hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウェーブレットによる時間周波数解析のブラインド信号源分離への応用

パーティ会場のようないろいろな音声や雑音が混じった環境でも,我々は特定の音源のみを識別することができる.この聴覚系の能力はカクテルパーティ効果とよばれている.カクテルパーティ効果をコンピュータで解かせる問題をブラインド信号源分離とよぶ.本研究では,この問題に対処するために,信号に対して時間と周波数の両方の情報にアクセスできるウェーブレット解析という手法を改善・発展させた.さらに,2次元信号である画像を扱えるように,ウェーブレット解析手法を発展させた.パーティ会場のようないろいろな音声や雑音が混じった環境でも,我々は特定の音源のみを識別することができる.この聴覚系の能力はカクテルパーティ効果とよばれている.カクテルパーティ効果をコンピュータで解かせる問題をブラインド信号源分離とよぶ.本研究では,この問題に対処するために,信号に対して時間と周波数の両方の情報にアクセスできるウェーブレット解析という手法を改善・発展させた.さらに,2次元信号である画像を扱えるように,ウェーブレット解析手法を発展させた.パーティ会場のようないろいろな音源が混じった環境でも,我々は会話ができる.つまり,特定の音源のみを識別することができる.この聴覚系の能力はカクテルパーティ効果と呼ばれ,心理学から工学にわたる広い分野で研究されている.工学的には,複数個の信号源から信号が出力されている状態で,異なる性質や設置位置を持つ複数個のセンサーで捉えた観測信号のみを使って,信号源の個数とそれぞれの信号源の出力を決定する逆問題(ブラインド信号源分離)に帰着できる.本研究課題は,ウェーブレット解析による時間周波数情報を使ってブラインド信号源分離を行うための基礎理論の構築とその工学への応用に関する研究である.今年度は,複数の信号源を取り囲む形にセンサーを配置して,時間遅れの入った数理モデルを考えた.その中で,センサーのインパルスレスポンスがデルタ関数になる一番簡単な時空間的混合問題を研究した.短時間フーリエ変換と違って,時間遅れ作用素と連続ウェーブレット変換は可換なので,時間遅れの入った数理モデルを簡単に時間周波数情報に書き換えられる.この性質を用いて観測信号の時間遅れの入った商の偏角と周波数のヒストグラムを描き,時間遅れ方向にアニメーションを作成することにより,信号源の個数と混合係数と時間遅れが推定できることを数値実験で確認した.この方法は,時間遅れがサンプリング間隔の整数倍でない場合も有効である.本研究では,解析ウェーブレット変換を用いたので,解析信号と連続ウェーブレット変換・短時間フーリエ変換の取り扱いについて理論的な考察を行った.1次元の音声信号を2次元の画像信号に拡張し,画像分離の空間的混合問題を考察した.この画像分離問題に対してもウェーブレット解析を用いた方法が有効であることを数値実験で確認した.一部の結果は,平成20年度に学会および雑誌で発表した.また,最新の結果は現在投稿中である.パーティ会場のようないろいろな音源が混じった環境でも,我々は会話ができる.つまり,特定の音源のみを識別することができる.この聴覚系の能力はカクテルパーティ効果と呼ばれ,心理学から工学にわたる広い分野で研究されている.工学的には,複数個の信号源から信号が出力されている状態で,異なる性質や設置位置を持つ複数個のセンサーで捉えた観測信号のみを使って,信号源の個数とそれぞれの信号源の出力を決定する逆問題(ブラインド信号源分離)に帰着できる.本研究課題は,ウェーブレット解析による時間周波数情報を使ってブラインド信号源分離を行うための基礎理論の構築とその工学への応用に関する研究である.平成21年度は,複数の信号源を取り囲む形にセンサーを配置して,時間遅れの入った数理モデルを考えた.その中で,センサーのインパルスレスポンスがデルタ関数になる一番簡単な時空間的混合問題を研究した.短時間フーリエ変換と違って,時間遅れ作用素と連続ウェーブレット変換はので,時間遅れの入った数理モデルを簡単に時間周波数情報に書き換えられる.この性質を用いて観測信号の時間遅れの入った商の偏角と周波数のヒストグラムを描き,時間遅れ方向にアニメーションを作成することにより,信号源の個数と混合係数と時簡遅れが推定できることを数値実験で確認した.この方法は,時間遅れがサンプリング間隔の整数倍でない場合も有効であり,ダウンサンプリングした観測信号からモデルパラメータの推定が可能であり,ノイズに強く計算の高速化も達成できた.1次元の音声信号を2次元の画像信号に拡張し,画像分離の空間的混合問題を考察した.この画像分離問題に対してもウェーブレット解析を用いた方法が有効であることを数値実験で確認した.一部の結果は,平成21年度に学会および雑誌で発表した.また,最新の結果は現在投稿中である.パーティ会場のようないろいろな音源が混じった環境でも,我々は会話ができる.つまり,特定の音源のみを識別することができる.この聴覚系の能力はカクテルパーティ効果と呼ばれ,心理学から工学にわたる広い分野で研究されている.工学的には,複数個の信号源から信号が出力されている状態で,異なる性質や設置位置を持つ複数個のセンサーで捉えた観測信号のみを使って,信号源の個数とそれぞれの信号源の出力を決定する逆問題(ブラインド信号源分離)に帰着できる本研究課題は,ウェーブレット解析による時間周波数情報を使ってブラインド信号源分離を行うための基礎理論の構築とその工学への応用に関する研究である平成22年度は,21年度に研究した,複数の信号源を取り囲む形にセンサーを配置した時間遅れの入った数理モデルで,センサーのインパルスレスポンスがデルタ関数になる一番簡単な時空間的混合問題についての研究発表を行い,論文にまとめた.この研究では,フーリエ空間で負の周波数を無視して再構成する解析信号と連続ウェーブレット変換の相性が良いことを発見し,解析ウェーブレット変換のいろいろな性質を求めたまた,

1次元の音声信号を2次元の画像信号に拡張し,画像分離の空間的混合問題を考察した.解析ウェーブレット変換の多次元拡張であるモノジェニックウェーブレット変換の利用を提案しその性質を求めた.画像分離に対しては,提案手法が余り良くなかったので,現在はより広いフーリエ乗算演算子の中から,画像分離に適した演算子を考案中であり,幾つかの提案を発表した平成22年度は,この課題の最終年度なので,学会発表に特に力を入れた
日本と北アメリカに分布するマメ科の系統および分類学的研究

