hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無機スイッチングデバイスの有機分子を用いた高機能化

不揮発性ナノデバイスの一つである原子スイッチはAg_2Sの電極とPtの電極を1nm離した構造でこれまでに実現されたことのないサイズのスイッチングデバイスである。本研究では原子スイッチの間隙部分に光応答有機分子を塗布することにより、光照射時のみ原子スイッチが駆動する光センサー素子とすることに成功した。また異なる駆動波長を有する光応答分子を用いることでカラー化を目指し、かつ光応答原子スイッチの回路化を実現した。近年の電子機器の小型化に伴い、微細化の技術限界を打破する様々な極微デバイスが提案されている。その中で、原子スイッチはAg_2Sなどの固体イオン伝導体を利用し、金属原子数個の移動によるスイッチングを可能とした有望なデバイスである。この原子スイッチにおいて、両電極間の電気伝導度を光などの外場によって制御することが出来れば、イメージングデバイスなどの実現が可能となる。そこで本研究では電極間に光伝導性有機薄膜を存在させることによって、光照射によるスイッチングの実現を目指している。光伝導性有機薄膜として固体の物質を使用した場合、一度架橋がなされた後、Ag細線が後退する際に細線が存在した位置に空孔が生じるため際架橋が難しくなるためデバイスの性能劣化につながる。つまり、光伝導性有機薄膜として液晶性薄膜を用いれば、Ag細線の伸縮に伴う欠陥が自己修復されデバイスの性能を維持することができると思われる。そのため、光伝導性を持ち、かつ液晶であるようなN,N'-di(3,4,5-tridodecyloxyphenyl)parylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid diimideの合成をおこなった。液晶性を有することが確認でき、本研究の目的に合致する。またデバイス作製に必要なナノギャップ電極作製手法も確立することができた。来年度、この分子およびナノギャップ電極を用い、光応答スイッチングの確認や他の液晶系分子の合成などを通じ、理想的な光応答スイッチングデバイスの構築とその高機能化を目指す。本年度は前年度に引き続き光駆動原子スイッチのRGB化や回路化に取り組んだ。特に回路化では多数の光応答原子スイッチを配置して、既存の分子N,N'-Diheptylperylen-etetracarboxylicDiimideを用いて、光応答駆動が同時に起きるかどうかの試験を行った。多数のスイッチが同時に駆動できることから、これは微弱光のセンシングの増幅機構などに利用できる可能性がある。実際の試験では10個のスイッチング素子を並列に配置してその駆動を調べた。微弱な信号でもスイッチングが多くのデバイスで起きれば、その信号は増幅されることが期待される。このことにより将来の微弱光センシング技術発展に向けた大きな第一歩を踏み出すことができた。RGB化では合成をおこなった新規ペリレンジイミド誘導体を用いて、照射波長を変化させながらその応答様式を試験した。実際に行った実験では照射光の波長を400nm700nm程度までの間で段階的に変化させその光応答の様子を調べることにより、光選択スイッチングの可否を確かめた。結果、波長600700nmの光を照射したときに最も光応答電流が流れ、その他の領域ではほぼ光に対して反応しなかったためこの分子はRGBのうちR(赤色)検出素子原子スイッチとして利用できることが分かった。光応答原子スイッチをカラーセンシングに利用できる可能性は大きく増したと言え、つまり原子スイッチのRGB化の実現、すなわち人工網膜への応用は将来間違いなく実現されるであろうという結論に達した。以上の結果から本研究課題の目標はおおむね達成できたと言える。
微分方程式の漸近解析的研究

ア.複素領域の微分方程式の漸近解析(形式解と真の解、積分表示)内山は2変数のある種の確定特異点型の偏微分方程式の形式解が優級数の方法で収束することを示した。大内はある条件を満たす1階半線形特異偏微分方程式の形式解がBorel summableであることを示し、それをヴェクトル場の標準形を求めることに応用した。さらに、ある意味で常微分方程式の摂動と考えられる偏微分方程式に対しては形式級数解が"multi-summable"であることを示した。田原はフックス型の非線型偏微分方程式の解の特異点の構造を決定し,一階の正規型の非線型偏微分方程式が特異な解をもつための必要条件と十分条件を得、nonlinear totally characteristic typeの非線型偏微分方程式の解の特異点の存在、非存在、解の一意性に関する結果を得た。イ.実領域における微分方程式の漸近解析と関連する応用解析。内山は2階p楕円型偏微分方程式の球対称解の局所-意性を示し、L.Paredesと共同で非線形4階のp楕円型偏微分方程式の1次元モデルから非線形確定特異点型偏微分方程式の候補を得た。吉野は諏訪将範との共同研究で錐に台をもつ指数型超関数の熱核による特徴付けとその応用を行い、また、正の定符号型の超関数について結果を得た。平田は、3階の非線形偏微分方程式の解の族を楕円関数を用いて具体的に表示した。後藤はasymptotic inclusionの研究をした.青柳は、学習理論においてニュートン図形退化で,さらに特異点が孤立していないカルバック情報量の確率的複雑さの厳密な漸近展開を与えた.ア.複素領域の微分方程式の漸近解析(形式解と真の解、積分表示)内山は2変数のある種の確定特異点型の偏微分方程式の形式解が優級数の方法で収束することを示した。後藤はasymptotic inclusionの研究をした.青柳は、学習理論においてニュートン図形退化で,さらに特異点が孤立していないカルバック情報量の確率的複雑さの厳密な漸近展開を与えた.1.複素領域の微分方程式と漸近解析大内は偏微分方程式の形式級数解とその解析的意味(形式級数を漸近展開にもつ真の解の存在をど)を詳しく調べた。ある条件を満たす1階半線形特異偏微分方程式の形式解がBorel総和可能であることを示し、それをベクトル場の標準形を求めることに応用した。田原はFuchs型の非線形偏微分方程式の解の特異点の構造を、特性指数に関する付加条件なしで完全に決定した。また、複素領域での1階の正規型の非線形偏微分方程式が特異な解をもつための必要条件と十分条件に関して、大変シャープな結果を得た。内山はp楕円型方程式の球対称解の満たす非線形常微分方程式を考察し、解の解析的特異性を記述する複素領域の非線形偏微分方程式を得た。吉野は諏訪将範氏と共同研究を行い、錐に台をもつ指数型超関数の熱核による特徴付けを行った。特に、時間が0にいくときの漸近挙動について詳しい解析を行った。応用として、Paley-Wienerの定理、くさびの刃の定理を得た。2.実領域の微分方程式と漸近解析内山はp楕円型方程式の球対称解の満たす非線形常微分方程式の解の局所一意性の考察を行い、部分的解決を得た。3.その他の関連する研究青柳は1変数複素関数である学習モデルのゼータ関数の極が、ベイズ推測に関する確率的複雑さの漸近形の主要項の値を理論的に求めた。1.複素領域の微分方程式と漸近解析大内はここ数年来の偏微分方程式の形式級数解とその形式級数解を漸近展開にもつ真の解の存在について研究を続けた。とくに常微分方程式の場合に進展した多重総和法(multi-summability)の理論を偏微分方程式に応用した。ある意味で常微分方程式の摂動と考えられる偏微分方程式に対して形式級数解が多重総和可能であること(multi-summability)を線形の場合に示し、非線形の場合には複雑な評価を遂行することによって示した。

