hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
長寿命な電気推進機実現のための無電極プラズマ加速方法の研究

これまでは推進特性の評価においてスラスタが発生する推力の一部(電磁推力)のみに着目して計測を行ってきたが、スラスタ全体性能を評価するためにはスラスタが発生する全推力の計測が必要不可欠である。全推力の計測はこれまで使用してきた実験系に小変更を行うことで対応する。
HLAハプロタイプの壁を越えた個の癌免疫医療の創成

Tリンパ球は、体内において、がんを抑制することに重要な役割を果たす。近年、Tリンパ球を用いたがんの治療が研究されている。Tリンパ球は、がんの細胞表面のHLA分子にのっているがん抗原を認識してがん細胞を傷害する。HLA分子は人それぞれで異なるためHLAが異なる他人のTリンパ球を治療に使うことはできない。日本人ではHLA-A2、A24を持っている人が多いため、HLA-A2、A24分子にのっているがん抗原を認識するTリンパ球が研究されており、それ以外のHLA分子を認識するTリンパ球は研究されていない。我々は、本研究において、HLAに依存せずに、がん特異的Tリンパ球を見つけ出す方法を開発した。T細胞の反応を応用したがんの免疫学的治療においては、T細胞応答がHLAのハプロタイプに拘束されるため、治療の対象は、日本においては主にHLA-A24をもつ患者、欧米においては主にHLA-A2を持つ患者に限定され、それ以外の頻度の低いHLAハプロタイプを持つ患者は、治療や研究の対象から外れてきた。我々は、これまでに抗原ペプチド/HLA四量体を用いた単一T細胞解析により、最短10日間で抗原特異的T細胞の受容体(TCR)を取得する方法(hTEC10)を開発してきた。本研究では、hTEC10法をさらに発展させ、HLAのハプロタイプに関係なく、がんに特異的なTCRを、迅速・確実に取得・作製する技術を確立することを目的に研究を進めた。平成27年度は、まず、内在的に抗原を発現する細胞に対する反応を指標に抗原特異的ヒ球の解析よりがん特異的TCRを取得する手法の確立を行った。モデルシステムとして、K562細胞にHLA-A24、CD137リガンド、CD80を発現させた人工抗原提示細胞(artificial antigenpresenting cell, aAPC)を作製し、このaAPCにEBウイルス由来BRLF-1タンパクのcDNAを導入し、内在的にBRLF-1タンパク質を発現した抗原提示細胞として用いた。この細胞と、健常人ボランティアの末梢血リンパ球とを共培養し、CD137の発現を指標にセルソータにて活性化T細胞を単一細胞ソートし、取得した細胞のTCRレパートリーを解析した。その結果、BRLF-1特異的TCRを取得することができた。さらに、マウスがん浸潤リンパ球のTCRを解析し、がん特異的TCRを取得することができた。平成27年度は、ヒトの系で、内在性抗原を発現した抗原提示細胞に反応するT細胞から抗原特異的T細胞受容体(TCR)を取得することと、担がんモデルマウスを用いて、腫瘍浸潤リンパ球中のT細胞から腫瘍特異的TCRを取得することを計画していたが、どちらも達成できたので。我々は、これまでに抗原特異的単一T細胞より、迅速・高効率に抗原特異的T細胞受容体(TCR)を取得する方法を開発してきた。本研究では、その方法をさらに発展させ、HLAのハプロタイプに関係なく、がんに特異的なTCRを、迅速・確実に取得・作製する技術を確立することを目的とする。平成27年度は、担癌マウスモデルを用いて、腫瘍浸潤CD8+ T細胞のTCRを解析し、腫瘍内でクローナルに増殖しているT細胞のTCRを取得した。平成28年度は、そのTCR cDNAをマウスT細胞に遺伝子導入し、発現させ、そのT細胞が抗腫瘍効果を示すかを検討した。まず、in vitroにおいて、取得TCRを発現させたT細胞と腫瘍細胞を共培養すると、約7割のTCRが腫瘍細胞と反応し、IFN-γの分泌が誘導された。さらに、腫瘍細胞に反応し、IFN-γの分泌を誘導したTCRを導入したT細胞がin vitroにおいて腫瘍細胞に対して細胞傷害活性を示すことを見出した。次に、in vitroにおいて強い抗腫瘍効果を示す2つのTCRを選択し、そのTCRを発現させたT細胞を作製した。マウスの腫瘍細胞肺転移モデルを用い、取得TCRを発現させたT細胞をマウスに投与することで、腫瘍の肺への転移が抑制されるかを解析した。その結果、in vitroにおいて抗腫瘍効果を示したTCRが、in vivoにおいても抗腫瘍効果を示すことがわかった。現在、がん患者の腫瘍浸潤T細胞のTCRも解析しており、同様にクローナルに増殖しているCD8+ T細胞を見出し、そのTCRを取得している。今後、その抗腫瘍効果を解析していく予定である。当初申請した計画通りに進んでいる。マウスの腫瘍浸潤リンパ球より、腫瘍特異的T細胞のTCRを取得し、そのTCRを発現させたT細胞がin vivoにおいて抗腫瘍効果を示すことができた。今後、ヒトの系においても腫瘍特異的T細胞のTCRを取得できることを示すことができれば、100%の達成度となる。T細胞の反応を応用したがんの免疫学的治療においては、T細胞の応答がHLAのハプロタイプに拘束されるために、治療の対象は、日本においては主にHLA-A24やHLA-A2を持つ患者に限定され、それ以外のHLAハプロタイプを持つ患者は、治療や研究の対象から外されてきた。本研究では、HLAのハプロタイプに関係なく、がんに特異的なT細胞受容体(TCR)を、迅速に・確実に取得・作製する技術を確立し、これまで対象から外されてきた、HLA-A24あるいはA2以外のハプロタイプを持つがん患者に対する治療戦略を構築することを目的とした。

