hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レーザ光励起STMによる半導体極微細構造の特性評価

1.レーザ光照射下において、キャリア密度5×10^<16、>3×10^<17、>1×10^<18>cm^<-3>の3種類のn型GaAs試料でのトンネル電流-電圧スペクトルを走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて測定した。その結果、レーザ光を照射しない場合には、いずれの場合も表面のフェルミレベルがミッドギャップ近傍にピニングしていることに対応したスペクトルが得られたのに対し、レーザ光を照射したときには、明瞭な表面光電位効果がみられ、また、低キャリア密度の試料ほど光に対する感度が高いことがわかった。これは、低キャリア密度の試料ほど表面空乏層を小さくするために必要な表面正電荷量が少ないとともに、不純物を介した再結合確率が低いためフォトキャリアがより効率的に働けることから理解される。一方、そもそも表面空乏層を持たないInAsでは、レーザ光照射によるスペクトルの変化がほとんどなく、GaAsで得られた結果が主として表面空乏層の低減効果であることを裏付けた。2.STMでのトンネル電流の光変調効果からキャリア密度3×10^<17>cm^<-3>のn型GaAsの室温における光吸収スペクトルを測定したところ、バンドギャップよりも20meV程度低いエネルギ領域に大きな吸収ピークが存在することがわかった。このピークは、伝導帯-価電子帯間遷移によるものではなく、不純物あるいは表面準位に起因するものと考えられるが、詳細はまだ明らかになっていない。3.ノンドープGaAs/AlGaAs多重量子井戸構造の劈開断面をレーザ光照射下でSTM観察した。GaAsでのみ吸収されるエネルギの光を照射したところ、STM像においてGaAs領域とAlGaAs領域との間に明瞭なコントラストが得られるとともに、それが光強度に応じて変化することがわかった。これは、通常のSTM観察では困難であった組成イメージ像の獲得が可能であることを示したものである。
可換環およびそれに関連する諸問題の研究

よく知られているように、RがCohen-Macaulay環あるいは体上のアフィン環のとき、Rの各素イデアルPはheight(P)+dim(R/P)=dim(R)をみたす。また、この性質はL.J.Ratliffが研究した素イデアル鎖問題のcatenary性、H-conjecture等において、効果的に利用された。以前から研究対象としているヒルベルト環に関して、RがNoetherヒルベルト環で、Rの各素イデアルPがheight(P)+dim(R/P)=dim(R)をみたしているとき、R上1変数多項式環R「X]の素イデアルも同じ性質をもつことを示した。この命題でのRのネータ性を外した場合については、同様のことが成立するかどうかかなり複雑であり、反例をも含めて考察中である。また、環R上のLaurent多項式環R[X,X^<-1>]の任意の極大イデアルがRの極大イデアルにおちるためのRの条件をいくつか得た。そして、大学院生の論文指導では、グレブナ-基底理論の応用を扱った。高等学校における整式の剰余、整式の等式、三角関数の等式、三角形の形状等に関する多くの問題が数式処理ソフト「Mathematica」の関数'GroebnerBasis'を用いて解決できることがわかった。とくに、三角形ABCについての三角関数の基本関係式のみを入力するだけで、式tanA+tanB+tanC=tanAtanBtanCが得られたのは意外であった。研究分担者の安西氏は、Fourier変換よりなる関数環に元が属するための必要十分な条件についてのBeurlingの結果を多変数に拡張した論文を発表した。そして、内藤氏は楕円曲線の3等分点が生成する局所体についての口頭発表をし、その内容は数理解析研究所講究録に掲載されている。また、長谷川氏は日本数学教育学会誌に図形の面積判断に関する研究成果を載せている。
HiPIMSプラズマにおける選択的イオン抽出による超高靱性炭窒化ホウ素膜の創製

全体の研究目標に対し,最終年度はBCN膜を構成する各抽出イオン種のはたらきとBCN膜特性との関連性の検証を主目的として、1第2年度に残されたB4Cターゲットを用いた各種パルス条件でのイオンフラックス特性の検証と2それらに基づいた基板パルスバイアス電圧の遅延印加による成膜実験及び膜分析評価、の2点について研究を遂行した.1では,初年度・第2年度における検証を踏まえ,これまで限られていたHiPIMS放電条件をさらに拡大し,パルス幅,ピーク電流密度等の影響因子に着目し,B+,C+, N+フラックスおよびエネルギー分布特性について検証した.その結果,パルス幅の極小化,ピーク電流密度の増大に伴う, B+およびC+における高エネルギー粒子の増大傾向を見出した.特にパルス幅20μsかつ電流密度1A/cm2以上の条件において,20eV以上の高エネルギー粒子が顕著に増大することを明らかにした.2では,1に基づいた基板パルスバイアス電圧の遅延印加による成膜実験を試みた.また形成したBCN膜の膜組成・結合状態および機械的特性を評価した.その結果,N+フラックスが低下する時間領域以降での基板パルスバイアス電圧の遅延印加により,膜中の窒素含有率の急激な低下およびそれに伴う膜硬度・ヤング率の上昇が確認された.これらはh-BN由来の結合種の減少およびB-C結合種の増大に起因するものと考えられる.その他基板パルスバイアス電圧値の増大に伴う膜の高硬度化も確認された.最終的に基板パルスバイアスの遅延印加により,膜硬度約20GPa,ヤング率約200GPaの高靭性な薄膜形成が達成された.以上より,基板パルスバイアスの遅延印加によるイオン抽出の妥当性とその各種イオンフラックス・運動エネルギー制御の実現可能性が示され,それらがBCN膜形成に及ぼす影響が示された.全体の研究目標に対し,初年度では、HIPIMSパルス条件とプラズマ中のB・C・Nイオン密度・エネルギー分布の関連性の検証を主目的として、1HiPIMS成膜システムの設計および構築、2B,C, Nイオンエネルギー分布の時間分解測定の2点について研究を遂行し,以下の研究実績を得た1は,新たにHiPIMS成膜実験を実施可能なシステムを構築した。3インチのアンバランスドマグネトロンスパッタ蒸着源を装備し、同スパッタ蒸着源にHiPIMS電源を接続することで、HiPIMSプラズマ放電を実現した。ターゲット材料として、B4Cを購入し、Ar雰囲気およびN2の混合雰囲気に反応性スパッタリング実験実施可能なシステムを構築した。予備実験を実施した結果、B4Cプラズマの放電電圧の上昇に伴うピーク電流値波形の後半端部において著しい電流値の上昇傾向、窒素流量の増減に伴う線型的なピーク電流値の増減およびプロセス圧力がピーク電流値に及ぼす影響をそれぞれ明らかにした。2は、初年度中旬にスウェーデン、リンシェーピン大学を訪問し、エネルギーフィルタ型質量分析計を用いて,各種パルス条件(周波数・Duty比)におけるBn+、Cn+およびNn+イオンのパルスオン時間における時間推移およびエネルギー分布を明らかにした。その結果、25μsのパルス幅に対して、B(1+)およびC(1+)のイオンが、N2mol(1+)やAr(1+)イオンと比較してその時間推移におけるピークが5μsほど遅れが生じることを明らかにした。またN2molおよびArのイオンエネルギーは、BおよびCと比較して60eV以上の高いエネルギーを有するイオンを含んでいることが判明した。全体の研究目標に対し,初年度は、1HiPIMS成膜システムの設計および構築、2B,C, Nイオンエネルギー分布の時間分解測定の2点を当初の研究計画とした.これに対し、1のHIPIMS成膜システムの構築に関しては当初の計画通りに研究を遂行した。ただB4Cターゲットが非常に熱衝撃に弱く、脆性材料であったため、本年度購入した3インチターゲットを破損してしまった。予備ターゲットを準備するとともに、電圧印加手法に十分注意する必要がある。一方2に関しては、当初時間分解能を有する発光分光分析を実施する予定であったが、年度中期にスウェーデン、リンシェーピン大学を訪問する機を得たため、同研究グループの有するエネルギーフィルタ型質量分析による測定を実施した。同質量分析計を用いることで、発光分光では得られないイオンのエネルギー分布の測定が実現され、次年度計画における提案手法の足掛かりとなる有益な知見が得られた。以上のように当初計画は達成されており、年度当初の計画通りに進展していると言える全体の研究目標に対し、第2年度では、各種抽出イオン種の働きとBCN膜特性の関連性の検証を主目的として、1基板バイアスパルス電圧のシンクロ化システムの開発、2基板バイアスパルス電圧印加時間のシンクロ化によるイオン抽出実験、の2点について研究を遂行した。1では、ターゲットに印加するHiPIMSパルス電圧と同じ周波数で基板バイアスを同期印加できるシステムを新たに構築した。同時に8チャンネルのパルス信号を出力可能なパルス同期ユニットを導入し、スパッタカソード側および基板ステージ側のパルス電源にそれぞれ同じ周波数でパルス電圧を印加可能なシステムを構築した。また同ユニットを用いて、カソード側のパルス電源をマスター電源として、基板ステージ側へパルスバイアス電圧を遅延印加可能なシステムを開発した。2上記構築したシステムにおける基板バイアス電圧の遅延印加の有効性を検証するため、一元系の重元素でスパッタガス種との基板到達時間遅れに対する効果が検証しやすい元素としてタングステン(W)を選定し、基板バイアス遅延印加時間の違いによる膜の結晶構造、電気抵抗を評価した。

