hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
発声の音響理論に基づく話者認識のためのロバストな個人性特徴抽出に関する研究

これまで我々は声道形状と音響特性及び聴覚知覚との関係を解明するため、MR画像から声道形状を計測する方法を開発した。MR画像から成人男性、女性3名、子供1名の日本語5母音発声の声道形状及び声道の各部分の寸法を計測し、年齢・性別による声道形状の違いと音響特徴の関係について調べた。その結果、声道の解剖学上の違いは音響的に影響が小さいことを明らかにした。本研究ではMR画像(Magnetic Resonance Image)により計測した男性、女性の声道形状の個人性を検討し、声道形状の各部分の違いが音響的な影響及び知覚とに関係について検討する。母音の類似性に関する聴覚実験の結果から、性別による音響特徴の違いは主に声道長に依存することが分かった。同じ音質の母音を発声する時の声道形状と音響特徴を比較した結果、成人男性は調音的近似(相似性)よりも音響的パラメータ(聴覚的に重要であるF1,F2,F3)を「不変量」として発声している示唆が得られた。また、高次フォルマント(F4,F5)は声道の変動に対してロバストな個人性特徴であることを示した。音声信号から個人性特徴を安定に推定するために、我々は音声生成過程に近い音源・声道モデルを導入し、「部分空間法」による音源・声道の同時推定音声分析法を提案した。実験の結果、本方法は高精度で高次フォルマントまで安定に推定できることを示した。本課題の研究成果は話者認識研究のほかに、音声合成・声質変換・音声認識・符号化などの研究にも幅広く利用できると期待されている。MR画像から成人男性、女性各3名、子供1名の日本語5母音発声の声道形状及び声道の各部分の寸法を計測し、年齢・性別による声道形状の違いと音響特徴の関係について調べた。本研究ではMR画像(Magnetic Resonance Image)により計測した男性、女性の声道形状の個人性を検討し、声道形状の各部分の違いが音響的な影響及び知覚との関係について検討する。また、高次フォルマント(F4,F5)は声道の変動に対して安定な個人性特徴であることを示した。音声信号からロバストな個人性特徴パラメータを安定に推定できる分析方法の開発は今後の研究課題である。本研究の成果は1996年10月に米国フィラデルフィア市で開かれた第4回音声言語処理国際会議[1]、平成9年2月の電子情報通信学会の音声研究会[2]で発表した。同じ音質の母音を発声する時の声道

形状と音響特徴を比較した結果、成人男性は調音的近似(相似性)よりも音響的パラメータ(聴覚的に重要であるF1,F2,F3)を「不変量」として発声している示唆が得られた。また、高次フォルマント(F4,F5)は声道の変動に対してロバストな個人性特徴であることを示した。音声信号から個人性特徴を安定に推定するために、我々は音声生成過程に近い音源・声道モデルを導入し、「部分空間法」による音源・声道の同時推定音声分析法を提案した。実験の結果、本方法は高精度で高次フォルマントまで安定に推定できることを示した。本課題の研究成果は話者認識研究のほかに、音声合成・声質変換・音声認識・符号化などの研究にも幅広く利用できると期待されている。
口腔癌の骨浸潤・骨破壊に対するangiogeninを標的とした治療法の基礎的検討

血管新生蛋白であるangiogeninは,癌の進展過程において腫瘍血管のみならず癌細胞の増殖に重要な役割を果たしている. angiogeninの発現をノックダウンした口腔癌細胞株を用いて作製した骨破壊動物モデルでは, angiogeninをノックダウンした群は対照群と比較して骨破壊の抑制,骨浸潤部の破骨細胞数の減少,腫瘍血管新生の抑制を認めた.また, angiogeninは破骨細胞形成のみならず吸収活性をも促進し, angiogeninの発現を一時的に抑制すると破骨細胞形成は抑制された.作製したangiogeninノックアウトマウスの骨髄細胞や脾細胞から破骨細胞を形成させると,野生型と比べて破骨細胞形成が抑制された.以上の結果から, angiogeninが癌誘発の骨破壊の治療に対して新たな分子標的になりうる可能性が示唆された.血管新生蛋白であるangiogeninは,癌の進展過程において腫瘍血管のみならず癌細胞の増殖に重要な役割を果たしている. angiogeninの発現をノックダウンした口腔癌細胞株を用いて作製した骨破壊動物モデルでは, angiogeninをノックダウンした群は対照群と比較して骨破壊の抑制,骨浸潤部の破骨細胞数の減少,腫瘍血管新生の抑制を認めた.また, angiogeninは破骨細胞形成のみならず吸収活性をも促進し, angiogeninの発現を一時的に抑制すると破骨細胞形成は抑制された.作製したangiogeninノックアウトマウスの骨髄細胞や脾細胞から破骨細胞を形成させると,野生型と比べて破骨細胞形成が抑制された.以上の結果から, angiogeninが癌誘発の骨破壊の治療に対して新たな分子標的になりうる可能性が示唆された.本研究の目的は,癌誘発の骨破壊病変に対するangiogeninの役割ならびにangiogeninを標的とした治療の開発の可能性をさぐることにあり,H22年度は以下の項目について実験を行った.《癌誘発の骨破壊病変に対するangiogeninの発現制御による治療効果に関する検討》口腔扁平上皮癌細胞株HSC-2を用いたin vivo骨破壊モデルの作製した.骨浸潤部の破骨細胞をTRAP染色にて染色し,TRAP陽性多核細胞数をカウントして対照群と比較したところ,angiogenin RNAi transfectant群では有意に破骨細胞数が減少していた.以上の結果から,angiogeninが癌誘発の骨破壊の治療に対して新たな分子標的になりうる可能性が示唆される.現在,VEGFなどの血管新生因子の局在ならびにRANKL, IL-6などの骨吸収促進因子の発現について検討している.また,6週齢の雄Balb C nu/nuヌードマウスの咬筋部にangiogenin RNAi transfectantを注射して,顎骨骨破壊モデルを作製し,同様に検討を加えている段階にある.血管新生蛋白であるangiogeninは,癌の進展過程において腫瘍血管のみならず癌細胞の増殖に重要な役割を果たしている.本研究では,癌の顎骨浸潤などの癌誘発性骨破壊に対するangiogeninの役割ならびにangiogeninを標的とした治療の開発の可能性をさぐることを目的とした.RNAi法によりangiogeninの発現をノックダウンした口腔扁平上皮癌細胞株HSC-2を用いて骨破壊動物モデルを作製し,癌誘発の骨破壊病変に対するangiogeninの発現制御による治療効果を検討した,angiogenin RNAi transfectant群では対照群と比較して骨破壊が抑制され,骨浸潤部の破骨細胞数も有意に減少していた.CD34染色して対照群と比較したところ,angiogenin RNAi transfectant群では腫瘍血管新生が抑制された.in vitroにおける破骨細胞形成・分化過程および骨吸収活性に対するangiogeninの影響について検討したところ,angiogeninは破骨細胞形成のみならず吸収活性をも促進していた.また,マウス大腿骨骨髄細胞にangiogenin-RNAiを遺伝子導入し,活性型VitamineD3を添加し,破骨細胞形成数について検討したところ,angiogeninの発現を抑制すると破骨細胞形成は抑制された.さらに,angiogeninノックアウトマウス(ANG-KOマウス)を作製し,ANG-KOマウスから採取した骨髄細胞を活性型Vitamin D3を添加して破骨細胞を誘導する系,脾臓細胞をRANKL,M-CSFを添加して破骨細胞を誘導する系について検討し,野生型と比べてKOマウスでは破骨細胞形成が抑制されることが明らかとなった.以上の結果から,angiogeninが癌誘発の骨破壊の治療に対して新たな分子標的になりうる可能性が示唆された.
リスク発生時の企業SCM継続のための国際物流インフラマネジメント手法に関する研究