我々は、これまでに、単一T細胞からTCR cDNAを高効率で取得する方法を開発してきた(Kobayashi et al., Nat Med, 2013; Hamana et al., BBRC, 2013)。この方法を用いて、各種がん患者の腫瘍浸潤リンパ球の中のCD137+PD-1+ CD8+ T細胞のTCRレパトアを解析したところ、同じTCRα鎖β鎖を発現しているクローナルに増殖しているT細胞集団が見つかった。これらのT細胞が腫瘍特異性を示すかを検証するために、マウスのメラノーマ細胞(B16F10)を皮下に移植した担癌モデルマウスを作製し、腫瘍に浸潤したCD137+(PD-1+)CD8+ T細胞のTCRレパトアを解析した。ヒトサンプルと同様にクローナルに増殖している細胞集団が観察され、これらのTCRの主なものin vitro, in vivoにおいて抗腫瘍活性を示した。この結果より、単一細胞解析技術を用いことで、腫瘍浸潤T細胞の中から抗腫瘍活性を示すTCRをMHC、抗原に依存せずに取得できることが示された。今後、本技術のヒトへの応用が期待される。Tリンパ球は、体内において、がんを抑制することに重要な役割を果たす。近年、Tリンパ球を用いたがんの治療が研究されている。Tリンパ球は、がんの細胞表面のHLA分子にのっているがん抗原を認識してがん細胞を傷害する。HLA分子は人それぞれで異なるためHLAが異なる他人のTリンパ球を治療に使うことはできない。日本人ではHLA-A2、A24を持っている人が多いため、HLA-A2、A24分子にのっているがん抗原を認識するTリンパ球が研究されており、それ以外のHLA分子を認識するTリンパ球は研究されていない。我々は、本研究において、HLAに依存せずに、がん特異的Tリンパ球を見つけ出す方法を開発した。平成27年度で取得してマウスの腫瘍特異的TCRを発現させたT細胞用いて、in vitroおよびin vivoにて抗腫瘍化効果を示すかを検討する。また、ヒトにおいても腫瘍浸潤リンパ球を解析し、腫瘍特異的TCRを取得できるかを検討する。現在、がん患者の腫瘍浸潤リンパ球中からも、クローナルに増殖しているCD8+ T細胞のTCRを取得することができている。今後、このTCRを導入したT細胞が抗腫瘍効果を示すかを解析していく予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
血管へのダメージの少ないバルーン拡張ステントの最適構造設計

本研究では,動脈硬化治療に広く用いられているバルーン拡張ステントが拡張した時のプラークおよび血管壁の変形特性を明確にし,ステントが血管壁に与える変形について明らかにし,ダメージの少ないステントの考案を目的とする.まず,バルーンにより対称に変形する,いわゆる対称ステントに対して,拡張後の変形特性と表面性状の関係について考察した.その後,非対称ステントを考案し,考案したステントはステント軸に対して扁平に拡張することから,プラーク部を集中的に拡張することが可能であり,血管への負荷を大幅に低減できることを有限解析により示した.平成26年度は「ステント材料のマイクロ強度特性および表面性状変化の解明」および「ステント材料の変形構成モデルの構築」および「脈動のステント径および血管内壁界面への影響の解明」についての検討を主に行った。以下にその概要を示す。1.ステント材料のマイクロ強度特性および表面性状変化の解明:先行して行っていたSUS316材の試験片による塑性変形と試験片上面性状との相関関係を精査し、ステント変形時の表面性状の予測方法について検討した。すなわち、有限要素法によるステント解析と実験により得られた表面性状とステント変形により発生するひずみとを関連づけることにより、ステントの表面性状変化を予測可能であることを見出した。2.ステント材料の変形構成モデルの構築:SUS316材の変形の特徴として、常温においてもクリープ変形、応力緩和などの粘祖塑性変形を生ずる。これは、経年変化の原因となることから、粘塑性変形を考慮したシミュレーション手法の導入を検討した。解析に用いた有限要素解析ソフト(ANSYS)内にデフォルトで組み込まれている粘塑性変形に関する構成式を用いて解析した結果、ステント留置後にステント径が時間とともに減少する様子が再現できた。また、デフォルトの構成式はその精度に問題があることから、独自開発の構成モデルを有限要素法に組み込むことも検討した。3.ステント拡張および血管壁の変形解析:ステント拡張解析を行い、ステント拡張が血管壁に与える影響について検討した。すなわち、血管、プラーク、ステント、バルーンのすべてを考慮した有限要素モデルを用いて解析を行い、拡張後のステント内部の応力、ひずみの状態を明らかにするとともに、血管およびプラークの応力状態について明確にした。また、平成27年度実施予定の脈動流を考慮した解析手法についての検討も同時に行った。平成27年度は平成26年度から行っている「脈動のステント径および血管内壁界面への影響の解明」をより発展させた研究を実施した。すなわち、「脈動と血管変形の相互関係を明らかにするための流体と構造体の連成解析手法およびこれを検証するための実験手法の確立」および「血管へのダメージの少ないステント形状の考案」について行った。以下にこれらの概要を示す。1.脈動流による血管変形シミュレーション:脈動と血管変形の相互関係を解明するための解析を流体と構造体の連成解析により行った。すなわち、モデル化した血管の両端に実際の脈動を再現する血流を与え、これに伴う血管の変形について検討した。解析はANSYS構造解析およびfluentを用いて行った。これにより、血流による血管の変形および変形に伴う血流の変化を明らかにした。ただし、ステントを留置した血管を用いた連成解析では、ステントと血管壁との接触に関する解決すべき問題も明らかになり、これは次年度の課題とした。2.人工血管を用いた脈動流実験:人工血管に脈動流を与えたときの人工血管の変形を測定するための実験装置を試作し、これにより実験を行った。与えた脈動流は上記1で行った解析と同じ流量、差圧で行った。これにより、脈動流による血管の変形を実験的に明らかにし、上記1の解析の妥当性の検証に用いた。3.血管へのダメージの少ないステント形状の考案:本研究の最終目標である血管へのダメージの少ないステント形状についての検討を行った。すなわち、血管内に発生した血管円周方向に対して非一様なプラークを考慮するために、扁平化したステントを考案し解析した。その結果、扁平化したステントが非一様プラークに対して効果的であることを明らかにした。・困難が予想された脈動流と血管変形の連成解析を滞りなく実行することができた。また、ステント留置後の血管と脈動流との連成解析の際の問題点を明確にすることができ、この場合も解析が可能であることを明確にできた。・脈動流と血管変形の模擬実験を行うための人口血管を用いた実験システムを完成できた。・血管へのダメージの少ないステント形状の最適設計の前段階として、扁平化したステントと非一様プラークモデルを用いた解析を行いその効果を明確にできた。平成28年度は平成27年度から行っている「脈動と血管変形の相互関係を明らかにするための流体と構造体の連成解析手法およびこれを検証するための実験手法の確立」と「血管へのダメージの少ないステント形状の考案」を行い、さらに考案した形状を持つステントの作製の金属焼結3Dプリンターを用いて試みた。1.脈動流による血管変形シミュレーション:平成27年度に引き続き脈動と血管変形の相互関係を解明するための解析を流体と構造体の連成解析により行った。