田原は複素領域でのnonlinear totally characteristic typeといわれる非線形偏微分方程式について研究をし、特異点の存在に関する結果、特異点の非存在に関する結果、解の一意性に関する結果を得た。内山はフィリピン大学L.Paredesと共同で4階のp楕円型方程式の1次元モデルである非線形常微分方程式の解の解析的特異性を記述する複素領域の確定特異点型の非線形偏微分方程式の候補を得た。吉野は正の定符号型の超関数について研究をし、諏訪将範との共同研究においてBochner-Schwartzの定理をFourier-ultra hyperfunctionに対して得た。この結果は長町-Bruningの最近の場の理論の研究と関連している。また、正の定符号型超関数の超局所解析性の伝播について結果を得た。これは今までに知られていた底空間における正則性の伝播の定理の拡張になっている。2.実領域の微分方程式と漸近解析内山はp楕円型偏微分方程式の球対称解の満たす非線形常微分方程式の解の局所一意性の証明を与えた。平田はHongyu Wuによって非線形可積分系から導出された非線形偏微分方程式で解を定数解のBacklund変換から構成ものに、別のタイプのBacklund変換を適用して、さらに幅広いクラスの厳密解を求めることができた。3.漸近解析に関連するその他の研究。青柳は渡辺澄夫との学習理論の特異モデルである3層型ニューラルネットワーク、縮小ランクモデルの共同研究においてニュートン図形が退化し、特異点が孤立してない場合にカルバック情報量の確率論的複雑さの厳密な漸近展開を与えた。後藤はMarta-T.Asaedaと共同で、あるsubfactorに対してasymptotic inclusionを与えた。
氷表面反応の科学：原子トンネル反応と同位体分別機構

光などの外からのエネルギーを必要としない氷表面反応,特に原子トンネル反応素過程とその同位体効果を実験的に調べ,以下の知見を得た.(1)極低温アモルファス氷上での水素原子表面拡散の活性化エネルギー,(2)氷表面でH-H再結合により生成した水素分子の核スピン温度,(3)ホルムアルデヒドの原子トンネル反応による重水素濃集過程,(4)OHラジカルとCO表面反応によるCO_2生成過程.光などの外からのエネルギーを必要としない氷表面反応,特に原子トンネル反応素過程とその同位体効果を実験的に調べ,以下の知見を得た.(1)極低温アモルファス氷上での水素原子表面拡散の活性化エネルギー,(2)氷表面でH-H再結合により生成した水素分子の核スピン温度,(3)ホルムアルデヒドの原子トンネル反応による重水素濃集過程,(4)OHラジカルとCO表面反応によるCO_2生成過程.本研究の目的は,地球惑星科学的に重要な分子種(水,二酸化炭素,ホルムアルデヒド,メタノール等)の生成・同位体分別に関わる,氷表面原子トンネル反応の反応経路,反応速度定数およびその表面温度・組成依存性を実験的に調べることである.平成21年度は,上記反応に至る表面素過程として最も基本的な,氷表面における水素原子の吸着,拡散,水素分子生成と生成時のスピン温度について実験を行った.原子線をフラックス測定の後氷表面に照射し,吸着水素原子をレーザーによる光刺激脱離と共鳴多光子イオン化法を用いて検出し,水素原子の表面数密度とその時間変化を測定した.その結果,水素原子の氷表面(多結晶氷,アモルファス氷)への吸着係数とその温度依存性,および水素原子の氷表面拡散の活性化エネルギーを求めることができた.吸着係数は1520Kで急激に下がり,8Kのときを1としたとき20Kでは0.1となった.拡散の活性化エネルギーはアモルファス氷では少なくとも2成分となり,低い方で20meV程度,高い法で50meV程度と見積もられた.また多結晶氷の場合,低い方のみが観測された.分子雲中の氷星間塵に水素原子が吸着した場合,そのほとんどは素早い拡散の後反応に費やされるであろうことが示唆された.また,スピン温度に関してはH21年度22月現在まだ十分な結果が得られていない.本年度は,研究課題の主要な目的のひとつである,低温(アモルファス)氷表面での水素原子拡散の同位体効果および,水素原子再結合反応により生成した水素分子の原子核スピン温度の測定を行った.氷表面に存在する(重)水素原子をレーザー誘起脱離させたのちREMPI法により直接検出し,その強度の時間減衰(再結合による水素分子生成により引き起こされる)から表面拡散の情報の得た.その結果,表面温度8Kでは水素と重水素原子の間で拡散の速さに大きな違いは見られず,拡散はトンネル効果によるものではなく,アレニウス的なものであることが示唆された.このことは,表面再結合による水素分子の生成速度には同位体効果がほとんど現れないであろうことを意味する.再結合により生成した水素分子のスピン温度を測定したところ,およそ200K以上を示す高温平衡値3に近いことがわかった.また,生成した水素分子はアモルファス氷表面で再トラップされた後に,スピン温度が時間とともに下がる(オルソ→パラ転換する)事がわかった.この結果は,星間水素分子のスピン温度が温度領域により異なるという天文観値をうまく説明することができる.有機分子CH_3NH_2(メチルアミン)に関して,氷表面原子トンネル反応による重水素濃集が起こるか予備実験を行ったところ,HがDに置換する反応だけではなく,その逆のDがH置換するプロセスも進むことが分かった.ホルムアルデヒドの重水素濃集についてより詳細な実験を行い,昨年度までに得られた実験結果とあわせてホルムアルデヒド重水素体生成プロセスを決定する要因(活性化エネルギー,表面組成,温度,反応系の実効質量)を吟味した.ホルムアルデヒドでは,ホルムアルデヒド中のH原子が表面上の自由D原子と反応するH-D置換,およびその逆のプロセスD-H置換反応がおこる.同時にH,D付加トンネル反応による重水素体メタノール生成のチャンネルもあるため,星間塵表面で標準体ホルムアルデヒドから出発した場合,重水素体の生成比率はH,D原子比および各反応の反応効率による.反応性を支配する要因を比較検討した結果,反応速度はトンネル反応系の実効質量に強く依存し,分子雲環境ではD_2CO,CHD_2OHが卓越する結果となることが分かった.これは豊富なD_2COの存在を報告した,ごく最近の分子雲の天文観測と整合する.振動内部エネルギーを持たない低温OHラジカルとCOの氷表面反応により,CO_2が生成することがわかった.これまで,OH+CO反応によるCO_2生成にはOHが振動励起しているか,大きな並進エネルギーを持つこと(つまり,CO_2生成には紫外線もしくは宇宙線の存在)が必要と思われていたが,低温で振動基底状態のOHとの反応でもCO_2が生成することが明らかになった.この反応は放射場の弱い分子雲コアにおけるCO_2生成の重要なプロセスと考えられる.また,同じ反応実験から炭酸:H_2CO_3の生成が同時に確認され,その生成量はCO_2の40-70%に上る.炭酸は分子雲で観測されていないが,本研究からその存在が示唆された.
自然発生及び化学発癌剤誘発マウス大腸腫瘍における遺伝子異常