北アメリカに産する日本と共通するマメ科植物(ヌスビトハギ属、ハギ属、フジ属、ソラマメ属)を探索・収集するために、9月28日10月20日に、アメリカ合衆国テキサス州東南部、ジョージア州南部およびフロリダ州北部で現地調査を行った。また、北アメリカ産ヌスビトハギ属およびハギ属の分類学的研究を行うため、12月2日12月22日にアメリカ合衆国のニューヨーク植物園とハーバード大学で標本調査を行った。押し葉標本および液浸標本は、東北大学、琉球大学および千葉県立中央博物館で分類学的および形態学的研究を行った。また、東北大学およびコ-ネル大学で葉緑体DNA上の複数の遺伝子の塩基配列を解析した。ハギ属の層内分類群を分ける重要な形質である閉鎖花の形態と変異をイヌハギを用いて調べた結果、花序形態と密接に関連して、形態の変異が起こることが明らかになった。この結果は、従来より近縁とされてきた北アメリカの種の閉鎖花の形態変異パターンと異なることが判明した。葉緑体DNA遺伝子rbcLの解析の結果、ハギ属はヌスビトハギ属と同じ単系統群に属し、インゲンマメ連やPsoraleae連の姉妹群であることが明らかになった。さらに、ヌスビトハギ連内では、葉緑体DNA遺伝子rp12イントロンの消失から、ヌスビトハギ亜連の金属とハギ亜連のハギ属、ヤハズソウ属、ハナハギ属とが単系統群であることを明らかにした。葉緑体DNA遺伝子trnLとtrnF間の非コード領域に着目して、ハギ属の大部分の種の塩基配列を解析した。その結果、ハギ属はアジアの種と北アメリカの種の各々からなる2つの単系統群からなることが明らかになった。したがって、ハギ属では種分化の初期にアジアから北アメリカに種の侵入があり、その後、両地域間では種の行来がなく、それぞれの地域で独立に種分化が起こったものと考えられる。また、同じ遺伝子領域を用いて、ユクノキ属、フジ属、ヤブマメ属についても両地域の種間で比較したところ、木本性のユクノキ属やフジ属の方が、草本性のハギ属やヤブマメ属に比べ、両地域間の遺伝的な相違が大きい傾向にあり、より早い時期に種分化が起こったものと考えられる。北アメリカに産する日本と共通するマメ科植物(サイカチ属、フジキ属、ホドイモ属、ヌスビトハギ属、ハギ属、ヤブマメ属、フジ属)を収集・解析するために、8月1日8月31日に、アメリカ合衆国東部および中部で現地調査を行った。さらに、12月10日12月17日に、ハーバード大学で標本の解析を行った。現地調査では、目的とする種の大部分の押し葉標本、液浸標本および葉緑体DNA解析用試料を得ることができた。現在、東北大学、ハーバード大学およびミズリ-植物園で押し葉標本を用いた分類学的研究を進めている。また、液浸標本を用いた花および果実の比較形態学・解剖学的研究、および葉緑体DNAのrbcL遺伝子とmatK遺伝子の塩基配列の比較による分子系統学的解析を東北大学で行っている。

比較形態学的研究により、ハギ属の日本に分布する種と北アメリカに分布する種とで花、果実および種子の形態に違いが見つかった。ハギ属の姉妹群と考えられる近縁属との比較から、北アメリカの種の形態がより進化していることがわかった。さらに、葉緑体DNAのrbcL遺伝子の解析データは、日本の種と北アメリカの種がそれぞれ単系統群であることを示し、形態進化は北アメリカの種の共通祖先がアジアの種から分化した際に起こったことが判明した。また、ヌスビトハギ属の花粉形態を解析した結果、北アメリカの種は日本を含むアジアの種とは、発芽口周辺の形態が異なっていることが明らかになった。花粉形態は北アメリカの種が単系統群である可能性を支持した。フジ属でも、日本の種と北アメリカの種とで果実および種子の形態に違いが見られ、ハギ属やヌスビトハギ属と同様に、日本と北アメリカ両地域間での形態の分化の程度が、同じ地域内よりも大きいことが明らかになった。北アメリカに産する日本と共通するマメ科植物(ホドイモ属、ヌスビトハギ属、ハギ属、ヤブマメ属、フジ属、ソラマメ属)を収集・解析するために、9月29日11月14日に、アメリカ合衆国東部および中部で現地調査を行った。現地調査では、目的とする種の押し葉標本および液浸標本を約2000点、葉緑体DNA解析用試料を約60点収集した。押し葉標本および液浸標本は、現在、東北大学、琉球大学および千葉県立中央博物館で分類学的および形態学的研究を進めている。また、東北大学では葉緑体DNA上の遺伝子trnLとtrnF間のnon-coding領域の塩基配列をハギ属について解析している。ホドイモ属は北アメリカには2種のみが分布しているが、このうちの1種は希産種であり、その実態が不明であった。本年度の調査によりこの種の試料が収集でき、2種の比較が可能となり、両種は根系の伸長および分枝様式が全く異なることが明らかになった。さらに、希産種の方は、アジア産種のより原始的と考えられる種と類似した根系をもつことが判明した。ソラマメ属および近縁属については花柱の形態に多様性が見つかり、他の形質と組み合わせて分岐分析を行い、系統関係を推定した。ハギ属と近縁属およびヌスビトハギ属では、花序に特有の腺毛が見つかり、その有無が種間の分類形質として有効であることが明らかになった。さらに、ハギ属における葉緑体DNAの塩基配列を解析した結果、ハギ属はアジアの種と北アメリカの種の各々からなる2つの単系統群からなることが分かってきた。この結果は、これまでのrbcL遺伝子のデータおよび形態学的データと一致した。北アメリカに産する日本と共通するマメ科植物(ヌスビトハギ属、ハギ属、フジ属、ソラマメ属)を探索・収集するために、9月28日10月20日に、アメリカ合衆国テキサス州東南部、ジョージア州南部およびフロリダ州北部で現地調査を行った。また、北アメリカ産ヌスビトハギ属およびハギ属の分類学的研究を行うため、12月2日12月22日にアメリカ合衆国のニューヨーク植物園とハーバード大学で標本調査を行った。押し葉標本および液浸標本は、東北大学、琉球大学および千葉県立中央博物館で分類学的および形態学的研究を行った。また、東北大学およびコ-ネル大学で葉緑体DNA上の複数の遺伝子の塩基配列を解析した。ハギ属の属内分類群を分ける重要な形質である閉鎖花の形態と変異をイヌハギを用いて調べた結果、花序形態と密接に関連して、形態の異変が起こることが明らかになった。この結果は、従来より近縁とされてきた北アメリカの種の閉鎖花の形態異変パターンと異なることが判明した。葉緑体DNA遺伝子rbcLの解析の結果、ハギ属はヌスビトハギ属と同じ単系統群に属し、インゲンマメ連やPoraleae連の姉妹群であることが明らかになった。
複式学級のよさを生かす授業づくりに関する研究

