hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異なる半導体量子構造間の量子捕獲ダイナミクス

MBE結晶成長時に成長中断法を用いて作製した単原子層テラス構造を有するGaAs量子複合構造系の試料について、量子捕獲ダイナミクス過程が存在することを実験的に検証した。本実験の詳細な解析から複合量子井戸からの発光強度分布に及ぼす効果は、障壁層バンド端と第一励起サブバンドエネルギー準位の相対的なエネルギー位置関係が重要であることを新に発見した。即ち、光励起された励起子の運動量の違いにより、異なるエネルギー緩和過程が存在することを実験的に検証した。また、昨年度と同様の格子温度依存性の測定を行い、量子捕獲ダイナミクス過程の増強効果を確認した。(2)量子複合構造系の量子捕獲ダイナミクスとその機構外部障壁クラッド層のヘテロ構造のみが異なるGaAs量子複合構造系の試料間の比較から、クラッド層が前回と同様の混晶半導体ではなくGaAs/AlAs超格子で構成された試料では、発光強度分布及び発光ダイナミクスが全く異なった発光特性を示すことがわかった。また、格子温度効果を調べ、量子捕獲過程による発光強度分布差が現れる機構は外部障壁クラッド層のエネルギー構造の違いにより変わり得ることを確認した。今後は、この特異な量子井戸間の動的発光過程の現れる量子現象について、その微視的機構を、さらに追求、解明して行く予定である。
超音速内部流れにおける衝撃波と乱流境界層の非定常干渉現象の解明

スクラムジェットエンジンの最適設計指針を得ることを目指して、その分離部を模擬した矩形ダクト内部の衝撃波・境界層干渉流れの構造・特性を解明する事を狙った。まず、高分解能・高安定性のパーティクルイメージング流速測定系(PIV)を構築するために、以下の事項に取り組んだ。1.トレーサー粒子のシーディング方法として、超音速風洞整流筒に直接水粒子を注入するインピンジ型ノズルを用いて、粒子径および流れ追随性の適否を検討した。風洞内気流による微粒化効果(Air-assisted Atomizing)を活用することによって粒径1μm程度の水粒子が得られ、良好な流れ追随性が達成された。2.粒子画像に含まれる誤差やノイズの主要原因である風洞とカメラの相対位置の乱れを改善するために、高剛性高精度のトラバース機器および高精度の各種光学機器を適切に配置・調整し、最高水準の剛性・精度を有する光学計測システムを構築した。これによって流速測定の誤差は2.6%程度に低減された。さらに、壁面境界層の乱流剥離構造を詳細に調べるために、以下の事項に取り組んだ。3.剪断力感応液晶を壁面に塗布することによってダクト壁面上摩擦力分布の変化を可視化する手法を構築した。4.ダクト壁面の随所に高速応答型圧力センサーを埋め込み、衝撃波・境界層干渉現象にともなう圧力分布の高速変化を捉えた。5.数値流体力学(CFD)解析によって、流れ場の詳細構造の再現を試みた。これによって、実験では取得困難な任意の位置・時刻の任意の物理量の分布・変化が解析され、実験で観察・取得されるデータに隠された物理的メカニズムが把握できるようになった。これらによって、矩形ダクト内の衝撃波・境界層干渉現象の基本構造およびメカニズムが明らかになった。本研究は、次世代の宇宙往還機エンジンとして期待されているスクラムジェットエンジンの流体力学的特性を解明し最適設計指針を得ることを目標として、それを模擬した矩形ダクトの内部の衝撃波・境界層干渉流れの構造・特性を解明する事を目指している。そのための測定系として、高分解能・高安定性のパーティクルイメージング流速測定系(PIV)を構築することを目的として、以下の事項に取り組んだ。さらに、矩形ダクト内の壁面境界層の乱流剥離構造を詳細に調べるために、以下の事項に取り組んだ。3.ダクト壁面上の非定常な剥離流れによる摩擦力分布の変化を捉えるために、剪段力感応液晶を本補助金によって購入し、摩擦力分布の可視化を試みた。4.ダクト壁面において衝撃波・境界層干渉現象にともなう圧力分布の高速変化を捉えるために、高速応答型圧力センサーを本補助金によって購入し、ダクト壁面圧力を測定した。これらの測定法とシュリーレン法およびレーザードップラー流速測定(LDV)を組み合わせることによって、矩形ダクト内のマッハ4および2の超音速流れにおける衝撃波・境界層干渉講造が明らかにされた。(778字)

次世代宇宙輸送システムすなわちスペースプレーンのエンジンとして期待されている「超音速燃焼ラムジェット(Supersonic Combustion Ramjet : SCRamjet :スクラムジェット)エンジン」を構築するには、超音速空気取り入れ口や分離部の流体力学的特性を詳細に探究し、流体力学的側面からの最適設計指針を確立する必要がある。特に分離部の内部における衝撃波と乱流境界層が干渉した流れの構造・特性を詳細に解明することが肝要である。そこで本研究では、スクラムジェットエンジン分離部の流体力学的特性を解明し最適設計指針を得ることを目指して分離部を模擬した矩形ダクトの内部の衝撃波・境界層干渉流れの構造・特性を詳細に解明する事を狙った。この目的から、以下の事項を実施した。1.ダクト壁面上の非定常な剥離流れによる摩擦力分布の変化を剪断力感応液晶を壁面に塗布することによって可視化した。これによって、壁面上剥離流れの構造を捉えるための新手法が構築された。2.ダクト壁面の随所に高速応答型圧力センサーを埋め込み、衝撃波・境界層干渉現象にともなう圧力分布の高速変化を捉えた。このための高速応答型圧力センサーを本補助金によって購入した。3.数値流体力学(CFD)解析によって、流れ場の詳細構造の再現を試みた。これによって、実験では取得困難な任意の位置・時刻の任意の物理量の分布・変化が解析され、実験で観察・取得されるデータに隠された物理的メカニズムが把握できるようになった。(640字)
教員のキャリアステージに対応したリフレクションによる教授設計研修プログラムの開発

