hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
巨大磁気光学効果と高耐蝕性を示す光磁気ディスク用Bi置換ガーネット膜に関する研究

本研究では,ガラス基板上に光磁気メモリーに適した巨大な磁気光学効果と高い均一性を持つ高濃度Bi置換ガーネット膜を得るための最適条件を検討した.膜は, 2極rfスパッタ法を用いて,ガラス基板上に(1)アモルファス膜を堆積,その後熱処理,結晶化させる方法,または(2)スパッタ堆積中直接結晶化させる方法により作製した.その結果, (1)の方法では, 520°Cとかなり低い熱処理温度で最大Bi置換量2.9のガーネット多結晶膜を単相で得ることができた.また, (2)の方法では, Bi量に無関係に,基板温度500°C以上で直接結晶化した膜を形成できた.一方,多結晶質膜を光磁気メモリーに応用する際,最も問題となる膜の不均一性に関しては,結晶粒界での光散乱及び熱磁気記録ビットの不規則性を緩和する方法を提案した.これらは,いわゆる媒体雑音の原因となる.前者は,スパッタガスとして,従来用いられてきたAr+O_2の代りに,純ArまたはAr+H_2の還元性雰囲気を用いることにより著しく改善さることが明らかとなった.これらのスパッタガス中で形成された膜では,欠陥等の結晶不完全性が結晶粒内部に均一に分布するため,粒界を光学的に識別できない.後者は,微量(1.2at.%以下)のW添加によりかなり改善されることが見い出された.これは, Wガピンニングサイトとして働き,結晶粒内部の磁壁保磁力を高めるためである.これにより,規則的形状を持つビットの記録が可能となった.上記研究と並行したイオニ置換による材料探査の一環として, Co置換ガーネットエピタキシャル膜をスパッタ形成し,その磁気異方性を調べた.その結果, Co置換は, S面体位置のCo^<2+>の大きな磁歪を介して,応力誘起磁気異方性を著しく増大させることが明らかとなった.本研究では,ガラス基板上に光磁気メモリーに適した巨大な磁気光学効果と高い均一性を持つ高濃度Bi置換ガーネット膜を得るための最適条件を検討した.膜は, 2極rfスパッタ法を用いて,ガラス基板上に(1)アモルファス膜を堆積,その後熱処理,結晶化させる方法,または(2)スパッタ堆積中直接結晶化させる方法により作製した.その結果, (1)の方法では, 520°Cとかなり低い熱処理温度で最大Bi置換量2.9のガーネット多結晶膜を単相で得ることができた.また, (2)の方法では, Bi量に無関係に,基板温度500°C以上で直接結晶化した膜を形成できた.一方,多結晶質膜を光磁気メモリーに応用する際,最も問題となる膜の不均一性に関しては,結晶粒界での光散乱及び熱磁気記録ビットの不規則性を緩和する方法を提案した.これらは,いわゆる媒体雑音の原因となる.前者は,スパッタガスとして,従来用いられてきたAr+O_2の代りに,純ArまたはAr+H_2の還元性雰囲気を用いることにより著しく改善さることが明らかとなった.これらのスパッタガス中で形成された膜では,欠陥等の結晶不完全性が結晶粒内部に均一に分布するため,粒界を光学的に識別できない.後者は,微量(1.2at.%以下)のW添加によりかなり改善されることが見い出された.これは, Wガピンニングサイトとして働き,結晶粒内部の磁壁保磁力を高めるためである.これにより,規則的形状を持つビットの記録が可能となった.上記研究と並行したイオニ置換による材料探査の一環として, Co置換ガーネットエピタキシャル膜をスパッタ形成し,その磁気異方性を調べた.その結果, Co置換は, S面体位置のCo^<2+>の大きな磁歪を介して,応力誘起磁気異方性を著しく増大させることが明らかとなった.本研究では、ガラス基板上に巨大な磁気光学効果を持つ均一な高濃度Bi置換ガーネット垂直磁化膜を再現性良く得る作製条件とその膜特性について検討した。Bi置換ガーネット膜(【(Bi,R)_3】【(Fe,Ga)_5】【O_(12)】,R=Y,Dy)は、2極rfスパッタ法により非晶質膜を堆積後熱処理結晶化させる方法で作製された。膜の結晶化に要する温度はBi置換量の増加と共に減少し、Bi=2.5以上では520°Cまで低下した。しかし、Bi量の増加により異種相生成温度も急激に低下するため、単相ガーネットの得られるBi量大置換量は約2.9と決定された。この値は従来得られたものの内最大の値である。また、結晶化は、少数の核発生と結晶粒成長により起こり、粒径はBi量の増加と共に非常に大きくなることがわかった。膜質は、スパッタ中のガス組成に大きく依存することが明らかになった。スパッタガスとしてAr+【O_2】を用いた場合、膜には明確な結晶粒界が観察される。このような粒界では光散乱が大きいため光磁気再生の際の媒体雑音の原因となる。一方、純Arを用いてスパッタした場合には、膜は粒界の観察されない光学的磁気的に均一なものとなった。これは、膜中に導入された多量の酸素欠損と関連する。このことを確認するため、還元性の強いAr+【H_2】中でスパッタした結果、光学的に非常に均一な膜が再現性よく得られることが明らかとなった。

しかし、このような膜の磁気光学効果は【Fe^(2+)】の生成により【H_2】量の増加と共に小さくなること、その履歴は異常な曲線を示すことがわかった。以上の結果より、均一なBi置換ガーネット膜の最適作製条件に対し有効な知見が得られたが、膜の均一性と酸素欠損と関連について更に検討を要する。
持続可能な政治経済システム構築に向けてのレント・レントシーキング実証分析

