hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
戦後および現代日本社会における英語観の実証的研究

第一の研究課題は、現代日本人の英語教育観の計量分析である。これは日本人の英語・英語教育に対する態度・世論を、社会調査の二次分析により総合的に明らかにしたものである。具体的には、有権者および保護者の早期英語教育に対する態度を分析し、どのような世論のダイナミズムが小学校英語を推進する世論を形成しているのか検討した。第二の研究課題は、英語教育政策研究のメソドロジーに関する検討である。とくにエビデンスベーストアプローチの考え方に基づき、従来の英語教育政策研究がいかなる点で問題があるのかを明らかにした。その上で、どのような研究デザインを採用すればより良いエビデンスが得られるのかを考察した。第三の研究課題は、グローバリゼーションと英語教育の関係に関する検討である。英語教育の諸問題がグローバリゼーションと関連付けられて論じられることは非常に多いが、表層的かつ単純化された議論にとどまるものも少なくない。本研究では、グローバリゼーションがローカルに影響を与える際の複雑性に注目した。すなわち、グローバリゼーションが日本の英語教育を左右していることは間違いないが、実際にはそこに非常に複雑なプロセスが介在していることを実証的・理論的に検討した。日本ではグローバリゼーションの影響を直接的に受ける人の層は相対的に少なく、多くは間接的に影響を受けるのみである。したがって、国外のグローバリゼーションに伴う物質的・政治経済的変化が直接人々の言語実践(例、英語使用)や英語観を左右しにくい。このような条件下では、両者の媒介に「グローバリゼーションに関する言説」が大きな役割を果たしていると考えられる。この言説の存在を計量分析により実証し、かつ、その大きな影響力を既存のグローバリゼーション理論を援用しながら説明した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本年度は主に、英語に関する現代日本人の行動・態度について社会科学的な観点から計量分析に取り組んだ。特に、ランダム抽出標本等による社会調査データの二次分析を用いて、日本人の平均的な行動・態度を包括的に明らかにした。具体的には、次の点を明らかにした。(1)早期英語学習経験の英語力獲得への影響、(2)英語教育やいわゆる第二外国語に対する日本人の世論の特徴、(3)日本社会における英語使用者・英語学習者の特徴、(4)英語使用ニーズの正確な把握および今後の使用ニーズの趨勢予測、および(5)英語教育学・応用言語学への社会科学の適用可能性である。なお、一連の研究の集大成として、『「日本人と英語」の社会学』(2015年1月、研究社、単著)を出版し、学術成果を一般の人々にもアクセスしやすい形で提供している。上述の検討の結果、先行研究では明らかではなかった新規な知見が得られた。たとえば、日本社会における早期英語学習経験の終局的効果については長らく不明なままだったが、分析の結果、劇的ではないものの何らかの効果が存在することが明らかとなった。また、早期英語教育を支持する世論の構造についても詳細な分析はなされてこなかったが、いくつかの異なる因子から構成されることが明らかとなった。また、日本社会における英語使用ニーズの実態および今後の趨勢を丁寧に検討し、政府が考えるほどにはニーズは浸透しておらず、また急増する見込みも薄いことを明らかにした(なお、この知見を踏まえて、実態に則した英語教育政策をいかに構想するかについてもあわせて議論している)。以上の検討を通じて、日本人と英語の関係性について、従来に比してより妥当な日本社会像を提示し、今後の学術的議論・教育政策論議への示唆を提示した。本研究は現代および戦後の英語観の検討を目的としているが、2014年度は主に「現代」に焦点をあて、日本人の英語をめぐる行動・態度の全体像を計量分析を用いて明らかにできた。

研究課題を構成するおよそ半分の内容が明らかにできたという点で、本研究は順調に進展していると言える。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。2014年度の現代日本人の英語観に関する研究を踏まえ、今後は、以下のテーマの検討を進めたい。第一に、戦後の日本人の英語観である。文献資料や過去の統計資料を網羅的に分析することで、戦後の英語観の推移を明らかにしたい。第二に、英語観の理論化である。本研究成果を国際的・普遍的な知見に鍛えていくためには、日本社会を専門にする研究者だけでなく、その他の研究者にも共有可能な知見を提示することが重要であり、その際、「理論」が重要になる。この目的のもと、他国の研究者にも共有可能な普遍性の高い理論にもとづいて、日本人の英語観の独自性・共通性を再度議論したい。
メタ・ダイナミクス法を用いた界面反応シミュレーターの開発と応用

