hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
流体迷彩構造の設計を指向した非定常問題に対するトポロジー最適化の開発

研究実施初年度は,まず格子ボルツマン法の流体解析に必要なプログラムの開発と,最適化および関連する構造表現法のプログラム開発をそれぞれの研究グループで行った.最適化のプログラム開発はすでに終了し,格子ボルツマン法の流体解析プログラムは現在,基本的なベンチマーク問題の計算を実行し,その結果の確認を行っている段階にある.格子ボルツマン法の流体解析プログラムを最適化プログラムに組み込む際にどのように構造データを受け渡すかについて検討を重ね,実際の最適化計算にかかる時間の見積もりを行い,構造の境界を表現する方法の受け渡し手法について検討した.開発前からわかっていたことではあるが,流体解析に非常に時間がかかるため,少しでも計算時間を短くするための工夫として,簡易的な境界表現と厳密な埋込境界のどちらを実装するかを検討し,より計算時間が短くなる方法を選択した.また,最適化においては設計変数を減らす構造表現法を模索し,解探索の高速化を試みている.研究全体としては概ね良好に進んでおり,今後は最適化に格子ボルツマン法の流体解析を組み込んだ際に生じ得る問題を,最適化計算を実施しながら解決する必要がある.また,実装後に最適化問題としての性質の良し悪しを検討する必要もある.多くの困難な性質を含む最適化問題になる場合は,最適化計算に見積もりよりも多くの時間を有するが,これらの問題は実際に最適化プログラムが完成した後に検討する事項となる.研究実施初年度は,まず格子ボルツマン法の流体解析における境界の取り扱いについて,方針を決め開発を行った.最適化により非定常問題を繰り返し解析するため,実際の計算時間が非常にかかり,現実的に可能な計算時間内で計算を終わらせられる実装法ならびに最適化の条件を現在検討している.格子ボルツマン法の流体解析プログラムはすでに開発が進んでおり,現在は計算結果の確認を行っている段階にある.最適化のプログラム開発はすでに終了しており,構造の表現方法とからめて,格子ボルツマン法との連携をどのように行うかを検討している段階にある.2019年6月までには格子ボルツマン法による解析プログラムの開発を終了し,最適化のプログラムに組み込み,2019年9月までには試験的な最適化計算を実施する予定である.研究実施初年度は,まず格子ボルツマン法の流体解析に必要なプログラムの開発と,最適化および関連する構造表現法のプログラム開発をそれぞれの研究グループで行った.最適化のプログラム開発はすでに終了し,格子ボルツマン法の流体解析プログラムは現在,基本的なベンチマーク問題の計算を実行し,その結果の確認を行っている段階にある.格子ボルツマン法の流体解析プログラムを最適化プログラムに組み込む際にどのように構造データを受け渡すかについて検討を重ね,実際の最適化計算にかかる時間の見積もりを行い,構造の境界を表現する方法の受け渡し手法について検討した.開発前からわかっていたことではあるが,流体解析に非常に時間がかかるため,少しでも計算時間を短くするための工夫として,簡易的な境界表現と厳密な埋込境界のどちらを実装するかを検討し,より計算時間が短くなる方法を選択した.また,最適化においては設計変数を減らす構造表現法を模索し,解探索の高速化を試みている.研究全体としては概ね良好に進んでおり,今後は最適化に格子ボルツマン法の流体解析を組み込んだ際に生じ得る問題を,最適化計算を実施しながら解決する必要がある.また,実装後に最適化問題としての性質の良し悪しを検討する必要もある.多くの困難な性質を含む最適化問題になる場合は,最適化計算に見積もりよりも多くの時間を有するが,これらの問題は実際に最適化プログラムが完成した後に検討する事項となる.研究実施初年度は,まず格子ボルツマン法の流体解析における境界の取り扱いについて,方針を決め開発を行った.最適化により非定常問題を繰り返し解析するため,実際の計算時間が非常にかかり,現実的に可能な計算時間内で計算を終わらせられる実装法ならびに最適化の条件を現在検討している.格子ボルツマン法の流体解析プログラムはすでに開発が進んでおり,現在は計算結果の確認を行っている段階にある.最適化のプログラム開発はすでに終了しており,構造の表現方法とからめて,格子ボルツマン法との連携をどのように行うかを検討している段階にある.2019年6月までには格子ボルツマン法による解析プログラムの開発を終了し,最適化のプログラムに組み込み,2019年9月までには試験的な最適化計算を実施する予定である.プログラム開発がまだ計算を実施する段階にないため,2019年度に計算機の購入を先延ばしした.2019年度の6月に購入を予定し,すでに計算機の選定と見積もり作成を業者に依頼している.
経営システムの設計法の開発とその理論的研究

米国のナドラー博士は、ワークデザインによるシステム設計法を40年前に開発した。この方法はすぐれているがいくつかの問題点がある。それらについて下のように明らかにし、または解決した。1、論理的矛盾の解決たとえば、「ジュースを冷やす」システムにおける氷は、従来は、インプットとして扱うのが常識であった。本研究では、これをインプットではなく、システムであると結論づけた。このように考えることによって、氷以外のアイデアを出しやすくすることが可能になる。2、システム設計手順を明確化本研究では、トリガーを含ませた設計手順を明確にした。システムには、トリガーを意識的に設計しないシステムもある。それらを含めて、本研究では、トリガーをどの時点でどのようにシステム設計にとりいれていけばよいかをフローチャートの形で明らかにした。3、ワークデザインを越えるシステム設計法の開発トリガーの研究によって、ワークデザインを越えたシステム設計法の一部を作成することができた。すなわち、従来のワークデザインによるシステム設計法では、トリガーの概念がなかったため、ドミノ倒しのようなシステムを設計することができにくかった。ここで、ドミノ倒しのようなシステムとは、トリガーをひけば、ドミノを順番に倒していくようにして、確実にアウトプットが得られるシステムのことをいう。本研究成果のシステム設計手順によれば、ドミノ倒しのようなシステムの設計を着実に行うことが可能となる。ワークデザインは、未だに唯一といってよい、体系化されたシステムの設計方法である。しかしワークデザインの手法体系内にはまだいくつかの論理的矛盾点がある。その1つはインプットである。たとえば、缶ジュースを売る自動販売機というシステムのインプットは何か。多くの人は、100円とか120円とかいうおかねがインプットであると考える。しかしワークデザインでは、おかねはインプットとは考えない。インプットは缶ジュースと考える。(アウトプットは「売られた缶ジュース」)。では、100円とか120円とかいうおかねは、インプットではないのか。これは一見矛盾しているように思われる。本年度の研究では、この問題に挑戦し、次のように解決することができた。それは、おかねはトリガーと解釈すること。そして、システムにとって重要な要素である、トリガーについて定義をし、トリガーの性質を明かにし、トリガーを含めたシステムの設計手順を明確にした。明らかにしたトリガーの性質の一部を以下に列記する。(1)われわれが日頃口にする「インプット」は、2つの意味に分けて考える必要がある。1つは「動作としてのインプット」、もう一つは「設計のためのインプット」。(2)ワークデザインでは、「設計のためのインプット」を単に「インプット」と呼ぶ。(3)「動作としてのインプット」は多くの場合トリガーといった方がよい。(4)「動作としてのインプット」が「設計のためのインプット」に等しい場合もあるが、異なる場合もあることに注意すべきである。なお、設計図を描くためのソフトの作成の一部を完成した。本年度の研究目的は、昨年度に引き続いてトリガーをシステム設計過程でどのように位置づけるかということである。すなわち、トリガーはシステムのインプットとして位置づけるかどうかという問題である。昨年度までは、トリガーをインプットとして考えてはこなかった。たとえば自動販売機というシステムでは、120円はインプットではなく、トリガーと考えた。(このシステムのインプットは缶ジュース)。ここで、このシステムのアウトプットを「客の手にある缶ジュース」としよう。すると、インプットとして、「缶ジュース」と「客」の2つが入ってこなければならない。このとき「客」というインプットの変形が「120円」と考えることができなくはない。このように考えると、「120円」はトリガーであり、かつインプットであると考えるのが自然である。このことを一般化して、つぎのように考えるのがいいように思われる。一般に、システムにはいくつかのインプットが存在する。