財務諸表データをもとに、独占モデルの静学的及び動学的最適条件を満たす条件式から各企業のレントやその動態を算出するモデルを初年度から構築してきたが、これを用いたレントと政治的支出の関係の実証分析を今年度は米国のグローバル企業に適用し、レントと政治的支出の関係を分析してきた。S&P500の財務諸表をMergentOnlineからダウンロードし、これらについて上記の方法でレントを計算した。他方で、米国のSenatorsは1999年以降、企業の5000ドル以上のロビイング支出を申告を義務付けていて、このデータをLobbying Disclosure Act Databaseに集積している。このデータベースからS&P500の企業のロビイング支出の経年データをダウンロードした。この2つのデータ系列が存在した234社について、stataで動学的パネルデータ分析やパネルデータでのGranger因果性検定を行い、レントとロビイング支出の因果関係の分析を試みている。また各サンプル企業をVARモデルで推定し、Granger因果性検定も行ったが、時系列が短いため、帰無仮説を棄却することが困難という構造的な問題があることがわかった。そこでレントとロビイングのどちらを先決係数としたときにFGLSを用いた単純回帰のt検定を棄却する企業が多いのかというアプローチをとってみた。19942013年のレントデータ、19992017年のロビイングデータに欠損がない65社について分析したところ、レントを先決変数とした単純回帰式が有意性を持つ企業のほうが多いことがわかった。動態的な均衡条件からレントの時系列を計算する理論の構築に手間取ったため、ようやく3年目にして、方法論についての論文を活字にすることができた。そのため、米国のS&P500へのこの手法による実証分析が遅れ気味になっている。この課題の研究期間を1年延長し、2019年度まで行うこととした。現在米国S&P500企業のレントとロビイングの因果関係についての分析を進行中である。2019年度前半には結論をみて、英文ジャーナルに投稿する計画である。地球環境の持続可能性が問われているが、経済のグローバル化の中で資源の過剰なまた不適切な使用について国際的なコントロールの必要が叫ばれながらなかなか実現に至らない。環境経済学はそれを主に市場経済における資源配分の面から分析してきたが、市場の失敗の是正を政府に求めても、政治過程を適正化しなければ政府が適正な政策を行えない。特に短期的直接的利益を求めて活発に政治的働きかけを行っている経済団体や企業の政治力、特に資金の流れを明らかにしコントロールする必要がある。そこで企業の政治過程の原資として企業単位のレントのスタンダードな推定方法の開発を目指してきた。独占度や寡占度を推定できれば、独占レントを量的に算出することが可能である。個別企業レベルでのレントの推定では製品や生産要素の量に関するデータの入手は極めて困難である。財務データはすべて金額ベースなので、従来のように行動利潤関数として線形回帰に適した一般レオンチェフ型費用関数やトランスログ型の利潤関数を使うのではなく、Cobb-Dauglas型生産関数をベースにさまざまな仮定をおくことで行動利潤関数の動学的最適化条件を額ベースのデータのみ投入すれば解けるような形に設定した。これを日本の大企業26産業について行った成果を英文ジャーナルに投稿中である。他方でこの方法の弱点である虚数解の処理については、動態的なデータを実数解に収まるようスムージングする修正アルゴリズムを開発するなどの方法について検討中である。英文ジャーナルの査読結果が1年以上返ってこなかったことで成果を形にすることが遅れている。これとも関係すると考えられるが、この研究がどのような分野に属する研究なのかという位置づけが難しく、さまざまな研究上の情報のインプットを行う生産性がなかなか上がらないことが大きな要因であろうと考えている。具体的には、研究過程の初期は産業組織論的な方法論をレビューし、この研究をその応用研究と位置付けていた。しかし探求していく中で、方法論的にはエコノメトリックス的な手法から数理計画系の手法へとシフトせざるを得ず、またデータも財務データを扱う関係上、経済学よりビジネス系の研究に近い可能性も出てきており、探索中である。これまでのレント算出分析は、既存の各国における統計の製品の生産量や価格を使用して産業単位でレントを算出するというパターンであった。しかし産業ごとの製品価格といっても、実際は各企業の製品によって単価は異なる。さらに費用となると費目ごとの数量や価格の統計データは入手困難で、かなりの読み替えや推定が入らざるをえない。企業ごとの正確な決算データである財務諸表データをもとにできればより正確な実証分析が行える。そこで、コブ・ダグラス型の生産関数の場合の独占モデルの静学的及び動学的最適条件を満たす条件式を展開し、生産量や生産要素投入量を売上額や生産要素投入額で代用できる条件式に変換することができる方法を発見した。これによって財務諸表データをもとに各企業のレントやその動態を算出することができた。この方法を用いて、日本の大企業の産業別のレントとそれらの政治的支出、そしてR&D支出の関係について分析した。製造業を中心とする29産業部門の財務データをもとに数値解析ソフトMatlabでレント額を算出し、企業の政治的支出については、東洋経済新報社のCSRデータ全般編と、自民党の国民政治協会の政治資金収支報告書から企業団体献金を産業ごとに抽出したものを用いた。

R&Dデータに関しては、財務諸表データから「開発費・試験研究費」を抽出したものを用いた。多重回帰、およびパネルデータ分析を行った結果、企業の政治的支出と企業のレント額の間には相関関係が認められたが、他方R&D支出額とレント額の間には相関関係が認められなかった。グローバル企業のレント計測の方法論の探求とともに、本年はグローバル企業(収穫逓増産業)を中心とした貿易自由化が分配に与える影響について貿易理論からの整理も行った。収穫逓増産業や不完全競争市場においてストルパー=サミュエルソン定理がどのような条件下において成り立つのかについて考察した。今年度この研究課題における最大の懸案であった財務データによるレント導出の理論ベースを完成できた。またこれを用いて日本の大企業について産業別にレントの動態を導出し、各産業の政治的支出やR&D支出との関係をパネルデータ分析によって分析することができた。結果的にレントと政治的支出の相関関係を数量的に算出できた。この結果については現在英文ジャーナルに投稿中。ただし日本については政治的支出についての時系列データの入手が難しいため、両者の因果関係について特定することができなかった。また最終的な分析対象であるグローバル企業の貿易が分配に与える影響について理論的に整理することもできた。財務諸表データをもとに、独占モデルの静学的及び動学的最適条件を満たす条件式から各企業のレントやその動態を算出するモデルを初年度から構築してきたが、これを用いたレントと政治的支出の関係の実証分析を今年度は米国のグローバル企業に適用し、レントと政治的支出の関係を分析してきた。S&P500の財務諸表をMergentOnlineからダウンロードし、これらについて上記の方法でレントを計算した。他方で、米国のSenatorsは1999年以降、企業の5000ドル以上のロビイング支出を申告を義務付けていて、このデータをLobbying Disclosure Act Databaseに集積している。このデータベースからS&P500の企業のロビイング支出の経年データをダウンロードした。この2つのデータ系列が存在した234社について、stataで動学的パネルデータ分析やパネルデータでのGranger因果性検定を行い、レントとロビイング支出の因果関係の分析を試みている。また各サンプル企業をVARモデルで推定し、Granger因果性検定も行ったが、時系列が短いため、帰無仮説を棄却することが困難という構造的な問題があることがわかった。そこでレントとロビイングのどちらを先決係数としたときにFGLSを用いた単純回帰のt検定を棄却する企業が多いのかというアプローチをとってみた。19942013年のレントデータ、19992017年のロビイングデータに欠損がない65社について分析したところ、レントを先決変数とした単純回帰式が有意性を持つ企業のほうが多いことがわかった。動態的な均衡条件からレントの時系列を計算する理論の構築に手間取ったため、ようやく3年目にして、方法論についての論文を活字にすることができた。そのため、米国のS&P500へのこの手法による実証分析が遅れ気味になっている。
統計的磁気面領域におけるプラズマ輸送のダイバータ熱・粒子負荷分布への効果