本研究の目的は、大学における教育の質向上のために、実授業の公開/参観と、これに基づく教員の各キャリアステージに対応したリフレクションによる教授設計研修プログラムを開発することにある。本研究では、大学教員を対象とした実践的なプログラムの提供を実現するために、申請者らがこれまでに開発してきた成長型教授設計プロセスモデルに基づく授業リフレクションプログラムをベースに、これを拡張・発展させ、教員がそれぞれ自身のキャリアステージの課題意識やニーズに対応したリフレクションの実現を支援するプログラムを開発する。これにより、現場の教員間に育まれている実践知の循環による、継続的な専門性開発を可能とする。平成28年度は、東北大学の大学教員準備プログラム/新任教員プログラムの一環として実施してきた授業参観の取組みを対象として、以下の項目について実施した。(1)東北大学の実践における協力教員の発見・獲得・依頼方法のノウハウをまとめた。(2)東北大学の実践において分野横断的に、30件の授業参観とディスカッション、リフレクションを行った。(3)授業を参観される側の教員ら10名を対象としたインタビュー調査を実施し、授業参観に協力することに対する意識とこれによる効果等について分析した。(4)これまでの取組みの概要と教員インタビュー、参観者のリフレクティブジャーナルの記述をまとめPDブックレットVol.8「授業参観のすすめ」として刊行した。(5)東北大学の取組みについて国際会議Global Summit on Education 2017において発表した。昨年実施できなかった協力教員へのインタビューと分析を実施することができたとともに、次年度に予定していたブックレットの刊行を前倒しで実施することができたため、当初の計画以上に進展していると評価できる。当初計画で予定していた研修プログラムの実施と実運用における課題や要求の明確化に取組むとともに、成果の発表を行う予定である。成果発表の経費として使用する予定である。平成27年度は、国内外において大学の実授業の参観に基づく実践を行っているプログラムの調査を行うとともに、知見や情報の収集を行った。具体的には、下記の項目について実施した。(1)国内外の類似の実践の調査:若手教員がベテラン教員の実授業を参観しディスカッションする活動を新任教員研修の一部として実施しているイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のAcademy for Excellence in Engineering EducationによるCollins Scholars(新任教員研修プログラム)の訪問調査を行い、実践手法やファシリテーションの方法等について知見を得た。また、国内の大学院生向けの教員養成プログラム等を対象として、どのような内容が実践されているかに関して網羅的な調査を行った。(2)東北大学高度教養教育・学生支援機構が行っている大学教員準備プログラム及び新任教員プログラムにおいて実施している「授業参観」を実践の場とし、分野横断的に17件の授業参観とディスカッション、リフレクションを行った。(3)授業の改善,あるいは授業方法が一部関連する研究成果をまとめ,発表した。協力教員へのフォーマルなインタビューの実施は次年度に持ち越しとなったが、それ以外の点については、おおむね計画通りに進行していると評価できる。調査にあたって必要な倫理審査については計画的に受け,調査スケジュールに支障がないように努める。予定していたワークステーション等の設備の購入を次年度に繰り越したため。

物品購入時や航空チケット購入時に、当初の計画と合致するものでかつできるだけ安価なものを効率的に選択することができたこと、また、予算計上時より値下がりしたものがあったため、出費が抑えられた。昨年度購入予定だった設備の購入に充てる。成果発表の経費として使用する予定である。
小児炎症性腸疾患における血中インフリキシマブ・抗インフリキシマブ抗体の測定意義

インフリキシマブのトラフ濃度は疾患活動群で低い傾向が認められた。インフリキシマブのトラフ濃度は、抗TNF-α抗体製剤の有効性と関連していることが示唆された。ただし、インフリキシマブのトラフ濃度が高いにも関わらず疾患活動性が高い症例が一定数みられ、このような症例では抗TNF-α抗体製剤以外の治療への変更などが治療戦略として有効である可能性があり、今後の研究課題と考えらえた。抗インフリキシマブ抗体濃度は、有意差はでなかったが、効果減弱例で陽性率が高い傾向がみられた(p=0.09)。症例数を増やして検討を継続する必要があると考えられた。また、免疫調節薬併用例で抗インフリキシマブ抗体の陽性率が低い傾向がみられた(p-0.09)。この点についても症例数を増やして再検討が必要と考えられた。以上より、血中インフリキシマブ濃度と抗インフリキシマブ抗体濃度の測定は、小児でも個々の患者に適した治療戦略を立てる、いわゆるオーダーメイド治療の一助になることが示唆された。現在、インフリキシマブで維持療法中のクローン病患児11人から採取した33検体のインフリキシマブのトラフ濃度と抗インフリキシマブ抗体の測定が完了しており、予備解析を行った状態である。インフリキシマブのトラフ濃度は、臨床的活動群より臨床的寛解群で高い傾向があり、インフリキシマブのトラフ濃度が陰性である確率は、抗インフリキシマブ抗体陽性群で高い傾向があった。また、抗インフリキシマブ抗体の陽性率は、免疫調節薬を併用している群で低い傾向があった。インフリキシマブのトラフ濃度は血液所見(CRP、赤沈、アルブミン)や臨床的活動性と関連性を認めたが、抗インフリキシマブ抗体とは直接的な関連性はみられなかった点は成人領域からの報告と異なる点である。インフリキシマブのトラフ濃度や抗インフリキシマブ抗体濃度の動向は概ね成人と同様の傾向があると考えられる。ただし、インフリキシマブのトラフ濃度と抗インフリキシマブ抗体の間に直接的な関連性はみられなかったので、小児では薬物動態や疾患特性など他の要因もインフリキシマブの効果に対する影響が大きいことが示唆された。以上より、小児のインフリキシマブ治療でも治療薬物モニタリングが治療方針の決定に有用かもしれないと考えらる。免疫調節薬の併用の功罪は今後も引き続き検討が必要である。3年間で100150検体を目標としている。予備解析の時点より、インフリキシマブが開始となる患者は増加しており、研究の進行状況は概ね順調と考えている。インフリキシマブのトラフ濃度は疾患活動群で高い傾向があり、インフリキシマブのトラフ濃度と抗TNF抗体製剤の有効性は関連があると考えている。また、インフリキシマブのトラフ濃度が高値にもかかわらず疾患活動性が持続する症例は、抗TNF抗体製剤以外の免疫調節薬が有効であったことから、インフリキシマブのトラフ濃度と疾患活動性から今後の治療戦略を立てられる可能性が示唆された。インフリキシマブのとトラフ濃度が低い症例では抗インフリキシマブ抗体が高い傾向がみられた。インフリキシマブ濃度が低下する機序を考えるうえで、抗インフリキシマブ抗体濃度の測定は有用と考えている。インフリキシマブのトラフ濃度と抗インフリキシマブ抗体濃度のあいだに直線的な関連性がみられなかった点が成人領域からの報告と異なる点である。小児特有の特徴なのかどうか、引き続き検討が必要である。これらの結果から、小児のインフリキシマブ治療においても、治療薬物モニタリングが治療方針n決定に有用であることが示唆される。インフリキシマブ開始となる患者は増加しており、おおむね順調に進行している。昨年度までの検討結果と同じく、インフリキシマブのトラフ濃度は疾患活動群で高い傾向が認められる。インフリキシマブのトラフ濃度は、抗TNF-α抗体製剤の有効性と関連していると考えている。詳細に解析すると、インフリキシマブのトラフ濃度が高いにも関わらず疾患活動性が高い症例は抗TNF-α抗体製剤以外の治療に変更するなど、治療戦略を立てるのに役立つことが示唆される。抗インフリキシマブ抗体濃度の測定は、インフリキシマブ濃度が低下する機序を考える上で有用であると考えている。以上より、小児でも治療薬物モニタリングが個々の患者に適した治療戦略を立てる、いわゆるオーダーメイド治療の一助になると考えている。検体の収集が当初の見込みより遅れたことと、試薬の経年劣化の影響で再測定を要したため研究の進行がやや遅れている。