そのうちの一つのインプットをトリガーとして選定する。選定したトリガーは、設計のプロセスで明確化・詳細化していく。すなわちトリガーは設計対象になる。それに対して、他のインプットは設計対象にはせず、与件として扱う。本年度の主要研究目的は、連鎖反応を起こすトリガーをどのように設計していくべきか、その手順を明らかにすることである。そしてそのために、できるだけ種々の例をトリガーの観点からシステム設計してみることである。はじめに、つきのような例についてシステム設計してみた。それは、「火事を消すシステム」、「自動車工場の組立システム」、「バネ秤のシステム」、「自動ドアシステム」、「ゴイ鷺防御システム」、「製造発注システム」、「下校時間お知らせシステム」である。これらのシステムは多彩である。たとえば、情報システムがあり、防御システムもある。以上の多彩なシステム設計を通じて、次の結果が得られた。(1)インプットが投入されたら速やかにアウトプットを産出したいシステムでは、インプットを察知する作業をトリガーとしてシステム設計していくとよい。(2)トリガーには、人間の意思が込められたものと、込められていないものがある。(3)人間の意思が込められていないものでは、インプットを察知できるものをトリガーにするとよい。(4)情報システムでいわれる「イベント」は、本研究でいうトリガーと同じである。(5)トリガーは、すでに存在しているトリガーと、これから設計しなければならないトリガーの2種がある。そして最後に、トリガーを考慮に入れたシステム設計の手順を明らかにした。
岩石のダメージと非線形粘弾性の効果を考慮した断層ダイナミクスの解明

断層震源域のメカニズム(地震時の動的すべりと空隙率発展との非線形相互作用),そして震源域と地表間の媒質である地殻物質の力学的挙動(非線形粘弾性挙動)について,非整数階微分を用いた理論展開・数値計算による解析を行い,これらの現象論的性質に関する新知見を得た.1.動的すべりと空隙率発展の非線形相互作用地震の動的すべりには流体が作用しており,すべりに伴う摩擦発熱や空隙率変化が流体を通じて動的すべりにそれぞれ正・負のフィードバック作用を与える,と考えられている.しかし,動的すべりのような高速すべり領域における空隙率の発展則はよく分かっていない.そこで,空隙率発展がすべり量の1から2階までの時間微分に依存する関係を仮定し,動的すべりの解析を行った.ここで,時間微分の階数は非整数にまで拡張し,すべりの履歴効果も表現できるようにした.結果,1から2階までの場合は滑るほど滑りが促進される「すべり弱化」の傾向を示すことが分かった.高速摩擦実験から,高速領域で空隙率発展が滑りの加速度に依存する関係が報告されており,それに基づけば高速な動的すべりは滑れば滑るほど促進される傾向にあることが示唆された.2.非整数階微分を用いた現象論的粘弾性構成則の検証応力が歪のn階微分に比例する粘弾性構成則について検証した.nを非整数階にも拡張することで,応力が歪の0階微分に比例するフックの法則に従う弾性と,応力が歪の1階微分に比例するニュートンの法則に従う粘性,加えて,これらを端点とした中間の挙動を0から1の微分階数を用いて粘弾性を表現でき,微分階数nは現象論的挙動の指標となる.この微分階数は微視的変形機構にも依存しており,岩石・鉱物の微視的変形機構に基づいて得られた粘弾性構成則と巨視的な現象論的構成則とが関連づけられることを明らかにした.1、巨視的な粘弾性挙動と微視的な構造との関係を明らかにするシミュレーション岩石や多くの複合材料について,その粘弾性挙動を歪速度と応力との間をべき乗関係で表現する構成則が多く用いられる.これらは通常,高温クリープに関する転位理論や実験結果など,平均場モデルとして導出されており,例えばクラック密度が高い場合などに重要な,微視的構造間の相互作用を考慮していなかった.本研究では,これまで平均場モデルとして導出されていた粘弾性構成則について,内部要素間の相互作用も含めた集団的ダイナミクスとしての粘弾性挙動として見直し,緩和時間の分布関数も考慮した構成則に拡張した.2.分数次微積分を用いた粘弾性挙動の記述岩石の流動則(非弾性挙動の構成則)は,構成則の適用が目的であったために,その現象論的構成式の数理的・熱力学的な背景についてはほとんど探求されてこなかった,そこで,微分幾何学の範疇で応力・応力速度・ひずみ(計量)・ひずみ速度(捩率)のパラメータからエネルギー関数を定義し,分数階微分を用いた一般化粘弾性構成則を導出した.この分数階微分は,その階数が自然数から正の実数に拡張されており,時間遅れの効果を含んでいる.この一般化で,マクスウェル・ケルビン・フォークト・ツェナーモデルなどのあらゆる粘弾性モデルを包含できており,フック弾性とニュートン粘性の中間の挙動を表現できる.この構成式を用いて,岩石(岩塩・方解石・レルゾライト)の高温変形実験のデータから,微分の分数階を決定する解析を行った.これらの岩石は,緩和弾性率(時間に依存して変化する応力と歪の比)が時間のべき乗則に従い,そのべき乗則の指数から微分の分数階が得られる.解析結果の基づく考察から,この微分の階数は,巨視的な時間遅れと拡散や転位クリープなどの微視的な変形機構とをつなぐ変数であることを明らかにした.1.斜方輝石の遷移挙動に関する非線形粘弾性構成則の導出岩石・鉱物は,流動変形する条件下において応力・歪がかかると変形をはじめ,それに合わせた構造に変化したのち,安定して変形を続ける.ここで,安定した変形に至るまでを遷移挙動,安定した変形を定常挙動と分類する.流動変形を説明するために用いられている経験的・理論的構成則は定常挙動のみを説明し,遷移挙動は説明できない.しかし,地震後の余効変動や後氷期変動など,遷移挙動が本質的な場合も多く,遷移挙動も表現できる構成則の導出は重要である.本研究では,斜方輝石の遷移から定常領域にわたる挙動を上で導出された構成則で解析を行い,緩和弾性率(時間に依存する応力と歪の比)と時間の関係を調べたところ,逆べき乗則の関係がみられ、遷移挙動も定常挙動も同構成則で説明できることを確かめた.また,緩和弾性率とは別に歪に非線形な関数も得られ,この関数によって遷移領域にのみ特徴的な加工硬化の時間発展も定量的に説明できた.2.分数次微積分を用いた粘弾性挙動の記述地震時には断層面上で動的なすべりが起きる.この状況を一次元に簡略化して数値解析を行った.動的すべりによって断層面では空隙が増加する.したがって,空隙率の時間発展は,滑りに関するパラメータ(すべり量や速度)に依存すると考えられる.ここで,変位・速度はそれぞれ変位の0階・1階微分である.

