hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水素吸蔵合金のマイクロ構造変化のオンサイト可視化および容器変形現象の解明

水素吸蔵合金の貯蔵タンクの安全性を検討するため,水素の吸放出にともない容器壁面に生じるひずみおよび微視的な充填構造の変化を評価した.水素の繰り返し吸放出にともない容器の底部に発現する応力が増加することを示し,局所充填率の測定から合金粒子が底部に集中することを示した.X線コンピュータ断層撮影法を用いた充填層の構造変化の観察により,レアアースを用いないTiーFe系合金とMmーNi系合金において微粉化の傾向がそれぞれ異なることを示した.さらに,MmーNi系合金に対し,粒径分布の画像処理プログラムを開発し,水素の吸放出前後において粒径が減少することを示した.本研究では,前年度に選定したTi-Fe系水素吸蔵合金の充填層を対象に,水素吸放出前後における充填構造の三次元像をX線CT装置により撮像した.これによりTi-Fe系合金充填層内で生じた三次元的な構造の変化を鮮明に捉えることができた.Ti-Fe系合金の充填層では,水素を一度吸蔵した後においても充填層を構成する粒子の大きさはほとんど変化しなかった.水素吸蔵前の充填層と比較して,吸蔵後の充填層においては粒子間の間隙がより狭くなった.また,水素吸蔵後における充填層を構成するTi-Fe系合金の粒子の内部には細かいひびが生じているもの形状を保持していた.一方,Mm-Ni系合金の充填層では水素を吸蔵したことで元の粒子と比較して細かく微粉化した粒子が充填層内に現れ,充填構造が著しく変化していた.したがって,充填層内での微粉化の様子は合金種によって異なり,この差異が水素を吸放出した際の充填構造の変化に影響を及ぼすことが観察結果から示された.また,X線CTによって得られた三次元像を定量的に評価するため,粒子充填層の三次元像から充填層に含まれる粒径の分布を抽出するためのプログラムを独自に開発した.本プログラムでは,三次元像の二値化,収縮による前処理およびWatershed法による3次元像の分割を行った.Mm-Ni系合金の充填層を対象に開発したプログラムを用いて粒径分布を抽出したところ,水素を吸蔵する前の充填層から得られた粒径分布に対して吸蔵した後の充填層から得られた分布は全体として粒径の小さな側にシフトしており,水素の吸蔵が充填構造の変化に及ぼす影響を定量的に評価することが可能であることを示した.水素吸蔵合金の貯蔵タンクの安全性を検討するため,水素の吸放出にともない容器壁面に生じるひずみおよび微視的な充填構造の変化を評価した.水素の繰り返し吸放出にともない容器の底部に発現する応力が増加することを示し,局所充填率の測定から合金粒子が底部に集中することを示した.X線コンピュータ断層撮影法を用いた充填層の構造変化の観察により,レアアースを用いないTiーFe系合金とMmーNi系合金において微粉化の傾向がそれぞれ異なることを示した.さらに,MmーNi系合金に対し,粒径分布の画像処理プログラムを開発し,水素の吸放出前後において粒径が減少することを示した.水素吸蔵合金は水素の貯蔵媒体として期待されるが,その実用化の際に問題となるのは容器の偏析による破損および水素漏れである.本研究では,水素の吸放出にともない水素吸蔵合金が容器内で偏析することを可視化し,微粉化モデルを提案した.また,CT撮影用容器の内径はわずか1 mmであり,実際に使用する場合は1 m規模に及ぶため,スケールアップするにはより大きな系の知見が必要である.そこで,容器特性の把握を実施するとともに実用的なレアアースを用いない水素吸蔵合金の探索を実施した.1.水素吸蔵合金の微粉化モデルの提案充填層内における水素吸蔵合金の偏析の挙動を詳細に把握するため行ったマイクロX線CT像から物理的見地および化学的見地から微粉化が進行するモデルを構築した.本モデルでは,局所的に微粉化した合金による接触点が増加し,接触点における摩擦により酸化被膜の剥離が起こり,微粉化が進行するとともに,その接触点の増加を繰り返しながら微粉化が進行することを提案した.2.スケールアップにともなう容器特性の把握マクロな水素吸蔵合金の充填層の挙動を把握するために容器にひずみゲージを取りつけ水素の吸放出にともない容器へ発現する応力とその際の充填層の充填状態の定量化を実施した.その結果,水素吸放出の繰り返しによって,底部に合金粒子が集中し充填率が増大することを明らかにし,特に底部に強い応力が発現し,塑性域に達するほど容器が変形することを定量的に示した.3.水素吸蔵合金の探索これまで用いられてきたLa-Ni系合金はレアアースを使用するものであり,研究協力者である高砂熱学工業川上氏との協議によりレアアースを用いない合金としてTi-Fe系合金の有益性について検討し,本研究で進めるべき対象をTi-Fe系に決定した.当初見込んでいたCT撮影装置が島津製作所より島津テクノリサーチへ移管にともない,撮影費用が高額になったことが原因で,交付申請書に記載したとおりスケールアップにともなう容器特性の把握を行うとともに,平成25年度に実施予定だった水素吸蔵合金の探索を先行して行い,Ti-Fe系合金に絞ることにより測定する目処がついたため.本研究の主要部分は,マイクロX線CT撮影を行うものであるが,当該装置は島津製作所製マイクロX線CT撮影装置によってのみ撮影できるものである.

当該装置は非常に高額であるため,購入することはできず,当初共同研究の形で実施する予定であった.しかしながら,当該装置が子会社へ移管されたことにより,高額な借用費用が必要となったため,当初申請書で見込んでいたとおり,調整時間を設け,その期間にレアアースを用いない実用的な水素吸蔵合金を探索した.その結果,有望なTi-Fe系合金が得られたため,今後はこれまでハンドリングした経験のないTi-Fe系合金をハンドリングし,マイクロX線CT撮影を実施する.平成24年度に使用予定であったマイクロX線CT撮影費用およびその際に使用する可視化のためパソコンに使用する.また,可視化の際に必要となる画像解析の定量化ソフトウェア開発のための旅費などを計上する.
携帯型X帯6ポート型2ポートデバイス計測用ベクトルネットワークアナライザの試作