STATE-Senriに、結合長を反応座標とするメタ・ダイナミクス法を組み込み、フッ酸溶液とOH終端Si(111)表面との界面でのエッチング過程について研究を行った。当初想定した単純なHF分子の解離反応過程は起こらず、HF分子が解離(電離)し、Fアニオンが第一層Siと結合して5配位Siの中間体を取り、OH終端のプロトンがSi-Siのバックボンドの間に入ってバックボンドを終端するという反応過程が起こった。これは、従来考えられていた単純な解離反応過程ではなく、現実にはもう少し複雑な中間体を経た反応過程で起こっていることを示唆する重要な結果である。本研究計画では、第一原理分子動力学法とメタ・ダイナミクス法を組み合わせ、結合長や結合角のみならず、配位数など、複数の座標次元空間中での自由エネルギー面を求める手法を開発し、電気化学反応やエッチング過程等、基礎科学的にも実用上も重要な界面反応に適用することを目指している。平成26年度は、結合長、結合長差、結合中心間距離、結合角、二面角、配位数を一般化座標とするメタ・ダイナミクス法を第一原理分子動力学法プログラムSTATEに組み込み、テスト計算を行った。メタ・ダイナミクス法の組み込みは大学院生修士課程2年の平川皓朗君が行った。結合長を反応座標とするメタ・ダイナミクス法については既に平川君がプログラム化し、テスト計算を行ったところ、問題なく動作していることを確認した。完成したプログラムを、溶液中の均一触媒反応として代表的な鈴木-宮浦クロスカップリング反応に適用し、酸化的付加、トランスメタル化、還元的脱離の各反応段階に適用した。また、溶液中の反応と平行して、Si(111)表面に形成した酸化膜のフッ酸によるエッチング過程のシミュレーションにも取り組んだ。Si(111)表面の酸化膜をフッ酸で処理すると原子レベルで平坦な水素終端面が生成することが知られている。メタ・ダイナミクスを組み込んだ第一原理シミュレーションを用いてフッ酸/Si(111)界面でのHF分子解離吸着過程について研究を行った。その結果、HFが界面で電離し、Fイオンが表面第一層Siに吸着したのち、プロトンはプロトンリレーにより界面平行方向に拡散し、解離したHF分子のHとは別の表面を終端しているOH基のHが最終的にSiのバックボンドに移動し、バックボンドを切る反応が起こりやすいことが明らかとなった。平成27年度は主として以下の2点に関する研究を行った。(1)水溶媒中のリガンド・フリー鈴木-宮浦クロスカップリング反応に関しては、平成26年度に、塩化ベンゼン、および、臭化ベンゼンが水溶媒中のリガンド・フリーPd原子へ酸化的付加する場合について、ブルームーン・アンサンブル法、および、メタ・ダイナミクス法を用いて研究を行い、リガンドがある有機溶媒中での反応に比べてかなり活性化障壁が低く、高活性な触媒となることを示した。平成27年度は引き続き、特にトランスメタル化の過程について詳しく調べた。その結果、従来、トランスメタル化の段階でハロゲン原子が外れると考えられていたが、リガンド・フリーのPd触媒からはハロゲン原子は外れにくく、反応サイクル中で常に少なくとも一つはハロゲンがPdに結合しているという結果を得た。また、その電子論的要因についても解明した。(2)低濃度フッ酸/Si(111)界面でのフッ酸分子解離反応過程について、メタ・ダイナミクス法を用いた研究を行った。平成26年度にフッ酸が水溶媒中で解離し、フッ素アニオンが第一層Siに結合し、五配位Siの準安定中間体をとり、その後、第一層Siを終端しているOH基からプロトンが取れてSiのバックボンドを切るという反応経路が得られていた。しかしながら、現在用いている密度汎関数法におけるエネルギー汎関数では低濃度フッ酸中ででフッ酸分子が電離した状態が安定になってしまい、弱酸である実験結果と食い違っていた。そこで、最近プログラム化した様々なvan der Waals汎関数を用いて低濃度フッ酸の状態を計算した。その結果、vdW-DF2と名付けられた汎関数が最も良いことがわかった。この汎関数を用いたところ、フッ酸分子の解離吸着は起きず、フッ素と第一層Siを終端しているOH基との交換反応のみが起こった。エネルギー汎関数依存性が反応経路に大きく影響することが明らかとなった。研究については概ね順調に進んでいる。まず、(1)の鈴木・宮浦クロスカップリング反応に関しては、ブルー・ムーン法を主として用いて研究を進めているが、ブルームーン法では反応座標を一つ定める必要があるが、それが適切でない場合が多い。酸化的付加段階では、臭化ベンゼンの臭素-炭素間結合の中点と、Pd原子との結合距離R(Pd-BC)を反応座標として採用したが、反応座標に多少飛びが認められ、反応座標として適切でない可能性があった。しかしながら、R(Pd-BC)に加えて、臭素-炭素間距離R(C1-Br)の二つの座標を反応座標としてメタ・ダイナミクス法で反応経路探索を行ったところ、スムーズな反応経路が得られ、しかも、活性化障壁がブルー・ムーン法で求めた値と0.1eV以内で一致することが確認できた。よって、メタ・ダイナミクス法は反応経路の探索空間を拡張して信頼性をチェックする際に威力を発揮することが示せた。しかしながら、すべての反応過程をメタ・ダイナミクス法で探索することは大変時間がかかり、今後の工夫が必要である。

また、トランスメタル化反応の過程については、従来考えられていたハロゲン原子が外れるのではなく、常に一つはハロゲンがPdに結合して反応サイクルが回っていることを示す結果が得られつつある。この点については興味深く、さらに研究を進めていく予定である。(2)の低濃度フッ酸溶液/Si(111)界面でのフッ酸分子の解離吸着過程については、低濃度のフッ酸溶液を精度よくシミュレーションすることに成功し、さらに、それが反応過程に重要な影響を与えることが明らかとなった。この点についてさらに詰めて論文としてまとめていく予定である。水溶液中でのリガンド・フリー鈴木-宮浦クロスカップリング反応については、酸化的付加段階について、さらに計算を進めた。すなわち、トランスメタル化反応の全貌を明らかにした際、Pdには必ずハロゲン原子が一つは結合したまま反応サイクルが回っている可能性が高いことが平成27年度の研究で明らかになった。そこで、塩化ベンゼン、および、臭化ベンゼンが水溶媒中のPd単原子、および、Pd-X (X=Cl, Br)アニオンに酸化的付加する際の反応経路と反応自由エネルギー障壁を、第一原理分子動力学法によるブルー・ムーン・アンサンブル法を用いて見積もった。この結果、ハロゲン原子が結合したPdアニオンに対してもほぼ活性化障壁はPd単原子と同程度であり、反応エネルギーはPd-Xアニオンに対する反応の法がやや絶対値は小さくなり、その後の反応性が高い可能性が得られた。また、塩化ベンゼンの方が臭化ベンゼンよりもやや反応障壁が高く、この段階が律速段階になる可能性がわかった。さらに、酸化的付加が起こる前のη2錯体の状態ではPd触媒が凝集してしまい、劣化する可能性が高いことも明らかになった。すなわち、酸化的付加段階の活性化障壁が高ければPdが凝集する可能性が高くなり、これが塩化ベンゼンに対する反応性が著しく低い主要因であると考えられる。以上から、リガンドフリー鈴木-宮浦クロスカップリング反応の全容が明らかになったので、平成26年度、27年度に得られた結果を踏まえて論文執筆を行った。酸化的付加段階の論文についてまとめてJournal of Physical Chemistry B誌に投稿したところ、好評価のレフェリーコメントが得られ、出版した。トランスメタル化段階についてもアメリカ化学会が出版する学術雑誌に投稿したところ、幾つかのレフェリーからの指摘事項があり、現在修正して投稿する予定である。STATE-Senriに、結合長を反応座標とするメタ・ダイナミクス法を組み込み、フッ酸溶液とOH終端Si(111)表面との界面でのエッチング過程について研究を行った。当初想定した単純なHF分子の解離反応過程は起こらず、HF分子が解離(電離)し、Fアニオンが第一層Siと結合して5配位Siの中間体を取り、OH終端のプロトンがSi-Siのバックボンドの間に入ってバックボンドを終端するという反応過程が起こった。これは、従来考えられていた単純な解離反応過程ではなく、現実にはもう少し複雑な中間体を経た反応過程で起こっていることを示唆する重要な結果である。研究については概ね計画通りに進んでいる。それは、上で述べたように、結合長、結合長差、結合中心間距離、結合角、二面角、配位数を一般化座標とするメタ・ダイナミクス法を第一原理分子動力学法プログラム
PCR産物の制限酵素切断パターン分析による鶏のカンピロバクター汚染源の検討

