hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
群行列式の拡張とその応用

本研究の目的は、群行列式を拡張することにより、群行列式に関するFrobeniusの定理の一般化を得ること、この一般化を有限群論とその表現論へ応用することである。群行列は、群の元に対する不定元を成分にもつある行列のことで、この群行列の行列式を群行列式という。Frobeniusは群行列式の複素数体上の既約分解を与えた。この定理をFrobeniusの定理という。本研究者は、群行列と群行列式を拡張することにより、Frobeniusの定理の一般化を得た。Frobeniusの定理が、群の既約表現を用いて群行列式の既約分解を与えるのに対して、このFrobeniusの定理の一般化は、群の部分群の既約表現を用いて群行列式の因数分解を与える。本研究では、まず多項式環をその多項式環と群環のテンソル積へと拡大し、元の多項式環を、拡大した環の部分環とみなす。そうすれば群行列を、多項式を成分にもつ行列環から、拡大した環の元を成分にもつ行列環の元とみなすことができ、これにより群環の正則表現を用いて、群行列と群行列式をそれぞれ、拡大した環の元を成分にもつ行列、拡大した環の元へと自然に拡張することができる。この拡張がFrobeniusの定理の一般化を導く。Frobeniusの定理の一般化は有限群の表現論への応用があり、有限群の既約表現の次数に関する情報が得られる。さらに本研究では、この一般化を得る過程において、拡張した群行列のスペクトルや拡張した群行列式の性質、そして有限群と非可換行列式の関係性を考察した。この考察により、Dedekindの定理の拡張と一般化、Dedekindの定理のさらなる拡張とさらなる一般化、そして群環上のCapelli元が得られた。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,群行列式を拡張することにより,群行列式に関するFrobeniusの定理の一般化を得ること,またそれを用いて有限群とその表現論へ応用することである.研究者は特別研究採用以前の研究において,以下の結果を得ていた.二面体群と一般四元数群の,非自明な群行列式の因数分解(既約分解ではない)を発見した.これは群行列式を群環上に拡張することによって得られた.本年度における研究により,いまの結果を一般の有限群について拡張した.次がその結果である.群行列式を群環上に拡張することによって,有限群の群行列式がその群の可換な部分群の既約指標を用いて因数分解できることを示した.上の研究結果をいくつかの学会で発表した.現在はこの結果を論文としてまとめている最中である.また上の結果の特別な場合をarxivに載せ,論文誌に投稿中である(特別な場合とは,有限群が可換な場合である.この場合は非可換行列式を用いなくても,指標理論を用いて証明することが出来る).さらに以上の研究により,非可換行列式と有限群論,その表現論との関連性が示唆された.例えば,群の移送の性質は非可換行列式(これはStudy行列式の拡張であり,デュドネ行列式と関連がある)により自然に理解できることがわかった(この非可換行列式により移送を理解するという考えは,梅田亨氏のアイデアに基づいている).この群の移送の結果に関してもいくつかの学会で発表を行い, arxivに載せ,論文誌に投稿中である.群行列式を拡張することにより, Frobeniusの定理を可換群の場合に一般化することができた.また非可換群の場合についても,一定の結果を得た.本研究の目的は、群行列式を拡張することにより、群行列式に関するFrobeniusの定理の一般化を得ること、この一般化を有限群論とその表現論へ応用することである。当初の計画通り, Frobeniusの定理を一般化を目標とし研究を継続する.
リンパ動態・組成を指標とした微小リンパ管そしてリンパ節循環の病態生理学的研究

本年度は病態下、特に腫瘍時におけるリンパ循環、そして、リンパ節循環を解明する目的で、リンパ掖の圧・流量の調節に直接関与すると考えられるリンパ節被膜平滑筋の種々生理活性物質に対する反応性を薬理学的に検討した。加えて、リンパ管構築の変化と、リンパ節郭清後のリンパ動態を評価するため、ウサギ膝窩リンパ節を摘出した後、リンパ流の再疎通してくる様子をリンパ管造影法を用い経時的に観察した。1.リンパ節被膜平滑筋の薬物反応イヌ気管気管支リンパ節を摘出した後、柱状の標本を作製した。これをクレブス液で灌流している臓器槽内に装着し、発生張力を等尺性に記録した。リンパ節被膜平滑筋は、高K^+クレブス液、カテコールアミン、アセチルコリンに対して顕著な収縮を誘起した。これに対して、プロスタグランジンF_<2α>、トロンポキサンA_2アナログであるU46,619に対しては高濃度領域でのみわずかな収縮を認めた。一方、ヒスタミン、セロトニン、ATPに対してはほとんど反応が認められなかった。2.リンパ管切断後の再疎通ウサギ膝窩リンパ節を摘出した後、経時的に節前リンパ管より油性造影剤であるリピオドールウルトラフルイドを順行性に注入し、X線透視下にてリンパ管再疎通の様子を観察した。摘出直後から1週間後においては膝窩部に造影剤の貯留が見られるのみであったが、ほぼ1ヶ月後より節後リンパ管とともに側副リンパ管が描出されるようになった。以上より、リンパ節循環の調節にはアドレナリン、ノルアドレナリン、もしくは、アセチルコリンの関与していることが示唆された。さらに、リンパ管は切断された後、数週間の単位で再疎通と側副リンパ管開通の生じてくることが判明した。今後は、腫瘍時、そして、腫瘍の治療に際してのリンパ動態変化をより詳細に解析してゆきたい。