hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
東洋医学(和漢薬)の感染看護・感染予防への活用に関する研究

感染予防の3要素は(1)感染源の撲滅(2)感染経路の遮断(3)宿主抵抗力の増強であり、いずれも看護の分野において重要である。本研究では宿主抵抗力の増強に関し,生体防御の中心的役割を果たしているマクロファージ(Mφ)に焦点をあて,和漢薬のMφに及ぼす影響について、インフルエンザウイルス増殖を指標にし、in vitro、in vivoにおいて検討した。その結果、和漢薬の一つである乾姜エキスはMφを刺激し、様々な活性物質を産生することが確認された。中でも、乾姜エキス刺激Mφが産生したTNF-αは抗インフルエンザウイルス作用を示すことが確認された。このことを受け、in vivoにおける乾姜エキスのインフルエンザウイルス感染に及ぼす影響を検討するため、実際にC3H/HeJメス6週齢マウスにインフルエンザウイルス(5000 PFU/50μl)を経鼻的に感染させ、乾姜エキス(600ug/mouse/day)をゾンデにて経口投与した。対照群として同様に水投与群を作製した。体重の推移を観察すると、両群とも感染3日目まで減少傾向にあったが、対照群が感染日数を追うごとに減少してゆくのに対し、乾姜エキス投与群では回復傾向にあった(5日目の体重は対照群13.3g、乾姜エキス投与群16.7g)。生存率を算出すると、対照群では感染4日から死亡し始め、感染6日目の生存率は18.2%であったのに対し、乾姜エキス投与群では5日目から死亡し始め、感染6日目の生存率は55.6%であった。また、気管肺洗浄液中(BALF)のウイルス量をブラック法にて検討した結果、感染1日目のウイルス量は対照群と乾姜エキス投与群の間で有意な差は認められなかったが、感染3日より、それぞれ33.5×10^5、16.7×10^5PFU/BALFで有意な差が認められた。感染5日目では、乾姜エキス投与群のウイルス量は1.5×10^5PFU/BALFで対照群の約12%にまで減少していた。これらの結果より,乾姜含有和漢薬の服用がMφの活性化をもたらし,インフルエンザ予防に通じる可能性を期待できることが示唆された。本研究では宿主抵抗力の増強に関し,生体防御に中心的役割を果たしているマクロファージ(Mφ)に焦点をあて,和漢薬のMφに及ぼす影響をインフルエンザウイルス増殖を指標にして検討した。【材料と方法】和漢薬:乾姜エキス(乾姜)を用いた。細胞とウイルス:MφとしてRAW264.7(RAW)細胞、ウイルス増殖にはMDCK細胞、ウイルスはインフルエンザウイルスA/Aichi/2/68株を用いた。Mφの乾姜による刺激:RAW細胞を乾姜存在下あるいは非存在下で一定時間培養後,得られた培養上清を乾姜CMとした。ウイルス増殖実験:ブラック法にて測定した。刺激刺激RAW細胞の腫瘍壊死因子(TNF)-αmRNA発現とTNF-α産生は、RT-RCR法およびELISA法にて検討した。ウイルスタンパク質発現検討はウェスタンブロッティング法を行った。【結果】感染細胞への乾姜直接添加はウイルス増殖抑制しなかったが、乾姜CMはウイルス増殖を抑制した。乾姜刺激RAW細胞からTNF-αmRNAが検出され、実際にタンパク質としてCM中に産生分泌されていた。乾姜CMにて培養した感染細胞からはウイルスタンパク質合成が阻害されていた。【考察】本研究から,乾姜は直接的にインフルエンザウイルス増殖を抑制しないが,Mφを介して抗インフルエンザウイルス作用を発揮することが明らかにされた。また,乾姜CM中の活性物質の一部にTNF-αが関与していることが示唆された。乾姜CMのウイルス増殖抑制作用機序の一つとして、ウイルスタンパク質合成阻害が認められた。これらの結果は,乾姜含有和漢薬の服用がMφに活性をもたらし,インフルエンザ予防に通じる可能性を期待させるものであり,今後in vivoの研究で,この点を検討してゆく予定である。

生存率を算出すると、対照群では感染4日から死亡し始め、感染6日目の生存率は18.2%であったのに対し、乾姜エキス投与群では5日目から死亡し始め、感染6日目の生存率は55.6%であった。また、気管肺洗浄液中(BALF)のウイルス量をブラック法にて検討した結果、感染1日目のウイルス量は対照群と乾姜エキス投与群の間で有意な差は認められなかったが、感染3日より、それぞれ33.5×10^5、16.7×10^5PFU/BALFで有意な差が認められた。感染5日目では、乾姜エキス投与群のウイルス量は1.5×10^5PFU/BALFで対照群の約12%にまで減少していた。これらの結果より,乾姜含有和漢薬の服用がMφの活性化をもたらし,インフルエンザ予防に通じる可能性を期待できることが示唆された。
超解像フォトサーマル顕微測定によるソフトマター系の非平衡ナノ物性研究