Campylobacter jejuniは食中毒起因菌として公衆衛生学上の意義は大きいとされている。一般に、この食中毒の原因食品の特定は困難であるが、最も有力な感染源として鶏肉が重要視されている。ブロイラー農場における出荷時には多くの鶏が腸内にC.jejuniを保菌していることが知られているが、ブロイラーの生産段階におけるC.jejuni/coli感染源や伝播様式はよくわかっていない。この一因として、型別用の抗血清が入手かつ調整困難でなり、詳細な疫学的調査が実施されていないことがあげられる。そこで、本研究では、PCR産物の制限酵素切断(RFLP)パターンの多様性を調査することにより、C.jejuni/coliの簡便なタイピングが可能であるか検討し、ブロイラーの生産段階におけるC.jejuni/coliの動態を把握することを試みた。ブロイラー農場からのC.jejuni/coliの分離率は33.9%(56農場中19農場)であった。C.jejuni陽性の鶏群は20.0%(85鶏群中17群)C.coli陽性の鶏群は4.7%(85鶏群中4群)であった。標準菌株のC.jejuniATCC33560を含め合計22株中のRFLPは14タイプであった。同一農場の異なる飼育サイクルのブロイラーから異なるflaタイプのCampylobacterが分離された。これらの結果から、RFLPを用いた解析はブロイラーにおけるC.jejuni/coliによる汚染の疫学的研究に使用できることが示唆された。4株のC.jejuniが4ヵ所の種鶏場から分離され、それらの種鶏由来のブロイラーから4タイプのC.jejuniが分離された。ブロイラーから分離されたC.jejuniのうちの3タイプは、それぞれの種鶏から分離されたC.jejuniのflaタイプとは異なっていた。また、それぞれの飼育農場での次回の飼育サイクルにおいて異なる種鶏から導入されたブロイラーからは他の3タイプが検出された。以上の所見から、同一の農場であっても飼育サイクルの異なるブロイラーにおいては異なるタイプのCampylobacterに汚染される可能性が高いことが示唆された。
カルコゲン-フッ素結合の化学

フッ化ベンゼンセレネニルとα-ジアゾカルボニル化合物との反応。フッ化ベンゼンセレネニルは炭素-炭素二重結合に容易に付加し、1,2-付加体、すなわち、フッ化ベンゼンセレネニル化する。この反応剤はフッ素原子の強力な電気陰性度によりきわめて高い求電子剤となるために、α,β-不飽和カルボニルの如き電子欠損の炭素-炭素二重結合にも付加する。この事実を応用すると、非共有電子対と空軌道を同じ炭素上に有する活性炭素化合物、すなわち、アルベン等価体であるα-ジアゾカルニル化合物や、イソニトリルと反応して、1-フルオロ-1-ベンゼンセレネニル化体(1)を与えると推測できる。事実イソニトリルとの反応は速やかに進行するが、生成物が非常に不安定で単離することができなかった。他方、α-ジアゾカルボニル化合物とも-20°Cで速やかに反応することが判明した。ほとんど瞬時に窒素ガスを発生し、フッ化ベンゼンセレネニルの暗褐色の色は消失した。鎖状、環状脂肪族ケトン、エステル、ならびに鎖状、環状芳香族ケトンとも目的物である、α-フルオロ-α-ベンゼンセレネニルカルボニル化合物を収率6080%で与えた。セレノ基の酸化的あるいはスズラジカルによるラジカル反応により、(1)をα-フルオロ-α,β-不飽和ラジカル、及びα-フルオロ-α-アルキルエステルに変換できた。α-フルオロ-α,β-不飽和ケトン、エステルはアミド等価体とみなされ、様々な生物活性を示すことが知られている。従って本研究で合成できたα-フルオロカルボニル化合物は新しい医薬などに応用できる可能性があり、今後、製薬会社に試料を提供し、共同研究を展開する。
学習者の言語的背景と講義に連動した日本語学習システム開発

これまでの遠隔講義用のVODシステムは、使いやすいことを目的にシステムが開発されている。そのため講師の日本語の発話を聞いているだけで、講義内容の理解が難しい。本研究では、日本語を母語としない学生に、日本語で実施されている講義資料中の語彙の難易度推定、専門用語の検索システム、及び専門用語の学習システムの開発を行った。専門用語の検索システムでは、日本語の学習者という観点から日本語の学習状況に応じた日本語での検索結果を表示するために、機械学習を利用して、やさしい表現と判断される日本語表現の推定手法を提案した。また、専門用語の学習システムでは、学習曲線を推定し、問題のレベルを変更する仕組みを開発した。本年度は、1e-learning講義で利用されているVOD講義の発話で使用されている単語のやさしい表現への変換、2日本語の単語難易度の推定、3中国語の単語難易度の推定、4日中の単語難易度を利用した単語学習システムの開発を行った。1のやさしい表現への変換については、字幕の単語を日本語能力試験の試験区分で簡単なグレードに置き換えるシステムで、対象字幕の動詞21.72%に対して日本語能力試験の1,2級を3,4級に換言できたのは46.2%で、1,2級から同一級への換言を含めると78.2%であった。また、人手によるやさしい表現への換言評価としては、級が下がった単語についてはどの評価者においても90%以上の成功率が見られている。同一級への換言を含めた場合は、少し下がって、6877%の成功率であった。むしろ難しくなったと評価されたのは621%となっている.2の日本語の単語難易度の推定では、これまで辞書の意味記述を利用していたが、Web検索で記述量が平均的な記事を取得しその記事中に現れる周辺単語分布から単語難易度を推定する手法を開発した。辞書データのみを利用した場合の精度53.6%であったが、Webデータを利用した場合では60.0%に精度が向上した。3の中国語単語難易度は、2の日本語単語難易度の辞書データを利用する手法を中国語に置き換えた手法である。4の日中単語学習システムでは単語の選択問題をお互いの難易度の同程度のものから生成するシステムで、タブレットコンピュータ上に実装を行った。また、単語学習を日本語の単語の問題に中国語の単語を選択して学習する手法、中国語の単語の問題に日本語の単語を選択して学習する手法、それらを続けて学習するだけでなくお互いの単語の問題を交互に学習する仕組みを導入し、交互に学習する手法では、より高い学習効果が得られることを確認した。本年度は、主に4項目について研究及び開発を行った。1日本語の単語学習システム:日本語の単語学習システム講義に現れる漢字を含む単語の読みを学習する.単語テストシステムによる単語の読みを選択する問題で学習状況を把握し講義資料に提供する漢字に付ける振り仮名率はロジスティック関数を基に作成した振り仮名率曲線によって講義回ごとに決め、単語テストシステムの結果を基に随時更新していくようにすることで,より学習者のレベルに合った学習を提供する.本システムを、非漢字語圏からの留学生で実践利用を行ったところ、個人間の学習状況の違いを把握することができ、講義の間隔や専門用語によって理解が相違することが分った。2留学生用プログラミング学習システム:留学生向けTablet端末用いたプログラミング学習システムで、日本語の文章の整列によるプログラミング手順テストする。日本語の理解力とプログラムとアルゴリズムの理解の補助を目的としている。非漢字語圏からの留学生で評価実験を行ったところ、C言語の学習項目のうち、条件分岐や繰り返しの制御及び関数の理解までに有効にであった。ポインタの項目については、効果が少なく今後の課題である。3発話対応付けシステム:スライド(マイクロソフトパワーポイント)内のパラグラフと字幕の文ごとに共起語グラフを作成し,共起語グラフの類似によって,その対応関係を求める手法を提案し、システムを開発した。対応関係の一致率については、学生アンケートによると、丁度良いか少ないという評価が多かった。4VOD講義話題分析:VOD講義のPPTと発話上からの話題分析を行った。単語間の係り受けまでの距離と単語の出現分布を組み合わせることで、時系列上のトピックを把握する手法について提案した。本年度は、1日本語の短文用のクラス分類手法、2講義内容の検索結果の評価と提示システム3日本語のコメントの評価手法4日本語単語の読み仮名の学習システム及び留学生向けTablet端末を用いたプログラミング学習システムの改良について研究を行った。1日本語の短文用のクラス分類については、日本語の評価コメントの素性からカテゴリ構造木を作成することで、コメント間の類似距離の測定に木構造カーネルを利用し、その類似性を測ることを行った。また、同分類のデータの近接性に正規分布と近接データの補完を利用したクラス分類手法についても提案を行い、ベンチマークテストに対しては、サポートベクタマシンと比較して、精度の改良がなされている結果を得た。2講義内容で検索される専門用語に対する日本語説明文の読みやすさを、日本語を母語としない留学生向けの評価行い、検索結果として評価すべき項目を洗い出した。その結果を利用して、異なり語彙数が語彙レベルよりも重要な項目であることが判明し、検索結果として提示すべき辞書情報のシステムを作成した。3日本語コメントの評価から単語の評価を、コメント文と単語を相互に繰り返して評価する手法を提案した。4日本語単語の読み仮名の学習システム及び留学生向けTablet端末を用いたプログラミング学習システムの改良においては、システムの安定性の改良やコンテンツの追加を行った。