ヒト大腸癌とマウス実験癌の間で認められる遺伝子異常の差の原因として種の違いとDNA損傷過程の相違の2つが考えられる。この点を明らかにするために、近交系間のF1マウスを用いて共通の遺伝的背景のもとで、DMH投与による実験腫瘍と変異APC遺伝子(Min)による自然発生腫瘍を作成し、両者の遺伝子異常を比較・解析した。DMHによる腫瘍はほとんどが大腸に発生するのに対し、Minマウスにおける腫瘍は大腸よりもむしろ小腸に多く発生した。発生した腫瘍はどちらも大半が分化型腺癌及び腺種であり、組織像には差は認められなかった。Min変異による腫瘍121例の約90%に野性型APC遺伝子の欠失が認められた。DMH誘発腫瘍については、PCR-SSCP法による解析によりAPC遺伝子内に突然変異が検出されたが、近傍のマイクロサテライトマーカーによるLOH解析から欠失の頻度は低いと考えられた。一方、p53遺伝子についての解析ではAPC遺伝子とは対照的に、Min変異による腫瘍では突然変異も欠失も全く認められなかった。DMH誘発腫瘍においてもp53遺伝子の異常を示したのは182例中20例とヒト大腸癌に比べてかなり低く、また、病理組織学的に癌と診断しうる多くの例でp53遺伝子の異常が認めれないことから、マウス大腸発癌にはp53遺伝子の不活化はそれ程重要ではないことが示唆された。ras遺伝子についてもMinマウスにおける腫瘍では全く突然変異は認められなかった。マイクロサテライトマーカーによる解析からDMH誘発腫瘍では高頻度にマイクロサテライト領域の不安定性(RER)が起きていることが明らかになった。一方、Min変異による腫瘍ではこれまでのところRERは認められていない。以上の結果から、腫瘍における遺伝子異常は種と発癌要因の相違の両方を反映すること、ヒトFAPとそのモデルマウスでは発生した腫瘍における遺伝子異常にかなり大きな相違があることが明らかになった。1.DMH誘発マウス大腸腫瘍182例について、8染色体上の19個のSSLPマーカーを用いて対立遺伝子欠失(LOH)の有無を検索した。その結果、APC,MCC,DCC遺伝子の存在する第18染色体に6例、それ以外の染色体上に8例と頻度は低いがLOHが検出された。第18染色体におけるLOHは、その大半がAPC,MCC,DCCを含む染色体全長にわたって同一アレルが欠失していることから、染色体不分離(及びその後の重複)によると思われる。2.これらの腫瘍182例中61例にマイクロサテライト領域の不安定性(RER)が起きていることがLOH解析の過程で明らかになった。しかし、ヒトの場合と異なり、マウス大腸腫瘍におけるRERは大半が1カ所のみの異常で繰り返し配列長の変化の程度も小さかった。RERの頻度は各マーカーによって異なり、頻度が特に高いマーカーが幾つか認められたが、頻度と繰り返し配列の間には相関は認められなかった。3.p53遺伝子の突然変異とLOHについて詳細に解析した結果、p53遺伝子の異常を有する腫瘍20例中8例において両方のアレルが突然変異あるいは突然変異と欠失により不活化していることが明らかになった。残りの腫瘍については変異アレルと正常アレルの両方の存在が示唆された。Min-F1マウスにおける自然発生大腸・小腸腫瘍の発生に成功したことにより、DMH誘発腫瘍と自然発生腫瘍間における遺伝子異常の比較のための系を確率することができた。現在、腫瘍試料の収集を行っているところである。今年度は、自然発生腫瘍における遺伝子異常に焦点を当てて解析を行った。

MinマウスはAPC遺伝子に変異を有するため発癌剤処理なしに消化管に腫瘍を多発することが知られている。このMinマウスと近交系間のF1(F1-Min)に発生した腫瘍85例(大腸20例、小腸61例、盲腸4例)及び親系統のB6-Minに発生した腫瘍36例(大腸20例、小腸15例、盲腸1例)について病理組織像及び遺伝子異常の解析を行い、DMH誘発大腸腫瘍との比較を行った。1.Minマウスに発生した腫瘍は大半が分化型腺癌及び腺腫であり、組織像においてDMH誘発腫瘍との間に差異は認められなかった。2.Minマウスにおける腫瘍の90%以上に野生型APC遺伝子の欠失が認められた。発生部位や遺伝的背景による欠失頻度への影響は認められなかった。3.p53遺伝子エクソン5-8及びK-、H-、N-ras遺伝子エクソン1、2における突然変異をPCR-SSCP法により解析したが、Minマウスにおける腫瘍121例には全く異常は認められなかった。また、p53遺伝子イントロンにおける多型を利用してLOHの有無を検索したが、p53遺伝子には全くLOHは認められなかった。これらの結果から、Min変異による腫瘍とDMH誘発腫瘍では遺伝的背景が共通であるにも関わらず、関与する遺伝子異常にかなり大きな相違があることが明らかになった。
大気・地表面系のダイナミックスに関する基礎的研究