光吸収性分子の分布を高空間分解能・高感度で光学的に可視化できるフォトサーマル顕微鏡を開発し、それを用いてゲルを対象とたソフトマター系のミクロ物性を計測した。具体的には(1)ゲル中の極微スケールの熱伝搬過程、(2)熱発生によって引き起こされるゲル中のナノ粒子の運動を測定した。これらの測定結果から微視的に不規則な構造をもつソフトマター系の熱伝搬過程と、熱により駆動される非平衡系としてのミクロな運動との関係を明らかにした。高分子、液晶、生体物質など、非一様構造に由来する大きな内部自由度をもつソフトマター系の多様な物性を理解するには、物質内の様々な運動モードを微視的に観察する必要がある。本研究は申請者が独自に開発した世界最高の空間分解能(100nm)を持つ超解像フォトサーマル顕微鏡を用いて、ソフトマター系のナノスケールの非平衡過程の解明を目的とする。具体的には(1)ナノ領域の熱伝搬、(2)熱発生によって引き起こされる非平衡下でのナノ粒子の運動・揺動を測定する。さらにこれらの測定結果から熱伝搬(散逸)と運動・揺動との関係について明らかにする。本年度は、レーザー光を高速走査するためにスキャニングミラーを組み込んだ顕微測定システムの構築を行った。またそのための測定用ソフトウエアを開発した。それにより、非一様なゲル中に分散したナノ粒子の特徴的運動を高時間分解で観察することができるようになった。さらに高感度でフォトサーマル信号を検出するための空間分割バランス検出法を発案し、その有用性を確認した。この方法は試料を透過した検出光の中心部と辺縁部を分離しバランス検出することで、PT信号強度を従来法と比べて約2倍向上させる検出法である。また透過光の雑音(同相モード)を抑えることができるため、ショット雑音限界近い高感度検出が可能となる。実際に空間分割バランス検出法をレーザー走査顕微鏡に実装するため同心円2分岐ファイバ束を製作し、信号雑音比を従来法と比べて約5倍向上させることに成功した。また熱伝搬の周波数応答計測のための高速ロックインアンプの試作を行った。計画では初年度はスキャニングミラーの導入等、現有の実験系を本研究の目的に合わせて発展させる予定で、その目標はおおよそ達成された。また当初計画していなかった空間分割バランス検出法を新しく発案し、実際に実験系に導入して本研究の遂行に非常に有用であることを確認した。本研究は申請者が新たに開発した超解像フォトサーマル顕微鏡を用いて、ソフトマター系のナノスケールの非平衡過程の解明を目的とする。具体的には(1)非一様媒質中のナノ領域の熱伝搬、(2)熱発生によって引き起こされる非平衡下でのナノ粒子の運動・揺動を測定する。本年度は、実験装置の移設にともなう光学系の再セットアップを機に、今まで水平方向に配置していた顕微光学系を倒立型に変更した。それにより液状試料の観察が容易になり、さらに長時間観察する際の試料の位置ずれや機械的振動を改善した。この装置により非一様なゲル中に分散したナノ粒子を観察したところ、ホッピングしながら粒子がランダムに運動する非ブラウン運動を観察することができた。計画では粒子の運動を単一粒子追跡法により測定する予定であったが、通常のラスター走査イメージングをより高速化させることで、ある程度は運動の追跡ができることが分かった。そのため高速イメージングに向けて応答性を向上させた新しい光検出器を設計・製作した。また熱伝導度を高精度で測定するための多チャンネルロックインアンプを設計・製作した。さらに単一粒子追跡法のための計測・制御用プログラムを作成した。また前年度に信号雑音比を向上させるために導入した空間分割バランス検出法の最適化を行い、従来法と比べて約10倍向上させることに成功した。28年度は多チャンネルロックインアンプの設計・製作と、単一粒子追跡のための計測・制御プログラムの作成と測定をおこなう予定であった。しかし現在の所属機関への転入による装置の移設と再セットアップ、および新しい実験室の実験環境の整備に時間を要したため、装置の製作が遅れた。一方で、単一粒子の追跡ではなく、通常のラスター走査によるイメージングを高速化させることでも粒子の運動を計測できることが分かった。そのため、走査イメージングと単一粒子追跡法の2つの方法により粒子の運動を測定するよう計画を変更した。そのため計画全体としては、おおむね順調に進展している。本研究は超解像フォトサーマル顕微鏡を用いて、ソフトマター系のナノスケールの非平衡過程の解明を目的とする。具体的には(1)非一媒質中のナノ領域の熱伝搬、(2)熱発生によって引き起こされる非平衡下でのナノ粒子の運動を測定する。さらにこれらの測定結果から熱伝搬(散逸)とそれにより引き起こされる非平衡下の運動との関係について明らかにする。最終年度は上記の測定を行うための装置を完成させた。高感度でナノ粒子の運動とその近傍の熱伝搬計測を行うため、前年度までに提案した新しい光検出法を既設の顕微鏡に実装する必要がある。そのために受光面積が大きく、かつ光刺激による熱応答を測定するため10MHzの帯域をもつバランス型光検出器を設計・製作した。光検出回路の素子を最適化することで雑音等価電力を既設の光検出器と比べて1/15に低減させることができた。

さらに波長安定化半導体レーザーを導入し、強度雑音を抑えショット雑音限界の高感度で測定できるようになった。また信頼性の高い熱拡散率の計測のために、多周波数での熱刺激応答を同時に測定できるシステムを完成させた。またガルバノミラーを用いて単一分子(ナノ粒子)を高速追跡するための光学系の構築と制御プログラムを作製した。以上の装置製作を終え、実際にアガロースゲル中の金ナノ粒子を対象にその動きと近傍の熱拡散率を計測した。ゲル中にトラップされた状態の金ナノ粒子は光刺激によりホッピング運動を起こす様子が観察された。光刺激の大きさを変化させながら粒子の動きを時間分解能9 ms,位置精度12 nmで追跡し、同時に近傍の熱拡散率を測定した。さらに統計的解析からそれらの関係を明らかにした。光吸収性分子の分布を高空間分解能・高感度で光学的に可視化できるフォトサーマル顕微鏡を開発し、それを用いてゲルを対象とたソフトマター系のミクロ物性を計測した。具体的には(1)ゲル中の極微スケールの熱伝搬過程、(2)熱発生によって引き起こされるゲル中のナノ粒子の運動を測定した。これらの測定結果から微視的に不規則な構造をもつソフトマター系の熱伝搬過程と、熱により駆動される非平衡系としてのミクロな運動との関係を明らかにした。今後は高精度熱伝搬計測のための高速多チャンネルロックインアンプの製作する。さらに多チャンネルロックイン検出法を応用した高速粒子追跡法を開発し、液体・ゲル中のナノ粒子の運動を高速・高精度で追跡する。さらにこれらの測定から熱伝搬とナノ粒子の運動の関係を明らかにし、当初の目的であるソフトマター系のナノスケールの非平衡過程の解明を目指す。29年度は熱伝導度を高精度で計測するための多チャンネルロックインアンプの製作を完了する。さらに単一粒子追跡と高速走査イメージングにより、ゲル中のナノ粒子の運動を計測する。これらの測定から熱伝搬とナノ粒子の運動との関係を明らかにする。応用光計測初年度に本経費で購入する予定であったガルバノスキャナを別経費で購入したため、次年度使用額が生じた。平成28年度には,多チャンネルロックインアンプを設計・製作する予定であったが、現在の所属先への転入により、実験機器の移設と再セットアップ、および新しい実験室の実験環境の整備に時間を要したため、製作が遅れることとなった。このため、当初想定していた電子部品や光学部品の購入が未完了になり、未使用額が発生した。次年度使用額は所属変更に伴う実験装置類の運送費、実験環境整備のためオシロスコープ等の汎用計測装の購入費、及び測定精度向上のための多チャンネル高速ロックインアンプ作製費として使用する。未使用額は多チャンネルロックインアンプの製作と光学系構築を完了するための経費に充てる。
重力系・宇宙・マクロ量子系への準平衡統計力学-加法性の無い構造の進化と統計-

