hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無衝突衝撃波の構造形成と粒子加速

空間2次元・速度3次元の相対論的電磁粒子シミュレーションを用いて、外部磁場に対して斜めに伝播する衝撃波の構造形成と粒子加速を調べた。斜め衝撃波は一部の電子を捕捉し超相対論的エネルギーに加速するが、捕捉粒子による不安定性とその非線形発展の結果、電子の解放と追加速が起こり得ることを見出した。また、イオンの多段加速とそれに伴う不安定性の効果を明らかにした。さらに、非線形磁気音波におけるイオン組成の効果について理論を構築し、その理論をシミュレーションで確かめた。磁化プラズマ中の無衝突衝撃波の伝播と電磁場の構造形成ならびに粒子の加速を、相対論的電磁粒子シミュレーションを用いて研究している。今年度は、外部磁場に対して斜め方向の伝播する衝撃波による電子の加速とイオンの加速について、次の成果を得た。1)外部磁場が強い場合、斜め衝撃波は一部の電子を捕捉し、超相対論的エネルギーに加速することができる。その捕捉電子が衝撃波中の電磁場に及ぼす効果を、相対論的電磁粒子シミュレーションを用いて調べた。そして空間が1次元の場合は、捕捉粒子自らが作る電磁場によって、捕捉はより安定化することを明らかにした。さらに空間を2次元に拡張すると、捕捉電子が作る波面方向の電磁場揺動によって、電子が高エネルギー状態を保ったまま衝撃波から解放される場合があることを見出した。そして解放粒子の一部は、衝撃波によって追加速を受け、さらに高いエネルギーになり得ることが分かった。2)熱的イオンと斜め衝撃波との相互作用を粒子シミュレーションで調べ、衝撃波の伝播角が45度に近い場合は、熱的イオンの一部が複数回の加速を受けることを見出した。そして、加速イオンの最高エネルギーについての理論を作り、その理論がシミュレーション結果を説明することを確認した。さらに、2次元シミュレーションを用いて、加速イオンが引き起こす不安定性を調べ、ホイッスラー波不安定性が、衝撃波の電磁場の多次元構造や電子の運動に重要な影響を及ぼすことを示した。磁化プラズマ中の非線形磁気音波の構造形成、伝播、粒子加速を電磁粒子シミュレーションを用いて研究している。今年度は、外部磁場に対して斜め方向の伝播する衝撃波による電子の捕捉と加速における空間多次元の効果、斜め磁気音波の構造形成におけるイオン組成の効果について、次の成果を得た。1.斜め衝撃波は一部の電子を捕捉し、超相対論的エネルギーに加速することができる。また空間1次元の場合、捕捉は非常に安定である。本研究では空間を2次元に拡張しでシミュレーションを行い、多次元効果によって捕捉粒子の解放が起こりうることを示した。空間2次元では、捕捉電子と非捕捉電子の相対運動による不安定性とその非線形発展の結果、波面に沿った方向に変化する磁場擾乱が生成され、この磁場擾乱によって粒子の解放が引き起こされることが分からた。また解放粒子の一部は、衝撃波によって追加速を受け、さらに高いエネルギーになり得ることを見出した。2.核融合や宇宙のプラズマはともに多種類のイオンを含むが、イオンの密度比や質量比は大きく異なる。そして、それらのイオン組成の違いが磁場に対して直角方向に伝播する磁気音波に大きな影響を及ぼすことが近年指摘された。この研究を斜め磁気音波の場合に拡張し、非線形波の伝播特性におけるイオン組成と伝播角度に対する依存性を理論と粒子シミュレーションを用いて明らかにした。理論と計算機シミュレーションを用いて、磁化プラズマ中の無衝突衝撃波の構造形成と伝播、粒子加速とそれに伴う不安定性等を研究している。今年度は、外部磁場に対して斜めに伝播する磁気音波の非線形発展におけるイオン組成と伝播角の効果、斜め衝撃波による電子の捕捉と不安定性の効果などについて、次の成果を得た。1.宇宙や実験室のプラズマの多くは多種類のイオンを含むが、イオンの密度比や質量比は大きく異なる。それらのイオン組成の違いが斜め磁気音波の非線形発展に及ぼす影響を解析した。まず、2種イオンプラズマ中の低周波モードの非線形の振る舞いはKdV方程式で記述されるが、それには適用限界があることを示し、振幅の上限値を波の伝播角とイオン組成の関数として導いた。そして、低周波モードの非線形パルスの振幅がその上限値を超えると、高周波モードの波が生成されることを、計算機シミュレーションによって示した。2.斜め衝撃波は一部の電子を捕捉し、超相対論的エネルギーに加速することができる。また、空間1次元を仮定した場合は、捕捉は非常に安定であることが報告されていた。昨年度は、空間2次元の電磁粒子シミュレーションを行い、1次元の場合とは違って捕捉粒子の解放と追加速が起こることを示した。今年度は、電子の運動における空間多次元の効果をより詳しく調べるため、2次元電磁粒子シミュレーションに加えて、衝撃波面方向に平均化した電磁場の中でのテスト電子の軌道を計算した。そしてそれらの結果を比較することによって、捕捉粒子が引き起こす不安定性とその非線形発展の結果、衝撃波面に沿った方向に変化する電磁揺動が大振幅へと成長し、それが捕捉粒子の解放を引き起こすことを突き止めた。
慢性疼痛の治療標的としての脊髄アストロサイト‐ｇａｐ　ｊｕｎｃｔｉｏｎの機能解析

