に遠隔で形成した回折格子構造には、金属表層の表面弾性波よりも金属と接する空気の音速が支配的に現れることが判明した。この空気の影響を排除するためには、1)真空下での高SN比計測実験、2)透明媒質の利用、の2つの方法が考えられる。今年度は、実用の観点から2)を採用することとした。前年度に特許出願した音速測定系の光学系を鑑み、干渉法による回折格子の描画とレーザー加工による回折格子の描画の利便性の双方を比較した。その結果、レーザー加工による回折格子の描画を採用し、音速測定の原理である誘導ブリルアン散乱現象を利用した計測系の構築に必要なセンサー開発を実施した。具体的には超短パルスレーザー加工により光ファイバのコア部分に回折格子の作製に成功した。この光ファイバセンサーを原子炉の構造材に取り付けることで、地震発生時に構造材にかかる振動や変形をモニターすることができる。とりわけ、次世代のヘリウムガス冷却型の原子炉は熱効率向上の観点から冷却材の原子炉出口温度が950度に達する。このセンサーは金属表面の弾性波の検出に必要な高SN比の計測回路と組み合わせることで、地震発生時の原子炉の診断技術として有効である。
フォトニック結晶を用いたテラヘルツポンプ-可視プローブ分光法の開発

(1) THz帯共振器型1次元フォトニック結晶によるTHz波検出効率の増強に成功した.これは一種のTHzポンプ可視プローブ分光と考えることができ,フォトニック結晶導入で測定感度の向上が見込まれることを示した.(2)スピンコート法による可視帯1次元フォトニック結晶作製を行い,共振器ポラリトン現象の観測を行った.(3)可視ポンプ-THzプローブ分光により狭帯域THz波高速透過率変調効果の観測に成功した.(1) THz帯共振器型1次元フォトニック結晶によるTHz波検出効率の増強に成功した.これは一種のTHzポンプ可視プローブ分光と考えることができ,フォトニック結晶導入で測定感度の向上が見込まれることを示した.(2)スピンコート法による可視帯1次元フォトニック結晶作製を行い,共振器ポラリトン現象の観測を行った.(3)可視ポンプ-THzプローブ分光により狭帯域THz波高速透過率変調効果の観測に成功した.本研究ではTHz光照射により励起した物質中の特定モードのフォノンが,光学過程,特にコヒーレント相互作用にどのような影響を与えるのかという非常に興味深い研究を可能とするため,これまでほとんど例のないTHzポンプ-可視(近赤外)プローブ分光を実現しようとするものである.この目的のために以下の3つの工夫を行う.(1)THz光をポンプ光として照射したあとに、可視光域の縮退四光波混合(フォトンエコー)測定を行う.(2)共振器型THz帯1次元フォトニック結晶中にサンプルを導入することで,入射THz光の増強効果を得る.(3)共振器型可視帯1次元フォトニック結晶構造も同時に組み込むことで、縮退四光波混合過程そのものを増強する.今年度は要素技術の確立を目標として(1)THzポンプ-可視フォトンエコープローブ時間分解分光系の構築および(2)THz帯域1次元フォトニック結晶サンプルホルダーの作製を行った.まず,(1)であるが,今年度より本学に導入されたフェムト秒パラメトリック増幅システムの立ち上げを行い,非縮退四光波混合を利用した空気からのTHz-TDSシステムの構築に成功した.この手法により,より高強度のTHz波発生が期待でき,本研究の目的であるポンププローブ分光において有益な結果を得た.次に(2)であるが,サンプル作製法を吟味することで,すでに成功しているTHz帯1次元フォトニック結晶におけるTHz増強効果における増強度をさらに大きくすることに成功した.また,本年度の目標としては掲げてはいなかったが,可視域の1次元フォのトニック結晶作成にも取り組み始め,ゾルゲル法とスピンコート法による安価で容易な作製手法の確立を行った.