重力系へのアプローチでは、バイオレント緩和を経て出現する普遍的な構造を解析した。特に、温度-質量関係や局所ビリアル関係を提唱し、その普遍性から得られる一般的な密度プロファイルを得た。また、速度分散の非等方性を加味した静水圧平衡の式を解くことにより、ポリトロープ解との比較や銀河の表面輝度分布の観測との比較を行った。さらに従来、重力の作る構造の解析において広く使われきたゼルドビッチ近似が、なぜ有効なのかを、特に系の空間次元に着目して、低次元ほど近似精度が高まることをデモンストレーションした。宇宙へのアプローチでは、膨大なSDSS銀河データを解析し、特にボイド確率を計算することによって、この重力系を記述する正しい統計力学を見出した。特にAIC指標を使うことによって恣意的な理論比較を廃し、Tsallis非加法統計力学の優位性を結論付けた。これをN体計算と比較した。宇宙へのアプローチ2では、宇宙を初期にさかのぼって、暗黒物質として存在するボゾンがアインシュタイン凝縮する宇宙モデルを構築発展させた。これによると宇宙初めの天体は、ブラックホールとその周りに降着円盤を持つクエイサーである。またこのモデルが意外にも線形揺らぎの変形の副作用を持たないことなども示した。また、このモデルから予言される特徴的な構造が銀河サイズになりうることや、赤方偏移について対数周期的な構造があることも解明した。マクロ量子系へのアプローチでは、量子ゼノー効果が間接測定においては一般に不可能であることを示した。特にその不可能条件を波動ゾーン条件として明確化し、完全・不完全観測のすべての場合を尽くして、量子ゼノー効果との関連を議論した。また、量子観測過程そのものに物理的なモデルを導入した。特に相転移における自発的対称性の破れをその基本機構と捉える仮説を提唱し、それに基づいて、量子測定過程が4つの基本機構からなることを見出した。すなわち、エンタングルメント、量子相関崩壊、C数秩序変数の出現、そして量子相関形成である。さらにボルンの確率解釈を部分的ではあるが導いた。1.ゼルドビッチ近似妥当性の考察(1番の文献)従来、重力の作る構造の解析において広く使われきたゼルドビッチ近似が、なぜ有効なのかを理論的に解析した。特に系の空間次元に着目して、低次元ほど近似精度が高まることをデモンストレーションした。2.外部観測者による量子ゼノ効果の非存在証明(2番の文献、及び現在投稿中)量子力学が予言する量子ゼノ効果は、現在までのところ直接観測に対するものしか実験で確認されていない。その一般化として、間接観測に関する量子ゼノ効果が可能性であることを議論した。3.自己重力系における、重力のフーリエ則、DT分布と局所ビリアル関係(現在投稿中)自己重力多体系の「冷たい」初期条件からの崩壊において、速度分布の非ガウス的な普遍分布関数(DT分布)を見出した。これを自然に導く原理として、重力のフーリエ則を提唱した。一方、速度分散に関しても、局所ビリアル関係が一般に成立することを見出した。これらを組み合わせて、普遍的な密度分布を得て、これを観測と比較した。4.アインシュタイン・ボーズ凝縮の宇宙モデル(研究会報告、及び現在投稿準傭中)引力相互作用を持ったあるボソンが、アインシュタイン・ボーズ凝縮を起こして暗黒エネルギーとなる宇宙モデルを提唱した。負の圧力が、大局的には加速膨張を引き起こし、局所的には暗黒エネルギーの崩壊とブラックホール形成を促す。

銀河中心に必ず大きなブラックホールが存在することと、銀河には離散的なジェットが付随することなどを示した。5.重力の非加法性と裾引き分布関数(現在投稿中)自己重力系が持つ基本的な統計的性質を、非加法性と裾引き分布関数に絞って考察した。特に、銀河のボイド確率が、さまざまな統計力学においてどのように表現されるかを考察し、観測と比較した。重力系へのアプローチでは、バイオレント緩和を経て出現する普遍的な構造を解析した。特に、たくさんの数値計算から、温度-質量関係や局所ビリアル関係を提唱し、その普遍性から得られる一般的な密度プロファイルを得た。また、速度分散の非等方性を加味した静水圧平衡の式を解くことにより、ポリトロープ解との比較や銀河の表面輝度分布の観測との比較を行った。宇宙へのアプローチでは、膨大なSDSS銀河データを解析し、特にボイド確率を計算することによって、この重力系を記述する正しい統計力学を見出した。特にAIC指標を使うことによって恋意的な理論比較を廃し、Tsallis非加法統計力学の優位性を結論付けた。宇宙へのアプローチ2では、宇宙を初期にさかのぼって、ボゾンがアインシュタイン凝縮する宇宙モデルを構築発展させた。これによると宇宙初めの天体は、ブラックホールとその周りに降着円盤を持つクエイサーである。これは以降の宇宙再イオン化や初期星形成に著しい利点をもたらす。またこのモデルが意外にも線形揺らぎの変形の副作用を持たないことなども示した。マクロ量子系へのアプローチでは、量子ゼノー効果が間接測定においては一般に不可能であることを示した。特にその不可能条件を波動ゾーン条件として明確化し、完全・不完全観測のすべての場合を尽くして、量子ゼノー効果との関連を議論した。また、量子観測過程そのものに物理的なモデルを導入した。特に相転移における自発的対称性の破れをその基本機構と捉える仮説を提唱し、それに基づいて、量子測定過程が4つの基本機構からなることを見出した。すなわち、エンタングルメント、量子相関崩壊、C数秩序変数の出現、そして量子相関形成である。さらにボルンの確率解釈を部分的ではあるが導いた。重力系へのアプローチでは、重力が作る基礎構造の解明のために、バイオレントな緩和を実現するモデルを数値計算し、ここで普遍的な関係式として見出された、局所ビリアル関係や温度-質量関係の普遍性を議論した。特に速度分散の非等方性と2体緩和過程の相関や、静水圧平衡の式と組み合わせてできる方程式系のアトラクターの議論を以下の論文にまとめた。宇宙へのアプローチ2では、先ごろ提唱したボーズアインシュタイン凝縮する宇宙モデルを発展させるために、相対論的なグロスピタエフスキー方程式を導いた。これに基づいて、対数周期的なBEC崩壊や、インフレーションの新しいモデルを提唱した。Relativistic gross-pitaevskii equation and the cosmological Bose Einstein
人間ー機械・システム協調のための高次コミュニケ-ションに関する基礎的研究

本重点領域研究の目的は、機械システムが真に人間の道具として役立つように、機械システムが人間に合わせて協調する新しいコミュニケ-ションと、情報処理の基礎研究を行うことである。平成2年度は、次のグル-プ毎に各研究テ-マを個別的に進め、総括班(本研究)が全体を把握しまとめた。(O)総括、(A)高次コミュニケ-ションの基礎研究グル-プ、(B)高次コミュニケ-ションの研究グル-プ、(C)知能インタフェ-スの研究グル-プ、(D)高次コミュニケ-ションシステム構築に関する研究グル-プ(O)は本研究全体を総括する。(A)では、高次コミュニケ-ションを情報の認知、理解、推論、さらに行動に至る総合的なプロセスとして捉え、この立場から本重点領域研究の基礎を与える理論的研究を行った。(B)では、人間と機械が協調するための高次コミュニケ-ションの研究を知識と知識の相互作用の観点から推進した。(C)では、メディアを通しての人間ー機械間のコミュニケ-ションの動的モデルと、知識の形成過程について研究した。(D)では、高次コミュニケ-ションを実現するためのシステム構成論の研究を行った。平成2年10月30日には、公開シンポジウム「知的通信の実現を目指して」を、さらに平成3年3月9日には「ブレイン・コンピュ-ティング・シンポジウム」盛会裡に開催した。また平成3年3月12日には、各グル-プ・メンバの研究成果を発表し討論する集会を行い、本重点領域まとめを行った。
副嗅覚系におけるフェロモン情報処理の神経機構