近年地震やハリケーン等の自然災害やテロ等の発生時においても一定の水準での事業を継続し企業の競争力を確保するための事業継続計画を策定する企業が増加している。既に国際的な企業がサプライチェインを世界レベルで構築する中で、国際物流を支える国際港湾においても物流サービスの途絶の防止ないしはその影響の緩和策が求められている。本研究では、大規模地震発生時の企業サプライチェインへの影響の定量的評価、過去の大規模地震発生時の国際物流に関連する荷主が直面した問題点、同じく大規模地震発生時の国際港湾の対応に関するケーススタディを実施した。これらによる分析から、国際港湾の事業継続マネジメントの必要性を定量的に確認するとともに、被災を受ける港湾、代替輸送を提供する港湾、ならびにそれらの調整を行う主体に分け、非常事態発生後の時系列的な観点からこれらの主体が取るべき対応について提案を行った。19年度は研究の初年度として、過去の非常事態の発生事例の国際物流の視点からの分析、ならびに国際物流サービスのユーザーである荷主の視点から非常事態発生時の対応やニーズについて分析を行った。過去の事例については阪神淡路大震災ならびに北米における港湾ストライキにおける国際物流の途絶事例に関し、国際物流に関係する主体(荷主、キャリア、インフラ運営主体)の対応について分析し、問題点や課題を明らかにした。また、筆者らが過去に構築したサプライチェインに関するモデル(世界的な自動車メーカーのサプライチェインを対象とした時系列モデル)を用いて、国際物流サービスの途絶が荷主の国際輸送コストに与える影響について定量的に分析した。その結果、例えば7日間日本の港湾が停止した場合、荷主が生産規模を維持するために航空輸送を利用することで、負担する国際輸送コストは通常時の約3倍にも増加することが明らかとなった。さらに、荷主企業に対してアンケート調査を行い、事業継続計画の策定状況、事業継続へのロジスティクスにおける対応方策(在庫水準の積み増し、非常時の代替輸送経路の確保、代替物流拠点の確保等)について実態を把握した。以上の分析を踏まえて、荷主側の非常事態発生時の輸送ニーズについて、時系列的に分析する手法を提案した。具体的には、荷主の平均的な在庫水準から荷主が顧客への納品を停止してよい期間を仮定し、この期間から被災時に荷主が国際輸送需要を復旧させる日数を算定した。この手法により大規模地震をケーススタディとして、地震発生後にどの程度の国際物流需要が発生するか時系列的な試算を行った。以上の分析結果による考察から、今後荷主企業が事業継続計画を策定・実施するにあたり、港湾等の国際輸送インフラが目指すべきマネジメントの方策について考察を行った。20年度は港湾物流のサービス供給者側に着目し、供給者である港湾コミュニティが取るべきマネジメントの方向性について具体的な提言を行うことを目的として研究を実施した。第一に、阪神・淡路大震災における港湾物流サービスの実態について、統計分析を実施し、被災した神戸港の復旧状況、神戸港の貨物シフトを受け入れた他の主要港における貨物量の増加率等について、発生後の時系列的な観点から分析を行った。第二に、阪神・淡路大震災において神戸港のサービス復旧が長期化した原因(ボトルネック)ならびに他の主要港において貨物量の急増に対応することができた要因について事例分析を行った。第三に、阪神・淡路大震災における上記の事例が今後そのまま我が国の港湾に当てはまる訳ではないことから、阪神・淡路大震災の状況と今後想定される大規模地震における状況との比較を行い、上記の事例の適用性について考察した。以上の検討・考察を元にしながら、今後の港湾サービスの事業継続マネジメントの方向性について被災を受ける港湾、ならびにその港湾の貨物シフトを受け入れる港湾に分け、具体的な対応について検討した。この際には、最近普及が進んでいるBS25999等の事業継続マネジメントに関する国際規格の考え方も考慮に入れた。
皮膚腫瘍における癌遺伝子の変異解析とオーダーメイド治療への応用

各種皮膚腫瘍における癌関連遺伝子の変異検索のため、遺伝子それぞれの変異hot spotを効率的に検索可能なSNaPshot法を導入した。本システムにより複数遺伝子の変異を同時に解析可能である。有棘細胞癌29検体, Bowen22検体を解析し、2例(3.9%)からKRAS変異を検出した。悪性黒色腫では32例中7例(31%)にBRAF, KRAS, HRASの変異が検出された。毛母腫と表皮様嚢腫のHybrid cystにおけるβ-カテニン遺伝子変異についても検討した。本研究により種々の皮膚腫瘍における癌関連遺伝子変異の情報が得られた。これは将来の新薬開発に有用な情報となろう。弘前大学医学部附属病院および皮膚科学教室にて保管している過去の手術検体から、おもに表皮に関連した皮膚良性腫瘍(脂漏性角化症,ケラトアカントーマ,毛包系腫瘍,尋常性疣贅,etc)および皮膚悪性腫瘍およびその前癌状態(有棘細胞癌,基底細胞癌,Bowen病,日光角化症,etc)を選定した。毛包系腫瘍と疣贅は症例数が不足していたが、他の腫瘍は20例以上を選定した。薄切切片からゲノムDNAを抽出作業が進行中である。当初は各遺伝子ごとに変異をサンガー法で検索する予定であったが、より効率的にKRAS、NRASおよびBRAFのmutation hot spotの変異解析を行うため、multiplex PCRを用いたSNaPshotを導入し検討している。弘前大学皮膚科で保管している過去の手術検体から、主に表皮に関連した腫瘍をピックアップし、それぞれの検体のホルマリン固定パラフィン包埋ブロックあるいは大きな腫瘍の場合は、保存されていた凍結組織からgenomic DNAを抽出した。まずは抽出したgenomic DNAを用いて直接シークエンス法で解析した。石灰化上皮腫(毛母腫)においては、βカテニン遺伝子変異が多いとの報告があるが、実際、当科で経験した表皮様嚢腫と毛母腫のfollicular hybrid cystにおいて、毛母腫病変部においてのみβカテニンのリン酸化部位に変異が見つかり、毛母腫形成に本遺伝子変異が関連していることを示す結果となった。なお、hybrid cystにおいてβカテニンの遺伝子変異を同定しえたのは今回が初の報告である。次に悪性腫瘍における遺伝子変異検索であるが、当初サンガー法でKRAS, NRAS, BRAFなどの各癌関連遺伝子のシークエンスを解析する計画を立てていたが、それぞれの遺伝子のHot spotを効率的に検索でき感度も高いとされる、multiplex PCRを併用するSNaPshotシステムを導入した。本システムにより、BRAF、KRAS、NRAS、PIK3CAの遺伝子変異を同時に行うことができる。SCC 29検体、Bowen病22検体からgenomic DNAを抽出して検索を行った結果、SCC 1検体とBowen病1検体からKRASc.35G>Aの変異が検出された。すなわち、SNaPshot法を用いて表皮角化細胞由来の悪性腫瘍を検索した結果、2/52,3.8%の変異検出率であった。これは同じ方法で当科で悪性黒色腫に対して行った結果(7/32, 31%で変異同定)と比較しても変異同定率が低く、SCC、Bowen病に関しては、少なくとも本法を用いて検出される変異は少ないことが示された。皮膚腫瘍のパラフィン包埋ブロックからゲノムDNAを抽出する作業が進行しており、より効率的にKRAS、NRASおよびBRAFのmutation hot spotの変異解析を行うためのmultiplex PCRを用いたSNaPshotを導入し研究を進めている。おおむね順調に研究が進行している。皮膚科学遺伝子変異検索の方法は、当初サンガー法で考えていたが、複数の遺伝子変異を同時に検出でき、感度も高いSNaPshotシステムを導入することにした。変異検索の結果と、腫瘍の種類、発生部位などから変異と腫瘍発生の傾向について検討、解析を進める。
高エネルギーアルファ粒子誘起ガンマ線スペクトロメーターの開発