本研究は疼痛の慢性化におけるconnexin43(Cx43)-gap junctionの役割を明らかにすべく、培養脊髄アストロサイトならびに神経因性疼痛モデルマウスを用いて検討を行った。培養脊髄アストロサイトにおいて炎症性サイトカインであるTNF並びにIFN-γがCx43発現及びgap junction機能を低下させ、この反応にはJNK活性ならびにプロテアソーム系を介したタンパク分解系が関与していることが明らかとなった。さらに神経因性疼痛モデルマウスの脊髄後角においてCx43発現が著明に低下していることが明らかとなり、この反応が疼痛惹起に寄与している可能性が予想される。平成24年度においては、培養脊髄アストロサイトにおいて炎症性サイトカインであるTNF並びにIFN-γがCx43発現及びgap junction機能を低下させ、この反応にはJNK活性が関与していることを明らかとした。平成25年度においては、同様に培養脊髄アストロサイトを用いて、炎症性サイトカインによるCx43発現低下メカニズムの詳細な検討を行った。炎症性サイトカインによるCx43発現低下はCx43分解が促進している可能性が予想されたことから、タンパク合成阻害薬であるcycloheximide存在下にて、炎症性サイトカインを処置するとCx43発現量が著明に減少した。この結果は、炎症性サイトカインによるCx43発現低下作用には、タンパク合成抑制系ではなく分解促進系が関与していることが示唆された。そこで、これらの反応に対するproteasome系の関与を検討したところ、炎症性サイトカイン処置によりproteasome活性が上昇していた。さらに炎症性サイトカイン処置によるCx43発現低下作用は、proteasome阻害薬であるMG-132により有意に拮抗された。以上の知見は、脊髄アストロサイトにおいて炎症性サイトカインは、JNK-proteasome系を介してCx43発現を制御していることを示唆している。一方、三環系抗うつ薬であるamitriptylineがアストロサイトにおけるCx43発現に影響を及ぼすことも明らかとした。本研究は疼痛の慢性化に対する脊髄アストロサイトのgap junction-connexin43の機能と役割を明らかにするために、疼痛動物モデルおよび培養細胞を用いて研究を展開し、新規鎮痛薬のターゲット分子としての基盤を確立することを目的としている。平成24年度において申請者は、神経傷害性慢性疼痛モデルマウスにおいて、脊髄後角でのconnexin43発現レベルが神経傷害後1週間から3週間で著明に減少していることを見出した。さらにconnexin43に対する特異的siRNAを脊髄くも膜下腔に投与することで、connexin43発現を低下させることによっても疼痛が惹起されることが明らかとなった。これらの結果は、脊髄後角におけるconnexin43発現低下が慢性疼痛発症に寄与していることを示唆している。一方で初代培養脊髄アストロサイトを用いた検討により、疼痛惹起物質として知られているtumor necrosis factor(TNF)-α及びinterferon(IFN)-γを24、48時間処置することによりconnexin43発現ならびにgap junction機能が著明に低下することを見出した。さらに、これらの作用はc-jun N-terminal kinase(JNK)阻害薬であるSP600125を前処置することにより有意に抑制され、また両サイトカイン処置によりJNKリン酸化が増大していることから、TNF-α/IFN-γはJNK活性化を介してconnexin43発現低下を惹起していることが明らかとなった。本研究結果は慢性疼痛発症機序に脊髄アストロサイト-connexin43発現低下が重要な要因であることを先駆けて示唆するものであり、これまでに報告のない新たな創薬ターゲットを提示するものである。本年度研究において、慢性疼痛動物モデルを用いた検討により、慢性疼痛発症におけるgap junction-connexin43の重要性が明らかとなった。また培養脊髄アストロサイトを用いた検討により疼痛惹起物質によるconnexin43発現制御機構が一部明らかとなり、その成果がJournal of Neuroscience Research誌に掲載予定であることから、当該研究はおおむね順調に進展していると思われる。今後は、gap junction-connexin43発現低下がどのようなメカニズムを介して慢性疼痛発症に寄与しているのかを明らかにする必要があると考えている。そこで、connexin43発現と連動して変化する疼痛関連分子(受容体、トランスポーター、酵素、サイトカインなど)を網羅的に解析することにより、その詳細を明らかにしていく予定である。

また、培養脊髄アストロサイトにおけるgap junction-connexin43発現制御においても、TNF-α/IFN-γによるJNK活性化がどのようなメカニズムを介してconnexin43発現を低下させているのかを明らかにしていく必要がある。疼痛モデルならびに初代培養細胞の作製のために、多数のマウスの確保・維持が必要となる。また本研究では、細胞の培養器材、siRNAの設計やアデノウイルスベクターの作製、real-time PCR試薬、Western blot用抗体、蛍光試薬などが必要となる。以上の実験動物や研究試薬の購入に研究費を使用する予定である。また当該研究で得られた成果を国内(日本薬理学会・日本薬学会など)・国際(北米神経科学学会)などで発表するための旅費にも使用する予定である。
地球温暖化による世界の大洪水の変化

グローバル水文モデルを用いて、過去から将来にわたる地球規模での洪水の変化、その"温暖化"との関連性をbest estimateで示すことを目的とした。過去100年の土地利用の変化、観測された月別の気温と降水量、それらから半経験式を用いて算定された放射や湿度の変動などを入力として、全球陸面モデルと河川モデルでのオフライン・シミュレーションを行うことによって、20世紀100年間の世界の河川流量、土壌水分、積雪量などを世界で初めて日単位でシミュレーションし、それらから洪水・渇水の変動を取り出すことに成功した。さまざまな観測値との比較からも、算定された各々の水文量の変動、渇水・洪水といった極端な値の変動が妥当であることが示されつつある。ここでは洪水・渇水を適切に指標化することによって実現象の変動と結びつけた。成果は後述のように日本語の速報版は出版され、さらに通常の論文も複数投稿中である。この算定された過去の全世界水文変動量は、いくつかの他の応用研究にも利用された。これらに加え、最新の"温暖化"実験の出力を用いた21世紀のアセスメントも進めた。上記では河川流量をもとにした渇水・洪水算定を行ったが、ここではまず、世界的に注目となっている夏の土壌水分の減少(旱魃化)に注目した。最新の高解像度温暖化実験の20世紀部分の結果と、上記の過去100年のオフライン・シミュレーション結果とを比較した結果、北米以外の世界の主要部分に関して増減傾向が一致した。そして、それは温暖化下の21世紀へと続く傾向であった。具体的に記せば、現在すでに南・東南アジア、ヨーロッパ、サヘルなどで夏の土壌水分は長期的な旱魃傾向を示しており、今後21世紀はそれが加速すると見込まれる。世界の社会・農業に大きな影響を与えることであろう。1.中・高解像度機構シミュレーションを利用したグローバル水文シミュレーションまず、基本となる水文量を計算するためのグローバル水文モデルをセットアップした。本モデルは全世界に0.5度グリッド解像度のものであり、申請者の所属する研究グループでこの数年間開発してきたものを目的に応じた改良を続けながら用い、グローバル水文モデルに中・高解像度機構シミュレーションから得られる物理量や過去数十年間のグローバル観測気候データセットを入力し、河川流量等の水分量を算定するシステムを構築した。また、得られた水文量に対して観測地を用いた検証を行った。非常に精度のよいグローバル水文モデルというものは現在の技術・データ精度ではどうしても不可能であるが、必ずしも観測値を非常に良く再現する水文シミュレーションでなくとも、温暖化による変化を適切に抽出できれば良いという目的のため検証・キャブレーションの時点においてある程度の誤差は許容することを確認した。2.洪水データエースとのマッチアップによる洪水評価のための物理量の決定上記水文シミュレーションから得られる物理量の中でどの物理量の中でどの物理量が実際に被害をもたらすような過去の大洪水と対応するかについて、過去の世界の洪水を収集したデータベースと過去を対象としたモデルシミュレーションの結果を丹念に付き合わせることによって、温暖化実験から得られる物理量で洪水危険度の変化を測定できるもの(指標)を抽出した。すでに述べたとおり、指標とは単一の物理量とは限らず、大河川に関して月流量、アジアの都市に対しては日降水量の統計値変動等となるが、できる限りグローバルな算定精度の高いものである。
分子集合体系における分子のノンランダム分布