また、免疫調節薬併用例で抗インフリキシマブ抗体の陽性率が低い傾向がみられた(p-0.09)。この点についても症例数を増やして再検討が必要と考えられた。以上より、血中インフリキシマブ濃度と抗インフリキシマブ抗体濃度の測定は、小児でも個々の患者に適した治療戦略を立てる、いわゆるオーダーメイド治療の一助になることが示唆された。引き続き検体を収集して研究を継続する。引き続き検体を収集し、データ解析を行う予定である。測定系の問題は解決済みである。研究期間を1年間延長して研究を継続し、引き続き検体収集と測定を継続し、データ解析を行う予定である。研究開始時、研究室にストックされていた試薬があったため、予定より試薬代を抑えることができた。ストックされていた試薬があったこと、収集できた検体がやや少なかったことから予定より試薬代が少なくなった。検体の収集が予定より遅れたことと、測定系に問題が問題が生じたことが理由である。測定系の問題は解決済みであり、検体収集の体制を強化し、研究期間を1年間延長して研究を継続する予定である。今年度から採取する検体が増えることが予想され、繰り越した研究費も使って研究を進める予定である。対象患者が増加しているので収集する検体が増加すると予測され、繰り越した研究費も使って研究を進める予定である。
1H-MRSによる口腔・顎・顔面領域における鑑別診断と予後予測

1H-MRSはMRIによる成分分析の手法であるが、病変の大きさや口腔・顎・顔面領域の解剖構造の複雑さのためその適用は困難を極めていた。今回の研究によりそれらを払拭し、臨床応用の可能性を高め、適用範囲を拡大することができた。実際に口腔がんから得られた結果よりいくつかの成分が検出された。これらの成分量により新しい情報が得られるようになり、その他の従来の検査と併せて予後を検討する礎を築いた。本研究の目的は1H-MR spectroscopy (MRS)を用い、腫瘤性疾患に対する鑑別診断能の向上を図ることと病変の活動性や予後を予測することである。口腔・顎・顔面領域に関連する腫瘤性疾患の評価はCT、MRI、超音波検査及びPET検査の研究により、近年目覚ましい発展を遂げている。しかし、典型像を示さない病変の鑑別、活動性及び再発等の予後予測は極めて難しいことを経験する。そこで我々はこの度申請する研究を通し、口腔・顎・顔面領域に発生した腫瘤性疾患の鑑別や予後予測を行う際に、従来の画像検査にMRSを加え、総合判断することでその限界を打破できないかと考えている。MRSは中枢神経領域や前立腺、乳腺に応用する研究が盛んに行われているMRIによる成分分析の手法である。MRSによる病変の成分分析を加えることで、これまでとは異なった情報を得ることが可能となる。それにも関わらず、口腔・顎・顔面領域においてはその研究報告は極めて少なく、また診断への応用は困難とされているのが現状である。その理由には口腔・顎・顔面領域における磁場の不均一性、対象となる病変が大きくなければ十分なSNRを得ることが困難であるといった問題、周囲脂肪組織からのノイズが大きいといった問題等が挙げられる。しかし、申請者らによるMRSのシークエンスの改善により、臨床応用の可能性が開かれたと考える。我々が開発中のシークエンスを口腔・顎・顔面領域に応用することにより、正常構造物及び各種の腫瘤性疾患のスペクトルの解析を行う。その結果、これまでとは異なった視点から鑑別診断能の向上と予後予測が図れると考える。本研究は、口腔・顎・顔面領域に対するこれまでの画像診断学に加えMRSによる成分分析を応用し、鑑別診断及び予後予測の更なる向上を目指すものである。1H-MR spectroscopy (MRS)を用い、腫瘤性疾患に対する鑑別診断能の向上を図ることと病変の活動性や予後を予測することを目的としている。典型像を示さない病変の鑑別、活動性及び再発等の予後予測は極めて難しい。そこで我々はこの度申請する研究を通し、口腔・顎・顔面領域に発生した腫瘤性疾患の鑑別や予後予測を行う際に、従来の画像検査にMRSを加え、総合判断することを目指している。MRSによる病変の成分分析を加えることで、これまでとは異なった情報を得ることが可能となると考える。我々はMRSのシークエンスの改善により、臨床応用の可能性を開いたと考える。我々のシークエンスを口腔・顎・顔面領域に応用することにより、正常構造物及び各種の腫瘤性疾患のスペクトルの解析を行う。本研究は、口腔・顎・顔面領域に対するこれまでの画像診断学に加え1H-MRSによる成分分析を応用し、鑑別診断及び予後予測の更なる向上を目指す。健常者ボランティアの協力を得て、舌、唾液腺、咀嚼筋などそれぞれの撮像対象ごとに、コイルの選択や配置、積算回数やTEなど最適な撮像条件を検討した。疾患を有する患者による腫瘤性疾患のスペクトルの検討について、現在、ルーティンとしている撮像はT1強調画像、T2強調画像及び拡散強調画像である。これらの撮像にMRSを追加する形で行っている。MRSの撮像については当然ながら、予め同意を得ることができた患者のみを対象としている。PETや病理所見とも比較検討を行う計画である。各種検査が臨床上必要とされた患者及びMRSの同意が得られる患者数等(条件が揃っている患者数)がまだ少なく、各種検査の総合的な検討を行う論文作成には至っていない。1H-MR spectroscopy (MRS)を用い、病変の鑑別診断能の向上を図ることと病変の活動性や予後を予測することを目的としている。我々はMRSのシークエンスの改善により、臨床応用の可能性を開いた。筋、唾液腺などの組織のMRSを取得したところ、脂肪の多い組織についてはそのピークの大きさのために微量な成分を分析するのが困難なものも存在した。但し、脂肪組織の混入がなければ波形が得られることが分かった。