この手法により,THz域と可視域の二重共鳴型1次元フォトニック結晶の作製の実現に近づいた.本研究ではTHz光照射により励起した物質中の特定モードのフォノンが,光学過程,特にコヒーレント相互作用にどのような影響を与えるのかという非常に興味深い研究を可能とするため,これまでほとんど例のないTHzポンプ-可視(近赤外)プローブ分光を実現しようとするものである.この目的のために以下の3つの工夫を行う.(1)THz光をポンプ光として照射したあとに、可視光域の縮退四光波混合(フォトンエコー)測定を行う.(2)共振器型THz帯1次元フォトニック結晶中にサンプルを導入することで,入射THz光の増強効果を得る.(3)共振器型可視帯1次元フォトニック結晶構造も同時に組み込むことで、縮退四光波混合過程そのものを増強する.今年度は初年度の結果を踏まえて(1)THzポンプ-可視フォトンエコープローブ時間分解分光系の改良および(2)可視域1次元フォトニック結晶サンプルホルダーの作製を目標とした.まず,(1)であるが,空気を用いた非縮退四光波混合により発生したTHz波をポンププローブ系に組み込む作業を行った.この方法によりポンププローブ分光は可能となったが,レーザーの安定性などのため,ポンププローブの光源としては精度が落ちることから,再度通常の光整流に戻す方向で検討した.その他,ポンププローブ系の精度を上げるため光学系の調整など様々な試みを行った.結果,フォトンエコー系の導入には至らなかったが,通常のTHz波と可視光を用いたポンププローブ実験ができるところまで系を仕上げた.次に(2)であるが,可視域の1次元フォトニック結晶サンプルホルダーの作製には至っていない.理由としてはゾルゲル法による多層膜の製膜条件の特定に達しなかったためである.現在,出発原料の吟味や製膜法も含めて再検討し,可視域1次元フォトニック結晶を組み込んだサンプルホルダーの作製を行っていく.本研究ではTHz光照射により励起した物質中の特定モードのフォノンが,光学過程,特にコヒーレント相互作用にどのような影響を与えるのかという非常に興味深い研究を可能とするため,これまでほとんど例のないTHzポンプ-可視(近赤外)プローブ分光を実現しようとするものである.この目的のために以下の3つの工夫を行う.(1)THz光をポンプ光として照射したあとに、可視光域の縮退四光波混合(フォトンエコー)測定を行う.(2)共振器型THz帯

1次元フォトニック結晶中にサンプルを導入することで,入射THz光の増強効果を得る.(3)共振器型可視帯1次元フォトニック結晶構造も同時に組み込むことで、縮退四光波混合過程そのものを増強する.今年度は2年目までに結果を踏まえて(1)可視ポンプ-THzプローブ分光系にも応用可能な系の構築,(2)可視域1次元フォトニック結晶サンプルホルダーの作製(3)THzポンプ-可視プローブ分光のデモンストレーションを目標としたが,結果として主に(1)の研究を重点的に行った.まず化合物半導体であるGaAsをサンプルとして用いて,Tiサファイア再生増幅器から出る800mmの光で励起した後のTHz波透過特性を時間分解測定した.その結果,励起キャリアが生成された直後にTHz波の吸収が起こるためTHz波の透過強度が減少し,その後バンド間再結合過程に伴うTHz波透過強度の増大を観測できた.これは通常の過渡吸収測定により測定される緩和時定数と同程度であり,可視ポンプ-THzプローブ分光系が正常に動作していることの確認となった.またサンプルをよりバンドギャップが大きいGaPに変え,二光子吸収励起実験も行った.さらにサンプルとしてGaPを含む共振器型THz帯1次元フォトニック結晶を用いて同様の実験を行った結果,この構造でTHz波の高速変調が可能なことが明らかになった.