核融合エネルギーの実用化研究を行っている磁場閉じ込めプラズマ装置において重要なダイバータへの熱と粒子の流れについて、核融合科学研究所の装置LHDにおける実験での観測を、計算機シミュレーションで再現できるようにすることにより、シミュレーションコードの改良を進めた。また、そのために必要な、プラズマからの発光を分析する設備を整備した。シミュレーションで再現できない観測結果についてデータ解析を進め、高温プラズマ周辺部からダイバータへつながる磁場構造が変化している可能性があることを示した。EMC3-EIRENEコードを用いた計算機シミュレーションの改良を進めた。ヘリオトロン型装置である核融合研の大型ヘリカル装置(LHD)の複雑な周辺磁場構造を、ダイバータレグ構造を含む形で、複数の実験磁場配位の計算メッシュを作成した。LHD実験に供する分光器を購入した。既設の分光器と本分光器の2台で、異なる視野でダイバータ部を観測することとしていたが、研究グループで検討を進めた結果、平成27年度に購入する分光器を、既設のものよりも波長分解能が高いものを購入することとし、2台の分光器で同じダイバータ部を観測することとした。これにより、既設の分光器では幅広い波長領域を観測し、新規購入した分光器により、プラズマからの発光線スペクトルのドップラーシフトや温度による広がりを解析することが可能となった。今後、これらの分光器のデータから、不純物の輸送過程と磁場構造との関係を調べて計算機シミュレーションの妥当性検証のためのデータを得る。平成27年度は、LHD実験が諸事情により実施されなかった。そのため新規の実験、データ取得はできなかった。そこで、平成26年度までに取得したいたデータの解析を進め、計算機シミュレーションとの比較を行った。複数のダイバータ板に設置している静電プローブによる熱・粒子束分布データについて、不純物ガスの導入により放射損失を増大してダイバータ熱負荷を低減する実験のデータを、上述の計算メッシュを用いた計算機シミュレーションと比較した。その結果、熱・粒子束分布の実験結果は計算機シミュレーションでは再現できなかった。その一方で、窒素ガス導入時のダイバータ熱負荷低減のトロイダル異方性は、放射損失分布測定データと計算機シミュレーションの比較から、周辺磁力線構造と窒素のリサイクリング率が低いことにより理解できることを示すことができた。今年度は、LHD実験が実施されなかったため、新規増設した分光器を用いた高波長分解能での2次元分光計測データの取得ができなかった。また、静電プローブおよび赤外線カメラ計測データの新しいデータの取得もできなかった。核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDにおいて、統計的磁気面領域からダイバータへ至る熱・粒子輸送機構の理解を目指した研究を進めている。その一環として、プラズマ生成中に見られるダイバータの熱・粒子負荷分布の変化の原因を調べるため、EMC3-EIRENEコードによる計算機シミュレーションを行った。同コードではこれまで、磁力線に垂直方向の拡散係数や熱伝達係数を空間的に一定の値としてきたが、より現実的な計算を行うため、拡散係数、熱伝達係数に、プラズマ温度依存性、磁場強度依存性を与えることができるようにした。具体的には、温度に対しては正の依存性、磁場強度に対しては負の依存性を与えた。例えば温度の場合は、統計的磁気面領域の平均プラズマ温度と局所的な温度の比について、指数と係数を変化して、ダイバータ熱。粒子負荷分布への影響を調べた。係数は、実験で得られた統計的磁気面領域のプラズマ温度分布が計算で再現できるように決めた。結果として、拡散係数・熱伝達係数の温度依存性、磁場強度依存性を考慮しても、実験で観測されている負荷分布の変化を再現することはできなかった。この結果は、研究分担者が指導する博士研究員により論文として投稿されている。LHDでは、平成28年度末から実験が開始されている。本研究課題採択後の最初の実験である。平成27年度から、本研究予算で整備を進めたダイバータプラズマ分光システムが稼働し、分光データが得られている。本システムの前のシステムにおいて、平成27年度までに得られていた分光データについて解析を行い、ダイバータプラズマが接触状態から非接触状態へ至る過程におけるプラズマパラメータの空間変化、プラズマの流れ分布などが得られている。これらの解析は、今後本システムのデータ解析と合わせ、ダイバータの熱・粒子負荷分布を決めるプラズマ輸送の理解に必須である。核融合科学研究所のLHD装置の実験予定の変更などのため、期待した分光計測データの取得が遅れているが、平成28年度末から開始された実験において、分光システムが稼働し、現在順調にデータを取得している。ダイバータ板に設置している静電プローブアレイのデータも順調に得られており、本研究課題の目的のためのデータセットが整いつつある。また平成28年度は、本研究課題において最も重要な研究の一つであるEMC3-EIRENEコードの改良を実施し、磁力線に垂直方向の輸送に温度、磁場強度依存性を持たせたシミュレーションができるようになった。この成果を論文として投稿するところまで進めることができた。以上より、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDにおいて、統計的磁気面領域からダイバータへ至る熱・粒子輸送機構の理解を大きな目的とした研究を進めている。特に本研究では、ダイバータ板上の熱・粒子束分布の放電中の変化に着目し、3次元プラズマ輸送流体シミュレーションコードEMC3-EIRENEを用いて分布変化を再現することにより、統計的磁気面領域からダイバータへの熱・粒子輸送のモデリングを目指した。