地球上の機構とその変化を決定する要因として、海水面温度、陸上の雪氷、陸地面の湿潤度などがある。近年、気候変動メカニズムの解明が世界的に重要課題になるにつれ、大気とこれらの要因との関係を調べる研究が盛んに行われ始めた。本研究では、陸地面の湿潤度がその上の大気の状態や大気の流れに及ぼす影響を基礎的な立場から明らかにすることを目指す。陸地面が大気に及ぼす効果を抽出するため、鉛直1次元モデルを作成した。大気の温度と水蒸気量は、放射・乱流拡散・凝結のプロセスによって決まる。土壌中では熱伝導のみを考える。土壌表面では、放射、顕熱・潜熱の大気との交換、地下への熱伝導のバランスによって温度が決まる。この研究の目的として、土壌水分量に応じて表面から大気への蒸発量が変化することを考慮し、陸地面の湿潤度を表すパラメーターβを導入した。β=1の場合が水面と同じであり、β=0は完全に水のない状態である。β=1、0.1、0.01、のように湿潤度を変えた条件下で、モデルの時間積分を100日間行い、どのような大気状態が出現するか、蒸発量はどの程度変わるか、を調べた。時間積分にあたっては、太陽光の日変化をとり入れた。その結果次のことが明らかになった。(i)地面が湿っているほど地表面温度の日変化は小さい。(ii)地面が乾燥するにつれ、蒸発量は減少する傾向にあるが、その差はβの差に比べて著しく小さい。βが10分の1になっても蒸発量は2割ほど減少するに過ぎない。この原因について考察した。以上の1次元モデルとともに、3次元の大気大循環モデルを用い、四角の海をとりまく大陸を仮定し、その陸地面のβを変えて実験を行い、1次元モデルと基本的に同じ結果を得た。今年度の当初の研究計画は,現在の大気大循環モデルにおける大気と地表面との相互作用過程を改良し,地表の植生の効果をとり入れるようにすることを第一としていた.しかしながら,植生の効果の取り入れ方は大へん難しく,植物生態学で知られたことを直ちに数値モデル化することは不可能であることがわかった.そこで,植生を含む地表面過程のモデル化に関して,最も進んでいると思われるメリーランド大学グループのものを基礎にすることにし,メリーランド大モデルの地表面過程に関する部分のプログラムを入手した.そのプログラムを解読して,当グループのモデルに導入するための準備を行っている.植生を含む地表面の大気に与える影響の中で,重要な点のひとつは地表全体としての水分供給能力が様々に変わり,その結果大気の温度と水蒸気濃度の分布が変わることである.日射が大気・地表系に入射したとき,一部は熱として空気を暖め,一部は蒸発の潜熱として使われ,それが対流雲中で凝結するとき大気を加熱する,という降水を伴う大気特有の放射・対流平衡を,雲の形成と水循環を陽にとり入れた一次元モデルによって検討した.出発点として熱帯海洋の条件で計算を行った.その結果,標準的な日射量に対して,地表温度は17°C,雲低下の混合層の温度は約70%,年間降水量は, 1200-1500mmとなった.従来の対流調節では温度や水循環についての情報は得られないが,この新しい方法によって大筋を決めることが可能であると判断される.人間活動に起因する二酸化炭素増加が大気の放射収支を変え,気候分布を変える可能性がある.植生の効果を含めた大循環モデルが完成したら,この問題の数値実験にも使いたいので,その準備として,現在のこの方面の研究結果をサーベイした.地球上の機構とその変化を決定する要因として、海水面温度、陸上の雪氷、陸地面の湿潤度などがある。
転写抑制因子(BCL6遺伝子群とポリコーム遺伝子群)による造血制御

BCL6とそのホモログであるBAZFの機能解析を行なった。1)造血幹細胞におけるBCL6とBAZFの発現: BCL6とBAZFは、共にマウス造血幹細胞に発現していた。BCL6とBAZFのノックアウトマウスを用いて機能解析を行う予定である。2)BCL6強制発現による細胞死誘導機序の解析: BCL6を強制発現させると繊維芽細胞株NIH3T3がアポトーシスに陥った。アポトーシスにはPOZドメインとBAZFと共通の17a.a.の2カ所が重要な役割を果たしていた。エストロジェンレセプターとのキメラ遺伝子を用いた検討から、BCL6は17a.a.を介してアポトーシスを誘導していることが示唆された。また、Histone deacethylase(HDAC)阻害剤であるTSA(Trichostatin A)添加によりアポトーシスが阻害されることから、BCL6が17a.a.によるHDAC複合体の染色体DNAへのリクルートを介して細胞死を誘導している事を明らかにした。3)BCL6トランスジェニックマウスの作製: BCL6をIg遺伝子のプロモーターに組み換えて、トランスジェニックマウス(Ig-BCL6マウス)を作製した。Ig-BCL6マウスではT細胞依存性抗原(DNP-OVA)投与による抗体産生能が亢進していた。またlck-BCL6のトランスジェニックマウスも作製しており、このマウスとBCL6ノックアウトマウスの解析からBCL6により、IL-5の産生が制御されていることがわかった。プロモーター解析により、IL-5のプロモーターにあるBCL6結合部位を介してBCL6が直接IL-5の発現を制御していることが判明した。4)BAZFノックアウトマウスの作製: BAZFのノックアウトマウスを作成中であり、現在キメラマウスが生まれている。
測度論的拡大性を持つ微分可能力学系の特徴付けに関する研究

本研究では,確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像,不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像,そしてエルゴード的な不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像を対象とし,微分幾何学的力学系理論の立場から特徴付ける。次の成果が得られた:すべての確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像の集合のC1-位相に関する内点は,擬-アノソフ系と一致,すべての不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像の集合のC1-位相に関する内点は,Ω-安定な系と一致。さらに,C1-位相に関する摂動に対し位相推移性と非双曲性が維持され,すべてのエルゴード的な不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像から成る開集合が存在。μを距離空間(X,d)上の確率測度とする。写像fがμ-拡大的(測度論的拡大性の定義)であるとは,あるδ>0が存在し,すべてのx in Xに対しμ(Г_δ(x))=0が成立することをいう。ただし,Г_δ(x)={y in X : d(fn(x), fn(y))<δ(∀n in Z)}とする。本研究では,測度論的拡大性の概念を微分可能閉多様体上の微分可能力学系に導入し,拡大性を満たす微分同相写像を測度論的視点から考察するとともに,微分幾何学的力学系理論の立場から特徴付ける。E, IEのC1-位相に関する内点集合(intAで集合Aの内点を表す)について「intPE= intE」「intIE = Ω-安定性」が成り立ち,測度論的拡大性と双曲性との関係は明確となっている(論文は,2014年,専門雑誌に掲載された)。平成25年度の課題は,f in intEEに対し,I. Ω(f)=∪_{μin Me_f(M)}supp(μ)となること,II. Ω(f)上に占有的分解が存在すること,の証明である。ここで,supp(μ)は,測度μの台とする。上記課題I.II.の解決準備に向け,現在,EEの具体例(3次元多様体上の推移的ではあるが非双曲的な写像空間の例)に対し,その内点の構造解明に取り組んでおり,概ね解明されつつある。しかし,安定多様体の可測性等の証明が不十分であり,現時点ではその完全な解明には至っていない。ただし,Г_δ(x)={y in X:d(fn(x), fn(y))<δ(∀n in Z)}とする。E, IEのC1-位相に関する内点集合(intAで集合Aの内点を表す)について「intPE=intE」「intIE=Ω-安定性」が成り立ち,測度論的拡大性と双曲性との関係は明確となっている。平成26年度の課題は,25年度に引き続き,f in intEEに対し,I.Ω(f)=∪_{μin Me_f(M)}supp(μ)となること,II.Ω(f)上に占有的分解が存在すること,の証明である。本年度は,課題I,IIの解決の礎である,EEの具体例(3次元多様体上の推移的ではあるが非双曲的な写像空間の例)の内点の構造解明が完了した(論文は,力学系理論専門雑誌に掲載された)。現在,その成果を基に上記課題I,IIの解決に取り組んでいる。E, IEのC1-位相に関する内点(intAで集合Aの内点を表す)について「intPE=intE」「intIE=Ω-安定性」が成り立ち,測度論的拡大性と双曲性との関係は明確(論文は2014年,専門雑誌掲載)。平成27年度の課題は,26年度に引き続き,研究計画書の課題I,IIの解決。その礎となるEEの具体例(3次元多様体上の推移的ではあるが非双曲的な写像空間)の内点の構造解明は完了(論文は2015年,専門雑誌掲載)。今年度の取組みでは,課題Iの解決に向け,Pughの閉補題の検討を行った。課題IIの解決に向けてのシナリオは次の通り:ある測度μin Me_f(M)に対しsupp(μ)上に占有的分解が存在しないと仮定→エルゴード的閉補題より,fのC1-位相に関する近傍に,占有的分解を持たない周期軌道を有するgを構成→占有的分解が存在しないことから,gのC1-位相に関する近傍に吸引的周期点又は反発的周期点を所有するgが存在→その周期軌道の近傍に,エルゴード的確率測度を持ち拡大的でない力学系を構成。これにより矛盾を導く予定であったが,現時点でエルゴード的測度の構成に至っていない。