複式学級における授業の進め方について,同単元同内容から異単元異内容へ移行しつつある。これは,転校した場合の問題や学年の系統性重視の考え方がその背景になっている。異単元異内容になると間接指導(教師が児童から離れる時間)が必然的に生まれる。複式学級の学習指導の困難さや不安,大変さの原因ともなっている。そこで,他の附属校を含め,従来のずらしとわたりによる授業から子どもたちがリーダーとなって自ら進める指導の研究も盛んに行われている。授業づくりを進めるにあたって,複式学級の特性をどう教師が受け止めるか,その考え方が重要になる。複式学級での特性は,少人数であること・異学年で構成されていることの2つであるが,これらをデメリットとしてとらえるのではなく,メリットとしてとらえたい。その中でも,一教室に異学年がいることを活用し,交流を図ることは,「複式だからできる」「複式にしかできない」学習指導として意義が深いと考える。これまでに,国語科においては,異学年交流の場を仕組んだ文学的文章の指導のあり方を研究してきた。同じ主題の文学作品を学年別に読んで交流を図る実践や一つの作品を学年別に異なる視点から読んで交流を図る実践がそれにあたる。今回の研究では,作者の思想が色濃く表れている「宮澤賢治」の作品を題材に,作者の思想や生き方・他の作品と関連づけながらの読みの実践を行った。そうすることで,同一作者の作品をそれぞれの学年で学習する,作者の思想や生き方と関連づけた読みの比較が可能となり,異学年交流の場に必然性をもたせることができた。これからの複式学級の授業研究において,異学年の交流を充実した方途を探ることは,重要な視点になるであろう。
高次構造を制御した新規繊維状炭素を用いる固体高分子形燃料電池用触媒に関する研究

本年度の研究では,マリモカーボンを用いた固体高分子形燃料電池用触媒の高性能化に主眼をおいた。マリモカーボンを構造という観点からその物性を詳細に評価したところ,従来広く使われてきたカーボンブラックには多く含まれているメソポア,マイクロポアといった構造が見られなかった。より詳しく見ると,カーボンブラックには直径100nm程度の微小な細孔が大量に含まれていたのに対し,マリモカーボンには80nm程度の隙間がわずかに含まれているのみであったことが分かった。これは,マリモカーボンに存在する空間が繊維の間の隙間のみしか存在していないためであり,液体の水が浸入あるいは脱出できなくなるだけの小さな細孔が含まれていないことを示している。そのため,単位重量辺りの比表面積がマリモカーボンは小さいにも関わらず,これを触媒として用いた燃料電池の性能は向上する,ということが明らかとなった。また,触媒金属となる白金の担持方法についても検討し,マリモカーボンに対して最も適したPtの担持条件を見出した。その結果,液体の水の中という最も簡便かつ均一化の容易な環境下において,触媒金属源となる塩化白金酸と還元剤となる水素化ホウ素ナトリウムの組み合わせのみでカーボン上に担持する金属粒子のサイズ,分布のコントロールがある程度可能となった。本研究では,金属粒子のサイズが2-4nm程度,かつカーボン上へ最も均一に分布する条件で最も高い発電性能を示した。先の構造的物性と合わせて考えると,マリモカーボンの使用によって担持されている白金粒子はほぼ無駄なく発電に寄与しており,性能の向上と貴金属使用料の削減を同時に期待できる触媒が作製可能であることが分かった。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,本研究の特徴であるマリモカーボンを用いた固体高分子形燃料電池用触媒の高い劣化耐久性について実証実験を行った。マリモカーボンはカーボンナノチューブの一種であるカーボンナノフィラメントから成る球状の集合体である。カーボンナノフィラメントの構造上,マリモカーボンに関しても高い劣化耐久性が期待できた。実験にあたっては,本研究室で改良した金属ナノコロイド溶液法を用いてマリモカーボン上へPtの微粒子を担持し使用した。触媒に1.0-1.5Vの間で三角波電位を印加し,その電気化学的に活性な表面積を評価した。その結果,一般的なカーボン触媒ではカーボンの酸化によってその構造が壊れ,表面からのPt触媒の脱離,電気抵抗の増大が見られたのに対して,マリモカーボンを用いた触媒では,その酸化による影響がほぼ見られなかった。また,触媒の性能が初期値の50%となるまでの期間,半減期を求めたところ,マリモカーボンは一般的な触媒に対して約60倍長いことが分かった。これらの結果より,マリモカーボンの高い劣化耐久性が実証できた。本年度の研究ではまず,マリモカーボンを使用した触媒の耐久性と劣化前後での活性について調査した。-0.1から0.2 Vの範囲でみられる拡散限界電流,約0.4 Vでの半波電位,0.5 V周辺の立ち上がり電位など,いずれの要素もPt/CよりもPt/MCの方が劣化試験による性能の低下が少ないことを示している。これは,マリモカーボンが酸化によって劣化しにくいグラファイトから構成されるためである。また触媒上での過酸化水素発生率から求めた白金触媒の触媒活性は変化していないにも関わらず触媒能の低下が見られたことから,劣化試験による触媒の性能低下はカーボンに由来しており,酸化が大きな原因になっていると考えられる。Pt/MC触媒を用いた燃料電池の発電性能から,Pt/C触媒を用いる場合よりも活性化過電圧がわずかに増加している傾向が見られた。実際に算出したところ,Pt/MCは質量活性が41.9 Ag-1,面積比活性が58.8 μA cm2であったのに対し,Pt/Cでは質量活性が82.2 Ag-1,面積比活性が75.3 μA cm2と,1.5-2倍近くの差が見られた。マリモカーボンとPtの結合力の低下,マリモカーボン繊維の電気抵抗などが原因として考えられたが,実際の燃料電池にPt/MCを使い,劣化加速試験を行うことで原因が明らかとなった。実際の燃料電池を使って劣化加速試験を行った際,Pt/Cは試験回数により性能が下がっているのに対し,Pt/MCでは逆に増加していた。細かな原因は未だ不明だが,Pt/MCはある程度以上の強い負荷をかけることによってエイジングされ,性能が向上するということが分かった。実際にPt/MCを使った電池は,劣化試験後の方が高い性能を示し,マリモカーボンの使用によって長寿命化のみならず,さらなる性能向上につながる可能性が見いだされた。燃料電池用触媒の耐久性評価において,研究に使用している触媒の生産性の低さ,試験に要する時間の長さなどの理由により,当初予定していた耐久性と活性の評価のうち,活性の評価に関する部分に若干の遅れがあるものの,基本的なデータの測定には成功しており大きな問題もなく研究は遂行できているものと考えている。