その結果、スパッタカソードに対するパルス幅100μsに対して、基板バイアス電圧を印加するタイミングを30、60、90、120μs遅延印加させた際に、60μsの条件で(110)方位に最も鋭い結晶性を有するW膜が得られ、最も低い33μΩcmの電気抵抗値が示された。同結晶性は遅延時間の増大と共に低下し、それに相関して電気抵抗も増大することを明らかにした。その後のプラズマ発光分光分析によって同遅延時間領域では、より多くのW(1+)イオンが発生していることが明らかになったことから、本結果が同イオン種の効率的な抽出により得られたことが示された。以上より、本年度構築した基板パルスバイアス電圧の遅延印加システムの有効性が示された。全体の研究目標に対し、初年度は、1基板バイアスパルス電圧のシンクロ化システムの開発、2基板バイアスパルス電圧印加時間のシンクロ化によるイオン抽出実験の2点を当初の研究計画とした。これに対し、1の基板バイアスパルス電圧のシンクロ化システムの開発に関しては当初の計画通りに研究を遂行した。一方2に関しては、昨年度におけるB4Cターゲットの脆性に起因した熱衝撃によるターゲットの破損の経験を踏まえ,同システムの有効性の検証には、上記の通りタングステンによる検証行った。本アプローチは当該の研究計画にはなかった上に、同検証においてパルス条件の探索等にやや時間を要したため、本年度内にB4Cターゲットを用いた基板バイアス電圧の遅延印加実験には至らなかった。しかし、タングステンによる検証により、基板パルスバイアス電圧の遅延印加の有効性が示されたことは、次年度計画における提案手法の大きな足掛かりとなる有益な知見が得られたといえる。以上のように、当初計画よりもやや遅れている現状ではあるが、次年度にB4Cターゲットを用いた検証に取り掛かる万全な準備が整ったといえる。全体の研究目標に対し,最終年度はBCN膜を構成する各抽出イオン種のはたらきとBCN膜特性との関連性の検証を主目的として、1第2年度に残されたB4Cターゲットを用いた各種パルス条件でのイオンフラックス特性の検証と2それらに基づいた基板パルスバイアス電圧の遅延印加による成膜実験及び膜分析評価、の2点について研究を遂行した.1では,初年度・第2年度における検証を踏まえ,これまで限られていたHiPIMS放電条件をさらに拡大し,パルス幅,ピーク電流密度等の影響因子に着目し,B+,C+, N+フラックスおよびエネルギー分布特性について検証した.その結果,パルス幅の極小化,ピーク電流密度の増大に伴う, B+およびC+における高エネルギー粒子の増大傾向を見出した.特にパルス幅20μsかつ電流密度1A/cm2以上の条件において,20eV以上の高エネルギー粒子が顕著に増大することを明らかにした.2では,1に基づいた基板パルスバイアス電圧の遅延印加による成膜実験を試みた.また形成したBCN膜の膜組成・結合状態および機械的特性を評価した.その結果,N+フラックスが低下する時間領域以降での基板パルスバイアス電圧の遅延印加により,膜中の窒素含有率の急激な低下およびそれに伴う膜硬度・ヤング率の上昇が確認された.
インターロイキン1受容体の細胞内領域と会合するタンパク質因子の解析

1)本研究は、IL-1R/GSTの融合タンパク質を用い、IL-1Rの細胞内領域と特異的に結合するタンパク因子を同定、精製することを目的としている。ます、マウス、タイプI-IL-1RのcDNAをテンプレートとしてPCR法によりIL-1Rの細胞内領域部分のDNAフラグメントを増幅し、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)融合タンパク発現ベクターpGENT2に組み込み、pCL1R/GSTプラスミドを得た。次にこのプラスミドを用い、大腸菌JM109株でIPTG刺激によりIL-1R/GST融合タンパク質の発現を行ったところ、期待された50kDaのIL-1R/GST融合タンパク質の大量発現がSDS-PAGE上で観察された。しかし発現されたIL-1R/GST融合タンパク質は、そのほとんどが不溶性分画に存在するため精製が難しく、現在のところSDS-PAGE上単一バンドになるまで精製されていない。現在、グアニジン法による可溶化とHPLC等によるIL-1R/GST融合タンパク質の精製を試みている。また、GST以外の他の融合タンパク発現系を現在検討中である。2)上記の実験と平行して、IL-1,TNFによるシグナル伝達経路,特にIL-8産生誘導に関与するプロテインキナーゼを検索する基礎的知見を得るため、各種プテインキナーゼ阻害剤の作用を調べた。その結果、胃癌細胞株MKN45細胞でのIL-1,TNFによるIL-8産生誘導および、IL-8遺伝子プロモーターの活性化は、プロテインキナーゼ阻害剤H7により濃度依存的に抑制されるが、HA1004やスタウロスポリンではIL-1,TNFの作用は抑制されないことがわかった。これらの結果から、IL-8遺伝子発現誘導におけるIL-1,TNFによるシグナル伝達にPKCとは異なるH7感受性キナーゼが関与することが示唆された。またIL-1,TNFによるIL-8産生はチロシンキナーゼ阻害剤であるハービマイシンAにより阻害されることから、IL-1,TNFによるIL-8産生誘導のいずれかのステップにチロシンキナーゼが関与していることが示唆された。
磁気共鳴による脳微小循環画像の臨床的研究