疎水性相互作用により組織化した分子集合体系を創成し、分子間相互作用によるノンランダム分布の解明と蛍光発光制御モデル系の構築を目的とした。撥水撥油性を兼ね備えたフルオロカーボン系の分子は、分子集合体中における局所的な分子凝集を実現し、蛍光発光効率に大きな影響を与えた。分布に対する分子間相互作用による影響を考慮した分子集合体中の組成分布を記述する理論を構築して、微視的環境の異なる2種類のミクロドメインが形成される現象を解明した。本研究から、希薄水溶液中でもミクロ的に相分離した反応場を提供し、反応の制御や新たな機能性発現への応用が期待される。ピレン誘導体にフルオロカーボン鎖を導入し、蛍光発光型界面活性剤を新規合成した。混合ミセル系で蛍光挙動を検討すると、希薄水溶液でも励起二量体蛍光が顕著で、ミセル中でミクロ的に凝集した状態になることが予想された。また、フルオロカーボン鎖を有する消光剤を合成し、ミセル系におけるピレンの蛍光消光挙動を検討した。その撥油性からミセルヘノンランダム分布すること、混合ミセル系では蛍光消光が顕著に抑制され、ミクロ的に相分離した状態にあることを害証した。さらに、蛍光物質としてキノリン類をミセル系に適用すると、蛍光消光挙動とミセル表面への対イオン分布の知見が得られることを見出した。以上のように、疎水性のピレン、界面活性剤型のピレン誘導体と消光剤、水溶性のキノリン類プローブを用いて、ミセル内部と外部の両面からミセル系へのプローブ分子のノンランダム分布について明らかにした。本研究では、分子集合体中における界面活性剤分子や可溶化物の分布状態の知見を得ることを目的とした。蛍光消光挙動を解析することにより,分子の分布状態に関する知見を得て、分子間相互作用の影響を評価した。さらに、分子集合体中の組成分布を記述する理論を構築し、分布に対する分子間相互作用による影響を系統的に解明することを目指した。まず、界面活性剤の疎水基間の最近接相互作用を取り扱った格子モデルをミセル分子集合体に適用し、混合ミセルの組成分布をコンピュータで計算した。これにより、2成分間の反発的相互作用により各成分の分布曲線に2つの極大ピークが出現することを確認した。実験としては、界面活性剤の一つの成分が消光剤として働くような2成分分子集合体系を検討した。分子集合体中で可溶化された消光剤が凝集状態になると、蛍光消光が顕著に抑制されることを見出した。すなわち、微視的には相分離した溶存状態が予測される。ここで、疎水基鎖長の異なる界面活性剤や消光剤を合成し、特に、フルオロカーボン鎖を有する新規消光剤の合成と精製法を確立させ、一連の鎖長の界面活性剤を使用した分子集合体系で系統的に検討を行った。次に、蛍光物質および消光剤の界面活性剤ミセルへの飽和可溶化量を測定した。個体を界面活性剤水溶液中で撹拌後,メンブランフィルターでろ過,HPLC分析で飽和可溶化量を求めた。各種界面活性剤ミセルに対する蛍光物質と消光剤の分配についての基礎的知見を得た。さらに、蛍光物質として有用なピレン類に疎水鎖を導入し、この界面活性剤型蛍光物質の分子集合体中での蛍光挙動を調べた。本研究では、蛍光発光基を有する界面活性剤の分子集合体ミセル中における分布状態について調べることを目的とする。蛍光物質として有用なピレン誘導体にフルオロカーボン鎖を導入し、蛍光発光型界面活性剤を新規合成した。この蛍光発光型界面活性剤を一つの成分として2成分混合ミセル分子集合体系で蛍光発光挙動を検討した。この混合ミセル系では励起二量体蛍光発光が顕著になることを見出し、可溶化された蛍光発光型界面活性剤が微視的に凝集した状態になることが予想された。

すなわち、ミクロ的にランダムに分布せず、フルオロカーボン鎖同士が凝集してミクロ相分離することが示唆された。界面活性剤の疎水基間の最近接相互作用を取り扱った格子モデルをミセル分子集合体に適用し、今回の蛍光発光基を有する界面活性剤と通常の界面活性剤との混合ミセルと捉える。分子体積、鎖長、分子面積や分子間相互作用を考慮し、その混合ミセルの組成分布を計算するプログラムを作成した。各変数の影響について系統的に検討し、各成分間の相互作用による各成分の分布曲線への影響を調べた。その結果、2成分間の反発的相互作用により各成分の分布曲線に2つの極大ピークが出現することを見出した。すなわち、組成の大きく異なる2種類のミセルが共存することが示された。蛍光測定の結果をシュミレーションして、分子集合体系におけるノンランダム分布に対する分子間相互作用による影響を系統的に検討した。本研究では、分子集合体水溶液系における界面活性剤分子や可溶化物の分布状態について調べた。本年度は、キノリン系の蛍光プローブに注目し、その蛍光発光あるいは消光挙動を追跡した。疎水基鎖長の異なる界面活性剤や蛍光プローブを合成し、分子集合体のサイズや可溶化の影響を系統的に検討した。さらに、分子集合体中の各分子間相互作用が原子団の相互作用の総和からなると捉え、分子集合体中の組成計算するプログラムをVisual Basicにより作成した。すなわち、界面活性剤の疎水基間の最近接相互作用を取り扱った格子モデルをミセル分子集合体に適用した。分子体積、分子面積や相互作用を各原子団の総和として捉え、混合ミセルの組成分布を計算するプログラムを組み、各成分間の相互作用による各成分の分布曲線への影響を調べた。蛍光物質として一連のキノリン類をミセル系に適用し、界面活性剤ミセル系の蛍光消光挙動を観測した。キノリン類の蛍光は、塩化物イオンなどの対イオンとの分子衝突により消光され、ミセルヘ対イオン結合により消光が抑制されることを見出した。これにより対イオンの分布状態や膜透過などの知見が得られ、ベシクルやリポソームの二分子膜凝集状態に関する微視的な知見が期待される。今回の実験では、界面活性剤の親水基が嵩高く大きいほどミセルの対イオン結合度が小さいこと、また、フッ素系ミセルの対イオン結合度は、同じ親水基を有する炭化水素系ミセルと同程度であることなどがわかった。
レーザー駆動光核反応中性子による大型検体非破壊検査技術の開発