本研究は核燃焼プラズマ中のDT反応で発生した3.5MeVアルファ粒子の閉じ込め物理に関する研究を行うことを目的とし、今までに無い新しい高エネルギー粒子検出手法(損失アルファ粒子誘起ガンマ線スペクトロスコピー)を提案する。核融合炉の第一壁へ損失してくる高エネルギーアルファ(損失アルファ)粒子とベリリウム第一壁との衝突反応9Be(^4α, nγ)^<12>Cにより誘起された4.44MeVγ線の検出がその基本原理である。観測されたγ線から元の損失アルファ粒子の振る舞いを理解することが可能になる。γ線検出器は真空容器壁から離れた場所に設置することも可能となり、アルファ粒子を直接シンチレータで検出する従来の損失アルファ粒子検出器の課題であった、検出器の設置場所の確保や耐熱・耐放射線性を解決することができるようになることを期待できる。(a)その新しい原理にもとづく計測器開発と(b)耐熱・耐放射線光学コンポーネントの開発に絞り研究を進めた。本研究は核燃焼プラズマ中のDT反応で発生した3.5MeVアルファ粒子の閉じ込め物理に関する研究を行うことを目的とし,今までに無い新しい高エネルギー粒子検出手法(損失アルファ粒子誘起ガンマ線スペクトロスコピー)を提案した.核融合炉の第一壁へ損失してくる高エネルギーアルファ(損失アルファ)粒子とベリリウム第一壁との衝突反応^9Be(^4α,nγ)^<12>Cにより誘起された4.44MeVγ線の検出がその基本原理である.観測されたγ線から元の損失アルファ粒子の振る舞いを理解することが可能になる.γ線検出器は真空容器壁から離れた場所に設置することも可能となり,アルファ粒子を直接シンチレータで検出する従来の損失アルファ粒子検出器の課題であった,検出器の設置場所の確保や耐熱・耐放射線性を解決することができるようになることが期待できる.(a)その新しい原理にもとづく計測器開発と(b)耐熱・耐放射線コンポーネントの開発に絞り研究を進めた.上記(a)に関して,シンチレータと光電子増倍管を用いたガンマ線波高分析システムを構築した.線源を用いたMeVガンマ線検出実験を行い,ガンマ線が検出可能であることを確認した.次年度に行う加速器ビームを用いたガンマ線模擬実験の準備を行った.(b)に関して,原子炉JRR-3とBR-2において放射線照射した光学材料の候補となる数種類の石英系材料について,透過率と反射率測定を精度よく行うため,既存の分光光度計の改造を行った.透過率に関して数%の範囲で再現良く計測できるようになった.次年度に向けレンズ・ミラー材料となる石英等の試料に関して,透過率・反射率計測を系統的に行うことが可能となった.その他,燃焼プラズマ計測に関する情報収集と関連計測についても研究を進めた.本研究は核燃焼プラズマ中のDT反応で発生した3,5MeVアルファ粒子の閉じ込め物理に関する研究を行うことを目的とし,今までに無い新しい高エネルギー粒子検出手法(損失アルファ粒子誘起ガンマ線スペクトロスコピー)を提案する.核融合炉の第一壁へ損失してくる高エネルギーアルファ(損失アルファ)粒子とベリリウム第一壁との衝突反応^9Be(^4α,nγ)^<12>Cにより誘起された4.44MeVγ線の検出がその基本原理である.観測されたγ線から元の損失アルファ粒子の振る舞いを理解することが可能になる.γ線検出器は真空容器壁から離れた場所に殻置することも可能となり,アルファ粒子を直接シンチレータで検出する従来の損失アルファ粒子検出器の課題であった,検出器の設置場所の確保や耐熱・耐放射線性を解決することができるようになることが期待できる.(a)その新しい原理にもとづく計測器開発と(b)耐熱・耐放射線コンポーネントの開発に絞り研究を進めた.上記(a)に関して,前年度に構築したシンチレータと光電子増倍管を用いたガンマ線波高分析システムを用いて,加速器により発生したMeVアルファ粒子と重水素ビームをBeターゲトに照射し,そこから発生するMeVガンマ線検出実験を行った.ガンマ線スペクトル及び,ビームエネルギー依存性を取得した.本計測原理を検証し,次のステップ(空間情報を得るための多チャンネル化)に向けた研究の目途が付いた.