[目的]脳微小循環画像の臨床的な有用性について検討した。[対象と方法]対象は正常例5例、モヤモヤ病11例、その他の脳血管閉塞性疾患1・3例、およびこれら動脈閉塞性疾患において、外頸動脈系と内頸動脈系の吻合術を行った5例である。装置は1.5テスラ超伝導型MRI、パルス系列はFISP(TR=50,TE=30,Flipangle=10degree,Matrix=128x128)を使用し、造影剤はGd-DTPA(0.1mmol/kg)を約7秒にて急速静注した。静注後一画像7秒にて連続13回の撮像を行い、造影剤流入による能の信号強度変化を検討した。さらに造影剤の初期流入時の画像と流入前の画像とのサブトラクション像を作成し、次に示すSPECT像との比較を行った。SPECT像は99mTc-HMPAOあるいは1231-IMPを使用した。[結果]正常能の造影剤初期流入による信号強度変化は脳灰白質で大きく脳白質では小さかった。動脈閉塞性疾患では造影剤流入速度の遅れ、造影剤洗いだしの遅れ、あるいは流入ピーク時の信号強度変化の現象が認められた。13例において脳微小循環画像とSPECT像との対比を行った結果、ほぼ同等の情報が得られたもの8例、脳微小循環画像が大きな範囲で描出されたもの2例、SPECTが大きな範囲で描出されたもの3例であった。[結語]脳微小循環画像は脳血流の情報をうることができ、とくに脳血管閉塞疾患の診断および術後評価に有用であった。従来使用されている脳血流シンチグラフィーと比較しても同等の評価が得られた。
リハビリテーションによる運動野再構成機序の解明

脳梗塞後のリハビリテーションにより運動機能の回復が期待できるが、この運動機能の回復には、残存した脳領域が障害された脳領域の機能を補填する運動野の再構成が重要な役割を果たしていると考えられている。本研究で我々は、運動野再構成時の神経ネットワークの変化を調べた。実験の結果、脳梗塞後の前肢リハビリテーションにより、梗塞前に脊髄の体幹部分を支配していた神経細胞の軸索が進展し、脊髄の前肢支配領域へ新たな接続を形成することが明らかとなった。この結果は軸索リモデリングがリハビリテーションによる運動野再構成と機能回復に重要な役割を担っていることを示している。本研究では脳梗塞後のリハビリテーションによる運動野再構成がどのようなメカニズムにおいて起こるのかを、解剖および分子の両面で明らかにすることを目的として実験、解析を行っている。これまでの研究により脳梗塞後のリハビリテーションは皮質脊髄路の軸索側枝を尾側頸髄で特異的に増加させることを明らかにした。尾側頸髄はリハビリテーションにより動かされる前肢の筋肉を支配する脊髄領域である。また、リハビリテーションは灰白質中の軸索側枝のみならず、背索中の脊髄線維の数も増加することが分かった。そこで、次の実験では逆行性トレーサーであるレトロビーズ(赤・緑)を吻側頸髄および尾側頸髄に注入することにより脊髄に投射する神経細胞数が脳でどのように変化するかを調べた。その結果、運動野の再構成がみられた梗塞側のRFAでは尾側頸髄に投射する神経細胞数が有意に増加しており、さらに吻側頸髄と尾側頸髄の両方に投射する細胞数も有意に増加することが分かった。これは吻側頸髄を支配していた神経細胞が軸索を吻側頸髄まで伸展し、新たな神経回路を形成していることを示唆していると考えられた。また、追加の行動実験により、運動野再構成のあったRFAをリハビリテーションによる機能回復後に破壊すると機能障害が再現されること、そして最初の梗塞でCFAおよびRFAの両方を破壊するとリハビリテーションによる回復効果がほとんどみられなくなることを示した。これは、運動野再構成のあったRFAが機能回復に重要な役割を果たしていることを示している。これらの結果により示されたような神経支配の変化は今まで報告されておらず、リハビリテーションのメカニズムの解明のための重要な知見となると考えられる。研究計画では1年目である今年度にリハビリテーションによる運動野再構成の解剖学的なメカニズムを解明することを目的とした。今年度の実験結果はこの目的を大方達成するものであると考えられ、研究の進歩状況はおおむね順調に進展していると考えられる。初年度の研究により、この軸索の増加は吻側頸髄に投射していた神経が軸索を進展させ、尾側頸髄に新たな接続を形成していることを明らかにした。最終年度である2016年度は前年度までの結果さらに解剖、分子の両面で調べた。解剖学的解析ではリハビリテーションが脳深部から脊髄への投射経路で軸索リモデリングにどのような影響を与えるかを調べた。この実験の結果、リハビリテーションは皮質脊髄路においては軸索リモデリングを促進させるが、赤核脊髄路や網様体脊髄路といった脳深部からの経路では軸索リモデリングを促進させないことがわかった。この結果はリハビリテーションによる機能回復における大脳皮質の重要性を示唆している。分子的解析では、リハビリテーションがBDNFの発現に与える影響を、ELISAを用いて調べた。今回行った解析では、リハビリテーションによるBDNFの発現の変化はRFA及び脊髄のいずれの領域見られなかった。しかし、過去の研究からBDNFがリハビリテーションによる機能回復に重要な役割を果たしている可能性は高いと考えられるため、今後サンプル採取時間などを再検討する予定である。次年度の実験としては2つの実験を並行して進めていく計画である。一つはリハビリテーションによりおこる神経回路変化をさらに詳細に調べることである。運動野からは皮質脊髄路の他に基底核、視床、赤核そして延髄網様体といった領域への神経投射が存在する。これらの領域は運動の実行や学習に重要な機能をもつため、リハビリテーションによりこれらの領域への投射に変化が生じるかどうかを調べることはリハビリテーションによる機能回復のメカニズムを解明するために非常に重要なことであると考えられる。そこで一つめの実験としては脳梗塞後のリハビリテーションが脳の他の領域への神経投射をどのように変化させるかを調べる。二つめは神経回路変化の分子メカニズムについて調べる。これまでの実験結果では、軸索の変化はリハビリテーションによるトレーニングに関与する脊髄領域に特異的に起こっている。