これは,マリモカーボンに存在する空間が繊維の間の隙間のみしか存在していないためであり,液体の水が浸入あるいは脱出できなくなるだけの小さな細孔が含まれていないことを示している。そのため,単位重量辺りの比表面積がマリモカーボンは小さいにも関わらず,これを触媒として用いた燃料電池の性能は向上する,ということが明らかとなった。また,触媒金属となる白金の担持方法についても検討し,マリモカーボンに対して最も適したPtの担持条件を見出した。その結果,液体の水の中という最も簡便かつ均一化の容易な環境下において,触媒金属源となる塩化白金酸と還元剤となる水素化ホウ素ナトリウムの組み合わせのみでカーボン上に担持する金属粒子のサイズ,分布のコントロールがある程度可能となった。本研究では,金属粒子のサイズが2-4nm程度,かつカーボン上へ最も均一に分布する条件で最も高い発電性能を示した。先の構造的物性と合わせて考えると,マリモカーボンの使用によって担持されている白金粒子はほぼ無駄なく発電に寄与しており,性能の向上と貴金属使用料の削減を同時に期待できる触媒が作製可能であることが分かった。研究を進める中で都合が良いと判断したため一部計画と前後した部分もあるが,本研究はおおむね当初の予定通り順調に進展している。来年度の主な研究内容は触媒層構造,マリモカーボンの形態などによる触媒活性への影響評価と,実セル実発電条件化における性能評価についての実験となり,これらの結果を踏まえた上でより高性能な燃料電池用触媒の開発を試みたいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の課題は,マリモカーボンを使用することによる現行の燃料電池用触媒の耐久性,活性を共に向上させることにある。そこで,マリモカーボンを使用した燃料電池の基礎的な発電性能のデータを収集し,それをマリモカーボンを使った燃料電池の構造へフィードバックして,金属の担持,発電に適した構造の燃料電池を検討する。具体的には,アノード・カソードそれぞれへ添加するマリモカーボンの量,供給する水素及び空気ガスの流量,圧力,加湿度,マリモカーボンを使った電極の構造などを変えることにより,発電に際して最も適していると考えられる組み合わせ,条件を求めていく。また合成したマリモカーボンの耐久性については,昨年度の研究により高い効果を示すことが確認されている。本年度は,この結果についてより詳細な評価を行い,劣化耐久性の高い材料であることを実証していく。同時に,活性に関する研究を行う予定である。マリモカーボンを使った触媒は,その独特な構造から発電性能の向上を見込む事ができる材料であるが,反応そのものの活性を高めているわけではなく,理論値以上の性能に到達するのは難しいと考えられる。より高性能な触媒を開発するためには,この理論値の壁を超える必要がある。
細胞膜機能とCa^<2+>代謝機構の異常からみた高血圧の病態生理に関する研究

次に、細胞膜の物理的性質の検討として電子スピン共鳴ならびにスピンラベル法を用いて本態性高血圧患者の赤血球膜流動性を測定した。電子スピン共鳴によって観察した赤血球膜流動性は本態性高血圧群で正常血圧群に比し有意に低下していた。また、その変化はCa^<2+>負荷やNa^+,K^+-ATPase inhibitorであるouabain存在下で増強することより、Ca^<2+>ならびにNa^+代謝異常が膜機能調節に重要な役割を果たすものと考えられた。一方、高血圧群では血漿インスリン濃度は正常血圧群に比し高値を示したが、インスリン濃度の高いものほど赤血球膜流動性は低下していた。さらに、in vitroにおいてインスリンは濃度依存性に赤血球膜流動性を減少させ、その効果はCa^<2+>存在下で増強し、逆にCa^<2+>channel blockerdiltiazemによって拮抗された。また、インスリンに対する反応性は高血圧群で低下していた。Glucose単独では膜流動性に影響を及ぼさなかった。これらの成績より、高インスリン血症を伴った高血圧の細胞膜機能調節にインスリンが関与し、その作用の一部は細胞内Ca^<2+>動態の変化に関連したものである可能性が示唆された。以上より、Ca^<2+>に対する感受性や内因性因子によるCa^<2+>動態の変化が神経活性や膜機能の異常を引き起こし、高血圧の成因や維持機構に一部関与する可能性が示唆された。神経伝達物質遊離には細胞内へのCa^<2+>流入が必須であるが、Ca^<2+>は細胞内情報伝達系としてprotein kinase C(PKC)を活性化してその生理作用を発現すると考えられている。本研究ではまず、Ca^<2+>を介する情報伝達系と神経活性との関連、さらにそれらの高血圧における意義について検討するため、中枢内acetylcholine (ACh)ならびにnorepinephrine (NE) releaseに及ぼすPKCのspecific inhibitorであるH-7の影響を観察した。PKC inhibitor H-7は濃度依存性に線条体内ACh releaseを抑制した。H-7は高血圧自然発症ラット(SHR)においてもACh releaseを抑制したが、その作用は対照Wistar-Kyotoラット(WKY)に比し有意に大であった。一方、延髄内NE releaseもH-7存在下で減少したが、その抑制程度はSHRでWKYラットに比べ有意に強かった。以上の成績より、PKCは中枢内AChならびにNE release調節に重要な役割を果たすものと考えられる。中枢内神経活性調節におけるPKCの意義については尚不明な点が多いが、SHRでH-7の作用が大であることは高血圧でのCa^<2+>-PKC系の亢進を示唆するものと考えられる。次に、細胞膜の物理的性質の検討として電子スピン共鳴ならびにスピンラベル法を用いて本態性高血圧から得られた赤血球の細胞膜fluidityを測定した。赤血球膜fluidityは高血圧群で正常血圧群に比し有意に低下していた。最近、insulin抵抗性が高血圧の成因に関与すると提唱されているが、本研究においても血漿insulin濃度は高血圧群で高値を示した。さらに、血漿insulin濃度が高いほど膜fluidityは低下しており、高insulin血症が高血圧の膜fluidity低下に一部寄与するものと考えられた。また、in vitroの成績でinsulinはCa^<2+>存在下で細胞膜fluidityを強く減少させることから、insulinによる細胞膜機能調節はCa^<2+>動態に関連したものである可能性が示唆された。この様に、Ca^<2+>に対する感受性や内因性因子によるCa^<2+>動態の変化が神経活性や膜機能の変動を引き起こし、高血圧の成因、維持機構に一部関与するものと考えられる。近年、高血圧の成因を細胞膜や細胞レベルでの変化からとらえようとする考え方が提唱され、細胞内電解質代謝異常を中心に検討が加えられてきた。

我々も既に細胞膜機能が高血圧群で変化していることを示してきた。そこで本研究ではヒト本態性高血圧患者の赤血球膜を用いて電子スピン共鳴ならびにスピンラベル法により細胞膜流動性を測定し、その調節因子について検討した。電子スピン共鳴によって観察した赤血球膜流動性は本態性高血圧群で正常血圧群に比し有意に低下していた。また、その変化はCa^<2+>負荷やNa^+,K^+-ATPase inhibitorであるouabain存在下で増強することにより、Ca^<2+>ならびにNa^+代謝異常が膜機能調節に重要な役割を果たすものと考えられた。一方、高血圧群では血漿インスリン濃度は正常血圧群に比し高値を示したが、インスリン濃度の高いものほど赤血球膜流動性は低下していた。さらに、in vitroにおいてインスリンは濃度依存性に赤血球膜流動性を減少させ、その効果はCa^<2+>存在下で増強し、逆にCa^<2+>channel blockerdiltiazemによって拮抗された。また、インスリンに対する反応性は高血圧群で低下していた。Glucose単独では膜流動性に影響を及ぼさなかった。これらの成績より、高インスリン血症を伴った高血圧の細胞膜機能調節にインスリンが関与し、その作用の一部は細胞内Ca^<2+>動態の変化に関連したものである可能性が示唆された。
多点固定化による金属錯体の構造制御と触媒機能