2.血管へのダメージの少ないステント形状の考案:本研究の最終目標である血管へのダメージの少ないステント形状についての検討を行った。すなわち、血管内に発生した血管円周方向に対して非一様なプラークを考慮するために、扁平化したステントを考案し解析した。その結果、扁平化したステントが非一様プラークに対して効果的であることを明らかにし、具体的なステント形状を提案した。3.上記2で提案した形状を持つステントの作製を試みた。作製は金属焼結3Dプリンターを用いて行った。金属焼結3Dプリンターは設計の自由度が有ることから、メディカルデバイスへの応用が期待されている。本研究ではいち早くこの技術を取り入れるために、北海道立総合研究機構の協力を得て金属焼結3Dプリンターによるステントの作製を試みた。現段階では、金属焼結3Dプリンターの分解能の問題で、考案したステントサイズより数倍サイズの大きいステントの作製を試みているが、ほぼ設計とおりの形状の拡大ステントが製作可能であることを見出している。本研究では,動脈硬化治療に広く用いられているバルーン拡張ステントが拡張した時のプラークおよび血管壁の変形特性を明確にし,ステントが血管壁に与える変形について明らかにし,ダメージの少ないステントの考案を目的とする.まず,バルーンにより対称に変形する,いわゆる対称ステントに対して,拡張後の変形特性と表面性状の関係について考察した.その後,非対称ステントを考案し,考案したステントはステント軸に対して扁平に拡張することから,プラーク部を集中的に拡張することが可能であり,血管への負荷を大幅に低減できることを有限解析により示した.・ステントの変形と表面性状の関連性を得るためのステント拡張実験を行い、ステントの拡張量を有限要素解析との結果比較した結果、概ね良好な結果を得た。これは、ステント表面性状とひずみ量との関連性から、表面性状を予測が可能であることを示しており、今後、表面性状測定精度と構成式の改良により、高精度の表面性性状予測が可能であるとの指針を得たこと。・血管、プラーク、ステント、バルーンのすべてを考慮した有限要素モデルを構築し、有限要素解析で困難な解析の一つである、血管(プラーク)ーステント間、ステントーバルーン間の接触解析を行い、ステント拡張による血管(プラーク)に生ずる変形、応力を導出できたこと。・平成27年度実施予定の、脈動流に関するシミュレーションについて、流体と構造変形の連成解析にかかわる基礎的な解析手法を構築し実施できたこと。現時点で、本研究課題に対して大きな障害となる問題は発生していない。このことから、当初予定通り研究を遂行する。材料力学現時点で、本研究課題に対して大きな障害となる問題は発生していない。
シリコンフォトニクス技術を用いた光子量子回路の集積化の研究

シリコンフォトニクス技術を用いて、光子を用いた大規模な量子情報処理を行うために必要な「集積化量子光回路」を実現するための基盤技術を確立した。具体的には、ワンチップ集積化シリコン細線導波路による偏波もつれ光子対発生源、シリコンフォトニック結晶結合共振器光導波路中のスローライト効果を用いた高効率量子相関光子対発生源および量子バッファなどを実現した。本研究の目的は,シリコン細線導波路,シリコンフォトニック結晶導波路などを含むシリコンフォトニクス技術を用いて,光子を用いた量子計算などの量子情報処理の発展に不可欠な「集積化量子回路」を実現することにある.「シリコン細線導波路を用いたワンチップ偏波もつれ光源の開発」に向け,光子対高効率生成のためのシリコンリング共振器の最適化設計を行った.特に,リング共振器内の光増幅率であるField enhancementの向上を目指し,デバイス損失およびリング半径,導波路分散を考慮したリング-導波路結合の最適条件を理論的に見出した.またこの設計に基づくシリコン微小リング共振器の作製を研究協力者らのグループにて行った.「シリコンフォトニック結晶素子中の増強された非線形光学効果の観測と高効率量子もつれ光子対生成」に向け,フォトニック結晶チームによりこれまで作製された素子を用い,線形・非線形光伝搬の基礎特性の評価を行った.特に,スローライトデバイスとして知られるシリコンフォトニック結晶結合共振器光導波路を用い,量子もつれ光子対発生に必要とされる自発四光波混合の古典版である四光波混合による波長変換実験を行った.その結果,これまで報告されているシリコン非線形導波路の中で最も大きな導波路光学非線形性を観測した.これは,スローライトによる光-物質相互作用の増強に加え,導波路を構成する光共振器における強い光閉じ込め効果によるものと考えられる.本研究の目的は,シリコン細線導波路,シリコンフォトニック結晶導波路などを含むシリコンフォトニクス技術を用いて,光子を用いた量子計算などの量子情報処理の発展に不可欠な「集積光量子回路」を実現することにある.「シリコン細線導波路を用いたワンチップ偏波もつれ光源の開発」に向け,当初計画書に記載していた手法よりも大幅に簡略化された素子で偏波もつれ光子対を生成可能であることを見出し、特許を出願した。本素子は、長さの等しい2本のシリコン細線導波路が、シリコン90度偏波回転素子で接続された構造をとり、全てシリコン基板上に集積されている。作製した試料において通信波長帯光パルス励起を用いた実験を行い、雑音光子対を含めた忠実度91%という非常に高純度な量子もつれ光子対の生成を同じく通信波長帯において得ることに成功した。デバイスの全てがワンチップに集積された偏波もつれ光源の実現は世界初となる。「シリコンフォトニック結晶素子中の増強された非線形光学効果の観測と高効率量子もつれ光子対生成」に向け、シリコンフォトニック結晶結合共振器光導波路におけるスローライト増幅効果による10,000/W/m以上という極めて高い光非線形性について論文にて発表した。本デバイスの石英系シングルモードファイバの約10^7倍で、シリコンをコアとする他のいかなる非線形導波路の中で最も高い値である。また、共振器数の少ない(10個程度)結合共振器におけるスーパーモードを用いることで、原子等の物質との相互作用や量子通信に必要とされる狭帯域光子対生成に必要な狭帯域(1GHz以下)なパラメトリック利得の観測に成功した。本研究は、シリコンフォトニクス技術を用いて、光子を用いた大規模な量子情報処理を行うために必要な「集積化量子光回路」を実現することを目的とする。本年度は、シリコンフォトニック結晶に基づく結合共振器光導波路(coupled resonator optical waveguide: CROW)を用いた非古典的相関光子対発生とその評価に成功した。CROW中のスローライト効果によって3次の非線形光学効果が増強された結果、非線形定数9000/W/mでの高効率光子対発生を観測した。Zou-Wang-Mandelの不等式に基づき相関度を評価し、標準偏差の20倍の大きさで同不等式を破ることを確認した。本成果は、シリコンチップ上で極めて小さくかつ高効率な量子もつれ光源を実現可能であることを示唆するものである。また、CROWを用いた単一光子バッファ実験にも成功した。時間幅約20 psの時間相関光子対パルスの一方をCROW中で遅延させる実験を行い、時間相関を保ったまま最大150 ps遅延を与えることに成功した。また、導波路の温度チューニングにより、CROWの群速度分散特性を変化し、その結果50 psの遅延量チューニングが可能であることを示した。さらに、量子もつれ光子対の一方をCROWによりバッファした後にも量子もつれ状態が保持されていることを確認した。これは、シリコンチップ上でコンパクトかつ可変の量子バッファの実現を可能とする技術であり、将来の再構成可能な集積化量子光回路の実現に向けた重要な技術である。