この間の0から1までの非整数階微分も含めて,空隙率発展の変位速度依存性を検討し,それらに対応する応力-すべり量関係を導出した.すると,変位の0階から0.75階微分に依存するときは最初滑り弱化が起こるものの,途中から滑り強化されて自発的に停止する傾向がみられた一方,1階微分に近づくにつれて解が分岐し,すべり強化されてすぐに滑りが停止する場合と,弱化して滑り続ける場合に分かれるという結果を得た。断層震源域のメカニズム(地震時の動的すべりと空隙率発展との非線形相互作用),そして震源域と地表間の媒質である地殻物質の力学的挙動(非線形粘弾性挙動)について,非整数階微分を用いた理論展開・数値計算による解析を行い,これらの現象論的性質に関する新知見を得た.1.動的すべりと空隙率発展の非線形相互作用地震の動的すべりには流体が作用しており,すべりに伴う摩擦発熱や空隙率変化が流体を通じて動的すべりにそれぞれ正・負のフィードバック作用を与える,と考えられている.しかし,動的すべりのような高速すべり領域における空隙率の発展則はよく分かっていない.そこで,空隙率発展がすべり量の1から2階までの時間微分に依存する関係を仮定し,動的すべりの解析を行った.ここで,時間微分の階数は非整数にまで拡張し,すべりの履歴効果も表現できるようにした.結果,1から2階までの場合は滑るほど滑りが促進される「すべり弱化」の傾向を示すことが分かった.高速摩擦実験から,高速領域で空隙率発展が滑りの加速度に依存する関係が報告されており,それに基づけば高速な動的すべりは滑れば滑るほど促進される傾向にあることが示唆された.2.非整数階微分を用いた現象論的粘弾性構成則の検証応力が歪のn階微分に比例する粘弾性構成則について検証した.nを非整数階にも拡張することで,応力が歪の0階微分に比例するフックの法則に従う弾性と,応力が歪の1階微分に比例するニュートンの法則に従う粘性,加えて,これらを端点とした中間の挙動を0から1の微分階数を用いて粘弾性を表現でき,微分階数nは現象論的挙動の指標となる.この微分階数は微視的変形機構にも依存しており,岩石・鉱物の微視的変形機構に基づいて得られた粘弾性構成則と巨視的な現象論的構成則とが関連づけられることを明らかにした.分数階微積分という地球科学では新しい概念を取り入れることで,粘弾性挙動や断層すべりの挙動についてこれまでにない新知見も得られ,順調に進展したといえる.これまでと同様に着々と研究を進める.特に分数階微積分という概念の導入は当初の計画にはなかったものだが,意外な興味深い結果を得ている.最終年度ということもあるので,これまで以上に論文・学会発表での公表を行いたい.
気候温暖化に耐性をもつ寒地型牧草品種の作出

温暖化の進行とともに寒地型牧草は適作地が北上し牧草生産に大きな影響が出ることが予測されている。本研究では,イネ科寒地型牧草間の高温ストレス耐性の差異を熱ストレス下で発現するヒートショック蛋白質(HSP)との関係で解明を行った。その結果,どの種でも高温にさらされるとHSPの合成が短時間で行われるが,寒地型牧草種間の高温ストレス耐性の種間差をHSPだけでは説明できなかった。高温ストレス傷害は,高温下で発生する活性酸素種による酸化ストレスが原因であることが実験から示され,HSPの機能である損傷分子の修復以外に活性酸素種の生成を抑えることも重要であることがわかった。日本では1980年から現在まで79月の平均気温は毎年0.05°Cの割合で上昇しており,このような急速な温暖化は,寒地型牧草が優占している地域での草地荒廃を生じるものと予想される。本研究は,寒地型牧草の温暖化に対するストレス反応も生理的メカニズムを解明し,温暖化に強い牧草品種の育成につなげることを目標にしたものである。生物は,高温条件に対して熱ショックタンパク質を産生して高温下でのタンパク質の変成を抑制し,熱耐性を獲得することが知られている。現在,熱ショックタンパク質は,高温ストレス耐性に関与することが知られている唯一のメカニズムである。本研究では,寒地型牧草の高温耐性に熱ストレスタンパク質の発現がどのように係わっているか,熱ショックタンパク質の発現変化により温暖化条件下でも衰退しない高温耐性をもつ寒地型牧草品種の育成が可能かどうかを明らかにすることを目的としている。具体的には,以下の3つの課題を明らかにすることをめざしている。(1) C3型牧草種の高温耐性が低い原因を,生長速度や光合成機能の温度反応の差異と熱ショックタンパク質の発現解析を通じて明らかにすること。(2)遺伝子組換え技術が確立され,ゲノムの塩基配列情報も集積されているペレニアルライグラスを材料に,高温耐性に関係する熱ショックタンパク質を同定し,その遺伝子をクローニングすることにより,遺伝子組換え手法で高温耐性をもつ形質転換植物を育成する可能性を検討する。主要寒地型牧草16種を供試し,気候温暖化に伴う高温ストレスに対する耐性をクロロフィル蛍光法を用いたPSIIの高温阻害程度により評価した。その結果,種間には高温によるPSII阻害程度に大きな差が見られ,一般に成長の早いライグラスやベントグラスなどは高温耐性が低く,シープフェスクなどの成長の遅い種で高温耐性が高かった。また高温耐性と葉のSLAや含水率に高い相関が見られ,葉の構造的特性が,高温耐性に関係していることが示唆された。同時に,主要寒地型イネ科牧草のペレニアルライグラスについて,高温処理によるヒートショックタンパク質(HSP)を中心とした遺伝子発現の変化とHSP生産量を,RT-PCRやウエスタンブロティングにより解析した。その結果,高温処理後のHSPのmRNAの発現は1時間後から見られ,1日後に最大の発現量を示した。また,クロロフィル蛍光により測定したPSIIの阻害度も1日目までは障害を受けたが,HSPが発現した2日目からは,PSIIの傷害は回復し,HSPが高温耐性に対する防御機構として機能していることが示唆された。主要寒地型牧草16種を供試し,高温ストレス耐性の評価法を確立するため,40°C条件下で2週間育てた植物の葉のクロロフィル蛍光,イオンの漏出度,脂質の酸化度(MAD法)を測定した。さらに,高温下での生育に伴う,過酸化水素の蓄積量,活性酸素消去酵素のアスコルビン酸パーオキシダーゼ活性(APX)と小分子熱ショックタンパク質(smHSP)のウェスタンブロットによる発現解析を行い,高温ストレス耐性に関与する生理的・分子的メカニズムを明らかにしようと試みた。非ストレス環境における種間比較では,非葉面積(SLA)が大きい草種ほど損傷の原因となる過酸化水素量が高く,脂質の酸化度も高い傾向を示した。比葉面積(SLA)の大きな種は細胞膜の脂質酸化が起こりやすいために熱ストレスに弱いことが明らかにされた。しかし,APX,smHSPの発現だけでは脂質の酸化のされやすさを説明することはできなかった。これは,APX,smHSP以外のストレス耐性遺伝子も大きく関係していることを示唆している。さらに,mRNAの発現のパターンの違いが植物によって異なったことから,ストレス耐性遺伝子の発現戦略自体が植物で異なることが示唆された。代表的な寒地型牧草であるペレニアルライグラスについて気候温暖化に対するストレス耐性の品種間差異が生じる生理的メカニズムを解明するため,山梨酪農試験場の圃場での越夏性の評価で高い品種(Yatsu-24)と低い品種(Norlea)を用いて,再現性のある室内での温暖化ストレス条件の検討を行った。