昨年度までに、本研究課題申請時に予定していた、EMC3-EIRENEコードの磁力線垂直方向の拡散係数・熱伝達係数に電子温度や磁場強度に対する依存性の導入を行った。しかしながら、シミュレーションでは、実験で観測されている分布変化は得られなかった。今年度は、これまでにLHDで得られているダイバータ部の静電プローブデータの見直しを行った。10カ所各20チャンネルの静電プローブにおける粒子束分布の変化と、上流である周辺プラズマパラメータの関係について、固有値直交分解を用いた多変数分析を行った。これまでに、熱・粒子束分布は、上流の電子温度がある程度高い場合に変化することが分かっていたが、今回の解析から、閉じた磁気面周辺部のプラズマ圧力の勾配が分布変化に影響していることが分かった。プラズマ圧力勾配が大きい場合、分布はEMC3-EIRENEを用いたシミュレーションでは再現できない分布となっている。シミュレーションでは、プラズマ圧力を無視した真空条件の磁力線構造を用いているが、閉じた磁気面周辺部の圧力勾配が高まると、圧力勾配で駆動される電流により磁力線構造が変化し、そのためダイバータにおける熱・粒子束分布がシミュレーションでは再現できなくなると考えられる。統計的磁気面領域からダイバータへ至る熱・粒子輸送を理解するためには、このような磁力線構造の変化も考慮に入れる必要があることが明らかとなった。核融合エネルギーの実用化研究を行っている磁場閉じ込めプラズマ装置において重要なダイバータへの熱と粒子の流れについて、核融合科学研究所の装置LHDにおける実験での観測を、計算機シミュレーションで再現できるようにすることにより、シミュレーションコードの改良を進めた。また、そのために必要な、プラズマからの発光を分析する設備を整備した。シミュレーションで再現できない観測結果についてデータ解析を進め、高温プラズマ周辺部からダイバータへつながる磁場構造が変化している可能性があることを示した。計算機シミュレーションにおいては、EMC3-EIRENEコードに改良を加えていく。具体的には、現在一定値として扱っている、磁力線を横切る輸送係数に、空間的な変化を加える。これまでに、LHDにおける実験から輸送係数がプラズマ温度や磁場強度に依存している可能性が示唆されており、これらの依存性をシミュレーションに取り込むよう、海外研究協力者とも議論しながら検討を進める。磁場強度はプラズマの変化に依らず、磁場コイル電流と位置で決まると考えられるので、シミュレーションに取り込みやすいと考えており、まずは磁場強度に対する依存性から取り込む。計算機シミュレーションの妥当性を検証するために必要な実験データを、LHDにおいて取得する。2次元分光計測のために昨年度購入した高波長分解能を有する分光器によりダイバータ部の観測を行い、プラズマからの発光線スペクトルのドップラーシフトや温度による広がりを解析し、不純物の輸送過程と磁場構造との関係を調べ、計算機シミュレーションの妥当性検証のためのデータとする。
都市ゴミ焼却灰の地盤工学的処理システムの構築

本研究は,都市ゴミ焼却灰を地盤工学的に有効利用するための各種技術の開発ならびにそれらを体系的に評価するための処理システムの構築を目的として、今年度以下のことを明らかにした。1.リサイクル材の材料コストと環境負荷の評価に関する考察様々な廃棄物に対する環境評価の手法として,ライフサイクルアセスメント(LCA)を導入し,リサイクル材の材料コストおよび環境コストの基本的な考え方を示し、その根拠をわかりやすく説明するための経済評価モデルを提示し、建設材料コストについての将来予測を行った.さらに,環境コストの導入により,リサイクルを行う場合と行わない場合のコスト比較を行い,地盤工学的な立場から資源循環社会の重要性を明らかにした。2.混合地盤材料としての都市ごみ焼却灰の有効利用法都市ゴミ焼却灰を混合地盤材料として有効活用するための技術として,焼却灰と粘土を混合し焼成した固化材料としての地盤材料の開発を行うとと共に、廃木材の炭化物の吸着効果に着目した有効利用法を提案した。3.水の循環を利用した都市ごみ焼却灰の早期安定化に関する検討廃棄物の地盤工学的処理システムを構築するために,水循環による焼却灰埋立て地盤の模型実験を行い,重金属などの化学分析を通して,海面最終処分場の早期安定化技術の可能性を示した。また、カラム試験結果により解析に必要なパラメーターの同定を行った上で、焼却灰地盤を想定した二次元浸透流解析・移流・拡散解析を実施し、早期安定化のための効果的な水循環手法を考察した。本研究では,都市ゴミ焼却灰を地盤工学的に有効利用するための各種技術の開発ならびにそれらを体系的に評価するための処理システムの構築を目的として,以下のことを明らかにした.1.海面最終処分場の早期安定化技術の開発海洋埋め立てにおいて都市ゴミ焼却灰からなる廃棄物地盤を早期に安定化させるための方法をカラム実験,模型実験、化学分析を通して検討した.(1)1次元流れによるカラム試験焼却灰層の深さの影響を明らかにするために,上載圧の異なるカラム実験を行い,溶存酸素や酸化還元電位が低下せず,ほぼ一定の値を示すことを明らかにした.また,鉛などの重金属の溶出量が低下した.(2)二次元流れによる模型実験二次元的な流れにおいても溶存酸素や酸化還元電位の値に大きな低下が見られなかった.また,重金属については場所により溶出特性に違いが生じた.これらのことから,保有水の循環により焼却灰層を好気的に維持することができることを明らかにした.今後は廃棄物層内を好気的に保つことで有機分の分解が促進されるかを確認することが必要である.2.都市ゴミ焼却灰を地盤工学的に有効活用するための技術開発都市ゴミ焼却灰に粘土を混合し,圧縮焼成処理することによって作製された固化材料の一軸圧縮試験,化学試験および溶出試験を行った.その結果,圧縮焼成処理することによって,軽量化,pHやECの低減効果および重金属溶出の抑制効果のあることが明らかとなった.すなわち,粘土を混合して500°C以上で焼成することにより,耐久性のある強固な材料となり,有害物質の溶出が大幅に抑制されることから,再資源化材としての有効性が確認された.本研究は,都市ゴミ焼却灰を地盤工学的に有効利用するための各種技術の開発ならびにそれらを体系的に評価するための処理システムの構築を目的として、今年度以下のことを明らかにした。