・「シリコン細線導波路を用いたワンチップ偏波もつれ光源の開発」について、当初予定より大幅に簡略化された新規な素子を提案し、特許を出願した。更に提案の素子において実験を行い、雑音光子を含む忠実度として91%という高い品質の量子もつれを得ることに成功した。すなわち、オンチップ集積型偏波もつれ光子対源を世界に先駆けて実現した。・「シリコンフォトニック結晶結合共振器光導波路の非線形光学効果の観測と高効率量子もつれ光子対生成」において、フォトニック結晶結合共振器導波路中のスローライト効果を用いることで、10,000/W/m以上というこれまでで最も高い非線形定数を達成し、論文発表した。また当初の研究計画には無かったが、結合共振器の狭帯域光子対源への応用可能性を見出した。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、フォトニック結晶スローライトデバイスを用いた光子対生成の実験を行う。そのためには、素子への光結合効率が高い方が高いS/Nを得ることができる。現在入(出)射あたりの結合損失は-8dB程度であるが、スポットサイズ変換器を導入することで結合効率の向上を図る。
エッジ指向ビデオオンデマンドシステムによる無中断映像再生の実現

本研究では、エッジコンピューティング環境を活用したエッジ指向ビデオオンデマンドシステムによる無中断映像再生の実現を目的とする。エッジコンピューティング環境とは、インターネットの末端に接続された長時間稼働するエッジサーバを積極的に用いるコンピューティング環境である。再生端末がエッジサーバから映像データを受信することで、映像の配信サーバから受信する場合と比べて、配信サーバにかかる処理負荷および通信負荷を軽減できる。本研究では、以下の項目に分けて研究を効率よく進めた。項目1「再生フェーズおよび待機フェーズにおける映像配信技術」:配信サーバの通信量を削減することで、配信サーバはエッジサーバや再生端末に映像データを短時間で送信できる。このため、再生端末は高確率で再生開始時刻までに映像データを受信でき、再生中断回数を削減できる。そこで本研究では、フレームレート依存エッジ伝送を提案した。項目2「待機フェーズにおける映像配信技術」:待機フェーズにおいて、利用者が視聴する可能性が高い映像のデータをエッジサーバが配信サーバからあらかじめ受信することで、再生フェーズにおける配信サーバの通信量を削減して再生中断回数を削減できる。そこで本研究では、嗜好ベースプリ受信を提案した。項目3「再生フェーズにおける映像配信技術」:再生フェーズにおいて、再生端末の再生中断回数や再生位置といった映像再生状況と、エッジサーバの受信済みデータサイズや映像数といった映像データ受信状況に、映像品質を適応させることで再生中断回数を削減できる。そこで本研究では、再生受信状況適応型映像品質を提案した。スマートフォンでYouTube動画の視聴中に再生が中断されることがあるように、現状のビデオオンデマンド配信では、再生端末の数が多くなると再生が中断される。既存研究では、再生される映像データをあらかじめ受信することが難しく、再生中断回数を十分に削減できなかった。本研究では、エッジコンピューティング環境を活用した新しいビデオオンデマンドシステム(エッジ指向ビデオオンデマンドシステム)を全体構想とし、再生中断のないビデオオンデマンド配信という誰もが不可能と考えていた非常に困難な問題に取り組んでいる。本年度は、この目的を達成するために、「フレームレート依存エッジ伝送」「嗜好ベースプリ受信」「再生受信状況適応型映像品質」と呼ぶ技術を打ち出した。本研究では、単にエッジコンピューティング環境を利用するだけでなく、これらの技術によりエッジコンピューティング環境をビデオオンデマンド配信に適した環境へと進化させる技術の開発に至った。本研究の成果は、国際的に著名な情報通信技術に関する学会IEEEが主催する大規模な国際会議IEEECOMPSACに採択され、発表している。IEEEが主催する家電に関する国際会議IEEE GCCEにも採択され、発表している。また、情報学に関する国際学会INFSOCが開催する国際会議IWINで発表したところ、研究成果は特に優秀と認められ、国際論文誌への推薦を得ている。さらに、国内シンポジウムの論文集に掲載された論文が優秀と認められ、優秀論文賞を受賞している。以上の理由から、本研究は当初の計画以上に進展しているといえる。エッジ指向ビデオオンデマンドシステムでは、エッジサーバは、接続されている再生端末が映像を再生している間(再生フェーズ)や再生前(待機フェーズ)に、複数の映像ファイルの一部のデータを配信サーバや他のエッジサーバから受信して保存する。利用者が視聴したい映像の再生を再生端末に指示すると、再生端末は再生する映像データをエッジサーバから受信する。エッジサーバが映像データを保持していない場合には配信サーバから受信する。以下の項目に分けて研究を効率よく進める。項目1「再生フェーズおよび待機フェーズにおける映像配信技術」:再生中断回数を削減するために、フレームレート依存エッジ伝送を提案している。フレームレート依存エッジ伝送では、エッジサーバが配信サーバからだけでなく他のエッジサーバから映像データを受信することで配信サーバの通信量を削減する。一方で、エッジサーバの通信量が増加するため、エッジサーバが通信する他のエッジサーバや再生端末の数を考慮した伝送木を作成するように拡張する。項目2「待機フェーズにおける映像配信技術」:再生中断回数を削減するために、嗜好ベースプリ受信を提案している。嗜好ベースプリ受信では、エッジサーバは、利用者の登録チャンネルや過去に視聴した映像を基に嗜好に合った映像を抽出して優先的に受信する。エッジサーバの記憶容量と映像の再生確率に応じて各映像ファイルで一部保存するデータサイズをさらに詳細に算出するように拡張する。項目3「再生フェーズにおける映像配信技術」:再生中断回数を削減するために、再生受信状況適応型映像品質を提案している。長時間稼働により得られるエッジサーバの適応性を人工知能技術によりさらに詳細に分析するように拡張する。