このことは、これらの変化を引き起こすメカニズムとして脊髄の特定領域で局所的に働く分子が存在することを示唆している。この分子を特定することが二つめの実験であり、ELISAやqPCRを用いての実験を計画中である。リハビリテーション科学・福祉工学今年度の使用予定額は概ね使用済みであるが、分子生物的な実験に至らなかったため使用した金額が若干少なくなった。今後、分子生物的な実験を行うため、実験動物や試薬の購入に使用する。
インバウンド訪日観光客が満足する旅館でのおもてなしとそのマネジメント

近年、急増しているインバウンド訪日外国人には、日本独自のおもてなしを求め、温泉旅館へ宿泊する者も多い。これまでの研究では、日本人客を対象とした顧客満足を得られるおもてなしの要因、旅館の経営実態について解明した。旅館経営者や女将へのインタビューの中で、外国人客に対し日本人客と同様のおもてなしを提供してよいものか悩んでいることを知った。本研究では、外国人客へのおもてなしについて、1人気旅館のおもてなしの実態、2外国人客が満足するおもてなしの要因、3外国人客が満足するためのマネジメント、といった研究テーマを設定し、宿泊客の口コミ分析、現地調査やインタビューを通じて解明する。
ワイドギャップ半導体結晶中の転位の運動特性と電子・光学物性の解明

III-V窒化物、II-VI亜鉛化物、IV族化合物のワイドギャップ半導体結晶について、その性能向上の阻害点となっている転位欠陥の制御を目的として、これらワイドギャップ半導体における転位の発生と運動を調べ、その支配機構を体系的に解明するとともに、転位に起因する電気・光学物性を評価することで、原子構造と電子構造を解明した。さらに転位欠陥を利用した新規デバイスの可能性を見出した。本研究は、III-Vナイトライド、II-VI亜鉛系化合物、IV族化合物等のワイドギャップ半導体結晶について、(1)転位の運動機構を解明すること、(2)転位の原子構造と電子構造・物性、さらに熱処理や電子・光・エネルギー励起による変性を調べ、転位に付随する電気・光学特性を明らかにすること、(3)ワイドギャップ半導体における転位の運動と電子・光学物性の両面について基礎知識を確立し、さらに転位特性がそれぞれの結晶で発現する機構を、Si、GaAs等を含めた全半導体での基礎学理として体系化し、実用化の指針を提示することを目的とする。本年度は(1)InN混晶について、ナノインデンテーション法によりその硬度と弾性率の決定に成功した。AlxGa1-xN混晶(0<x<1)混晶について、GaNからAlNまでの組成域の試料のナノインデンテーション法評価によりその硬度特性を明らかにし混晶に固有の現象を見出した。(2)ZnO結晶において、インデンテーション時に発生する転位が運動するすべり面が{10-11})(0001)ないし{10-10}であり、そのバーガースベクトルは常に<1-210>であると特定に成功した。(3)GaN結晶中のフレッシュな転位に関する電気・光学特性に関する知見を総括し、転位の電荷状態を特定するとともに、その電気伝導特性による応用の可能性について指針を提示した。(4)非極性GaNのサファイヤ基板上でのエピタキシャル成長時のドメイン形成機構が格子定数を同じにするa軸に沿ったa-c面変換であることについてX線回折法からも検証し、結晶性向上の指針を示した。(5)GaN結晶の塑性変形において、フレッシュな転位とともに高密度の点欠陥クラスターが導入され、それらが特異な非発光中心として作用することを見出した。(6)ワイドギャップ酸化物LiNbO3結晶での転位構造の評価により、その形成機構の解明に成功した。本年度は(1)AlN結晶を電子顕微鏡内でナノインデンテーション法により変形させ、転位が発生する挙動から、すべり面の特定に成功した。またAlGaN混晶についてナノインデンテーション法を利用した硬度特性評価から固有の混晶効果を発見した。(3)GaN結晶中のフレッシュな刃状転位に沿う電荷の存在と、さらに走査型抵抗顕微鏡により転位に沿った電気伝導を見出し、それがFrenkel-Poole機構であることを解明した。(4)ZnO結晶柱面上に高密度に導入されたフレッシュな刃状転位の有する光学特性から、転位のアクセプタレベルが発光の原因であることを特定した。(5)SiC結晶の30度部分転位が電子線の照射下で運動し、その結果部分転位間の積層欠陥が拡張・収縮する挙動をその場観察しし、転位運動の素過程として、キンクが照射下でのみ、その照射強度に依存して運動する機構を見出した。さらに、(6)非極性GaNのサファイヤ基板上でのエピタキシャル成長時のドメイン形成が格子定数を同じにするa軸に沿ったa-c面変換機構であることを見出し、エピ成長方位の制御の可能性を提示した。(7)ZnOの不純物添加による結晶性と特性制御に関する指針を提示することを行った。本研究は、III-Vナイトライド、II-VI亜鉛系化合物、IV族化合物等のワイドギャップ半導体結晶について、1.転位の運動機構を解明すること、2.転位の原子構造と電子構造・物性、さらに熱処理や電子・光・エネルギー励起による変性を調べ、転位に付随する電気・光学特性を明らかにすること、3.ワイドギャップ半導体における転位の運動と電子・光学物性の両面について基礎知識を確立し、さらに転位特性がそれぞれの結晶で発現する機構を、Si、GaAs等を含めた全半導体での基礎学理として体系化し、実用化の指針を提示することを目的とした。1.高品質InN混晶について、室温でのナノインデンテーション法により、硬度とヤング率を8.6±0.2 GPa、176±4 GPaを決定した。

