hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
震災時の消火用水と平常時の親水用水としての都市排水の利用可能性に関する研究

本研究は、都市排水の防災用水としての利用について、平常時における親水用水としての多目的利用を考慮して検討し、地域特性に応じた導入の可能性を判断する方法論の形成を目的として、平成10年度と平成11年度の2年に分けて実施した。初年度(平成10年度)では、都市排水による防災用水の確保可能性の評価方法を構成し、需要確保可能性と必要な対策およびその効果を明らかにした。具体的には、震災時の防災用水の確保対策として事前対策と事後対策、それぞれについてはさらに水道系統における対策と非水道系統における対策(これに都市排水の再利用が含まれる)を検討対象として取り上げ、これらの特性の異なる対策を同一の尺度で評価するため、従来から研究・提案してきた需給安定性に関する確率評価理論をもとに対策の評価手法を構成し、モデル地域において検証を行い、その適用可能性を確認できた。さらに、本評価手法を用いて都市排水による防災用水の確保可能性(効果)を他の対策と比較することにより分析を行った。分析結果から、震災後の水需要確保においては都市排水の利用が需要確保率を向上させる意味において水道の復旧や防火水槽の設置などの対策と等価であること、地震による水道の被害が大きく、復旧が遅い場合に、特に震災発生直後において都市排水の利用効果がおおきいことなどが分かった。平成11年度では、震災時における防火用水として確保された都市排水が平常時の親水用水として利用する可能性、水質上の課題、経済的実現可能性について検討を行った。その結果、都市排水を再利用する上で必要な水質の確保が最も困難であることがわかり、そのために必要な対策として、都市排水システムの再構築を視野に入れて越流対策、面源負荷対策、雨水処理、高度処理の導入等を取り上げ、それぞれの効果を明らかにし、計画手法について整理を行った。本研究は、都市排水の防災用水としての利用について、平常時における親水用水としての多目的利用を考慮して検討し、地域特性に応じた導入の司能性を判断する方法論の形成を目的として、平成10年度と平成11年度の2年に分けて実施すると計画されている。初年度(平成10年度)の目標は都市排水による防災用水の確保可能性の評価方法を構成し、受容確保可能性と必要な対策およびその効果明らかにすることであった。本目標は現在ほぼ達成されている。具体的には、震災時の防災用水の確保対策として事前対策と事後対策、それぞれについてはさらに水道系統における対策と非水道系統における対策(これに都市排水の再利用が含まれる)を検討対象として取り上げ、これらの特性の異なる対策を同一の尺度で評価するため、従来から研究・提案してきた需給安定性に関する確立評価理論をもとに対策の評価手法を構成し、モデル地域における検証を行い、その適用可能性を確認できた。分析結果から、震災後の水需要確保においては都市排水の利用が需要確保確率を向上させる意味において水道の復旧や防火水槽の設置などの対策と等価であること、地震による水道の被害が大きく、復旧が遅い場合に、特に震災発生直後において都市排水の利用効果がおおきいことなどが分かった。現在は、当初の研究実施計画に沿って震災時における防災用水として確保された都市排水が平常時の親水用水として利用可能であるのか、水質上の課題、経済的実現可能性等について検討を進めており、予定通り平成11年度で当初の目標を達成して研究を終了する見込みである。

初年度(平成10年度)では、都市排水による防災用水の確保可能性の評価方法を構成し、需要確保可能性と必要な対策およびその効果を明らかにした。具体的には、震災時の防災用水の確保対策として事前対策と事後対策、それぞれについてはさらに水道系統における対策と非水道系統における対策(これに都市排水の再利用が含まれる)を検討対象として取り上げ、これらの特性の異なる対策を同一の尺度で評価するため、従来から研究・提案してきた需給安定性に関する確率評価理論をもとに対策の評価手法を構成し、モデル地域において検証を行い、その適用可能性を確認できた。さらに、本評価手法を用いて都市排水による防災用水の確保可能性(効果)を他の対策と比較することにより分析を行った。分析結果から、震災後の水需要確保においては都市排水の利用が需要確保確率を向上させる意味において水道の復旧や防火水槽の設置などの対策と等価であること、地震による水道の被害が大きく、復旧が遅い場合に、特に震災発生直後において都市排水の利用効果がおおきいことなどが分かった。平成11年度では、震災時における防災用水として確保された都市排水が平常時の親水用水として利用する可能性、水質上の課題、経済的実現可能性について検討を行った。その結果、都市排水を再利用する上で必要な水質の確保が最も困難であることがわかり、そのために必要な対策として、都市排水システムの再構築を視野に入れて越流対策、面源負荷対策、雨水処理、高度処理の導入等を取り上げ、それぞれの効果を明らかにし、計画手法について整理を行った。
カーボンナノチューブを用いたスピン量子エンタングラー・量子ビットの創製

カーボンナノチューブ(CNT s)を用いてスピン量子エンタングラーを創製するための基礎実験を行い、その構成要素となる下記の実験に成功した。1:朝永ラッティンジャー液体(TLL)状態を持つ複数のCNT sの一端に超伝導金属(Nb)を接続し、クーパー対を注入した。この時TLLの持つクーロン斥力によりクーパー対が個々のスピンに分離され別々のCNT sに注入されることを、伝導度と温度の相関に存在するべき乗則を詳しく観察し理論と比較することで確認することに成功した。特にチューブ直径をほぼ同一に保ちながらチューブ間隔を変調することに成功し、べき乗則の測定結果と理論を比較することでクーパー対分離の可能性をさらに明らかにした。これにより超伝導電極から注入するクーパー対を高効率で各スピンに分離し別々のCNT sに注入することが可能になり、分離されたスピンを磁場などで制御することでスピン量子エンタングラーの基本動作を可能にした。2:上記超伝導体の空間的次元が低いほどクーパー対の分離効率は高いことが理論で予言されている。このため一次元伝導体であるCNT sを超伝導にすることを試みた。その結果多層CNT sを電極で完全終端することでT_c=12Kという世界最高温度で超伝導転移させることに成功した。この超伝導多層CNT sとTLLを持つCNT sのハイブリッド系を作ることで、最終的に極めて高効率でクーパー対をスピン分離し、スピン量子エンタングラーの創製が可能になった。本年度は、スピン量子エンタングラー創成の基礎となる、1:カーボンナノチューブでの近接場超電導と純粋な超電導の発現、2:それらを利用したクーパー対の分離、に注力して研究を行った。その結果1に関しては、アルミナ膜ナノ細孔に気相形成した多層ナノチューブを完全に終端しすべての層を電気的に活性化することで、世界で初めて転移温度T_c=12Kという高温で純粋な超電導を発現させることに成功した。これまでのナノチューブでの超電導の報告は僅か2件であり、各々T_c=0.2K程度の超電導とマイスナー効果のみからの超電導同定の報告であった。上記結果は、それに比べて飛躍的なものであることがわかる。さらにこの超電導発現が、電極とナノチューブの接合方法に極めて敏感であることを発見し、ナノチューブが本来持つ「朝永・ラッティンジャー液体(一次元系に閉じ込められた電子間のクーロン斥力に起因)」と「電子間引力からなるクーパー対の凝縮で発現する超電導」という相反する電子間相互作用の競合の結果、低温領域で超電導が発現するというメカニズムを究明した。また2に関しては、朝永・ラッティンジャー液体を持つ複数の多層チューブの先端に超伝導電極(Nb)をスパッタ蒸着し、ナノチューブにクーパー対を注入する実験を行い、朝永・ラッティンジャー液体のクーロン斥力によりクーパー対が個々のスピンへ分離され別々のナノチューブに注入されることを示唆する現象を発見した。さらにこの系に磁場を印加することで、分離のさらに強い証拠と分離されたスピンの振る舞いを解明しつつある。
心的外傷後ストレス障害の地域予後：アフガニスタン母子コホートの１０年後健康調査