項目3「再生フェーズにおける映像配信技術」:再生フェーズにおいて、再生端末の再生中断回数や再生位置といった映像再生状況と、エッジサーバの受信済みデータサイズや映像数といった映像データ受信状況に、映像品質を適応させることで再生中断回数を削減できる。そこで本研究では、再生受信状況適応型映像品質を提案した。スマートフォンでYouTube動画の視聴中に再生が中断されることがあるように、現状のビデオオンデマンド配信では、再生端末の数が多くなると再生が中断される。既存研究では、再生される映像データをあらかじめ受信することが難しく、再生中断回数を十分に削減できなかった。本研究では、エッジコンピューティング環境を活用した新しいビデオオンデマンドシステム(エッジ指向ビデオオンデマンドシステム)を全体構想とし、再生中断のないビデオオンデマンド配信という誰もが不可能と考えていた非常に困難な問題に取り組んでいる。本年度は、この目的を達成するために、「フレームレート依存エッジ伝送」「嗜好ベースプリ受信」「再生受信状況適応型映像品質」と呼ぶ技術を打ち出した。本研究では、単にエッジコンピューティング環境を利用するだけでなく、これらの技術によりエッジコンピューティング環境をビデオオンデマンド配信に適した環境へと進化させる技術の開発に至った。本研究の成果は、国際的に著名な情報通信技術に関する学会IEEEが主催する大規模な国際会議IEEECOMPSACに採択され、発表している。IEEEが主催する家電に関する国際会議IEEE GCCEにも採択され、発表している。また、情報学に関する国際学会INFSOCが開催する国際会議IWINで発表したところ、研究成果は特に優秀と認められ、国際論文誌への推薦を得ている。さらに、国内シンポジウムの論文集に掲載された論文が優秀と認められ、優秀論文賞を受賞している。以上の理由から、本研究は当初の計画以上に進展しているといえる。エッジ指向ビデオオンデマンドシステムでは、エッジサーバは、接続されている再生端末が映像を再生している間(再生フェーズ)や再生前(待機フェーズ)に、複数の映像ファイルの一部のデータを配信サーバや他のエッジサーバから受信して保存する。利用者が視聴したい映像の再生を再生端末に指示すると、再生端末は再生する映像データをエッジサーバから受信する。エッジサーバが映像データを保持していない場合には配信サーバから受信する。以下の項目に分けて研究を効率よく進める。
オオムギ条性決定遺伝子の特異的機能の解明

オオムギは穂の形態から二条性と六条性に大別される.二条穂は主列小穂のみ穀粒をつける.一方,六条穂は側列小穂も稔実するため二条穂に比べて3倍量の穀粒をつける.条性はHD-Zip I型転写因子をコードするVrs1遺伝子に制御されることが知られている.しかし,VRS1タンパク質の分子機能や発現パターンは十分に解明されていない.また,近縁種のコムギ,イネ,トウモロコシなどにおけるVrs1相同遺伝子の存在や機能はほとんど知られていない,そこで,本研究ではオオムギでの詳細な発現解析とタンパク質機能解析,そしてイネ科での比較ゲノミクス解析を行なった.オオムギにはVrs1のパラログとしてHvHox2が存在し,HvHox2オーソログがイネ科で高度に保存されていることがわかった.HvHox2は幼穂,葉,根など全身で発現しているのに対してVrs1は幼穂だけで発現していた.Vrs1は遺伝子重複によって生じ,機能分化したということが示唆された.機能解析を進めた結果,HvHOX2とVRS1タンパク質はC末端領域に保存された転写活性化ドメインを持つことがわかった.HvHox2は他のHD-Zip遺伝子と同様,維管束に局在していた.一方,Vrs1は側列小花で特異的に発現し,特に雌蕊に局在していた.Vrs1遺伝子とは別座の六条変異体(vrsw, vrs3, vrs4, int-c)の発現解析によって,Vrs1の転写がVrs4によって促進されていることが明らかになった,以上の結果からVrs1遺伝子は遺伝子重複後に新しい発現パターンを獲得することによって機能分化し,側列小花の発達を抑制していることが明らかになった.データをまとめ原著論文として国際誌に公表した。国内学会で口頭発表を行ない、優秀発表賞を受賞した。Vrs1遺伝子が制御する下流遺伝子の同定に向けてマイクロアレイ解析、ChIP-seq解析などを行なう。〈祖先遺伝子との機能分化〉オオムギ条性決定遺伝子Vrs1はイネ科で保存されたHvHox2遺伝子(第2染色体短腕)の重複によって生じたコピー遺伝子が機能分化することで出来たオオムギ属特有の遺伝子であることが明らかになった.遺伝子重複による機能分化について詳しく知るためVrs1遺伝子とHvHox2遺伝子の比較解析を行った.HvHox2遺伝子の幼穂における発現は各発達段階を通じてほぼ一定だった.一方,Vrs1遺伝子は発達が進むにつれて発現量が上昇し,芒の分化が始まる時期から雌蕊の分化が始まる時期でピークを迎えた.二条オオムギの側列小穂では雌蕊の発達は完全に抑えられ機能を失っているが雄蕊は花粉を形成するまでに発達することがある。Vrs1遺伝子の発現パターンから雌蕊の発達を強調して抑えているという仮説が立てられた.〈遺伝子重複の領域と時期〉Vrs1, HvHox2遺伝子領域のBAC配列を決定し,アノテーションを行ったところ,Vrs1遺伝子領域では上流約80kbに遺伝子様配列(HvPG1)が存在するが,HvHox2遺伝子領域では上流約2kbの位置に相同性の高い遺伝子様配列(HvPG2)が見つかった.両者の遺伝子間距離の違いはVrs1側でのトランスポゾンの挿入による.イネでは,HvHox2オーソログとHvPG2相同配列(転写が確認されていない)の遺伝子間距離は約4kbでありHvHox2とHvPG2の距離と近かった.この結果はHvHox2側が構造的に保存され,Vrs1側に多くの変異が集積していることを示す.供試したすべてのオオムギ属野生種でVrs1,HvHox2ホモログが増幅した,配列を決定し系統解析を行ったところ,既存の系統樹とほぼ同じ結果を得た.Vrs1におけるC末端モチーフの欠損も全ての種に共通していた.以上のことからHvHox2の重複はオオムギ属内で種分化が起こる前に生じたことが推測される.<Vrs1遺伝子とHvHox2遺伝子の機能分化>Vrs1とHvHox2の機能分化について詳しく知るため、発現部位、発現量の比較を行なった。リアルタイムPCR法を用いてVrs1とHvHox2の絶対定量を行なったところ、Vrs1は穂の初期発達段階でHrHox2より有意に高い発現量を示した。特に雌蕊が分化するwhite anthers tageでは20倍以上の差があった。花器官の分化が完了した後ではVes1とHvHox2の発現量に有意な差は見られなかった。次に、発現の局在性を調べるためにin situ hybridizationを行なった。Vrs1は3つの小穂原基が形成されるtriple-mound stage(約1mm長の幼穂)で側列小穂の原基細胞に局在していた。穂の発達が進んだwhiteanther stageでも側列小穂に特異的なシグナルが観察された。特に強いシグナルが外頴、内頴、雌蕊で検出された。一方、HvHox2は全ての器官で発現していた。特にWhite antherstageの幼穂では側列小穂と穂軸を結ぶ小花柄の維管束で強いシグナルが検出された。