高活性な不均一系遷移金属錯体触媒の開発を目的とし、シリカ三脚担持型トリアリールホスフィン(Silica-3p-TPP)を設計・合成した。ホスフィン分子はシリカゲル上への三点固定により運動性が抑制され、固体表面の立体障害を受けることなく、金属-リン1:1錯体の選択的形成が可能である。Silica-3p-TPP配位子は、遷移金属触媒による種々の不活性結合変換反応において、対応する均一系配位子よりも高い活性を示す。本研究の目的は、多点固定化法によって担体上に配位子の構造と位置を厳密に規定し、固体表面近傍に高活性な配位不飽和金属錯体種を選択的に生成させ、触媒反応へ応用することである。本年度はまず、新規多点固定化配位子の分子設計を行い、坦持部位となるアルコキシシリル基を有するトリアリールおよびトリアルキルボスフィンの合成を行った。これをシランカップリング法を用いてシリカゲル表面に連結した。固体NMR解析よりリン配位子とシリカゲル間で複数のシロキサン構造の形成を確認し、期待した多点固定化配位子が得られたことが明らかとなった。これら固定化配位子とシクロオクタジエンロジウムクロリドダイマーとの錯形成反応を行ったところ、金属とリンが1:1で反応した化学種のみが選択的に得られることが分かり、触媒反応において高活性な配位不飽和錯体種の効率的な生成が期待できる。配位子の性能評価として、パラジウム触媒を用いた鈴木-宮浦クロスカップリング反応に適用したところ、多点固定化坦持触媒は類似の構造を有する均一系触媒よりも高い活性を与えることが分かった。さらに反応性が乏しく利用が困難な塩化アリールを基質に用いても、効率良く反応が進行した。ロジウム触媒によるケトンのヒドロシリル化反応では、多点固定化配位子を用いた場合に著しい反応加速効果が認められた。これら一連の結果は配位子を多点固相坦持することで、金属への過剰配位を抑制し、運動性と配向性が規定された高活性な配位不飽和錯体種が効率良く生成したためと考えられる。本方法論の原理および実用性の確立は、学術面のみならず固体触媒が多用される産業面の観点からも意義深いものであり、更なる一般性の拡張が期待される。不均一系触媒は分離や再利用等の面から環境負荷の少ない手法であるが、固体表面の立体障害により、対応する均一系触媒よりも活性が低下することが問題である。本研究では、固体表面を反応場とした高活性な配位不飽和金属錯体種の選択的形成と触媒反応への応用を目的とし、配位子の運動性と方向性を厳密に規定する多点固定化法を考案し、研究に着手した。実施者はまず、単純なPPh3骨格を有するシリカ三脚担持型トリアリールホスフィンを開発し、13C, 29Si, 31P固体NMR測定を用いて詳細な構造解析を行った。その結果、本リン配位子は期待通りに、シリカゲルに対する三脚固定化様式をとることを確認した。遷移金属への錯化挙動に関して調査したところ、シリカ三脚担持型ホスフィンは選択的な金属ーリン1:1錯形成能を有しているのに対し、従来の一点固定化ホスフィンでは金属への過剰配位によるビスホスフィン錯体の生成が確認された。シリカ三脚担持型トリアリールホスフィンをパラジウム触媒による塩化アリール類の鈴木ー宮浦クロスカップリング反応や、イリジウム触媒による脂肪族C(sp3)-H結合の直接ホウ素化反応に適用したところ、いずれも高い触媒活性を示すことを見出した。一方、対応する均一系配位子や既存の一点固定化ホスフィンでは活性は大きく低下した。以上の結果から、多点固定化による配位子の厳密な構造規定により、均一系触媒を凌駕する高活性な不均一系触媒の構築に成功した。本方法論は学術面のみならず、不均一系触媒が多用される産業面の観点からも意義深いものであり、更なる発展が期待される。現在までに、リン原子を金属配位部位とする新規多点固定化配位子の合成とシリカゲル表面への坦持に成功している。固体核磁気共鳴(NMR)測定から複数のシラノール結合を介した坦持を確認し、配向性と運動性を規定した固定化リン配位子を得ることができた。配位子の性能評価について、パラジム触媒による鈴木一宮浦クロスカップリングやロジウム触媒によるケトンのヒドロシリル化反応に適用したところ、対応する均一系触媒よりも高い触媒活性を示すことが明らかとなった。これは固相坦持により高活性な金属/リン=1:1錯体が選択的に形成されたことに起因する結果であり、当初の研究目的を達成したといえる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は得られた新規多点固定化配位子がより効果的に機能する触媒系を探索するとともに、多点坦持による金属錯体の配向性制御と触媒活性との関連性の解明を進める。

そのために多様な形式の多点固定化配位子の合成と、反応評価系の確立を行う。固体NMR測定やX線吸収微細構造(XAFS)測定を駆使して、触媒活性種の観測や発現メカニズムに関する情報を得る。これら知見をもとに、配位子の修飾や分子設計の改良を行い、高活性・高選択性を実現する多点固定型坦持触媒へと展開する。また、担体であるシリカゲルを種々検討することで、固体表面環境の触媒活性への影響を調査する。さらに反応後の触媒の分離・回収・再利用を行い、多点固定化配位子による触媒の長寿命化・安定化効果の有無を検討する予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
日本中世における「水辺推移帯」の支配と生業をめぐる環境史的研究