プリサットパルスの使用やパラメータの調整により撮像シーケンスとしては確立できたものと考える。疾患を有する患者による腫瘤性疾患のスペクトルの検討について、現在、ルーティンとしている撮像はT1強調画像、T2強調画像及び拡散強調画像である。これらの撮像にMRSを追加する形で行っている。MRSの撮像については当然ながら、予め同意を得ることができた患者のみを対象としている。鑑別診断についてはMRSのみではなく、その他の画像所見と併せて総合判断することで診断精度が向上するよう検討している。1H-MRSはMRIによる成分分析の手法であるが、病変の大きさや口腔・顎・顔面領域の解剖構造の複雑さのためその適用は困難を極めていた。今回の研究によりそれらを払拭し、臨床応用の可能性を高め、適用範囲を拡大することができた。実際に口腔がんから得られた結果よりいくつかの成分が検出された。これらの成分量により新しい情報が得られるようになり、その他の従来の検査と併せて予後を検討する礎を築いた。健常者ボランティアの協力を得て、舌、唾液腺、咀嚼筋などそれぞれの撮像対象ごとに、コイルの選択や配置、積算回数やTEなど最適な撮像条件を検討した。特にボクセルサイズを縮小したことでMRSの適用範囲を広げることが可能となっている。また、体脂肪量の個人差や脂肪含量が多い組織については基線が安定しにくいこともあるため、60秒程度でin phase/out of phase画像も撮像し、脂肪含量まで基線が安定した波形が得られるのかを検討している。現在のところ、脂肪含量との関係を客観的に数値化あるいは統計学的に検討するには至っていないが、主観的には優位な相関性は存在し、検討を続けることで、適用範囲の拡大に寄与できると考えている。MRSについては、観測されたCholineとCreatinの量や比、その他の物質のピークを中心に検討している。画像所見、臨床診断及び病理組織像を総合的に検討している。患者データについては、観測されたCholineとCreatinの量や比、その他の物質のピークを数値化し、病理学的所見との関連性について検討する。また、正常構造物のスペクトルとの比較も行い、有意に上昇する成分のピークを検討する。これにより、ボクセルが病変内部に完全に含まれない症例においても、その上昇したピークから鑑別診断の一助とできるよう解析結果を検討する。鑑別診断についてはMRSのみではなく、その他の画像所見と併せて総合判断することで診断精度が向上するよう検討する。DCEMRIから作成したTime intensity curveや拡散強調画像から作成したADC mapやDiffusional kurtosis imagingをもとに得られた、腫瘤のADC値やkurtosisを検討項目の一つとする。これらのデータと臨床所見及び確定診断とを比較していく。病態科学系歯学・歯科放射線学MRSの適用をさらに広げるためのパラメータの検索は今後も常に平行して行っていく。
鉱物中水素原子の直接観察

本研究では、収差補正機能付き走査透過電子顕微鏡と環状検出器(ADF/ABF)を用いることにより、造岩鉱物中に含まれる、酸素といった軽元素まで含んだ原子像の取得に成功した。また原子像から得られたコントラスト強度と平均原子番号の2乗とは、一部の原子カラムを除いて、非常に良い相関を示した。一方で、水素原子を含む鉱物については冷却ホルダーを用いるなどを試みたものの、試料ダメージ・試料ドリフトのため、鮮明な像の取得は困難であった。また、任意方向をむく鉱物試料から特定方位からの原子像観察を可能とする試料作製方法の開発を、集束イオンビーム装置を用いて行った。本研究では,最新の収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡(STEM)と環状検出器(HADDF/ABF)を用いて,「鉱物中の“水素原子"」の直接観察を目指すことを目的とした.さらに,集束イオンビーム装置(FIB)を用いた原子像をえることのできるSTEM試料作製法の開発を目的とした.最終年度は,前年度までにもとめたFIBの加工条件により,水素原子を含むNorbergite(Mg3SiO4(OH,F)2)およびMg/Fe比の異なるオリビン((Mg,Fe)2SiO4)のSTEM試料作製をおこない,HAADF/ABF-STEM観察を行った.Norbergiteついては,試料ダメージを低減するために液体窒素により冷却するホルダーを用い観察を行ったが,試料ダメージや試料のドリフトにより,像の取得が困難であった.一方オリビンのHAADF/ABF-STEM観察では,酸素を含む原子像を得,得られた原子像からコントラスト強度と平均原子番号の関係を調べた.この結果平均原子番号の2乗とコントラスト強度は一部のものを除いて良い相関を示した.さらにはMg/Feの席占有率も同じ試料を用いX線構造解析を行い,両者の結果を比較した.その結果,一試料を除いて良い相関を示した.期間全体では,まず岩石薄片からFIBを用いてSTEM試料作製をおこない,HAADF/ABF-STEM観察により原子像を取得することを可能とした.FIBにて作製したオリビン,αーコランダム(Al2O3),カルサイト(CaCO3),NorbergiteなどのHAADF/ABF-STEM観察により炭素,酸素原子といった軽元素の原子像の取得に成功した.しかし,水素原子の直接観察は,試料ダメージを低減するために冷却ホルダーを用いるなど,様々な手法を試みたが,試料ダメージ・ドリフトにより,取得は困難であった.一方,得られた原子像からコントラスト強度と平均原子番号の2乗は一部のものを除いて良い相関を示した.またオリビン中のMg/Feの席占有率についてもHAADF-STEM観察により推定することがある程度可能であることを示した.本研究では、収差補正機能付き走査透過電子顕微鏡と環状検出器(ADF/ABF)を用いることにより、造岩鉱物中に含まれる、酸素といった軽元素まで含んだ原子像の取得に成功した。本研究では、最新の収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いて、「鉱物中の“水素原子"」を直接観察を目指している。さらに、そこで、集束イオンビーム装置(FIB)を用いたSTEM試料作製法の開発および作製した試料を用いて水素原子の直接観察を試みることを目的としている。まず、FIBによる加工条件を様々に変化させて、造岩鉱物の原子像を取得するために適した加工条件を得た。こうして得られた条件にて、フォルステライト(Mg2SiO4)、オリビン((Mg,Fe)2SiO4)、αーコランダム(Al2O3)、Norbergite(Mg3SiO4(OH,F)2)やカルサイト(CaCO3)についてSTEM/TEM試料の作製をおこない、STEM/TEM観察を行った。その結果、フォルステライト(Mg2SiO4)やαーコランダム(Al2O3)について、HAADF-STEMにおいては、Mg原子カラム、およびSiとO原子が並んだカラム、Al原子カラムを、ABF-STEMにおいては、HAADF-STEM像に加えて、O原子カラムも得た。本研究において、HAADF-STEMにおいて酸素原子カラムを観察することはできなかった。得られたSTEM像からコントラスト強度と原子番号の関係を調べた。この結果は、計算機シミュレーション(HREM社xHREM-STEM拡張機能)を用いた結果とも良い一致を示している。通常のSTEM-HAADF像では得られない酸素原子像を得るなど、研究は順調にきている。一方、Norbergite(Mg3SiO4(OH,F)2)やカルサイト(CaCO3)についても観察を行ったが、STEM/TEMによる試料ダメージにより、像の取得が困難であった。本研究では、最新の収差補正機能付き走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いて、「鉱物中の“水素原子"」の直接観察を目指している。さらに、我々岩石・鉱物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察する上では、粉末試料ではなく薄片から集束イオンビーム装置(FIB)などでTEM試料を作成するのが、一般的である。