レーザー駆動光核反応中性子の発生機構を解明するとともに、時間分解中性子イメージング検出器を開発することにより、大型検体を対象とした中性子ラジオグラフィへの利用の可能性を調べた。光核反応中性子発生に関しては、大阪大学LFEXレーザーならびに京都大学T6レーザーを用いた実験を行い、主パルス到来前にプレプラズマを発生させることにより発生中性子の増大が可能であることを実証した。時間分解中性子画像装置に関しては、蛍光体からICCDカメラまでの光伝送効率を改善するための像転送用光学系の改善を進めた。従来の手法に比べて改善は見られたが、さらなる「明るさ(出力信号の強度)」が必要であることが判明した。研究の目的は光核反応を基本としてレーザー駆動中性子発生技術を開発し、発生の高効率化を目指すとともに、時間弁別中性子イメージング検出器を開発することにより、最終的に30cm厚鉄筋コンクリートの中性子ラジオグラフィの可能性を調べる事である。本年度は、1.レーザー駆動光核反応中性子発生にいたる物理原理のシミュレーション計算、2.繰り返しレーザーを用いた基礎実験を行った。また3.中性子画像計測器の試作機を作り動作確認を行なった。1.に関して、レーザーを金属ターゲットに照射してから中性子発生にいたる一連のプロセス体系が完成した。中性子発生率を上げるためには、ターゲット材料は金、タンタル、鉛のいずれかがよい事、ターゲット厚さはおよそ10mmが最適であることが示された。またターゲット表面にプレパルスを当てるなどして、希薄なプラズマを作っておく事で発生する高速電子のスペクトルが高エネルギー化し、中性子発生効率が格段に向上する事も明らかと成った。2.京都大学化学研のレーザー装置を用いて、レーザーのプレパルスの量を変化させて、電子スペクトルの変化を観測した。1で得られたシミュレーション結果を良く再現する実験結果がえられ、シミュレーション予測が正しい事が検証された。3.中性子画像計測器の試作機として、微細構造シンチレーターアレープレートを開発した。網目構造の細かいアルミハニカム素材を利用し、安価で大型化が容易な製作方法を確立した。シンチレーター表面の像をリレーレンズでイメージインテンシファイアCCDカメラに結像する構成の試作機を完成させた。γ線源(密封放射線源)を用いてシンチレーション発光を起こしたシンチレーション発光像を捉える事に成功し、基本的な構成要素が完成している事が確認された。本研究の目的は、レーザー生成高速電子が物質を運動する過程で放つ高エネルギー制動放射X線により、二次的に発生する中性子の発生数を向上させるとともに、時間分解中性子イメージング検出器を開発することにより、最終的に30cm厚さの鉄筋コンクリートの中性子ラジオグラフィの可能性を調べることにある。本年度は大阪大学ペタワットレーザーを用いた光核反応中性子発生に関する実験を行った。レーザー照射Taブロック(1x1x1mm)表面に金製のコーンを付加することにより発生中性子数が1桁向上し、10^10個/ショットの発生に成功した。また、LFEX実験の派生的成果としてレーザーパルスのコントラスト向上ならびに大きなレーザースポットによる一次元プラズマ(横方向広がりを抑制したプラズマ)生成が、高エネルギー粒子発生に極めて効果的であることを見出し、高エネルギーイオンを用いた新しい中性子発生の可能性を広げた。平行して、ハニカム構造材に液体シンチレータを浸潤させたパネルからの出力画像をゲート付きCCDカメラで撮像する「時間分解中性子画像装置」を開発した。大阪大学LINACを用いて制動放射X線ならびに光核反応中性子を発生させ、コンクリートやプラスティックブロック、水を満たしたバケツなどの撮像を行い、時間分解性画像ならびに中性子ラジオグラフの撮像に成功した。また、理研小型加速器中性子源RANSを用いた撮像実験も実施し、鉄筋コンクリートを検体とした中性子画像の撮像に成功した。これらの研究により、時間分解2次元中性子画像装置に関する今後の開発課題を明らかにすることができた。レーザー照射を受けるターゲット構造を工夫することにより、光核反応中性子の発生数が1桁向上した。中性子ラジオグラフィの実用化を目指した際、発生効率の向上は、駆動レーザーへの要求値を低下させ、装置の開発コストを大幅に低下させることができる。また、派生的成果として新しい中性子発生法の着眼を得た。本研究の目的は、レーザー生成高速電子が物質を運動する過程で放つ高エネルギー制動放射X線により、二次的に発生する中性子の発数を向上させるとともに、時間分解中性子イメージング検出器を開発することにより、最終的に30cm厚さの鉄筋コンクリートの中性子ラジオグラフィの可能性を調べることにある。本年度における中性子発生に関しては、京都大学化学研・阪部研究室のT6レーザーを用いた光核反応中性子発生に関する実験を行った。高速電子の発生量ならびにスペクトル勾配温度を増すため、主レーザーパルス投入前にナノ秒の先行パルスを照射してプレプラズマを発生させる手法を試みた。その結果、500mJもの僅かなエネルギーで10^4個の中性子発生を得た。この値は将来100J繰り返しレーザーによる大型検体の中性子ラジオグラフィに必要とされるレーザー1ショット当たり10^6個を超える中性子数に匹敵する。平行して、ハニカム構造材に液体シンチレータを浸潤させたパネルからの出力画像をゲート付きCCDカメラ(ICCDカメラ)で撮像する「時間分解中性子画像装置」において、蛍光体からICCDカメラまでの光伝送効率を改善するための像転送用光学系の改善を試みた。この実験では大阪大学LINACを用いて制動放射X線ならびに光核反応中性子を発生させ、コンクリートやプラスティックブロック、水を満たしたバケツなどの撮像を行った。従来の手法に比べて改善は見られたが、さらなる「明るさ(出力信号の強度)」が必要であることも判明した。このため、アバランシュフォトダイオードアレーを用いた時間弁別機能をもった光検出器の開発の着想を得た。

レーザー駆動光核反応中性子の発生機構を解明するとともに、時間分解中性子イメージング検出器を開発することにより、大型検体を対象とした中性子ラジオグラフィへの利用の可能性を調べた。光核反応中性子発生に関しては、大阪大学LFEXレーザーならびに京都大学T6レーザーを用いた実験を行い、主パルス到来前にプレプラズマを発生させることにより発生中性子の増大が可能であることを実証した。時間分解中性子画像装置に関しては、蛍光体からICCDカメラまでの光伝送効率を改善するための像転送用光学系の改善を進めた。従来の手法に比べて改善は見られたが、さらなる「明るさ(出力信号の強度)」が必要であることが判明した。レーザープラズマ放射高速電子や硬X線発生に関するプレプラズマ効果に関する理論・シミュレーションを行うとともに、レーザープラズマ実験を当初計画通り実施した。これに加え、同時並行で中性子画像計測器の開発ができ、ライナックを用いた動作確認実験までが進んだ。これは当初計画外であった。時間分解中性子画像装置に関して光量を増すための工夫(例:キャピラリー内面の光沢向上)を図り、より良好な画像取得ができるよう改善を進める。こうして完成した装置を用いて、LFEXレーザー駆動光核励起中性子を線源とした撮像実験を行う。検体としては鉄筋コンクリート片とする。レーザー照射によりターゲットから発生する中性子に加え、プラズマ発生チェンバー壁からの中性子ならびに散乱中性子が重畳するため、ターゲット構造、中性子コリメーション、時間弁別など、取得画像の質を向上する工夫を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。レーザープラズマ工学平成27年度には1.中性子画像計測器を完成させ、加速器等を用いて性能評価を行う。はじめは阪大内の電子加速器装置で発生させるパルスX線で実験を行ない、次に理化学研究所にある小型加速器中性子源で試験を行う。2.また大強度レーザーLFEXによる光核反応中性子発生実験を行ない、レーザーから中性子へのエネルギー変換効率を測定する。当初の研究計画では、レーザー駆動の高エネルギー電子由来の制動放射を用いた光核反応であったが、これに加え、レーザー加速プロトンによる核破砕中性子も加える計画である。
テラヘルツ波分光法による水溶液 の分光分析