雲のデジタル図鑑と雲のライブカメラのホームページに関する研究

1:雲のデジタル図鑑(雲の学習に関するウェブページ)教科書や資料集には典型的な十種雲形の雲が掲載されている.しかし,出現する雲は,典型的な形の雲ばかりではないので,雲の種類を見分けるには,雲の図鑑があると便利である.これまでに雲の写真が充実した優れたウェブページはあるが,検索の機能や楽しく学べるような工夫は少なく,小中学生のような初心者の利冊には適しているとはいえない.今回開発したウェブページは,雲の写真の充実の他,雲に関する解説,雲の種類を調べる活動,雲に関するクイズ,雲のマッチング・ゲーム等を含むウェブ教材である.2:雲のライブカメラこれまでインターネットにあるライブカメラの画像は道路を中心にした撮影され,撮影サイズが小さいため,天気の確認はできても雲の種類の同定には困難なサイトが多かった.本研究の雲のライブカメラの画像は,雲をターゲットにしたカメラアングルに固定され,従来より画素数が多いVGA(640×400)サイズで撮影したもので,パソコンの画面に表示される雲は従来より観察しやすくなっている.雲のライブカメラを設置場所は、長野県の長野(西向き、北向き、南東向き)、塩尻(北西向き)、諏訪(北向き)と群馬県の高崎(南西向き)、伊勢崎(北西向き),新潟県の上越(南向き)である.3:気象画像情報自動取り込みソフト&気象画像ビュアー衛星画像等の気象情報を利用して多面的に気象現象の理解を深める必要がある.その様な授業を実現するためには,衛星画像,レーダーアメダス画像,天気図,アメダス気温・降水量等の各種画像情報,そして各地のライブカメラ画像の蓄積が不可欠である.そこで気象情報の自動取り込みソフトウェアとそれにより入手した各種気象情報画像をシンクロさせて同一画面上に連続表示させる気象画像ビュアーを開発した.1:雲のデジタル図鑑(雲の学習に関するウェブページ)教科書や資料集には典型的な十種雲形の雲が掲載されている.しかし,出現する雲は,典型的な形の雲ばかりではないので,雲の種類を見分けるには,雲の図鑑があると便利である.これまでに雲の写真が充実した優れたウェブページはあるが,検索の機能や楽しく学べるような工夫は少なく,小中学生のような初心者の利冊には適しているとはいえない.今回開発したウェブページは,雲の写真の充実の他,雲に関する解説,雲の種類を調べる活動,雲に関するクイズ,雲のマッチング・ゲーム等を含むウェブ教材である.2:雲のライブカメラこれまでインターネットにあるライブカメラの画像は道路を中心にした撮影され,撮影サイズが小さいため,天気の確認はできても雲の種類の同定には困難なサイトが多かった.本研究の雲のライブカメラの画像は,雲をターゲットにしたカメラアングルに固定され,従来より画素数が多いVGA(640×400)サイズで撮影したもので,パソコンの画面に表示される雲は従来より観察しやすくなっている.雲のライブカメラを設置場所は、長野県の長野(西向き、北向き、南東向き)、塩尻(北西向き)、諏訪(北向き)と群馬県の高崎(南西向き)、伊勢崎(北西向き),新潟県の上越(南向き)である.3:気象画像情報自動取り込みソフト&気象画像ビュアー衛星画像等の気象情報を利用して多面的に気象現象の理解を深める必要がある.その様な授業を実現するためには,衛星画像,レーダーアメダス画像,天気図,アメダス気温・降水量等の各種画像情報,そして各地のライブカメラ画像の蓄積が不可欠である.そこで気象情報の自動取り込みソフトウェアとそれにより入手した各種気象情報画像をシンクロさせて同一画面上に連続表示させる気象画像ビュアーを開発した.
全身性強皮症の自己免疫におけるレプチンの役割について

そこで、FACSを用いてCD4+、CD19+、CD8+T細胞表面のレプチンレセプターを解析した。全身性強皮症患者(dSSc, lSSc)では、健常人と比較してT細胞表面のレセプターが少ないという一定の傾向を認めていない。検体数を増やして解析する必要がある。さらに、ほかの自己免疫疾患でも解析することが望ましい。また、全身性強皮症患者および健常人の末梢血T細胞を分離培養した。培養時、種々の濃度のレプチンを添加し、培養上清中のIL-4,IL-6,TGFβ、IFNγ、TNFα値を測定した。これまでのところ、Th1,およびTh2に関して、全身性強皮症患者(dSSc, lSSc)と健常人の間に優位な差を認めていない。今後検体数を増やして検討する必要性が残る。