イネHvHox2オーソログのノックアウト形質転換体は幼苗致死あるいは強い不稔性を示した。発現パターンと構造の類似性からHvHox2はあらゆる器官(特に花器官)の発達に必須の遺伝子であることが示唆された。<VRS1の細胞内局在>VRSタンパク質に特異的な抗体を作成し、免疫染色を行なった。二条オオムギではmRNAの局在と同様に側列小穂でシグナルが観察され、核に局在するタンパク質であることが明らかとなった。Vrs1遺伝子を欠損した六条変異体ではシグナルが検出されず抗体の特異性が確認された。今後、Vrs1の転写因子としての機能を明らかにする必要がある。オオムギは穂の形態から二条性と六条性に大別される.二条穂は主列小穂のみ穀粒をつける.一方,六条穂は側列小穂も稔実するため二条穂に比べて3倍量の穀粒をつける.条性はHD-Zip I型転写因子をコードするVrs1遺伝子に制御されることが知られている.しかし,VRS1タンパク質の分子機能や発現パターンは十分に解明されていない.また,近縁種のコムギ,イネ,トウモロコシなどにおけるVrs1相同遺伝子の存在や機能はほとんど知られていない,そこで,本研究ではオオムギでの詳細な発現解析とタンパク質機能解析,そしてイネ科での比較ゲノミクス解析を行なった.オオムギにはVrs1のパラログとしてHvHox2が存在し,HvHox2オーソログがイネ科で高度に保存されていることがわかった.HvHox2は幼穂,葉,根など全身で発現しているのに対してVrs1は幼穂だけで発現していた.Vrs1は遺伝子重複によって生じ,機能分化したということが示唆された.機能解析を進めた結果,HvHOX2とVRS1タンパク質はC末端領域に保存された転写活性化ドメインを持つことがわかった.HvHox2は他のHD-Zip遺伝子と同様,維管束に局在していた.一方,Vrs1は側列小花で特異的に発現し,特に雌蕊に局在していた.Vrs1遺伝子とは別座の六条変異体(vrsw, vrs3, vrs4, int-c)の発現解析によって,Vrs1の転写がVrs4によって促進されていることが明らかになった,以上の結果からVrs1遺伝子は遺伝子重複後に新しい発現パターンを獲得することによって機能分化し,側列小花の発達を抑制していることが明らかになった.得られたデータをまとめ論文を作成し、投稿中である。データをまとめ原著論文として国際誌に公表した。国内学会で口頭発表を行ない、優秀発表賞を受賞した。Vrs1遺伝子が制御する下流遺伝子の同定に向けてマイクロアレイ解析、ChIP-seq解析などを行なう。
走査ＳＱＵＩＤ顕微鏡を用いた粒界の電流分布と磁束のその場同時観察

走査SQUID顕微鏡により個々の磁束量子の挙動を実空間で直接観察し、これまで薄膜中を流れる電流と磁束量子を同時に観測する手法を提案してきた。これを利用し磁束が特定方向に動きやすい構造の接合付近での直接観察を目的とした。人工粒界のある超伝導薄膜に加工し、磁束量子の観察を行った。粒界接合への量子化磁束の侵入過程の直接観察に成功し、アンチドット付近の磁場分布を計算し非円形でも電流評価を行った。材料となる薄膜の高品質化も実施し、新たな成長様式の非c軸配向Bi系超伝導体の作製・評価法を開発した。この膜でジョセフソン磁束のテクスチャが薄膜で観察され、本研究に有効な材料であることが見出された。超伝導体中では磁束が量子化され、その磁束量子は電流を流すことによりローレンツ力と同等の力を受けて移動することが知られている。近年、その磁束量子の移動が整流作用を示すことが見いだされた。申請者らは、くさび形などの試料を用い走査SQUID顕微鏡(SSM)によって実空間で一本一本の磁束量子を実空間で直接観察し、この効果による磁束量子の整流作用の過程を明らかにしようとしてきたが、この研究の中で薄膜中を流れる電流ベクトルを磁束量子と同時に測定する手法を編み出してきた。本研究はこの手法を利用してこれまでの観察を発展させ、局所的な電流測定を磁束測定と同時に行うことにより、結晶粒界付近における磁束量子の挙動を直接観察することを目的としている。平成24年度においては、予備的な実験を進めた。これまで電流測定は粒界接合のない薄膜で行ってきたが、粒界の存在する薄膜に加工を施した上で電流分布と磁束量子測定の実験を行い、磁束と電流の相互作用の直接観察と可視化を実施した。さらにアンチドット付近に電流が流れた際の磁場分布の計算を行った。また、試料となる超伝導薄膜の合成における高品質化も併せて実施した。平成25年度においては、前年度に引き続き、粒界での磁束量子の挙動の観察、計算を進めた。またBi系超伝導薄膜の高品質化及び高配向化を進めた。一方、世界的なヘリウム枯渇により走査SQUID顕微鏡による実験が困難になっているが、走査SQUID顕微鏡のヘリウム消費を抑制するための装置改良に着手し、平成26年度に完成させる。これらの研究実施により、結晶粒界ジョセフソン接合への量子化磁束の進入過程の直接観察に成功し、また円形以外のアンチドット以外でも電流を評価する方法を示した。このように平成24・25年度においては、最終年度の計画へ至る上での重要な知見が得られた。平成24年度においては、走査SQUID顕微鏡を用い、局所的な電流測定を磁束測定と同時に行うことにより、結晶粒界付近における磁束量子の挙動を直接観察することを目標とし、予備的な実験を進めた。これまで電流測定は粒界接合のない薄膜により行ってきたが、粒界の存在する薄膜に加工を施した上で電流分布と磁束量子測定の実験を行った。また、粒界接合以外の弱結合の作製を試みる。これらの試料に対して走査SQUID顕微鏡測定を行い、磁束と電流の相互作用の直接観察と可視化を実施した。また、アンチドット付近に電流が流れた際の磁場分布の計算を行った。このように平成24年度においては、本研究の最終的目的へ至る上での重要な知見が得られた。