テラヘルツ帯の分光情報を食品分析に利用するために、水溶液の分光分析を行なつた。その結果、単純な水溶液の吸収スペクトルに解析手法を導入することで,定量分析が可能となることを示した。また、高分子の溶質と水分子の水和性の変化をモニタリングすることに成功した。さらに、シリコンロッドを用いた新たな分光法の可能性について検討し、溶質による変化を計測するには、温度補正が必要となると考えられた。シリコンロッドを導波路とした新しい水溶液分光法を確立するために、本研究ではまず、アミノ酸や糖などの基本的な物質の水溶液や温度応答性ポリマー分子の水溶液の分光スペクトル測定を行い、テラヘルツ(THz)帯では水溶液スペクトルがどのような情報を有しているかを検討した。同時に、シリコンロッドにカップリングしやすい分光装置の構築を進めた。前者のスペクトル測定にはATR法を用い、スペクトルの解析に多変量解析を用いることで溶質成分の定量評価が可能である事を明らかにした。また、THz帯のような複雑な分子間相互作用が観測される中に含まれる特定の物質の分光情報は非線形成分を含む事が考えられるため、定量評価を行うために誤差逆伝播法を用いたニューラルネットワーク法を使う事を提案し、本手法において溶質の定量分析のための非線形モデルの構築が可能である事などを明らかにした。さらに、溶質分子の構造変化を大きなスペクトル変化として観測でき、主にその情報は水和水の振る舞いである事を示唆する結果を得た。ロッドシステムの構築については、光源ユニット内に集光部とアパーチャーを設けることで、ビームサイズを変えることができる専用光源を導入し、シリコンロッドへの効率の良いカップリングを試みた。その結果、シリコンロッドとカップルする集光部分で、TEM00、ビーム強度の半値幅は1.5mmが得られた。水をサンプルとしてロッドの外周にしみ出ているエバネッセントでの吸収測定を行った結果、水の吸収が観察できている事を示唆する様子が確認された。ただし、シリコンの温度依存性が大きく関わっている事が考えられ、先行して行ったATR法による結果から類推される溶質変化に伴う吸収変化を観察できないことが分かった。本手法の精度を向上するには、ロッドの温度制御が必須であり、温度モニタによる補正が必要になると考えられる。本研究では、シリコンロッドを導波路とするテラヘルツ帯のフーリエ分光法を構築し、従来法であるATR法との比較を通じて、ケモメトリックスを用いて水溶液サンプル測定に対するテラヘルツ帯の分光測定法の可能性を見出すことを目標としている。そこで今年度は、シリコンロッドの光学系を構築し、分光測定を実施するとともに、ATR法と比較対象となるサンプルの選定を行った。まず、サンプルとして、アスコルビン酸などの水溶液を用い、ATR法およびケモメトリックスを用いた定量評価を行った。20-400cm-1でFS-PLSを用いて解析を行ったところ、単成分の水溶液はR^2で0.9以上の良好な相関を見出し、アスコルビン酸水溶液ではRMSEPは2.791%、RPDは4.48であった。一方、水溶液中で温度を変化させると構造が変わる高分子(N-isopropylacrylamide)を用いた水溶液のATR測定を実施した。ATRプリズム上を26.5から47.3度まで変化させ、各温度でテラヘルツ帯の吸収スペクトルを測定したところ、166cm-1付近に観測される水分子の分子間振動の伸縮モードや低波数側の早い誘電緩和と高分子の相転移に相関が見られた。この変化は、ATR-THz分光法が水溶液中の分子の構造変化を計測できる可能性を示唆していると考えられる結果を得た。しかし、このような変化は極めて小さな変化であり、より詳細な理解を進める上には高感度な計測手法の確立が必要である。そこで、サンプル測定と平行してシリコンロッドを導波路としたシステムを構築している。これまでの分光器の光源は、シリコン端面とのカップリング効率が悪かったため、今回はアパーチャーを内装した光源を準備し、この光源を使った実験系を構築している。光源の納品が遅れたため、現在実験系を構築している段階にあるが、次年度はこの系を用いたサンプル測定を行う予定である。メーカー側の部品手配の発注ミスにより高輝度光源の納品に時間を要し、年末からの実験系構築となったため、シリコンロッドを用いた分光測定は十分に行えなかった。しかし、その間にATR系による水溶液測定およびケモメトリックスによる解析検討を行い良好な結果を得ることができたため、次年度行う予定の実験を先行して行うことができている。現在構築中のシリコンロッド導波路を用いた水溶液分光測定系の評価を実施する。特に純水を用いた基礎実験を通じて、ATR法との比較を行う。これにより本手法の有効性を示し、前年度に行ったアスコルビン酸水溶液やN-isopropylacrylamide水溶液の実験を行う。

一方、ATRや導波路に用いているシリコンは、温度によって光学特性が変化する事も想定されるため、温調機能を設ける事も考える必要がある。ATR法は既に対応済みであるが、シリコンロッドに関しては温調機能を設けていない。そこで、サンプル水溶液の温度を制御しながら実験を行う事とし、本システムのサンプルの温度依存性について検討することとする。さらに、当初の予定通り、温度で変化するフルクトース分子の異性体が水溶液で判別可能かどうかについても検討するとともに、他の食品関連物質等についても基礎実験を行う予定である。測定用サンプルや光学部品に要する消耗品費、学会発表の旅費や論文投稿料などを計上する。
特例子会社制度の活用による障害者雇用拡大のための方策；合理的配慮に焦点を当てて