腫瘍の転移に関する研究は現在まで非常に広範に行われているが、血行性転移に比べリンパ行性転移の機序に注目した研究はあまり進んでいない。そこで私共は、腫瘍細胞のリンパ系への移行を定量化するため、新しい生理学的な実験方法を用いて解析を行なった。ここでは、標識した腫瘍細胞を皮下組織へ注入し、それら細胞のリンパ液中への出現を観察した。加えて、これらのリンパ管内への移行に対する機械的なマッサージの影響も検討した。実験には家兎を用い、節前リンパ管内へチューブを逆行性に挿入することによりリンパ液を採取した。次いで、皮下へFITCで蛍光標識したVX-2ウサギ胃癌細胞6×10^6ヶをリン酸緩衝液0.2ml中に分散した溶液を注入した。その後90分間リンパ液を採集し、リンパ流量とリンパ液中の有核細胞数と計測した。また、リンパ液中の粒子状成分の解析をフローサイトメトリーにより行なった。その結果、横軸にリンパ流量を、縦軸にリンパ液中の腫瘍細胞濃度を取り、得られたデータをこの中にプロットすると、マッサージを行なわなかった場合比較してマッサージを行なった場合はこれらのプロットがより右上方に分布する傾向が認められた。そこで、リンパ液中の腫瘍細胞濃度とリンパ流量との積として表される腫瘍細胞の輸送量に関して、マッサージを行なった群と行なわなかった群とで比較してみると、マッサージを行うことによりリンパ系への腫瘍細胞の移行量が有意に増加するという結果が得られた。以上より、皮下に注入された癌細胞はリンパ液中へ出現してくるということが判明した。さらに、物理的刺激が腫瘍の転移に関与している可能性が示唆された。また、この実験系を用いて腫瘍のリンパ行性転移機序の解明のみならず、各種抗癌剤の評価をも行ないうると思われる。
ハミルトニアンの解析接続法による分子の超励起状態および光イオン化過程の理論的研究

原子・分子に見られる量子力学的共鳴状態の準位や寿命、光イオン化断面積などを定量的に計算する手法の一つである複素座標法を発展させるために、その基底関数に含まれる複素数軌道指数の最適化法を研究した。1.1次元モデルポテンシャルを用いて、微分基底関数(STOの場合、共通の軌道指数を持つ1s,2s,3s,・・・,の関数、GTOの場合、1s,3s,5s,・・・,の関数)を用いると、複素数共鳴状態エネルギーのθ依存性が、従来の基底関数に比べ、数桁小さく出来ることを確認した。この微分基底関数によると、いわゆるθトラジェクトリーの計算は不要になる。さらに、STOの場合、1s,2s,3s..,(k-1)sが共通の軌道指数を持ち、さらに、ksが別の軌道指数を持つように最適化して、あるいは、さらに1s,・・・(k-2)sと(k-1)sとksのそれぞれの軌道指数を独立に最適化することで、より少ない基底関数でさらに良好な結果を得た。この最適化においては、遺伝的アルゴリズムとNewton-Raphson法を適用することで、非常に多くの複素数最適解を探索できた。2.光イオン化の断面積は、振動数依存の分極率α(ω)の虚数部分から得られ、またその表式が、変分的安定性を持っていることに着目すると、分極率の変分量が零となるパラメーターが、光イオン化断面積を求める上で最適となる。そこで、水素原子の1s→kp,2p→kd,2p→ksに対する光イオン化を取り扱い、基底関数としては、STOおよびGTO型を用いて基底関数に含まれるパラメーターを最適化した。STO, GTOともに複素軌道指数の最適化を行うことにより、12個の少数の基底関数で、解析解と良く一致する光イオン化断面積を得ることが出来た。一般的な多電子系に関しても、効果的に光イオン化断面積の計算が出来るものと期待される。原子・分子に見られる量子力学的共鳴状態を取り扱う手法の一つである複素座標法を具体的に応用するために、その基底関数に含まれる複素数軌道指数の自動最適化の可能性を検討した。(1)簡単な1次元のポテンシャル散乱モデルを用いて、基底関数の自動最適化を行うプログラムを作成し、その実用性を調べた。また同時に、Cooley法によって直接数値的に複素数共鳴エネルギーを求めるプログラムを作成し、先に述べた基底関数展開法と詳細な比較が出来るようにした。この結果、1s,2s,3s..,ksの基底関数が共通の複素数軌道指数を持つ場合に、かなり高精度の計算が可能であることが分った。さらに、1s,2s,3s..,(k-1)sが共通の複素数軌道指数を持ち、さらに、ksが別の複素数軌道指数を持っように自由度を上げて、それぞれを独立に最適化させた結果、少ない基底関数でさらに良好な結果を得ることが出来た。次年度は、さらに効率よく複素数の最適化が出来るようなアルゴリズムを考案する予定である。(2)我々の以前の計算結果より、H_2の2電子励起状態の位置と共鳴幅が、その電子相関の取り扱いによって、かなり特徴的な振る舞いをすることが分っている。つまり、共鳴位置に関しては、基底状態とはかなり異なった振る舞いをし、またその幅に関しては、内外相関を加えることで狭くなるのに対し、角度相関を加える場合には逆に広くなることなどである。この2電子の相関の様子を二電子密度演算子を使って、定量的に議論するため、プログラム作成を行った。