総合的に勘案し,本研究の達成状況は概ね70%である。本研究では,確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像,不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像,そしてエルゴード的な不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像を対象とし,微分幾何学的力学系理論の立場から特徴付ける。次の成果が得られた:すべての確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像の集合のC1-位相に関する内点は,擬-アノソフ系と一致,すべての不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像の集合のC1-位相に関する内点は,Ω-安定な系と一致。さらに,C1-位相に関する摂動に対し位相推移性と非双曲性が維持され,すべてのエルゴード的な不変確率測度に対し測度拡大的な微分同相写像から成る開集合が存在。本研究計画調書にある研究推進に向け,平成25年度に引き続き,本年度においても課題I,IIの解決のための準備として,EEの具体例(3次元多様体上の推移的ではあるが非双曲的な写像空間例)に対し,その内点の構造解明に取り組んだ。本研究の推進には,この例の微分幾何学的構造の解明が必要不可欠である。この例は,最初に3次元トーラス上に推移的ではあるが非双曲的な写像を構成し,次にそれをC1-位相に関し摂動することで(写像空間が)構成される。平成26年度の研究により,摂動後の写像も摂動前の写像と位相的には同じ構造を持っていることが解明され,EEの開集合を成すことが証明された(この研究成果は力学系理論専門雑誌に掲載された)。しかし,この結果は本研究推進のための基盤的研究成果であり,本研究の全体的な達成度としては“やや遅れている"。擬軌道尾行性や拡大性を持つ力学系の特徴付けf in intEEとする。27年度においては,上記EEの具体例をプロトタイプとして課題I,IIの解決を目指し,それを基に課題IIIに取り組む。課題Iの証明にはPughの閉補題を用いる。課題IIの解決に向けての基本方針は,粗い議論ではあるが以下の通り:ある測度μin Me_f(M)に対しsupp(μ)上に占有的分解が存在しないと仮定する。Maneのエルゴード的閉補題により,fのC1-位相に関する近傍に,占有的分解を持たない周期軌道を有するgが構成できる。占有的分解が存在しないことから,gのC1-位相に関する近傍に吸引的周期点又は反発的周期点を所有するgが存在することがわかる。その周期軌道の近傍に,エルゴード的確率測度を持ち拡大的ではない(部分的)力学系を構成することにより矛盾を導く計画である。平成25年度研究計画にある,課題I.II.の解明のための準備段階として,まずEEの具体例(3次元多様体上の推移的ではあるが非双曲的な写像空間例)に対し,その内点の構造解明に取り組んだ。この例は,最初に,3次元トーラス上に推移的ではあるが非双曲的な写像を構成し,次にそれをC1-位相に関し摂動することで(写像空間が)構成される。摂動後の写像も摂動前の写像と位相的には同じ構造を持っていることがわかるので,当初は,EEの開集合を成すと考えていた。しかし,摂動後の写像の安定多様体の可測性等の証明が不十分であり,現時点ではその完全な解明には至っていない。大学院教育学研究科の改組(設置及び教職課程認定作業)に担当責任者として従事していた関係で,平成26年度当初から年末にかけ文科省法人支援課等との協議が頻繁にあり,その対応のため,計画していた力学系理論研究集会(ICMサテライト会議等:於韓国忠南国立大学校)への出席及び国内外での共同研究等の推進を一時的に見合わせざるを得なかった。本研究の推進には,上記具体例の微分幾何学的構造の解明が必要不可欠である。摂動後の写像の安定多様体の可測性等を証明する必要があり,これについては,測度論的力学系理論の専門家に知識の提供を受ける。f in intEEとする。
盲点における視覚的フィリングインの時空間的特性に関する研究

本研究は、人間の盲点における知覚的補完現象の時空間的特徴を明らかにすることを目的にしている。研究の背景は、知覚的補完が外界を復元するという点で視覚系における重要な機能の1つであり、盲点補完は知覚的補完のもっとも代表的な例であるからである。従来の盲点補完に関する研究は、質的なものが多く(例えば、Ramachandran,1992)、補完現象を数量的に測定したものが少なかった。われわれは、ギャップをもつ盲点領域を挟むように両側に線分を呈示し、線分の長さを徐々に増加(減少)させることによって、線分補完が生じる臨界線分長さを測定することによって、盲点補完を量的に測定した。これらの研究の結果、以下の事項が明らかになった。1)盲点の両端の線分がひじょうに短いと(視負1°以下)、補完は起こらずに、短い線分が離れて見える。この事実は、線分補完が起こるためには、盲点両側の情報の比較照合が行われているということを意味する。2)補完が起こる最小線分の長さは、水平方向と垂直方向で差があり、垂直方向のほうが長い線分を必要とする。この事実は、盲点補完の異方性(anisotropy)を示す。3)盲点における線分補完の異方性は、盲点の水平径と垂直径の長さの差とは相関がない。4)補完には線分幅、呈示時間が一定の効果をもっている。5)線分で見出された異方性は、2種類の補完が起こる可能性をもつグレーティング刺激を用いた場合でも同様の異方性が見出されたので、頑健な(robust)な現象であるといえよう。6)盲点を挟む両端の線分の間で「整列性」「方位」「コントラスト」の差があっても、補完が生じる。これを"補完のトレランス"呼ぶ。トレランスは、整列性と方位では、水平方向のほうが大きく、コントラストでは垂直方向のほうが大きかった。これらの結果は、補完に必要な情報に違いがあることを示唆している。本研究は、盲点における視覚的フィリングイン(知覚的充填)の時間・空間的特性を心理物理学的方法を用いて調べることによって、脳による補完機能を解明することを目的にしている。今年度は、1)盲点領域を正確にマッピングする方法を確立すること、2)線分刺激を用いてフィリングインの時空間的特性を定量的に調べることが目的であった。1)の課題については、以下に述べる方法によって盲点のマッピングができることを確かめた。観察者は、点滅しながら単眼視野内を水平、垂直にスキャンする刺激光点が視野から消失(あるいは出現)した時点でキー押し反応を行なった。コンピュータはキー押し時点の光点の位置を記録し、位置の集合にもとづいて盲点領域がマップされた。11名の観察者について計測した結果、注視点を原点とする視野座標において、左眼盲点は(-16.9°、-1.9°)右眼盲点は(17.4°、-1.2°)であり、盲点の水平径と垂直径はそれぞれ左眼(7.1°、7.4°)右眼(6.5°、7.4°)であった。以上の計測法の妥当性を調べるため、盲点周辺のさまざまな位置に短時間提示された光点の検出率を調べた。