長期間の中程度の高温条件(36°C/30°C, 60日)と短期間の高温(40°C/36°C, 14日)の二つの温度処理区を設け,ストレス障害の指標として(1)光化学系IIの機能損傷を表すクロロフィル蛍光, (2)葉組織からのイオン漏洩度, (3)生体膜の過酸化度を測定した。その結果(A)用いた2品種は2つの高温ストレス条件で同じ反応を示したが,長期間-中程度の高温処理でより一貫性のある差を示した。40°Cの条件に1週間おいてもペレニアルライグラスは機能損傷を示さないが, 36°C程度の温度に40日以上さらされると機能損傷が見られた。このことから短期的な高温にさらされるよりもある程度の高温条件が長期間続くことが温暖化による寒地型牧草の衰退に関係していることがわかった。(B)機能損傷として,光化学系IIの損傷,生体膜の過酸化度や膜からのイオン漏洩が生じたので,温暖化ストレスは,高温により光合成の電子伝達系からの電子漏洩による活性酸素の生成とそれによる生体膜の酸化や膜蛋白質の機能低下が関係していることが示唆された。
急性促進拒絶反応の解明並びにその治癒にかかわる免疫抑制剤の研究

Balb/c(H-2d)マウス胎児肝細胞を放射線処置後のCBA(H-2k)マウスに移植しキメラマウス(Balb/c→CBA)を作成した.無処置コントロールCBAマウスとキメラマウスにB6(H-2b)マウス皮膚を移植したところそれぞれ12.1±0.64d,11.6±0.50dで拒絶された.再度B6皮膚を移植したところ、それぞれ8.9±1.83d,8.6±0.51dで拒絶され明らかに短縮しており急性促進拒絶反応がおきたと考えられた。しかし抗B6抗体はコントロール郡では初回移植後上昇したが、キメラ郡では不変であった.追加免疫後、1)コントロール郡の血清、2)キメラ郡血清、3)全T細胞、4)CD4^+細胞、5)CD8^+T細胞をそれぞれ放射線処置後のBalb/cマウスに投与後B6皮膚移植を施行した。1),2),4)郡ではそれぞれ、16.3±0.58d,15.6±0.55d,15.0±0.73dで拒絶され無処置郡16.0±0.98dと差は無かった。しかし、3),5),郡においてはそれぞれ9.0±1.41d,9.5±0.58dで拒絶され明らかに短縮していた。また次のような別モデルを作製しこれらの確認を行った。グループI:正常C57B6(B6,H-2b)マウスT細胞をRAGマウスに投与した。グループII:Balb/c(H-2d)マウスから1回の皮膚移植と4回の脾細胞による追加免疫により前感作されたB6マウスから、血清、全T細胞、CD4^+T細胞、CD8^+T細胞を分離し、その各々をRAGマウスに投与した。グループI、IIの各々に対し、Balb/c、B6およびCBA(H2-k)の皮膚移植を行った。無処置RAGマウスでは移植皮膚片の拒絶は認められなかった。グループIではBalb/c、CBAの皮膚片はそれぞれ13.5日、14.5日で拒絶された。B6の皮膚片は拒絶を受けなかった。グループIIにおいては、CD4^+T細胞投与群ではBalb/c、CBA皮膚片はそれぞれ14日、15日で拒絶されたが全T細胞投与群ではそれぞれ9日、14日、CD8^+T細胞投与群では、CD4^+T細胞投与群に比べBalb/c皮膚片の拒絶が明らかに早期におきており、Balb/cの前感作による急性促進拒絶反応によると考える。血清だけの投与群では全く拒絶は認めなかった。急性促進拒絶反応をきたすには抗体の存在は必要でなく、T細胞、特に、CD8^+T細胞が急性促進拒絶反応をきたす事が示された。この事は、正常マウスにおいても感作T細胞、特に、CD8^+T細胞が強く急性促進拒絶反応と関連している事が示唆された。