次年度に具体的応用計算を行う予定である。(3)その他、電子散乱状態用に複素数軌道指数を持つスレータ型軌道を、36個のガウス型軌道の線形結合で、様々な拘束条件をつけて最適化し、近似することを行った。原子・分子に見られる量子力学的共鳴状態を取り扱う手法の一つである複素座標法を具体的に分子系に応用するために、その最適な基底関数の構築の方法を検討した。つまり、(1)複素座標法における回転角度θ依存性の小さい基底関数の構築法、および(2)基底関数に含まれる複素数軌道指数の自動最適化の可能性を検討した。(1)2種類の簡単な1次元のモデルポテンシャルを用いて、微分基底関数(STOの場合、共通の軌道指数を持つ1s,2s,3s,...,の関数、GTOの場合、1s,3s,5s,...,の関数がその代表例)を用いることにより、複素数共鳴状態エネルギーのθ依存性が、従来の基底関数に比べ、数桁小さくなることを確認した。このため、この微分基底関数を用いることにより、いわゆるθトラジェクトリーの計算は不要になる。(2)さらに、STOの場合、1s,2s,3s..,(k-1)sが共通の複素数軌道指数を持ち、さらに、ksが別の複素数軌道指数を持つように最適化することにより、あるいは、さらに1s,...(k-2)s,と(k-1)sとksのそれぞれの軌道指数を独立に最適化した結果、より少ない基底関数でさらに良好な結果を得ることが出来た。特に今年度は、この最適化において、遺伝的アルゴリズムとNewton-Raphson法を適用することにより、非常に多くの複素数最適解を探すことに成功した。次年度は、これらの考え方を実用化し、さらに効率の良い計算が出来るようなアルゴリズムを考案する予定である。光イオン化の断面積が、振動数依存の分極率α(ω)の虚数部分から求めることができ、またこの分極率の表式が、変分的安定性を持っていることに着目すると、分極率の変分量が零となるパラメーターが、光イオン化断面積を求める上で最適であることが分かる。通常実数である電子の動径座標を複素数に拡張する複素座標法によると、L^2の基底関数を用いて束縛-連続状態間の行列要素を、その解析性を含めて計算することが出来る。しかし、これまで基底関数を選び出す方法が確立しておらず、収束した解を得るためには、多くの基底関数が必要となる欠点があった。そのため、様々な系における光イオン化断面積の計算を効率良く行うためには、用いる基底関数の最適化法を確立する必要がある。本研究では、正確な解析解が知られている水素原子の1s→kp,2p→kd,2p→ksに対する光イオン化を取り扱い、基底関数としては、STOおよびGTO型を用いて基底関数に含まれるパラメーターを最適化した。実際の計算では、座標を複素数にする代わりに、軌道指数を複素数にして、通常の実数ハミルトニアンを用いた。パラメーターとしては、連続状態用にeven-temperedとした複素数の軌道指数の初項と項比を考えた。各パラメーターの最適化は、(多変数の)Newton-Raphson法によった。STO, GTOともに複素軌道指数の最適化を行うことにより、12個の少数の基底関数で、解析解と良く一致する光イオン化断面積を得ることが出来た。一般的な多電子系に関しても、散乱状態用に比較的少数の複素基底関数を追加し、分極率α(ω)に含まれるそのパラメーターを最適化することにより、効果的に光イオン化断面積の計算が出来るものと期待される。
電気集じん装置内の流れ場の実験と解析

1.コロナ放電場の電界計算線対平行平板形電気集じん装置内のイオン流場の電界計算法として,代用電荷法とDeutschの仮定に基づく電界計算法を組み合わせた数値解析法を開発した.コロナ放電特性,平板電極上の電流密度および電界強度の実測値と比較して,このイオン流場の電界計算法を有効性を示した.また,この計算法でイオン流場における空間の電界分布を求め,電気集じん装置における空間電荷効果の影響を明らかにした.2.集じん装置内の流れ場の解析イオン流場の電界計算法により求めた空間のクーロン力密度を外力として,電気集じん装置のダスト粒子がない場合の流れを電気流体力学的に数値解析した.放電線が1本および2本の場合について流れ場を解析した結果から,集じん装置内の流線,渦度および速度分布に及ぼすイオン流場とガス流入速度の影響を明らかにし,放電線直下の平板電極近傍で渦が発生する過程を示した.3.電気集じん装置における流れ場の実験平板間隔20cmの線対平行平板形電気集じん装置を試作し,集じん装置内の流れ場及び平板電極近傍の渦の発生の過程を,スパーク光源を用いた二面対向法シュリーレン装置により可視化する方法によって実験的に求めた.シュリーレン法において放電線の上流側に装置した熱線からの加熱気流および平板電極に埋設した加熱素子を用いて空気流れに密度勾配を与える方法により流線および平板電極近傍の渦が明瞭に可視化され,集じん装置内の流れ場に及ぼす正および負極性コロナ放電の影響を実験的に明らかにした.また,正極性コロナ放電における流れ場は計算結果と近似的に一致し,電気集じん装置内を本研究の流れ場の解析法で計算できることを実証した.さらに,放電線が複数本ある場合を含めて,電気集じん装置内の流れ場を調べることにより,流れ場の形状に関する相似則について明らかにした.1.コロナ放電場の電界計算線対平行平板形電気集じん装置内のイオン流場の電界計算法として,代用電荷法とDeutschの仮定に基づく電界計算法を組み合わせた数値解析法を開発した.コロナ放電特性,平板電極上の電流密度および電界強度の実測値と比較して,このイオン流場の電界計算法を有効性を示した.また,この計算法でイオン流場における空間の電界分布を求め,電気集じん装置における空間電荷効果の影響を明らかにした.2.集じん装置内の流れ場の解析イオン流場の電界計算法により求めた空間のクーロン力密度を外力として,電気集じん装置のダスト粒子がない場合の流れを電気流体力学的に数値解析した.放電線が1本および2本の場合について流れ場を解析した結果から,集じん装置内の流線,渦度および速度分布に及ぼすイオン流場とガス流入速度の影響を明らかにし,放電線直下の平板電極近傍で渦が発生する過程を示した.3.