当該2年間は、本科学研究(JSPS)の他、(独)新エネルギー・産業技術総合開発機構の研究・開発(NEDO)の両研究に採択され各研究を実施した。そこで両研究課題を明確に区別して実施し、研究課題終了後は両研究課題を総合的に評価検討、発展させることが目的である。即ちJSPS:「学生実験用X帯6ポート型VNAの開発」を目標に、開発に必要な新しい分野である「UWBフィルタ設計」と「スプリアス測定技術」に特化した研究NEDO:「6ポート型電波位相計測方式を導入した高周波小型応用機器の開発」を目標に、共同研究企業の目的に合致したこれまでの蓄積した研究成果に基づき、発展させる研究である。本研究課題に対する成果として、以下の2つの提案を行った。2.スプリアス発射測定のための可変同調フィルタと可変減衰器との組み合わせによる信号レベルの調整法の提案これらの成果は国際会議プロシーディングスおよび国内外口頭発表として5件公表するに至った。さらに、1.に関しては指導している学生の修士論文として完成し、2.に関しては博士論文として現在指導している。2年間に亘って実施した両成果を統一して、今後は目標としている「超高周波ホモダイン方式ベクトルネットワークアナライザ」の確立に邁進する。本研究室で開発している6ポート型コリレータは二つの電磁波(波)の振幅比と位相差(複素振幅比)を測定する高周波計測装置で、従来の6ポート型リフレクトメータの複素反射係数測定法を応用し発展させたものである。これらの一連の研究成果を基に、現在主流となっているヘテロダイン方式ベクトルネットワークアナライザ(VNA)に替わる新しい計測概念に基づいたホモダイン方式6ポート型VNAの提案を行い、その測定理論、校正理論および計測制度の検討を行っている。今回、研究・教育活性化を目的に科学研究費の支援を受け、周波数812GHzでの小型6ポート型VNAを試作し評価する段階に至っている。まず、これまでの研究成果を基に、市販部品を用いてシステムを構築し、測定精度の鍵となる電力測定を今年度物品費で購入したパワーメータで測定し、次に、これを市販のダイオードディテクタに置き換えることができた。今回の試作機の評価過程で、ダイナミックレンジ、測定精度、等々さまざまな問題点が明らかとなり、来年度の当該研究の具体的な目標設定を明らかにすることができた。高周波領域で回路部品の配置や放射される電波の筐体との反射・共振等の影響を考慮したハウジング技術の習得は特に重要な課題の一つで、今年度の試作機を基に必要な手順を追って筐内に収めてゆく。実用化および製品化の可能性を次の課題の一つに設定しているので、この過程で精度評価を正確に行うために、各パート部品を次の手順で小型化を試みる。(1)6ポート接合の小型化.(2)電力検出器、マイクロ波スイッチの小型化.(3)OPアンプ回路の小型化.(4)供給直流電源の小型化.一方、現在の高周波計測を目的とした学生実験は主に10GHz導波管を用いた定在波測定によるインピーダンス計測実験が中心であり、VNAを用いた実験は予算の問題で現時点では不可能といわざるを得ない。今回の一連の実験を通し、現状の学生実験装置に簡単で安価な部品を追加することにより、6ポート技術を導入したVNAの測定概念を体得させる装置の開発を計画し、関係する特許申請の準備を行っている。本年度の成果をまず特許申請し、学会発表すると共に、翌19年度にこれまで高価なため大学等の教育機関で導入するのが困難であったマイクロ波学生実験装置としての導波管X帯VNAの試作につなげる予定である。「学生実験用X帯6ポート型ベクトルネットワークアナライザ(VNA)の試作」が研究課題である。これを最終目的に、2年度にわたり、必要な計測技術となるUWBフィルタ設計及びスプリアス測定を中核とした一連の研究を以下の通り実施した。2.スプリアス発射測定のための可変同調フィルタと可変減衰器との組み合わせによる信号レベル調整以上の研究成果を国際会議プロシーディングスおよび国内外口頭発表として5件公表するに至った。ー方、(独)新エネルギー・産業技術総合開発機構の大学発事業創出実用化研究開発事業助成金に基づき「6ポート型電波位相計測方式を導入した高周波小型応用機器の開発」の2年度にわたる研究を行った。

これは共同研究企業との所謂マッチングファンドであり、6ポート型VNAの製品化の可能性を調査研究したものである。今後、両研究成果を総合して、学生実験用6ポート型VNAの開発と、これを用いた高周波実験指導書の企画を行い、より充実した専門教育法を提案する。
乱流摩擦抵抗低減のためのポリマー溶出界面の研究開発

本研究では乱流中の壁面に掛かる摩擦抵抗を低減させるためにポリマー溶出界面を創出することを考えた.これは,乱流中にポリマーを添加することにより摩擦抵抗低減が生じるトムズ効果を応用した技術である.しかし,摩擦抵抗低減メカニズムは、十分に解明されていないため適切なポリマー溶出界面を創出することが難しい.そこで,ポリマー・乱流相互作用としてのトムズ効果のメカニズムを解明し,適切な会合特性をもつポリマーと溶出機構制御の基礎の確立を目指した.主な成果は,ポリマー会合体をマルチビーズ・バネ・ダンパモデルで表現した直接数値シミュレーションでポリマー会合体と乱流との相互作用を評価できる計算手法を開発した.適切な会合特性をもつポリマーと溶出機構制御の基礎を確立するために,当該年度は下記の研究成果を示せた.1)溶出ポリマーの水中形態の解明:フィールド・フロー・フラクショネーション法(FFF;巨大粒子やポリマーなどを薄いリボン状(フローチャンネル)の空間で分離し,本来の形態のままで測定できる方法)を導入し,会合特性を測定するために適切なパラメータについて検討を行った.現状は,パラメータの検討が十分にではないが,公称分子量よりも数十倍大きなポリマー状態を計測することが出来た.2)ポリマーの溶解過程における会合特性の制御:溶解過程における摩擦抵抗低減効果(DR効果)の増大現象について,分子量分布やサイズ変化との相関を検討するために,市販のPAMと定法に従いアクリルアミドモノマーを重合したPAMの2つのポリマーに対して、時間経過毎のDR効果と分子量及び回転半径を計測した.その結果,PAMの溶解初期過程では、重合時に生じる高分子鎖の絡みあい等によって生じた会合物が存在し、これによってDR効果が増大されている一方、これを十分良く溶解すると分子量、回転半径、そしてDR効果がいずれも減少することが明らかになった。3)ポリマー・水系の速度場計測・数値シミュレーション:ポリマー壁面溶出により界面近傍にソフトマター状態を形成させ,その場の速度とその分布を計測することで,溶出したポリマーが流れ場に与える影響を解明するための計測手法の検討を行った.計測手法として,粒子画像流速測定法(PIV: Particle ImageVelocimetry)を用いて,壁面の極近傍の流れ場を測定することが可能となった.また,ポリマー会合体をマルチビーズ・バネ・ダンパモデルで表現し,直接数値シミュレーション(DNS)を用いたポリマー会合体と乱流との相互作用を評価できる計算手法の検討を行った.ポリマー・乱流相互作用としてのトムズ効果のメカニズムを解明し,適切な会合特性を持つポリマーと溶出機構制御の基礎を確立するために,当該年度は下記の研究成果を示せた.1)溶出ポリマーの水中形態の解明:フィールド・フロー・フラクショネーション法や光散乱による粒度分布解析により水中でのポリマーの状態を測定した.溶媒中に塩を添加することで,会合体(分子団)の形成に変化が生じることが確認され,それに伴い抵抗低減効果の変化が起きることも確認できた.2)ポリマーの溶解過程における会合特性の制御:分子量1000万以上のポリマーを合成することが可能となり,それらのポリマーを用いて種々の塩存在下でのポリマーの抵抗低減効果の変化を確認した.現状では,流体中の塩によって溶解速度が著しく加速するなど溶解過程の変化について確認できた.また,3)の実験のツールとして,ポリマーに蛍光修飾する技術を確立することができた.3)ポリマー・水系の速度場計測・数値シミュレーション:蛍光修飾したポリマーと従来のローダミンを溶液に混ぜたポリマーとで乱流中のポリマー状態を比較した結果,蛍光修飾したポリマーの方が長時間糸状物質を維持することが分かり,今後壁面近傍での摩擦抵抗低減効果メカニズムを解明するための新たなツールを見出すことができた.また,ポリマー会合体をマルチビーズ・バネ・ダンパモデルで表現したポリマー乱流の直接数値シミュレーションを用いてポリマー会合体と乱流との相互作用を確認した.4)ポリマー溶出機構を有する樹脂/ポリマー系の創製:ポリマー溶出に適した塗料樹脂(アクリル樹脂,金属アクリル樹脂,シリコン樹脂等)をベースとした塗料を作製してポリマー溶出機構について検討を行った.現状では,ポリマーを塗料から溶出させて界面に滞留させた状態を作り出すことができたが,低減効果を十分に得るまでは至っていない.1)ポリマーの溶解過程における会合特性の制御:前年度までの結果を踏まえて,流体中でのポリマー状態に関する情報を基に,抵抗低減に影響する会合基団の種類,密度等の因子によって会合特性が最適化されたモデルポリマーの創製による抵抗低減の向上の可能性を検討した.また,ポリマー・水系の速度場計測に必要な,超高分子量かつ蛍光修飾したポリマーを作製した.2)ポリマー・水系の速度場計測・数値シミュレーション:蛍光修飾したポリマーを用いてポリマー会合体と乱流との相互作用を検証した.また,ポリマー会合体をマルチビーズ・バネ・ダンパモデルで表現し,ポリマー乱流の直接数値シミュレーション(DNS)に適用して,ソフトマターによる摩擦抵抗低減メカニズム及び各ポリマー会合体と乱流構造との相互作用を流体力学的に解明した.3)ポリマー溶出機構を有する樹脂/ポリマー系の創製:ポリマー溶出に適した金属アクリル樹脂及びシリコーン樹脂をベースにした試作塗料を作製した.試作塗料が持続的に界面にポリマーを供給できるかを確認するために,二重円筒試験装置を用いて,約1週間エージング後の効果を確認した.結果としてシリコーン樹脂系塗料は,1週間後でも界面にポリマーを滞留させた状態を保持でき,比較対象円筒(シリコーン樹脂系塗料のみを塗装した円筒)に近い抵抗値を示していることを確認した.