超伝導体中では磁束が量子化され、その磁束量子は電流を流すことによりローレンツ力を受けて移動することが知られているが、近年その磁束量子の移動が整流作用を示すケースが見いだされた。我々は走査SQUID顕微鏡(SSM)によって実空間で個々の磁束量子を実空間で直接観察し、この効果による磁束量子の挙動を明らかにしようとしてきたが、この研究の中で薄膜中を流れる電流ベクトルを磁束量子と同時に測定する手法を編み出してきた。本研究はこの手法を利用してこれまでの観察を発展させ、接合付近における磁束量子の挙動を直接観察することを目的としている。平成24・25年度においては、粒界の存在する薄膜に加工を施し、電流分布と磁束量子測定の実験を行った。これらの試料に対してSSM測定を行い、磁束と電流の相互作用の直接観察と可視化を実施した。また、アンチドット付近の磁場分布の計算を行った。一方、試料となる超伝導薄膜の合成における高品質化も併せて実施した。平成24-25年にかけて世界的なヘリウム供給減によりSSMによる実験が困難となり、ヘリウム消費を抑制のための装置改良に着手した。結晶粒界ジョセフソン接合への量子化磁束の侵入過程の直接観察に成功し、また円形以外のアンチドットでも電流を評価する方法を示した。平成26年度にヘリウムの供給は改善したものの価格は高騰し、実験回数には制約があった。研究開始当初は、試料としていくつかの材料を検討しながらもc軸配向の酸化物超伝導体薄膜の粒界接合を本命として想定していた。しかし、研究の過程において26年度に1軸成長した非c軸配向のBi系超伝導体の作製方法とその評価手法が分担者の遠藤を中心に開発された。これを利用することにより、ジョセフソン磁束のテクスチャが薄膜で観察され、本研究に非常に有効であることが見出された。工業所有権の出願準備中である。超伝導工学本研究における実験においては、液体ヘリウムの使用が不可欠であるが、平成25年度は24年度をも超えた世界的な供給不足により、液体ヘリウムの入手が非常に困難であった。このため、走査SQUID顕微鏡を稼働させての実験は必ずしも十分な回数を実施することはできなかった。しかし、計算、過去のデータの解析、試料作製のための薄膜調整を組み合わせて実施することによりデータをまとめ発表してきた。また、このヘリウム不足に対応するために走査SQUID顕微鏡の改良も行っている。これらにより次年度以降の実験の指針も数多く得ることができた。一方、走査SQUID顕微鏡による観察に用いる薄膜についても、より配向性を高めた超伝導薄膜の合成に成功している。以上のような状況から、計画はおおむね順調に進展している。本研究における実験においては、液体ヘリウムの使用が不可欠であるが、平成24年度は世界的なヘリウムの供給不足により、特に年度後半においては液体ヘリウムの入手が非常に困難であった。しかし、計算、過去のデータの解析、試料作製のための予備実験等などを組み合わせて実施することにより必要なデータが蓄積され、それらを発表してきた。さらにこれらにより次年度以降の実験の指針も数多く得ることができた。一方、走査SQUID顕微鏡による薄膜についても、より高品質な超伝導薄膜の合成に成功している。平成26年度のヘリウムの供給は依然として非常に厳しい状況であり、コストも大幅に上昇している。
価数揺動Ｙｂ化合物の特異な価数揺動ダイナミックスと量子臨界性に関する研究

国内外で初めて多重極限(低温・強磁場/高圧力)環境下での174Yb放射光メスバウアー分光法を確立した。その結果以下の成果を得た。b-YbAlB4での低温174Yb放射光メスバウアー分光の測定の結果から、国内外で初めてYb価数揺動物質の価数揺らぎの時間スケールがナノ秒程度の低速であり、温度上昇とともにその時間が早くなることを明らかにした。さらに、低温での低速な価数揺らぎが、圧力印加により抑えられることも明らかとなった。すなわち、Ybイオンの価数の超低速ダイナミックスが、常圧力・低温下で観測されていた、b-YbAlB4での量子臨界性と直接関係していることを実験的に解明した。常圧力下80mKで超伝導が出現することが初めて示されたβ-YbAlB4は、常伝導状態において非フェルミ液体的性質を示していることから、量子臨界物質であると考えられる。また、20Kでの光電子分光測定によりYbイオンの価数は、+2.75と見積もられ、価数揺動が重要な役割を演じていると指摘されている。また、圧力印可により磁気秩序の可能性が電気伝導測定より指摘されている。一方、β-YbAlB4の多形体である、α-YbAlB4は価数揺動物質であるが基底状態ではフェルミ液体である。しかし、低温で約30kOeの磁場を印加することでメタ磁性転移を示し、非フェルミ液体的電気伝導性が観測されている。これらの結果から、α-YbAlB4とβ-YbAlB4での量子臨界性とYbイオンの価数揺動状態との関係に興味が持たれている。本年度は、多重極限(低温・高圧力・強磁場)環境下でのβ-YbAlB4の放射光X線吸収分光測定を行った。その結果、約7GPa, 3Kでの吸収スペクトルの磁場依存性にYb3+イオンに対応する成分にのみ30kOeで異常を観測した。この異常は、双極子遷移での入射X線の偏光に対するYb4f電子の量子化軸の変化が原因と考えられる。すなわち、多重極限下で初めて微視的な測定手法でのβ-YbAlB4の磁気秩序を示唆する結果が得られた。一方、α-YbAlB4単結晶試料を用い2 Kでの磁場中174Yb放射光メスバウアー分光測定を行った。国内外で全く行われていない磁場中174Yb放射光メスバウアー分光法をSPring-8 BL09XUにより解析可能なスペクトルの測定に初めて成功した。その結果、磁化測定で観測されているメタ磁性転移に対応してセンターシフトの変化が有ることが分かった。今後詳細な解析が必要であるが、巨視的手法により観測されている非フェルミ液体的な現象とYbイオンの価数との関係を考察する上で重要な結果である。国内外で全く行われていない磁場中174Yb放射光メスバウアー分光測定に成功した。多重極限(低温・高圧力・強磁場)環境下放射光X線吸収分光測定から、β-YbAlB4の磁気秩序の可能性を微視的な手法で初めて観測した。常圧力下80 mKで超伝導が出現することが初めて示されたβ-YbAlB4は、常伝導状態において非フェルミ液体的性質を示していることから、量子臨界物質である。また、20 Kでの光電子分光測定によりYbイオンの価数は、+2.75と見積もられ、価数揺動が重要な役割を演じていると指摘されている。しかし、低温で約30 kOeの磁場を印加することでメタ磁性転移を示し、非フェルミ液体的電気伝導性が観測されている。本年度は、低温・強磁場下でのβ-YbAlB4, α-YbAlB4単結晶試料を用い2 Kでの磁場中174Yb放射光メスバウアー分光測定を行った。昨年度初めて低温・強磁場下での測定に成功したが、蓄積リングのバンチモードの最適化より高速での測定に成功した。その結果、β-YbAlB4では、磁場による量子臨界性(非フェルミ液体的な現象)の抑制に対応するメスバウー吸収スペクトルの変化を観測した。一方、α-YbAlB4では、Yb 4f電子による局在磁気モーメントは近藤効果により完全にスクリーンされていることが分かった。さらに、約20 kOe近傍で4f電子の空間分布の変化に対応する原子核の超微細相互作用の変化も観測した。さらに、低温・高圧力下での174Yb放射光メスバウアー分光測定の予備実験を行い、2 K約5 GPaまでの圧力下での測定に成功した。2 Kでの磁場中174Yb