電気集じん装置における流れ場の実験平板間隔20cmの線対平行平板形電気集じん装置を試作し,集じん装置内の流れ場及び平板電極近傍の渦の発生の過程を,スパーク光源を用いた二面対向法シュリーレン装置により可視化する方法によって実験的に求めた.シュリーレン法において放電線の上流側に装置した熱線からの加熱気流および平板電極に埋設した加熱素子を用いて空気流れに密度勾配を与える方法により流線および平板電極近傍の渦が明瞭に可視化され,集じん装置内の流れ場に及ぼす正および負極性コロナ放電の影響を実験的に明らかにした.また,正極性コロナ放電における流れ場は計算結果と近似的に一致し,電気集じん装置内を本研究の流れ場の解析法で計算できることを実証した.さらに,放電線が複数本ある場合を含めて,電気集じん装置内の流れ場を調べることにより,流れ場の形状に関する相似則について明らかにした.1.コロナ放電場の電界計算線対平行平板形電気集じん装置において、代用電荷法とDeutschの仮定に基づく電界計算法を組み合わせて、集じん装置内のイオン流場の数値解析を行った。コロナ放電特性、平板電極上の電流密度および電界強度の実測値と比較して、このイオン流場の電界計算法の有効性を示した。また、この計算法によりイオン流場における空間の電界分布を求めた。2.集じん装置内の流れ場の解析イオン流場の電界計算法により求めた空間のクーロン力密度を外力として、電気集じん装置のダスト粒子がない場合の流れ場を電気流体力学的に数値解析した。放電線が1本の場合について流れ場を解析した結果から、集じん装置内の流線、渦度および速度分布に及ぼすイオン流場とガス流入速度の影響を明らかにし、放電線直下の平板電極近傍で渦が発生する過程を示した。3.電気集じん装置における流れ場の実験平板間隔20cmの線対平行平板形電気集じん装置を試作し、集じん装置内の流れ場及び平板電極近傍の渦の発生の過程を、スパーク光源を用いた二面対向法シュリーレン装置により可視化する方法によって実験的に求めた。シュリーレン法において放電線の上流側に設置した熱線からの加熱気流および平板電極に埋設した加熱素子を用いて空気流れに密度勾配を与える方法により流線および平板電極近傍の渦が明瞭に可視化され、集じん装置内の流れ場に及ぼす正および負極性コロナ放電の影響を実験的に明らかにした。また、正極性コロナ放電における流れ場は計算結果と近似的に一致し、電気集じん装置内を本研究の流れ場の解析法で計算できることを実証した。4.今後の研究の展開
外乱除去型ヘテロダイン干渉法光ファイバ微小圧力センサ

光ファイバプローブ型センサについては,前年度構成した外乱除去型プローブの光源に出力の高いHe-Neレーザを使用し, S/N比の向上をはかり検出限界を高めた.光ファイバアームを用い,その外乱除去のため参照光アームをなくしたループ型センサと2本の光ファイバを近接させた補償型センサを構成した.次に音圧と光ファイバの位相変化については,各種力学モデルの検討を行った.○ループ型センサについては,そのループの長さの分だけ,光路差がつくので,光源の波長の安定化が特に必要となる.このため周波数安定化横ゼーマンレーザを使用した.周波数安定度10に対して,検出感度1Pa/10mとなる.○補償型センサについては,参照光路とセンシング光路の長さを等しくし光源の波長の安定化の必要性がなく,光ファイバカップラを使用して,振動の影響を受けにくい,オールファイバ型の光学系を試作した.外乱除去用の信号を光ファイバカップラで分岐して,参照信号を得た.検出感度4mPa/10mとなり,微小圧力変化の可能性を示した.○音と光ファイバの作用について,空間中に光ファイバを固定せずにおいた時,ハイドロダイナミック,ラデイアルモデル,剛体に固定しておいた時,フイックスモデル等から圧力感度を計算した.あまり大きな感度は期待できなかった.○ポリエチレン円筒とベークライト円筒に光ファイバを巻きつけ,その圧力に対する位相差を検出するトランスデューサを作製し,数100倍程度感度を向上した.光ビート信号をアナログ位相計で処理する場合,信号の振幅変化の影響を受けて,位相測定に誤差を生じる.ディジタル処理してその影響を除いた.光ファイバプローブ型センサについては,前年度構成した外乱除去型プローブの光源に出力の高いHe-Neレーザを使用し, S/N比の向上をはかり検出限界を高めた.光ファイバアームを用い,その外乱除去のため参照光アームをなくしたループ型センサと2本の光ファイバを近接させた補償型センサを構成した.次に音圧と光ファイバの位相変化については,各種力学モデルの検討を行った.○ループ型センサについては,そのループの長さの分だけ,光路差がつくので,光源の波長の安定化が特に必要となる.このため周波数安定化横ゼーマンレーザを使用した.周波数安定度10に対して,検出感度1Pa/10mとなる.○補償型センサについては,参照光路とセンシング光路の長さを等しくし光源の波長の安定化の必要性がなく,光ファイバカップラを使用して,振動の影響を受けにくい,オールファイバ型の光学系を試作した.外乱除去用の信号を光ファイバカップラで分岐して,参照信号を得た.検出感度4mPa/10mとなり,微小圧力変化の可能性を示した.○音と光ファイバの作用について,空間中に光ファイバを固定せずにおいた時,ハイドロダイナミック,ラデイアルモデル,剛体に固定しておいた時,フイックスモデル等から圧力感度を計算した.あまり大きな感度は期待できなかった.○ポリエチレン円筒とベークライト円筒に光ファイバを巻きつけ,その圧力に対する位相差を検出するトランスデューサを作製し,数100倍程度感度を向上した.光ビート信号をアナログ位相計で処理する場合,信号の振幅変化の影響を受けて,位相測定に誤差を生じる.ディジタル処理してその影響を除いた.