4)外部流れ場におけるポリマー溶出による摩擦抵抗低減効果の検証:上記の試作塗料に対して平行平板試験装置を用いた外部流れ場とみなせる船舶試験水槽(長さ150m,幅7.5m,水深3.5m)での曳航試験を実施した.結果としては,3)の二重円筒試験と同様に約1週間浸漬後でも比較対象平板(無塗装アルミ板)に近い抵抗値を示すことを確認した.また,試験後の塗膜断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果,塗膜中にポリマーが残存していることを確認した.本研究では乱流中の壁面に掛かる摩擦抵抗を低減させるためにポリマー溶出界面を創出することを考えた.これは,乱流中にポリマーを添加することにより摩擦抵抗低減が生じるトムズ効果を応用した技術である.しかし,摩擦抵抗低減メカニズムは、十分に解明されていないため適切なポリマー溶出界面を創出することが難しい.そこで,ポリマー・乱流相互作用としてのトムズ効果のメカニズムを解明し,適切な会合特性をもつポリマーと溶出機構制御の基礎の確立を目指した.主な成果は,ポリマー会合体をマルチビーズ・バネ・ダンパモデルで表現した直接数値シミュレーションでポリマー会合体と乱流との相互作用を評価できる計算手法を開発した.課題毎で,当初計画の内容と若干の違いが生じているが,全体的な研究の進捗は,最終的な目標に沿った状態であると判断しているため,おおむね順調に進展していると考えている.27年度が最終年度であるため、記入しない。船舶海洋工学最終的な目標である「ポリマー溶出機能を有する試作塗料の低減効果を検証」に向けて研究を実施する.初年度は、研究に必要な機器の整備を行うとともに、機器の調整等を行うことに主眼を置いている。研究目的の達成度としては,研究計画どおりに実施しており,おおむね順調に進展している.27年度が最終年度であるため、記入しない。初年度に整備した機器を使用しつつ、当初予定の研究計画を実施する。
代数的メタプログラミングに関する基礎的研究

プログラムが仕様の通りの働きをするかどうかを検証する技術は、ソフトウェアの信頼性向上のために重要である。しかしながら、プログラムの検証を完全に自動的に行うことは不可能であり、対話的にプログラム検証を行うシステムが望まれる。このような検証システムを開発するに際して、仕様記述言語、プログラム言語、検証システム利用言語、システム記述言語を同一の言語にすることによって次のようなメリットが生じる。仕様の通りに働くプログラムを作成し、それを検証するプログラマ、検証システムの開発者ともに1種類の言語を習得するだけでよい。言語がそれぞれ異なればプログラマは3種類、検証システム開発者は4種類の言語を習得しなければならないのに比べて大きな利点である。ソフトウェアの仕様記述、実現、検証ならびに検証システム開発のすべての過程を1種類の言語で行えるような言語(メタ言語と呼ぶことにする)には、それぞれの言語として望まれる性質が備わっているべきである。特に、検証システム開発言語としては、検証の基礎となる明確な論理や、プログラムや仕様を操作する機能(すなわち、メタ計算の機能)が備わっていること、また、検証過程の対話的コントロールの実現などが容易であることが必要である。そこで、8年度、9年度の2年間にわたって、動的項書換え系の合流性、関数型計算戦略が正規化戦略となる書換えのクラス、重なりを持つ項書換え系の計算戦略、項書換え系の並列計算機における効率的実行、について検討し、いくつかの成果を得ることができた。本年度の研究実績は以下の通りである。メタ項書換え計算の前身である動的項書換え計算に関して、その部分クラスに対する合流性の十分条件を与えた。この結果は、メタ項書換え計算へも自然に拡張可能であり、メタ項目書換え計算の解析を行なう時の有力な理論的ツールとなる。項書換え系の等価性判定に関する研究では、被覆集合帰納法による等価性判定を自動化する次のような手順を明らかにした。1.与えられた2つの項書換え系から、特性項とよぶ項の集合を抽出する。2.各々の特性項に対して、次のような条件式を生成する。すべての特性項の条件式が同時に成立することが与えられた項書換え系が等価であることの必要十分条件である。3.step2の各条件に対して、それが成立することを証明するための被覆集合を生成する。4.step2の各条件に対する被覆集合帰納法を実行するメタ項書換え計算の項を構成する。5.step4で得られたメタ項書換え計算の項を評価する。その結果がTRUEであれば、与えられた2つの項書換え系は等価である。メタ項書換え計算の意味論について、次のような成果を得た。メタ項書換え計算の意味論を定式化するときの基本的なアイデアは次の通りである。項の意味は、その項から抽出できるデータによって定められ、抽出されるデータは、その項をあらゆる「文脈」下において計算した結果得られる項である。このアイデアに基づいてメタ項書換え計算の動的意味論を与えた。この意味論の特徴は、与えられた項に対して、その項の意味を抽出するようなメタ項書換え計算の項を構成でき、さらに、項と項の等価性を帰納法によって証明するためのメタ項書換え計算の項を構成できることである。本年度の研究では、型推論に基づく型なしオブジェクト指向プログラムの代数的意味論を提示し、オブジェクト指向プログラムによる代数的仕様の実現が正しいことを証明する基礎を与えた。この意味論では、まず、型のないオブジェクト指向プログラムのすべての部分式にクラス名の集合からなる型を割り当てる。これは、部分式の型を表す型変数に関する代数方程式を構成し、それを解くことで行われる。割り当てられた型をソ-トと見なして、オブジェクト指向プログラムのクラスの意味である代数的仕様を抽出する。オブジェクト指向プログラムPによる代数的仕様Sの実現の正しさは、Pの意味である代数的仕様SpがSの観測的実現になっていることを、文脈帰納法、co-inductionなどを使って証明することができ、その証明の自動化に代数的メタ計算が応用できると期待される。