3.水の循環を利用した都市ごみ焼却灰の早期安定化に関する検討廃棄物の地盤工学的処理システムを構築するために,水循環による焼却灰埋立て地盤の模型実験を行い,重金属などの化学分析を通して,海面最終処分場の早期安定化技術の可能性を示した。また、カラム試験結果により解析に必要なパラメーターの同定を行った上で、焼却灰地盤を想定した二次元浸透流解析・移流・拡散解析を実施し、早期安定化のための効果的な水循環手法を考察した。
ネクロプトーシスを標的とした肺移植後虚血再灌流肺傷害に対する新規治療法の開発

肺移植は本邦でも確立された治療法であるが、その治療成績は他の臓器移植と比べて不良であり、その改善が急務である。虚血・再灌流肺傷害はその治療成績に影響することが知られているが、有効な制御法は確立されていないのが現状である。先行研究から虚血・再灌流肺傷害の病態に細胞死が深くかかわることが証明されており、細胞死を標的としたグラフト機能改善の新規戦略が期待される。申請者は細胞死の一つであるネクロプトーシスにかかわる経路を抑制することで、虚血・再灌流肺傷害が軽減することを示してきた。本研究では、細胞死とくにネクロプトーシスの制御による肺移植後の虚血・再灌流肺傷害に対する新規治療法の開発を目的とする。
機械学習に基づく農業水利施設設計の完全自動化

2018年度は構造物設計の際に発注者から提示される設計仕様書の文字情報から,設計に必要な情報のみを自動的に取り出すための言語処理の研究に取り組んだ.設計に必要な情報とは,設計に用いる外力,要求される性能,従う設計基準等を意味する.言語処理には統計的言語処理の高度な知識が必要となり,アルゴリズムの開発には時間を要することから,ウェブ上で公開されている専用のソフトウェアを利用し,必要に応じて改良することを試みた.単純な文章をソフトウェアを用いて解析を行った結果,ソフトウェアを用いて文章を分節に分ける,数字のみを取り出すなどの基本的な解析には成功した.一方で,その情報が設計に必要な情報なのかどうかや,数字が設計における荷重の条件なのか,それ以外の条件なのかなどの判定を自動で行うことはできておらず,設計業務で実用化するためにはさらに研究が必要であることが明らかとなった.今年度はさらに言語処理に加え,技術者が設計業務において下す判断を機械に代替させる研究も並行して実施した.具体的には,ボーリングコアの情報から,どの位置からサンプルを取って室内試験に用いればいいかの判断を機械に代替させることを試みた.コアからサンプルを選定する経験のある技術者に対してヒアリングを行い,ヒアリングに基づいて問題に対する目的関数を定義した.これは意思決定の問題を目的関数の最小化/最大化問題に置き換えていることに相当する.提案した手法を,設計におけるある判断の代替手法として適用した結果,提案手法による判断と技術者の判断がほぼ同じ結果となり,提案手法の有効性が確認された.言語処理に関しては課題が残ったが,その他の研究トピックに関しては,想定より大きく進展させることができたため,おおむね順調に進展していると判断した.言語処理を継続するとともに,最終的なアウトプットを意識して,具体的な設計問題に取り組む予定である.2018年度は構造物設計の際に発注者から提示される設計仕様書の文字情報から,設計に必要な情報のみを自動的に取り出すための言語処理の研究に取り組んだ.設計に必要な情報とは,設計に用いる外力,要求される性能,従う設計基準等を意味する.言語処理には統計的言語処理の高度な知識が必要となり,アルゴリズムの開発には時間を要することから,ウェブ上で公開されている専用のソフトウェアを利用し,必要に応じて改良することを試みた.単純な文章をソフトウェアを用いて解析を行った結果,ソフトウェアを用いて文章を分節に分ける,数字のみを取り出すなどの基本的な解析には成功した.一方で,その情報が設計に必要な情報なのかどうかや,数字が設計における荷重の条件なのか,それ以外の条件なのかなどの判定を自動で行うことはできておらず,設計業務で実用化するためにはさらに研究が必要であることが明らかとなった.今年度はさらに言語処理に加え,技術者が設計業務において下す判断を機械に代替させる研究も並行して実施した.具体的には,ボーリングコアの情報から,どの位置からサンプルを取って室内試験に用いればいいかの判断を機械に代替させることを試みた.コアからサンプルを選定する経験のある技術者に対してヒアリングを行い,ヒアリングに基づいて問題に対する目的関数を定義した.これは意思決定の問題を目的関数の最小化/最大化問題に置き換えていることに相当する.提案した手法を,設計におけるある判断の代替手法として適用した結果,提案手法による判断と技術者の判断がほぼ同じ結果となり,提案手法の有効性が確認された.言語処理に関しては課題が残ったが,その他の研究トピックに関しては,想定より大きく進展させることができたため,おおむね順調に進展していると判断した.言語処理を継続するとともに,最終的なアウトプットを意識して,具体的な設計問題に取り組む予定である.
固体中の低速高電離イオンの電子捕獲過程