準国産Pd資源を用いた機能材料の創製による高レベル放射性廃液の利用技術開発

原子燃料サイクルから排出される高レベル放射性廃液に含まれている白金族元素であるPdを分離・回収し、水素再結合触媒等として有効利用するため、選択性の高い吸着材の開発及びPd回収プロセスの検討、並びに回収Pdを用いた触媒合成の検討を行った。Pdの回収に錯化剤としてチオ尿素を用いると、放射線化学的な触媒合成法において不利となることから、ヒドロキシオキシム型抽出剤(5,8-ジメチル-7-ヒドロキシ-6-ドデカノンオキシム)を含浸担持した吸着材を調製し、Pdの分離・回収を試みた。やはり、チオ尿素水溶液によってPdを効果的に回収することが可能であったが、3-ヒドロキシ-3-メチル-2-ブタノンオキシムを錯化剤として用いることで吸着したPdの一部が回収可能であった。また、高濃度硝酸(約4 mol/L以上)によってヒドロキシオキシム型抽出剤を分解し、Pdを回収することも可能であった。加えて、溶離剤としてチオシアン酸塩やチオジグリコール酸水溶液なども検討し、Pd分離プロセスを検討した。回収したPdの触媒化には、還元担持用媒体としてシリカ、アルミナ、チタニアに加え、ジルコニアも検討を行った。これらの酸化物固体とPd(II)を含む水溶液を密封してγ線照射を行い、Pdの還元担持挙動を検討した。硝酸濃度が低いほどPd(II)の還元に有利であったが、2-プロパノール等のアルコールを添加することでより還元が促進された。合成した触媒の性能評価については、バッチ式での気相中水素濃度の変化から性能評価を検討した。いくつかの吸着材について、Pdに対し良好な吸着性能を有することを明らかにし、カラム試験の結果から分離・回収プロセスの検討を行った。回収したPdの放射線化学的手法を用いた触媒化において、強力なPd溶離剤であるチオ尿素が存在すると還元反応が阻害されるため、これ以外の溶離剤を検討した。このことによるPdの触媒化への影響については今後検討を進めるが、方法は確立されているため、大きな障害はないと考えられる。いくつかの吸着材について、Pdに対し良好な吸着性能を有することを明らかにし、カラム試験の結果から分離・回収プロセスの検討を行っており、今後は調整を行う。また、Pdを効率よく溶離可能で、かつ触媒化に悪影響の無い溶離剤のさらなる探索を並行して行う。回収Pdの放射線化学的手法を用いた触媒化においてはPd、溶離剤、硝酸濃度や吸収線量及び線量率等をパラメータとして、還元・担持挙動の把握に務め、合成したPd触媒の性能評価を行う。原子燃料サイクルから排出される高レベル放射性廃液に含まれている白金族元素であるPdを分離・回収し、水素再結合触媒等として有効利用するため、選択性の高い吸着材の開発を行った。白金族元素に親和性の高い硫黄含有アミド誘導体及びアミンを多孔性シリカ/ポリマー複合担体粒子(SiO2-P)に含浸担持した吸着材を調製し、模擬廃液を用いて吸着特性を調査すると共に、チオジグリコールアミド型とアミン型抽出剤の含浸率等を検討した。また、合成が容易な新規チオジグリコールアミド酸型抽出剤(N,N,-ジオクチル-チオジグリコールアミド酸及びN-メチル-N-オクタデシル-チオジグリコールアミド酸)を担持した吸着材及びチオジグリコールアミド酸構造を化学修飾したシリカゲルを開発し、吸着特性を調査した。これらの吸着材はPdを選択的かつ迅速に吸着し、廃液からのPdの吸着分離には非常に有効であった。ただし、溶離にはチオ尿素、チオジグリコール酸等の硫黄を含む錯化剤の使用が必要であった。回収したPdの触媒化には、放射線化学的手法の利用を試みており、Pd硝酸溶液、Pd-チオ尿素硝酸溶液にシリカ、アルミナ、チタニアを浸漬し、γ線照射によって生成する水和電子、固体酸化物表面に生成する二次・誘起電子によるPdの還元・担持が可能かを調査した。硝酸濃度が高い場合は還元が起こらないが、0.1mol/L程度となると吸収線量の増加と共に還元量が増加した。ただし、チオ尿素が存在すると別の白色沈殿が生じ、Pdの還元・担持が阻害されることが判明した。これに対し、硫黄を含まないヒドロキシオキシム型抽出剤(5,8-ジメチル-7-ヒドロキシ-6-ドデカノンオキシム)の使用を考案し、これを用いた吸着材を調製して吸着特性を調査したところ、Pdの吸着性能は良好であった。また、硫黄を含まない錯化剤での溶離の可能性を見出した。いくつかの吸着材を開発、調製し、高レベル放射性廃液を模擬した条件下において、Pdに対し良好な吸着性能を有することを明らかにした。硫黄含有アミド構造を有する吸着材の場合、Pdの回収もチオ尿素等の適切な溶離剤を用いることで可能であるため、今後のカラム試験の結果から分離・回収プロセスの構築は可能である。回収したPdの放射線化学的手法を用いた触媒化において、チオ尿素が存在すると還元反応が阻害されるという有益な情報を得ることができた。目的に対しては不利な情報であるが、これにはヒドロキシオキシム含浸吸着材を用いることで、チオ尿素を含まないPd回収液とすることが可能であると予想される。平成30年度中にプロセス構築を行う予定であるが、方法に変更はないため、遂行が可能であると考えられる。

原子燃料サイクルから排出される高レベル放射性廃液に含まれている白金族元素であるPdを分離・回収し、水素再結合触媒等として有効利用するため、選択性の高い吸着材の開発及びPd回収プロセスの検討、並びに回収Pdを用いた触媒合成の検討を行った。Pdの回収に錯化剤としてチオ尿素を用いると、放射線化学的な触媒合成法において不利となることから、ヒドロキシオキシム型抽出剤(5,8-ジメチル-7-ヒドロキシ-6-ドデカノンオキシム)を含浸担持した吸着材を調製し、Pdの分離・回収を試みた。やはり、チオ尿素水溶液によってPdを効果的に回収することが可能であったが、3-ヒドロキシ-3-メチル-2-ブタノンオキシムを錯化剤として用いることで吸着したPdの一部が回収可能であった。また、高濃度硝酸(約4 mol/L以上)によってヒドロキシオキシム型抽出剤を分解し、Pdを回収することも可能であった。加えて、溶離剤としてチオシアン酸塩やチオジグリコール酸水溶液なども検討し、Pd分離プロセスを検討した。回収したPdの触媒化には、還元担持用媒体としてシリカ、アルミナ、チタニアに加え、ジルコニアも検討を行った。これらの酸化物固体とPd(II)を含む水溶液を密封してγ線照射を行い、Pdの還元担持挙動を検討した。硝酸濃度が低いほどPd(II)の還元に有利であったが、2-プロパノール等のアルコールを添加することでより還元が促進された。合成した触媒の性能評価については、バッチ式での気相中水素濃度の変化から性能評価を検討した。