(b)に関して,前年度改造を施した分光光度計を用いて,原子炉JRR-3において12時間ラビット照射したH,OH,F等のドープ量が異なる10種類以上の石英光学材料に関して,波長領域180nm-850nmにおいて透過率測定を行った.不純物ドープ量による透過率の耐放射線特性を取得することができた.放射線損傷した石英に対し焼鈍により透過率回復が観測された.その他,燃焼プラズマ計測に関する情報収集と関連計測についても研究を進めた.
技術者のキャリア・ダイナミクス:技術移転と技術蓄積への影響の実証研究

本研究の目的は日本の企業組織で働く技術者が企業内でたどるキァリア・パスのパターンとそのパターンが技術移転および蓄積に及ぼす効果を実際のデータを用いて明らかにすることであった。この目的のためにまず簡単な文献レビューと企業人へのインタビューを行った。これらの予備的な調査の結果,実証研究の対象となる候補企業が徐々に明確になり,最終的には化学系技術と組立系技術の両方の技術ベースをもつ大規模企業の人事データを活用させてもらうことになった。データは,昭和30年入社と35年入社,40年入社,45年入社の4つのコホート(同期集団)について,それぞれの技術者の最終学歴やこれまでに経験した職務,最終到達職位,取得特許件数などを含んでいる。これらのデータを綿密に分析した結果,いくつかの新しい知見を得ることができた。まず第1に,一般に信じ込まれている日本企業における技術者のキャリア・パターンがある程度確認された。多くの技術者は,基礎研究からキャリアをスタートさせた後に工場における生産工程の担当や営業部門への異動を経験していた。しかし第2に,これまであまり注目されていなかったキャリア・パターンもまた発見された。すなわち基礎研究から工場に異動した後に,約3割の技術者は再び基礎研究に異動しているという事実である。さらに第3に,これらの基礎研究へ戻っていった技術者が最終的に組織内でより上位の職位に早いタイミングで就任していることも発見された。まだ定性的なデータのみでしか確認されていないが,これらの基礎研究と工場現場の往復によって日本企業のいくつかの企業が生産技術のみではなく,基礎的な研究開発能力を高めてきたように思われる。
有限要素外積解析と離散力学理論の融合

最終年度は,有限要素法に基づいた既存のエネルギー保存・散逸型数値解法である離散偏導関数法の力学的性質について調査した.特に,弱形式がハミルトン系としての性質を持つかどうかを調べた.エネルギー保存・散逸則をもつ数値計算法を偏微分方程式に対して導出するには,通常,エネルギー保存・散逸則が保たれるように空間方向を離散化し,その上で,常微分方程式に対するエネルギー保存・散逸型数値計算法を適用する.この空間離散化の結果,離散化された方程式は,しばしば,ハミルトン常微分方程式や勾配流となる.もしも,そのような性質を持つのであれば,エネルギー保存・散逸則以外の性質をもつ数値計算法も導出できるようになる.結果として,離散偏導関数法による数値計算法は,そのままでは,ハミルトニアン方程式を導くことは示せなかった.しかし,数値計算法を修正し,ペトロフ・ガレルキン法として定式化すればハミルトン方程式になることが示せた.研究期間全体としては,理論・実務の両面から,大きく分けて,以下の2つを達成した.まず,エネルギー保存・散逸則を保つ数値計算法の枠組みと有限要素外積解析の枠組みを統合する数値計算導出法を構築した.これは,主に,有限要素外積解析のスキームを導出する変分的定式化を応用することによる,理論的な結果である.また,有限要素外積解析による数値計算法を実際に利用するためには,離散調和形式の計算が不可欠であった.そのため,従来法に比較して計算量が非常に大きくなるという問題があった.これに対して,反復法を利用することで離散調和形式の導出を省く方法を考案し,この枠組みの実用性を向上させた.本研究では,空間方向の構造保存型数値解法として,近年,注目を集めている有限要素外積解析と,時間方向の構造保存型数値解法として有力な方法とされている離散力学理論を融合させ,より強力な構造保存型数値解法の枠組みを構築することを目的としている.平成26年度は波動型の方程式に対し,有限要素外積解析と両立可能であるようなハミルトン構造を導出した.これ以前の研究において,有限要素外積解析の理論とある種のラグランジアンを用いた波動型方程式の弱形式が両立可能であることが分かっていた.本理論では,これをルジャンドル変換によってハミルトン力学側の理論に変換したものである.これによってハミルトン力学的な離散力学理論が有限要素外積解析による空間離散化法と両立する形で適用可能となる.具体例としては,離散勾配法と組み合わせることで,エネルギー保存スキームの導出が可能である.また,時間方向の構造保存型数値解法の一つである離散勾配法について,その幾何学的・力学的な背景について考察した.声道内の音波などを記述する方程式としてWebster方程式が知られているが,この方程式はある種の重みつき内積をもつ内積空間上で記述すると簡素な形に記述できる.本研究では,当初,このことと離散勾配法を用いてWebster方程式に対する数値解法の導出を目指したが,結果として,重みつき内積を用いても良質の数値計算法を得ることはできなかった.しかし,重みつき内積が有効に活用されなかった原因を考察した結果,離散勾配法には内積の選び方に関する不変性が存在することを明らかにできた.これは,離散勾配法の離散力学的な側面の理解につながる結果である.今年度は解析力学の基本原理である変分原理に関する構造保存型数値解法の拡張に取り組んだ.既存の構造保存型数値解法の多くは最小作用の原理を基本として設計されている.本研究では,この原理の変形であるCaldirola-Kanai型の変分原理を用いた数値解法を構築し,その性質を調査した.Caldirola-Kanai型の変分原理はエネルギー散逸系を導く変分原理である.この原理をこれまでの構造保存型数値解法の導出法と組み合わせることで,摩擦項を含む質点系の運動に代表されるような,エネルギー散逸性をもつ系に対してその性質を保った数値解法を導出した.また,この変分原理から導かれる系は相空間上で面積減衰性をもつことも知られている.この性質はハミルトン系におけるシンプレクティック性に対応しており,拡張されたハミルトン系であるバーコフ系に特徴的な性質である.本研究においては,離散力学と呼ばれるタイプの構造保存型数値解法を用いた場合に,数値計算法においても面積減衰性が満たされることを理論的に証明した.また,もうひとつの変分原理に関する拡張として,概複素構造を用いた変分原理についても考察した.構造保存型数値解法のいくつかは余接空間上で記述されたハミルトン系にのみ適用可能であり,一般のハミルトン系に対する適用が難しいものが存在する.一般のシンプレクティック空間においても,その空間にRiemann計量が定義されていれば,それを利用することで概複素構造と呼ばれる構造を導入することができ,それを用いた変分原理によってハミルトン方程式が導出可能である.そこで,本研究では,この事実を用いていくつかの構造保存型数値解法を一般のハミルトン系に拡張した.本研究の目的は有限要素外積解析と離散力学理論の融合である.今年度は離散力学理論が基礎としている変分原理に着目し,その適用可能性の拡張に取り組んだ.特にCaldirola-Kanai型の変分原理を用いた拡張は,離散力学理論を散逸系に拡張することを可能とする.有限要素外積解析の対象は,現在のところ,楕円形方程式や放物型方程式など,散逸現象を扱う方程式が中心である.