全身性強皮症患者113例(dSSc ; diffuse cutaneoussystemicsclerosis48例、ISSc ; limited cutaneoussystemic sclerosis65例)、皮膚筋炎患者18例、全身性エリテマトーデス患者18例、健常人21例で、血中のレプチン値をELISA法にて測定した。全身性強皮症患者のうち、皮膚硬化が前腕までの皮膚にとどまるISSc患者では健常人と比較して血中レプチン値は有意に高値を示した。また、全身性エリテマトーデス患者や、皮膚筋炎患者でも健常人と比較して有意に高値を示した。一方、皮膚硬化が前腕を越えて近位にまで認められるdSSc患者では、血中レプチン値は健常人と有意差を認めなかった。血中レプチン値と、皮膚硬化の程度の指標となるTSS ; total skin thickness scoreとは、負の相関がみられ、皮膚硬化が高度であるほど血中レプチン値は低い傾向を示した。また、血中レプチン値と%Dlco値の間には正の相関が認められ、肺病変が高度であるほど血中レプチン値は高値を示した。さらに、全身皮膚に色素沈着を認める患者群では、認めない群と比較して血中レプチン値は低値を示した。レプチンは脂肪細胞から産生されるが、全身性強皮症患者の体脂肪率は、健常人や皮膚筋炎患者、全身性エリテマトーデス患者に比較して低値であった。血中レプチン値を体脂肪量で除したものを比較したところdSSc患者では、ISSc患者、皮膚筋炎患者と比較して有意に低値を示した。
ドメインライゲーションによって再構成したキナーゼ全長の動的構造解析

キナーゼの多くは、柔軟なリンカーで連結されたマルチドメインで構成される全長構造をもつ。本研究では、ドメイン間の配置とその変化(活性化)を、全長のキナーゼの分子構造レベルで可視化し、不活性型から活性化に至る制御機構を明らかにすることを目的としている。まずsortaseによるライゲーションによる再構成を試み、Protein Kinase CのキナーゼドメインとC1Bドメインの連結に成功した。また、全長での構造解析に必要な長距離情報を得るためのスピンラベルプローブとして、DOTA-M8を合成し、実際に常磁性効果(PCS)のNMRによる観測に成功した。キナーゼの多くは、柔軟なリンカーで連結されたマルチドメインで構成される全長構造をもち、ドメイン間の相互作用による自己阻害型から、シグナルの入力によってその阻害が外れ、活性型の立体構造(ドメイン配置)へ変化する。本研究ではドメイン間の配置とその変化(活性化)を全長のキナーゼの分子構造レベルで可視化することで、不活性型から活性化に至る制御機構を明らかにするため、全長試料を再構成するストラテジーにより、柔らかな全長PKBやPKCの立体構造(ドメイン配置)を溶液中での解析を目的としている。まず、高効率なドメインライゲーションのため、高活性型のsortase変異体を作成し、この高活性型を最適な条件で使用することで高効率なライゲーションに成功した。次にさらにもう一つのドメインのライゲーションのため、部位特異的アジドフェニルアラニン導入とクリックケミストリーの適用を検討した。現在までにアジドフェニルアラニン導入したPKCのドメインの調製に成功している。マレイミド型のDOTA-M8を用いた長距離情報の取得に関するテスト測定を行い、このリガンドを用いることで長距離情報の取得ができることを確認した。これにより全長の再構成、構造解析に大きく前進した。変異体の使用と、最適な反応条件の検討により、高効率なドメインライゲーションを達成し、またDOTA-M8の使用により長距離情報の取得への目途がたったことから判断して、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。ドメイン間の相互作用による自己阻害型から、シグナルの入力によってその阻害が外れ、活性型の立体構造(ドメイン配置)へ変化する。本研究ではドメイン間の配置とその変化(活性化)を全長のキナーゼの分子構造レベルで可視化することで、不活性型から活性化に至る制御機構を明らかにすることを目的にしている。解析においては、全長試料を再構成するストラテジーをとり、そのため、sortaseやクリックケミストリーを用いたドメインの連結を行う。さらに、スピンラベルプローブの工夫、常磁性効果(PRE、PCS)のNMRによる観測、構造情報の取得によって、結晶化の容易でない、柔らかな全長protein kinase B,Cの立体構造(ドメイン配置)を溶液中で解析する。