さらにポアソン比が0.17と決定した。2. AlN結晶とZnO結晶について、ナノインデンテーション法により、結晶の特性面である+/-(0001)基底面、(1-100)m柱面、(11-20)a柱面での硬度と弾性率を測定し、ウルツ鉱型構造の結晶の弾性特性を支配する機構を解明した。3. GaN結晶中のフレッシュ転位が有する電荷量を決定し、その一次元伝導性を導出した。伝導ワイヤとして応用が期待される。4.加熱したSi基板に対して適量のCOガス原料を供給することでSi表面を炭化させ、窒化物用の3C-SiCバッファ層として応用するための育成と評価を行い、Ar-CO20%の混合ガスで平坦性に優れた高品質な薄膜を成長させた。5.ワイドギャップ半導体中を運動し、その塑性変形特性を支配する転位について、強度や硬度の特性を総括し、転位の運動が結晶の原子間結合と弾性定数に強く支配される機構を結論できた。6.ワイドギャップ半導体中の転位の発光特性を総括し禁制帯での欠陥準位を定量化し、その物理機構を明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。結晶欠陥物性26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的であるワイドギャップ半導体における転位の運動機構の解明と、その電子・光学特性の解明に対して、前年度の成果も含め、現時点で、順調に推移している。特に、GaN、AlNとZnOと進めた転位の運動特性とその物性の解明はさらにInNで進めることができ、AlGaN系混晶での特異な混晶効果を見出した。そして、GaNでは固有な転位に関する電子構造の解明を進めることができた。その結果、主たる成果として、国際学術誌へ論文6編、国際学会を含め、11回発表した。本研究の目的であるワイドギャップ半導体における転位の運動機構の解明と、その電子・光学特性の解明に対して、現時点で、順調に推移している。特に、GaN、AlNとZnOでの転位の運動特性とその物性の解明は予定以上に進んだ。予定外にAlGaN系混晶での硬度特性からの転位運動の評価ができたことと、ZnO結晶の育成に係る欠陥に係る論文が発表できた。その結果、主たる成果として、国際学術誌へ論文8編、国際学会を含め、発表6回を行うことができた。今後、新規導入された装置類をフルに活用し、より詳細な研究を行う。初年度、2年度の状況と成果を基盤に、4H-および3C-SiC結晶転位の動特性のより詳細な知見の確立と、これまで研究実績報告が全くないナイトライドInN結晶とII-VI族亜鉛化合物であるCdTe、CdSe、CdS結晶を対象とする。特に、基板上に育成されたInN結晶を、2年度に導入したナノインデンテーション装置により転位の運動特性を評価する。前年度と同様に、転位個々の有する電子・光学特性を明らかにする。(1)確立した圧縮・曲げ変形法とエッチピット法を用い、SiC、CdTe、CdSe、CdS結晶中で転位が外部応力のもとで発生し、運動する挙動とその速度を応力と温度の関数として定量化する。また、ナノインデンテーション法によりInNの微小荷重硬度から転位運動特性を導出する。
原子核のスピン共鳴

本年度は、(^3He,t)反応に伴う、原子核のスピン励起からの陽子放出崩壊、または中性子放出崩壊を観測するための同時計測法に伴う技術問題を完全に克服し、以下の課題研究を行なった。1.荷電交換反応による原子核のスピン巨大共鳴2.^<12>Nと^<12>B鏡映核の粒子崩壊の研究4.二核子衝突による制動ガンマ線発生過程5.太陽ニュートリ検出原子核^<71>Gaのニュートリ吸収断面積の研究6.(t,^3He)と(^3He,t)反応による鏡映対称原子核の研究7.原子核のスピン応答とニュートリノまた、今後の研究課題である原子核の高励起状態からの陽子崩壊の研究についてもオランダ・日本両国での実験研究に目度がついた。現在、理論家の協力も得て着実な研究成果達成にむけた活動が行なわれている。本国際学術研究の目的はオランダ国立原子核研究所(KVI)AGORサイクロトロンと核物理研究センター・リングサイクロトロンの双方の施設を用い、原子核のスピン・アイソスピン共鳴から陽子、中性子、ガンマ線崩壊の実験的研究を行い、巨大共鳴のミクロ構造(波動関数の由来)を研究することであった。この目的を達成するために以下の具体的な学術交流活動を行った。1.平成8年9月に行われた、江尻がオランダに出向き、今後の国際協力として進めていく実験研究について具体的打ち合わせを行った。2.平成8年7月にはオランダより巨大共鳴研究の世界的権威者A.van der Woude博士が大阪を訪問し、巨大共鳴研究の将来研究について、共同研究、討論を行った。3.^<90>Zr(^3He,t)^<90>Nb反応実験データの具体的解析を行うために大阪より、秋宗がKV1に出張した。大阪でのデータ解析をHarakeh教授らとの議論を重ねながらおこなった。また、新しくセンターで測定した陽子崩壊測定^<58>NI(^3He,tp)反応の解析をスタートさせた。太陽ニュートリノに関係した実験として同様な実験を^<71>Ga原子核についても行った。また、^<12>C,^<13>C(^3He,tp)反応実験についても解析がすすみ、博士論文1編、修士論文3編が完成した。4.平成9年2月には藤原、秋宗がオランダに出向き、新しく、企画された原子核の高スピン単一陽子粒子状態からの陽子崩壊実験の実験準備をすすめるとともに、陽子、中性子、ガンマ線崩壊の解析を進めた。オランダ側研究者との協力要請により、日本で開発されたケブラ-フォイルを陽子-陽子散乱からの高エネルギーガンマ線検出実験のためのワイヤーカウンター(荷電粒子検出器)にもちいる試みもおこなった。このケブラ-フォイルは液体水素ターゲット用のビーム窓に使用可能であることが証明された。KVIでは日本側研究者と協力し、陽子崩壊のためのシリコン検出器の準備、電子回路のチェックを入念に行い完成させた。核物理研究センターではすでに40個のシリコン検出器からなるシリコンボール検出器が完成している、その技術交換のために、オランダ側からの派遣研究者としてAd van den Berg氏が平成8年3月に大阪を来訪した成果が実って来た。AGORサイクロトロンは平成8年10月ごろから稼働状態に入った。現在、二核子系、三核子系散乱における高エネルギー発生の実験研究が行われている。磁気スペクトロメータ建設も最終段階に入っている。今後、詳細な実験計画検討を行い、原子核のアイソベクター巨大共鳴探索実験が平成9年には行われることとなった。6.オランダ側研究者との共同研究結果として平成8年度にも、いくつかの研究論文が完成した。今後も同様な研究協力のもとに原子核「スピン共鳴」の研究が発展していくことは確実である。現在、KV1では「EUROSUPERNOVAE」研究計画が進展しつつある。これは、質量の重い超新星爆発をこれからの研究対象とし、宇宙のなぞを解こうという計画である。原子核によるニュートリノ吸収のための基礎データがこの計画では必要となっている。この研究分野では核物理研究センターの「Grand Raiden」磁気分析器に設置された「焦点面偏極分析器」は世界のトップに立つ実験装置であり、最近、きわめてバックグランドの少ない陽子非弾性散乱の0度測定が可能であることが、実験的に証明された、今後、この方面の研究の進展もはかれる。本年度は、(^3He,t)反応に伴う、原子核のスピン励起からの陽子放出崩壊、または中性子放出崩壊を観測するための同時計測法に伴う技術的問題を完全に克服し、以下の課題研究を行なった。