そのため,この二つの理論を融合させるためには,まず,散逸系から取り組むべきであると思われる.今年度の離散力学理論における拡張は,これを進めるために重要となる.平成28年度は,離散力学理論の発展として,散逸型常微分方程式として記述されるheavy-ball-with-friction系と呼ばれる系に対する散逸性保存型数値解法を導出し,また,そのパラメータ選択に関する考察を行った.また,曲面上で定義された熱拡散方程式について,散逸性を保った数値解法を導出した.特に,この数値解法は有限要素法に基づく方法であるため,数値計算の際に積分が必要となるが,積分の計算に数値積分を用いても,比較的,緩い仮定の下で散逸性が保たれることを示した.これらに加え,シンプレクティックアフィン空間上のハミルトンフローとして記述される微分方程式に対して,空間に備わった概複素構造を利用した変分原理を用い,エネルギーの保存性を保った数値解法を導出する方法を構築した.また,離散力学理論の応用として,時間発展型の統計モデルの作成についても取り組んだ.統計モデルは,モデルを定めるためのいくつかのパラメータを含んでいるものが多いが,そのようなモデルはこれらのパラメータを座標系にもつ,ある種の多様体を定める.そこで,この多様体上の力学系を考えることで,時間発展型モデルを試作した.さらに,ある2つの時系列の差異に対する検定を行い,モデルの有効性を確認した.有限要素外積解析に関する研究としては,この理論に関係の深い方法として離散外積解析(DEC)と呼ばれる方法が知られている.平成28年度は,これの誤差解析についても取り組んだ.特に,誤差解析を行うにあたって,適切なノルムを選ぶ必要が生じるが,既存研究で用いられることが多い2つのノルムについて,どちらを用いて誤差解析を行っても,その結果に差異はないことを示した.離散力学理論の発展としては,エネルギー保存型数値解法に関してラグランジュ・ハミルトンの両面からの理論ができ,応用としても散逸型の方程式を含むことができるようになるなど,広がりつつある.また,有限要素外積解析への連携についても,その差分版である離散外積解析との関係も明らかになってきており,これらの理論を統合するための基礎ができつつある.2017年度は有限要素外積解析を用いて導出されるスキームに現れる数値計算上の問題点の解決を行った.有限要素外積解析では,ある種の楕円型偏微分方程式に対し,適合性・安定性・収束性が保証されたスキームを導出することができる.しかし,このスキームが定める連立一次方程式の係数行列が非正則となってしまうため,標準的な実装法では,あらかじめ係数行列のカーネルを計算する必要があった.本研究では,連立一次方程式の数値解法として,反復法を採用した場合,行列が非正則であっても計算自体は可能であることに着目した.特に,クリロフ部分空間法では,アルゴリズムが解の探索空間などによって特徴づけられることを利用し,ある種の反復法を用いることで有限要素外積解析が定めるスキームの解が計算可能であることを示した.これにより,カーネルの計算が必要なくなるため,かなりの高速化が見込まれる.これ以外にも,有限要素外積解析の理論をcurl-curl型偏微分方程式へ拡張した.
非代数的な手法による擬似乱数生成法の研究

本研究は、従来からの代数的な手法とは異なる方法により、擬似乱数を非再帰的に生成する研究である。現在よく使われているFSR法、MT法などの擬似乱数生成法は、単一計算機で直列的に乱数を生成するアルゴリズムを用いているため、最近の計算機(特に並列計算機)の特性を十分に生かし切れているとは言い難い。本研究の対象であるSSR法(Simplified Shift-Real method)は、カオス写像Φ_x, x∈[1,2),を利用して、k番目の乱数を直接生成するアルゴリズムであり、特に並列計算に向いた手法である。本研究期間前までの研究では、浮動小数点計算Φ_x^<24>(1)を用いて乱数を長周期で生成する方法は確立されていたが、乱数特性の改良および乱数桁数の長桁化の研究については準備的段階であった。本研究期間前半においては、広島工業大学の久保泉氏との共同研究によりΦ_xの理論的な解析が進み、Φ_x、(1),x∈[1,2),の確率分布H(t)を導く方法が分かった。これにより、w_0,v_0を適切に選んで、Φ_x^<24>(1)の代わりにΦ_x^<24>(w_0)-Φ_x^<24>(v_0)を使えば、その分布がΦ_xのカオス的性質によりH(t)のたたみ込みとなって、乱数特性が著しく改善されるという成果を得た。本研究期間後半においては、SSRのアルゴリズムを全整数演算化する研究を行った。SSR法は浮動小数点演算を用いているので、生成される乱数が計算機システムにより微妙に異なることがあるため、それを改良する研究である。その研究成果として、SSRアルゴリズムを64ビット整数の乗算とシフトにより高速に実現する方法SSI32を考案した。SSI32に対して、米国のNISTが提供する乱数の検定を行った結果では、他乱数と同等の値を得た。これらの成果は国際会議MCQMC2006で発表された。また、SSIアルゴリズムは、生成される乱数長に依存しないため、非常に長い桁数をもつ乱数の生成が可能である。その準備的な研究として、160ビットの乱数長をもつハッシュ関数SSI160を構築した。これら応用研究は今後も続けられる予定である。本研究は、線形合同法、フィードバックシフトレジスタ法、メルセンヌツイスター法等の従来からの方法とは異なる乱数生成法、すなわち、カオス写像を利用した新しい擬似乱数生成法『実数シフト乱数生成法(SSR)』(Simplified Shift-Real random number generator)を研究し、そのランダムネスの解析並びに、並列計算機上への実装を研究の目的としている。SSRのアルゴリズムSSR計算(Φ_x)^24(1)は、カオス写像Φ_xを利用して、乱数を非再帰的に、すなわち直接的に生成するという、並列型計算に適した新しい手法である。