その他、項集合書換え系、分散型計算機への項書換え系の効率的実現、左非整合な項書換え系のクラスと関数型戦略の関係、形式的仕様からの通信プログラムの生成、ラベル付き遷移システムの視覚的デバッグ支援に関する研究も行い、プログラム検証の基礎的成果を得た。
量子スピン系の状態に対する漸近理論と大偏差原理の研究

量子情報理論が近年大きな発展を遂げているが,その中でも最近2,3年の量子仮説検定論の発展は目覚ましい.1991年に日合-Petzが証明した量子Steinの補題は,量子仮説検定論の発展の基礎を与えた先駆けとして重要である.最近の発展としては,Stein型の他にChernoff型,Hoeffding型の漸近エラー限界についても,相対エントロピー的な量で記述できることが明らかになった.受入研究者の日合と外国人特別研究員のMosonyiは,上記の量子大偏差原理の方法を活用して,従来の相関の無いi.i.d.型の状態(つまりテンソル積状態)に対する量子仮説検定問題を,量子スピン系の相関のある状態(ギッブス状態,有限相関状態,クェーサイ・フリー状態など)の揚合に拡張した.平成20年度の具体的な成果は以下の通りである.(1)有限距離のインタラクションをもつギッブス(KMS)状態の場合と有限相関状態の揚合に,大偏差原理および中心極限定理の観点から,平均場理論で現れる摂動項を含む自由エネルギー密度と相対エントロピー密度を考察し,それらの間で成立するルジャンドル変換による変分表示を与えた.(2)相関の無いテンソル積(i.i.d.型)状態の場合を超えて,サイト間に相関があるギッブス状態と有限相関状態に対する量子仮説検定について,Stein型,Chernoff型,Hoeffding型の3種類の漸近エラー限界に関する統一的な研究を行った.(3)(2)の結果をフェルミ系(CAR環)上の平行移動不変なケーサイ・フリー状態に適用し,多変数のSzegoの定理を用いて,Stein型,Chernoff型,Hoeffding型の3種類の漸近エラー限界を求めた.(4)ボゾン系(CCR環)上のケーサイ・フリー状態について,(3)と同様な結果を得た.受入研究者の日合と外国人特別研究員のMosonyiは,大野博道(東北大情報科学研究科・研究員),小川朋宏(東大数理科学研究科・研究員)と共に,量子統計物理および量子確率論の典型的モデルである量子スピン系(主に1次元系)上の各種の状態に対する漸近極限理論と量子情報への応用について共同研究を行った.特に,量子スピン系上の有限相関状態,量子マルコフ状態,KMS状態に関して,大偏差原理や相対エントロピー密度の変分表示などを研究した.現在の研究成果として,2.有限距離のインタラクションをもつギッブスKMS状態の場合と量子マルコフ状態の場合に,相対エントロピー密度を考察し,平均圧力関数(つまりモーメント生成関数)のルジャンドル変換としての変分表示を与えた.この結果は大偏差原理の一つの変種と考えられる.3.MosonyiはDenes Petz(ハンガリー)と共同で,量子情報理論の分野で最近注目されているコンプリメンタリー(擬直交ともいう)な観測量の研究と関連して,量子スピン系を一般化したコンプリメンタリー・チェインの研究を行った.受入研究者の日合と外国人特別研究員のMosonyiは,量子統計物理および量子確率論の典型的モデルである量子スピン系(主に1次元系)上の各種の状態に対する漸近極限理論と量子情報への応用について共同研究を行った.特に,量子スピン系上の有限相関状態,量子マルコフ状態,ギッブス状態に関して,大偏差原理や相対エントロピー密度の変分表示などを研究した.関連して,これらの状態に対する量子仮説検定を研究した.平成19年度の成果は以下の通りである.(1)並行移動に関してエルゴード的な有限相関状態の場合に,1サイトの観測量に対する大偏差原理と,多サイトの観測量に対する弱大偏差原理を証明した.(2)有限距離のインタラクションをもつギッブス(KMS)状態の場合と量子マルコフ状態の場合に,相対エントロピー密度を考察し,平均圧力関数(つまりモーメント生成関数)のルジャンドル変換としての変分表示を与えた.この結果は大偏差原理の一つの変種と考えられる.(3)ギッブス状態,有限相関状態,クェーサイ・フリー状態などサイト間に相関がある状態に対する量子仮説検定について研究した.特に,シュタイン型,チャーノフ型,ヘフディング型の3種類の漸近エラー限界に関して,大偏差原理と関連させた統一的な研究を行った.量子情報理論が近年大きな発展を遂げているが,その中でも最近2,3年の量子仮説検定論の発展は目覚ましい.1991年に日合-Petzが証明した量子Steinの補題は,量子仮説検定論の発展の基礎を与えた先駆けとして重要である.最近の発展としては,Stein型の他にChernoff型,Hoeffding型の漸近エラー限界についても,相対エントロピー的な量で記述できることが明らかになった.受入研究者の日合と外国人特別研究員のMosonyiは,上記の量子大偏差原理の方法を活用して,従来の相関の無いi.i.d.型の状態(つまりテンソル積状態)に対する量子仮説検定問題を,量子スピン系の相関のある状態(ギッブス状態,有限相関状態,クェーサイ・フリー状態など)の揚合に拡張した.平成20年度の具体的な成果は以下の通りである.(1)有限距離のインタラクションをもつギッブス(KMS)状態の場合と有限相関状態の揚合に,大偏差原理および中心極限定理の観点から,平均場理論で現れる摂動項を含む自由エネルギー密度と相対エントロピー密度を考察し,それらの間で成立するルジャンドル変換による変分表示を与えた.