1.荷電交換反応による原子核のスピン巨大共鳴2.^<12>Nと^<12>B鏡映核の粒子崩壊の研究4.二核子衝突による制動ガンマ線発生過程5.太陽ニュートリ検出原子核^<71>Gaのニュートリ吸収断面積の研究6.(t,^3He)と(^3He,t)反応による鏡映対称原子核の研究7.原子核のスピン応答とニュートリノまた、今後の研究課題である原子核の高励起状態からの陽子崩壊の研究についてもオランダ・日本両国での実験研究に目度がついた。現在、理論家の協力も得て着実な研究成果達成にむけた活動が行なわれている。
日帰り温泉を利用した地域住民への健康増進プログラムの開発-温泉の利用状況と身体的・精神的健康への効果の検証と活用-

【研究の成果】19年度の研究課題は,閉じこもり予防の観点から,温泉の利用頻度と社会との関わり・健康関連QOLとの関連を明らかにすることであった。65歳以上の温泉施設利用者277名を対象に,属性,社会関連性指標「ISI」,健康関連QOL「SF-8」などの質問紙調査を行なった。1.対象者の特性平均年齢は77.8±6.9歳であった。温泉を健康のために利用している人は87.4%,温泉が社会的な交流の場になっていると感じる人は83.5%であった。2.社会との関わり状況との関連ISIの合計得点,下位領域得点を温泉利用頻度[多い群][少ない群],外出頻度[多い群][少ない群]で比較した。利用頻度による有意差はなかった。外出頻度では,合計得点が[多い群]で有意に高かった(p<0.01)。下位領域得点は,「社会への関心」(p<0.01),「他者との関わり」(p<0.05)で[多い群]が有意に高かった。*いずれも対応のないt検定3.健康関連QOLとの関連SF-8の得点を温泉利用頻度[多い群][少ない群],外出頻度[多い群][少ない群]で比較した。「身体的QOL」「精神的QOL」の得点は,利用頻度と外出頻度による有意差はなかった。下位領域得点は,利用頻度[多い群]で「身体機能」「日常役割機能(精神)」が有意に高かった(p<0.01)。*対応のないt検定以上の結果より,多くの温泉施設利用者が,温泉施設は他者との交流の場になっていると感じていた。また利用頻度の多い人は,身体面の満足度が高かった。温泉の利用は健康増進につながり,社会との交流が活性化し,身体面と心理・社会面によい効果をもたらすと考える。1.本年度の研究計画本研究は3段階にわたる積み上げ式の研究実施計画をとっており,本年度はその第1段階として,地域の日帰り温泉利用者を対象にした実態調査を予定していた。共同研究者として加わった先行研究の中で,日帰り温泉を健康づくりに役立てる目的で利用している人は少ないこと,温泉に入浴することで疲労感は軽減しリラックス感が増すこと,循環動態への影響として血圧が低下すること,温泉利用者には腰痛,肩こり,関節痛など骨関節系の自覚症状をもつ者が多く,入浴後にはそれらが有意に改善することを既に明らかにしており,本年度はさらに科学的な検証を進めるべく,泉質や入浴時間,利用頻度と循環動態,QOLの関連を明らかにすることを目指し,文献検討,調査計画の立案,実施まで行う予定であった。2.本年度の研究成果文献を読み進めるうち,温泉入浴の効果は温浴そのものによる影響が大きく,それに温泉成分や転地作用など複合的な因子が加わり,非常に複雑であることが分かった。身体的側面からは循環器系,呼吸器系,内分泌系,免疫系などから様々な検討が行われているが,エビデンスはいまだ明らかでない。また温泉入浴の効果は,対象者にとって主観的な効果が非常に大きいことが分かった。それらの事実を踏まえて,65歳以上の高齢者を対象に血圧測定ならびに食事や運動を中心とした日常生活調査,骨関節系の機能評価,SF36を用いた健康関連QOLの調査を行い,温泉利用者と非利用者間で比較検討を行うことを計画した。現在,調査項目の調整や測定機器の準備を行っている段階であり,18年度の調査実施を目指している。「介護予防」を目指した取り組みが求められている現在,身近にある日帰り温泉施設を高齢者の健康や福祉に役立てることは非常に意義あることと考える。そのためには自治体との連携や住民の疲労回復や気分転換にとどまらない健康づくりを目指した温泉利用への意識の転換が必要であり,今後の課題である。1.地域高齢者の温泉の利用状況と主観的・客観的健康状態の関係-特に脳血管疾患,骨関節系疾患のリスク因子について-の調査の実施A県内の日帰り温泉施設(1箇所)の利用者170名を対象に温泉の利用状況,自覚症状と通院の有無,身体測定(BMI,血圧,脈拍,SpO_2,膝の関節可動域,骨密度,握力),生活習慣(食事,運動,睡眠,喫煙,飲酒),主観的健康観(SF-8)について聞き取り調査ならびに測定を行った。利用者は75歳以上が多く(43.5%),女性が64.7%であった。51.8%は週に1回以上の利用であった。健康状態はよい,まあよいが71.1%であった。健康に対する悩みがある者は46.5%で,気になる自覚症状は肩こり,背中や腰の痛みが上位であった。62.9%は病院に通院中で,高血圧,骨関節系疾患,高脂血症が多かった。利用目的は,男性はたっぷりの湯につかりたい,筋肉をほぐしたいが多く,女性は友人との交流の場が多かった。週1回以上の利用を高頻度利用群(以下高群),月12回,年に数回を低頻度利用群(以下低群)とした。収縮期血圧は高群で有意に高かった(p<0.05)。骨関節系疾患の割合は高群で有意に高かった(p<0.05)。

風邪をひきやすいは高群で有意になしの割合が高く(p<0.05),脂肪分の多い食事を好んで食べない,運動を心がけている,十分に休養がとれている割合は高群で有意に高かった(p<0.05)。SF-8の下位項目に有意差はなかった。温泉を利用する高齢者の多くは概ね健康状態はよいと考えられるが,高血圧,骨関節系疾患の罹患が高いことが分かった。温泉を健康づくりに活用する人は少なく,保養目的での利用が多かった。調査結果はプログラムの対象者や目的,内容の検討に活かしていく。2.全国市区町村の日帰り温泉保有状況と保健事業や高齢者福祉事業への活用についての調査実施市区町村役場健康福祉部(課)1821箇所に調査用紙を郵送し,1302箇所から回答を得た(回答率71.5%)。日帰り温泉施設の保有割合は48.4%であり,文献で言われる7割より少なかった。温泉施設を保有する市区町村のうち,温泉を保健事業や福祉事業に活用しているのは47.5%であった。内容は健康相談,健康教室,運動やストレッチの指導が多かった。これら保健福祉事業のアウトカム評価は今回の調査結果からは不明であり,それら評価と現状での問題点を明らかにする必要がある。【研究の成果】19年度の研究課題は,閉じこもり予防の観点から,温泉の利用頻度と社会との関わり・健康関連QOLとの関連を明らかにすることであった。65歳以上の温泉施設利用者277名を対象に,属性,社会関連性指標「ISI」,健康関連QOL「SF-8」などの質問紙調査を行なった。1.対象者の特性平均年齢は77.8±6.9歳であった。温泉を健康のために利用している人は87.4%,温泉が社会的な交流の場になっていると感じる人は83.5%であった。2.社会との関わり状況との関連ISIの合計得点,下位領域得点を温泉利用頻度[多い群][少ない群],外出頻度[多い群][少ない群]で比較した。利用頻度による有意差はなかった。外出頻度では,合計得点が[多い群]で有意に高かった(p<0.01)。下位領域得点は,「社会への関心」(p<0.01),「他者との関わり」(p<0.05)で[多い群]が有意に高かった。*いずれも対応のないt検定3.健康関連QOLとの関連SF-8の得点を温泉利用頻度[多い群][少ない群],外出頻度[多い群][少ない群]で比較した。「身体的QOL」「精神的QOL」の得点は,利用頻度と外出頻度による有意差はなかった。下位領域得点は,利用頻度[多い群]で「身体機能」「日常役割機能(精神)」が有意に高かった(p<0.01)。*対応のないt検定以上の結果より,多くの温泉施設利用者が,温泉施設は他者との交流の場になっていると感じていた。また利用頻度の多い人は,身体面の満足度が高かった。温泉の利用は健康増進につながり,社会との交流が活性化し,身体面と心理・社会面によい効果をもたらすと考える。
力学的刺激によるＲｈｏファミリーの活性化とアクチン骨格制御機構