地域紛争、災害、社会基盤の脆弱性、都市化に伴う、地域全体への長期にわたるストレスが市民の健康にもたらす影響について、地域の治安状況の変化、社会経済状況、保健医療の確保状況、伝統的な社会文化的な習慣の状況をふまえた複合的な影響の分析を行った。さらに、地域のストレス緩和プログラムの効果を検討した。アフガニスタン、バングラディシュ、イエメン、タンザニア、モンゴルにおいて、受療行動、家族計画に関するリテラシー、家庭内暴力、糖尿病、結核感染、子供の発達成長、メンタルヘルスと地域ストレスの関係を調査分析し、社会経済状況、保健医療の確保状況、伝統的な社会文化的な習慣をふまえたプログラムの有用性を示した。近年の地域紛争においては、多数の一般市民が紛争に起因する心的外傷後ストレス障害(Post-traumatic Stress Disorder: PTSD)の症状を呈する。地域全体のストレス障害ととらえ、地域単位での予後の追跡と複数のPTSD症状緩和要因に注目した、障害緩和の過程の解明と、地域単位のストレス緩和プログラムによる回復の効果が期待される。本研究の目的は、アフガニスタン、ヨルダン、タンザニア、モンゴル、バングラディシュを調査地とし、地域全体の長期にわたるストレスが市民の健康にもたらす影響について、地域の治安状況の変化、社会経済状況、保健医療の確保状況、伝統的な社会文化的な習慣の状況をふまえた複合的な影響の分析を行い、地域を対象とするストレス緩和プログラムの効果を検討することにある。平成26年度は、バングラディシュにおける家庭内暴力の社会的背景、家庭内暴力、地域の治安と、生活習慣、生活習慣病に関するデータの分析を行った。地域のストレスとして社会経済的格差が大きな課題となっているバングラディシュでは、糖尿病の患者は、先進国と異なり、社会経済水準が高い階層において多く、社会経済水準が低い階層においては糖尿病患者は相対的に少ないことが明らかになった。しかし糖尿病の状態にある者の内、糖尿病であることを認識している者の割合、治療を受け良好にコントロールしている者の割合は社会経済水準が高い階層に多く、社会経済水準が低い階層では少ないことから、今後の生活習慣病の格差が拡大することが予想された。地域のストレスとしての社会経済的格差が大きい場合に、格差が拡大する傾向にあり、地域ストレスに対応した介入方法が必要であると考えられた。平成27年度は、アフガニスタンにおいて長期の紛争の影響下にある市民の受療行動における社会経済状況の影響を明らかにした。全国家計調査のデータの分析により、貧しい世帯の患者は豊かな世帯の患者より入院医療に直接かかわる費用(診断費、医薬品費)の支出は少なく、直接に関わらない間接的な経費(患者と家族の宿泊および食事費用と交通費)は、逆に多く支払っていた。医療機関までの距離と入院治療に関わる支払額の間には関連性がなかった。また、ヨルダンの工業特区で就労するヨルダン人と外国人の労働者の性行動に基づき性感染症のリスクを分析した結果、多国籍の労働者が勤務する労働環境において、外国人と交流が活発な国内労働者における高い性感染症感染リスクを示した。地域のストレスが大きい環境にあって、社会経済条件、文化的な環境の多様化の健康影響を明らかにした。アフガニスタンの全国世帯調査に基づく、医療費と医療費関連支出についての研究に大きな進捗があり、研究成果を発表した。アフガニスタン現地の次の調査については現地の研究協力者と連絡をすすめ、研究協力者が主体となって調査実施の準備を行った。ヨルダンにおけるデータ分析、タンザニアのデータ収集、モンゴルにおけるデータ収集と分析を行い、地域ストレスの健康影響に関する調査の準備を行った。近年の地域紛争においては、多数の一般市民が紛争に起因する心的外傷後ストレス障害の症状を呈する。地域全体のストレス障害ととらえ、地域単位での予後の追跡とストレス症状緩和要因に注目した障害緩和の過程の解明と、地域単位のストレス緩和プログラムによる回復の効果が期待される。本研究の目的は、アフガニスタン、ヨルダン、イエメン、タンザニア、モンゴル、バングラディシュを調査地とし、地域全体の長期にわたるストレスが市民の健康にもたらす影響について、地域の治安状況の変化、社会経済状況、保健医療の確保状況、伝統的な社会文化的な習慣の状況をふまえた複合的な影響の分析を行い、地域を対象とするストレス緩和プログラムの効果を検討することにある。長期の紛争の影響下にあるアフガニスタンにおいて、家族計画の知識は多くの市民が有しているにもかかわらず、受胎調節の実施率が低く出産間隔は短い。既婚女性、既婚男性、義理の母親、宗教的地域リーダー、保健医療専門家、合計861人を対象に面接調査を実施した。出産間隔をとることの母体の健康への効果に関する理解の拡大が必要であり、宗教指導者の理解と支援のもと、保健医療専門家が正しい知識と技術の普及をはかることの有用性を明らかにした。長期の紛争の影響により社会基盤、産業の脆弱化が深刻なイエメンは、食糧確保が十分でなく、国際基準の身長を下回る低身長児の割合が高い。