Tablet端末とサーバとの接続法の変更によりユーザごとの学習ログの解析を行いやすくした。また、コンテンツとしては、プログラムに関する応用問題を追加した。これまでの遠隔講義用のVODシステムは、使いやすいことを目的にシステムが開発されている。そのため講師の日本語の発話を聞いているだけで、講義内容の理解が難しい。本研究では、日本語を母語としない学生に、日本語で実施されている講義資料中の語彙の難易度推定、専門用語の検索システム、及び専門用語の学習システムの開発を行った。専門用語の検索システムでは、日本語の学習者という観点から日本語の学習状況に応じた日本語での検索結果を表示するために、機械学習を利用して、やさしい表現と判断される日本語表現の推定手法を提案した。また、専門用語の学習システムでは、学習曲線を推定し、問題のレベルを変更する仕組みを開発した。日本語能力試験の取得レベルが同程度であっても非漢字語圏からの学生の場合では、講義で現れる単語を簡単に言い換えたりしても、有効でないこともあった。VOD講義での発話字幕と講義資料(Powerpoint)のパラグラフとの対応付けシステムにおいても、有効でないことも多かった。そのため、非漢字語圏からの学生で漢字を読むことにも苦労している学生に向けて、振り仮名を付与するシステム及び単語の振り仮名を学習するシステムを構築する必要があった。教育工学非漢字語圏からの留学生のように、日本語の学習レベルがかなり低い場合に、専門過程の教育を実施する場合おける日本語学習の方策を考える必要がある。漢字の理解の問題があるため、ふりがなを振るシステムを、複数の講義での利用を進めたい。また、日本語の文章を並べる学習システムを構築することで、日本語による論理性やプログラミング学習に役立てたいと考えている。単語の難易度については、精度向上の課題があるが、複数言語へ適用が可能となり、講義で使用されている単語を、母語が違う学生からも評価できる基盤ができたと考える。前年度購入したサーバコンピュータ用の無停電電源装置のスペックを予定より低いものとしたことと、タブレット端末を計画より多く購入したため当初予定していたノートパソコンの購入を見送ったため繰り越しが生じた。VOD講義の発話とスライド情報との関係を推定する講義理解をサポートするシステムを開発し、その中で講義スライドから講義で説明する学習項目を抽出を行い、学習者に学習項目を明確化しその項目を記述させるような復習用のシステムを作成する予定である。また、単語の難易度推定については、サポートベクタマシンで学習する仕組みを改善することで、推定精度の向上をはかりたい。精度向上の別手法としては、辞書データの各言語の辞書だけでなく日中辞書、中日辞書も含めて利用する予定である。そのほか、同じ意味の単語の日中英間の相違について調査を行う予定である。また、漢字語圏と非漢字語圏の違いについて特に調査したいと考えている。
酸素欠損型化合物における酸素イオン伝導に起因した赤熱点の発生及び移動

酸素欠損型化合物であるGdBa_2Cu_3O_<7-δ>セラミックスの線材に室温で一定以上の直流電圧を印加すると、試料上に局所的に赤く光る赤熱領域が発生し、その赤熱点が電流方向に毎分数mmの速度で移動するという新しい現象を見いだした。この赤熱点の移動メカニズムは、赤熱点内部における酸化物イオンの正極方向への移動に起因するという仮説を提案した。また、酸素分圧の増加に伴う赤熱点の移動速度の増加は、赤熱点内部における酸化物イオン伝導性が向上したためであるとして説明してきた。以上のように、直流電圧印加時の赤熱点の移動が赤熱点内部での酸化物イオンの移動に起因するのであれば、印加電圧を交流にすることにより酸化物イオンの移動方向は単方向のみではなくなり、赤熱点の移動の様子が変化することが期待される。そこで本研究では、赤熱点内部における酸化物イオンの伝導性についてより詳しく検討することを目的として、交流電圧を試料へ印加し、電圧源の周波数及び酸素分圧を変化させた場合の電流値、赤熱点の移動速度を測定した。その結果、赤熱点は交流電圧印加時においても、直流電圧印加時と同様に発生、移動した。また、その移動速度は印加電圧、酸素分圧の増加に伴い増加した。この結果は、赤熱点の移動のメカニズムとして、酸化物イオンが何らかの影響を及ぼすとともに、他の要因も共存していることを示唆している。印加電圧の周波数を変化させると、赤熱点の有無に関わらず、電流値は10kHz以上において周波数の増加に伴い増加した。このとき、赤熱点の大きさ及び移動速度は変化しなかった。このことは赤熱点の発生と移動のメカニズムを探る上で非常に興味深い現象であり、更に追究していく必要がある。
乳癌の術前内分泌治療に対する応答・抵抗性を規定するmicroRNAの同定