Rhoファミリーは力学的刺激によるアクチン骨格再編成を制御するが、力学的刺激によるRhoファミリーの活性化機構は不明である。本研究では、shRNAライブラリーを用いて、力覚応答に関与するRhoファミリー活性化因子(Rho-GEF)を探索し、血管内皮細胞の繰返し伸展刺激による細胞再配向に関わる11種のRho-GEFを同定した。この中で、Soloはカドヘリン依存的な細胞間接着からの力学刺激によるRhoAの活性化と細胞配向に主に寄与することが明らかになった。また、細胞外基質の硬さ依存的な形質転換に関わるRho-GEFとして同定したFarp1が細胞接着、増殖、形態形成の促進に関与することを見出した。細胞はメカニカルストレスに応答して、形態、極性、接着性、運動能、増殖能を大きく変化させるが、力学的シグナルを化学的シグナルに変換する分子機構の多くは不明である。Rhoファミリーは、アクチン骨格の再編成を誘導し、力刺激依存的な細胞応答を制御する中心的役割を担っている。本研究では、(1)ヒト血管内皮細胞(HUVEC)の繰返し伸展刺激によるストレスファイバーの再配向、(2)3次元培養下におけるヒト乳腺上皮MCF-10A細胞の細胞外基質の硬さの増加によるシスト(嚢胞)形成の脱組織化、を細胞の力覚応答のモデル系として用い、メカニカルストレスによるRhoファミリーの活性化(特にRhoファミリー活性化因子であるRho-GEFの活性化)の分子機構とアクチン骨格の制御機構を解明することを目的として研究を行い、以下の結果を得た。ヒトゲノム中に存在するDblファミリーに属する69種類のRho-GEFに対するshRNAライブラリーを作製し(FEBS Lett. 2013)、Rho-GEF発現抑制効果の網羅的解析を行った結果、(1)に関与する8種のRho-GEFと、(2)に関与する5種のRho-GEFの同定に成功した。同定した各Rho-GEFについて、各細胞での発現をRT-PCRにより確認した。また、Halo-tagを付加したRho-GEFを発現する細胞株を作製し、プロテオーム解析により結合蛋白質を探索し、数種の特異的結合蛋白質の同定に成功した。これらの結合蛋白質とRho-GEFが細胞内局所で共局在することを見出した。現在は、さらに、Rho-GEFの上流、下流のシグナル伝達機構とアクチン骨格の動態の解析を進めている。また、私達が開発したs-FDAP法を用いて、メカニカルシグナルに応答して、細胞内アクチン単量体濃度が急速に上昇することを明らかにした(NCB 2013)。細胞は力学的刺激に応答して、形態、極性、接着性、運動能、増殖能を大きく変化させるが、メカノシグナルを化学シグナルに変換する分子機構の多くは不明である。ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)に繰返し伸展刺激を負荷すると、細胞は伸展方向と垂直方向に細胞の長軸とストレスファイバーを配向させるが、このような力覚応答においてRhoファミリーは重要な役割を担っている。私達は、繰返し伸展刺激依存的なHUVECの再配向に必要なRhoファミリー活性化因子(Rho-GEF)を網羅的に探索し、Dblファミリーに属するRho-GEFであるSoloを同定した。Soloは細胞間接着部位の局所に強く局在し、その部位ではアクチン繊維の異常な集積が認められた。また、高密度培養条件下では、Soloの発現抑制により、繰返し伸展刺激依存的なHUVECの再配向が顕著に阻害されたが、低密度条件下では、Soloの発現抑制による細胞の再配向の抑制効果は見られなかった。以上の結果から、Soloは繰返し伸展刺激依存的なHUVECの垂直方向への再配向において、細胞間接着を介した力覚応答に関与していることが示唆された。さらに、Soloの活性化機構を解明するため、Halo-tagを用いたプロテオーム解析を行い、Solo結合蛋白質として中間径フィラメントを同定した。Soloは中間径フィラメントと相互作用することによって、細胞の力覚応答に関与すると考えられる。また、乳腺上皮細胞の細胞外マトリクスの硬さ依存的な形質転換に関わるRho-GEFとしてFarp1を同定し、Farp1がインテグリンと結合して、アクチン骨格の再編成を誘導することを見出した。細胞は力学的刺激に応答して、形態、極性、接着性、運動能、増殖能を大きく変化させるが、力学的シグナルを化学シグナルに変換するメカノトランスダクションの分子機構は不明である。Rhoファミリーはアクチン骨格再編成を誘導し、力学的刺激依存的な細胞応答を制御する中心的役割を担っていると考えられるが、メカニカルストレスによるRhoシグナルの活性化機構は未だ不明である。