特に農村地域の子どもの低身長児割合が高く、世帯の社会経済状況の他、成人家族による子どものケアが十分行われないことが、低身長児の増加と関連を持つことを明らかにした。地域のストレスが大きい環境にあって、家族の社会的機能が子どもの低栄養を緩和することを明らかにした。紛争の影響下にある地域の地域単位のストレス障害に対して、社会経済状況、保健医療の確保状況、伝統的な社会文化的な習慣をふまえたプログラムの有用性を示した。地域紛争、災害、社会基盤の脆弱性、都市化に伴う、地域全体への長期にわたるストレスが市民の健康にもたらす影響について、地域の治安状況の変化、社会経済状況、保健医療の確保状況、伝統的な社会文化的な習慣の状況をふまえた複合的な影響の分析を行った。さらに、地域のストレス緩和プログラムの効果を検討した。アフガニスタン、バングラディシュ、イエメン、タンザニア、モンゴルにおいて、受療行動、家族計画に関するリテラシー、家庭内暴力、糖尿病、結核感染、子供の発達成長、メンタルヘルスと地域ストレスの関係を調査分析し、社会経済状況、保健医療の確保状況、伝統的な社会文化的な習慣をふまえたプログラムの有用性を示した。バングラディシュの地域ストレスと生活習慣病に関する分析については、大きな進捗があり、研究成果を発表した。アフガニスタン現地の治安状況により、現地で調査を延期して、調査時期を変更したが、現地の研究協力者と連絡をすすめ、研究協力者が主体となって調査のデータ収集を行う準備を行った。ヨルダン、タンザニア、モンゴルにおける地域紛争に関するデータ分析を行い、地域ストレスの健康影響に関する調査の準備を行った。アフガニスタン:Kabul市およびKabul県における調査を実施する。対象は1014歳児とその母親と父親1400組。健康調査項目(PTSD症状、血圧測定、生活習慣病病歴、配偶者間暴力)、紛争に伴う暴力の経験、住居・食糧・水の確保、世帯の経済状況、教育水準、社会的凝集性、帰属意識、社会的連携密度、コーピング。タンザニア:地域紛争、都市化、難民受入に伴う社会的変化が、健康の社会的格差にもたらしているタンザニアのダルエスサラムにおけるHIV感染と結核罹患と治療継続に関する社会格差に関する調査データに基づきとデータ解析を行う。モンゴル:ウランバートルにおいて実施した、830世帯の、健康調査、環境調査結果データに基づきデータ解析を行う。地域のストレスの健康影響、ストレス緩和プログラムの効果について、総合的に検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。国際保健当初26年度に予定していたアフガニスタンの現地調査を27年度に行い、あわせて、ヨルダン、タンザニアにおける紛争の影響に関する調査を実施し、紛争の健康影響の分析を行う。バングラディシュにおける調査準備を行う。アフガニスタン:Kabul市Khair Khana地区、Kabul県Istalif地区における調査を実施する。
失語症者のための日常コミュニケーション自覚度評価法の開発

言語は生活の基盤をなすものであるが、言語そのものが障害される失語症では、失語症当事者が抱えるコミュニケーション上の問題を捉えにくい。本研究では、失語症当事者の視点から、失語症状や失語症によって生じる問題点を捉えるための質問紙として、「失語症者のための日常コミュニケーション自覚度評価法」を開発することを目的とした。研究成果としては、失語症リハビリテーションに関する国際比較を可能にするために、失語症当事者の思いを把握する質問紙の一つであるAphasia Impact Questionnaire-21(Swinburn、2015)に基づいて、日本の失語症者に使用可能な評価法を取りまとめた。平成26年度は,文献研究と失語症者のための日常コミュニケーション自覚度評価法の試案を作成することを目的とした。さらに失語症者に日常コミュニケーションの困りごとについて調査を行った。その結果,コミュニケーションの満足度が高い群と低い群があることが見出され,高い群では「聞き役だが皆と一緒にいる」などの肯定的な意見があり,低い群では「家族以外とは話さない」など,自ら環境を狭めている発言があった。コミュニケーション満足度と,本調査で用いたコミュニケーション遂行度には,高い相関が認められた。また本調査から,失語症者に日常コミュニケーション自覚度を問う場合には,期間を設定する方がよいこと,また最終的な質問項目数としては,失語症者本人の回答になるため,日本音声言語医学会推奨版の質問紙とほぼ同様の30項目程度か,それ以下の20項目程度に抑える方が望ましいことが見出された。今後は予備的な試案を作成し,失語症者への調査を実施する予定である。平成27年度は,引き続き文献研究を進めるとともに,失語症者のための日常コミュニケーション自覚度評価法の試案を作成することを目的とした。本研究を進める上で,新たに参考になる質問紙として,Hilariら(2003)のStroke and Aphasia Quality of Life Scale-39(SAQOL-39)をもとに,Kamiyaら(2015)が,日本の失語症者向けに作成したSAQOL-39-Jがあることが見出された。この質問紙は,計39項目の質問から成り立っているが,コミュニケーションに関する質問は7項目となっている。またイギリスで開発された失語症検査Comprehensive Aphasia Test(CAT,2004)には,認知機能や言語機能に関する評価項目に加えて,失語症当事者の気持ちを伺う質問紙も含まれている。研究用としてはDisability Questionnaire(DQ)という質問紙を用いるが,臨床用としてはAphasia Impact Questionnaire(AIQ)を用いることが推奨されるということが明らかになった。臨床に有用なAIQ(2013)には,各質問に対応した絵が含まれ,また5段階で解答する選択肢部分には,人の顔(表情)とジェスチャーが描かれている。これらを日本の失語症者数名に予備的に実施したところ,質問に対応する絵がわかりにくい,選択肢の表情やジェスチャーが日本人には受け入れにくいなどの結果が見出された。このような予備的結果をともに,さらに質問内容,質問に対応する絵,選択肢の表情とジェスチャーに関して,健常高齢者および失語症者を対象に,了解しやすさや妥当性を検証し,日本の失語症者が使用可能な質問紙を作成する予定である。文献研究として,CATにDisability Questionnaire(DQ)が含まれていることはすぐに明らかになったが,Aphasia Impact Questionnaire(AIQ)の位置づけや意義を調べることに時間がかかった。さらに失語症者に予備的に実施するまでにも時間を要し,日本の失語症者が使いやすいように質問項目を整理・検討することができなかった。今後,早急に質問項目を整理し,利用する絵の妥当性も調査することによって,日本の失語症者が利用可能な質問紙作成へと進める予定である。本年度は,文献研究を行うとともに,失語症者のための日常コミュニケーション自覚度評価法の試案を作成した。試案作成にあたり,参考にした既存質問紙は,Hilariら(2003)のStroke and Aphasia Quality of Life Scale-39(SAQOL-39)や,イギリスで開発された失語症検査Comprehensive Aphasia Test(CAT,2004)に含まれるDisability Qeustionnaire(DQ)である。またCATの筆頭開発者であるSwinburnが,臨床により有用な質問紙として作成したAphaisa Impact Questionnaire(AIQ,2013)がある。これらの中から,AIQの質問内容や質問方法が,日本の失語症者になじみやすいと思われた。そのためSwinburnらと連絡をとり,AIQの考え方に沿って「日常コミュニケーション自覚度評価法」試案をまとめた。AIQには各質問に対応したイラストが添えられている。本評価法でも,質問内容をわかりやすくするために,イラストを添えることにし,各質問に対応するイラストの検討も行った。さらに作成した試案を,重症度の異なる2名の失語症者に実施した結果,重度失語症者にとっても,回答可能な評価法であることが確認できた。また失語症当事者の,言語機能やコミュニケーション面に対する思い,参加面に対する考えを知ることができた。リハビリテーションの中で,本質問紙を実施することで,失語症当事者の思いを把握できる評価法であることが見出された。AIQが開発されたイギリスで,失語症当事者が主体的に運営・参加する「国際失語連合」第1回大会にも参加した。