今までの研究により、SSR計算値(Φ_x)^24(1)の最初の3桁を棄て、続く4桁をとった数値は、xを変化させていくと一様乱数になり、また、SSR計算値の分布は、写像Φ_xに対応するPerron-Frobenius作用素の不動点をh_x(t)とすると、h_x(t)のx∈[1,2)による平均H(t)になることが分かっている。このことを利用して、SSR乱数の特性改善について、K改良が提案された。しかしながら、最近、K改良について、乱数の対称性の実験分布が理論予想より悪いことが判明したので、その原因の究明が必要となった。これに対して、本年度予算で購入した64ビットワークステーション等で数値実験を繰り返し行い、問題点がカオス写像Φ_xの初期値の選定にあることが判明したので、新たな初期値を定め、この問題を解決した。また、以前からの改良法であるY改良についても、概念を一般的に拡張して、新たなX改良とした。これらの結果は、下記の研究論文として発表され、また、2006年8月に開催される国際会議MCQMC2006に投稿中である。本研究は、従来からの代数的な手法とは異なる方法、すなわち、カオス写像Φ_X,X∈[1,2),を利用して擬似乱数を非再帰的に生成する方法(SR法)の研究である。現在よく使われている擬似乱数生成法は、単一計算機で直列的に乱数を生成するアルゴリズムを用いているため、最近の計算機(特に並列計算機)の特性を十分に生かし切れているとは言い難い。SR法はk番目の乱数を直接生成するので、特に並列計算に向いている乱数生成法である。前年度までの研究で、Φ_X^<24>(1)の最初の3桁を棄て、続く4桁をとった数値は、Xを変化させていくと一様乱数になり、W_0,V_0を適切に選んで、Φ_X^<24>(1)の代わりにΦ_X^<24>(W_0)-Φ_X^<24>(V_0)を使えば乱数特性が著しく改善されることが分かっている。本年度はこれらのアルゴリズムを全整数演算化する研究を行った。すなわち、SR法は本質的に浮動小数点演算を用いるが、浮動小数点計算は計算機(特にCPU)に依存する性格をもっている。そのため、SR法で生成される乱数は、計算機により微妙に異なることがある。どの計算機でも同一の乱数が生成されるためには、アルゴリズムをすべて整数演算で実現する必要がある。しかしながら、浮動小数点演算を単に整数演算でエミュレートしただけでは乱数生成速度が極端におちてしまうため、新たに、64ビット整数を乗算したときに生ずるオーバーフローを利用する方法を研究した。その成果として、全整数演算化されたアルゴリズムSSI32を考案した。SSI32に対して、NISTが提供する乱数の検定を行った結果では、他乱数と同等の値を得ている。これらの成果は国際会議MCQMC2006で発表された。また、SSIアルゴリズムは、生成される乱数長に依存しないため、非常に長い桁数をもつ乱数の生成が可能である。その準備的な研究として、160ビットの乱数長をもつハッシュ関数SSI160を構築した。
プレゼンテーション・リハーサルを通じた知識洗練のためのレビュー支援環境の構築

プレゼンテーションは,発表者にとっては,聴衆に対して自己の獲得した知識を伝達する機会であるだけでなく,他者からのフィードバックを得ることで,自己の知識の不十分さや不完全さに関する気付きを得るための重要な機会でもある。本研究では,大学の研究室などにおけるプレゼンテーション・リハーサルに着目し,主体的な学習におけるプレゼンテーションによる知識の外化を通じて知識の再構成をおこなう知識洗練モデルの提案と計算機援用による支援環境の設計と試作を行った。(1)プレゼンテーション・リハーサルを通じた知識洗練モデルの構築平成22年度においては,まず主体的な学習において獲得した知識のプレゼンテーションを通じた他者への伝達を前提とした知識洗練モデルについて,以下のような検討を行った。(1)主体的学習における獲得知識の外化:学習者が個人的に様々な学習リソースを収集し,それらを自らの手で整理することで,学習対象に対するコアとなる概念の獲得を行わせるモデルを検討した。また,それらにより表現された知識の外部表現をいかに,PowerPointなどのプレゼンテーション・スライドとして変換・表現させるかについても具体的な手法を検討した。(2)プレゼンテーション・リハーサルを通じたピアレビュー支援モデル:これまで得られている知見を参考として,特にリハーサルにおけるピアによる効果的なアノテーション方式として,プレゼンテーション構造を利用する手法を提案した。さらにレビュー結果を発表者に対していかに有効な方法でフィードバックするかについても検討した。(2)知識洗練化支援環境の全体設計平成22年度では,次に,前段階で行った基礎考察と知識洗練モデルにもとづき,支援環境の全体設計を行った。(1)主体的学習と知識の外化のための支援系:学習者が個人的に様々な学習リソースを収集し,それらを自らの手で整理するために必要な支援ツールの構成と方式について検討し,その一部を試作した。(2)プレゼンテーション・リハーサルのための支援系:プレゼンテーション・リハーサルにおいて,ピアからの批評を効果的に収集し,主に議論を進めていくための手法の提案と基本的な方式の提案を行った。(3)ピアレビュー結果のフィードバックのための支援系:リハーサルを通じて収集されたコメントをサーバに蓄積・参照する方法を検討した。また,同時に(1)で作成した知識表現を参照・修正する支援ツールについても検討した。平成23年度には,前年度に行った支援環境の設計にもとづき,各支援系の実装を進めて知識の洗練化を行うためのシステム全体の試作を行い,中間成果報告のために国内研究会等への論文投稿・参加を行った。試作した支援環境は,以下の3つの支援系を組み合わせた統合的環境として実現した。各々の支援系は複数のアプリケーションから構成し連携して動作する。これらの開発にはシステム開発用PC及びシステム運用PCサーバを使用した。(1)主体的学習と知識外化のための支援系:本支援系は,発表者がプレゼンテーションを行う前段階において使用するものであり,主体的に学習した内容をグラフ構造として表現・整理するための機能をもつ概念マップツールとして実装した。また,本ツールはデータベース機能をもち,事前に蓄えられた断片的な知識構造の蓄積を利用して,必要に応じて線形化することで,PowerPointなどの資料の作成を行うことができる。(2)プレゼンテーション・リハーサルのための支援系:本支援系は,プレゼンテーション・リハーサルにおいてピアレビューを支援する機能を備えたネットワーク上で動作するサーバおよびクライアント環境である。サーバは,プレゼンテーションの様子を接続したビデオカメラを用いて録画・配信する機能,ピアらによるコメントを収集管理する機能などを実装した。(3)ピアレビュー結果のフィードバックのための支援系:プレゼンテーション・リハーサル支援環境において収集された各種データを一元管理し,システム利用者によって随時参照可能とする機能を実現するサーバ・クライアントシステムを開発した。Webブラウザから利用可能なリポジトリ用のサーバ,および,MacOSとWindowsの各プラットフォームにインストールして使用可能な専用のクライアントの双方を開発した。平成24年度には,昨年度に引き続き,各支援環境の実装を進め知識の洗練化を行う支援システム実装を行った.さらに,設計・開発した支援システムの試験運用を行うことでデータ,有効性について検証した.また,研究全体を総括し,研究成果報告のために国内外の学会に対して論文投稿・参加を積極的に行なった.システム実装においては,これまで開発した知識外化,プレゼンテーション・リハーサル,ピアレビュー結果のフィードバックをそれぞれ目的とする各支援系を相互に連携させるよう統合し,全体として効果的な運用が可能となった.特に知識外化プロセスで生成されたPowerPointなどの資料へのレビュアからの指摘を起点として知識外化過程を逆に辿り,指摘の原因となる知識を特定する機能を実現できた.システムの試験運用と評価においては,研究の目的を達成できているか,学習効果,システムの使いやすさなどを評価実験により検証を行った.特に知識の洗練化については,研究代表者の研究室に置ける,卒論・修士論文発表や学会発表のリハーサルのほとんどにおいて開発したシステムを利用して,同一発表者による複数回のプレゼンテーション・リハーサルの繰り返しによる実験を行うことで十分なデータを収集し,その内容の検討を行うことができた.平成23年度においては,前年度に行った支援環境に関する考察と設計にもとづき,概ね当初計画していた通りにシステムの開発を進めることができた。