そこで、FIBを用いたSTEM試料作製法の開発および作製した試料を用いて水素原子の直接観察を試みることを目的としている。平成24年度は、九州大学超高圧電子顕微鏡室にある収差補正機能付きSTEM/TEM(JEOL社製JEM-ARM200F)の使用を当初予定し、またVH2を用いた予備実験を行うことを予定していたが、諸事情によりファインセラミックスセンター(JFCC)の福永啓一博士に新たに研究分担者になっていただき、JFCCにあるSTEM/TEM(JEM-2400FCS)を使用し、研究を前倒しして鉱物について観察を行った。その結果、フォルステライト(Mg2SiO4)やαーコランダム(Al2O3)について、酸素原子を含めてその原子像を得ることに成功した。この結果は、計算機シミュレーション(HREM社製ソフトxHREM+STEM拡張機能)を用いた結果とも良い一致を示している。通常のSTEM-HAADF像では得られない酸素原子といった軽元素の原子像を得るなど、研究は順調にきている。一方、Norbergite(Mg3SiO4(OH,F)2)やカルサイト(CaCO3)についても観察を行ったが、STEM/TEMによる試料ダメージにより、像の取得が困難であった。また、これらの試料はFIBを用いて作製したものであり、STEM/TEM試料作製法については、STEM/TEMによる原子像を十分取得できたことから、十分の成果が得られている。平成24年度にNorbergite(Mg3SiO4(OH,F)2)やカルサイト(CaCO3)についても観察を行ったが、STEM/TEMによる試料ダメージにより、像の取得が困難であった。この試料ダメージの低減が今年度の最大の課題である。そこで、平成24年度同様JFCCが所有するSTEM/TEM(JEM-2400FCS)に液体窒素により試料付近を冷却する冷却ホルダを用いることにより、試料ダメージの低減を図る予定である。当初の予定では、平成25年度にFIBによるダメージ層の軽減法の開発および改良として、従来あるArイオンビーム装置を改良し、ダメージ層の低減を試みる予定であった。しかし、平成24年度にFIBによる試料作製法を検討した結果、酸素原子を含めた原子像の取得に成功した。また、用いる予定であったArイオンビーム装置が使用不能となり廃棄処分となった。そのため、試料作製法については、現在の手法で十分であると思われるが必要に応じてFIB試料作製を改良することとする。今年度は、研究実施や打ち合わせ、学会発表のための旅費およびTEM、FIBの装置の消耗品代と計算機シミュレーションを行うためのパソコンの購入を予定している。
イオンセンサーによる生体試料中ヨードのモニタリング用簡易測定法の開発

ヨウ素イオン選択電極とイオンアナライザーを用いてヒト尿中ヨードを測定する方法を開発し、昨年に引続き基礎検討を追加すると共に、臨床応用を試みた。まずKIを用いた検量線は、【10^(-6)】【10^(-2)】の間で直線関係が得られた。【Cl^-】10-400mM添加で、ヨード【10^(-5)】【M_(12)】対してはほとんど影響はなかった。尿の稀釈実験では、原点を通る直線が得られ、尿へのKI添加(5-100×【10^(-6)】M)実験では99.0104.8%の回收率を得た。同一尿検体を測定した際の変動係数は、6.210.0%(測定内),5.4-14.4%(測定間)で、臨床検査としては満足すべきものであった。21検体について本法(y)と從来の化学的測定法(x)で測定した所y=1.26+2.03×【10^(-5)】,r=0.92(P<0.001)とよく一致した。24時間尿(y)と、簡便なために早朝空腹第1尿(x)のヨード量を測定した所y=0.99x+1.73,r=0.91(P<0.001)とよく一致したので、簡便な方法を用いることにした。次に臨床応用のはじめとして正常値を設定した。早朝第一尿につきVoughもちの補正を行なった。すなわちヨード濃度(mole/l)/creatinine(g/l)×1.0(女)または×1.7(男)、93例の健常人について普通食で測定したところ、その値は対数正規分布をし、5.649.0×【10^(-6)】moles/creatinine(g)と広い範囲であった。予備実験として、健常人でヨード制限会あるいはヨード食(海草類)多食を行なってみたが、当然のことながら前者で減少、後者で増加した。また、原因不明の一過性甲状腺機能低下を示す小児例において、入院中尿中ヨードは18-88×【10^(-6)】M/cr(g)で甲状腺機能もほぼ正常であるのに対し、家庭食では尿中ヨードが58-163×【10^(-6)】M/cr(g)と多く、しかも機能低下になることから、海草類多食による"ヨード過剰性"の甲状腺機能低下症と判明した興味ある症例を経験している。本法は簡便なので、今後諸外国との比較など、モニタリングに応用できる有用な方法と思われる。
人口減少・高齢化の下での中食の供給構造の動向とその健全な成長に関する研究

課題1:中食の生産・流通構造の動向分析食品製造業において、中食生産は高い伸びを示している。2012年から2016年にかけての食品製造業の付加価値増加の多くの部分は中食生産の増加であった。しかしながら、これらの業種は労働集約的な業種であり、従業者1人当たりの付加価値額で見ると他の業種よりも低い。このことは、中食の発展にとって、労働力不足が大きな制約になる可能性を示している。応用一般均衡モデルを用いて、労働力減少の影響をシミュレーションすると、生産年齢人口が7%減少すると、労賃は7.6%上昇、製品の国内価格は全ての産業で上昇するが、最も上昇率が高いのが惣菜の4.8%、外食の4.9%という結果となり、今後相当の生産性の向上が必要とされることが確認された。課題2:中食産業のオペレーションに関する動向分析いくつかの惣菜メーカーにヒヤリングを行った。1人当たり付加価値増加の方向には、コスト削減の方向と付加価値創出の方向の二つの方向がある。コスト削減については、野菜のカットなどの下処理を専門の向上で大規模に行っている例があった。労働の資本による代替である機械化については下処理の部分はある程度可能であるが、製品生産の部分は少量多品種生産であることもあり限界がある。一方、労働力不足に対して、外国人労働者の活用によって対処している例があった。課題3:中食の浸透が食品摂取に及ぼす影響の分析2018年2月に東京23区の2人以上世帯の女性を対象にしたwebアンケートに基づいて、食事パターンと栄養摂取の関係を分析した。食事パターンとして、内食、中食(主食)、中食(おかず)、中食(めん類)、外食の5つを設定した。その結果、野菜摂取量は、内食頻度が高いほど多く、中食(主食因子)頻度が高いほど少なくなるという結果となった。また、食塩摂取量は、内食頻度や中食(主食)頻度が高いほど低くなるという結果となった。「中食の生産・流通構造の分析」については、労働集約であるという中食生産の特性と労働力不足という近年の動向をマクロ的に分析するため、生産物市場と生産要素市場の双方の均衡を盛り込んだ応用一般均衡モデルを構築して分析することができた。「中食産業のオペレーションに関する動向分析」ではいくつかの総菜メーカーのヒヤリングを行い、現状の問題点の抽出を行うことができた。「中食の浸透が食品摂取に及ぼす影響の分析」では、中食と栄養素摂取の関係を分析することができた。今年度は以上の3つの課題のそれぞれについて内容を深めることができたが、最終年度に向けて更に分析内容を深めたい。「中食の生産・流通構造の分析」において、構築された応用一般均衡モデルを用いて、中食生産が労働力減少に対処するためにはどの程度の生産性の向上が必要かをシミュレーションする。その際、家計部門を65歳以上層と未満層に分けて生産年齢人口のみで生産する場合と高齢者の労働参加に期待する場合のそれぞれのケースについて分析することを検討する。「中食の浸透が食品摂取に及ぼす影響の分析」では、中食商品の摂取パターンと食品摂取の多様性指標との関係を新たに分析するほか、単身世帯や男性を対象にした調査を新たに実施する。中食の生産構造について,経済産業省『工業統計表』を利用したマクロ的な分析を行う一方,中食と食品摂取,健康の分析のための調査設計を行った。中食の成長に関するマクロ分析では,2009年から2014年までの5年間で食品産業の付加価値額の名目成長率が1.2%の減少であったのに対し,中食産業(総菜製造業,すし・弁当・調理パン製造業)の成長率は13.5%と高い成長を示しており,中食産業が食品産業の成長をけん引していることを確認した。しかしながら,1人当たりの付加価値額の成長に関しては,すし・弁当・調理パン製造業は5.5%の成長を示したが,総菜製造業は6.2%の減少となっており,同じ中食産業の中でも部門によって違いが見られることが明らかとなった。その要因としては,総菜製造業は,すし・弁当・調理パン製造業に比べて従業員規模別の出荷額や付加価値額が従業員規模の小さい事業所に偏っていることが考えられる。本年度予定していた生産構造のマクロ分析は順調に進捗し,ほぼ当初の研究計画通りに進捗している。