失語症当事者の社会参加に対する思いや困りごとを把握出来たことは,本評価法の開発を進める上で有益であった。本評価法に使用する質問文自体は,ほぼ確定することができた。しかしながら,各質問に対応するイラストを,十分に検討することができなかった。健常者や失語症者を対象に,わかりにくいイラスト・わかりやすいイラストを調査することはできたが,各質問文に対応したイラストを最終決定するまでには至らなかった。今後早急に,各質問文に対応するイラストのイメージを検討する予定である。また年度末近い3月上旬に,AIQが作成されたイギリスで開催された「国際失語連合」第1回大会に参加した。その大会での情報収集結果を,本研究の進展に役立てる予定である。本研究では,国際比較が可能になることを目指して,AIQ-21の作成者であるSwinburn氏と情報交換を行いながら,AIQ-21を元にして「日常コミュニケーション自覚度評価法」の試案を作成した。本評価法は,AIQ-21と同様に,計21質問で,失語症当事者が答えるための選択肢の段階尺度は5段階とした。またAIQ-21には,失語症者が理解しやすいように,質問内容に合ったイラストが添えられ,失語症者が回答しやすいように,回答用選択肢も,表情と上半身の動きを段階的に変化させたイラストになっている。本評価法でも,日本の失語症者に馴染むように,日本人のイラストレーターに,新たに,質問文と選択肢のイラストを作成してもらった。質問文と選択肢表現を日本の失語症者が理解しやすいように工夫し,イラストも取り入れることで,評価法試案としてまとめた。言語は生活の基盤をなすものであるが、言語そのものが障害される失語症では、失語症当事者が抱えるコミュニケーション上の問題を捉えにくい。本研究では、失語症当事者の視点から、失語症状や失語症によって生じる問題点を捉えるための質問紙として、「失語症者のための日常コミュニケーション自覚度評価法」を開発することを目的とした。研究成果としては、失語症リハビリテーションに関する国際比較を可能にするために、失語症当事者の思いを把握する質問紙の一つであるAphasia Impact Questionnaire-21(Swinburn、2015)に基づいて、日本の失語症者に使用可能な評価法を取りまとめた。計画段階では,文献研究および既存の検査結果などを参照し,本評価法の試案を作成した上で,少数名の失語症者を対象に,予備的検討を行う予定であった。しかしながら,質問項目の選定に時間がかかり,失語症者に実施するまでに至らたなかった。今後,早急に質問項目を整理し,失語症者に実施することによって,予備的検討に進める予定である。今後は質問項目を整理すること,また導入する絵の妥当性・適切さについて健常高齢者や言語聴覚士に調査することを行う。この調査結果を経て,「日常コミュニケーション自覚度評価法」試案としてとりまとめ,その後,失語症者に実施する。その結果,修正が必要な箇所等が見出された場合には,加筆修正を行い,「日常コミュニケーション自覚度評価法」としてまとめる。
生物心理社会モデルに基づく日本人青年の自殺機序の解明と予防的介入方法の開発

日本人青年の自殺者数は、他先進国では類を見ない程の高水準である一方、青年の自殺メカニズムに関するエビデンスは十分に蓄積されていない。本研究では、リスク要因として指摘され続けている社会経済的地位の低さが、青年にどのような心理状態をもたらして自殺へ結びつくのかを解明し、メカニズムに基づく予防的介入方法を開発する。
ボーズ凝縮体における異常散乱の理論と基礎理論の検証

ボース凝縮体の励起粒子が長波長極限で、ポテンシャル障壁に対して無反射透過を示す異常トンネル効果の機構解明が本研究課題の目的である。任意のポテンシャル障壁に対して臨界速度状態で完全透過性が消失することの起源が、密度揺らぎと結合するゼロモードが臨界速度のときのみ現れることにあることを解析的に見出した。また密度揺らぎと結合するゼロモードの存在は、臨界速度状態がグロスピタエフスキー方程式のサドルノード分岐点(安定定常解と不安定定常解が一致する点)であることの帰結であることを見出した。サドルノード分岐点付近で成立する「サドルノードスケーリング関係式」がまた透過係数のエネルギー依存性についても成立することを特定のポテンシャル障壁の場合に確認した。関連した研究テーマとして不均一ボース系における超流動安定性の判定条件を提案した。この判定条件では、系の動的密度揺らぎに注目する。ランダウ不安定性とサドル・ノード分岐による統一に記述し得るこの判定法は、空間不均一系である超流動固体相、ナノ多孔質体内における超流動不安定性にも適用可能であり、従来の超流動安定性を一般化したものであると考えることができる。本研究の成果の第一の意義は、異常トンネル効果の起源と超流動状態の安定性が、低エネルギー励起の密度揺らぎという共通の機構で統一的にとらえられた点にある。第二の意義はボース系における異常トンネル効果、超流動性という量子物性現象と分岐理論という非線形物理の関連が見出された点にある。ボース凝縮体の励起粒子は長波長極限で、ポテンシャル障壁を反射することになしに完全透過することが、2001年にKovrizhinらによって、特定のポテンシャル障壁に対して解析的に示され、さらに2008年にKatoらによって一般のポテンシャル障壁の場合に示された。この現象、いわゆる「異常トンネル現象」の成否とボース系の基礎理論の関係を明らかにすることが当初の研究目的の一つである。Kato(2008)の中で、異常トンネル効果の成否は、励起粒子の低エネルギー極限における波動関数が凝縮体波動関数に一致するかどうかによって決まることが明らかにされていた。その事実を発展させるとHugenh olz-Pinesの定理が成り立つ近似理論においては異常トンネル効果が生じることがわかった。また当初のもう一つである内部自由度のあるボース凝縮系における有無については、S=1のスピノールボース系での透過・反射問題に取り組み、強磁性相、ポーラー相における励起モード(密度揺らぎ、スピン揺らぎ、「四重極」揺らぎ)の長波長極限における透過係数は、モードによっては完全透過ではなく、完全反射する場合があることを見出した。異常トンネル効果の実験的検証に関連して、ポテンシャル障壁の両側で凝縮体密度が異なる状況での励起粒子の透過反射係数を導き、特定の入射角度のときのみ、完全透過が起こることを見出した。これはボゴリューボフ励起において、電磁気学におけるブリュースター角に相当するものがあることを示している。ポテンシャルに垂直に入射する場合の透過反射係数と、ラッティンジャー流体のポテンシャル障壁に対する透過反射係数が、弱い相互作用の極限で一致することを導き、Kane-Fisher(1992)によって提起されたラッティンジャー流体の(引力フェルミオンまたは斥力ボソンの)完全透過性とボース凝縮体の異常トンネル効果が同種の物理現象であることを見出した。
心不全における運動時の骨格筋栄養血流量調節に関する研究