いくつかの吸着材について、Pdに対し良好な吸着性能を有することを明らかにし、カラム試験の結果から分離・回収プロセスの検討を行った。回収したPdの放射線化学的手法を用いた触媒化において、強力なPd溶離剤であるチオ尿素が存在すると還元反応が阻害されるため、これ以外の溶離剤を検討した。このことによるPdの触媒化への影響については今後検討を進めるが、方法は確立されているため、大きな障害はないと考えられる。回収したPdの放射線化学的手法を用いた触媒化において、チオ尿素が存在すると還元反応が阻害されるという知見が得られたことから、チオ尿素以外でも溶離可能であると考えられるヒドロキシオキシム含浸吸着材を中心に吸着・分離特性を調査し、プロセス構築を検討する。また、その際に得られるPd回収液を用いてPd触媒の合成を検討する。回収Pdの放射線化学的手法を用いた触媒化においてはPd、溶離剤、硝酸濃度や吸収線量及び線量率等をパラメータとして、還元・担持挙動の把握に務める。いくつかの吸着材について、Pdに対し良好な吸着性能を有することを明らかにし、カラム試験の結果から分離・回収プロセスの検討を行っており、今後は調整を行う。また、Pdを効率よく溶離可能で、かつ触媒化に悪影響の無い溶離剤のさらなる探索を並行して行う。回収Pdの放射線化学的手法を用いた触媒化においてはPd、溶離剤、硝酸濃度や吸収線量及び線量率等をパラメータとして、還元・担持挙動の把握に務め、合成したPd触媒の性能評価を行う。
皮膚感作におけるプロテアーゼアレルゲンの役割とその意義

アレルゲンへの経皮感作は、アトピー性皮膚炎のみならず、喘息などの他のアレルギー疾患の成立(アレルギーマーチ)にも重要である。ダニや花粉はプロテアーゼを産生・含有し、種々の細胞を刺激・活性化するが、経皮感作におけるその役割は不明であった。本研究では、抗原のプロテアーゼ活性に依存したマウス経皮感作モデルを初めて構築することに成功し、経皮感作におけるアレルゲンのプロテアーゼ活性は感作・皮膚炎症を強力に促進するとともに気道でのアレルギーマーチへの進展に重大な影響を及ぼすことを明らかにした。皮膚からのアレルゲンへの感作は、アトピー性皮膚炎(AD)のみならず、喘息などの他のアレルギー疾患の成立(アレルギーマーチ)にも重要である。ダニや花粉はプロテアーゼを産生・含有し、獲得免疫を介さずに種々の細胞を刺激・活性化するが、皮膚感作におけるその役割は不明である。本研究では、プロテアーゼアレルゲンを用いたマウス皮膚感作モデルを構築し、初期の自然型応答および続いて誘導される獲得免疫依存的応答を解析し、皮膚感作におけるアレルゲンのプロテアーゼ活性の役割を明らかにする。本年度の研究実績概要は下記の通り。(1)プロテアーゼアレルゲンによる皮膚感作モデルの構築と解析:パパイン(ダニのグループ主要アレルゲンと同じファミリーに属するシステインプロテアーゼ)または黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼのマウス皮膚への塗布により特異的IgE/IgG抗体または総IgE抗体価上昇を誘導できる系を構築した。(2)皮膚バリア障害:パパインまたは黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼのマウス皮膚への塗布により経皮水分蒸散量が増大すること(皮膚バリア機能の低下)を示した。(3)メカニズム解析:パパイン特異的IgE/IgGの誘導がパパインのプロテアーゼ活性に依存することを示した。我々の知る限り、アレルゲンの経皮投与による特異的抗体のプロテアーゼ依存的産生は本研究によって初めて示された。昨年度の研究実績概要ではプロテアーゼの単純塗布によるバリア破壊誘導及び感作モデル構築と、プロテアーゼ依存的な抗体産生誘導について記載した。本年度の成果は下記の通り(投稿準備中)。(1)プロテアーゼアレルゲンによる皮膚感作モデルの構築と解析:後天的バリア破壊操作を組み合わせた新たなモデルを構築し、検討を行った。(2)皮膚炎症の解析:プロテアーゼ経皮感作がIgE/IgG産生だけでなく皮膚炎症を誘導することを明らかにした。(3)メカニズム解析:遺伝子改変マウスを利用した解析を行い、経気道感作とは異なる機序であることを明らかにした。皮膚からのアレルゲンへの感作は、アトピー性皮膚炎のみならず、喘息などの他のアレルギー疾患の成立(アレルギーマーチ)にも重要である。本年度の成果は下記の通り。(1)プロテアーゼアレルゲンによる皮膚感作モデル:プロテアーゼアレルゲン塗布と機械的刺激(テープストリッピング)によるバリア破壊操作の組み合わせによって、皮膚炎症とアレルギー感作(IgE/IgG1産生)を悪化させることを見いだした。(2)メカニズム解析:呼吸器を介したアレルゲン感作に重要なサイトカインであるIL-33の遺伝子欠損マウスを用いてもプロテアーゼ抗原に対する経皮感作への影響は見られなかった。すなわち、呼吸器を介した吸入感作とは異なるメカニズムであることが明らかになった。(3)アレルギーマーチモデル:経皮感作されたマウスでは非常に少量のプロテアーゼ抗原の吸入だけで気道炎症が誘導され、アレルギーマーチへの進展に重大な影響を及ぼすことが明らかになった。施設の別棟への移転による一時的な実験中断があったにも関わらず、論文審査過程で必要となったデータの集中的な収集に注力した結果、複数の投稿論文が掲載受理となった。概ね計画通り進展したと考えている。ダニや花粉はプロテアーゼを産生・含有し、獲得免疫を介さずに種々の細胞を刺激・活性化するが、皮膚感作におけるその役割は不明であった。本研究では、プロテアーゼ抗原を用いたマウス皮膚感作モデルを構築・解析することによって、皮膚感作におけるアレルゲンのプロテアーゼ活性の役割を明らかにすることを目的とした。【最終年度の研究内容・成果】