現在までに、高活性型のsortras変異体の作出に成功し、この高活性型を最適な条件で使用することで高効率なライゲーションに成功した。また部位特異的修飾アミノ酸二種類の導入法を確立し、クリックケミストリーを用いて、修飾アミノ酸を用いたドメインライゲーションが可能であることを確認した。部位特的に導入した修飾アミノ酸に対して、遷移金属のキレーターであるDOTA-M8を導入して、スピンラベルが可能であることも確認できた。これにより、マルチドメインタンパク質の再構成、構造解析に向けて大きく前進した。ライゲーション反応の効率、ロバストネスをさらに向上させる。そのための反応条件の検討を行る。また現在ライゲーション産物の精製が難航しており、この精製をアフィニティータグ等の使用などの工夫により改善させる。長距離情報の取得の取得関しては、さらに他の常磁性中心の使用等も検討する。構造生物化学
みみずより抽出された線溶酵素の化学的性状とその応用に関する研究

前年度の研究により、みみず(Lumbricus rubellus)の乾燥粉末中に線溶活性作用をもつ新しい酵素が存在すること、さらにラット、イヌにこの乾燥粉末を経口投与すると、血中線溶活性の亢進、血管内血栓の溶解がおこることから、本年度はヒトへのみみず乾燥粉末の経口投与実験を施行した。実験はVoiunteer7人に腸溶カプセルにみみず乾燥粉末200mgを封入し、1日3回食後1カプセルづつ、計3カプセルを17日間経口投与した。投与前、投与後、毎日一定時間に採血し、その線溶活性、フィブリン分解産物(FDP)、組織性プラスミノ-ゲン・アクチベ-タ-(tーPA)抗原量をそれぞれ測定した。その結果、血液性状の変化で最も著明であったことは、みみず粉末投与24時間後FDPが明らかに増加しており、このFDPがフィブリン分解産物であることを確認する目的で行なったDーD dimerの測定によっても、FDPの上昇とDーD dimerの上昇は平行していた。この結果は、明らかにみみず乾燥粉末の経口投与により、血管内フィブリンの溶解がおこっていることを示すものであると確信された。さらに、投与前には殆ど認められなかったtーPA抗原量が、投与後次第に増加し、実験終了時にはかなり高いtーPA抗原量が測定された。この事実は、このみみず乾燥粉末により生体内の内因性tーPAが放出されることを意味するものと思われた。さらに、みみず乾燥粉末中の血小板凝集抑制物質について追究した結果、血小板凝集抑制活性をもつ2つの分画が得られた。その物質の一つは既に血小板凝集作用をもつことが知られているアデノシンであったが、もう一方の分画は全く未知の物質であった。この未知物質につき種々の方法により物質の同定を行ない、分子量282、化学式C_<12>H_<19>O_4SNaであるフラン化合物と同定された。さらに、この物質は血管拡張作用をも有していた。以上の結果よりみみず乾燥粉末が血栓症治療剤として有用であることが明らかとなった。みみずの凍結乾燥粉末より種々の生化学的手法を用い線溶活性をもつ酵素を抽出した結果、大きく分けて3種類の化学的性質の異なる分画が得られた。その各分画につき基質特異性や各種インヒビタ-による抑制効果について調べた結果、第1の分画(I分画)はキモトリプシン様の性質を持ち、第3の分画(III分画)はトリプシン様の性質であった。その間に分画された第2の分画(II分画)はトリプシン、キモトリプシン様酵素とも異なり、またエラスタ-ゼとも異なる既知の物質にない性質を有していた。これらをさらに精製した結果、I分画はさらに3分画あり、III分画は2分画あり、II分画はそれ以上分画出来なかった。これらの合計6分画は何れもSDS-PAGEにて一本のバンドを示した。さらに、それぞれのアミノ酸組成を調べた結果、何れもかなり類似したアミノ酸組成ではあるが、既知の何れのセリン酵素とも異なっていることが明らかとなった。そこで、これらの線溶活性をもつ凍結乾燥粉末をラットに経口投与した結果、ラットの血中線溶が上昇することが確認された。さらにイヌの後肢静脈に人工的にフィブリン塞栓を作成し、この凍結乾燥粉末を経口投与した場合を、既に血栓溶解剤として市販されているウロキナ-ゼの静脈内投与の効果と、血管造影を行ないながら比較検討した。その結果、みみず乾燥粉末の経口投与の方が明らかにフィブリン塊の溶解が早く起こることが判明した。これらの結果は今後ヒトへの経口投与により血栓溶解剤としての利用が可能であることを示した。さらに、これらの線溶酵素活性をもつ分画の他に、みみずの乾燥粉末の水溶液に血栓形成を抑制する上で重要な血小板凝集をも抑制する作用のあることが示唆され、このみみず乾燥粉末のもつ血小板凝集作用を示す物質についてさらに追究する必要が出てきた。