心不全患者の易疲労性は,骨格筋栄養血流量の低下に起因すると考えられている.本研究の目的は, 1)心不全患者における運動時の骨格筋栄養血流量調節が正常者とどの様に相違するか, 2)心不全治療に用いられる代表的血管拡張薬であるカプトリルが,運動時の骨格筋栄養血流量を改善するかどうか,を明らかにすることであった.正常者(n=6)と心不全患者(n=8)を対象にして,安静時及び3段階のhandgrip運動時において,前腕血流量(FBF),前腕動静脈O_2較差(AVO_2D)を測定し,前腕O_2)uptakeを算出した(O_2uptake=FBF×AVO_2D).心不全患者と正常者間では,前腕血流量調節に次の様な相違を認めた. 1)安静時及び亜最大運動時には,心不全患者のO_2uptakeは正常者のそれと同等であった.しかし,正常者に比し心不全患者では, FBFが低下し, AVO_2Dが増加していた.すなわち,心不全患者では,血流量の低下をO_2取込率の増加で代償して, O_2uptakeを維持していた.2)最大運動時には,心不全患者のO_2uptakeは,正常者に比し著しく低下していた.それは, O_2取込み率(AVO_2D)が亜最大運動時にすでに最大になり,それ以上増加しえなかったため,もはや血流量低下を代償できないことに起因した.カプトリル(25mg,経口)により正常者では血圧変化がなかったが,心不全患者では平均血圧が約10mmHg低下した.正常者では,カプトリルにより,安静時及び運動時のFBF, AVO_2D, O_2uptakeが変化しなかった.心不全患者では,安静時及び亜最大運動時のFBF, AVO_2D, O_2uptakeは変化しなかったが,最大運動時のO_2uptakeはカプトリルにより有意に増加した. O_2uptakeの増加は, AVO_2Dの増加に起因した.この成績は,カプトリルが,心不全患者の運動時の骨格筋栄養血流量を増加させることを示唆する.心不全患者の易疲労性は,骨格筋栄養血流量の低下に起因すると考えられている.本研究の目的は, 1)心不全患者における運動時の骨格筋栄養血流量調節が正常者とどの様に相違するか, 2)心不全治療に用いられる代表的血管拡張薬であるカプトリルが,運動時の骨格筋栄養血流量を改善するかどうか,を明らかにすることであった.正常者(n=6)と心不全患者(n=8)を対象にして,安静時及び3段階のhandgrip運動時において,前腕血流量(FBF),前腕動静脈O_2較差(AVO_2D)を測定し,前腕O_2)uptakeを算出した(O_2uptake=FBF×AVO_2D).心不全患者と正常者間では,前腕血流量調節に次の様な相違を認めた. 1)安静時及び亜最大運動時には,心不全患者のO_2uptakeは正常者のそれと同等であった.しかし,正常者に比し心不全患者では, FBFが低下し, AVO_2Dが増加していた.すなわち,心不全患者では,血流量の低下をO_2取込率の増加で代償して, O_2uptakeを維持していた.2)最大運動時には,心不全患者のO_2uptakeは,正常者に比し著しく低下していた.それは, O_2取込み率(AVO_2D)が亜最大運動時にすでに最大になり,それ以上増加しえなかったため,もはや血流量低下を代償できないことに起因した.カプトリル(25mg,経口)により正常者では血圧変化がなかったが,心不全患者では平均血圧が約10mmHg低下した.正常者では,カプトリルにより,安静時及び運動時のFBF, AVO_2D, O_2uptakeが変化しなかった.心不全患者では,安静時及び亜最大運動時のFBF, AVO_2D, O_2uptakeは変化しなかったが,最大運動時のO_2uptakeはカプトリルにより有意に増加した. O_2uptakeの増加は, AVO_2Dの増加に起因した.この成績は,カプトリルが,心不全患者の運動時の骨格筋栄養血流量を増加させることを示唆する.
極高真空用超高感度真空計の陰極材料、形状および陰極周辺電極の改善に関する研究

本研究は、極高真空(圧力が10^<-10>Pa以下の超高真空)を測定するための真空計の開発をめざすものである。この領域では熱陰極型電離真空計が有望であるが、極高真空では熱電子がイオンを発生させる確率が小さくなるために測定が困難であるばかりでなく、無駄に陽極を衝撃する電子が熱やX線を発生して測定が妨害される。本研究では、特殊な電極構造(直列静電レンズと凹面鏡電界)によって電子に往復振動をさせ、電子の飛行距離を長くして、信号対雑音比を改善している。充分な計算機シミュレーションにもとずいて製作した第1号試作電極による予備実験では、比較的広い動作条件範囲で、容易に、安定に、80Pa^<-1>以上の感度が得られた。これは、従来のほとんどの熱陰極型電離真空計の感度(0.10.4Pa^<-1>)のおよそ400倍で、この段階でも、この真空計が従来のおよそ400分の1の圧力を測定できる事が示された。しかし、極高真空領域では、電極などからの微量の脱ガスが厳しく影響するために、電極の加熱脱ガス等に1ヵ月以上を必要とする事が重要な弱点であった。平成6年度には、細線による多数のリング状電極で直列静電レンズを形成せしめた新しい真空計電極を試作した。そして脱ガスの際にはこれらの電極を直列接続して通電加熱ができるようにした結果、脱ガスのための所要時間は数十分に短縮された。しかし、この電極では感度が充分でなかったので、これをさらに改善する方向で新しい電極構造の設計にとりかかった。また実験と平行して、電極の組立精度の不十分さが電子軌道に与える影響について計算機シミュレーションによる確認を行った。
生体膜類似構造を有する生理活性物質の動的挙動の解明