低速高電離イオンが固体と衝突するとき、入射イオンが固体から電子をその外殻軌道に捕獲し、内殻にほとんど電子が詰まっていない中空原子(hollow atom)が形成される。この中空原子は、表面上で最初形成され、それが、固体表面下で第2世代の中空原子が形成される。これらの中空原子は、表面上では、主に、オージェ遷移で崩壊し、表面下では、オージェ遷移と固体からの電子捕獲を繰り返しながら、最終的に中性化される。高電離イオンと固体表面衝突実験のなかで、特に、Arイオンが固体表面に入射させたとき測定されたKαX線スペクトルがの形状が、入射イオンのエネルギーに依存して変化するという実験結果について、今まで、定量的な研究が行われていなかった。本研究では、高電離イオンと固体表面の相互作用を明らかにするために、multistep capture and loss(MSCL)モデルを構築して、中空原子の崩壊に伴うX線スペクトルのシミュレーションを行った。本研究の成果は、以下にまとめられる。(1)内殻励起原子である中空原子に対して、そのエネルギー状態を、1電子配置関数を用いた相対論的構造論に基づく計算をした。その結果、Ar中空原子に対するKαX線の遷移エネルギーは、実験とよい一致を示した。(2)中空原子の崩壊過程を記述するために、電子捕獲とオージェ遷移によるイオン化との競合する崩壊過程の時間的追跡ができる。MSCLモデルを提案した。(3)高電離イオンによる電子捕獲確率を、classical over-the barrier(COB)モデルで求め、これが、入射イオンの速度に比例して大きくなることを示した。(4)Arイオンと固体(Si)との衝突実験で、入射エネルギーを変えて観測したKαX線スペクトルを、MSCLモデルでシミュレーションし実験スペクトルをすべて再現できた。このシミュレーションでは、(3)で示したCOBによる電子捕獲確率を使った。その結果、入射イオンの速度に依存してスペクトルの形状が変化するのは、電子捕獲確率が入射イオンの速度に比例して大きくなるためであるとの結論を得た。(5)Krと固体との衝突で観測されるKα線スペクトルに対して、Coster-Kronig(CK)遷移の影響を調べ、CK遷移によって、Kα線の衛星線の中で、L殻電子が7あるいは8個などの衛生線の強度がその強くなるとの結果を得た。本年度の研究実施計画は、大きく分けて次の2つである。(1)イオンによるバンド電子の捕獲確率を第一原理から出発して、その大きさを評価する。(2)Krイオンと固体表面との衝突実験によるK-X線スペクトルのシミュレーションを行う。(1)に関しては、Pedagogical大学(ポーランド)物理学科のKoc博士を招聘してその知識コード開発の技術の提供を受け、Auger遷移確率の計算を非直交波動関数を使って行うこと、および、プラズマ中のイオンの構造や固体の電子状態を求めるために有効な、Kohn-Sham理論によるlocal density functional theory(LDFT)の方法による固体中の高電離イオンの電子状態の計算法の開発をすることで共同研究を行った。現在その計算法に基づくプログラムを開発中である。(2)に関しては、D1の院生との共同研究として、Krイオンを使った固体表面との衝突実験を想定して、観測されるK-X線のスペクトルをCoster-Kronig遷移による影響を取り入れた詳しい解析を行い、その成果を、原子衝突国際会議(1999年7月、仙台)、理研シンポジウム(2000年12月、理研)、宇宙空間原子分子研究会(2000年1月、宇宙研)で発表した。また、現在、Neを使った実験のシミュレーションも行っている。Ne-like原子系の構造についてのRelativistic Configuration Interaction(RCI)法による計算結果は現在投稿中である。

このシミュレーションでは、(3)で示したCOBによる電子捕獲確率を使った。その結果、入射イオンの速度に依存してスペクトルの形状が変化するのは、電子捕獲確率が入射イオンの速度に比例して大きくなるためであるとの結論を得た。(5)Krと固体との衝突で観測されるKα線スペクトルに対して、Coster-Kronig(CK)遷移の影響を調べ、CK遷移によって、Kα線の衛星線の中で、L殻電子が7あるいは8個などの衛生線の強度がその強くなるとの結果を得た。低速高電離イオンと固体表面との衝突では、入射イオンが固体から、電子をその外殻軌道に捕獲して内殻にほとんど電子が詰まっていない中空原子(hollow atom)が形成される。本研究では、ArイオンをSi固体に衝突させたときに観測された、入射イオンの速度依存性ををもつKαX線スペクトルに注目して、Arの中空原子が固体表面と相互作用しながら中性化される物理過程を理論的に解析した。この解析では、イオンが、Auger遷移と電子捕獲を繰り返しながら中性化してゆく過程を、時間を追って追跡するための速度方程式をもとにしたmultistep capture and loss(MSCL)モデルを構築した。固体表面下の崩壊に対するシミュレーションでは、衛星線(satellite line)からなるKαX線のスペクトルの形状は、電子捕獲確率の大きさに支配されていることをあきらかにした。さらに、表面上で生成された中空原子の崩壊過程に対して、Kα線を放出する励起イオンのみに着目すれば、表面下での崩壊過程を記述するために採用した同じMSCLモデルで使うことができ、すべての過程をMSCLモデルで統一的に扱えることをあきらかにした。スペクトルのシミュレーションに必要な電子捕獲確率の理論値は、古典力学を基礎とするclassical over-the-barrier(COB)モデルで求め、これが、入射イオンの速度に比例することを示した。最終的に、実験での入射イオンのエネルギーに対応したKαX線スペクトルをシミュレーション行い、表面上と表面下からのX線スペクトルの強度の寄与を別々に求めた。各入射エネルギーに対応したシミュレーションのスペクトルの形状は実験値を再現した。このことから、入射イオンの速度に比例して電子捕獲確率が大きくなることが、ArをSi固体に衝突させたとき観測されたスペクトルの形状変化の要因であると結論した。また、Krイオンと固体との衝突でKrの中空原子から放射されるKαX線に対して、Auger遷移ではあるが、その確率が一桁大きいCoster-Kronig(CK)遷移の影響を理論的に調べた。その結果、CK遷移は低エネルギー部の衛星線の強度を押し上げることが分かった。また、高精度なX線スペクトルとこの理論解析からその遷移確率を実験的に決定できるとの結論を得た。
学校が避難所機能と教育を両立するための災害リスク管理に関する研究

本研究は、学校再開を目指しながら避難所運営を行うための方策を検討し、実践・訓練のための教員研修プログラムを開発することを目的とする。2017年度は、地域防災拠点として学校教員が果たすべき新たな役割を明らかにするための調査を実施し、学校再開を念頭に置いた避難所運営のあり方の検討準備を実施した。またGISによる地理状況と避難準備に関する視覚的教材を作成するための調査を行った。実績は以下の通りである。・地震、土砂災害の地域である、広島、熊本の学校教員へのインタビューを行った。学校教員の経時的な役割について質的に分析を行い、初動から住民が避難所運営に関わる体制がある地域では教員は、避難所運営にかかわらず、児童生徒の安否、学校再開の連絡等について専念することができていることが明らかになった。事前の体制作りの方策をインタビューから検討している。・学校教育委員会と調整を行い、保護者および教員の災害の備えに対する調査を協力の得られた2県で実施した。保護者の意識と教員の意識にはずれがあり、学校で減災教育として避難所運営に関する打ち合わせをすることが難しいことが明らかになった。・GISを用いて災害による避難者の動きをシミュレートした。人の動きは、行政の想定とは異なり、避難所の想定人数を超える可能性が示唆された。これらの結果から、教員が避難所となった学校で教育に専念するためには、避難者である近隣住民と、平常時から役割を調整しておくことが必要であると考えられた。避難訓練には、避難所運営に関する訓練だけでなく、避難所での役割を近隣住民(保護者)と調整することを含める必要性が示唆された。調査協力を得るために手続きに時間を要したたこと、および学校行事等のため、調査が年度末から翌年度の初めとなった。これらの解析が次年度にずれ込んだためである。2017年度の調査結果を引き続き詳細に分析する。それをもとに、学校教員の避難所における経時的役割の変化、および改善するための方策を検討する。GISによる描画に必要なデータを収集する。
液体金属を用いた2成分系衝突噴流による高温面熱伝達の研究