この事実は、このみみず乾燥粉末により生体内の内因性tーPAが放出されることを意味するものと思われた。さらに、みみず乾燥粉末中の血小板凝集抑制物質について追究した結果、血小板凝集抑制活性をもつ2つの分画が得られた。その物質の一つは既に血小板凝集作用をもつことが知られているアデノシンであったが、もう一方の分画は全く未知の物質であった。この未知物質につき種々の方法により物質の同定を行ない、分子量282、化学式C_<12>H_<19>O_4SNaであるフラン化合物と同定された。さらに、この物質は血管拡張作用をも有していた。以上の結果よりみみず乾燥粉末が血栓症治療剤として有用であることが明らかとなった。
核子(中性子および陽子)のスピン構造の研究

「スピン危機」を解明すべく私たちSMCグループは、一連の実験を遂行している。平成4年には重陽子、平成5年は陽子標的で実験を行い貴重なデータを発表した。本年(平成6年)は再び重陽子での測定を終え、現在解析が進んでいる。[平成5年の実験]核子内クォークのスピン情報を得るために、入射粒子スピンと標的核子スピンの向きが平行と反平行の場合の散乱を以下に記す装置と条件のもとで行った。偏極ミューオンビームはSPS加速器でつくられる。SMCはμ^+を使いその偏極度はμ^+→e^+ν_eν_μの崩壊で生ずる陽電子のエネルギースペクトルを測定して決定した。スピン偏極標的にはDynamic Nuclear Polarizationの方法を使う。試料はブタノールの水素原子を陽子標的とし、これを重水素で置換したものを重陽子標的とした。これらを1mmφ程の小球に凍らせ、5cmφ、長さ65cmのケースに詰めた。これを2本用意して20cm離して同じ冷却器内にセットし、マイクロ波で互いに逆向きに偏極させた。測定領域でxの小さい方へEMCの場合より1桁下げ、統計誤差も改善した。平成6年度もこの装置で再び重陽子を偏極させ、平成4年のデータに比してさらに統計精度のよいデータを収集した。これについては現在解析中である。偏極標的に関して平成4年の測定中に偏極度を上げる画期的方法を発見した。すなわち、重陽子化ブタノールは平均25%位の偏極度しか与えなかったが、照射マイクロ波に周波数変調をかけることにより偏極度を45%近くまで増加させることに成功した。陽子標的実験でもこの方法を使った。陽子はもともと80%程の偏極度を出しているためその効果は重陽子ほど顕著ではなかったが、数%の増加は得ることができた。スペクトロメーター系はEMCの装置を基礎に、幾多の改善をしたものを使った。[測定結果]表1に平成5年および平成6年の実験条件と結果を示す。平成5年の陽子標的実験はEMCの測定領域から領域を広げ、g_1(x)の積分への不定性を減らし、統計を上げて信頼性を高めることを目指すものであった。平成6年の重陽子データは平成4年のデータの精度をさらに上げることを目的とした。陽子について非対称度A^p_1(x)をプロットしたものが図1である。結果をEMCと比べるとxの測定範囲については1桁小さい領域までおよび、統計誤差も大きく改善されていることが解る。g_1(x)をx=1からx=0に向けて積分していった値をプロットしたものを図2に示す。グラフ中のEllis-Jaffe和則値との不一致が特徴である。これらのデータから引き出される結論は次のようにまとめられる。[測定結果の解釈][1]Ellis-Jaffeの和則の検定では、平成5年の実験値は理論値と2標準偏差以上の開きがあり、簡単なクォーク模型では実験を理解する事はできない。[2]実験から得られるクォークスピンの和(ΔΣ)は、陽子についてΔΣ=0.22±0.16を与えた。ストレンジクォークについてはΔ_S=-0.12±0.06を与えた。これらの値はEMCのそれに比べれば事態を少しだけよくしているように見受けられるがクォークスピンの寄与の少なさは変らない。[3]Bjorken和則は、(1)陽子に対する(EMC+SLAC)データとSMC重陽子で出した値、および(2)(SMC+EMC+SLAC)の陽子と(SMC重陽子+SLAC^3He)で出した中性子のデータで出した値の二つの場合について、それぞれ、0.20±0.064、0.204±0.029を与え、中性子のベータ崩壊から得た値0.191±0.002と極めて良い一致をみた。ベータ崩壊から得る理論計算を3次までのQCD近似を入れて計算すると、値は0.185±0.004となるが、誤差の範囲内で一致し、Bjorken和則には問題がない。