1.副嗅球僧帽細胞-顆粒細胞間相反性シナプスの性質a.僧帽細胞から顆粒細胞への興奮性シナプス伝達僧帽細胞の自発性脱分極により、顆粒細胞にはグルタミン酸を介する興奮性シナプス電流(EPSC)が生じる。昨年度の成果発表を行った際、よりEPSCの発生頻度の高い標本を用いた方が理想的であるとの指摘を受けた。本年度は、相反性シナプス伝達のうち、この興奮性シナプス伝達をより精密に調べる為、マウス副嗅球スライス標本を作製し、ホールセル法を用いて各種薬物のEPSCに対する効果を顆粒細胞より記録した。その際、高頻度にEPSCを発生している組織を用いた。mEPSCの大きさおよび発生頻度は、DCG-IV(mGluR2作動薬)の投与によりいずれも減少した。本年度の結果は、mGluR2が僧帽細胞膜からのグルタミン酸放出の抑制、および顆粒細胞でのグルタミン酸応答の発現抑制の双方に関与していることを示唆した昨年度の研究結果を、さらに高精度なレベルで支持した。2.末梢におけるフェロモン情報変換機構健全な鋤鼻スライスを作成することが必須である為、電位刺激により鋤鼻感覚細胞に発生するNa電流の大きさ(I_<Na>)を指標としてスライス作成方法の改良を行った。その結果、従来報告されていた類似条件下での値(I_<Na>=1.27nA)を大きく上回る上質のスライスを得るのに成功した(I_<Na>=1.97±0.16,n=3)。次に、感覚細胞のフェロモンに対する応答特異性を効率良く記録する為、Ca^<2+>イメージング法の適用を新たに試みた。5×10^<-5>M 2-heptanone(フェロモン物質)のみならず、同濃度のtrans2-hexenal(青葉アルデヒド)でもCa^<2+>応答が生じた。このことは、みどりの香り(生理活性作用を有する)が主嗅覚系のみならず鋤鼻系を介して(おそらく神経内分泌的に)生体に影響を及ぼす可能性があることを示唆した。副嗅球僧帽細胞-顆粒細胞間相反性シナプスの性質1.僧帽細胞から顆粒細胞への興奮性シナプス伝達僧帽細胞の自発性脱分極により、顆粒細胞にはグルタミン酸を介する興奮性シナプス電流(EPSC)が生じる。本年度は、相反性シナプス伝達のうち、この興奮性シナプス伝達を調べる為、マウス副嗅球スライス標本を作製し、ホールセル法を用いて各種薬物のEPSCに対する効果を顆粒細胞より記録した。細胞外液としてピクロトキシンおよびテトロドトキシンを含みMg^<2+>を含まないRinger溶液を用いたときに、顆粒細胞から記録されるmEPSCの大きさは、15.1±2.2pAであった。これに対して、DCG-IV(mGluR2作動薬)存在下でのmEPSCは11.1±1.3pA(DCG-IV投与前の74±9%:n=10)であった。一方、mEPSCの発生頻度は、DCG-IVの投与により0.78±0.11Hzから0.51±0.11Hz(DCG-IV投与前に記録した頻度の66±14%;n=10)に減少した。以上の結果かち、mGluR2が僧帽細胞膜からのグルタミン酸放出の抑制、および顆粒細胞でのグルタミン酸応答の発現抑制の双方に関与していることが示唆された。先に研究代表者は、DCG-IVの細胞外投与により相反性シナプス電流が顕著に抑制されることを見出したが、その作用部位については不明な点が多かった。本年度の研究結果により、mGluR2の副嗅球相反性シナプス伝達における作用部位の一部を明らかにした。2.電流刺激に対する顆粒細胞の脱分極応答副嗅球の顆粒細胞に様々な条件下で活動電位を発生させ、主嗅球で報告されているような活動電位発生後に生じる持続性脱分極応答の測定を試みたが、観測できなかった。このことは、相反性シナプス伝達の機構が主嗅球と副嗅球で異なることを示唆した。

その結果、従来報告されていた類似条件下での値(I_<Na>=1.27nA)を大きく上回る上質のスライスを得るのに成功した(I_<Na>=1.97±0.16,n=3)。次に、感覚細胞のフェロモンに対する応答特異性を効率良く記録する為、Ca^<2+>イメージング法の適用を新たに試みた。5×10^<-5>M 2-heptanone(フェロモン物質)のみならず、同濃度のtrans2-hexenal(青葉アルデヒド)でもCa^<2+>応答が生じた。このことは、みどりの香り(生理活性作用を有する)が主嗅覚系のみならず鋤鼻系を介して(おそらく神経内分泌的に)生体に影響を及ぼす可能性があることを示唆した。
密度不均質を伴う乱流の数値予測に関する研究

1.二次元せん断流において生じる流動と混合の挙動を数値シミュレーションした.せん断層には周期的なうずが発生すること,うずによって二流体が巻き込まれ混合が促進すること,下流ではうずの合体が生じること等が予測された.うずの発生周期,ぜん断層の速度分布やその発達の実験結果を予測できることを示した.また,主流を加振した場合のうずの発生は加振周波数の整数倍になること,この傾向は実験の結果を予測していることを示した.また,反応を伴う場合,うずの生成が抑制される傾向があること,この原因として密度変化による膨脹,動粘性係数の増加が考えられた.2.N_2ガス中にCO_2を非定常的に円管から噴出したときの流動と混合の数値シミュレーションを物性値,密度の変化を考慮した基礎方程式に基づき行った.噴流中に規則的に渦が形成されること,渦内部に周囲流が巻き込まれ混合が促進されること,第2番目の渦が第1番の渦に吸収合体されること等の結果が得られ,実験で得られている結果をよく予測されることがわかった.噴流先端の到達距離も計算は実験をよく予測できることがわかった.3.管内旋回乱流における流動と混合を〓ε二方程式モデルと応力方程式モデルにより予測し,実験と比較した.〓ε二方程式モデルでは実験で得られている剛体渦的領域内での混合の抑制現象や流れ場を予測できないが応力方程式モデルでは予測できることがわかった.また,その原因が明らかとなった.1.二次元せん断流において生じる流動と混合の挙動を数値シミュレーションした.せん断層には周期的なうずが発生すること,うずによって二流体が巻き込まれ混合が促進すること,下流ではうずの合体が生じること等が予測された.うずの発生周期,ぜん断層の速度分布やその発達の実験結果を予測できることを示した.また,主流を加振した場合のうずの発生は加振周波数の整数倍になること,この傾向は実験の結果を予測していることを示した.また,反応を伴う場合,うずの生成が抑制される傾向があること,この原因として密度変化による膨脹,動粘性係数の増加が考えられた.2.N_2ガス中にCO_2を非定常的に円管から噴出したときの流動と混合の数値シミュレーションを物性値,密度の変化を考慮した基礎方程式に基づき行った.噴流中に規則的に渦が形成されること,渦内部に周囲流が巻き込まれ混合が促進されること,第2番目の渦が第1番の渦に吸収合体されること等の結果が得られ,実験で得られている結果をよく予測されることがわかった.噴流先端の到達距離も計算は実験をよく予測できることがわかった.3.管内旋回乱流における流動と混合を〓ε二方程式モデルと応力方程式モデルにより予測し,実験と比較した.〓ε二方程式モデルでは実験で得られている剛体渦的領域内での混合の抑制現象や流れ場を予測できないが応力方程式モデルでは予測できることがわかった.また,その原因が明らかとなった.
fおよびd電子系の高エネルギ-分光理論