システムは3つの支援系により構成されるが,各支援系とも当初の予定通りに実装が進んでおり,試験的な使用を通じた動作検証の結果も良好である。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は本研究の最終年度となる。昨年度に引き続き,各支援環境の開発を進め知識の洗練化を行う支援システムの実装を完了させる。まら,設計・開発した支援システムの試験運用を行い,得られたデータの分析を通じて本研究で開発した支援システムの有効性を検証する。さらに,研究全体を総括し,研究成果報告のために国内外の学会において論文投稿・参加を積極的に行う。特にシステムの有効性の検証については,評価方法の検討はもちろんのこと,試験運用を行う対象の多様性にも留意し,周囲の研究グループにも協力を依頼して多様性を確保することで,その信頼性の確保に努める。
戦前・戦時期日本の大規模貯蓄銀行に関する研究

本研究は、戦前・戦時期日本における大規模貯蓄銀行の経営活動を一次史料に基づいて包括的に考察したものである。貯蓄銀行と中小商工業金融との関係について、不動貯金銀行が金融恐慌から昭和恐慌期にかけて積極的に中小商工業金融に関与したことが明らかになった。不動貯金銀行の行員管理について、他行と比べた同行行員の付加価値労働生産性や外勤員の学歴と給与の関係について興味深い事実が明らかになった。また戦前期の不動貯金銀行、大阪貯蓄銀行、安田貯蓄銀行の有価証券投資の比較検討を行った。平成19年度においては、申請時の研究計画に基づき、戦前・戦時期における不動貯金銀行の経営活動と行員管理に関する研究を行った。不動貯金銀行の経営活動に関する研究の目的は、戦前期の同行と中小商工業金融の関わりを、多摩大学所蔵の「貯蓄銀行関係史料」を用いた実証的手法で解明することであった。不動貯金銀行に注目した理由は、同行が1915年から45年までつねに業界第1位の預貯金を誇った貯蓄銀行であり、同時に戦前期最大の中小商工業者向け金融機関でもあったからである。検討の結果、不動貯金銀行は1915年から3年満期月掛式定期積金の加入者に対する給付金貸付を実施し、26年から昭和恐慌期に全国都市部の借入目的の中小商工業者を獲得しながら経営規模を拡大させたことが明らかになった。不動貯金銀行の行員管理に関する研究の目的は、やはり多摩大学所蔵史料を用いて、戦前・戦時期における同行の外勤員管理を実証的に検討することであった。不動貯金銀行の外勤員管理に着目した理由は、同行が採用した専属外勤員による戸別直接勧誘・集金制度が預貯金と給付金貸付の普及に決定的に重要であり、また彼らの処遇方法が常に経営上の最重要課題であったからである。検討の結果、(1)戦前・戦時期の不動貯金銀行は、行員数と付加価値労働生産性からみて、行員増加と労働生産性上昇を両立させていたが、他の大規模貯蓄銀行(大阪貯蓄銀行)の指標と比較すると低位であったこと、(2)初等教育機関出身者が大半であった外勤員の給与は、初任給において内勤員よりも高く、行内の上位学歴者と同ペースで、より長期間上昇したが、これは完全な能力給の給与体系の下で、年を追うごとに有能な外勤員しか残らなかった結果であったことが明らかになった。またキャリア・パスについては、現段階において9年間および15年間在籍者の情報を収集し終えており、引き続き検討中である。平成20年度は戦前期の大規模貯蓄銀行の有価証券投資に関する研究を実施した。本研究の目的は、貯蓄銀行研究と近年進展著しい戦前期金融機関の有価証券投資に関する研究に新たな知見を加えることであった。系列上位銀行を持たず牧野元次郎のオーナー経営であった不動貯金銀行は1931年まで有価証券投資よりも貸付を資金運用の中心としており、有価証券投資は貸付との見合いで行われていた。有価証券の内容は戦間期を通じて主に国債であり、1933・34年の売却益目当ての低利国庫債券への乗り換えを除けば、新発債で買い入れて償還まで保有された。一方、地方債、金融債、事業債は新発債で買い入れて貸付資金需要との関係で売却された。人的・資本的に山口家の支配下にあった大阪貯蓄銀行は1927年から31年に民間企業債の比率を高めながら積極的な有価証券投資を行った。この間の大阪貯蓄銀行の民間企業債保有銘柄と系列金融機関引受銘柄の相関は三和銀行が系列金融機関になった1934年以降と比べて低く、同行は貯蓄銀行法下で系列金融機関の拘束から相対的に自由な銘柄選択を行っていた。また1933年以降借り換えリスクを低く評価した上で5分利国庫債券を購入していたことや、1929年から31年に金解禁と金輸出再禁止による為替変動を利用して外貨債を積極的に購入・売却したことも明らかになった。1920年設立の安田貯蓄銀行の有価証券投資は1934年まで国債よりも社債特に東京電燈をはじめとした民間企業債が中心であり、事業債保有銘柄と系列金融機関引受銘柄の相関は大阪貯蓄銀行よりも高かった。同行は発足時から安田保善社がほぼ全株式を所有した貯蓄銀行であり、有価証券保有における安田系金融機関内での位置付けが決まっていたと推測される。外貨債については、大阪貯蓄銀行と異なり、金輸出再禁止後も高利回りと為替差益を見込んで購入・保有していた。
ラミニン分子がヒト小腸オルガノイドの増殖と安定性に与える影響の解析とその創薬応用

安定的で再現性の高いヒト小腸オルガノイド培養を実現するため、現状汎用されているMatrigel(マウス肉腫から抽出された成分)の代わりにラミニンを使用した方法を模索する。まずヒト小腸組織から小腸オルガノイドを従来法を用いて樹立し、そこから各種ラミニンアイソフォームを使用して一定期間培養した後、遺伝子発現レベルや増殖速度などを指標に最適な培養条件を決定していく。
単一パルス高圧衝撃波管によるテトラフルオロエチレン爆発予知のための反応モデル構築