(1)界面活性剤とプロテアーゼ抗原の組み合わせによるモデルを構築・解析し、機械的バリア破壊とは異なる様式・機構に基づくことを明らかにした。(2)経皮感作後の少量のプロテアーゼ抗原吸入によって気道炎症を誘導する新規アレルギーマーチモデルの解析を行った。【研究期間全体の研究内容・成果】(1)機械的刺激あるいは界面活性剤による皮膚バリア破壊とプロテアーゼ抗原塗布の組み合わせが皮膚炎症とアレルギー感作(Th2分化・IgE産生)を増悪化することを見いだした。(2)経皮感作はIL-33に依存せず、吸入感作とは異なるメカニズムに基づくことを明らかにした。(3)プロテアーゼ抗原に対する経皮感作は気道でのアレルギーマーチへの進展に重大な影響を及ぼすことを明らかにした。【意義・重要性】独自のin vivoモデルを構築することによって経皮感作における抗原のプロテアーゼ活性の重要性を初めて明らかにした。本研究で機序の一端を明らかにした。本モデルを利用して機序の全貌を明らかにできれば、実際の環境下の状態に即した予防・治療標的の同定につながる。当初予期しなかった知見も得られており、それらも合わせて研究を深化・発展させていく予定である。アレルゲンへの経皮感作は、アトピー性皮膚炎のみならず、喘息などの他のアレルギー疾患の成立(アレルギーマーチ)にも重要である。ダニや花粉はプロテアーゼを産生・含有し、種々の細胞を刺激・活性化するが、経皮感作におけるその役割は不明であった。本研究では、抗原のプロテアーゼ活性に依存したマウス経皮感作モデルを初めて構築することに成功し、経皮感作におけるアレルゲンのプロテアーゼ活性は感作・皮膚炎症を強力に促進するとともに気道でのアレルギーマーチへの進展に重大な影響を及ぼすことを明らかにした。新規構築したモデルも利用して知見が得られており、概ね計画通り進展している。別の修飾モデルについて試行を継続しており、遺伝子改変マウス等を利用した解析を行っている。アレルゲンのプロテアーゼ活性に依存的な我々の皮膚感作モデルでは強力な応答が誘導された。今までわかっていなかった経皮感作におけるアレルゲンに含有されるプロテアーゼ活性の重要性を明らかにし、実際の環境下の状態に即した予防・治療標的を示した点に意義がある。アレルギー学・免疫学・皮膚科学いくつかの修飾モデルについて試行し、それぞれで遺伝子改変マウスを利用した解析を行っている。激しい症状を伴うモデルの構築は試行錯誤中であるが困難が予想される。一方で、これまで構築したモデルを用いて当初予期しなかった知見も得られており、それらも合わせて研究成果を最大化するよう努力したい。現在のところおおむね順調に進展している。研究施設および動物実験施設の所在した建物の取り壊しのため、引越作業が生じた。また、移動先での動物実験施設の開設までの期間(約3ヶ月)は動物実験を中断せざるを得なくなった。これに伴い、未使用分を次年度使用とすることとした。前年度繰り越し分を含め、大半を当該年度に使用した。学会参加費および掲載受理となった論文投稿関連費用などにも充当する予定。
メタ認知開発に焦点を当てたコミュニケーション活動の改善に関する実証的研究

本研究は,最も導入が難しいとされている中等教育へのコミュニケーション活動導入というチャレンジングな試みであった.まず,大学生への試行を通じて,役割分担とワークシートを導入するコミュニケーション活動を開発した.そして,中学生の試行を通じてワークシートの改善,役割と質問例を明記したカードの配布,理科係の生徒によるデモンストレーションなどを加えて,中学校1年生64名の生徒を対象に「音」の検証授業を行った.その結果,「確認」や「要約」といったより高次のコミュニケーションが展開されるようになり,改善したコミュニケーション活動で扱った課題については,遅延調査の得点が向上し,理解が定着していた.本研究は,メタ認知開発という観点から,新たなコミュニケーション改善の手法を考案し,その有効性を実証することを目的としている.本年度は,既にグループコミュニケーションを通じてメタ認知を育むことを目的として開発されたASK to THINK-TEL WHY_【○!R】【○!C】とCUP(conceptual understanding programme)参考にして,新たなコミュニケーションプログラムを開発し,大学生18名(男11名・女7名)を対象にして試行した.その結果,課題が「何の問題」なのかは正しく捉えることができていたが,グループの結論が正解に導かれたわけではなかった.しかし,発話内容を分析してみると,役割分担したコミュニケーション活動では,要約・条件・改善といったより高次の発話が有意に多くなっており,その後のコミュニケーションでも確認や修正が有意に多くなっていた.そして,活動を通して振り返りの重要性も認識されていた.これらのことから,開発したコミュニケーション活動は,メタ認知開発を促したと言えよう.また,動機や意欲を高め,コミュニケーション活動そのものも肯定的に受けとめられた.ただし,先行研究で見られた冷静な判断や客観性の向上が見られず,これは新たに導入したチェックリストや役割分担によって明確に述べられた各自の意見が,多くの誤概念を含んでいたためだと考えられる.今後の課題は、今回の知見をもとにして、実際の理科授業に適用可能なワークシートを開発し,試行することである.その際には,コミュニケーション活動後にも継続してメタ認知的発話がなされるかどうか検討したい.そして,冷静な判断や客観性を損なわないために,課題に対する十分な知識を獲得させたり、何のための実験なのかを明確にさせたりしてからコミュニケーションにのぞむなどの更なる改善を加えたい.本研究では,公立中学校1年生1クラスを対象にして,大学生の試行で成果をあげたワークシートと役割分担を導入して,Jigsaw法での説明場面の改善が可能かどうか検討した.その結果,発話総数が51から229まで増えてやりとりが盛んになり,「質問」が急増した.しかし,大学生の試行で見られたような,「積極的な検討」や「気づき・改善」が中心となるようなコミュニケーションへの展開は見られなかった.そこで,Prof.Gunstoneの研究グループ(Monash univ. in Australia)とも検討を重ね,ワークシートの改善,役割と質問例を明記したカードの配布,理科係の生徒によるデモンストレーションを導入した「音」の授業を新たにデザインした.そして,公立中学校1年生64名の生徒を対象に,ワークシートと役割分担の導入前後で発話内容を分析し,事前・事後・遅延調査,感想・自己評価を検討したところ,以下の3点が明らかになった.1)新たに授業をデザインした「音」の授業では,「確認」や「要約」といったより高次のコミュニケーションが展開されるようになった.2)ワークシートと役割分担を導入したコミュニケーション活動で扱った「どうして雷の光と音はずれるのか」という課題については,遅延調査の得点が向上し,理解が定着した.3)コミュニケーション活動自体については,困難を感じながらも充実感を得たり,理解が深まったと肯定的に受け止められていた.本研究は,最も導入が難しいとされている中等教育へのコミュニケーション活動導入というチャレンジングな試みであった.まず,大学生への試行を通じて,役割分担とワークシートを導入するコミュニケーション活動を開発した.そして,中学生の試行を通じてワークシートの改善,役割と質問例を明記したカードの配布,理科係の生徒によるデモンストレーションなどを加えて,中学校1年生64名の生徒を対象に「音」の検証授業を行った.その結果,「確認」や「要約」といったより高次のコミュニケーションが展開されるようになり,改善したコミュニケーション活動で扱った課題については,遅延調査の得点が向上し,理解が定着していた.