本研究では、過去に実施されていない特例子会社と親会社の両社への調査を初めて行った。回答率は子会社33.2%、親会社8.6%である。その結果、子会社が親会社から支援を得ながら連携し、障害への配慮を実現している点では特例子会社制度は有効に機能している。しかし1子会社のみで障害者雇用を進めようとする姿勢が多くの両社に窺える点、2障害者雇用の専門的ノウハウのある子会社の親会社が、自身が雇用する障害者への配慮は不十分だと自覚している点、3子会社の活用を考えている両社は非常に少ない点から、多くの企業が本制度を活用しきれていないといえる。今後は特例子会社を自社全体での障害者雇用の拠点とすることが求められる。本研究の目的は、雇用の質を確保する合理的配慮を焦点に、障害者雇用のノウハウを蓄積してきた特例子会社の活用による雇用拡大のための方策を提言することである。前年度は、これまで実施されていない特例子会社と親会社の両社への調査を初めて行った。最終年度では本調査結果を分析し、最終的に求められる方策を提言した。調査の回答率は特例子会社33.2%(116社)、親会社8.6%(30社)である。親会社の回答率がかなり低いが、子会社と親会社の両方への調査は本研究が初めてであるため、貴重な先行研究になると考える。本調査を分析した結果は次の通りである。まず、子会社が親会社から支援を得ながら連携し、経営を安定させて障害への配慮を実現している点では、本制度は有効に機能しているといえる。しかし、第1に現状維持のまま子会社のみで障害者雇用を進めようとする姿勢が多くの子会社と親会社に窺えること、第2に障害者雇用の専門的ノウハウのある子会社の親会社が、自身が雇用する障害者への配慮は不十分だと自覚している点、第3に子会社を活用しようと考えている親会社も子会社も非常に少ないことから、本制度を活かしきれていない企業が多いといえる。この現状では本制度が法定雇用率達成のためだけに利用される可能性を否定できず、通常の企業での障害者雇用の発展も望めない。よって今後必要な方策は、特例子会社を自社全体での障害者雇用の拠点とし、障害への配慮を含めた専門知識・経験・ノウハウと人材を親会社及び関係会社でも活用することである。本調査結果を補うため、子会社と親会社の両社に回答いただいた10社のうち、親会社と連携して事業を行っている子会社2社にインタビュー調査を行った。これらの研究成果は、既に日本経営倫理学会の査読審査を通り、2014年6月開催の同学会第22回研究発表大会での発表が確定している。その後、論文として同学会誌に投稿する。平成24年度の研究実績は「研究実施計画」の第1段階全て(調査表作成のための文献収集・事例研究と予備調査)と、第2段階(特例子会社と親会社への調査票調査の実施と結果の分析)の調査票調査の実施までを達成した。第1段階の文献収集と分析では、障害者雇用に関する文献や調査は海外でも非常に少ないことがわかり、この点からも本研究の意義と重要性は大きいと考える。次に経営側からの視点を調査項目に生かすため、予備調査としてインタビュー調査を実施した。これまで筆者の研究にご協力いただいてきた特例子会社2社の2名(代表取締役社長を含む)と、筆者が所属する日本経営倫理学会での活動を通じてご承諾いただいた2名(東京商工会議所産業政策第二部主任調査役の米村達郎氏、法定雇用率以上の実雇用率を達成している大企業の方1名)にご協力いただき、特例子会社と親会社の関係に関する実態、広く企業全体の障害者雇用に関する意識・見解、設定すべき質問項目についてお話を伺った。その結果、コンプライアンス(法令遵守)として障害者雇用に取り組まねばならないという意識は共通するが、本研究で調査予定である具体的な障害への配慮、自社の理念や戦略への組み込みについては企業によって差が大きく、本調査の実施意義を確認できた。以上の結果を加味し、研究計画に記載した視点を入れて「障害への配慮の具体内容とその実施状況に関する両社自身の意識」「経営状況」「障害への配慮の実施が可能な要因と、それらが子会社および親会社の自助努力のみで可能なのか、政策・制度による支援が必要なのか」「障害者雇用の決定に関する両社の連携の実態」「今後の両社の在り方に関する両社自身の見解」等の項目を設定した。2013年1月末に全国の特例子会社と親会社合計397社(1社住所不明)に調査票を送付し、回答率は親会社8.6%(30社)、特例子会社33.2%(116社)であった。第1に、先述のように、交付申請書に記載した「研究計画」の通り平成24年度は第1段階と第2段階の調査実施まで達成したためである。

第2に、平成24年度の上記の研究を通して、本調査の実施に意義があることを文献研究による学術的視点だけでなく、障害者雇用に関わる特例子会社および広く企業一般に携わる現場の方々へのインタビューからも確認できたからである。本研究の目的は「障害者雇用の質を確保する合理的配慮を焦点として、障害者雇用のノウハウを蓄積してきた特例子会社と親会社を調査し、特例子会社の活用による障害者雇用の拡大のための方策を提示すること」である。平成24年度はその調査を行うための準備として、文献収集による先行研究のレビューと、より詳しい実態把握を可能とするため、予備調査のインタビュー調査を行って特例子会社を含めた現場の方々の視点を生かすこと、それらを踏まえて調査票を作成し調査を実施する計画であった。この点から自己評価を行うと、第1の点については、調査結果の分析にまで着手することはできなかったが、それ以外の計画は全て達成できた。特に、前述の通り日本国内と海外の両方において障害者雇用に関する先行研究そのものが非常に少ないこと、特に本研究が目的とする企業の実態調査を踏まえた上での障害者雇用政策研究は、現段階では発見できていないこと、さらに日本が最初に制度化した特例子会社と親会社の両社への調査は依然として存在していないことからも、本研究の意義と果たせる役割は非常に大きいといえる。さらに第2の点について、本研究は企業、障害者本人や就労支援専門家等の現場に、質を高めた上での雇用促進の方策の提示と、政策・制度として取り組むべき要素の解明を目的としている。つまり現場に貢献することを目的としているため、本調査の意義と必要性を学術的視点だけでなく企業の視点からも確認できたことは大きいと考える。平成25年度は前年度調査の結果分析を行った後、「研究計画」に記載した第3・第4段階の研究を行う。第3段階では調査票調査を補完するため、調査にご協力いただいた特例子会社と親会社合計10社程度、合計15名程度にインタビュー調査を行う。調査項目としては、まず調査票調査の項目内容をさらに深めたものをお伺いする予定である。さらに、現場担当者として現行の障害者雇用政策や助成金制度そのものについて、また国連障害者権利条約や障害者総合支援法を踏まえた上での今後の在り方についてである。第4段階では全ての調査結果を踏まえた上で、特例子会社制度の活用の具体策と合理的配慮による雇用の質の確保の方策について、企業の自助努力で可能な範囲と政策・制度の改善や新たな創設が必要な方策とに峻別し、政策提言を行う。また特例子会社や親会社の雇用のノウハウ等を通常の企業に応用するために必要な要素も明らかにする。次に調査票の結果分析の視点は、交付申請所に記載した通り次の3点である。第1に各企業の障害への配慮の内容や障害者雇用に関する決定等が、特例子会社単独で可能となっているか、子会社と親会社の連携によるのか、親会社の支援を受けることで可能となっているかである。第2に子会社と親会社が1障害への配慮を行う特例子会社の制度上の目的と2企業体としての経営の安定・継続の両者を両立できているかという点である。第3にこれらの分析が特例子会社の従業員の障害の特性や業務内容等によって特徴の違いや相関関係を有しているのかを分析する。
ヒトｉＰＳ細胞由来肝細胞の成熟化と薬物毒性・代謝試験及び肝炎ウイルス試験への応用