(2)相関の無いテンソル積(i.i.d.型)状態の場合を超えて,サイト間に相関があるギッブス状態と有限相関状態に対する量子仮説検定について,Stein型,Chernoff型,Hoeffding型の3種類の漸近エラー限界に関する統一的な研究を行った.(3)(2)の結果をフェルミ系(CAR環)上の平行移動不変なケーサイ・フリー状態に適用し,多変数のSzegoの定理を用いて,Stein型,Chernoff型,Hoeffding型の3種類の漸近エラー限界を求めた.(4)ボゾン系(CCR環)上のケーサイ・フリー状態について,(3)と同様な結果を得た.
ロシア・ソヴィエト言語類型論の研究

本研究は,ロシア・ソヴィエトにおいて発達した内容的言語類型論を三つの側面から研究したものである.第一の側面は,内容的類型論を歴史的側面より研究したものであり,特に1920-1940年代に焦点を当てて,この内容的類型論の成立と発達の経緯を大量の文献資料によって跡づけた.この研究成果は,石田修一の研究報告書,「ソヴィエト言語学史再考」による研究である.第二の研究の側面は,ソヴィエトの類型学者によって構築された内容的類型論の理論的なアプローチである.この点では,山口巌が内容的類型論の枠組みを用いて,印欧語における時制とアスペクトの文法範疇を分析した.この成果として,山口巌の内容的類型論から考察した印欧語の時制についての研究報告書,「時間と時制についての一考察」がある.第三の研究の側面は,具体的な能格言語の資料を基に内容的類型学の検討と言語理論の発展を目指した研究である.柳沢民雄は平成12年度と平成13年度の夏にグルジア共和国トビリシ市にて北西カフカース語に属するアブハズ語のアブジィ方言の動詞形態論の調査を行った.この調査資料を基にして,アブハズ語動詞の構造を記述,分析した.この研究成果は,柳沢民雄の研究報告書,「アブハズ語動詞構造概説」である.しかしアブハズ語の調査に関しては,時間的な制約のために調査できたのは,アブハズ語の動詞の基本語彙の活用と基本的な文法範疇のみであり,未だテンス・アスペクト範疇や統語論の調査が不十分である.これは今後の言語調査の課題である.本研究は,ロシア・ソヴィエトにおいて発達した内容的言語類型論を三つの側面から研究したものである.第一の側面は,内容的類型論を歴史的側面より研究したものであり,特に1920-1940年代に焦点を当てて,この内容的類型論の成立と発達の経緯を大量の文献資料によって跡づけた.この研究成果は,石田修一の研究報告書,「ソヴィエト言語学史再考」による研究である.第二の研究の側面は,ソヴィエトの類型学者によって構築された内容的類型論の理論的なアプローチである.この点では,山口巌が内容的類型論の枠組みを用いて,印欧語における時制とアスペクトの文法範疇を分析した.この成果として,山口巌の内容的類型論から考察した印欧語の時制についての研究報告書,「時間と時制についての一考察」がある.第三の研究の側面は,具体的な能格言語の資料を基に内容的類型学の検討と言語理論の発展を目指した研究である.柳沢民雄は平成12年度と平成13年度の夏にグルジア共和国トビリシ市にて北西カフカース語に属するアブハズ語のアブジィ方言の動詞形態論の調査を行った.この調査資料を基にして,アブハズ語動詞の構造を記述,分析した.この研究成果は,柳沢民雄の研究報告書,「アブハズ語動詞構造概説」である.しかしアブハズ語の調査に関しては,時間的な制約のために調査できたのは,アブハズ語の動詞の基本語彙の活用と基本的な文法範疇のみであり,未だテンス・アスペクト範疇や統語論の調査が不十分である.これは今後の言語調査の課題である.ロシア・ソヴィエト言語類型論に関して各研究者は,以下の研究を行った.1.は両研究者が共同で研究したテーマであり,2.と3.は各研究者が個別で研究したテーマである.1.柳沢民雄と石田修一:ロシア・ソヴィエト類型論に関する文献資料を用いて(主としてメツシャニーノフ,カツネリソン,グフマン,クリモフ,デスニツカヤ,ステパーノフ,ガムクレリゼ,イヴァーノフ),ロシア・ソヴィエトの内容的類型理論を更に精緻なものにした.特にデスニツカヤとステパーノフの印欧語統語論の研究に関しては詳細に検討し,ガムクレリゼとイヴァーノフらの統語理論との違いを明らかにした.またこのロシア・ソヴィエト類型論と欧米の言語類型論を比較検討し,内容的類型論の再構築の作業を行った.2.柳沢民雄:北西カフカース諸語に属するアブハズ語の資料収集のためにフィールド調査を行い,アブハズ語の形態構造(特に動詞述語の形態構造)を記述,分析した.3.石田修一:現在所有するロシア・ソヴィエト類型論に関する文献以外に,19世紀を含めた新たなロシア・ソヴィエト時代の文献資料を用いて内容的類型論の発生と発展の歴史を跡付け,ロシア・ソヴィエト時代における内容的類型論の独自の発達を言語学史の中で解明した.本研究は,ロシア・ソヴィエトにおいて発達した内容的言語類型論を三つの側面から研究したものである.第一の側面は,内容的類型論を歴史的側面より研究したものであり,特に1930-1950年代に焦点を当てて,この内容的類型論の成立と発達の経緯を文献的に跡づけた.この研究成果は,石田修一の研究報告書,「ソヴィエト言語学史再考」による研究である.第二の研究の側面は,内容的類型論の理論構築に関わるものである.これは特に印欧語の他動性の諸問題についてデスニッカヤ等のロシアの研究者の研究を中心に検討した.

この成果として,山口巌の内容的類型論から考察した印欧語の時制についての研究報告書,「時間と時制についての一考察」がある.また柳沢民雄の「印欧語における他動性について(1)」は,内容的類型論を踏まえてロシアの印欧語研究を纏めたものである.第三の研究の側面は,具体的な能格言語の言語事実を基に内容的類型学の検討と発展を目指した研究である.柳沢民雄は平成12年度と平成13年度の夏にグルジア共和国トビリシ市にてアブハズ語話者より言語調査を行い,アブハズ語動詞の構造を調査した.調査の内容は動詞の基本型の活用をアクセントも含めて記述,分析した.また各文法範疇を出来る限り調査し,これを記述,分析した.この研究成果は,柳沢民雄の研究報告書,「アブハズ語動詞構造概説」である.これらの分析を通じて,ロシア・ソヴィエトの内容的類型学が目指した方向の正しさを確認することができた.しかしアブハズ語の調査に関しては,時間的な制約のために調査できたのは,アブハズ語の動詞の基本語彙の活用と基本的な文法範疇のみであり,未だテンス・アスペクト範疇や統語論の調査が不十分である.これは今後の言語調査の課題である.
キチンによるアレルギー応答誘導機構の解析