平成28年度は研究の初年度であり、当初の目的では(1)臨床検体収集、臨床情報整理(2)micro RNAの抽出、(3)検体でのmicro RNAの網羅的解析を開始する予定であった。まず、ホルマリン固定パラフィン包埋組織試料から抽出したmicro RNAの抽出手法を確立するために浸潤性乳癌3症例における凍結検体およびホルマリン固定パラフィン包埋組織試料から抽出したmicro RNAの発現が、同じ症例で一致するかを検討した。マイクロアレイ法を用いた網羅的解析を行ったが、凍結検体とホルマリン固定パラフィン包埋組織試料では同症例でのmicro RNAの発現パターンが大きく異なったため、今後の研究を凍結検体のみを用いて行うこととした。次に本施設で臨床情報がすべてデータベース化されたER陽性HER2陰性乳癌、HER2陽性ER陰性乳癌、トリプルネガティブ乳癌、非癌部各5症例を用い、凍結検体からmicro RNA(total RNA)を抽出した。その総計20検体において次世代シークエンサを用いたターゲットキャプチャシークエンス法による網羅的なmicro RNA発現解析を行った。その結果非癌部と癌部におけるmicro RNAの発現パターンは異なっていた。ER陽性HER2陰性乳癌およびトリプルネガティブ乳癌においてはその発現パターンは各症例で異なり、非常にheterogeneousなグループであることが分かった。一方でHER2陽性ER陰性乳癌においてはmicro RNA発現に共通性があることが分かった。今後は癌部と非癌部で異なった発現を示したmicro RNAをターゲットに対してさらに多数症例においてvalidation解析を行い、その後機能解析へと進めていく予定である。
2次非線形光学効果のカスケーディングによる超高速光スイッチング素子の研究

次世代の毎秒テラビット光通信・情報処理や超短光パルス発生・制御においては、全光制御が必須の技術である。本研究では、カスケード2次非線形光学効果を用いた全光スイッチングの基礎特性解明およびその実現を目的とした。特にこれまで行われなかった、フェムト秒光パルスでの動作に焦点を絞った。まず、BBO非線形結晶におけるタイプ1角度位相整合配置で、フェムト秒光パルスに誘起されるカスケード非線形位相シフトの時間プロファイル等を数値計算および実験により明らかにした。また、カスケード非線形効果を利用した新しい超短光パルス圧縮システムを提案し実現した。カスケード非線形効果特有の負性位相シフトと媒質の正常分散をバランスさせると可能となる、ソリトン的パルス圧縮システムである。計30ミリ程度のBBO結晶を用いて、チタンサファイアレーザーの再生増幅パルス(中心波長800nm)を135fsから45fsへと約3分の1への圧縮を実現した。このシステムのメリットは非常にシンプルであることとエネルギーロスが10%程度と極めて少ないことである。圧縮された光パルスは、Frequency-Resolved Optical Gating法により振幅・位相特性まで特定した。数値計算により、原理的には25fs程度までの圧縮が可能であることを示した。次に、より高機能なカスケード素子実現へ向け、強誘電体タンタル酸リチウム結晶の分極反転素子を作製し、そのカスケード非線形効果のフェムト秒応答特性を測定した。結晶基板に周期電極をパターニングした後(周期3ミクロン)、電圧印加法によりポーリングを行った。大きな非線形光学定数(15pm/V)と真性非線形屈折率の協力的効果により、大きな正の非線形位相シフトが発生することを確認した。またその大きさと時間プロファイルが位相不整合量により変化する特性も明らかにし、光スイッチング動作への指針を示した。本研究初年度である本年の成果は以下の5点である。(1)フェムト秒光パルスのタイプIカスケード非線形伝搬特性の理論計算超短光パルスの2次非線形光学媒質中での伝搬特性を理解するため、数値計算を行った。時間ウォークオフおよび3次非線形効果まで含めた結合波方程式を導出し、4次のルンゲークッタ法を2次元に拡張した数値計算アルゴリズムを用いて数値計算を行った。(2)BaB2O4(BBO)非線形結晶を用いたフェムト秒カスケード非線形位相シフトの測定Z-scan法を用いてカスケード非線形効果を測定した。モードロック・チタンーサファイアレーザー(中心波長800nm)を用い、1mm厚のBBO結晶において0.3Piだけの位相シフトを得た。これは非線形屈折率にして1.5×10^-15[cm^2/W]程度の大きさであり、ガラスの約10倍程度大きい。(3)BBO非線形結晶を用いたカスケード非線形効果によるフェムト秒光スイッチングの実現マッハ・ツェンダー干渉系の片方のアームにBBO結晶を挿入した非線形スイッチング素子を構成した。数百ミリワットの入射パワーに対し、約半分程度のスイッチングコントラストを実現した。(4)BBO、LiIO3(LI)非線形結晶を用いたフェムト秒光パルス圧縮フェムト秒光パルスをカスケード非線形伝搬させると必ず自己位相変調効果が発生する。これを積極的に用いる応用としてパルス圧縮を行っている。現段階で120フェムト秒パルスを約半分の66フェムト秒までの圧縮に成功している。(5)周期的ドメイン反転LiTaO3(LT)非線形素子の試作今まで用いてきた角度位相整合配置に変わる、より大きな効果が得られるデバイスとして疑似位相整合素子があるが、タンタル酸リチウム結晶を材料としてその作製を始めている。現在、現在各種条件を変えたりしながら作製技術を蓄積している。大きな非線形光学定数(15pm/V)と真性非線形

屈折率の協力的効果により、大きな正の非線形位相シフトが発生することを確認した。またその大きさと時間プロファイルが位相不整合量により変化する特性も明らかにし、光スイッチング動作への指針を示した。
コンピューターネットワークにおける通信パターンの解析による異常検出技術の確立