平成6年度もこの装置で再び重陽子を偏極させ、平成4年のデータに比してさらに統計精度のよいデータを収集した。これについては現在解析中である。偏極標的に関して平成4年の測定中に偏極度を上げる画期的方法を発見した。すなわち、重陽子化ブタノールは平均25%位の偏極度しか与えなかったが、照射マイクロ波に周波数変調をかけることにより偏極度を45%近くまで増加させることに成功した。陽子標的実験でもこの方法を使った。陽子はもともと80%程の偏極度を出しているためその効果は重陽子ほど顕著ではなかったが、数%の増加は得ることができた。スペクトロメーター系はEMCの装置を基礎に、幾多の改善をしたものを使った。[測定結果]表1に平成5年および平成6年の実験条件と結果を示す。平成5年の陽子標的実験はEMCの測定領域から領域を広げ、g_1(x)の積分への不定性を減らし、統計を上げて信頼性を高めることを目指すものであった。平成6年の重陽子データは平成4年のデータの精度をさらに上げることを目的とした。陽子について非対称度A^p_1(x)をプロットしたものが図1である。結果をEMCと比べるとxの測定範囲については1桁小さい領域までおよび、統計誤差も大きく改善されていることが解る。g_1(x)をx=1からx=0に向けて積分していった値をプロットしたものを図2に示す。グラフ中のEllis-Jaffe和則値との不一致が特徴である。これらのデータから引き出される結論は次のようにまとめられる。[測定結果の解釈][1]Ellis-Jaffeの和則の検定では、平成5年の実験値は理論値と2標準偏差以上の開きがあり、簡単なクォーク模型では実験を理解する事はできない。[2]実験から得られるクォークスピンの和(ΔΣ)は、陽子についてΔΣ=0.22±0.16を与えた。ストレンジクォークについてはΔ_S=-0.12±0.06を与えた。これらの値はEMCのそれに比べれば事態を少しだけよくしているように見受けられるがクォークスピンの寄与の少なさは変らない。[3]Bjorken和則は、(1)陽子に対する(EMC+SLAC)データとSMC重陽子で出した値、および(2)(SMC+EMC+SLAC)の陽子と(SMC重陽子+SLAC^3He)で出した中性子のデータで出した値の二つの場合について、それぞれ、0.20±0.064、0.204±0.029を与え、中性子のベータ崩壊から得た値0.191±0.002と極めて良い一致をみた。ベータ崩壊から得る理論計算を3次までのQCD近似を入れて計算すると、値は0.185±0.004となるが、誤差の範囲内で一致し、Bjorken和則には問題がない。平成5年度の研究計画としては、陽子のスピン依存構造関数の測定、を課題の第一にかかげ取り組んだ。私たちは、準備段階として、(1)新しく製作した大型クライオスタットを実験ホールにセットする、(2)新クライオスタットの冷却テスト、冷却能力の測定を行なう、(3)新クライオスタットによる偏極陽子の偏極度測定用計算機プログラムの作製、および(4)陽子標的を用いての偏極テストを行なった。これらを順次解決してビームでの衝突実験に入った。5月中旬から偏極ミューオンビームと偏極陽子との散乱実験に入り、10月の終わりまで偏極標的の運転と実験データ収集に専念した。
校種を超えた数学科と理科を総合する教材開発と教師教育の実証的研究

本研究の目的は,異校種の学習内容を見通しながら,体系的に両教科を総合する教材と学習指導案を提案して実践授業とその検証を行うこと,児童生徒が両教科で学んだことを活用して主体的に探究していく指導が行える教師教育を実証的に検証すること,である。研究期間内(平成31年度平成34年度)では,1教科書分析,教材開発と学習指導案の作成,2実践授業の実施とその検証,3教師の資質・能力の特定,4数学科と理科を総合する教師教育の提案,の4つの研究項目を実行する。特に,校種を超えた数学科と理科の教員がどのような資質・能力を獲得して学習指導することが有用なのか,実証的に明らかにすることが目的である。