グループIIにおいては、CD4^+T細胞投与群ではBalb/c、CBA皮膚片はそれぞれ14日、15日で拒絶されたが全T細胞投与群ではそれぞれ9日、14日、CD8^+T細胞投与群では、CD4^+T細胞投与群に比べBalb/c皮膚片の拒絶が明らかに早期におきており、Balb/cの前感作による急性促進拒絶反応によると考える。血清だけの投与群では全く拒絶は認めなかった。急性促進拒絶反応をきたすには抗体の存在は必要でなく、T細胞、特に、CD8^+T細胞が急性促進拒絶反応をきたす事が示された。この事は、正常マウスにおいても感作T細胞、特に、CD8^+T細胞が強く急性促進拒絶反応と関連している事が示唆された。〈方法〉グループI:正常C57B6(B6,H-2b)マウスT細胞をRAGマウスに投与した。グループIIBalb/c(H-2d)マウスから1回の皮膚移植と4回の脾細胞による追加免疫により前感作されたB6マウスから、血清、全T細胞、CD4^+T細胞、CD8+T細胞を分離し、その各々をRAGマウスに投与した。グループI、IIの各々に対してBalb/c、B6およびCBA(H-2k)の皮膚移植を行った。またさらにBalb/c(H-2d)マウス胎児肝細胞を放射線処置後のCBA(H-2k)マウスに移植しキメラマウス(Balb/c→CBA)を作成し、無処置コントロールCBAマウスとキメラマウスB6(H-2b)マウス皮膚を移植した。その後追加免疫後、1)コントロール群血清、2)キメラ群血清3)全T細胞4)CD4+細胞、5)CD8+T細胞をそれぞれ放射線処置後のBalb/cマウスに投与後B6皮膚移植を施行した。〈結果〉無処置RAGマウスでは移植皮膚片の拒絶は認められた。グループIではBalb/c、CBAの皮膚片はそれぞれ13.5日、14.5日で拒絶された。B6の皮膚片は拒絶を受けなかった、グループIIにおいては、CD4+T細胞投与群ではBalb/c、CBA皮膚片はそれぞれ14日、15日で拒絶されたが全T細胞投与群ではそれぞれ9日、14日、CD8+T細胞投与群では9日、15日で拒絶された。すなわち、全T細胞投与群に比べBalb/c皮膚片の拒絶が明らかに早期におきており、Balb/cの全感作による急性促進拒絶反応によると考える。血清だけの投与群では全く拒絶反応によると考える。血清だけの投与群では全く拒絶は認めなっかた。そしてキメラマウスを用いた実験では、無処置コントロールCBAマウスとキメラマウスB6(H-2b)マウス皮膚を移植したところそれぞれ12.1±0.64d、11.6±0.50dで拒絶され明らかに短縮しており急性拒絶反応がおきたと考えられた。しかし抗B6抗体はコントロール群では初回移植後上昇したが、キメラ群では不変であった。そして1)、2)、4)群ではそれぞれ、16.3±0.58d、15.6±0.55d、15.0±0.73dで拒絶され無処置群16.0±0.98dと差は無かった。しかし3)、5)群においてはそれぞれ9.0±1.41d、9.5±0.58dで拒絶され明らかに短縮していた。<結語>急性促進拒絶反応をきたすには抗体の存在は必要ではなく、感作T細胞、特にCD8+細胞によっておこる事がRAGマウスモデルに於いて示唆された。そして抗ドナー抗体の無いキメラマウスモデルにおいてもT細胞、特にCD8+T細胞が強く急性促進拒絶反応と関連している事が示唆された。Balb/c(H-2d)マウス胎児肝細胞を放射線処置後のCBA(H-2k)マウスに移植しキメラマウス(Balb/cCBA)を作成した。無処置コントロールCBAマウスとキメラマウスにB6(H-2b)マウス皮膚を移植したところそれぞれ12.1±0.64d,11.6±0.50dで拒絶された。再度B6皮膚を移植したところ、それぞれ8.9±1.83d,8.6±0.51dで拒絶され明らかに短縮しており急性促進拒絶反応がおきたと考えられた。しかし抗B6抗体はコントロール郡では初回移植後上昇したが、キメラ郡では不変であった。追加免疫後、1)コントロール郡の血清、2)キメラ郡血清、3)全T細胞、4)CD^<4+>細胞、5)CD^<8+>
私法の国際的調和の動向に対するフランス契約法の対応

本研究の目的は、EUを初め国際的な私法の調和(平準化)において、フランス契約法におけるフランス固有の概念がどのようにとらえられるのかを知ることであった。前年度の報告でも述べたとおり、フランス国内の議論状況としては、ヨーロッパでの私法の統一に対しては強い反感があるものの平準化については積極的な見解も多く、またEU指令の国内法への取り込みは所与の事実である。このような動向がフランス法の根幹に対して持つ影響については、現象としても方向性としても賛否両論があるが、近時のテーズには、このような影響を不可避ととらえた上でマクロレベルで検討しようとするものも散見される。たとえば、フランス契約法の基礎をなす概念の一つであるコーズ概念は、平準化や統一の各種の試みにおいて排除されているが、これについては、EU法のフランス法への影響を「正当な期待」概念および「契約の均衡」概念の二つのレベルでとらえ、その中にコーズ概念の複数の役割の各々を位置づける見解もある。「正当な期待」は、伝統的なコーズ概念との関連づけは困難であるが、近時のコーズ概念の展開には「正当な期待」と共通する考え方が見られ、「契約の均衡」についても同様である。しかしながら、これらの新しい概念を、コーズ概念その他のフランス契約法独自の概念の展開に含めるには、制定法上の概念との齟齬が生じてくることが指摘されている。以上を踏まえれば、フランス契約法独自の概念について、その淵源をふまえた位置づけとその限界を画定したうえで、新たにもたらされうる諸概念の根拠及び機能との関連がさらに問われるべきであろう。さもなければ、平準化や統一により、積み重ねられてきた議論との連続性が失われることになる。このような視点を持ちつつ、フランスにおける平準化の動向を今後も見ていく必要がある。本研究の目的は、EUを初め国際的な私法の調和(平準化)の動きのなかで、フランス契約法におけるフランス固有の概念がどのように位置づけられるか、という観点に立ち、そういった概念が調和に向けての動きのなかでどのようにとらえられ、どのように組み込まれあるいは解消されるのかを明らかにしていくことである。EU全体の動きも含め最新の情報収集に努める必要があることから、平成14年度の研究計画としては、情報の収集と整理が中心であった。本計画に基づき、研究代表者は平成14年9月に約2週間パリに滞在し、現地の実務家、研究者からの直接の情報収集及び資料収集を行った。平成14年度の作業において得られた情報を以下に簡潔にまとめておく。まず、フランス滞在中に直接にフランスの実務家・研究者へのインタビューから得られた全体的な動向としては、次のとおりである。主にEU法における私法の平準化ないし統一について、平成1213年の滞仏期間中に得られた情報と併せてまとめると、一部の積極的な見解を持つ研究者に対し、消極的ないし関心を持たない研究者・実務家が比較的多数であったように見受けられるが、他方で、消極的な研究者でさえも、議論にコミットせざるを得ない状況になりつつあることが感じられる。次に、議論状況としては、関心を示さなかった有力な研究者がとりわけEUでの私法の統一に対し積極的に反対論を展開しつつある。他方で、UNIDROITのような強制力を持たない試みに対しては比較的反発が少ないようにも見受けられ、この中でフランス法に固有の概念が取り入れられていないことにつき肯定・否定の両面で言及されることが増えている。平成15年度においては、これらの総合的検討に取り組む予定である。
「組織体としての学校」の改善を図る教員研修の理論的実践的フレームワークの構築