(1)水素二相衝突噴流の局所乱れ構造に関する測定と考察壁境界を有する二相噴流系では、噴流ノズル先端に接続され、壁境界を形成するノズル・プレ-トの喉元部での局所乱れ構造が系全体の熱伝達特性に大きく係っていることから、その乱れエネルギ-スペクトルを解析し、伝熱性能の向上に寄与できる乱れ渦のサイズについて考察した。その結果、気泡導入に伴ってエネルギ-輸送に寄与する低周波の乱れ成分が選択的に高周波方向に拡大し、数10100Hz程度の乱れ成分の増加が噴流系全体の伝熱特性の向上に大きく貢献することを明らかにした。(2)液体金属NaK-アルゴンガス2成分二相噴流系における伝熱実験既設のNaK-ガス二相流伝熱・流動実験装置に、その娘ル-プとして、新たに噴流実験用測定ル-プを設けた。流れの可視観察を先ず行い、液体金属系噴流の流れ形成機構について考察した。結果は水系の場合と大きく異なり、伝熱特性へのフィ-ドバックが予想された。熱伝達特性の測定結果は、予想と期待に反し、自由噴流では気泡導入による乱れ促進は余り伝熱促進に貢献せず、温度境界層内に存在する気泡による実効的熱伝率の低下が支配要因となり、伝熱は劣化した。壁境界を有する場合は乱れ促進と実効的熱伝導率の低下による効果が互いに相殺し、結果的には、単相、二相による相異は殆んど見られなかった。液体金属のようにプラントル数の小さな流体では、温度境界層が厚くなるため、二相流や壁境界を設けて伝熱促進を図るには、温度境界層厚さを考慮した相似則に基づいた噴流形状を決定する必要性が結論された。
中国都市部における産育文化の変容と受容 ー家政サービス員を中心にー

具体的な内容:本研究では、中国都市部における出産、育児に関わる家政サービス員の産育実践を描くことを通して、産育文化の変容とその受容の一端を解明することを目的とする。第一に、マクロレベルとして、国家・行政による産育政策、産育動向を把握する(目的1)。第二に、メゾレベルとして家政サービス員の養成過程を取り上げ、医療・教育関係者と家政サービス員との交渉を描くことにより、家政サービス員の産育変容に対する受容・抵抗の様子を描く(目的2)。第三に、ミクロレベルである各家庭における家政サービス員の産育実践に焦点を当て、雇用主らの産育政策や産育法に対する受容・抵抗などの様相を描く(目的3)。本研究では、平成30年度から平成33年度を通じて、文献収集とともに、計8回の現地調査及び計4回の発表を行う予定である。初年度では、上記の三つの目的に合わせて、1中国国内の書店や公式ホームページなどを通して、中国都市部の産育政策、産育動向に関する資料・情報を収集した。2上海市に二回出張し、市内最大規模のRトレーニングセンターが実施する小児マッサージ、モンテッソーリ早期教育訓練の養成コース(前半)を受講しながら、参与観察を実施した。教科書や配布資料を通して、養成コースの内容を把握した。また、講師と生徒、生徒同士の相互行為も観察した。3家政サービス員25名及び保護者2名にインタビュー調査を行った。全体として、「科学的な」産育知識と技術を受容されているが、「伝統的」なものも取り入れられている傾向が見られた。意義:これまで中国都市部における出産、育児に関わる家政サービス員の産育実践に焦点を当てる質的な研究はほとんど見られない。本研究はその空白を埋めることが可能である。また、女性や家族の役割や、中国社会の関係構造の解明が可能であるだけではなく、産育の問題を抱える日本にとっても有効な知見となりうる。初年度に上海市最大のRトレーニングセンターで実施する育児嫂(中級)を受講し、参与観察を実施する予定だったが、スケジュールの調整が難しく、代わりに同センターで実施する比較的短期間の小児マッサージ、モンテッソーリ早期教育訓練の養成コース(前半)を受講した。受講コースの変更があったものの、生徒一人に対して追跡調査ができ、貴重な情報を入手することができた。平成31年度から2020年度にかけて、小児マッサージ、モンテッソーリ早期教育訓練の養成コースを受講し、参与観察を実施する予定だったが、すでに初年度に受講したため、育児嫂(中級)を受講し、参与観察を実施する予定である。2020年度から平成2021年度にかけて、Rトレーニングセンターで知り合う15名の生徒に対して、職場での観察を行う計画だった。しかし、最近、家政サービス員による窃盗事件や虐待事件が多数報道され、家政サービス員の職場での観察が難しくなった。そのため、できる範囲で観察を行いながら、不足分をインタビュー調査などで補う予定である。

しかし、最近、家政サービス員による窃盗事件や虐待事件が多数報道され、家政サービス員の職場での観察が難しくなった。そのため、できる範囲で観察を行いながら、不足分をインタビュー調査などで補う予定である。
プリン代謝経路におけるリボキナーゼを介するリボース代謝の意義