本研究では、インターネットトラフィックやセンサーネットワークから得られる大規模なデータ集合から関連性のあるイベントを抽出するために、統計的手法とパターン認識技術の適用可能性を分析する。インターネットトラフィック:異常なネットワークトラフィックは、インターネットトラフィックの大部分を占め、ネットワークリソースの性能に影響を及ぼす。そのため、これらの脅威の検出および原因の究明は極めて重要である。本研究の目的は、自動的な異常を検知を行うツールを開発し提供することである。本研究の一部は現在、EU-日本の共同プロジェクトであるNECOMAプロジェクトによりサポートされている。NECOMAプロジェクトの目標は、ネットワーク上のデータ収集、攻撃検出、回避・防御のための包括的なフレームワークを提供することである。本研究との協力点は、本研究の攻撃検出モジュールをNCOMAプロジェクトのフレームワークに統合することである。センサーネットワーク:本研究は、センサーネットワークから集められたデータへの挑戦も行う。例えば、巨大な建物におけるセンサーデプロイメントはビル管理者に、設備の監視や異常の検知を可能とする。一方で、増えつづけるセンサーによって提供される大量のデータ列を管理者が閲覧することは難しい。本試みでは、これらの大量のデータセットから関係性のあるデータを明かにする技術を開発している。本試みはアメリカカリフォルニア大学バークレー校、フランスCNRS/ENSリヨンの研究者と共同で進めている。(抄録なし)本研究では,インターネットトラフィックの特性を明らかにすることを目的として統計的解析手法の有用性と応用可能性を調査している.本研究は,JSPS/CNRS間の2国間共同研究プロジェクトの枠組みの中で行われており,今年度は1)インターネットトラフィックにおけるアノマリ検知および2)災害対応におけるソーシャルネットワークの活用に関する研究を遂行した.以下にそれぞれの研究実績をまとめる.1)インターネットトラフィックにおけるアノマリ検知ネットワークトラフィックにおけるアノマリは,インターネットトラフィックの大部分を占めており,ネットワークの通信性能に影響を及ぼしている.そのため,これらの脅威を検出し究明することは最重要課題である.そのため,過去10年間に渡り,数多くの研究者がこの課題に取り組みいくつかの自動アノマリ検出ツールを提案してきた.本研究において,我々は,まず従来のアノマリ検出器の欠点を克服したパターン認識ベースの検出手法を提案し,次に異なる検出器から得た結果を比較するベンチマークツールを提供することで,アノマリ検出における問題を明らかにした.2)災害対応におけるソーシャルネットワークの活用広域災害後における被災情報の収集は,人的資源を要する災害対応において重要な課題である.本研究では,被災したソーシャルネットワークユーザの投稿情報から有用なものを抽出することにより調査チームによる災害状況調査を支援する手法を提案した.具体的には,写真共有サイトのFlickrから東日本大震災発生以降の情報を抽出し検証した.我々は,Flickrユーザの挙動から主要な事象の発生状況を検出し,投稿された写真とタグからこれらの事象の背景を説明する手法を提案し,東日本大震災における地震と津波に対する検証結果から災害対応においてソーシャルネットワークを活用することの重要性を明らかにした.本研究では、インターネットトラフィックやセンサーネットワークから得られる大規模なデータ集合から関連性のあるイベントを抽出するために、統計的手法とパターン認識技術の適用可能性を分析する。インターネットトラフィック:異常なネットワークトラフィックは、.インターネットトラフィックの大部分を占め」ネットワークリソースの性能に影響を及ぼす。我々は、先行研究を補足し拡張するためにADMIREと呼ばれる異常検出アルゴリズムを提案した。ADMIREの主な貢献は、検出性能を改善し、かつ実用化を容易に行える適応型パラメータ設定手法を提案したことである。我々は、日米間で計測した実際のインターネットトラフィックを用い、ADMIREの有効性を評価した。ビルの消費電力:ビルの消費電力をよりよく理解するために、我々は大型のビルにおいて同時に利用されている機器を自動的に発見.する手法を設計した。我々は、このアプローチが、機器の誤動作または非効率的な使用パターンの理解し、またこれらを特定するのに有用な機器間の相関モデルの構築に応用できると考えている。我々は、東京大学にある12階建ての建物の約700個のセンサーから集められたデータを用いて、本手法の有効性を評価した。ビルの消費電力:我々は、ビル内の機器間の相関モデルを明らかにする教師なしの手法を提案した。

本手法はビル内で用いる様々なアプリケーションにとって、予想以上に有用な基盤となることが明らかになった。インターネットトラフィック:我々は本年度の研究計画に従って研究を遂行した。本研究の独自性、重要性、正当性は2件の査読付き学術雑誌および学会発表の論文により立証されている。次年度の研究目標は,第一に,インターネットトラフィックにおけるアノマリ検出に関する研究を遂行することである.我々は特にアノマリ検出器のベンチマーク手法を改良し現行のアノマリ検出器をよりよく評価することを目標としている。第二の研究目標は,アノマリ検出手法で活用した統計的解析手法を他のプロジェクトのデータ解析に応用することである.例えば,東京大学のグリーン東大プロジェクトのデータに対して統計的解析手法を用いて分析・調査し,さらなるエネルギー消費の削減可能性を発見することを目標とする.我々の次年度の目標は、第一にデバイス間の相関を特定する提案手法を用いて、ビルにおける電力の無駄使いを特定するツールを設計することである。第二にインターネットトラフィックの異常検知に関する研究を継続し、異なる異常検知手法との差を調査することである。(抄録なし)
脂溶性ホルモンによる骨代謝制御の分子メカニズムの解明