直径0.2°の白色ドットを200msecランダムな位置に提示して、観察者は見えたか見えなかったかを口頭で答えた。各観察者は合計120試行を行ない、平均の検出率を算出した。その結果、盲点内部は0.026、盲点境界線上は0.683、盲点外部は0.966となり、計測法が妥当であることを示した。以上の盲点計測にもとづいて、フィリングインの実験を行なった。盲点の垂直径、水平径に一致するように盲点の両側に線分刺激を提示した。基準線分が盲点の反対側で同じ偏心度の網膜位置に提示された。実験の結果、フィリングインの異方性が確認された。本研究は、盲点における知覚的フィリングイン(知覚的充填)の時間・空間的特性を心理物理的方法を用いて調べることによって、脳の補完機能のメカニズムを解明することを目的にしている。今年度は、線分刺激を用いて、線分の方位(0°180°)とフィリングインが起るクリティカルな線分の長さとの関係を調べた。その結果、垂直方位(90°)のほうが、水平方位よりも長い線分を必要とするという異方性(anisotropy)が存在することがわかった。この異方性は、それぞれ個人の盲点形状(縦方向に長い長楕円形)とは関係がないことがわかった。それぞれの個人の盲点領域における縦径と横径の比とフィリングインの縦横方位でのクリティカルな線分の長さの比との相関係数はひじょうに低かった(左眼:r=0.011,右眼:r=0.083)。さらに、線分の方位が水平から垂直方向に変化するとともに、クリティカルな線分の長さもシステマティックに長くなることもわかった。皮質拡大係数(中心窩に近い網膜への刺激は脳の視覚野V1の広い範囲に投射される)を考慮した線分形状を用いてフィリングインの異方性を調べた結果、やはり垂直方位のほうが水平方位よりもフィリングインに必要な線分の長さが長かった。このことは、フィリングインの異方性がV1における線分の幅や長さに依存するものではないことを示唆している。これらの新しい知見にもとづくと、フィリングインの異方性を生み出す原因は、盲点形状にあるのでも、また皮質拡大係数によるものでもないことがわかった。盲点補完の神経生理学的研究(例えば、Komatsu, Kinoshita, and Murakami,2000)によると、補完に貢献しているニューロンの受容野は横方向に長い長楕円形をもっていることがわかっている。このことが本研究で発見されたフィリングインの異方性の原因であるという仮説を提案した。本研究は、盲点における知覚的補完(フィリングインfilling-in)の時間・空間的特性を心理物理学的方法を用いて調べることによって、脳における補完機能のメカニズムを解明することを目的にしている。今年度は、線分刺激を盲点領域にまたがるように呈示したとき、線分の長さの知覚に歪みが生じるかどうか(size distortion)を調べた。従来の研究では、知覚的縮小が起こるという結果と縮小は起こらないという結果とが得られている。このような結果の食い違いは、用いた方法の違いに起因すると考えられる。この研究では、単眼視条件と両眼視条件を用いて線分の知覚的長さをPEST法を用いて測定した。単眼条件では、テスト線分を盲点上に、基準線分を盲点とは反対側の網膜(temporal side)に呈示した。一方、両眼条件ではテスト線分を盲点上に、基準線分を他方の眼の盲点対応部位(nasal side)に呈示した。コントロール条件として、盲点と同じ偏心度で、盲点にかからない網膜位置に同じ長さの線分を呈示して長さ判断をもとめた。他の変数として線分の方位条件(水平、垂直線分)を設けた。実験の結果、単眼条件、両眼条件ともに、水平方向線分では知覚的縮小が起こり、垂直線分では、縮小が起こらないという結果が得られた。
実用大型攪拌槽における高粘度分散相液の滴径経時変化

攪拌槽における高粘度分散相液の滴径経時変化を知るために、申請者等は実験室レベルの小型槽に関してではあるが、高粘度液滴の攪拌分裂に関する実験的研究を小型ラシュトンタービン翼攪拌槽を用いて行い、最大安定的径の相関式を得た。また母滴1回の分裂によって生成する子滴の数すなわち分裂個数と液粘度の関係についても一応の知見を得、さらに平均的径の径時変化に関しても広い粘度域にわたって適用できる実験相関式を提出している。以上の成果をさらに一般的なものにするために、本研究においてはディスク有孔型後退角付ピッチドタービン翼を備えた内容量50リットルの実用攪拌槽を用いて液液分散実験を行った。すなわち、申請の実用大型攪拌槽を用い、連続相として蒸留水を分散相として種々の粘度の油を用いて回分式の液液分散実験を行い、分散相液の滴径分布の経時変化を追跡した。小型槽の実験では滴径分布を写真撮影法により求めたが、大型槽では写真上での液滴像の重畳が著しくなるので本法は適用できない。そこで、槽内各所から分散滴をサンプリングし、申請のレーザー回析/散乱式粒度分布測定装置により、滴径分布を迅速に求めた。分散相には、高粘度分散相液としてひまし油を、また高粘度液の基礎となる低粘度分散相液としてケロシンを用いた。以上の実験を攪拌速度および分散相体積分率を種々変えて行った。得られた実験結果が小型攪拌槽に関する先の研究で提出した定常状態における平均滴径の相関式および平均滴径の経時変化の表示式によって良好に表示し得ることがわかった。今後は、これまでの成果に基づいて滴径経時変化を推算するPopulation balanceを作製し、これを小型実験槽および大型実用槽の双方の測定値で検証する予定である。
ウイルスリポペプチドに対する新たな免疫応答：その分子機序の解明と臨床病態への関与