陸域と水域とが、常に、あるいは周期的に推移する「水辺」を対象として、主体である自然と主体である人間とがどのように互いに影響を与えながら変化したのかについて検討した結果、テーマ1「陸域と水域とが推移することを前提とした支配システムの解明」については、土地調査により河川と認定され、税が免除される「河成」史料を検出した「播磨国矢野庄河成データベース」を作成してweb上で公開した。また、テーマ2「陸域と水域とが推移するという環境そのものを利用した生業のあり方と村落との関わり」については、「水辺」の村落の生業が稠密化することを論証した『日本中世の環境と村落』(思文閣出版)を公表した。1、「陸域と水域とが推移することを前提とした支配システムの解明」については、東寺領播磨国矢野庄における「河成」関係史料のデータ・ベース構築を進め、内検による「河成之帳」の作成、「折中之儀」による認定など、「河成」認定の具体的な様相が明らかになるとともに、「河成」の空間的な広がり、時間的な広がりの様相が次第に明らかになってきた。2、「推移するという環境そのものを利用した生業のあり方と村落との関わり」については、近江国蒲生郡奥島の「水辺移行帯」を対象として研究を進め、13世紀前後に、自然を克服して面的に利用を拡大しようとする方向性ではなく、自然のあり方、「自然そのものの「論理」」を前提として、それをより巧妙に利用していこうという方向性の動向が見られることを明らかにし、これを「資源のより稠密な利用」と定義した。そして、その主体についても検討し、下司、ムラ、個別経営それぞれが「資源のより稠密な利用」に向けてせめぎ合っている中で、惣庄(荘郷)だけがそれを抑制しようとする方向性を示していたことを確認した。そこで、その理由について、「小規模で素朴な漁撈」の個別の漁業権を自己否定するような微細な利害の調整は、荘郷のような大きな村落では不向きで、自然と密着した身近な小さな村落であるが故にできたのではないかと結論づけることができた。なお、この点については、学位論文『日本中世の環境と村落』として取りまとめ、京都大学に提出した。1、「陸域と水域とが推移することを前提とした支配システムの解明」については、播磨国矢野庄における「河成」関係史料のデータ・ベース構築をすすめ、ほぼ完成することができた。そして、そのデータ・ベースにより、「河成」がいつ認定されているか、どの地域で認定されているか、特定の年にはどの地域で「河成」が認定されているか、特定の地域ではどの程度の頻度で「河成」が認定されているかなどについて分析し、環境史研究会で報告した。2、「陸域と水域とが推移するという環境そのものを利用した生業のあり方と村落の関わり」については、近江国蒲生郡奥嶋の「水辺移行帯」を対象として研究を進めた。その結果、13世紀前後に、自然を克服して面的に利用を拡大していこうとする方向性ではなく、自然のあり方、「自然そのものの「論理」」を前提として、それをより巧妙に利用していこうという方向性の動向がみられることを明らかにし、これを「資源のより稠密な利用」と定義した。そして、その主体について検討し、下司、ムラ、個別経営それぞれが「資源のより稠密な利用」に向けてせめぎあっているなかで、惣庄(荘郷)だけがそれを抑制しようとする方向性を示していたことを確認した。その上で、その理由について、「小規模で素朴な漁撈」の個別の漁業権を自己否定するような微細な利害の調整は、荘郷のような大きな村落では不向きで、自然と密着した身近な小さな村落であるムラであるが故にできたのではないかと結論付けた。なお、この点については鎌倉遺文研究会で報告した。3、本研究は、環境史という新しい研究潮流に位置づけたいと考えるが、その環境史の研究動向について整理し、裁許状研究会で特別に報告させていただいた。当該年度は、支配については「河成」史料のデータ・ベース作成作業、生業についてはフナ属の消費動向から漁撈実態を照射する作業を行った。その結果、消費研究を基盤とする環境史研究への二つの手掛かりが得られた。1、十五世紀における堅田漁撈の実態を追究し、旧暦三月から四月にかけての他浦地先水面での夜間密漁という凝縮的な資源利用のあり方こそがこの段階の歴史的特質であると措定した。次に、その主な対象魚種と漁期を検討し、十三世紀頃に名産化した「堅田の鮒」こそ漁獲対象であったと考えるのが最も妥当であり、産卵のため湖辺に接近する四月から六月のフナ属がターゲットであったと推定した。

最後に、山科家の日記類を素材として首都京都の貴族社会におけるフナ属消費の実態解明を試み、繁殖直前である産卵期に消費のピーク、つまりは旬があることを明らかにした。2、下鴨神社の年中行事書等の分析から旧暦四月の賀茂祭と旧暦十一月の相嘗会という消費の二つの核が存在していたとの見通しを示した。しかし、神饌に用いられている生鮮魚介類の成魚の一年の生態と神饌との関わりはいま一つ不明確であるため、参考として山科家の日記類に登場するフナの記事よりその消費暦の概要を把握した。その結果、十五世紀の山科家ではグレゴリオ暦で「四月から六月」という贈答と貢納のピークと、「十二月から二月」という貢納のピークがあったことが明らかとなった。これを琵琶湖のフナ属三種の成魚の一年の生態と対比させてみると、「四月から六月」は産卵期に重なり、湖辺に寄りついた各種を比較的容易に捕獲しやすい時期にあったのに対し、「十二月から二月」は越冬の時期であり、沖合や湖岸の深みで過ごすフナ属を比較的まとまって捕獲することは難しい時期であった。この「十二月から二月」までの消費はあくまでも貢納のピークであり、漁撈が消費者の都合に応じる目的で展開していた可能性が指摘できた。1、「陸域と水域とが推移することを前提とした支配システムの解明」については、検注によって河川と認定され、税が免除される「河成」に注目し、「播磨国矢野庄河成データベース」を作成してweb上で公開した。これにより、いつ、どの地域で河成が認定されていたのかなどについて基礎的な情報を得ることができるようになった。現在、その分析を進めており、2015年6月28日の歴史地理学会シンポジウム「地域資源の歴史地理」で報告する予定である。2、「陸域と水域とが推移するという環境そのものを利用した生業のあり方と村落との関わり」については、近江国蒲生郡奥嶋周辺の「水辺」を対象とした論考を核とする『日本中世の環境と村落』(思文閣出版)を公表した。これは、生業論と消費論とを核にした環境史を構想したもので、「生業の稠密化」論を提起した。「生業の稠密化」論とは、なぜ現在の大字(おおあざ)単位の集落、自治会が自然環境と向き合う中心的な主体となったのかについて、環境史的視点から新たな説を述べたもので、13世紀前後から、与えられた自然環境のなかでより効率よく生産を上げようとする運動が起こり(生業の稠密化)、そのために必要な微細な利害の調整のために、小さなムラ(現在の大字に継承される村落)がより適合的な社会組織として地域社会の主導権を握るのではないかと考えたものである。また、当時首都であった京都の琵琶湖産魚類の消費動向が変化し、それが琵琶湖の漁撈の変化とも連動していたとも考えた。そして、戦後歴史学は、「「近代」になるという「大きな物語」」を描いてきたが、これに対置する「主体である自然と、自然の一部でありながら主体である人間とが、互いに影響しあいながら変化していく」物語を描く必要があると主張した。なお、この成果の公表にあたっては、日本学術振興会の平成26年度科学研究費補助金(研究成果公開促進費)を得た。歴史学(日本中世史)1、「陸域と水域とが推移することを前提とした支配システムの解明」については、東寺領播磨国矢野庄における「河成」関係史料のデータ・ベース構築が順調に進み、「河成」認定の具体的な様相が次第に明らかになってきていることから、計画は順調に進展していると判断した。2、「推移するという環境そのものを利用した生業のあり方と村落との関わり」については、生業複合論を背景とした、集約化論でも集村化論でもない独自の議論である資源利用の稠密化論をまとめ、学位論文を提出し、学位を取得することができた。したがって、計画は順調に進展していると判断した。
ミクログリアにおけるプリオン蛋白質の機能とプリオン感染病態に関する研究