平成25年度は教員研修研究の動向についての分析・整理を進め、理論的な教員研修のフレームワークを提案する作業を進めた。企業社会一般を対象とした組織改善ないし職能成長の理論の分析を通じては、「個人の組織への統合」を前提とするタイプのものと「個人の組織からの独立性」を重視するタイプのものがあることを見出した。この二つを教員研修に関するフレームワークとして位置づければ、日本の教員研修は「個人の組織からの独立性」を前提としつつ学校改善は別の位相に位置づけるもので、ドイツのそれは「個人の組織への統合」を進める中で研修と学校改善の一体化を図ろうとするものと解釈された。平成24年度は研究計画・方法に記した内容のうち、ドイツを対象とした現地調査(2回目)を予定通り実施した。中国を対象とした現地調査は実施できなかった。このことについての基本的理由は国際情勢の悪化により、調査のアレンジを依頼することが難しくなったことである。ドイツを対象とした現地調査については、前年度に実施した調査の結果及びその後の文献研究によって得られた知見を踏まえ、ニーダーザクセン州の新しい教員研修システムの具体的内容を理解することを目的として実施した。文献研究及び現地調査によって今年度明らかになった内容とその意義を2点示す。第一に、「分権化」を旗印として実施された現職教員研修の大学への移管、州の現職教員研修システムの大幅な縮小は、それを受任した大学の状況によって多彩な運用実態を生んでいる。大学における教員養成教育と組織的に結合を諮りつつ現職教員研修も提供しようとする大学、他の分野の社会人教育と組織的に結合をはかりつつ現職教員研修を提供しようとする大学、アカデミックな観点からの学校・教員支援を主眼とする大学、の三類型が暫定的に区別できると思われる。これらは日本における大学と現職教員研修の関係を構想する上で大いに参考になる。第二に、教員研修プログラムの内容についてみると、教員個々人の能力開発を目的とした、いわゆる講座型のメニューの提供のほかに、教育活動の単位としての学校自体の能力開発を目的とした、校内研修支援型のメニューも提供されている大学がある。これは1990年代以降、ニーダーザクセン州で進められてきた政策の延長上にあるものとみられる。教員の仕事の「個業性」がきわめて強いドイツの風土の中で、校内研修支援型の研修プログラムがどのように機能しているか、興味深い。平成25年度は教員研修の動向についての分析・整理を進め、理論的な教員研修のフレームワークを提案する作業を進めた。日本については、教員研修を主に供給する教育センター等の活動について大きな再編の動きはみられないと言ってよい。実践的にみた場合、教員研修の企画・運営を担当する職員の移動のペースが速く、経験の蓄積やプログラムの熟成ないし更新が必ずしも意図的に図られていないことが指摘できる。このことは、新しい課題、例えば10年経験者研修と免許更新講習の調整、初任者研修の長期化などにおいて、県ごとの差異を生む原因ともなりうる。ドイツにおいては、一部の州が教育行政による教員研修の供給をやめ、大学へ移管しているが、こうした動きは理論的には教員を対象とした研修の提供を縮小し、教育行政は「学校改善への支援」に注力する方向と解釈できる。本「大学への移管」はその一つの方法で、同様の意図を「研修の市場化」で果たそうとする動きもありうる。企業社会一般を対象とした組織改善ないし職能成長の理論の分析を通じて、「個人の組織への統合」を前提とするタイプのものと「個人の組織からの独立性」を重視するタイプのものがあるようを見出した。それらは必ずしも単純に年代論で整理できないように思われた。この二つを教員研修に関するフレームワークとして位置づければ、日本の教員研修体制は「個人の組織からの独立性」を前提としつつ学校改善は別の位相に位置づけるもので、ドイツのそれは「個人の組織への統合」を進める中で研修と学校改善の一体化を図ろうとするものとみることができる。なおこの点については平成26年度から新規の科研費研究課題として発展的に研究を進める予定である。平成25年度中は前年度に続き短期で中国を訪問、研究者との若干の協議を進めたが、期間全体を通して当初想定した情報を集めることができなかった。この点は反省したい。第一年度である本年度の主たる課題は二つ、「組織体としての学校」を単位とした研修の必要性について探索すること、及び学校に関する「組織開発」の理論が蓄積されてきたドイツの事情について具体的情報の収集と整理に着手することであった。第一の課題については、各都道府県、政令市等の教員研修部門の全国組織である全国教育研究所連盟の研究集会への参加によって一般的な傾向の把握に努めた。人事異動制度を前提とする限りにおいて、学校の教育力の向上の必要性は自明であるものの、実際には学校を固有の単位とした研修企画が成立しにくい傾向を確認しつつある。

第二の課題については、文献資料の収集は当初の予定からすると十分ではないが、一定程度作業を進め、整理に着手した。2011年度半ばから、当初計画の通りドイツ・ニーダーザクセン州・ブラウンシュヴァイク工科大学教育学部門のケムニッツ教授(ブラウンシュヴァイク地域の現職教員研修プログラムの責任者のひとり)と連絡をとり、日程調整を進め、2012年3月に第一次の訪問調査を実施し、2012年1月から実施に移された新しい現職教員研修プログラムについて具体的な情報収集を行った。訪問先はブラウンシュヴァイク工科大学教員研修センター、ニーダーザクセン州立教育研究所、ゲオルク・エッカート国際教科書研究所である。新しい現職教員研修プログラムにおいては、従来州立教育研究所が提供していた現職教員研修が「分権化」され、州内の8大学に新設された教員研修センターによって提供されることとなった。これは州の教育行政にとって、大学にとって、そして研修を受講する教員にとって大きな変化である。制度の改定間もない時期であるため、成果や課題は明らかではない。ドイツでもっとも斬新な現職教員研修の改革として、今後も注視すべき事例であると考えられる。本研究は、研究代表者の人的ネットワークを活用して、急速に改革を進めているドイツの教員研修改革を主に、中国の教員研修改革に関する調査を従に、構想されている。昨年来の急激な国際情勢の悪化により、中国の教育行政関係者、学校関係者に対する調査の企画が難しくなっているため、その部分は縮小した。(第一年次には中国において教育行政関係者、校長へのインタビューを実施している。)主たる研究対象であるドイツの状況については、予想以上に情報の収集と分析を進めている。以上の理由により、おおむね順調に進展しているとした。当初予定していた作業のうち、外国文献の探索と収集において若干不十分な点がある。訪問調査を中心とした情報の収集においては順調に進展している。以上の点から、おおむね順調に進展しているものと言える。平成25年度は本研究課題の第3年次、最終年度に当たる。実証的な新しい教員研修の仕組みについての分析・整理を進め、理論的な教員研修のフレームワークを提案する作業を進める。実証的には、ドイツにおける教員研修の「分権化」、大学と学校の連携に関わる調査研究から得られる知見を整理する。理論的には、現職教員研修は単に教員に新しい情報を提供することで完結するものではなく、教員の養成と採用、組織としての学校の改善を含む多元的なプロジェクトであり、大学と教育行政との新しい関係形成も含んで、それぞれに理論的フレームワークを構築しつつ展開されていることを説明するべく分析を進める。日本における教育センター等の教員研修プログラムについての情報収集は継続的に進め、年度末にかけて、組織体としての学校の改善開発と教員研修、リソースとしての大学の関わりについての理論モデルをまとめる。80千円強の研究費を次年度に支出することとした。ドイツ訪問調査を3月中旬に実施することとなったため、旅費の確定が遅れたことがこの研究費が生じた理由である。第2年度については、当初予定通り研究を進める。
フォトニック結晶レーザの高性能化と新機能探求