1 fおよびd電子系の高エネルギ-分光理論における不純物アンダ-ソン模型を拡張し、原子内多重項結合効果と原子間電子移動効果を統一する新しい理論を作り、その電子計算機プログラムの開発をおこなった。この理論をCeO_2およびPrO_2における稀土類3d・4d内殻光吸収スペクトルの多重項構造の解析に適用し、従来未解決であったスペクトル構造の成因を明らかにし、数年来の論争を終結させることに成功した。また、種々の稀土類酸化物や酸化物高温超伝導体の内殻光電子スペクトルの多重項構造を解析し、原子間電子移動効果の重要性を示した。さらに、酸化物高温超伝導体のように異方性の強い系では、内殻光電子スペクトルに偏光依存性が生じることを初めて理論的に予言した。2稀土類酸化物R_2O_3(R=LaYb)、RO_2(R=Ce、Pr、Tb)およびアクチナイド酸化物AO_2(A=ThCm)の内殻光電子スペクトルを系統的に解析した。また、磁場中のアクチナイド原子に対して、X線磁気二色性スペクトルの計算をおこなった。3稀土類化合物LaF_3、CeF_3、CeO_2の4f→3d、5p→3dおよび3d→2p電子遷移にともなう発光スペクトルを、共鳴励起と非共鳴励起の両方の場合について二次光学過程の定式化にしたがって計算した。二次の過程に特有の量子力学的干渉効果の重要性を指摘し、また、放出X線の偏光特性や光電子・光子同時計測スペクトルの計算を実行した。4酸化物高温超伝導体の内殻電子の光吸収、光電子および発光スペクトルの計算を不純物アンダ-ソン模型を用いて行い、電子状態を記述するパラメタ-を推定した。また、YBaCuO系超伝導体のCu2pおよびO1s内殻光吸収スペクトルの偏光特性の解析から、正孔の分布を明らかにした。さらに、BiSrCaCuO系超伝導体のCu2p光吸収の偏光特性に対して、CuO格子の菱形歪みの効果を論じた。1.fおよびd電子系の高エネルギー分光理論におけるアンダーソン膜型を更に精密化し、fおよびd電子間、およびそれらと内殻正孔間のクーロン・交換相互作用やスピン軌道相互作用を考慮して多重項構造を求める理論を定式化した。この理論の特長は、fおよびd電子系の複雑な多重項ちおいても、原子内多重項理論と原子間電子移動効果を融合・統一したスペクトルの数値計算を可能にしたところである。この理論をCeO_2のCe4d吸収スペクトルに適用し、従来未解決であったスヒペクトル構造の成因を明らかにし、数年来の論争を終結させることに成功した。また、高温超伝導体のCu2P光電子スペクトルの多重項構造を解析し、原子間電子移動効果の異方性が特に重要であることを初めて明らかにした。2.稀土類酸化物R_2O_3(R=LaYb)およびRO_2(R=Ce,Pr,Tb)の3d内殻光電子スペクトルを系統的に解析し、新しいスペクトル分裂の機構を提案した。また、同様な解析をアクチニド酸化物に拡張するための予備計算を行った。3.稀土類化合物LaF_3,CeF_3,CeO_2の4f→3dおよび5p→3d電子遷移にともなう発光スペクトルを二次光学過程の定式化にしたがって計算した。

発光スペクトル形状が、中間状態における4f・価電子間混成による緩和と内殻正孔の寿命による緩和過程の競合に影響されることを見出し、この現象を二次の過程に特有の量子力学的干渉効果によって説明した。4.酸化物高温超伝導体の内殻光放出スペクトル、内殻光電子スペクトル、および内殻光放出スペクトルの計算を不純物アンダーソン模型を用いて行い、電子状態を記述するパラメターの推定を行った。また、光吸収スペクトルの偏光特性の解析から、ドープされた正孔の対称性に関する考察を行った。1fおよびd電子系の高エネルギ-分光理論におけるアンダ-ソン模型を拡張し、原子内多重項結合効果と原子間電子移動効果を融合・統一する理論を作った。特に、今年度は混成相互作用の異法性を取扱う計算機プログラムの開発に成功した。この理論を用いて、PrO_2のPr3d吸収スペクトルや種々の稀土類酸化物の3d・4d光電子スペクトルの多重項構造の解析をおこなった。また、La_2CuO_4のように異法性の強い系の内穀光電子スペクトルに偏光依存性が生じる可能性を初めて理論的に予言した。2アクチナイド酸化物AO_2(A=ThCm)の4f内穀電子スペクトルを系統的に解析し、5f電子間のク-ロンおよび交換相互作用の重要性を指摘した。また、磁場中のアクチナイド原子に対して、。X線磁気二色性スペクトルの系統的な計算をおこなった。3稀土類酸化物LaF_3,CeF_3,CeO_2の5p→3dおよび3d→2p電子遷移にともなう発行スペクトルを二次光学過程の理論により定式化し、3d→4fおよび2p→5d共鳴励起の効果を明らかにした。また、同様な理論を酸化物高温超伝導体におけるCu2p→3d共鳴励起下での3d→2p発光スペクトルの計算にも適用し、放射X線の偏向特性が電子状態に関する重要な知見を与えることを示した。さらに、稀土類酸化物、酸化物高温超伝導体の双方について、非共鳴励起下で、光電子・光子同時測定スペクトルの計算を初めて実行した。4酸化物高温超伝導体のCu2p内穀光電子スペクトルをCu^<2+>とCu^<3+>の両方に対して計算し、その多重項構造の相違を明らかにした。また、YBaCuO系超伝導体のCu2pおよびO1s内穀光吸収スペクトルの偏光特性の解析から、正孔の分布を明らかにした。さらに、BiSrCaCuO系超伝導体のCu2p光吸収に対して、CuO格子の菱形歪みの効果を論じた。
放射過程を含んだ中層大気大循環モデルの開発