リボースは生体の重要な構成成分であるにも拘わらず,代謝,動態が極めて緩慢である為,その代謝経路や存在意義を研究することが困難であった.今回我々は,赤芽球方向へ分化を誘導したK-562細胞で,通常の各種細胞に比べて数倍から数百倍以上の活発なリボースのとり込みがあることを見い出した.とり込まれたリボースの代謝系路に関しては,今回は測定系が未完成なこともあり判明しなかった.しかし本細胞でのリボースのとり込みの亢進は細胞増殖の抑制を平行して伴い,可逆的なものであることや,形態変化のないこと,非分化K-562細胞には認められない特異的な現象である点等より,何らかの生理的な意義をもった現象であると思われた.更にリボースの増殖抑制作用は, HMPシャント経路への何らかの干渉による強力なDNA合成抑制の結果であることが強く示唆され,細胞内核酸系代謝物の変動も認められることより,リボースがエネルギー代謝系と核酸代謝系の間で重要な調節因子となっている可能性が示された.一方リボースは消化管よりの吸収が悪いことのみならず,腎での再吸収もあまりないことが示された.このことはリボースがヒト尿中には微量ではあるが存在しているのに対して,血中にはほとんど検出されないこととよく一致する.我々はリボースのとり込みや異化が限られた臓器のみに集中し,しかもあまり活発でないことを確認しており,プリン代謝異常症の優れたマーカーとなる可能性を見い出した.既にリボース代謝異常は一部の難病において報告されている.しかしリボースの体液中の濃度は極めて微量な為,鋭敏かつ信頼度の高い測定法が要求される.今回の経験によりまだ試験的ながら,いくつかの有力な測定法のめどもついた.更にK-562細胞を用いてのリボース特異的酵素であるリボカイネースの大量抽出も,遺伝子工学的手法を用いて検討中である.リボースは生体の重要な構成成分であるにも拘わらず,代謝,動態が極めて緩慢である為,その代謝経路や存在意義を研究することが困難であった.今回我々は,赤芽球方向へ分化を誘導したK-562細胞で,通常の各種細胞に比べて数倍から数百倍以上の活発なリボースのとり込みがあることを見い出した.とり込まれたリボースの代謝系路に関しては,今回は測定系が未完成なこともあり判明しなかった.しかし本細胞でのリボースのとり込みの亢進は細胞増殖の抑制を平行して伴い,可逆的なものであることや,形態変化のないこと,非分化K-562細胞には認められない特異的な現象である点等より,何らかの生理的な意義をもった現象であると思われた.更にリボースの増殖抑制作用は, HMPシャント経路への何らかの干渉による強力なDNA合成抑制の結果であることが強く示唆され,細胞内核酸系代謝物の変動も認められることより,リボースがエネルギー代謝系と核酸代謝系の間で重要な調節因子となっている可能性が示された.一方リボースは消化管よりの吸収が悪いことのみならず,腎での再吸収もあまりないことが示された.このことはリボースがヒト尿中には微量ではあるが存在しているのに対して,血中にはほとんど検出されないこととよく一致する.我々はリボースのとり込みや異化が限られた臓器のみに集中し,しかもあまり活発でないことを確認しており,プリン代謝異常症の優れたマーカーとなる可能性を見い出した.既にリボース代謝異常は一部の難病において報告されている.しかしリボースの体液中の濃度は極めて微量な為,鋭敏かつ信頼度の高い測定法が要求される.今回の経験によりまだ試験的ながら,いくつかの有力な測定法のめどもついた.更にK-562細胞を用いてのリボース特異的酵素であるリボカイネースの大量抽出も,遺伝子工学的手法を用いて検討中である.1.生体内におけるリボースの代謝動態および集積臓器を知る為に、放射能標識をしたリボースを、ラット尾静脈に静注したところ、血中より速やかに消失し、注入後2時間で、注入直後の約40%の濃度にまで減少した。この減少分の70%近くは尿中に検出され、ラットにおいてはリボースは尿細管より再吸収されないことが示唆された。一方、リボースの集積臓器としては、肝臓(投与量の13%が分布)が際立って多い他は、賢臓と血球にわずかな取り込みが見られる程度で、他の臓器には痕跡以下の量しか認められなかった。従って、少なくともラットへの静注という条件下では、リボースを直接代謝しうる臓器は限られたものであることが示唆された。2.ヒト赤血球中のリボカイネースの存在に関しては、PRPPの測定等により、改めてこれを確定的なものとした。3.核酸代謝がなされないはずの赤血球で、リボースの取り込みと代謝が盛んなことの理由を探る為に、血球系の幹細胞の性格を保持しながら、分化誘導物質により赤芽球、網状球の方向へ分化することが知られているヒト赤白血病患者由来のK-562細胞を用いて、分化前後でのリボースの取り込みの変化を観察した。分化前のK-562細胞では、HL-60細胞他いくつかの血球系細胞と同様に、リボースの取り込みはあまり盛んではなかったが、20μΜのヘミンを加えて分化を誘導すると、リボースの取り込みが増加し、赤芽球系への分化がほぼ完成する4日目頃には細胞当りの取り込みが10倍近くに著増することが観察された。

このリボースの取り込みは、K-562細胞の増殖促進因子として知られる、インスリンやトランスフェリン等によってより明確なものとなることも判明した。現在この取り込まれたリボースの代謝経路を検索中である。またリボカイネース精製の為に利用することも試みている。前年度に引き続き,リボースの代謝動態を検討した.前年度の研究によりリボース代謝は一般の細胞においてはあまり活発ではないことが予想された為,リボース代謝の盛んな培養細胞株をスクリーニングした結果,ヒト赤白血病系のKー562細胞を,ヘミンにより赤芽球系へと分化誘導した細胞で,通常の各種細胞より数倍から100倍以上の活発なリボースの取り込みが認められることを見い出した.我々は培養培地の組成にいくつかの変更を加えることによってこのリボース取り込みの活発な分化型Kー562細胞を継代培養株に変えることに成功し,リボース代謝の研究上極めて有用と思われる細胞株の確立に成功した.この分化型Kー562細胞は,培養液中へのリボースの添加により,濃度依存性に増殖が抑制された.同様な現象す2ーデオキシリボースの添加によっても出現した.これらの変化は可逆性であり,主に細胞周期の延長によるものであることが示唆された.分化型Kー562細胞におけるリボース取り込みはインスリン単独によっても,血清や他の成長因子による場合と同様に促進されたが,この細胞のサイミジンのDNAへの取り込みは,インスリンではあまり促進されない為,リボースがエネルギー代謝系と核酸代謝系の間で,何らかの制御調節因子として働く可能性が示唆された.またKー562細胞の分化誘導に伴うリボース取り込みの増大は細胞中のリボカイネースの増大を伴なっているものも思われ,現在遺伝子レベルでの解析を行なっている.本年度は更に,ヒト体液中のリボース測定によるプリン代謝異常症のスクリーニングの試みを開始した.予想通りヒト血中ではリボースは検出限界以下であったが,検知器や前処理の改善により,尿中のリボースレベルは測定可能となった.一部の疾患,例えば糖尿病では尿中リボースの減少している例が多いことも判明しており,今後更に検討を進める予定である.