従来にはない光の制御を可能にするナノ構造光機能材料として注目を集めているフォトニック結晶を用いたレーザの高性能化および新機能の探求を本研究の目的としている.フォトニック結晶の高性能化にはまず,高精度な微細加工の確立が必要と考えた.昨年度までに,一般的にレーザに用いられる化合物半導体に対し,高純度ヨウ化水素ガスを用いた誘導結合プラズマ法を適応することで,既に加工技術が確立されているシリコンフォトニック結晶に迫る高精度なフォトニック結晶の作製に成功した.今年度はこの技術をフォトニック結晶レーザの基本形となる薄膜スラブにガリウムインジウムヒ素燐半導体量子井戸発光層を導入した構造に適用することを試みた.作製したフォトニック結晶を,チタンサファイアパルスレーザで励起し,光電子増倍管を含む光学システムにて発光の時間応答特性を測定した.量子井戸からの発光の減衰寿命がフォトニック結晶のない場合と比較して約5倍に増大した.これは,フォトニック結晶の効果によってレーザ発振現象の源となる自然放出が原理的に制御された結果を示しており,高精度な化合物半導体加工結果を反映している.(この成果はフォトニック結晶による発光制御の基本原理が実証された成果として米国の著名な科学誌サイエンスに掲載され,多くのメディアでも報道された)本研究では一方でフォトニック結晶レーザの新機能探求の目的で新たな発光材料を用いたフォトニック結晶発光素子の作製も試みている.今年度は昨年度に引き続きフレキシブルな大面積素子への展開の可能性がある有機材料を用いた.ナノインプリント法という大面積を一括形成可能な微細加工技術を適応することで約1億個の微細孔からなるフォトニック結晶を作製した.2ミリ角という大きな発光面積フォトニック結晶有機発光素子の動作を確認し,将来の大面積有機フォトニック結晶レーザの作製技術の基礎を築いた.従来にはない光の制御を可能にするナノ構造光機能材料として,フォトニック結晶は近年大きな注目を集めている.固体結晶において原子核の周期ポテンシャルにより電子に対するエネルギーバンド構造が形成されるのと同様に,フォトニック結晶においては光の波長オーダサイズの屈折率の周期構造によりフォトンのエネルギーに対するフォトニックバンド構造が形成される.すなわち光の固有モードの波数と周波数の分散関係に対して均一媒質とは異なる特異な振る舞いが示される.本研究ではこのフォトニック結晶を用いたレーザの高性能化とこれまでにない新機能の探求を目的としている.本年度はまず,光の閉じこめが強く,フォトニック結晶の効果が大きいと予想される半導体薄膜スラブ構造を用いてフォトニック結晶レーザを作製した.精度の高い電子線露光法と誘導結合型プラズマエッチングを用いて発光層を含むGaInAsP半導体を周期420nmの円孔三角格子フォトニック結晶に加工した.フォトニック結晶中には3個直線上に円孔を埋めた欠陥を導入した.室温光励起特性から,欠陥に最外接する格子点をシフトさせて作製した素子の効率は有限時間差分電磁界解析で予想されたQ値の向上に対応して,格子点をシフトさせない素子を上回った.一方で新機能の探求の第一歩として,フレキシブルな材料への展開に向けて面発光型フォトニック結晶レーザと同様の原理を組み込んだ有機発光素子を作製した.屈折率が高い透明電極・有機層からの光が取り出される効果によってフォトニック結晶のない有機発光素子より高い効率を得ることに成功した.半導体材料として最もよく用いられるシリコンにおいては微細加工プロセスが確立され,フォトニック結晶においても非常に理論とよく対応した明確な効果が観察されてきている.一方,本研究の課題であるレーザ等,発光素子の実現には化合物半導体を用いる必要がある.しかし,従来化合物半導体において,フォトニック結晶のような微細構造を作製する場合,複雑なマスク転写プロセスが必須であったため,十分な加工精度が得られていなかった.そこで,本年度は高精度なフォトニック結晶レーザの作製に必要な微細加工プロセスの確立を試みた.具体的には新規に高純度ヨウ化水素ガスを用いた誘導結合プラズマエッチングを試みることで,電子線ビーム露光法で描画した微細レジストパターンを直接インジウム燐半導体に転写することに成功した.プロセス条件を最適化することで,直径240nm,88゚以上の垂直性と10nm以下の粗さ,±1%以下のバラつき,といった従来のシリコン系フォトニック結晶に迫る非常に高精度な円孔三角格子フォトニック結晶構造の作製に成功した.実際,上記のプロセスを用いて薄膜スラブ構造にガリウムインジウムヒ素燐量子井戸発光層導入したフォトニック結晶を作製し,明確なフォトニックバンドギャップの効果の観測に成功した.一方で新機能の探求の第一歩として,フレキシブルな構造への展開の可能性がある有機材料を用いたフォトニック結晶発光素子の作製も昨年度より試みている.将来のレーザデバイスへの展開においても重要となると考えられる有機発光素子の電気特性において,当初,フォトニック結晶構造の効果としては予想していなかった駆動電圧の低減といった興味深い現象が観察された.この現象がフォトニック結晶構造の形成による有機層膜厚の変調が原因であることを突き止め,実験結果を静電界シミュレーションとトンネル電流モデルで説明することに成功した.従来にはない光の制御を可能にするナノ構造光機能材料として注目を集めているフォトニック結晶を用いたレーザの高性能化および新機能の探求を本研究の目的としている.