プリオン感染マウス脳の免疫組織化学染色でPrPScの蓄積が強く認められたアストロサイトではiNOS発現が上昇しており、ミクログリアではNOX2の発現の上昇が認められた。脳において酸化ストレス障害マーカーの8-OHdGやニトロ化チロシン修飾蛋白質の増加も観察された。PrP遺伝子欠損マクロファージを用いた解析では、貪食能がPrP再発現マクロファージに比べて低下しており、貪食能とPrP発現との相関は、初代培養細胞を用いた解析でも確認された。以上のことから、プリオンの感染病態において、酸化ストレス制御の観点から、ミクログリア/マクロファージにおけるPrP発現は重要な役割を果たしているものと考えられた。プリオン蛋白質(PrP)遺伝子欠損マウスや野生型マウスの腹腔内細胞をSV40largeT抗原遺伝子を用いて不死化し、細胞株を作製した。これらの細胞株はF4/80やMOMA-2などのマクロファージマーカーを発現していた。そして、このPrP遺伝子欠損マクロファージ細胞株と野生型細胞株に対して血清除去を行い、アポトーシスの比較を行った。アポトーシスの検出はDNAラダーの検出により解析した。その結果、PrP遺伝子を欠損する細胞は野生型細胞に比べて、血清除去によりアポトーシスを起こした細胞の割合が多かった。さらに、PrP遺伝子欠損細胞は野生型よりも突起が短く、貪食能が低かった。これらのことから、PrPがマクロファージ機能に関与している可能性が考えられたため、来年度以降も継続して詳細な解析を行う予定である。プリオン蛋白質(PrP)遺伝子欠損マウスや野生型マウスの腹腔内細胞をSV40largeT抗原遺伝子を用いて不死化し、得られたマクロファージ細胞株を用いた解析で、PrP遺伝子欠損細胞株は野生型細胞株よりも血清除去感受性の上昇や貪食率の低下を示した。そこで、PrPがこれらの機能変化に関係するのかについて解析するため、PrP遺伝子欠損マクロファージ細胞株へPrP遺伝子を再導入した細胞を作製した。さらに、PrP遺伝子欠損マクロファージ細胞株の他にすでに作製しているPrP遺伝子欠損細胞株である、PrP遺伝子欠損アストログリア細胞株(GpL1)やPrP遺伝子欠損神経細胞株(NpL2)を用い、アストログリアと神経細胞の相互作用にPrPが関与しているかを共培養により解析した。その結果、フィーダーとしてPrP遺伝子欠損アストログリア細胞(GpL1)を用いた場合に比べて、PrP遺伝子を再導入したアストログリア細胞(GpL1-PrP)をフィーダーに用いた場合のほうが、NpL2とPrP遺伝子を再導入した神経細胞(NpL2-PrP)のいずれにおいても血清除去下における生存率が高かった。これらのことから、アストログリアと神経細胞の相互作用にPrPが関与していることが示唆された。プリオン病は、ウイルスや細菌の感染が原因で起こる脳炎とは異なり、感染時にも炎症はあまり起きないことが特徴の一つとして挙げられてきた。しかし、最近の研究では、感染動物には脳内マクロファージ様細胞であるミクログリアの活性化に伴う炎症が起きていることが明らかになりつつある。また、このミクログリア活性化は病気の進行に伴う付随的変化なのか、それとも発症機構として重要なのかは明らかになっていない。そこで、本研究では、プリオン病発症におけるミクログリア/マクロファージの役割に関して解析を行った。プリオン感染マウス脳の免疫組織化学染色を行ったところ、プリオン病の感染病態である空胞変性および異常型プリオン蛋白質(PrPSc)の蓄積が確認された。として、PrPScの蓄積が強く認められたアストロサイトではiNOS発現が上昇しており、一方、ミクログリアではNOX2の発現の上昇が認められた。また、脳において酸化ストレス障害マーカーの8-OHdGやニトロ化チロシン修飾蛋白質の増加も観察された。さらに、プリオン蛋白質(PrP)遺伝子欠損マクロファージを用いた解析では、貪食能がPrP再発現マクロファージに比べて低下しており、これらの貪食能とPrP発現との関係は、初代培養細胞を用いた解析でも確認された。作製したPrP遺伝子欠損細胞株の性状解析が順調に進んでいる。ウイルス学当初の計画通り、PrP遺伝子欠損細胞株のプリオン感受性などの性状解析を行う。細胞株の性状解析が順調にいき、当初予定よりも研究がスムーズに進んだため。当初の計画通り、PrP遺伝子欠損細胞株のプリオン感受性などの解析を行う。

細胞株を用いた詳細な性状解析(特にプリオン感受性試験)に使用する。細胞株の作製が順調にいき、当初予定よりも研究がスムーズに進んだため。細胞株を用いた詳細な性状解析に使用する。
ラット中枢神経での伝達物質放出抑制に関わる細胞内情報伝達機構のクロストーク

多種類の抑制性伝達物質によるKチャネルの活性化とCaチャネルの抑制が、シナプス前部での伝達物質放出の抑制をひきおこす。我々はこれまでに、ラット新生児脳より単離した青斑核(LC)神経細胞でμオピオイドアゴニスト、ソマトスタチンおよびαアゴニストが、それぞれの受容体およびG-タンパク質を介して同一のKチャネルを支配していることを単一Kチャネルの解析より示した。本研究では、これらの伝達物質が同標本において電位依存性Caチャネルを抑制しているかどうかを検討した。送離直後のLC神経細胞にパッチクランプ・ホールセル法を適用し、最大数nAの主として高閾値(HVA)型Caチャネル(Ba)電流を測定した。このHVA型Caチャネル電流は、35秒の長い脱分極刺激(10mV)によってほぼ0にまで不活性化し、この不活性化過程は3つの異なった時定数を持つ指数関数の和でよく記述できた。ソマトスタチンおよびμオピオイドアゴニストのDAGOは、もっとも速い時定数(150-200mS)で不活性化するHVA型の電流成分をほぼ選択的に抑制した。また、細胞内より適用したGDP-βSがこれらの抑制を解除し、N型Caチャネルのアンタゴニストであるωコノトキシン存在化(1μM)では両伝達物質によるCaチャネルの抑制は観測されなかった。以上の結果は、これらの抑制性伝達物質がGタンパク質を介してKチャネルと共にN型Caチャネルを調節していることを示している。これらの現象の細胞内情報伝達過程に関与するGタンパク質のサブクラスの同定や、セカンドメッセンジャーの関与の有無などが今後の課題である。
超高強度レーザー励起マルチフレーム点エックスによる高速ランダム過渡現象の理解