本研究では、ヒトiPS細胞由来肝細胞の創薬研究への応用を見据え、高機能なヒトiPS細胞由来肝細胞の作製を目的としている。これまでに、肝細胞の培養上清を用いてヒトiPS細胞由来肝細胞を培養することで、ヒトiPS細胞由来肝細胞のグルタミン産生能や薬物代謝能の向上が認められた。また、この現象に肝細胞から産生されるWNT7BおよびWNT8Bが関与することも明らかとした。そこで、分化誘導技術の改良としてヒトiPS細胞由来肝細胞へWNT7Bの遺伝子導入を行った。その結果、WNT7Bを遺伝子導入したヒトiPS細胞由来肝細胞では、肝細胞の培養上清を用いた場合よりも、高いグルタミン産生能を示した。この結果から、WNT7Bの遺伝子導入によってヒトiPS細胞由来肝細胞の一部の肝機能をさらに向上できることが示唆された。また、ヒトiPS細胞由来肝細胞の創薬研究への応用を見据えると、ヒトiPS細胞由来肝細胞をその性質を維持したまま凍結保存・再培養可能であることも重要になると考えられる。そこで、ヒトiPS細胞由来肝細胞の汎用化に向けて、このような操作によるヒトiPS細胞由来肝細胞の性質への影響を評価した。分化誘導したヒトiPS細胞由来肝細胞を剥離して単一の細胞にした後に、まずは細胞を凍結する段階を挟まずに、再び培養皿へと播種して培養(再培養)を行い、これらの操作の影響を評価した。その結果、ヒトiPS細胞由来肝細胞は再培養直後から、肝細胞マーカーの遺伝子発現量が低下した。この結果から、ヒトiPS細胞由来肝細胞の汎用化に向けて、分化誘導したヒトiPS細胞由来肝細胞の剥離・再播種操作法の改良や再培養時の機能維持法の開発も重要な課題と考えられた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、創薬研究(毒性試験や代謝試験および肝炎ウイルス試験)に応用可能な肝細胞をヒトiPS細胞より分化誘導する技術の開発とその評価を目的としている。そのため、まず、薬物代謝能など肝機能の高い肝細胞をヒトiPS細胞より分化誘導するため、肝臓内の細胞間環境に着目した検討を実施した。方法としては、肝臓を構成する肝細胞や胆管上皮細胞、肝星細胞などの培養上清を用いてヒトiPS細胞由来肝細胞を培養したのちに、薬物代謝酵素の遺伝子発現やその活性を調べ、各種細胞からのヒトiPS細胞由来肝細胞への影響を評価した。その結果、肝細胞の培養上清による培養により、種々の薬物代謝関連酵素の遺伝子発現量が向上すること、および、薬物代謝酵素であるcytochrome P450 3A4の活性が向上することを明らかとした。また、肝細胞の培養上清を用いて培養を行ったヒトiPS細胞由来肝細胞においてWNTシグナルが活性化していた。そこで、ヒト初代培養肝細胞や肝癌由来細胞株(HepG2細胞)などの肝細胞におけるWNTシグナルのリガンドの発現プロファイルを取得し、薬物代謝能向上に寄与する因子の探索を試みた。その結果、肝細胞の培養上清中のWNTシグナルのリガンドであるWNT7BおよびWNT8BがヒトiPS細胞由来肝細胞の薬物代謝能向上に寄与していることを明らかとした。また、ヒトiPS細胞由来肝細胞のB型肝炎ウイルス(HBV)in vitro感染系としての有用性を評価するため、まず、現行の分化誘導法で得られるヒトiPS細胞由来肝細胞がHBVの感染複製能を有するか検討を実施した。方法としては、HBV恒常発現細胞株由来のHBV粒子を用いた感染実験を実施した。その結果、現行の分化誘導法で得られるヒトiPS細胞由来肝細胞がHBVの感染複製能を有することを明らかとした。本研究では、肝細胞の培養上清を用いた培養により、ヒトiPS細胞由来肝細胞の薬物代謝能が向上することを明らかとした。また、肝細胞の培養上清中のWNTシグナルのリガンドであるWNT7BおよびWNT8Bが薬物代謝能向上に寄与していることを明らかとした(原著論文として発表)。今回得られた知見をもとに、より薬物代謝能の高いヒトiPS細胞由来肝細胞の分化誘導法の開発が期待される。また、現行の分化誘導法で得られるヒトiPS細胞由来肝細胞がHBVの感染複製能を有することも明らかとした(原著論文として発表)。以上から、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。

そこで、ヒトiPS細胞由来肝細胞の汎用化に向けて、このような操作によるヒトiPS細胞由来肝細胞の性質への影響を評価した。分化誘導したヒトiPS細胞由来肝細胞を剥離して単一の細胞にした後に、まずは細胞を凍結する段階を挟まずに、再び培養皿へと播種して培養(再培養)を行い、これらの操作の影響を評価した。その結果、ヒトiPS細胞由来肝細胞は再培養直後から、肝細胞マーカーの遺伝子発現量が低下した。この結果から、ヒトiPS細胞由来肝細胞の汎用化に向けて、分化誘導したヒトiPS細胞由来肝細胞の剥離・再播種操作法の改良や再培養時の機能維持法の開発も重要な課題と考えられた。今後は、これまでの検討で得られた知見をもとに新規分化誘導法を構築し、それにより得られるヒトiPS細胞由来肝細胞に対して創薬研究(毒性試験や代謝試験および肝炎ウイルス試験)に対する有用性の詳細な評価を実施する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
対向噴流のよどみ点領域に対する高シュミット数スカラ場の構造解析とモデル化