コスト削減については、野菜のカットなどの下処理を専門の向上で大規模に行っている例があった。労働の資本による代替である機械化については下処理の部分はある程度可能であるが、製品生産の部分は少量多品種生産であることもあり限界がある。一方、労働力不足に対して、外国人労働者の活用によって対処している例があった。課題3:中食の浸透が食品摂取に及ぼす影響の分析2018年2月に東京23区の2人以上世帯の女性を対象にしたwebアンケートに基づいて、食事パターンと栄養摂取の関係を分析した。食事パターンとして、内食、中食(主食)、中食(おかず)、中食(めん類)、外食の5つを設定した。その結果、野菜摂取量は、内食頻度が高いほど多く、中食(主食因子)頻度が高いほど少なくなるという結果となった。また、食塩摂取量は、内食頻度や中食(主食)頻度が高いほど低くなるという結果となった。「中食の生産・流通構造の分析」については、労働集約であるという中食生産の特性と労働力不足という近年の動向をマクロ的に分析するため、生産物市場と生産要素市場の双方の均衡を盛り込んだ応用一般均衡モデルを構築して分析することができた。「中食産業のオペレーションに関する動向分析」ではいくつかの総菜メーカーのヒヤリングを行い、現状の問題点の抽出を行うことができた。「中食の浸透が食品摂取に及ぼす影響の分析」では、中食と栄養素摂取の関係を分析することができた。今年度は以上の3つの課題のそれぞれについて内容を深めることができたが、最終年度に向けて更に分析内容を深めたい。中食と食品摂取,健康の分析について,調査を行い,データ収集と収集したデータの分析を行う。中食の生産構造に関するマクロの分析結果を背景にして,中食生産についてのヒヤリング調査を行う。「中食の生産・流通構造の分析」において、構築された応用一般均衡モデルを用いて、中食生産が労働力減少に対処するためにはどの程度の生産性の向上が必要かをシミュレーションする。その際、家計部門を65歳以上層と未満層に分けて生産年齢人口のみで生産する場合と高齢者の労働参加に期待する場合のそれぞれのケースについて分析することを検討する。「中食の浸透が食品摂取に及ぼす影響の分析」では、中食商品の摂取パターンと食品摂取の多様性指標との関係を新たに分析するほか、単身世帯や男性を対象にした調査を新たに実施する。初年度購入予定だった統計分析ソフトなどをアンケート調査の分析を行う次年度に購入することとした。次年度は,これらソフトの購入と中食と食品摂取,健康との関係についてのデータ収集と分析,事業所のヒヤリング調査のための旅費に使用予定である。「中食の浸透が食品摂取に及ぼす影響の分析」において行ったインターネット調査の対象を2人以上世帯の女性に限ったことで調査経費を浮かせることができた。次年度は、単身世帯の男女を対象としてインターネット調査を行うこととし、その経費に充てる。
周術期肺傷害におけるＲＡＧＥの役割の研究

ヒト切除肺を用いて研究した。慢性閉塞性肺疾患(COPD)ではI型肺胞上皮細胞と肺胞マクロファージにおけるRAGE(Receptor for advanced glycation end-products)の発現は有意に高く、1秒率と負の相関を認めた。細気管支粘膜上皮細胞では有意な差異は認めず、さらにRAGE発現と喫煙指数、%肺活量との相関はなかった。原発性肺癌でのRAGEの発現は腺癌では分化度、粘液産生能、病期の進行との関連も示唆された。粘液非産生性腺癌の癌進展へのRAGEの関与と、リガンドとしてAGEsの関与が示唆された。ラット肺ではPPAR-γは肺胞水分クリアランスを低下させる。ラット肺での研究:1.肺切除術の周術期モデルの確立を目的とした。SDラットを用い、左虚血再潅流肺傷害モデルを作成して、虚血時間が周術期延命に及ぼす影響を研究した。虚血再潅流は肺傷害のモデルは作成できたが、ラットを延命させることは困難であり、モデルの変更を行った。摘出ラット無潅流肺モデルを作成し、肺虚脱と保存温度がRAGEに及ぼす影響の研究を行った。ラット肺を摘出し、1群4匹:1時間37°Cで肺膨張、2群4匹:1時間37°Cで肺虚脱、3群4匹:1時間4°Cで肺膨張、4群:1時間4°Cで肺虚脱、その後1時間37°Cで肺膨張を行い、5ml生理食塩水で3回肺胞洗浄を行い、洗浄液を保存している。2.糖尿病治療薬のピオグリタゾンは全身浮腫の副作用がある。その薬剤が肺胞水分クリアランスに及ぼす影響を研究した。ピオグリタゾンはナトリウムチャンネルを介する肺胞水分クリアランスを減少させる(論文作成中)。ヒト切除肺での研究:1. RAGE:RAGEはCOPDおよび非COPDの症例6例ずつを染色した。胸膜近くの嚢胞性変化および周囲の肺胞はRAGE陽性であり、RAGE陽性の肺胞マクロファージは極めて少なかった。COPD症例ではRAGE陽性の肺胞マクロファージの集積を嚢胞、嚢胞壁そしてその周囲の肺胞に認めた。I型肺胞上皮細胞およびブラ壁へのRAGEの発現は非COPDに比べ減弱していた。2.AGEs:AGEsは肺癌、非COPDおよびCOPDをそれぞれ2症例染色した。肺癌では血管内皮および肺胞上皮にAGE陽性であり、癌細胞には染まりが悪かった。気道内の繊毛上皮もApilal patternに陽性であった。非COPD症例では繊毛上皮の染まりが肺癌に比べやや弱であった。3. HMGB1:HMGB1は肺癌症例1例のみの染色し、1000倍で染色することとした。ヒト肺で原発性肺癌におけるRAGEの発現と臨床病理学的因子およびAGE、HMGB-1、S100A4発現との関係を研究した。RAGEは扁平上皮癌と比べ腺癌と小細胞癌で亢進していた。腺癌中では低分化な癌で発現が亢進していた。粘液非産生型腺癌は産生型と比し発現スコアが高値を示した。腺癌では進行例で発現スコアの増加傾向を認めた。全例での解析でRAGEとAGEsの発現に逆相関が示された。原発性肺癌でのRAGEの発現は組織型と関係し、腺癌では分化度、粘液産生能と関連し、病期の進行とも関連する。更に、慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)とヒト肺組織におけるRAGE蛋白の発現解析により、そのCOPDの発症と進展における関与を研究した。I型肺胞上皮細胞と肺胞マクロファージにおけるRAGEの発現は、対照群と比較しCOPD群で有意に高く、1秒率と負の相関を認めた。細気管支粘膜上皮細胞では両群間に有意な差異は認めず、さらにRAGE発現と喫煙指数、%肺活量との関連はいずれの細胞群でなかった。肺胞上皮細胞と肺胞マクロファージで発現するRAGEがCOPDの発症と進行に関係する。ラット肺での研究:PPARγ刺激薬は腎臓ではナトリウムチャンネルを介してイオン輸送に関係するが、肺胞上皮細胞における作用機序は不明である。SDラットを用いて肺胞刷分クリアランスを測定して、PPARγ刺激薬であるピオグリタゾンの効果を研究した。肺胞水分クリアランスはピオグリタゾンにより減少した。ピオグリタゾンにナトリウムチャンネル阻害薬を加えると値は更減少した。β2交感神経刺激薬により亢進した。ピオグリタゾンは肺胞上皮細胞のナトリウムイオン輸送を介する肺胞水分クリアランスを抑制し、肺胞水分バランスを調整する。