放射光メスバウアー分光測定から、超微細相互相互作用を通じてYb 4f電子状態の変化の測定に初めて成功した。一方、国内外で全く行われていない低温・高圧力下174Yb放射光メスバウアー分光測定に初めて成功した。多重極限(低温・高圧力・強磁場)環境下174Yb放射光メスバウアー分光測定にめどがついた。常圧力下80mKで超伝導が出現することが初めて示されたβ-YbAlB4は、常伝導状態において非フェルミ液体的性質を示していることから、量子臨界物質である。光電子分光測定によりYbイオンの価数は、+2.75と見積もられ、価数揺動が重要な役割を演じていると指摘されている。また、圧力印可により磁気秩序の可能性が電気伝導測定より指摘されている。一方、β-YbAlB4の多形体である、α-YbAlB4は価数揺動物質であるが基底状態ではフェルミ液体である。これらの結果から、α-YbAlB4とβ-YbAlB4での量子臨界性とYbイオンの価数揺動状態との関係に興味が持たれている。低温・強磁場下及び低温・高圧力下でのβ-YbAlB4, α-YbAlB4単結晶試料を用い2 Kでの174Yb放射光メスバウアー分光測定を行った。昨年度国内外で初めて初めて低温・高圧力下での測定に成功した。その結果、β-YbAlB4では、磁場による量子臨界性(非フェルミ液体的な現象)の抑制に対応するメスバウー吸収スペクトルの変化を観測した。一方、α-YbAlB4では、Yb4f電子による局在磁気モーメントは近藤効果により完全にスクリーンされていることが分かった。さらに、約20kOe近傍で4f電子の空間分布の変化に対応する原子核の超微細相互作用の変化も観測した。今後詳細な解析が必要であるが、巨視的手法により観測されている非フェルミ液体的な現象とYbイオンの価数との関係を考察する上で重要な結果である。さらに、低温・高圧力下での174Yb放射光メスバウアー分光測定では、2K約4GPaまでの高圧力下で、β-YbAlB4が磁気秩序を示さにことを、微視的な測定法で初めて観測した。この結果は、圧力下電気伝導測定など巨視的な測定結果を考察の変更を迫るものである。国内外で初めて多重極限(低温・強磁場/高圧力)環境下での174Yb放射光メスバウアー分光法を確立した。その結果以下の成果を得た。b-YbAlB4での低温174Yb放射光メスバウアー分光の測定の結果から、国内外で初めてYb価数揺動物質の価数揺らぎの時間スケールがナノ秒程度の低速であり、温度上昇とともにその時間が早くなることを明らかにした。さらに、低温での低速な価数揺らぎが、圧力印加により抑えられることも明らかとなった。すなわち、Ybイオンの価数の超低速ダイナミックスが、常圧力・低温下で観測されていた、b-YbAlB4での量子臨界性と直接関係していることを実験的に解明した。研究計画に変更は無い。特に、α-YbAlB4単結晶試料を用い2Kでの磁場中174Yb放射光メスバウアー分光の詳細な測定を行い、Ybイオン価数と巨視的物性測定で観測されている非フェルミ液体的性質のの関係を明らかにしていく。β-YbAlB4, α-YbAlB4単結晶試料を用い多重極限(低温・高圧力・強磁場)環境下174Yb放射光メスバウアー分光の詳細な測定を行い、Ybイオン価数及び詳細な電子状態と巨視的物性測定で観測されている非フェルミ液体的性質の関係を明らかにしていく。凝縮系物理
X線回折法によるドームふじ氷床コアの結晶組織と転位密度の研究

南極ドームふじ基地で掘削された氷について、X線を使って構造を調べた。掘削前は周りの氷から力を受け圧縮されていた氷が、測定を行うと通常の氷に比べて体積が大きくなっていることがわかった。氷の結晶を六角柱で表わすと、底面の六角形と垂直な方向では深さが深くなるほど収縮し、それと垂直な方向では反対に膨張していることがわかった。また、氷河の流動に伴い氷が変形する際にできた微細な構造が観察され、それが氷の深さによって異なることがわかった。過去100万年にわたる地球の気候変動の解明を目的として,南極氷床深層コアの掘削とその解析が行われている。日本の研究グループは独自に掘削した氷床コア(ドームふじコア)で研究を行っている。氷床は数10万年の長い年月をかけて流動しており,氷床コアを構成する氷は,その流動の過程で塑性変形を受けた特殊な氷である。従って,実験室で作製された氷(実験室氷)とは異なる性質を有する可能性がある。そこで本研究では,X線回折法による測定によりこのような氷の構造の特徴の解明を目的としている。氷床コア氷を粉末にして格子定数を測定した結果,氷の格子定数は実験室氷と比べて大きく,かつa軸,c軸とも深さの増加とともに格子定数は増大するという深さ依存性を示すことが報告された。ただし,この結果は試料を粉末した影響が考えられるため,本研究ではバルク(薄片)試料について格子定数の測定を行った。その結果,粉末の場合と同様に氷床コアの薄片試料の格子定数は,実験室氷と比べて大きくなっていることが確認された。しかし,深さ依存性に関しては,深さの増加とともにa軸については増加,c軸については減少するという粉末の場合とは異なる深さ依存性が観測された。氷床の流動の過程では,個々の氷結晶は転位が導入されて塑性変形を受け,これは測定されたロッキングカーブの形状変化や幅の広がりとして観測される。そこで本研究では,X線回折法により氷床コアの氷結晶のロッキングカーブを測定し,その形状や幅から結晶組織とその転位密度について調べた。ドームふじコアの場合,これまで測定した2624mと3025mの試料では,ともに測定領域内に3ないし4個の亜結晶が存在することがわかった。また,ロッキングカーブの幅から求めた転位密度は,2624mの試料ではほぼ5x10^9m^<-2>,3025mの試料では5x10^7m<-2>1x10^7m<-2>となり,深い氷の方が転位密度が低いことがわかった。過去の地球の気候変動の解明を目的として、深さ3000m以上にわたる南極氷床の深層掘削により得られた氷床コア(ドームふじコア)の解析研究が行われている。南極氷床は約100万年の長い年月をかけて形成されると同時に流動しており、氷床コアの氷はこのような変遷を経た特殊な氷である。従って実験室で作製された氷(実験室氷)とは異なる性質を有する可能性がある。本研究では、氷床コアの氷の構造の特徴の解明を目的としてX線回折法によりロッキングカーブと格子定数の測定を行った。ロッキングカーブの測定は、深さ975mから3025mまでほぼ300m間隔で行った。全ての深さの試料において亜結晶粒が観測され、その間隔は概ね0.01°オーダーであった。ロッキングカーブの幅から転位密度を推定することができ、(10-12)反射の結果から推定すると、深さ975mから2000mまではで10^<10>m^<-2>で緩やかに減少した後、深さ2500mからは10^9m^<-2>となり、さらに3025mでは最も低い値で10^7m^<-2>となり、この間急激に減少した。これは、深い氷ほど長い年月を経ていることと、岩盤に近くほど地熱により温度が上昇し、アニールによる転位の消滅が活発であったためと考えられる。薄片試料の格子定数は、粉末試料の場合と同様に実験室氷と比べて大きいことが確認された。しかし、深さ依存性に関しては、a軸とc軸で異なり、深さの増加とともにa軸については増加、c軸については減少するという粉末の場合とは異なる深さ依存性が見られた。格子定数が実験室氷より大きくなる原因として、試料に含まれる微小気泡の内圧の影響が考えられる。また、深さ依存性については、結晶c軸方位の深さ依存性から、コア軸方向に圧縮応力が、それと垂直方向に引張応力がはたらくとして説明できる。