対向噴流の特徴はその混合能の高さである.高混合効率をもたらす要因の一つに対向噴流の構造的特徴があると考え,二次元対向噴流に関して瞬時よどみ点を含む流れ場の特性を実験的に調べた.まず,瞬時よどみ点を定量評価する手法を考案した.PIV実験で得られた速度場データに本手法を適用した結果,瞬時よどみ点位置の変動場に関する統計的特性を得ることができた.数値解析については,対向噴流で特徴的な噴流揺動がスカラ場に及ぼす影響を調べることを目的として,同様の噴流搖動が現れるフリップフロップ噴流場を解析した.本研究により,ノズル形状を変えることなく噴流の発信周波数の制御が可能であることが明らかとなった.本研究では,一様流に対向する二次元乱流噴流による高シュミット数物質拡散場について,乱流場の瞬時構造変化に対するスカラ場の動的挙動を実験的に調べ,速度場の構造と濃度場の統計的特性との関係を明らかにし,得られた結果を基にラグランジュ手法によるモデル構築を行うことを目的とする.次の研究実績が得られた.1.二次元対向噴流における乱流場の構造と濃度場の統計的特性の実験的調査前年度の実験室移動と旧水路の解体に伴い,実験用水路を新たに製作し,その流れの基本特性をまず調査した.その結果,本研究目的遂行に十分な平均流れの均一性が得られていることを確認した.この結果を受け,二次元噴流用ノズルを設計・製作し,二次元対向噴流の実験を行った.前年度に購入した高速度カメラを利用したPIV計測システムを用いて噴流速度場の測定を行い,対向二次元噴流速度場の基本情報を得るとともに.速度勾配テンソルを利用して瞬時よどみ点の抽出に成功した.しかしながら,対向一様流と噴流出口速度の速度比が大きい場合にノズル本体形状の影響と思われる流れの不均一性が現れたので,今後,この問題を解決する必要性が生じた.最終年度にノズルを改良した上で,速度・濃度同時測定を行い,乱流場の瞬時構造とスカラ場の動的挙動を調べることを目指す.2.ラグランジュ手法によるスカラ乱流の確率論的モデル構築前年度からの継続研究として,フリップフロップノズルによる搖動噴流の数値解析を行い,国内の学会で研究発表するとともに,国際会議に論文投稿した.今後,速度場だけでなく高シュミット数物質拡散場の数値解析をラグランジュ的手法を取り入れて行い,複雑搖動する流れ場中でのスカラ場の構造を固有直交展開法(POD)などの統計的手法を取り入れて調べる予定である.これによって得られた知見をラグランジュ的な確率モデルの構築に役立てることを目指す.本研究では,一様流に対向する二次元乱流噴流による高シュミット数物質拡散場について,乱流場の瞬時構造変化に対するスカラ場の動的挙動を実験的に調べ,速度場の構造と濃度場の統計的特性との関係を明らかにし,得られた結果を基にラグランジュ手法によるモデル構築を行うことを目的とする.次の研究実績が得られた.1.二次元対向噴流における乱流場の構造と濃度場の統計的特性の実験的調査開水路の流れに速度場の非均一性が残っていたことから,水路整流部の改修を行った結果,良好な均一流れを得ることができた.次いで,二次元対向噴流の実験に着手し,前年度の実験で明らかとなった問題点を考慮して新規ノズルを設計・製作し,速度・濃度場の同時測定実験に取り掛かった.これらの実験に平行し,前年度の実験で得られた二次元対向噴流の速度場データを用いて,瞬時よどみ点検出のために固有直交展開(POD)解析などの各種構造抽出手法を試みた.現在実験が最終段階にあり,今後,実験で得られた結果をデータ解析し,乱流場の瞬時よどみ点構造とスカラ場の動的挙動との関係を調べ,得られた成果を学会発表する予定である.2.ラグランジュ手法によるスカラ乱流の確率論的モデル構築フリップフロップノズルによる搖動噴流の数値解析を前年度に継続して行った.対向噴流には顕著な噴流搖動が存在することが分かっており,噴流搖動がスカラ物質拡散場に及ぼす影響を明らかにすることを研究目的とする.本年度の研究では,噴流搖動周波数の外部制御を試み,ノズル幾何形状から定まる固有周波数を超える周波数で噴流搖動を引き起こすことに成功し,その成果を国際会議で論文発表した.現在,計算で得られた速度場を利用して,分子拡散効果を導入したスカラ物質粒子のラグランジュ場の計算を行っており,噴流搖動が高シュミット数スカラ拡散に及ぼす影響を今後明らかにしていく予定である.対向噴流の特徴はその混合能の高さである.高混合効率をもたらす要因の一つに対向噴流の構造的特徴があると考え,二次元対向噴流に関して瞬時よどみ点を含む流れ場の特性を実験的に調べた.まず,瞬時よどみ点を定量評価する手法を考案した.PIV実験で得られた速度場データに本手法を適用した結果,瞬時よどみ点位置の変動場に関する統計的特性を得ることができた.数値解析については,対向噴流で特徴的な噴流揺動がスカラ場に及ぼす影響を調べることを目的として,同様の噴流搖動が現れるフリップフロップ噴流場を解析した.本研究により,ノズル形状を変えることなく噴流の発信周波数の制御が可能であることが明らかとなった.

本研究では,一様流に対向する二次元乱流噴流による高シュミット数物質拡散場について,乱流場の瞬時構造変化に対するスカラ場の動的挙動を実験的に調べ,速度場の構造と濃度場の統計的特性との関係を明らかにし,得られた結果を基にラグランジュ手法によるモデル構築を行うことを目的とする.次の研究実績が得られた.1.二次元対向噴流における乱流場の構造と濃度場の統計的特性の実験的調査実験には現有開水路を利用することを計画していたが,年度半ばに実験室の移動が決まり,現有設備を解体せざるを得なかった.このため,新規に開水路を設計・製作することになった.年度内に現有水路の解体と新型水路の設計を終えた.乱流場と濃度場の瞬時構造を1 kHz程度の高時間分解能でとらえるため,高速度撮影に適した連続発光YAGレーザと高速度カメラの機器選定を行って年度内に購入して動作確認を行い,研究遂行に必要な性能を備えていることを確認した.また,本研究の調査対象であるスカラ乱流場の理解に役立てるとともに,可視化を含めた速度場と濃度場の同時計測技術の確立を目的として,スカラ物質を含んだ流体を円形ノズルから瞬時放出することにより形成される渦輪が密度界面と干渉する際に,渦輪中のスカラ場の動的構造変化を調べ,学会発表した.2.ラグランジュ手法によるスカラ乱流の確率論的モデル構築研究初年度であることから,スカラ乱流場に関する文献調査ならびに情報収集を行った.また,対向噴流と同様に噴流揺動が顕著な流れとしてフリップフロップ噴流場の数値解析を行い,得られた成果を学会発表した.今後,本解析で得られた速度場データをラグランジュ場の解析に利用し,高シュミット数スカラ拡散場の数値解析に発展させていくことで,研究の進展が期待できる.研究初年度に発生した突然の実験室移動のため,実験用水路の製作と試験を今年度前半期の研究計画に組み入れざるを得ず,研究目的である対向噴流の実験に費やす時間が短縮され,後半期に集中して行わざるを得なかった.しかしながら,概要で述べたような多少の問題が残ったものの,今年度までに速度場の測定はほぼ終了しており,また,計測装置や解析法などのノウハウは既に完成し実験を遂行する上での障壁は無い.最終年度に対向噴流における速度場と濃度場の同時測定を行い,得られたデータを解析することで研究目的を十分に達成するものと期待できる.研究計画では,実験に現有設備である開水路の利用を予定していた.しかし,学内事情により年度末での実験室の移動を余儀なくされ,水路の搬出が困難であったことから水路を含む全ての実験設備を解体し,別の部屋で実験を継続せざるを得ない状況となった.これに伴い,開水路を新規に設計・製作する方向に研究計画を変更したことが研究の多少の遅れの要因となった.