MHC分子がタンパク質抗原(第1の抗原レパートリー)を結合してT細胞に提示する現象は、近代免疫学が確立した中心的パラダイムの一つである。また、所属研究室を含む世界で第一線の結核免疫研究から、CD1分子は脂質抗原(第2の抗原レパートリー)を結合してT細胞に抗原提示することが明らかとなった。結核菌などの細菌と異なり、ウイルスは固有の脂質をもたない。従って脂質免疫はウイルス制御には機能しないとの考え方が一般的であった。しかし、ヒト/サル免疫不全ウイルス(HIV/SIV)が産生するNefタンパク質は、そのN末端グリシン残基に脂質修飾の一つであるミリスチン酸修飾を受けることにより、リポタンパク質としてその免疫抑制機能を発揮する。先行研究において、第3の抗原レパートリーとしてこのウイルス固有のリポタンパク質(リポペプチド)抗原を標的とした免疫応答の存在が明らかとなった。これまでに、Nefタンパク質のN末端5残基に炭素数14の飽和脂肪酸であるミリスチン酸が付加されたC14-Nef5(GGAIS)リポペプチドに対して特異的に応答する二つのアカゲザルT細胞株の樹立に成功し、うちひとつのT細胞へとリポペプチド抗原を提示する分子としてMHCクラスI分子(B*nov1)を同定した。リポペプチドとMHCクラスI分子との結合様式の解明にはB*nov1分子の結晶化によりX線結晶構造解析を行うことが不可欠であり、本研究において推進した。従来のMHCクラスI分子は親水性の浅い溝に8から10残基のペプチド鎖を収納するが、B*nov1では抗原結合溝がリポペプチドの結合に最適な形をしており、一部のMHCクラスI分子がリポペプチド抗原を結合するために独自に進化をしてきた可能性が考えられた。なお、この研究成果について平成27年度に国際誌に発表した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
物体・環境のモデリングおよび環境の表示におけるアフォーダンス概念の導入

認知科学において注目されているアフォーダンス概念を映像による各種情報表示への応用を目指し,まず照明に関する物体表示に焦点を当て,これに関連する情報表示技術の改良を図るとともに,影のもつアフォーダンスの提案や機能と形状との認知における役割の解明と実験を試みた.さらにアフォーダンス強調という新しい概念を導入し,標識や境界線などを一種の仮想現実感と捉えることができること明らかにした.初年度にはまず照明条件の変更,とくに鏡面反射成分の変更が不可能とされていたIBR(Image Based Rendering)について,照度差ステレオの原理に基づき面素方向を算出する枠組みを用い,この問題に対し理論的な基礎をもつ解を示した。第2年度には拡散反射・鏡面反射成分の分離精度の向上を図り,その結果とカメラの受光感度特性を考慮に入れることにより面素方向の算出精度の向上を達成した.画像生成に関連して,有意な面積をもつ光源の粗い面における反射光が示す特有の状況を説明する機構を提案した.またスキャンライン法の描画速度の向上に関する改良法を提案した.映像中の影は対象と一つの面などと接触あるいは近接度等の空間的な相互関係を表現するために有効である。これを影の空間認識に対するアフォーダンスと見なすことができることを示した.この問題と関連して対象物認識における形状と機能との優位性に関する実験システムを作成した.しかし時間的な制約からその活用には到らなかった.最後にアフォーダンス強調の概念を提案した。これにより,実世界に備わるアフォーダンスを標識や白線などで明示し,その存在を強調するものと捉える新たな枠組みの仮想現実感の提案である.認知科学において注目されているアフォーダンス概念を映像による各種情報表示への応用を目指し,まず照明に関する物体表示に焦点を当て,これに関連する情報表示技術の改良を図るとともに,影のもつアフォーダンスの提案や機能と形状との認知における役割の解明と実験を試みた.さらにアフォーダンス強調という新しい概念を導入し,標識や境界線などを一種の仮想現実感と捉えることができること明らかにした.初年度にはまず照明条件の変更,とくに鏡面反射成分の変更が不可能とされていたIBR(Image Based Rendering)について,照度差ステレオの原理に基づき面素方向を算出する枠組みを用い,この問題に対し理論的な基礎をもつ解を示した。これにより,実世界に備わるアフォーダンスを標識や白線などで明示し,その存在を強調するものと捉える新たな枠組みの仮想現実感の提案である.Gibsonの提唱によるアフォーダンス理論は,生態学的知覚論として,視覚論を端緒に視覚以外の知覚(聴覚・触覚・力覚など)に対しても展開されている。当初は,効用(アフォーダンス)を享受する対象の構造・属性が知覚において重要な役割を果たすという進化論に反する斬新な主張が含まれていた。しかし適用領域の拡張とともに,これが希薄になり,単に知覚系に関する進化論の肯定的な説明に傾斜している。しかし人工物に関する限り当初の枠組みの重要性を指摘できる。代表者らはすでに,人工物への限定により,効用(機能)からそれを提供する事物の形状を導出する機構を,ルールベースに基づき,定量的規定に及ぶ体系化が可能になることを論じている。これはアフォーダンス理論に計算論的な枠組みを与える最初の試みであるとともに,仮想現実感やヒューマンインタフェースあるいはナビゲーションシステムを含むメディア工学において,実現すべき効用が与えられれば,その条件を満たす事物あるいは環境の外観を設計するシステムへの拡張可能性を示唆している。これらの技術のアフォーダンス理論から見た妥当性の検証も可能にするとも考えられ,これは次年度での検討課題である。また一方では,知覚の本質に係わる認識に関する理論の展開によって,たとえば運動と力との関係に関し,従来のようにその概念あるいは存在自体に疑問を呈することなく力学体系を立てるのではなく,摩擦概念の導入がこれらの生態学的知覚(日常的実感)をよりよく説明できることを重要視すべきであることが指摘されている。このことからも,仮想現実感のシステム設計の際には,的確な日常的擬似知覚の再現性を高めるために,アフォーダンス理論における成果を考慮に入れることの重要性を示唆しており,検討課題としている。Image Based Rendering(IBR)の欠点であった照明条件の変更可能性,とくにハイライト領域の決定法については対象物表面の傾斜方向を算出する必要があり,このためのデータに拡散反射成分の明度算出のためのデータをそのまま使うことができるという基本的枠組みを前年度に提案・検証していた。このため,今年度は拡散反射成分と鏡面反射成分の分離精度の向上と低明度領域におけるこれらの成分の抽出精度の向上をカメラ系の感度特性をも考慮することにより達成できることを実験的に確かめた。これらの方策により生成画像の精度の向上を達成した。また従来考慮外に置かれていた物体の影の生成に関しても検討したが,IBR的な手法での解決は部分的な段階に留まった。

さらにまた,大きさを有する光源が肌理の粗い面における反射に関する新しいCG表現法を定式化できた。その方式を夕日・朝日の海面での反射に適用し従来手法にない実際的な映像の生成を確認した。アフォーダンスの概念の導入により,生成映像の質の向上を図るという最も基本的な目標に関しては,対象物の空間的位置についての認識精度の向上が見込まれる。対象物に伴う影、それも対象物の形状に類似しない単なる楕円形状の影による効果についても比較実験が可能なシステムがごく最近完成した。これを用いて十分な個体に適用してはいないが定量的に検証しつつある。これは影に伴うアフォーダンスとしてCGの領域における新しいアフォーダンスの展開と考えられる。
高性能ペレット生成・射出装置の試作研究