女性ホルモンであるエストロゲンの低下は、女性において骨量の低下を招くことから、エストロゲンは、骨量維持に極めて重要な役割を担っているものと考えられている。エストロゲンは、細胞内に存在するα、βの2つのサブタイプのエストロゲンレセプター(ERα、β)によって受容される。これらのレセプターはリガンド誘導性の転写因子であり、エストロゲン結合によって活性化される。近年、レセプターのユビキチン化とプロテアソームでの分解が、転写活性化に重要であることが示唆され、注目を集めている。本研究では、ERαがエストロゲン存在下でも非存在下でも、ユビキチン・プロテアソーム系によって分解を受けることを明らかにした。エストロゲン非存在下では、ERαはCHIPと呼ばれる蛋白質によってユビキチン化を受け、分解されることが示された。CHIPはhsp70/hsp90/hsp40などのシャペロン蛋白質と複合体を形成し、フォールディングに異常のあるレセプターを選択的にユビキチン化し、分解へと導くことにより、レセプターの品質を向上する役割を担っていることが明らかとなった(EMBO J.Y.Tateishi et al.,2004)。一方、ERβは、ERαと同じくエストロゲン依存的分解を示すものの、その分子機構はERαと異なることが判明した。ERβの分解には、N末端に存在する領域が必須であり、この領域を持たないERβ変異体は、エストロゲン依存的な分解を示さなくなる。本研究者らは、すでにこの領域を認識して結合するユビキチン・リガーゼの単離に成功しており、解析を進めている。また、エストロゲン依存的な分解を示さないERβ変異体も転写活性を示すことから、レセプターの転写活性に分解は必要でないことが示唆された。今後、レセプターの分解と骨代謝制御について研究を進める予定である。本研究では、骨組織での核内レセプター及びその転写共役因子の高次機能を明らかにするとともに、核内レセプターを標的分子とした骨疾患治療薬開発のための分子基盤を築くことを目的に以下の2点に焦点を当て、数多く存在する核内レセプターの内、ビタミンDレセプター(VDR)を選び、VDR及びその転写共役因子群の高次機能をノックアウトマウスを用いて調べた。1)軟骨特異的VDR遺伝子欠損マウスの作出:以下の手法で行なった。(a)マウスVDRのゲノムDNA上にloxP配列を組み込んだマウス(floxed mouse)を作出し、同時に軟骨から様々な細胞を経て骨細胞へと分化する骨の各分化段階特異的に発現する遺伝子のプロモーターにCre recombinaseを繋いだトランスジェニックマウスを作出した。(b)この両マウスを掛け合わせることで骨の分化段階特異的遺伝子欠損マウスを作出した。(c)この軟骨細胞特異的VDR遺伝子欠損マウスの骨組織を詳細に解析し、既存の全身的VDR遺伝子欠損マウスと比較検討した。(d)この軟骨細胞特異的VDR遺伝子欠損マウス/RXRγ二重遺伝子欠損マウスの骨組織を詳細に解析し既存の全身的VDR遺伝子欠損マウス/RXRγ二重遺伝子欠損マウスと比較検討した。2)VDR-RXRγ二重遺伝子欠損マウスの作出:1)で行なわれた軟骨特異的にVDRが欠損したVDRとRXR(P.Chambon教授より既に供与されている)を掛け合わせ、軟骨組織で調べた。女性の閉経によるエストロゲンの欠乏と骨量減少に相関が観られることから、古くから骨代謝機能におけるエストロゲンの重要性については数多くの知見が得られている。一方、皮質骨量や長管骨の大きさに性差が観られることから、男性ホルモンであるアンドロゲンが雄個体の骨組織において重要な役割を持つ可能性も指摘されている。しかしながら、骨組織におけるアンドロゲンの作用機構については不明であった。近年我々はアンドロゲンの作用を直接担う核内レセプター(アンドロゲンレセプター;AR)のノックアウトマウス(ARKOマウス)の作製の成功した。本研究では、このARKOマウスの骨組織の異常を解析することで、骨組織におけるARの役割を解明することを目的とした。方法:本研究では、Cre-loxP systemを用いることで従来の手法では作製が不可能であったARKOマウスの作製に成功した(昨年度報告書)。そこで、ARKOマウス骨組織における骨組織の形態計測並びに、骨芽細胞、破骨細胞それぞれの分化について検討を行った。結果:昨年度の報告の通り、雄ARKOマウスでは、海綿骨、皮質骨の双方において長管骨の骨量が減少していた。そこで、この骨組織の形態計測を行ったところ、単位骨量(BV/TV)が減少し,骨形成の指標と骨吸収の指標がともに上昇していた。そこで、骨芽細胞の増殖・機能を検討したところ,雄ARKOマウスでは顕著に亢進していた。骨芽細胞と骨髄細胞の共存培養系では,骨芽細胞がKO由来の場合に限り破骨細胞形成が亢進していた.。考察:雄ARKOマウスにおける大幅な骨量の減少から、雄個体におけるアンドロゲンの重要性が示された。更に今回、骨代謝機能の異常について解析したところ、AR欠損雄マウスは高回転型の骨量減少を呈し,その背景には骨芽細胞の増殖,骨形成能,および破骨細胞形成支持能の亢進があることが明らかとなった。以上雄ARKOマウスの骨組織の解析より、アンドロゲンの骨代謝調節機能の一端を解明した。

平成14年度はエストロゲンレセプター(ERα)にリガンド依存的に結合する転写活性化因子複合体TRRAP/GCN5複合体の機能解析を行い、その複合体が骨においても機能することを明らかにした(Molecular Cell,2002)。この複合体の精製において確立した手法を用いてビタミンD受容体の新規転写修飾因子同定を試みた結果、WSTFという因子を新たに同定した。さらにこの複合体の恒常発現株を用いてこの因子を含む複合体を単離精製した結果ATP依存性にクロマチン構造を変換する新規の複合体の存在を明らかにした。この複合体は転写とDNAの複製に関与する複数の機能を有する複合体であり、ビタミンD受容体の転写活性を修飾していることが明らかになった。ざらにWSTFが欠損しているWilliams syndromeの患者においてはビタミンD受容体の転写に障害を生じ、その結果カルシウム代謝に異常をきたすことが明らかになった。そこで平成15年度は作成中のWSTFノックアウトマウスなどを用いて転写の場としての骨におけるこの複合体の機能を探求していく。さらに近年骨組織にて重要な役割を果たしていると言われているアンドロゲン受容体の機能についても当研究室にて作成したノックアウトマウスやハエのトランスジェニック技術を用いて合わせて解明していく。骨量は女性ホルモンであるエストロゲンの影響を受けることが知られている。エストロゲンは細胞内にあるエストロゲンレセプター(ER)に結合する。エストロゲンを受容したエストロゲンレセプター(ER)は、DNAの特異的配列に結合して、下流に存在する標的遺伝子群の転写を制御する。わたしたちはERがエストロゲン存在下、非存在下においてそれぞれ異なったユビキチンリガーゼによってユビキチン化を受け、分解されることを見出した。エストロゲンの結合していないERはHsc70を含むシャペロン複合体によってCHIPと呼ばれるユビキチンリガーゼと結合し、分解される。CHIPは変異型のERを選択的にユビキチン化することから、ERの品質管理に関与しているものと考えられる。一方、エストロゲンの結合したERは新規ユビキチンリガーゼによってユビキチン化されることが明らかとなった。このユビキチンリガーゼはエストロゲン依存的にERと結合し、ユビキチン化することによって分解へと導く。現在、このユビキチンリガーゼの機能を探るため、遺伝子欠損マウスの作成を進めている。エストロゲンはIGF-1の発現を促進することによって骨芽細胞の増殖を促すと考えられている。わたしたちは、ERがエストロゲン依存的にIGF-1受容体に結合し、IGF-1受容体の活性を促進することを見出した。この結果は、エストロゲンによる骨芽細胞の増殖にERとIGF-1受容体の相互作用が直接かかわる可能性を示唆するものである。女性ホルモンであるエストロゲンの低下は、女性において骨量の低下を招くことから、エストロゲンは、骨量維持に極めて重要な役割を担っているものと考えられている。エストロゲンは、細胞内に存在するα、βの2つのサブタイプのエストロゲンレセプター(ERα、β)によって受容される。これらのレセプターはリガンド誘導性の転写因子であり、エストロゲン結合によって活性化される。近年、レセプターのユビキチン化とプロテアソームでの分解が、転写活性化に重要であることが示唆され、注目を集めている。
アブシジン酸応答性転写誘導におけるシグナル伝達機構の解明