東京大学気候システム研究センターで開発されている大気放射スキームや,Fomichevによって開発されている中層大気放射スキームを九州大学中層大気大循環モデルに導入しモデルを完成させることを試みた.前者のスキームは短波放射および長波放射を統一的に表現できる総合的な放射スキームであり,今年度は対流圏・下部成層圏モデルに組み込んでそのテストを行った.Fomichevのスキームは長波放射スキームであり,高度70km以上のnon-LTE領域まで表現できる.今回のモデルでは対流圏から下部成層圏にかけてはChouの放射スキームを導入し,成層圏中間圏では長波放射にはFomichevのスキームを,短波放射にはStrobelの放射スキームを導入し,70km以上のnon-LTE領域ではCO2による長波放射にはFomichev,NOにはKochartsのスキームを,短波放射にはStrobelのスキームを導入した.その結果,下部熱圏の放射過程を正しく評価したモデルの場合には,中間圏界面の弱風層を実現するためには,より強いEP-flux収束発散が必要であることがわかった.さらに,オゾンの生成輸送をモデルに組み込むことにより,成層圏・中間圏での3次元的オゾンの変動や,オゾンホール現象に伴う中層大気大循環の変動についても研究を行った.このモデルの南極付近に人為的にオゾンホールを発生させ,それによる中層大気大循環の変動について調べた.その結果オゾンホールのオゾン減少域では温度下降が,その上の領域では温度上昇が見られた.これは観測結果とも定性的に一致している.この変動の原因はオゾン減少による冷却化とそれに伴う極夜jetの強化,プラネタリー波の活動度増加,子午面残差下降流の強化により説明できる.東京大学気候システム研究センターで開発されている大気放射スキームや,Fomichevによって開発されている中層大気放射スキームを九州大学中層大気大循環モデルに導入しモデルを完成させることを試みた.前者のスキームは短波放射および長波放射を統一的に表現できる総合的な放射スキームであり,今年度は対流圏・下部成層圏モデルに組み込んでそのテストを行った.Fomichevのスキームは長波放射スキームであり,高度70km以上のnon-LTE領域まで表現できる.今回のモデルでは対流圏から下部成層圏にかけてはChouの放射スキームを導入し,成層圏中間圏では長波放射にはFomichevのスキームを,短波放射にはStrobelの放射スキームを導入し,70km以上のnon-LTE領域ではCO2による長波放射にはFomichev,NOにはKochartsのスキームを,短波放射にはStrobelのスキームを導入した.その結果,下部熱圏の放射過程を正しく評価したモデルの場合には,中間圏界面の弱風層を実現するためには,より強いEP-flux収束発散が必要であることがわかった.さらに,オゾンの生成輸送をモデルに組み込むことにより,成層圏・中間圏での3次元的オゾンの変動や,オゾンホール現象に伴う中層大気大循環の変動についても研究を行った.このモデルの南極付近に人為的にオゾンホールを発生させ,それによる中層大気大循環の変動について調べた.その結果オゾンホールのオゾン減少域では温度下降が,その上の領域では温度上昇が見られた.これは観測結果とも定性的に一致している.この変動の原因はオゾン減少による冷却化とそれに伴う極夜jetの強化,プラネタリー波の活動度増加,子午面残差下降流の強化により説明できる.本研究は放射過程を含んだ中層大気大循環モデルの開発を主眼としている.本年度は赤外放射スキームの開発を東京大学気候システム研究センターで行う(中島分担)と共に,九州大学において大気モデルの開発を行った.大気モデル開発は,1)フォミチェフの赤外放射パラメタリゼーションを導入した中層大気モデルの開発2)下部熱圏へのイオンドラッグ効果の導入と,ダイナモによる磁場変動の計算3)オゾン化学輸送モデルの開発の3点を柱として行われた.1)ではT42・T21モデルを使って計算を行い,水平分解能の違いによるモデルの能力の評価を行った.T42では80km以上の高度で風速が弱まり現実の分布に近づくことが示された.しかし,成層圏においては両モデルとも風速が強く,モデルによる差は小さかった.この結果は,より小スケールの運動(内部重力波)の効果を取り入れる必要性を示している.2)ではイオンドラッグ効果の導入により,高度80km以上で平均風速や1〓潮汐が弱まることがわかり,イオンドラッグ効果が中層大気大循環に大きな影響を与えることが示された.また,得られた下部熱圏の風速を使い磁場の変動を計算した.その結果,たとえ太陽活動の変動はなくても下層大気の変動の影響のみによって,有為な大きさの磁場のday-to-day変動が生じることが示された.3)では開発したモデルを使って全オゾン量の季節変動を計算し観測値と比較して,モデルの性能を評価検討した.また,オゾンの3次元的分布の比較検討も行った.その結果,波動による極向き輸送が過小であること,下層でのオゾン消滅過程に問題があることがわかった.本研究は放射過程を含んだ中層大気大循環モデルの開発を主眼としている。前年度に引き続き本年度は放射スキームの開発を東京大学気候システムセンターで行う(中島分担)と共に,九州大学において大気モデルの開発を行った。大気モデル開発は,1)フォミチェフの赤外放射パラメタリゼーションを下部熱圏まで導入した中層大気モデルの開発2)オゾン化学輸送モデルの開発と数値実験3)放射スキームの開発の3点を柱として行われた。

1)下部熱圏まで摘要可能なフォミチェフの赤外放射パラメタリゼーションをモデルに導入し,試験的計算を実行した。T42・T21モデルを使って計算を行い,水平分解能の違いによるモデルの能力の評価を行った。T42では80km以上の高度で風速が弱まり現実の分布に近づくことが示された。しかし,成層圏においては両モデルとも風速が強く,モデルによる差は小さかった。この違いは両者に含まれる内部重力波に伴う運動量輸送の違いによることが明らかにされた。2)開発したモデルを使って全オゾン量の季節変動を計算し観測値と比較して,モデルの性能を評価検討した。また,オゾンの3次元的分布の比較検討も行った。その結果,春のオゾン増加の後も引き続きオゾンの増加が続くことが分かり,モデルの子午面循環に問題があることが示された。また,このモデルを使用してオゾンホールに伴う大循環場の変動を調べた。その結果中層大気全体にわたって変動が起こることが示された。3)中層大気に摘要可能な短波長は放射スキームの開発をおこなった。これを中層大気大循環モデルに組み込む仕事にとりかかった。東京大学気候システム研究センターで開発されている大気放射スキームや,Fomichevによって開発されている中層大気放射スキームを九州大学中層大気大循環モデルに導入しモデルを完成させることを試みた.前者のスキームは短波放射および長波放射を統一的に表現できる総合的なスキームであり,今年度は対流圏・下部成層圏モデルに組み込んでそのテストを行った.Fomichevのスキームは長波放射スキームであり,高度70km以上のnon-LTE領域まで表現できる.今回のモデルでは対流圏から下部成層圏にかけてはChouの放射スキームを導入し,成層圏中間圏では長波放射にはFomichevのスキームを,短波放射にはStrobelの放射スキームを導入し,70km以上のnon-LTE領域ではCO2による長波放射にはFomichev, NOにはKockartsのスキームを,短波放射にはStrobelのスキームを導入した.その結果,下部熱圏の放射過程を正しく評価したモデルの場合には,中間圏界面の弱風層を実現するためには,より強いEP-flux収束発散が必要であることがわかった.さらに,オゾンの生成輸送をモデルに組み込むことにより,成層圏・中間圏での3次元的オゾンの変動や,オゾンホール現象に伴う中層大気大循環の変動についても研究を行った.このモデルの南極付近に人為的にオゾンホールを発生させ,それによる中層大気大循環の変動について調べた.その結果オゾンホールのオゾン減少域では温度下降が,その上の領域では温度上昇が見られた.これは観測結果とも定性的に一致している.この変動の原因はオゾン減少による冷却化とそれに伴う極夜jetの強化,プラネタリー波の活動度増加,子午面残差下降流の強化により説明できる.
安価な酸化剤を用いる効率的な酸化反応媒の開発