ラット肺での研究:肺切除術の周術期モデルの確立を目的とした。まずSDラットを用い、左虚血再潅流肺傷害モデルを作成して、虚血時間が周術期延命に及ぼす影響を研究した。その結果、30分の虚血では全ラットが再潅流後に延命し、1.5時間の虚血では再潅流後の延命は困難であった。しかし、乾湿重量法で検討した肺傷害の程度は30分虚血モデルでは軽度であり、1時間モデルでの研究遂行が良いと考えられた。なお、虚血再潅流肺傷害ラットでは血圧、心拍数、気道内圧の測定が不可欠であることが判明したため、生体信号モニタリングシステム一式とコンピュータを購入し、実験中のデータを記録するシステムを確立した。ヒト切除肺での研究:肺癌と気胸で切除した肺葉を用いて気腫化肺、嚢胞化肺、肺癌、正常肺でのRAGE発現を免疫染色にて研究した。その結果、正常肺では肺胞上皮細胞を中心に発現していた。気腫化肺では肺胞上皮細胞での発現はあるものの肺間質に存在するマクロファージにPAGE発現を認め、気腫形成や炎症におけるRAGEの役割が示唆された。肺腺癌に対する切除肺では肺胞上皮細胞のみならず肺癌でのRAGE発現を認め、研究の遂行に際して肺癌の役割を研究する必要性が示唆された。ヒト切除肺を用いたRAGEの発現はRAGE研究の材料、モデルとして適していると考えられた。また、免疫染色に用いた抗体は染色程度も優れており、引き続き使用することが適切せあることが確認できた。ラット肺での研究:研究モデルの確立に時間を要した。ラットでは急性虚血再潅流肺傷害のモデルは作成できたが、傷害後2日以上延命させる慢性モデルの作成は困難である。そのため、無潅流下肺傷害モデルを作成して、移植ドナー肺の保存で重要な肺虚脱と保存温度が肺傷害に及ぼす影響と、RAGEの役割の研究を開始した。このモデルは安定しており、研究が進行中である。肺傷害にピオグリタゾンが重要な働きを有するのは判明し、研究を追加しピオグリタゾンとの関係を研究し、新たな知見が認められたが、論文作成のためには追加研究が必要である。ヒト切除肺での研究:RAGE抗体での免疫染色における濃度調節がむずかしく、その決定に時間を必要とした。しかし、ヒト切除肺での免疫染色方法は確立できた。COPD肺、嚢胞肺での研究は進行しており、新たにAGEsやHMGB1を開始した。研究は順調に進行している。そのため、研究研究計画全体としては、やや遅れていると区分した。ラット肺での研究:研究モデルの確立に時間を要したが、1時間の虚血モデルが周術期肺傷害のモデルとして適切であることが決定できたため、研究は進行すると考えれられる。また、実験中の呼吸循環モニターシステムが確定できたため、データ記録が容易になり研究結果の解析が容易となった。ヒト切除肺での研究:購入したRAGE抗体での免疫染色が難渋したしたが、濃度調節を行った結果、ヒト切除肺での免疫染色方法は確立でき、研究の遂行が可能であることが判明した。平成24年度の研究で達成できなかった研究を遂行するとともに当初の25年度予定の研究を遂行する。肺胞洗浄液のRAGE濃度変化を測定する。また、傷害肺組織におけるRAGEの発現を研究する。さらに、平成24年度以降の研究予定であった酸素濃度、肺保存濃度、低栄養の影響を研究する。また、肺胞水分クリアランスとRAGEの関連を研究する。肺傷害におけるRAGEとピオグリタゾンの関係を研究する。
洪水時の河岸侵食と土砂の氾濫堆積過程

洪水年および平水年における流路変動とそれに伴う河岸侵食を検討するために,バングラデシュの三大河川下流部における河道変動の資料解析と河岸侵食区間を対象とした平面二次元流れの数値解析を行った。まず,1987年から1991年までのランドサットTM写真の解析から,ガンジス河では蛇行曲頂部の発達と移動傾向が若干みられるが,流路の変動や河幅の変化は顕著でなく,ブラマプトラ河では網状・蛇行区間の流路変化と河幅の拡大が顕著で,堆積域より侵食域が大きく,砂州の縮小・消失が大洪水後に進行していることを指摘した。一方,メグナ河の河岸侵食については,砂州の下流への伸長・拡大とそれに対応した河岸侵食が進行していることを明らかにし,数値解析の結果から河岸付近の流速は水位が河岸より上昇すると減少し,実測の水位・流速関係および洪水の逓減期に河岸侵食が顕著になる事実との対応や河岸侵食の卓越する箇所で流速が極大値を示すことなどを明確にした。つぎに,洪水時の土砂の氾濫堆積過程については,氾濫解析における非線形項の上流差分で解の安定化と平滑化を周り,数値粘性が有効となるような非定常性の強い流れとして貯水池決壊による洪水・土砂流出を対象とし,貯水池内で侵食された土砂が下流域へ伝播して堆積する状況が計算された。一方,ピ-ク時の流況のような準定常流解析では,氾濫原と河道部の水深や粗度の相違による横断方向の流速分布を表現するために水平粘性項を付加し,植生で覆われた氾濫原と河道をモデル化して数値解析を行い,氾濫原での水平渦や自然堤防の形成を明らかにするとともに,三隈川(島根)の洪水・土砂氾濫への適用性を示した。また,植生を単純化した多列円柱粗度を有する水路実験を行い,流速および浮遊砂濃度の鉛直分布モデルを提示するとともに,浮遊砂の堆積機構を明らかにした。
高圧環境における予混合乱流燃焼の基礎現象解明と応用