超高強度短パルスレーザーと高エネルギー密度電子制御プラズマデバイスにより、シングルショットでも時間分解可能なプローブ光源として高輝度keV-X線源を開発した。電子ガイドされたX線源を利用し、レーザーで誘起した高密度物質中の過渡現象の観測を試み、高いS/Nで従来に比べより高い空間分解で過渡現象を捉えることができた。さらにランダムな過当現象を得る試みを行った。本研究計画では、超高強度短パルスレ-ザ-と高エネルギ-密度電子制御プラズマデバイス(代表者提案・実証)により、シングルショットでもマルチフレ-ムが可能なフェムト秒時間分解keV-X線源を開発する。これにより、従来困難であった高速ランダム過渡現象を観測する手法を確立する。これにより、放電やアバランシェ現象など高密度物質におけるランダム過渡現象やカオテイック現象の自己組織化など、従来のマルチショット・マルチフレ-ム法では観測が困難であった高速ランダム過渡現象を観測する手法を世界に先駆けて確立することが、目標である。このために、以下のことを実施する。(1) X線を励起するレ-ザ-高エネルギ-密度電子流制御のためのマイクロパルスパワ-励起プラズマ生成。(2)短バンチ高エネルギ-電子発生するためのプラズマミラ-の応用。(3)電子ビ-ムガイドの物理を明らかにする。(4)レ-ザ-励起X線源を利用した、ランダム過渡現象計測手法の確立。本研究計画では、超高強度短パルスレーザーと高エネルギー密度電子制御プラズマデバイス(により、シングルショットでもマルチフレームが可能なフェムト秒時間分解keV-X線源を開発する。これにより、従来困難であった高速ランダム過渡現象を観測する手法を確立することである。19年度は高速ランダム過渡現象をシングルショットで観測可能にする高速マルチフレームkeV-点X線源を開発する要素技術の開発である。・マルチフレーム高速X線源のためのターゲット形状の最適化超短パルスレーザーで比較的低いエネルギーでも効率的に高エネルギー密度電子が発生し伝播を可能にするためのターゲット最適化実験を行った。コーンターゲットの開き角を変えることでエネルギー効率、高エネルギー化の最適化を実験・数値計算により行った。その結果を論文として登校し次年度掲載の予定である。またコーンワイヤーにおける電子ガイド機能を決める静電界の分布計測を日仏共同実験で行った。ワイヤーを伝播する高エネルギー密度電子による加熱について日英共同で実験を行い論文化し次年度Phy.Rev.Lett.に掲載予定である。・高速逆起電流供給ブーストアップコーンワイヤーにより効率的に高エネルギー密度電子をガイドする方法として強制的に逆起電流が供給される電位を高速につくるマイクロパルスパワー電源を製作した。高速スイッチングとしてレーザー励起プラズマスイッチを開発しテストを開始した。本研究計画では、超高強度短パルスレーザーと高エネルギー密度電子制御プラズマデバイスにより、エムト秒時間分解keV-X線源を開発する。19年度は効率的に電子ビームをガイドするためのマイクロパルスパワー励起ワイヤープラズマの生成、短バンチ高エネルギー電子発生するための非線形プラズマミラーの応用、電子ビームガイドのためのターゲット形状依存性を明らかにした。また本格的なマルチ点X線源測定のため結晶分光器の整備を行った。・高速逆起電流供給ブーストアップとマイクロパルスパワー効率的に高エネルギー密度電子をガイドするために強制的に逆起電流が供給される電位を高速につくるために18年度製作したマイクロパルスパワー電源を使い、数eVの固体密度細線ワイヤープラズマを生成することに成功した。高速スイッチングとしてレーザー励起プラズマスイッチを開発し立ち上がり時間20nsで上記プラズマを生成した。レーザーを極短パルスレーザーに変えることでnsを切る超高速パルスパワースイッチの準備を開始した。・X線発生のための短バンチ高エネルギー電子発生相対論強度でプラズマミラーを使い反射パルスに時間的モジュレーションをかけ効率的な電子ビーム生成に成功した。相互作用長に比例した電子温度を実証した。・電子ビームガイドのためのターゲット形状依存性ワイヤー形状だけでなくマイクロチップターゲット、薄膜ターゲットによるkαX線の相対的な発生効率を測定し形状依存性を明らかにした。20年度は効率的に電子ビームをガイドするためのマイクロパルスパワー励起ワイヤープラズマの生成、短バンチ高エネルギー電子発生するためのプラズマミラーの応用、電子ビームガイドのためのターゲット形状依存性を明らかにした。・マイクロパルスパワー励起ワイヤープラズマの生成19年度、レーザー励起スイッチングによるマイクロパルスパワーを利用してワイヤーデバイスで強制的に逆起電流が供給される電位を高速につくることに成功した。20年度はこれを用いた高密度相対論電子流のガイデイングを実施する実験配置とレーザー同期を可能にした。

・短バンチ高エネルギー電子発生するためのプラズマミラーの応用F値の小さなプラズマ集光ミラーを利用することで、レーザー強度を従来の集光法の10倍高めることができた。その結果、より高いエネルギーの荷電粒子成功にはじめて成功した。また相対論強度下で相対論振動するプラズマミラーにより、変調受けた反射光による電子加速を初めて実証した。これらは効率的なX線発生に重要な知見と新たな方式の可能性を広げるものである。・電子ビームガイドのためのターゲット形状依存性ワイヤーやテーバー状のターゲットによるガイドだけでなく、さらに凹面形状による超高強度レーザー生成高エネルギー密度電子ビーム集光にはじめて成功した。本研究計画では、超高強度短パルスレーザーと高エネルギー密度電子制御プラズマデバイスにより、高時間分解keV-X線源を開発する。これにより、従来困難であった高速ランダム過渡現象を観測する手法を確立することである。21年度は超高強度短パルスレーザーと固体との相互作用で発生する高エネルギー密度電子ビームを細線プラズマでガイドし、ドット状のX線エミッターを配置した微小多点光源の可能性評価と2)細線プラズマからのX線のイメージング用の光源として性能評価を行った。・レーザー誘起MeV電子による高速マルチポイントX線放射マイクロドットの銅とニッケルをエミッターとしたコーンワイヤーターゲットによるkeV領域のX線放射を調べた。レーザーが照射されたコーン先端と共に、銅、ニッケルからの発光が確認された。コーンターゲットで生成された相対論電子ビームがワイヤーをサブミリメートルの距離を伝播し、Kα線を発光させることが可能であることが明らかとなった。また計算より本方式で期待できるkeV領域Kα-X線の時間幅は50fs以下であることが明らかになった。・ワイヤープラズマからのX線放射によるイメージングの評価超高強度レーザーをワイヤーデバイスに照射した際に発生するkeV領域X線と平板にレーザーを集光し発生するX線によるイメージングの違いを評価した。ワイヤーデバイスでは電子がガイドされ小さな発光体となるため、単純に平板にレーザーを集光するより高い空間分解(10ミクロンオーダー)が得られることが実験的にも明らかになった。またこのX線を利用し、レーザー駆動衝撃波が固体中を伝搬する様子を10psの時間分解で撮影することに成功した。