TRAB1のABA依存的リン酸化を担うプロテインキナーゼを同定する目的で、イネのSnRK2プロテインキナーゼファミリーの網羅的解析を行った。このファミリーには気孔閉鎖のABA制御に関わるAAPKやOST1など、ABAシグナルトランスダクションに関わるプロテインキナーゼが含まれることから、TRAB1キナーゼもこのファミリーに存在することを期待した。イネゲノムにはSnRK2ファミリーメンバーが10個コードされており、SAPK110と命名した。エピトープタグを付けたこれらメンバーのcDNAをプロトプラストで発現させることにより、その活性制御を検討した。その結果、SAPK810がABAによって速やかに活性化されることが明らかとなった。そしてさらに、これら3つのプロテインキナーゼがABRE結合タンパク質TRAB1をABA依存的にリン酸化するプロテインキナーゼであることを示唆すつぎのようなデータを得た。(1)ABAによるSAPK810の活性化キネティクスは、TRAB1のリン酸化キネティクスより若干速かった。(2)in vitroにおいて、これらprotein kinaseはTRAB1を効率よくリン酸化した。(3)(2)のリン酸化の主要なリン酸化部位の1つはin vivoにおいてABA依存的リン酸化を受けるSer-102であった。(4)SAPK810の過剰発現によりABREが活性化された。(5)SAPK8の発現抑制植物(RNAi)では、SalTをはじめとするいくつかのABA応答性遺伝子の発現誘導が顕著に抑制された。(6)TRAB1とSAPK10が共免疫沈降した。その他、SAPK10のABAによる活性化が上流キナーゼによるリン酸化によるものであることが明らかになるとともに、効率的な情報伝達や、情報の融合と種わけにおける機能が推定されるScafold様タンパク質を同定するなどの成果を得た。(4)ABREのみをシスエレメントにもつレポーター遺伝子とSAPK8、9あるいは10をプロトプラストにおいて共発現させるとレポーター遺伝子のbasalな発現が増加した。以上より転写制御因子へのABAシグナル伝達の重要なステップが明らかとなったイネSnRK2プロテインキナーゼ群がABRE結合因子TRAB1のリン酸化酵素であることを示すさらなる証拠を得た。

すなわち、MycタグをつけたTRAB1とHAタグをつけSAPK10をイネ培養細胞プロトプラストにて共発現させ、その細胞抽出液より、抗myc抗体でTRAB1を免疫沈降させると、抗HA抗体で検出されるSAPK10が共沈殿した。このことは、TRAB1とSAPK10が細胞内で物理的に結合しうることを示しており、前年度に得た成果と合わせ、ABA活性化型SnRK2(SAPK810)がTRAB1キナーゼであることが決定的になった。ABA活性化型SnRK2は高浸透圧ストレスによっても活性化を受ける。この活性化は上流キナーゼによるリン酸化によるものであることをすでに明らかにしていたが、本年度は、ABAによる活性化もリン酸化によることを明らかにした。しかしながら、その活性化メカニズムは、2つの場合で異なっていることが明らかとなった。その根拠は、ABAと高浸透圧ストレスはsynergisticにこれらのプロテインキナーゼを活性化し、そのsynergismはABAあるいは、高浸透圧ストレス単独による影響が飽和する強度でもみられたこと、ABAによる活性化のみが失われた、アミノ酸欠失変異体を構築することができたことなどである。これらの結果は、ABAと高浸透圧ストレスの両シグナルがSAPKにいたるまでは独立に伝達され、SAPK上で合流することを意味する大変興味深い結果である。また、SAPKをベイトにしたtwo-hubridスクリーニングからは、シグナル伝達因子のscafoldとして働きうるタンパク質がどうていされ、SAPKを介するシグナル伝達において、効率的な情報伝達や、情報の融合と種わけに機能している可能性が推定された。
常温常圧金属を受光素子とするプラズマ分光用高安定エックス線検出技術の検証

現行検出器による1光子検出の場合、入射光子のエネルギーが極端に大きくない限り受光素子の冷却を行って有限温度による雑音を抑える必要があり、検出器に冷却用機器を付帯しなければならない。従って、雑音遮蔽対策が大規模化する上、継続して長時間の測定を行えば冷却機器の保守或いは調整が必要となる。本研究の目的は、高温プラズマ発生装置の近傍で長時間にわたって安定性を確保しつつプラズマから放射されるX線のエネルギー分解測定を達成できる新しい動作原理を検証することである。初年度は低温冷却や電磁遮蔽、防振防音対策を行うことなくエネルギー弁別が可能であることを定性的に立証できたので、次年度はエネルギー分解能の定量評価に焦点絞った。エネルギー分解能は大型ヘリカル装置のアルゴンを導入した典型的プラズマに於ける特性X線の放射強度で評価した。視線を赤道面に於ける空間分解能が15mm(10^<-6>strad)まで絞り、100Mcpsの受光量で200eVのエネルギー分解能が得られる。また、時間分解能は10msecである。エネルギー分解能の定量値については当初の目的を下回ったが、常温常圧動作で従来型半導体検出器に匹敵するエネルギー分解能が得られることがわかった。但し、空間分解能と時間分解能が同時に両立しており、大型ヘリカル装置に於けるアルゴンよりも重い不純物元素の輸送解析を1回の放電により実現できる性能である。プラズマ分光用新型検出器開発の根拠を十分に証明できる結果を得た。現代のプラズマX線分光学に求められている性能はエネルギー分解能のみならず時間、空間分解能が同時に両立することであり、更に絶対強度測定が可能で広いエネルギー範囲で高い量子効率が確保できることである。特に、絶対強度測定については1光子検出ができることが望ましい。また測定条件としては高温プラズマ発生装置の近傍で使用できることであり、電磁、音響ノイズ及び磁場に曝されながら人の出入りも全くできない状況で長時間安定していなければならない。しかし現行検出器による1光子検出の場合、入射光子のエネルギーが極端に大きくない限り受光素子の冷却を行って有限温度によるノイズを抑える必要があり、検出器に冷却用機器を付帯する必要がある。従って、ノイズ対策が大規模化する上、継続して長時間の測定を行えば冷却機器の保守或いは調整が必要となる。本研究の目的は、高温プラズマ発生装置の近傍で長時間にわたって安定性を確保しつつプラズマX線分光に必要な性能が得られる新しい動作原理を検証することである。初年度は特に検出期の安定性に着目し、常温環境で動作して電磁、音響ノイズの影響を受けにくいX線スペクトル測定の可能性について検証実験を行った。実験に用いた金属材料はアルミニウムであり、大型ヘリカル装置の高温プラズマから放射されるX線スペクトルを実際に測定することに成功した。測定したX線のエネルギー領域が20keV以上であったことから光源強度がもともと弱く時間分解能について評価するに至らなかったものの電磁、音響ノイズ対策は特に行わずにエネルギー分解能と空間分解能の両立を確認することができた。