本研究は、高圧乱流燃焼の基礎現象解明を日指し、一定圧力・高圧雰囲気中に保炎された乱流予混合火炎に対し高圧下の乱流火炎構造の詳細な観察、フラクタル特性値に対する圧力効果の調査、高圧下の乱流燃焼速度やフラクタルスケールに対する、乱流スケール・乱れ強さ等との関係を明らかにすることを目的とする。研究の第一段階として、OH-PLIFによる高圧火炎可視化技術の確立を目指し、高圧容器内にノズルバーナを設置し、大気圧から3.0MPaまでのメタン-空気定在火炎に対してNd-YAGレーザーによりポンピングされるOPO波長可変レーザーおよび色素レーザーでOHラジカル(0,0)バンドおよび(1,0)バンドを励起し、OH-LIF強度と圧力との関係を調べた。レーザー線幅および吸収スペクトルのブロードニングの影響を考慮したシミュレーションも併せて行い実験結果と比較した。その結果、圧力の増大に伴うLIF強度低下は吸収スペクトルブロードニングの影響が大きいことが明らかになった。また、励起レーザーの線幅が大きいと線幅が小さい場合に比べてLIF強度は小さいが、圧力増大に対するLIF強度低下も小さくなること、雰囲気圧3.0MPaでは線幅の影響がほとんどなくなることが分かり、実験結果と良好な一致を示した。これらのことから、吸収線スペクトル分布と励起レーザースペクトル分布のオーバーラップを計算することにより高圧下のLIF強度低下を見積もることができることが分かり、OH-PLIFによる計測条件に対する指針が得られた。続いて、OH-PLIF法を高圧乱流火炎の瞬時断面像撮影に適用し、高圧乱流火炎の現象解明を行った。特に、乱流火炎構造の微細化・複雑化を定量的に評価する手法として、OH-PLIF画像に対するフラクタル解析を行った。その結果、u'/S_Lが等しい場合、雰囲気圧力が高いほどフラクタル次元が大きいこと、すなわち火炎構造が複雑化していることが数値的にも明らかになった。圧力が増大するとフラクタルインナーカットオフも低下するが、u'/S_Lに対するインナーカットオフの低下は高圧であるほど小さく、u'/S_Lの全域でインナーカットオフがほぼ一定であることが分かった。このときのインナーカットオフと乱流スケールなど種々の特性スケールを比較したところ、最も相関が強いのが火炎の流体力学的不安定性における擾乱成長率が最大になる特性スケールであることが明らかになった。火炎の流体力学不安定性の重要性は、乱れがほとんどない混合気流に対しても高圧下では明確な不安定性が発生しているという観測結果によっても裏付けられた。本研究は,燃焼学的に未開拓な高圧乱流燃焼の基礎現象解明を目指し,4.OMPaまでの,一定圧力・高圧雰囲気中に保炎された乱流予混合火炎を研究対象とする.

1)高圧下の乱流火炎構造の詳細な観察,2)火炎面積密度およびフラクタル特性値に対する圧力効果,3)高圧下の乱流燃焼速度と上記2つの特性値,乱流スケール・乱れ強さ等の乱流特性との関係を明らかにすることを目的とする.本年度は,火炎の瞬時断面像観測を行うOH-PLIF法を高圧乱流火炎に適用するための基礎実験を行った.はじめに,高圧容器内に層流ノズルバーナを設置し,大気圧から1.0MPaまでのメタン-空気定在火炎に対してNd-YAGレーザーによりポンピングされるOPO波長可変レーザーでOHラジカルの(0,0)バンドおよび(1,0)バンドを励起し,OH-LIF強度と圧力との関係を調べた.レーザー線幅および吸収スペクトルのブロードニングの影響を考慮したシミュレーションも併せて行い実験結果と比較した結果,1)圧力の増大に伴うLIF強度低下は吸収スペクトルブロードニングの影響が大きいこと,2)励起レーザーの線幅が大きいと線幅が小さい場合に比べてLIF強度は小さいが,圧力増大に対するLIF強度低下も小さくなること,3)雰囲気圧3.0MPaでは線幅の影響がほとんどなくなることが分かり,実験結果と良好な一致を示した.これらのことから,吸収線スペクトル分布と励起レーザースペクトル分布のオーバーラップを計算することにより高圧下のLIF強度低下を見積もることができることが分かり,計測条件に対する指針が得られた.続いて,乱流予混合火炎のOH-PLIF可視化に対して最適な条件を明らかにするため,LIFスペクトルを分光器により測定した.その結果に基づき最適な光学フィルターを選定し,更に,集光力の高いマクストフテレスコープを使用して3.0MPaまでのOH-PLIF可視化実験を行った.1.5MPaまでは鮮明な画像が得られたが,2.0MPa以上では燃焼ガス中の水蒸気凝結によるミスト発生により像の鮮明度が低王することが判明し,装置改良の必要性が明らかになった.本研究は,燃焼学的に未開拓な高圧乱流燃焼の基礎現象解明を目指し,一定圧力・高圧雰囲気中に保炎された乱流予混合火災を研究対象とする。高圧下の乱流火災構造の詳細な観察,フラクタル特性値に対する圧力効果の調査,高圧下の乱流燃焼速度やフラクタルスケールに対する,乱流スケール・乱れ強さ等との関係を明らかにすることを目的とする。本年度は,昨年度基礎技術を確立した火災の瞬時断面像撮影を行うOH-PLIF法を高圧乱流火災に適用し,燃焼メカニズムの解明に向けた本格的実験を行った。特に,乱流火災構造の微細化・複雑化を定量的に評価する手法として,OH-PLIF画像に対するフラクタル解析を行った。その結果,u'/S_Lが等しい場合,雰囲気圧力が高いほどフラクタル次元が大きい,すなわち火災構造が複雑化していることが数値的にも明らかになった。また,u'/S_Lの増大と共にフラクタル次元は増大するが,非反応乱流のフラクタル次元には達せず,依然として乱流構造だけでは火災構造が決定されないことが分かった。u'/S_Lが増大するとフラクタルインナーカットオフも低下するが,高圧であるほどその変化が小さく,u'/S_Lのほぼ全域でフラクタルインナーカットオフが一定であることが分かった。このときのフラクタルインナーカットオフの値と乱流スケールなど種々の特性スケールを比較したところ,最も相関が強いのが火災の流体力学的不安定性における擾乱成長率が最大になる特性スケールであることが明らかになった。