海洋生物などに由来する生理活性物質について、環形動物ウミケムシの炎症惹起物質コンプラニンをモデルに機能解明を目的として化学的研究を進めた。また植物成分からコンプラニンに構造が類似したアセチレンアミドを単離し、メラニン生成を阻害することを見出した。またGrubbs触媒によるジオールの開裂反応を見出し、生理活性について考察した。生体膜類似構造を有する生理活性物質の探索を目的として、海洋生物であるウミケムシの炎症惹起物質について微量成分の探索を引き続いておこなった。この結果、ネオコンプラニンA及びBと命名した物質を単離し、その構造を飽和アルキルヒドロキシアミンのアミド誘遵体であると決定した。このうちネオコンプラニンBは分枝した飽和炭素鎖を分子内に有しているが、この化合物のPKC活性化能はコンプラニンよりも高かった。PKCの活性化はC2ドメインのホスファチジルセリン結合部に生体膜類似構造が結合することによって起こると考えられるが、コンプラニンBの高い活性はミセル形成能を反映していると考えられる。また、類似化合物の単離によって既存の化合物との比較により、コンプラニン類の生合成経路を推定することができた。この結果はコンプラニンで決定された絶対立体化学とよく対応している。さらに植物成分からメラニン生成阻害物質の探索をおこなった結果、食品用ハーブであるタラゴンから二種の三重結合と共役不飽和系を有する2種のカルボン酸アミドを得ることに成功した。これら化合物は既知であったが、新規な生理活性を見出すことができた。またこれらは不飽和結合とアミドの存在などコンプラニン類と構造的に強い類似性を有しており、同様に溶液中で生体膜類似の会合体を形成する可能性および、生体膜との相互作用などの生物機能が考えられる。これらの化合物について統一した生理活性発現のメカニズムを検討中である。生体膜類似構造を有する生理活性物質の探索と化学的・生物学的な機能解明を目的として、種々の生物や化学物質について研究を進めた。膜構造への関与が強く指摘されるメラニン生成阻害物質の探索を植物成分からおこなった結果、食品用ハーブであるタラゴンから二種の活性物質を得ることに成功した。これら化合物は三重結合と共役不飽和系を有するカルボン酸アミドであり、生理活性について検討した。これらは不飽和結合とアミド結合の存在などこれまでに海洋生物から単離した生体膜作用物質である炎症惹起物質コンプラニン類と構造的に強い類似性を有していることが判明した。同様に溶液中で生体膜類似の会合体を形成する可能性および、生体膜との相互作用などの生物機能が考えられる。またGrubbs触媒によるジアリルジオールの開裂反応を見出している。海洋天然物シンビオジノリドの分解反応を試みたところ、所期の反応が進行しその汎用性を確認するとともに構造確認を達成した。本化合物はその構造より生体膜への相互作用が指摘されている。反応の応用と膜構造に関わる機能解明について検討中である。生体膜類似構造を有する生理活性物質である、海洋生物ウミケムシ由来の炎症惹起物質コンプラニンの詳細な機能解明を目的として研究を進めた。ウミケムシからは微量成分ネオコンプラニンA及びBも単離されているが、これらは主要成分であるコンプラニンよりも、僅かであるが炎症惹起のメカニズムであるPKC活性が高い。これは水溶液中のミセル形成能に由来するとあると推定し、周辺化合物とその生理機能や溶液構造について調査を行った。この結果、PKCの活性化においてC2ドメインのホスファチジルセリン結合部に生成したミセルが相互作用することを前提とすると、矛盾のない作業仮説が成立することが考えられた。これまでの研究より、ミセル形成の原因である生体分子の自己認識について、アルツハイマー症原因タンパクであるアミロイドβで評価系を樹立しており、その実験系の適用についても検討を行い、モデル分子の設計を行った。一方、植物成分からメラニン生成阻害物質の探索をおこなった結果、食品用ハーブであるタラゴンから二種の三重結合と共役不飽和系を有する2種のカルボン酸アミドを得ることに成功している。またこれらは不飽和結合とアミドの存在などコンプラニン類と構造的に強い類似性を有しており、同様に溶液中で生体膜類似の会合体を形成する可能性および、生体膜認識タンパクとの相互作用などの生物機能が考えられる。これらの生理活性物質の活性発現機構について、膜への相互作用に着目した統一した見解について検討を進めた。初期の研究目的である生体膜構造への直接的な生理作用の検討は十分に進展しているとはいえないが、期待しなかった生理作用であるメラニン生合成阻害の発見や、生理活性物質の有機化学的な分解反応について知見を得ており、研究の進展が見られる。全体的には概ね順調と評価する。24年度が最終年度であるため、記入しない。炎症惹起物質や海洋生物由来物質・植物成分という枠にとらわれることなく、生体膜への作用を主な作用メカニズムとする生理活性物質の研究を推進していく。

これらの化合物群には構造的な共通性も興味深く、生理活性発現メカニズムと同時に化学的な性質にも着目して合成研究や分解反応に関わる研究を展開していきたい。また、溶液中でのミセル構造再現実験などにも情報収集を開始し、細胞モデルの実験系を構築していく。24年度が最終年度であるため、記入しない。
マイクロホールノズルを用いた予混合燃焼式ディーゼル機関の試作

本研究は直接噴射式ディーゼル機関において,高い熱効率を維持しつつ窒素酸化物や微粒子などの大気汚染物質の排出を低減することを目的としており,従来の噴霧拡散燃焼方式を予混合燃焼方式に近づける試みを提案している.すなわち具体的には,従来形のズルより1桁噴口断面積の小さな噴口を多数個持つノズル,高圧噴射,短い着火遅れのコンビネーションを提案している.実施した試験研究により得られた成果は以下の通りである.1.マイクロホールノズル試作レーザー穴あけ加工により最小噴口径0.06mmという恐らく世界最小の噴口を有する多噴口ノズルの試作に成功した.2.マイクロホールノズルの噴霧の着火と燃焼特性ボア60mmの燃焼室を有する急速圧縮膨張装置を用いてノズル噴口径が着火遅れに及ぼす影響を調べた.噴射圧力100MPa,燃焼JIS2号軽油,雰囲気圧力8MPa以下の条件で実験を行ったところ,噴口径0.15mmから0.06mmに小さくすると着火遅れが約30%短くなるとの新知見が得られた.また直接噴射式エンジンにマイクロホールノズルを装着して燃焼実験を行った結果,着火遅れが短縮されること,初期燃焼割合が増加すること排気煙濃度は低下するが窒素酸化物濃度は低下しないことなどが判った.3.スプール式高圧燃焼装置の試作スプール加速式高圧燃焼噴射システムの試作及び試験を行った結果,スプールのプレリフトの変更やスプールを短時間に2度加速させることなどによって,初期噴射率が制御できることや,パイロット噴射が可能ないことが判った.これによりマイクロホールノズルを用いた燃焼試験において,予混合気の形成過程を噴射率によって制御した場合の燃焼について調べる手段ができた.本研究は直接噴射式ディーゼル機関において,高い熱効率を維持しつつ窒素酸化物や微粒子などの大気汚染物質の排出を低減することを目的としており,従来の噴霧拡散燃焼方式を予混合燃焼方式に近づける試みを提案している.すなわち具体的には,従来形のズルより1桁噴口断面積の小さな噴口を多数個持つノズル,高圧噴射,短い着火遅れのコンビネーションを提案している.実施した試験研究により得られた成果は以下の通りである.1.マイクロホールノズル試作レーザー穴あけ加工により最小噴口径0.06mmという恐らく世界最小の噴口を有する多噴口ノズルの試作に成功した.2.マイクロホールノズルの噴霧の着火と燃焼特性ボア60mmの燃焼室を有する急速圧縮膨張装置を用いてノズル噴口径が着火遅れに及ぼす影響を調べた.噴射圧力100MPa,燃焼JIS2号軽油,雰囲気圧力8MPa以下の条件で実験を行ったところ,噴口径0.15mmから0.06mmに小さくすると着火遅れが約30%短くなるとの新知見が得られた.また直接噴射式エンジンにマイクロホールノズルを装着して燃焼実験を行った結果,着火遅れが短縮されること,初期燃焼割合が増加すること排気煙濃度は低下するが窒素酸化物濃度は低下しないことなどが判った.3.スプール式高圧燃焼装置の試作スプール加速式高圧燃焼噴射システムの試作及び試験を行った結果,スプールのプレリフトの変更やスプールを短時間に2度加速させることなどによって,初期噴射率が制御できることや,パイロット噴射が可能ないことが判った.これによりマイクロホールノズルを用いた燃焼試験において,予混合気の形成過程を噴射率によって制御した場合の燃焼について調べる手段ができた.Nd-YAGレーザー(波長1.06μm,出力200J)を用いたレーザー加工により恐らく世界最小噴口径のφ0.06mmのマイクロホールノズルを製作することができた。始めに7-φ0.06mm,1/d=9のノズルを製作し,非蒸発自由噴霧を対象に噴霧特性を調べた。噴霧全体のザウター平均粒径を測定し,φ0.15mm,1/d=4の単噴口ノズルの場合と比較したところ,ほとんど違いは見られなかった。この原因は噴射中に隣同士の噴霧の干渉により,粒子の衝突および合体が生じ,大きくなったと考えられる。従って燃焼実験に用いるノズルでは噴霧相互の干渉が生じないように噴口を配列する必要があることが分かった。また噴霧先端到達距離を測定したところ,マイクロホールノズルの場合は理論通りφ0.15mmの場合の約半分になった。次に急速圧縮膨張装置を用いて燃焼実験を行った。燃焼実験後の噴射量を測定したところ,実験前と比較して約30%程度増加していた。穴あけ加工後の処理に問題があるものと思われる。今後,ノズル材質,穴の加工法および穴の配置を考慮し,加工精度,信頼性および耐久性の高いノズルを製作する予定である。また高圧噴射系については自由ピストンを利用して,従来型ジャークポンプの3倍以上の速度で燃料を送油管に送入し,流路断面積が流方向に縮小された噴射管によって噴射圧力を増加する新しい概念の噴射系の開発を行った。テストの結果,単発噴射では良好な特性を有するが,連続運転では耐久性に問題があることが判明し,対策を考慮中である。マイクロホールノズルによって噴射を行わせるための高圧燃料噴射ポンプの試作・試験を行った.噴射ベンチ試験ではスプール径の拡大と噴射管である縮小管の長さの適正化によって最高1500気圧の噴射を実施することができた.さらに,この噴射ポンプを使用して高圧噴射を行う際に適正な噴射ノズルオリフィス径を定めるための理論を構築した.これによって,噴射圧を増しさらにオリフィス径を小さくするほど噴霧内部の混合気は希薄化および均一化することが明らかになり,マイクロホールノズルによる予混合希薄燃焼の実現の見込みが得られた.(池上詢)