フォトニック結晶の高性能化にはまず,高精度な微細加工の確立が必要と考えた.昨年度までに,一般的にレーザに用いられる化合物半導体に対し,高純度ヨウ化水素ガスを用いた誘導結合プラズマ法を適応することで,既に加工技術が確立されているシリコンフォトニック結晶に迫る高精度なフォトニック結晶の作製に成功した.今年度はこの技術をフォトニック結晶レーザの基本形となる薄膜スラブにガリウムインジウムヒ素燐半導体量子井戸発光層を導入した構造に適用することを試みた.作製したフォトニック結晶を,チタンサファイアパルスレーザで励起し,光電子増倍管を含む光学システムにて発光の時間応答特性を測定した.量子井戸からの発光の減衰寿命がフォトニック結晶のない場合と比較して約5倍に増大した.これは,フォトニック結晶の効果によってレーザ発振現象の源となる自然放出が原理的に制御された結果を示しており,高精度な化合物半導体加工結果を反映している.(この成果はフォトニック結晶による発光制御の基本原理が実証された成果として米国の著名な科学誌サイエンスに掲載され,多くのメディアでも報道された)本研究では一方でフォトニック結晶レーザの新機能探求の目的で新たな発光材料を用いたフォトニック結晶発光素子の作製も試みている.今年度は昨年度に引き続きフレキシブルな大面積素子への展開の可能性がある有機材料を用いた.ナノインプリント法という大面積を一括形成可能な微細加工技術を適応することで約1億個の微細孔からなるフォトニック結晶を作製した.2ミリ角という大きな発光面積フォトニック結晶有機発光素子の動作を確認し,将来の大面積有機フォトニック結晶レーザの作製技術の基礎を築いた.
プラズマ支援化学気相堆積法による単層カーボンナノチューブの形成及び構造制御

本年度は,プラズマの持つ新たな側面に着目した単層カーボンナノチューブ(SWNTs)の直径,カイラリティ制御に関する研究,及びその光学特性評価に関する研究を行い以下のことを明らかとした.1.半導体的性質を持つ単層カーボンナノチューブのバンドギャップは,各グラファイトシートの螺旋度(カイラリティ)により異なるため,SWNTsからの蛍光を観測することで,試料中のカイラリティ分布を正確に評価することができる.しかしSWNTsには金属と半導体が混在するため,このような蛍光評価のためには特殊な化学的処理により個々を完全に孤立化することが必要不可欠であった.本研究では,前年度までにプラズマシース中強電場効果を利用することにより,個々が基板垂直に孤立した状態で配向成長させることに成功している.そこでこの手法により成長したSWNTsを化学処理を施さず成長したままの状態で蛍光観測を試みた結果,半導体SWNTs由来の蛍光特性が明確に観測されることを明らかとした.2.上記の成長したままのSWNTsからの蛍光特性の経時変化を測定した結果,時間が経つにつれ蛍光強度が増大する現象が観測された.この結果は,不安定な形状の孤立垂直配向SWNTsが時間の経過と共に安定な束(バンドル)状形状へと変化することにより,バンドル間の励起子エネルギー変換が生じたことに由来すると考えられる.一本のSWNTsからの蛍光強度は非常に弱く,このことが光学的応用を妨げる主たる要因となっていたことから,このような発光強度の増大はSWNTsの光学素子応用に向けた重要な成果と言える.3.現在一般的に用いられているいくつかのSWNTs成長方法の場合,成長温度やガス圧力,触媒条件等の詳細な制御は可能であるが,成長時間に関しては,ガス流速,及び反応場の圧力安定等の要因により数分オーダーの精度が限界であった.一方プラズマCVD法の場合,プラズマ照射時にのみSWNTsが成長し,プラズマ生成時間は電気信号によりマイクロ秒オーダーでの精密な制御が可能である.この高い成長時間制御性に着目しプラズマCVDの成長時間を精密に制御することで,直径,カイラリティ分布の極めて狭いSWNTs成長に成功した.このような成長時間に着目した研究は例が無く,プラズマCVDの新たな利点を見出し,それによりSWNTs産業応用の最も重要な課題の一つである構造ばらつきを大きく抑制できたことは,極めて重要な成果と考えられる.本年度はプラズマ化学気相堆積(CVD)法を用いて,単層カーボンナノチューブ(SWNTs)の構造,主に成長方向を制御する研究を中心に行った.1.下部電極にメッシュ状のグリッド板を用いた平行平板,容量結合型高周波放電装置を構築し,プラズマ中の荷電粒子の挙動が比較的穏やかであるプラズマ拡散領域を利用したプラズマCVD装置を開発した.ナノチューブの成長に炭素源として使用されるメタン水素混合ガスを用いた場合,下部電極から,70mm拡散した領域で電子温度が0.2eVまで低下(コア領域では2.5eV)することをラングミュアプローブ法により明らかにした.また,電子温度の低下とは対象的に電子密度は10^8cm^<-3>程度と拡散距離の増加にかかわらずほぼ空間的に均一であることも確認された.基板に流入するイオンのエネルギーの下限は一般的に空間電位と浮遊電位の差,つまり電子温度によって決定されることを考慮に入れると,本年度行った装置開発及びプラズマ基礎特性の評価により,プラズマプロセスで問題となる基板に流入するイオンエネルギーを極端に低下させつつ,かつプラズマプロセスに十分といえる程度のプラズマ密度を維持したプラズマ源が開発されたと言える.2.上記1で開発した拡散プラズマCVD装置を使用することにより,従来本研究で使用していた,触媒担持の粒子状物質であるゼオライト上にではなく,シリコンをベースとした平面基板上に孤立・垂直配向成長したSWNTを成長させることに成功した.この平面基板上に詳細に成長方向が制御されて形成された孤立SWNTsは,ナノ電子デバイスやSWNT内部への高効率原子/分子内包プロセス等において大きな貢献が期待される.これらの応用研究は次年度行う予定である.3.孤立した一本のSWNTsを垂直に配向成長させるという成長方向制御に,プラズマの効果がどの程度関与しているかを明らかにする目的で,プラズマ中のシース電場を数値計算によりもとめ,シース電場によりSWNTsに誘起される回転エネルギーと,配向を阻害する熱振動エネルギーとのエネルギーバランスを比較した.その結果,拡散プラズマのプラズマシース電場によって誘起される回転エネルギーが熱振動エネルギーに比べ2桁以上大きいことが分かった.このことから,本拡散プラズマ中のシース電場がSWNTsの成長方向を制御する上で十分な効果をもたらすことが定量的に明らかにされた.この結果を受け,今後SWNTsの電気特性の違い(金属的あるいは半導体的)による配向度の差異を明らかにしていく予定である.本年度は,単層カーボンナノチューブ成長におけるプラズマ効果の解明に特化した研究を行った.1.単層カーボンナノチューブ成長におけるプラズマ効果の一つである荷電粒子の効果を定量的に議論する目的でまずは,精密なプラズマ測定を行う測定方法を確立した.通常の直流放電により生成されたプラズマに比べ,本研究に用いている高周波(13.56MHz)放電により生成するプラズマの場合,プラズマ状態も駆動電極と同一の周波数で時間変動するため,この振動効果を除去しない限り正確な高周波プラズマ中の荷電粒子測定は行えない.そこで,高周波補償回路を導入したラングミュアプローブを文献を元に自主製作し,正確な高周波プラズマ中のプラズマ密度,空間電位,浮遊電位,電子温度の測定を実現した.2.上記1の高周波補償