ダニの外殻に含まれるキチンが、インターロイキン-33 (IL-33)を介して、無害な抗原に対するアレルギー応答を誘発することを見出した。本研究では、抗原提示細胞の1つである樹状細胞(DC)に対するキチンの効果に着目した。その結果、キチンがIL-33存在下でのみDCを活性化し、炎症性サイトカイン(IL-1)の産生を介してTh2細胞を活性化することを明らかにした。さらに、野生型、IL-33R欠損、IL-1欠損DCを移入再構築したIL-33R欠損マウスにアレルギー性気道炎症を誘発することにより、キチンとIL-33により活性化されたDC由来のIL-1が、アレルギー応答を誘発することを明らかにした。申請者は、マウスにおいて、タンパク質抗原単独ではアレルギーは誘導されないが、ダニの外殻構成成分「キチン」の存在下では、IL-33の発現誘導を介して、IL-4/13ーSTAT6経路依存的なアレルギー応答が惹起され、この応答はIL-33欠損マウスでは顕著に抑制されることを見いだした。そこで、本研究では、キチンによるアレルギー誘発機序の解明を目的とする。これまでに、キチンは単独では骨髄由来樹状細胞(BMDC)を活性化しないが、IL-33存在下ではIL-1bの産生を強く誘導することを見出している。IL-1bはTh2細胞の活性化にも関わるため、キチン+IL-33刺激により樹状細胞から産生されるIL-1bが、Th2細胞の誘導促進とそれに続くアレルギー応答誘導に関わっている可能性がある。そこで、野生型およびIL-1a/b欠損マウス由来のBMDCをキチン+IL-33で刺激し、その後、OVA特異的T細胞受容体を発現するOTIIマウスのT細胞とOVAペプチド存在下で共培養することにより、BMDC由来IL-1bのTh2細胞活性化に対する効果についてin vitroで検討した。キチンもしくはIL-33単独で刺激した野生型マウス由来BMDCと比べて、キチン+IL-33で刺激した野生型マウス由来BMDCでは、共培養後のOTIIマウス由来T細胞によるIL-13産生が有意に増加した。この時、Th1細胞由来のIFN-gやTh17細胞由来のIL-17といったサイトカインは、いずれの刺激においてもほとんど産生されなかった。また、キチン+IL-33で刺激したIL-1a/b欠損マウス由来BMDCでは、野生型マウス由来BMDCのようなIL-13産生の有意な増加は観察されなかった。この結果から、キチン+IL-33刺激により樹状細胞から産生されるIL-1が、抗原特異的なTh2細胞の活性化を促進できることが明らかとなった。そこで現在、キチン+IL-33刺激により樹状細胞が産生するIL-1が、アレルギー応答誘導に関与するかどうかについてin vivoで検討中である。さらに、このIL-33+キチン刺激でBMDCより産生されるIL-1が、抗原特異的なTh2細胞の活性化を増強することを、IL-1a/b欠損マウス由来BMDCとOTIIマウス由来T細胞との共培養系で明らかにしている。そこで今回、キチン及びIL-33により活性化した樹状細胞が、さらには、その活性化樹状細胞より産生されるIL-1が、生体内において実際にアレルギー誘導に関わるかどうかをin vivoで検討した。まず、OVA+キチン感作によるアレルギー応答がほとんど生じないIL-33R(IL-1RL1、ST2)欠損マウスに、野生型マウス由来もしくはIL-33R欠損マウス由来BMDCを経鼻的に移入した。次に、OVA+キチンの経鼻投与により各マウスを感作し、OVA投与による気道炎症を誘導した。その結果、IL-33R欠損マウス由来BMDC移入マウスでは気道への好酸球浸潤がほとんど見られなかったのに対して、野生型マウス由来BMDC移入マウスでは、強い好酸球浸潤が観察された。この結果から、キチンが、その吸入により産生されるIL-33と共に樹状細胞を活性化することにより、アレルギー性気道炎症が惹起されることが明らかとなった。そこで現在、活性化樹状細胞由来のIL-1のアレルギー誘導への関与について、野生型マウス由来もしくはIL-1a/b欠損マウス由来BMDCを経鼻的に移入したIL-33R欠損マウスを用いたアレルギー誘導モデルにより検討中である。申請書の研究計画において1.キチン及びIL-33の標的細胞の同定と活性化機構の解明、2.キチン受容体の同定およびシグナル伝達経路の解明を目的としている。1.に関して、キチンの標的細胞の一つである樹状細胞が、IL-33存在下でキチンによる刺激を受けると、抗原特異的なTh2細胞の活性化をIL-1依存的に増強できることをin vitroで明らかにした。しかしながら、活性化樹状細胞

由来IL-1のアレルギー応答への関与について、in vivoでの検討が終了していない。また、2.に関して、TLR2及びDectin-1以外の新規受容体が、キチン・IL-33による樹状細胞の活性化に関与する可能性が示唆されているが、新規受容体の同定には至っていないため。申請者は、マウスにおいて、タンパク質抗原単独ではアレルギーは誘導されないが、ダニの外殻構成成分「キチン」の存在下では、IL-33の発現誘導を介して、IL-4/13ーSTAT6経路依存的なアレルギー応答が惹起され、この応答はIL-33欠損マウスでは顕著に抑制されることを見いだした。そこで、本研究では、キチンによるアレルギー誘発機序の解明を目的とする。これまでに、キチンは単独では骨髄由来樹状細胞(BMDC)を活性化しないが、IL-33存在下ではIL-1bの産生を強く誘導することを見出している。さらに、このIL-33+キチン刺激でBMDCより産生されるIL-1が、抗原特異的なTh2細胞の活性化を増強することを、IL-1a/b欠損マウス由来BMDCとOTIIマウス由来T細胞との共培養系で明らかにしている。そこで今回、キチン及びIL-33により活性化した樹状細胞が、さらには、その活性化樹状細胞より産生されるIL-1が、生体内において実際にアレルギー誘導に関わるかどうかをin vivoで検討した。まず、OVA+キチン感作によるアレルギー応答がほとんど生じないIL-33R(IL-1RL1、ST2)欠損マウスに、野生型マウス由来、IL-33R欠損マウス由来もしくはIL-1a/b欠損マウスBMDCを経鼻的に移入した。次に、OVA+キチンの経鼻投与により各マウスを感作し、OVA投与による気道炎症を誘導した。その結果、野生型マウス由来BMDC移入マウスでは、強い好酸球浸潤が観察されたのに対し、IL-33R欠損マウス由来及びIL-1a/b欠損マウス由来BMDC移入マウスでは気道への好酸球浸潤がほとんど見られなかった。この結果から、キチンが、その吸入により放出されるIL-33と共に樹状細胞を活性化し、その際に産生されるIL-1bが、その後のアレルギー誘導に重要であることが明らかとなった。ダニの外殻に含まれるキチンが、インターロイキン-33 (IL-33)を介して、無害な抗原に対するアレルギー応答を誘発することを見出した。本研究では、抗原提示細胞の1つである樹状細胞(DC)に対するキチンの効果に着目した。その結果、キチンがIL-33存在下でのみDCを活性化し、炎症性サイトカイン(IL-1)の産生を介してTh2細胞を活性化することを明らかにした。さらに、野生型、IL-33R欠損、IL-1欠損DCを移入再構築したIL-33R欠損マウスにアレルギー性気道炎症を誘発することにより、キチンとIL-33により活性化されたDC由来のIL-1が、アレルギー応答を誘発することを明らかにした。申請書の研究計画において1.キチン及びIL-33の標的細胞の同定と活性化機構の解明、2.キチン受容体の同定およびシグナル伝達経路の解明を目的としている。1.に関して、キチンの標的細胞の一つである樹状細胞は、IL-33存在下でキチンによる刺激を受けると、抗原特異的なTh2細胞の活性化をIL-1依存的に増強できることを明らかにした。しかしながら、キチン+IL-33刺激により樹状細胞が産生するIL-
介形虫種分化の具体的プロセスの地史的考察とその分子遺伝学的検証