私たちは、血管内皮細胞の繰返し伸展刺激による細胞配向をモデルとして、メカニカルストレス応答に関与するRhoファミリー活性化因子(Rho-GEF)をshRNAライブラリーを用いてスクリーニングし、Soloを含む11種類のRho-GEFを同定した。Soloの発現抑制は、力負荷刺激依存的なRhoAの活性化を有意に抑制することが明らかとなった。また、Soloの活性化機構の解明を目的としてSolo結合蛋白質を探索し、中間径フィラメントを同定した。Soloは中間径フィラメントに対して複数の結合部位を有することを見出した。Soloを上皮細胞に過剰発現させると、太いストレスファイバーと太い中間径フィラメントの形成が促進した一方で、Soloの発現抑制はストレスファイバーの消失と中間径フィラメントの不規則な分布を引き起こした。さらに、SoloのGEFドメインの変異体や各種欠失変異体の発現やSoloの発現抑制は引張刺激依存的なストレスファイバー形成を抑制した。以上の結果から、Soloは中間径フィラメントと複数部位で相互作用することにより、メカニカルストレス依存的なRhoAの活性化に関与し、アクチン繊維と中間径フィラメントの再構築に寄与することが示唆された。また、細胞外基質の硬さ依存的な形質転換に関わるRho-GEFとして同定したFarp1が細胞接着、細胞増殖、形態形成を促進することを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子細胞生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。Rho-GEFに対するshRNAライブラリーを作製し、(1)血管内皮細胞の繰返し伸展刺激によるストレスファイバーの再配向、(2)3次元培養下における乳腺上皮細胞の細胞外基質の硬さの増加による嚢胞形成の脱組織化、の二つの力覚応答に関与するRho-GEFの同定に成功した。これらの同定したRho-GEFの結合蛋白質の同定にも成功しており、メカニカルストレス依存的なRho-GEFの活性化に関わる分子機構の解析が進んでいる。また、力学的刺激に応答してアクチン単量体濃度が上昇することを明らかにした。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。力覚応答に関与するRho-GEFをshRNA発現抑制ライブラリーを用いて網羅的に探索し、血管内皮細胞の繰り返し伸展刺激による細胞の再配向に関わるRho-GEFとしてSoloを、乳腺上皮細胞の細胞外マトリクスの硬さ依存的な形質転換に関わるRho-GEFとしてFarp1を同定した。H25年度は、Soloの結合蛋白質として中間径フィラメント成分を同定し、Soloが中間径フィラメントとの結合を介して力学的刺激を受容していることが示唆された。また、Farp1についても、インテグリンと結合することや、Farp1依存的に細胞接着や細胞増殖が制御されていることが明らかとなった。以上の結果から、力学的刺激依存的なRhoファミリーの活性化機構とアクチン骨格制御機構について研究が順調に進展していると判断した。力学的刺激に対する細胞応答に関与するRho-GEF及びその結合蛋白質の同定に成功したので、今後は、Rho-GEFの標的となるRhoファミリーの同定、力学的刺激依存的なRho-GEFの活性、局在、リン酸化レベル、結合蛋白質、立体構造の変化を解析する。
新素材キャピラリープレートガス比例計数管を用いた宇宙X線偏光度検出器の開発研究

本研究は、山形大学が独自に開発を進めてきた新しい概念の優れた位置分解能を有するX線検出器であるキャピラリープレートガス比例計数管(CGPC)を用いて、広いエネルギー領域に高い感度をもつ飛翔体搭載用撮像型宇宙X線偏光度検出器の実用化に向けた開発を目的に研究を行った。キャピラリープレートは,極めて細いガラス管(100μm)の束であり,X線の入射位置を数10μmという優れた位置分解能で検出することを可能にするガス放射線位置検出器のための新しい素材である。偏光X線が,ガス中で光電吸収されるとき光電子の射出方向に指向性があり、この電子のガス中での電離による飛跡の測定によりX線の偏光度が検出できる。そこで我々は、キャピラリープレートガス比例計数管の偏光度検出能力の詳細な性能評価試験を国内の放射光施設であるSPring-8およびフォトンファクトリー(PF)において行った。評価実験を行った-ムラインはSPring-8がBL38B1でPFはBL14Aである。天体観測用X線偏光計において、X線のエネルギーに対する偏光度検出能力を調べる事は重要な性能評価パラメータである。そのためには、まず各施設のX線ビームの偏光度を精度良く調べておく必要がある。我々はコンプトン・トムソン散乱の原理を利用した簡易型X線偏光計を開発し、各放射光施設のX線のエネルギーに対する偏光度測定をCPガス検出器の性能評価実験に先だって行った。その結果、SPring-8(BL38B1)とPF(BL14A)の偏光X線ビームに対する偏光度はそれぞれ99%と82%であり、各放射光施設とも本開発試験において十分な性能を有していることがわかった。続いて、このX線ビームをキャピラリープレートガス比例計数管に入射させ偏光度検出能力の評価試験を行った。その結果、15keV偏光X線に対して得られた光電子飛跡の方向分布はX線の偏光方向に大きく依存しており、モジュレーション因子約25%の偏光解析能力を持つことを示した。本研究の目的は、新しい概念の優れた位置分解能を有するX線検出器であるキャピラリープレートガス比例計数管(CGPC)を用いて、広いエネルギー領域に高い感度をもつ飛翔体搭載用撮像型宇宙X線偏光度検出器の実用化に向けた開発研究である。本研究では、CGPCの『飛翔体搭載用撮像型宇宙X線偏光度検出器』としての実用化に向けた基礎開発研究を行う。具体的には、CGPCのガス中でX線光電吸収により生じた電子雲がキャピラリー管内で生成する励起発光をFiber Optics Plate(FOP)を介して光電子増倍菅やCCDカメラで検出するシステムを開発し、従来の光学系を用いたシステムと比べて約10倍の光量増加を目的とする。本年度は、本システムの開発・設計浜松ホトニクスと共同で行った。次に、本システムに封入するガスの選定をキャピラリーガス撮像装置を用いて行った。選定したガスはAr(90%)+CF_4(10%)混合ガスで、ガスを充満した専用ガスチェンバーにキャピラリープレートを設置し、5.9keVのX線を入射させて、ガス増幅度、エネルギー分解能、励起発光特性の基礎特性試験を行った。以上の基礎特性試験から、Ar+CF_4混合ガスを充填したCGPCはX線に対して十分な発光特性を示していることがわかった。また、可視光から赤外線に至る波長領域における発光特性がCCD素子ならびにCMOSセンサーの量子感度に良くあっていることから、CGPCとCMOSセンサーを用いた撮像型X線偏光計に使用する充填ガスとして最も適したガスの一つであることがわかった。さらに、本検出器の放射光施設での偏光X線特性試験に備えて高輝度光科学研究センター(SPring-8)および高エネルギー加速器機構のフォトンファクトリー施設での偏光X線の偏光度測定を行った。以上の成果については、応用物理学会で2件、物理学会で1件の口頭発表を行った。

我々はコンプトン・トムソン散乱の原理を利用した簡易型X線偏光計を開発し、各放射光施設のX線のエネルギーに対する偏光度測定をCPガス検出器の性能評価実験に先だって行った。その結果、SPring-8(BL38B1)とPF(BL14A)の偏光X線ビームに対する偏光度はそれぞれ99%と82%であり、各放射光施設とも本開発試験において十分な性能を有していることがわかった。続いて、このX線ビームをキャピラリープレートガス比例計数管に入射させ偏光度検出能力の評価試験を行った。その結果、15keV偏光X線に対して得られた光電子飛跡の方向分布はX線の偏光方向に大きく依存しており、モジュレーション因子約25%の偏光解析能力を持つことを示した。