パイプガン方式において連続的にペレットを供給する全く新しい独創的な方法を考え、安定性・信頼性を維持しつつ、これを実用化することを提案した。これが実用化されればLHD装置のみならず世界の多くの磁気閉じ込め装置に役立つものとなる。新しい独創的な方法の本質的な点は、ペレット生成箇所だけをステンレスパイプの替わりにポーラス状(孔がたくさん開いた材料)の銅ディスクに置き換え、このポーラス状銅ディスクを液体ヘリウムで冷やし、外側から高圧重水素ガスを供給するものである。高純度ポーラス銅により、ポーラス状銅ディスクに入ったばかりの重水素ガスは液化し、さらに銅ディスクの中を浸透していく中で固化する。そして、元来のパイプ内に固体重水素ペレットが生成される。これを高圧のヘリウムガスで加圧すると、ペレットは飛び出して行くが、空洞になったペレット生成箇所には再びポーラス状銅ディスクからペレットが浸透してくる。従って、早い繰り返しでペレットを射出することが可能となる。この原理検証実験を実施し、初年度には装置を作成し、次年度には10-32秒に一回のペレット射出を実証した。これは従来、最も早い繰り返しでパイプガン方式としては3分程度であったことを考えると画期的なものであり、この成果を論文にまとめたた。最終年度にはポーラス状銅ディスク・クライオ部分を改良・コンパクト化し、さらに高繰り返し化を実現し、3-4秒に一回のペレット射出まで安定に動作できるようになった。つい最近では1.5秒に一回のペレット射出という限界に近い高繰り返しにも成功した。これらの成果により、マルチバレルのパイプガン方式で1Hz以上の高繰り返しペレット射出が可能となった。基礎データとなるポーラス状銅そのものの高熱拡散係数及びポーラス状銅での液体および固体重水素の熱拡散係数の評価により、数十秒程度の繰り返しは実現性が高いことが明らかとなった。従って、数十秒程度の繰り返しパイプガン生成射出方式そのものは達成できる見通しである。この性能自体、従来のパイプガン方式のくりかえし性能を大幅に改善しており、プラズマ核融合装置での実験に対して画期的なものである。この検討をもとに、高純度銅を使ったクライオディスクの製作と高純度銅を材料としたポーラス銅の製作を行った。要素部の熱伝導度を計測し、システムとしての基礎データの一部を得ている。また、このクライオスタットを納める真空容器を特定し、これらを組み立てたあと、これを現有設備の液体ヘリウム用トランスファーチューブを用いて、クライオスタット部を液体ヘリウムで冷やし、外側から高圧の重水素ガスをポーラス銅の部分に供給し、ヒーターなどによる熱パルスを加え、そのレスポンスを計測し、基礎データを取得しつつある。並行して、超高純度ポーラス銅を用いたクライオヘッド部の設計を進める。クライオスタットのペレット生成部が詳細に観測できるようにしておくことで、液状から固化していく過程などの観測を画期的に進めるとともに、ヒーターや液体ヘリウム流量による温度の微調コントロール設計を進展させた。初期的な実験ではポーラス状銅ディスク中では重水素ガスが液化し、液状でペレット生成部に浸出した後固化させるモードが中心となる。これは重水素ガスの加圧圧力が比較的低くて済み、熱制御が比較的容易なのと構造的にも負荷が小さくてすむなどの利点があるためである。また、ポーラス状銅ディスク中で始めに重水素ガスが液化し、更に銅ディスクの中を浸透していく中で固化するモードを可能とする設計も始めている。これらの成果を平成8年度秋の国際核融合技術会議で発表予定である。繰り返しパイプガンペレット射出装置の開発を進めているが、適切な納期と価格で高純度ポーラス状銅を入手することが難しく、40メッシュ(1インチあたりの網目数を表す単位)程度の銅網を20枚程度重ねて機械プレスし、銅網ブロックを作製してポーラス状銅と同じ機能を持たせた。

極低温下で数種類の実験を行って、十分に所定のペレットを作成できることを実証した。これにより高繰り返しパイプガンペレット射出装置の最も重要な部分が比較的簡易に作製できることを実証した点で実用上意義深い。さらに、今回新しく導入した実験架台の上に観測チェンバー及びペレットガイド装置を装着して、ペレット生成射出実験を行った。銅網ブロック中で水素ガスが液化し、液状でペレット生成部に浸出した後、固化させる液体モードでの生成射出を行った。このモードは水素ガスの加圧圧力を比較的低くできるため、熱制御が容易である。今回新しく導入したパルス遅延装置リターダーにより高速フラッシュ光源の発光タイミング調整を行って、ペレット形状をCCDカメラで連続ビデオ撮影したところ、ペレットの長さはその径に比べて若干長いが、正常な状態のペレットが繰り返し射出されていることが確認された。ペレットの速度は0.8-1.2km/sである。準連続性を示すために250個のペレットを10-34秒の間隔で射出し、画像データをデジタル化して今回新しく導入した大容量のハードディスクに保存し、画像解析を行った。最短間隔は10-20秒程度となっている。この結果は従来のパイプガン方式の繰り返し射出性能を10倍以上改善しており、画期的なものである。基本的にはこれ等のプロセス全体が現状では手動運転なので、今後自動化を図れば、さらに短縮が可能と考えられる。これらの成果を平成8年9月リスボンで開かれた第18回国際核融合技術シンポジウム(SOFT)でも発表し、国際的にも関心を寄せられている。パイプガン方式において連続的にペレットを供給する全く新しい独創的な方法を考え、安定性・信頼性を維持しつつ、これを実用化することを提案した。これが実用化されればLHD装置のみならず世界の多くの磁気閉じ込め装置に役立つものとなる。新しい独創的な方法の本質的な点は、ペレット生成箇所だけをステンレスパイプの替わりにボーラス状(孔がたくさん開いた材料)の銅のディスクに置き換え、このポーラス状銅ディスクを液体ヘリウムで冷やし、外側から高圧重水素ガスを供給するものである。高純度ポーラス銅により、ポーラス状銅ディスクに入ったばかりの重水素ガスは液化し、さらに銅ディスクの中を浸透していく中で固化する。そして、元来のパイプ内に固体重水素ペレットが生成される。これを高圧のヘリウムガスで加圧すると、ペレットは飛び出して行くが、空洞になったペレット生成箇所には再びポーラス状銅ディスクからペレットが浸透してくる。従って、早い繰り返しでペレットを射出することが可能となる。この原理検証実験を実施した。ポーラス状銅ディスク・クライオ部分を改良・コンパクト化し、さらに高繰り返し化を実現し、3-4秒に一回のペレット射出まで安定に動作できるようになった。これは従来、最も早い繰り返しでパイプガン方式としては3分程度であったことを考えると画期的なものである。この成果により、マルチバレルのパイプガン方式で1Hz以上の高繰り返しペレット射出がシステムとして可能となった。