レーザ加工により4xφ0.06mm+φ4x0.10mmの噴口を有するマイクロホールノズルを製作し,ボア100mm,ストローク92mm,圧縮比15の直接噴射方式燃焼室をもつ急速圧縮膨張装置を用いて予備実験を行った.圧縮始め温度を200°Cと設定したため,着火遅れが0.150.2mmと短くなり拡散燃焼主体の燃焼となった.NOは400500ppm,火炎濃度はφ<0.7でボッシュで2以下であり,最終年度の希薄燃焼実現の見込みがたった.(神本,河村)単気筒直接噴射式ディーゼル機関を供試機関として,ダイルーショントンネルによる微粒子状排出物の計測,指圧線図による熱力学的解析を行った.今後,マイクロホールノズルを装着した予混合式燃焼を指向した試作機関の燃焼室形状について検討,設計を行った.今後マイクロホールノズル機関を対象として,排出ガス特性(NOx,PM,CO,THC),燃焼性を明らかにし,予混合化の効果について検証する.マイクロホールノズルによる実現される予混合型燃焼の機構を明らかにすることを目的として,ディーゼル機関の燃焼室のラジカル発光像の計測装置の開発と同装置による燃焼診断の可能性について検討した.(飯田)従来の機械加工では不可能であった直径0.06mm1.0mmのマイクロホールノズルの穴あけ加工法を確立したすなわちレーザビームを約20μmに絞り,任意の位置で穴あけが可能な治具にとりつけたノズルの穴あけを行ったのち,加熱により生じたひずみを取り除く熱処理など一連の加工,処理法を確立した.種々の噴口径及び噴口数に適応可能で,かつ噴射率が可変なスプール加速式燃料噴射システムの試作及び試験を行った.試験の結果,スプールのプレリフトの変更やスプールを短時間に2度加速させることなどによって,初期噴射率が制御できることや,パイロット噴射が可能なことがわかった.これにより,マイクロホールノズルを用いた燃焼試験において,予混合気の形成過程を噴射率によって制御した場合の燃焼に及ぼす影響を調べる手段ができた.急速圧縮装置を用いて,燃料噴射圧力,ノズル噴口径をパラメータとした単発噴射の噴霧燃焼実験を行った.その結果,マイクロホールノズルと高圧噴射を組み合わせると,すすの生成の少ない無輝炎燃焼が実現すること,小噴口径化は,着火遅れおよび燃焼期間を短縮,燃焼初期の予混合的燃焼の長期化と輝炎の発生時刻の遅れをもたらすことが分かった.さらに,マイクロホールノズルと高圧燃料噴射装置を装着した単気筒直接噴射式ディーゼル機関を用いて燃焼実験を行った.マイクロホールノズルと高圧噴射を組み合わせることにより,着火遅れが短縮し,予混合的燃焼割合が増加すること,すすの排出が特に高負荷で減少すること,NOの排出は全般に増加することを明らかにした.
海洋における微量金属元素の輸送を担う金属硫化物ナノ粒子の実態解明