sMMOはメタン資化細菌に含まれ、酸素分子を活性化してメタンからメタノールへの酸化を触媒する非ヘム二核鉄酸化酵素である。sMMOの機能を再現する高い酸化活性を示す金属錯体の開発が必要である。sMMOの二核鉄に配位する豊富なカルボキシラト基の効果を明らかにするため、それを模倣したモデル研究が注目されている。我々はアルカンの酸化反応において高い触媒能を持つ二核鉄錯体Fe2Lglyを合成し、それを触媒としたアルカンの高速・高効率・高選択的水酸化反応に成功した。本研究では、Fe2Lglyなどのカルボン酸含有二核鉄錯体を用いてシクロヘキサンやアダマンタンの高効率・高速水酸化反応に成功した。可溶性メタンモノオキシゲナーゼ(sMMO)の酸素活性化において、パーオキソ二核鉄(III)中間体Pからオキソ二核鉄(IV) high spin (S = 2)酸化活性種Qが生じる。活性種Qは、メタンをメタノールに一原子酸素化する中間体であり、その構造や反応性に興味が持たれている。我々は、1,2-bis[2-{bis(2-pyridylmethyl)aminomethyl}-6-pyridyl]ethane (6-hpa)を用いて二核鉄(III)錯体[Fe2(μ-O)(OH2)2(6-hpa)](ClO4)4 (1)を合成した。1とH2O2との反応で生じる中間体の分光学的測定から、酸化活性種としてμ-オキソジオキソ二核鉄(IV)high spin (S = 2)錯体(3)が生成することを明らかにした。また1が触媒するH2O2によるアルカンの酸化反応を調べ、3によるアルカンのC-H結合切断能を速度論的に解析した。本年度の研究において3がアルカンの酸化に対して高い活性を示すためには、syn-oxo構造からanti-oxo構造への構造変化が重要であることを明らかにした。6-hpa配位子の二核鉄錯体を用いたC-H結合活性化機構において、syn-anti構造変化によるhigh-spin (S = 2)オキソ二核鉄(IV)錯体の活性化は不可欠な反応過程である。またhigh-spin (S = 2)オキソ二核鉄(IV)錯体は、これまで報告されている二核鉄錯体の500倍程度と非常に高いC-H結合活性化能を有することを明らかにした。酸化活性種3はsMMOと同様の非常に大きなKIE値を示し、-30°Cにおいてトルエンでは90、エチルベンゼンでは37であった。この結果より、我々のhigh-spin (S = 2)オキソ二核鉄(IV)錯体[Fe2(μ-O)(O)2(6-hpa)](ClO4)2 (3)はsMMOの中間体Qにおけるhigh-spinの電子状態とその高い反応性をよく再現するモデル錯体であるといえる。本研究は、sMMOの酸素活性化機構を理解するうえで、また新たなアルカンの酸化触媒を開発するための新たな手掛かりを与えるものとして重要である。本研究では、安価な酸化剤を用いて、炭化水素を含む様々な基質を効率的に酸化する触媒の開発を目的としている。我々は、6-hpa二核化配位子を用いて二核鉄錯体を合成した。この錯体は過酸化水素を酸化剤として、アルカン、アルケンを効率的に一原子酸素化する反応を触媒する事を見いだした。本年度の研究では、この錯体によるアルカン類の酸化反応を行った。基質として、シクロヘキサンを用いた時は、これをシクロヘキサノールとシクロヘキサノンに酸化した。この時の酸化剤あたりの収率はほぼ定量的であった。また、このときの触媒回転数は104回であり、触媒の高い耐久性を示すものである。さらに、アダマンタンを基質としたときには3級位の酸化が選択的に進行し、3級/2級の選択性は27であり。これまでに報告された選択性の最高値30に近い値であった。さらにこの時の触媒回転数はおよそ200であり、高い触媒回転数を示した。これは、6-hpaの二核鉄錯体が過酸化水素と反応してパーオキソ中間体を経てトリオキソに核鉄(IV)錯体を酸化活性種として生成する為である。この酸化活性種は、高スピンFe(IV)=Oの電子状態を持つ二核鉄錯体として、世界で初めての例である。この電子状態がその高い酸化活性の原因である。さらに、この錯体のFe(IV)=Oの周辺の立体障害は、反応性を決定する重要な要素である事が明らかになった。本年度の研究で、二核鉄錯体が触媒するアルカン酸化における酸化活性種がトリオキソ二核鉄(IV)錯体である事が明らかになった。この錯体の高スピン鉄(IV)状態がその高い反応性に重要な働きを示す事を見いだした。さらにこの錯体の酸化活性種であるFe(IV)=Oのオキソ酸素周辺の立体障害を細小にする事が重要である事を見いだした。これは、トリオキソ二核鉄(IV)錯体と様々な炭化水素との反応の反応速度測定によって明らかになった。即ち、基質低濃度領域では、反応速度は基質濃度に対して1次に比例し、基質高濃度領域では基質の種類に関係なく一定の値に収束した。

この現象は、基質低濃度領域では酸化活性種と基質との反応が律速段階であるが、基質濃度の上昇に伴って、律速段階が基質との反応から、酸化活性種の構造変化にシフトする事を示している。これは、反応速度の温度変化によるアイリングプロットからも明らかになった。即ち、基質低濃度側では活性化エントロピーは府に大きな値となったが、基質高濃度領域では、活性化エントロピーの値は大きく正側にシフトした。これは即ち、基質低濃度領域で、基質と酸化活性種の2分子反応が律速段階であったものが、基質濃度の上昇に伴って酸化活性種の構造変化という1次反応に変化した為に、2分子反応から1分子反応へと変化した為である。現在、二核鉄錯体が高い酸化触媒性能を示す理由として、当スピンFe(IV)=Oの存在とオキソ酸周辺の律対ショウガが重要であると明らかになった。可溶性メタンモノオキシゲナーゼ(sMMO)はメタン資化細菌に含まれる可溶性の酸化酵素である。メタンはそのC-H結合エネルギーが104 kcal/molと大きく、また双極子モーメントがゼロである為に、C-H結合の切断による酸化反応が最も困難なアルカンである。sMMOはこのメタンを高速高効率的にメタノールへ一原子酸素化する酵素であり、その活性中心には二核鉄を持つ非ヘム二核鉄酸化酵素である。しかし、sMMOは複雑な構造を持つ複合タンパク質であり、これを触媒系で再現することは非常に困難であり、sMMOそのものを触媒として用いる酸化システムの開発は限界がある。そこでsMMOの配位環境を模倣した低分子量のモデル化合物を用いた研究が行われてきた。本研究では、sMMOの活性中心に存在するカルボキシラトリッチな配位環境に注目し、カルボキシラト基を持つ二核化配位子を用いて二核鉄錯体を開発した。これらの錯体を触媒として用いて、m-CPBAを酸化剤とするアルカン類の酸化反応を検討した。これにより、カルボキシラトリッチな配位環境を持つ二核鉄錯体は、様々なアルカンの水酸化反応に対して高い酸化活性を示すことが明らかになった。また本研究によって配位子に導入したアルキル置換基の疎水性が高い程、アルカンの水酸化活性が高いことが明らかになった。このことからカルボン酸含有二核鉄錯体はアルカンの水酸化反応において高い触媒能力を示すといえる。また導入した側鎖アルキル基の疎水性が高い触媒活性に不可欠であるといえる。側鎖アルキル基の疎水性が高いほど基質との親和性が上がり、錯体が基質に近づきやすい環境になったことが高い触媒活性の理由だと考えられる。以上のことより、側鎖に疎水性アルキル基を持つカルボン酸含有二核鉄錯体はm-CPBAを酸化剤としたアルカンの水酸化反応において高い触媒能力を持つことが明らかになった。sMMOはメタン資化細菌に含まれ、酸素分子を活性化してメタンからメタノールへの酸化を触媒する非ヘム二核鉄酸化酵素である。sMMOの機能を再現する高い酸化活性を示す金属錯体の開発が必要である。sMMOの二核鉄に配位する豊富なカルボキシラト基の効果を明らかにするため、それを模倣したモデル研究が注目されている。我々はアルカンの酸化反応において高い触媒能を持つ二核鉄錯体Fe2Lglyを合成し、それを触媒としたアルカンの高速・高効率・高選択的水酸化反応に成功した。本研究では、Fe2Lglyなどのカルボン酸含有二核鉄錯体を用いてシクロヘキサンやアダマンタンの高効率・高速水酸化反応に成功した。本研究の研究目的は、高性能酸化触媒を開発し、安価な酸化剤を用いて、効率的な酸化反応を行う事である。特に、アルカン類の酸化反応は一般的に優れた酸化触媒の開発が困難である。
確率的安全性評価と高安全性制御の機能的な融合による新技術