介形虫Loxoconcha uranouchiensis species groupの日本周辺海域での時空分布を調査し、また現生種の一部について分子遺伝学的検討を行い、浅海無脊椎動物の種分化プロセスモデルのひとつの妥当性を検討した。時空分布の調査を通して、以下のような筋書きを得た。まず本種が3タイプに分けられること、それらは小型で頑丈なprototype、大型で頑丈なlarge-type、小型で幼形成熟型のpaedomorphic-typeの3つであることを確認した。初産出は、下部更新世沖縄・仲尾次砂岩層のprototypeであり、同時代の本州周辺には本種は分布しない。2030万年前になり初めて本州を取り巻くようにprototypeが分布する。最終間氷期になり九州東部にlarge-typeが出現し、その後prototypeと入れ替わるように東進し、現在房総以西まで分布を伸ばした。一方日本海側から津軽海峡を経て房総以北に至る三陸海岸には2030万年前以降現在までprototypeが分布するが、それとともにpaedomorphic-typeがみられる。重要な点は、paedomorphic-typeがそれぞれの湾ごとにprototypeより分化しているらしいこと、分化のタイミングとして氷期・間氷期の海洋環境変遷が鍵をにぎっているらしいことである。これらの結論は、北海道忍路湾、岩手大槌湾、能登九十九湾、舞鶴湾、油壺湾、鳴門海峡、有明海の現生種の殻形態・生殖器の形態の詳細な比較に基づく。油壺湾large-typeと能登九十九湾prototypeのミトコンドリアDNAチトクロームcの塩基配列の決定に成功したが、この配列442塩基対に関して両者に相違のないことが判明したため、さらに置換速度の大きな領域について比較検討を継続中である。水温・脱皮ホルモンをコントロールして、室内実験により幼形成熟固体をつくりだそうとしたが、現在のところ体サイズの変異が表れたにとどまっている。
正常な自由運動と損傷組織への力学的ストレスは前十字靭帯と半月板の治癒を促進させる

国内外で断裂直後より正常な関節運動を繰り返えし、前十字靭帯(以下ACL)治癒を促進するという研究は存在しない。また、ACL損傷に伴う半月板断裂の自己治癒の研究と半月板の自己治癒の要因に関する研究も少ない。我々はACL損傷後に生じる膝関節の異常運動を制動する動物モデルを作製し、次の研究を行ってきた。&#10112; ACLが断裂した膝の関節運動を変化させることは、細胞の生物学的応答を改善し、メカノトランスダクション機構を介して自発的治癒につながることを証明した。ACL-切断群(ACL-T)、異常運動制御群(CAM)およびインタクト群(IN)にランダムに割り当てた。ACL切断術後1、2、4、6、8週間に組織学・分子生物学・生体力学的評価を行った。ACL-T群のACLはすべて治癒しなかったが、CAM群は自己治癒し、典型的な靭帯治癒反応を示した。損傷後8週間での力学的特性は、無傷のACL強度の50%が戻ってきたことを示した。2ACL切断によって誘発される関節の不安定性は膝の変形性関節症(OA)の要因と考えられている。不安定性および再安定化ACL切除モデルを用いた関節軟骨に対する関節の再安定化の効果を検討した。CAM群とACL-Tを作製し、軟骨のX線分析、組織学的および免疫組織化学分析、およびPCR分析を行った。関節不安定性は、ACL-T群はCAM群より高かった。CAM群は軟骨構造を維持した。関節不安定性の再安定化は、炎症性サイトカインを抑制し、それによってOAの進行を遅延させる。3ヒトのACL損傷に伴う半月板損傷に対して早期からの荷重と関節制動により外側半月板の69%は完全、18%は不完全に、内側半月板の58%は完全に治癒した。ACLは滑膜で被覆され、ACLが断裂すると滑膜も断裂し、関節内に血液が伝播する。靭帯および滑膜の治癒に関わる因子が半月板の治癒成績に影響している可能性が考えられる。どのようなACL損傷患者が保存的治療法の適応となるのかを明らかにしていくことは、ACL損傷患者に複数の治療法を提示することが可能となり、それぞれの患者の社会的背景に応じた適切な治療法を患者自ら選択することを可能にする。そこで、ACLの損傷部位が靭帯自己治癒能力にどのような影響与えるのかをCAMモデルを用いて組織学、生体力学的側面より以下の研究を行った。Wistar系雄性ラットのACL切断後に、膝関節制動を行った中間部損傷(MP)群、関節制動を行った大腿骨近位部損傷(FS)群、関節制動を行わなかった中間部損傷(ACLT-MP)群、関節制動を行わなかった大腿骨近位部損傷(ACLT-FS)群の4群に分類した。切断後4、6、8週で、左後肢の膝関節を採取し、免疫組織化学的染色を行った。また、損傷後8週で、万能材料試験機、および我々が作成した治具を用いて引張試験を実施した。関節制動非適応であるACLT-MP群およびACLT-FS群では、切断したACL組織の連続性は認められなかった。一方で、関節制動を行ったMP群、FS群では、損傷ACLの自己治癒が確認された。破断強度においてMP群・FS群は、対照群と比較して有意に低かった。破断時変位量においてMP群・FS群は、対照群と比較して有意に大きかった。剛性においてMP群・FS群は、対照群と比較して有意に小さかった。MP群とFS群との間に力学特性の差は認めなかった。新鮮ACL損傷に対する保存的治療法は,4損傷部位を問わず適応される可能性がることが示された。ACL、半月板が自己治癒しない主要因は、三次元空間で機能するACLの特異性、関節内組織の栄養供給の特殊性、膝関節への荷重と異常な関節運動によるメカニカルストレスだと考えられる。そこで今年度は、メカニカルストレス(自由運動、自由運動と超音波刺激負荷)と関節制動がACLの治癒過程においてどのように靭帯の形態、機能、強度に関与するかを明らかにする。自由運動群、自由運動と超音波刺激負荷群、シャム群の3群とする。自由運動と超音波照射群は申請している超音波縦波装置を用い、剃毛した膝窩部にACL走行に沿って照射する。照射強度は膝の外側側副靭帯を対象とした先行研究を基に1.5MHzとし、炎症期を避ける目的で2週後より開始する。人工靭帯切断群は8週後に関節制動目的の人工靭帯を切離する。組織の採取と力学試験はACL切断後の2、4、8、12週後および24週後に行う。1組織化学分析として、一般・特殊組織染色による治癒組織のコラーゲン走行、形態観察を行う。治癒ACLのI型・III型コラーゲン、フィブロネクチンなどの分布と走行を定性的、定量的に評価する。2力学的解析として、屈曲90°の治癒ACLの破断強度および粘弾性特性を電磁力式微小試験機にて計測する。3組織化学分析として、一般組織染色による治癒組織の形態観察、治癒半月板のI型・III型コラーゲン、フィブロネクチンなどの分布を定性的、定量的に評価する。