海洋の生物一次生産に重要な役割を果たす鉄や銅、亜鉛なの微量金属元素が、好気的環境にある海水中で安定に存在する要因を明らかにするために、金属に対して高い安定度定数をもつ硫化物とその存在状態に着目して研究を進めた。主な成果として、1海水中の金属硫化物をナノメートルオーダーでサイズ分画するための中空糸膜フィルターを用いたナノサイズ分画法の確立、2ナノサイズ分画-GC-FPD法による海底熱水活動域および湖沼域でのサイズ別存在形態ごとの金属硫化物濃度の空間分布の解明、3実際にフィールド観測から得られた金属硫化物濃度の空間的分布を支配する供給・除去プロセスの寄与の定量解明等が挙げられる。本研究の目的は、海洋の生物一次生産に重要な役割を果たす鉄や銅、亜鉛などの微量金属元素が、酸素が十分存在する海水中に金属硫化物のナノ粒子として存在していることを検証することである。熱水活動により海水中へ供給される金属元素は、高濃度で噴出される硫化物と噴出口近傍で直ちに反応して硫化鉱物として沈着したり、あるいは既存の粒子に沈着して、噴出口から数百メートル以内でほとんど沈降除去されると考えたれてきた。そのため、熱水活動により供給される金属元素の海洋全体への寄与は非常に低いと考えられ、その存在は無視されてきた。しかし、近年になり熱水活動により海水中に供給された微量金属が、これまで考えられていたよりも遙かに長距離輸送されている事実が示された。その要因として、微量金属元素がナノ粒子態の金属硫化物を形成することで酸化/沈降除去から免れるという仮説が提唱された。供給源から離れた酸素が十分存在する海水中でも金属硫化物がナノ粒子態として存在しているかを明らかにするために、研究初年度である27年度には、1学術研究船「新青丸」による沖縄トラフ熱水域での観測に乗船して熱水噴出口付近から酸素が十分に存在する表層まで鉛直的にサンプリングを行い、孔径200 nmフィルターを用いてサイズ分画した海水中のサイズ別金属硫化物濃度の測定、2粒径200 nm以下に存在する金属硫化物について、溶存態として存在しているのか、それとも微小なナノ粒子態なのかについて解明を行うために、新たに孔径30 nmの中空糸膜フィルターを用いたより細かなサイズ分画法の確立とフィールド観測への応用、の2項目の作業内容を実施した。研究計画当初から27年度に実施する予定であった研究項目は、ほぼ予定通りに実施されている。沖縄トラフ熱水域における海水試料孔径200 nmのフィルターで濾過した場合と未濾過についての金属硫化物濃度の鉛直分布を得て、両者間の濃度にはほとんど違いが見られなかったことから、金属硫化物が溶存態として存在していることを明らかにした成果については、学術誌への投稿を行い発行済みである。さらに、200 nm以下のナノ粒子態の存在を確かめるための孔径30 nmの中空糸フィルターを用いたナノサイズ分画法については、濾過操作による吸着や汚染の影響がないことを確認し、実際のフィールド観測に応用した。湖沼での金属硫化物の調査に孔径30 nmの中空糸フィルターを用いたサイズ分画法を適用し、30ー200 nmのサイズ区分にナノ粒子態金属硫化物が存在することを明らかにした。当初27年度に予定していた< 30 nm以下の限外濾過(1, 10, 30nm)法の確立は28年度に実施することに変更している。正味としてはほぼ過不足なく計画された内容が進捗していると考えられる。本研究の目的は、海洋の生物一次生産に重要な役割を果たす鉄や銅、亜鉛などの微量金属元素が、酸素が十分存在する海水中にナノ粒子態金属硫化物として存在していることを、濃度、存在状態を明らかにすることから検証することである。これまで、熱水活動により海水中へ供給される金属元素は、高濃度で噴出される硫化物と噴出口近傍で直ちに反応して硫化鉱物として沈着したり、あるいは既存の粒子に沈着して、噴出口から数百メートル以内でほとんど除去されると考えたれてきた。しかし、近年になり熱水に供給された微量金属がこれまで考えられていたよりも遙かに長距離輸送されている事実が示された。その要因として、微量金属元素がナノ粒子態の金属硫化物を形成することで安定に存在する仮説が提唱された。供給源から離れて酸素が十分存在する海水中でも金属硫化物がナノ粒子態として存在していることが27年度の研究結果で明らかとなったため、次のステップとして、ナノ粒子態金属硫化物のサイズ分布が濃度と共にどのように変化していくのかを明らかにするために、28年度には次の項目の作業内容を実施した。熱水プリューム内および外側で採取した海水試料について、それぞれの空間毎粒径サイズ別金属硫化物濃度を調べ、両者の関係を明らかにすることを試みた。これまで操作上の定義として溶存態と扱われてきた200 nm以下に存在する金属硫化物について、新たに孔径30 nmの中空糸膜フィルターを用いて濾過を行うことで、200 nm以下の金属硫化物について、より詳細なサイズ分画別空間的濃度分布を明らかにした。研究計画当初から28年度に実施する予定であった研究項目は、ほぼ予定通りに実施されている。当初28年度に計画されていた海洋観測航海には、当年度に所属の変更があったため、乗船できなかった。

しかし、27年度に行った沖縄トラフ鳩間海丘および第四与那国海丘熱水域における海洋観測で得られた試料を用いて、孔径200 nmおよび30 nmの濾過フィルターによるナノサイズ分画を行い、サイズ分画毎の金属硫化物濃度を測定することから、金属硫化物が酸化的環境下でも存在していることを確認した。また、金属硫化物が、プリューム中およびその外側で、どのような存在状態にあるのかを明らかにするために、金属硫化物濃度と粒径サイズの関係について、熱水プリュームの内側および外側での違いについて解析を行った。プリューム内から外側へ向けて、ナノ粒子態金属硫化物の濃度とその粒子サイズがどのように変化しているかについて、得られた成果は国際学会で発表済みである。限外濾過法によるより詳細なサイズ分画は、29年度に継続させて施行する予定である。また、電子顕微鏡(SEM-EDSおよびTEM)による金属硫化物の形状測定も開始しており、進捗状況としては、おおむね順調に進展したと考えられる。海洋において、鉄や銅、亜鉛といった微量金属元素は、海洋生物生産に重要な役割を持つことは広く認識されている。海水中の微量金属元素は、主に大気経由でもたらされる風送塵、河川水、海底堆積物、あるいは海底の火山活動に伴う熱水活動によって供給される。これらの供給源から海水中にもたらされた微量金属元素は、海洋表層では大部分が有機配位子と結合した形で存在すると推定されているが、その実態は未だ解明されていない。近年、これまで考えられてきた有機配位子だけでなく、海水中に極微量に存在する硫化物イオン(S2-, HS-)も配位子として海水中の微量金属元素を安定化させている可能性が指摘された。本研究では、酸化的環境にある海水中の微量金属元素が、金属硫化物ナノ粒子として存在することで、除去されずに広く海洋へ輸送される可能性を検証するために、以下に示す3項目を柱として研究を進めた。1海水中の金属硫化物をナノメートルオーダーでサイズ分画するための中空糸膜フィルターを用いたナノサイズ分画法の確立、2ナノサイズ分画-GC-FPD法により、海底熱水活動域などでのサイズ別存在形態ごとの金属硫化物濃度の空間分布を捉える、3実際にフィールド観測から得られた金属硫化物濃度の空間的分布を支配する供給・除去プロセスの寄与を定量に解明する。主要な成果として、水中の微量金属元素が、主に粒径200 nm以下の「ナノ粒子態金属硫化物」を形成し、水中での沈降・除去を免れ広く輸送されることを明らかにした。「ナノ粒子」が水圏における微量金属の物質循環に大きな役割を果たしている可能性が示された。海洋の生物一次生産に重要な役割を果たす鉄や銅、亜鉛なの微量金属元素が、好気的環境にある海水中で安定に存在する要因を明らかにするために、金属に対して高い安定度定数をもつ硫化物とその存在状態に着目して研究を進めた。主な成果として、1海水中の金属硫化物をナノメートルオーダーでサイズ分画するための中空糸膜フィルターを用いたナノサイズ分画法の確立、2ナノサイズ分画-GC-FPD法による海底熱水活動域および湖沼域でのサイズ別存在形態ごとの金属硫化物濃度の空間分布の解明、3実際にフィールド観測から得られた金属硫化物濃度の空間的分布を支配する供給・除去プロセスの寄与の定量解明等が挙げられる。