確率的安全性評価(Probabilistic Risk Assessment.以下PRA)はシステムの安全性・信頼性解析手法として研究され,実際に原子力プラントなどに対して実績があるが,その強力な解析能力を生かすだけのシステム設計手法が現状では未整備,体系化されていない.一方,制御理論の一分野に,一部のデバイスが故障しても制御系全体が安定に保たれるようにコントローラを設計するという高安全性制御の分野があるが,未成熟であり,真に成熟した理論へ脱皮する上での新しい方向性が模索されている.製造物責任,国際安全規格の策定,さらには昨今の原子力関連プラントにおける度重なる事故などにより,システムの安全性に対する杜会的要求がますます高まる中,分野の垣根を越えたグローバルな視点からの安全対策として,PRAと高安全性制御の境界領域に新しい実用的な理論・技術を確立することが本研究の目的である.前年度までにDevice Failure Context(以下DFC)という,PRAの中心的概念であるコンテキスト(デバイスの正常/故障状況と物理量の時間的推移を統合した概念)からデバイスの情報だけを抽出した概念を導入することで,PRAと高安全性制御を直接的に結び付け,各DFCの重み付けを導入した.これは,PRAの立場からは各DFCの出現確率,リスクなどの実際的意味を,制御理論の立場からは故障時の制御性能を積極的に考慮することに相当する.これら両者の整合性に配慮して高安全性制御系設計法を構築した.本年度はその有効性をシミュレーションにより詳細に検証する一方で,PRAの代表的手法であるDynamic Flowgraph Methodologyと本研究で得られた理論との間のイタレーションソフトウエアを,物理的な意味やその観点での整合性に配慮しつつ,前年度本科学研究費補助金により購入したPCワークステーションの高い計算能力を活かして作成した.これにより,計算機上でPRAの高い解析能力と高安全性制御のシステム設計手法が有機的に結びつき,より実用性が高まった.なお,本年度に得られた結果は国際会議2002American Control Conference(5月,アンカレジ(USA))ならびに15th IFAC World Congress on Automatic Control(7月,バルセロナ(スペイン))において発表予定である.確率的安全性評価(Probabilistic Risk Assessment,以下PRA)はシステムの安全性・信頼性解析手法として研究され,実際に原子力プラントや化学プラントなどに対して実績をあげている.しかし,その強力な解析能力を生かすだけのシステム設計手法が現状では未整備,体型化されていないことが問題点として意識されている.一方,制御理論の一分野に,一部のデバイスが故障しても制御系全体が安定に保たれるようにコントローラを設計するという高安全性制御の分野があるが,未成熟であり,真に成熟した理論へ脱皮する上での新しい方向性が模索されている.製造物責任,国際安全規格の策定,さらには昨今の原子力関連プラントにおける度重なる事故などにより,システムの安全性に対する社会的要求がますます高まる中,分野の垣根を越えたグローバルな視点からの安全対策として,PRA,高安全性制御,互いの問題点を意識しつつ,その境界領域に両者の特徴を生かした新しい実用的な理論・技術を確立することはきわめて意義深い.すでにDFC(Device Failure Context)という,PRAにおける中心的概念であるコンテキスト(すべてのデバイスの正常/故障の状況と物理量の時間的推移を総合的に規定した概念)からデバイス故障に関する部分だけを抽出した新しい概念を導入することにより,PRAと高安全性制御を直接的に結び付けることがほぼできていた.そこで,理論・技術としての実用性を高めるために,新たに各DFCの重み付けを導入した.これは,PRAの立場からは各DFCの出現確率,あるいはさらに進んでリスクなどの実際的意味を考慮することに相当し,制御理論の立場からは故障時の制御性能を積極的に考慮することに相当する.しかし,両者の整合性を取ることは容易ではなかった.故障時の制御性能に関する高安全性制御側の従来の取り扱い方に大きな問題があることが分かったからである.ここではまずその問題点の解決方を確立し,その上に立脚する形で,各DFCの重み付けをPRAと高安全性制御の間の整合性に配慮した形で導入・定式化することができた.さらに,それに基づく高安全性制御系設計法の構築を行った.また,必要に応じて,その検証のために小規模なシミュレーションを行った.確率的安全性評価(Probabilistic Risk Assessment.以下PRA)はシステムの安全性・信頼性解析手法として研究され,実際に原子力プラントなどに対して実績があるが,その強力な解析能力を生かすだけのシステム設計手法が現状では未整備,体系化されていない.一方,制御理論の一分野に,一部のデバイスが故障しても制御系全体が安定に保たれるようにコントローラを設計するという高安全性制御の分野があるが,未成熟であり,真に成熟した理論へ脱皮する上での新しい方向性が模索されている.製造物責任,国際安全規格の策定,さらには昨今の原子力関連プラントにおける度重なる事故などにより,システムの安全性に対する杜会的要求がますます高まる中,分野の垣根を越えたグローバルな視点からの安全対策として,PRAと高安全性制御の境界領域に新しい実用的な理論・技術を確立することが本研究の目的である.前年度までにDevice Failure Context(以下DFC)という,PRAの中心的概念であるコンテキスト(デバイスの正常/故障状況と物理量の時間的推移を統合した概念)からデバイスの情報だけを抽出した概念を導入することで,PRAと高安全性制御を直接的に結び付け,各DFCの重み付けを導入した.