また、ACL損傷に伴う半月板断裂の自己治癒の研究と半月板の自己治癒の要因に関する研究も少ない。我々はACL損傷後に生じる膝関節の異常運動を制動する動物モデルを作製し、次の研究を行ってきた。&#10112; ACLが断裂した膝の関節運動を変化させることは、細胞の生物学的応答を改善し、メカノトランスダクション機構を介して自発的治癒につながることを証明した。ACL-切断群(ACL-T)、異常運動制御群(CAM)およびインタクト群(IN)にランダムに割り当てた。ACL切断術後1、2、4、6、8週間に組織学・分子生物学・生体力学的評価を行った。ACL-T群のACLはすべて治癒しなかったが、CAM群は自己治癒し、典型的な靭帯治癒反応を示した。損傷後8週間での力学的特性は、無傷のACL強度の50%が戻ってきたことを示した。2ACL切断によって誘発される関節の不安定性は膝の変形性関節症(OA)の要因と考えられている。不安定性および再安定化ACL切除モデルを用いた関節軟骨に対する関節の再安定化の効果を検討した。CAM群とACL-Tを作製し、軟骨のX線分析、組織学的および免疫組織化学分析、およびPCR分析を行った。関節不安定性は、ACL-T群はCAM群より高かった。CAM群は軟骨構造を維持した。関節不安定性の再安定化は、炎症性サイトカインを抑制し、それによってOAの進行を遅延させる。3ヒトのACL損傷に伴う半月板損傷に対して早期からの荷重と関節制動により外側半月板の69%は完全、18%は不完全に、内側半月板の58%は完全に治癒した。ACLは滑膜で被覆され、ACLが断裂すると滑膜も断裂し、関節内に血液が伝播する。靭帯および滑膜の治癒に関わる因子が半月板の治癒成績に影響している可能性が考えられる。どのようなACL損傷患者が保存的治療法の適応となるのかを明らかにしていくことは、ACL損傷患者に複数の治療法を提示することが可能となり、それぞれの患者の社会的背景に応じた適切な治療法を患者自ら選択することを可能にする。そこで、ACLの損傷部位が靭帯自己治癒能力にどのような影響与えるのかをCAMモデルを用いて組織学、生体力学的側面より以下の研究を行った。Wistar系雄性ラットのACL切断後に、膝関節制動を行った中間部損傷(MP)群、関節制動を行った大腿骨近位部損傷(FS)群、関節制動を行わなかった中間部損傷(ACLT-MP)群、関節制動を行わなかった大腿骨近位部損傷(ACLT-FS)群の4群に分類した。切断後4、6、8週で、左後肢の膝関節を採取し、免疫組織化学的染色を行った。また、損傷後8週で、万能材料試験機、および我々が作成した治具を用いて引張試験を実施した。関節制動非適応であるACLT-MP群およびACLT-FS群では、切断したACL組織の連続性は認められなかった。一方で、関節制動を行ったMP群、FS群では、損傷ACLの自己治癒が確認された。破断強度においてMP群・FS群は、対照群と比較して有意に低かった。破断時変位量においてMP群・FS群は、対照群と比較して有意に大きかった。
宇宙線伝播機構の実験的研究

本研究の物理目標は、気球上で観察された宇宙線データを解析し、その伝播機構を解明する事であるが、当面の目的は以下の2つであった。1.CCDカメラを通して得られた宇宙線飛跡の画像データをコンピューターで解析し、粒子の種類を同定する。2.複数層にわたって記録されている飛跡を追跡し、核衝突点に見つけ出す作業の効率化を行う。1については、特に重い原子核の飛跡の画像データを解析するシステムを作成した。重い原子核が物質中に入射すると、まわりの電子をクーロン力でたたき出すため、原子該乾板上にはたくさんの電子の飛跡(δ-ray)が重核の飛跡にまとわりつくように記載されている。このδ-rayの長さの分布は、入射粒子の電荷に対応している。そこでこの情報を画像データから取り出し、粒子の電荷を推定する事に成功した。2については、まず今回購入したスキャニング用ステージをコンピューターで制御し、座標の精密測定を行うプログラムを開発した。原子核乾板の位置分解能がおよそ1ミクロンであるのに対し、このステージの位置精度は2ミクロンであり、飛跡の追跡作業にはほぼ満足できる精度を有している。これを用いて実際に観測された宇宙線飛跡を追跡し、核衝突点を効率良く検出する事に成功した。これらの技術的な成果をもとに、今後高エネルギー宇宙線のエネルギースペクトルを算出し、伝播機構についての理解を深めていく予定である。
噴火メカニズムと災害

マグマ内の発泡と泡の成長は、拡散律速である。今迄に実験値のない玄武岩質・安山岩質マグマ中の水の拡散速度の実験が開始された(藤井)。素過程としてのマグマ内の発泡理論、並びにマグマの上昇速度に関する理論を発展させた(寅丸)。噴火前のマグマ中の揮発性物質の組成・含有量を定めるために、火山噴火物中の斑晶の中に存在するガラス包有物に、真空中でレ-ザ-を照射し、揮発生成分を抽出する。抽出された気体をガスクロマトグラフで分離後、質量分析計で定量する技術が開発された(日下部)。高温・高圧下で、マグマの融点と水の含有量を調べた結果、マグマの温度を推定できる場合には、そのマグマの含水量をも推定することが可能となった(高橋)。マグマが地殻中を上昇する過程を解析するさいに欠けている情報が具体的に指摘された(篠原)。噴火機構の研究における観測・室内実験・理論の一体的推進方策を、マグマの性質を分類した上で論じた(渡辺)。海底火山、諏訪之瀬島、桜島、草津および雲仙などの火山ガス放出量について記載を行った(小坂・平林)。火山性揮発物の放出量の遠隔観測について、人工衛星に登載すべき機器の概念的開発が行われている(野津・松尾)。多成分ガス混合物中の各成分ガスのフュガシティ-、特に二成分系、H_2OーCO_2系およびH_2OーHC1系に限定した実験の準備が行われた(松葉谷)。地球の歴史を通じた揮発性物質の輪廻について、問題点の指摘が行われた(松尾)。