ポリテトラフルオロエチレン(テフロン)の原料モノマーであるテトラフルオロエチレン(TFE)は,反応性が極めて高く,実際の化学プラントにおいてこれまで繰り返し爆発事故が引き起こされてきた。TFEは酸素がなくても自己分解反応により爆発が起こるが,TFE爆発の詳細な反応メカニズムは未だ明らかではない。本研究では,TFEの貯蔵時および運搬時の爆発・火災を未然に予測・防止できるような信頼性の高いTFE自己分解爆発反応モデルの構築し,反応モデルの検証を行った。【高圧衝撃波管によるテトラフルオロエチレン自己分解爆発の検証】ポリテトラフルオロエチレン(PTEE,テフロン)は,現在の我々の生活に不可欠な機能性高分子材料である。しかし,その原料モノマーであるテトラフルオロエチレンは反応性が極めて高く,実際の化学プラントにおいてこれまで繰り返し爆発事故が引き起こされてきた。テトラフルオロエチレンは酸素がなくても自己分解反応により爆発が起こるが,その爆発の詳細な反応メカニズムは未だ明らかではない。本研究では,高圧化学衝撃波管装置を用いて,これまでに実験的に明らかにされたことがなかった数十数百気圧下で検証実験を行い,テトラフルオロエチレンの貯蔵時および運搬時の爆発・火災を未然に予測・防止できるような信頼性の高いテトラフルオロエチレン自己分解爆発反応モデルの構築を目指した。【広帯域吸収分光装置を用いた含フッ素ラジカルの素反応研究】テトラフルオロエチレン自己分解爆発反応モデルは複雑な連鎖反応からなり,反応モデルの構築には素反応レベルでの研究も必要となる。そこで,本研究のもう一つの実験の柱として,キャビティ増幅効果を利用した広帯域吸収分光装置を衝撃波管に適用することにより,含フッ素ラジカルの高感度・高時間分解能測定を行い,標記素反応の速度データを収集する。今年度はそのための準備として,素反応追跡用衝撃波管および分光システムの構築・立ち上げを行った。【量子化学的手法による反応経路・速度データの理論的検討】上記実験的手法では追跡することのできない化学反応も存在すると考えられる。そのような反応の経路および速度データを補完する手段として,近年進歩が著しい非経験的分子軌道法に基づいた量子化学計算を用いて,理論的に解明する。今年度は本研究対象となる反応に相応しい計算の開発等,計算準備を行った。研究初年度に予定していた高圧衝撃波管によるテトラフルオロエチレン(TFE)自己分解爆発の検証実験は,その対象試料である高純度TFEが入手困難であったために実施を見合わせた。その代わりに次年度計画分である広帯域吸収分光装置を用いた素反応研究を先行して行ったため,3年間の研究計画全体としての遅れはほとんどないと考えている。【衝撃波管によるテトラフルオロエチレン自己分解爆発の検証】機能性高分子材料であるポリテトラフルオロエチレン(PTEE,テフロン)の原料モノマーであるテトラフルオロエチレンは反応性が極めて高く,実際の化学プラントにおいてこれまで繰り返し爆発事故が引き起こされてきた。TFEは酸素がなくても自己分解反応により爆発が起こるが,その爆発の詳細な反応メカニズムは未だ明らかではない。本年度は,反応初期中間体として極めて重要なTFEの二量体オクタフルオロシクロブタンの熱分解実験を衝撃波管装置を用いて行い,テトラフルオロエチレンの貯蔵時および運搬時の爆発・火災を未然に予測・防止できるような信頼性の高いテトラフルオロエチレン自己分解爆発反応モデルの構築を目指した。本年度は,テトラフルオロエチレン爆発連鎖反応の重要な化学種と考えられているジフルオロメチレンラジカルの関与する数種類の素反応研究を行った。本年度は,爆発初期に起こると考えられているテトラフルオロエチレンの二量化反応について,反応経路探索を行った。高圧衝撃波管によるテトラフルオロエチレン(TFE)自己分解爆発の検証実験において,その対象試料である高純度TFEが入手困難であったために多少の遅れが発生した。引き続き入手の可能性を模索するとともに,爆発反応の初期過程であるTFEの二量化反応は量子化学計算を駆使して理論的に補完することにした。この判断により,3年間の研究計画全体としての影響はほとんどないと考えている。ポリテトラフルオロエチレン(PTEE)の原料モノマーであるテトラフルオロエチレン(TFE)は反応性が極めて高く,実際の化学プラントにおいてこれまで繰り返し爆発事故が引き起こされてきた。しかしながら,TFE爆発の詳細な反応メカニズムは未だ明らかではない。本研究では,TFEの貯蔵時および運搬時の爆発・火災を未然に予測・防止できるような信頼性の高いTFE爆発反応モデルの構築を目指しており,研究最終年度である本年度は次のような研究を行い,一応の成果を得ることができた。(A)広帯域吸収分光装置を用いた含フッ素化合物の素反応研究:TFEの爆発反応モデルは複雑な連鎖反応からなり,反応モデルの構築には素反応レベルでの研究が必要となる。

そこで,キャビティ増幅効果を利用した広帯域吸収分光装置等を衝撃波管に適用することにより,含フッ素化合物の高感度・高時間分解能測定を行い,反応モデル構築のために未だ明らかになっていない素反応の速度データを収集した。(B)量子化学的手法による反応経路・速度データの理論的検討:(A)の実験的手法では追跡することのできない化学反応も存在する。そのような反応の経路および速度データを補完する手段として,近年進歩が著しい非経験的分子軌道法に基づいた量子化学計算を用いて理論的に解明した。特に,爆発初期に起こると考えられるTFEの二量化反応について,反応経路探索を行った。(C)TFE爆発の反応モデル構築とその妥当性検証:(A)で実験的に得られた反応経路・速度と,(B)で得られた理論計算結果を統合してTFE爆発の反応モデルを構築した。この反応モデルを用いて爆発誘導期等をシミュレーション計算し,衝撃波管を用いて得られた検証実験結果と比較して反応モデルの最適化を行い,反応モデルの精度および信頼性を向上させた。ポリテトラフルオロエチレン(テフロン)の原料モノマーであるテトラフルオロエチレン(TFE)は,反応性が極めて高く,実際の化学プラントにおいてこれまで繰り返し爆発事故が引き起こされてきた。TFEは酸素がなくても自己分解反応により爆発が起こるが,TFE爆発の詳細な反応メカニズムは未だ明らかではない。本研究では,TFEの貯蔵時および運搬時の爆発・火災を未然に予測・防止できるような信頼性の高いTFE自己分解爆発反応モデルの構築し,反応モデルの検証を行った。研究初年度に実施できなかったテトラフルオロエチレン(TFE)自己分解爆発の検証実験については,TFEの二量体であり,かつTFE反応初期過程の中間体であるオクタフルオロシクロブタンの衝撃波管内爆発実験で代替することとし,次年度に実施する。ただし,テトラフルオロエチレン→オクタフルオロシクロブタンの二量化反応過程については,この代替実験では明らかにすることのできないので,量子化学計算とRRKM計算を駆使して理論的に解明して補完する。『現在までの進捗状況』にも記したように,実験が困難な反応過程を理論計算で補完することにより,TFEの入手状況に左右されることなく研究を加速させることが可能となった。これにより,本研究プロジェクト期間内に自己分解爆発反応モデルの構築を遂行する目途が立った。燃焼化学,環境化学,反応化学,計算化学,工業物理化学,燃焼工学,安全工学次年度使用のための繰越金は215,704円であり,該当年度予算額の10%に満たない少額である。その理由は『現在までの達成度』で前述したとおり,TFE自己分解爆発の衝撃波管検証実験を行えず,衝撃波発生用ヘリウム代(7立方メートルのヘリウムガスボンベ12本分)が該当年度に執行できなったためである。それ以外の予算は,50万円以上の物品購入も含め,当初計画どおり執行された。衝撃波管を用いた爆発検証実験において,高圧条件下でのデータ収集がまだ十分に行われていない。