パーサルファイドをリアルタイムに検出可能な蛍光プローブの開発

昨年度中に、本研究課題であるパーサルファイド検出プローブの開発は完了し、研究成果が論文に採択された。そこで本年度は、新たに代謝経路の1つである脂肪酸β酸化をターゲットとした蛍光プローブ開発に取り組んだ。近年、脂肪酸を分解しアセチルCoAなどのエネルギーを供給する脂肪酸β酸化が、一部のガン細胞において解糖系以上の主要なエネルギー源になるなど注目されている。一方、β酸化活性の検出法はメタボローム解析が主流となっており、蛍光プローブを用いた報告例は全くないのが現状である。その原因として、酵素の基質選択性が高いため複数のβ酸化関連酵素の基質となる分子デザインが困難であること、また代謝反応により蛍光特性が変化するセンシング機構を組み込むことが困難であることが挙げられる。そこで、本研究ではそのような現状を打破するべく、脂肪酸β酸化関連酵素の基質となるturn-ON型蛍光プローブの開発を行った。蛍光色素に脂肪酸を導入した蛍光OFFの蛍光プローブを多数合成し、脂肪酸β酸化の基質となる蛍光プローブの開発および構造最適化を行った結果、β酸化を受けて蛍光ONとなる蛍光プローブを見出した。さらにHepG2細胞において蛍光イメージングを行った結果、細胞内から明るい蛍光が観察された。この蛍光は種々の阻害剤実験において抑制されることから、細胞内β酸化活性を迅速に検出できることが明らかとなった。さらに、本蛍光プローブは洗浄操作を行うことなく高いS/N比で蛍光イメージングすることが可能であった。本蛍光プローブを用いることで細胞種による代謝活性の違いや特徴を簡便にモニタリングすることが可能となり、今後、代謝メカニズムの新たな知見を得られることが期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。パーサルファイドはシステインや硫化水素のチオール基にさらにイオウ原子が付与した分子であり、酸化ストレスや神経伝達制御に関与する重要な生理活性分子である。現状においてパーサルファイド検出は、そのほとんどがHPLC-MSを用いた分離分析に依存しており、パーサルファイドが細胞内においてどのような細胞機能に連動して、いつ、どの程度の量で産生あるいは蓄積されているかについては未だ十分に解明できていない。そこで本研究では、パーサルファイドをリアルタイムに検出できる蛍光プローブを開発し、細胞内パーサルファイドの濃度変動をリアルタイムに可視化することを目的とする。筆者は、まずパーサルファイドに対するセンシング機構の確立を目指して検討を行った。具体的には、キサンテン、ピロニン骨格を有する蛍光プローブがチオールからのマイケル付加反応により蛍光消光する現象を利用した。様々な置換基を有する蛍光プローブを合成し、評価した結果、パーサルファイドに対して選択的に蛍光消光する化合物を見いだした。そこで、得られた化合物を用いて蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用した蛍光レシオプローブへと応用した。その結果、パーサルファイドを迅速かつ高選択的に検出可能な蛍光プローブを見いだした。本プローブはパーサルファイド濃度変動に伴い動的に蛍光レシオ値が変動する可逆的な検出が可能であった。さらに、本プローブは生細胞内でも機能し、酵素によって産生された細胞内在性パーサルファイドの濃度変動をリアルタイムに解析可能であった。様々な蛍光プローブを検討した結果、細胞内で酵素反応により産生されるパーサルファイドを検出可能な蛍光プローブを見いだすことに成功した。また、本プローブを用いて細胞内在性パーサルファイドの可逆的な検出に成功したことは、予想以上の成果であった。これらの一連の研究はChemical Scienceに論文が掲載された。これまでに開発した蛍光プローブは細胞内の特定部位に局在することなく細胞全体に拡散することが確認された。そこで、今後はミトコンドリア局在型のパーサルファイド検出プローブの開発を実施する予定である。

さらに、得られた蛍光プローブを用いて詳細な蛍光イメージングを行うことで、パーサルファイドの関与する未知の生体機能を明らかにすることを目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
エネルギーデバイスを目指した高密度電子輸送材料の創製

本研究では、負極活物質として電極反応速度が大きく、還元ドープにより高容量が期待できる新規なn型活性ポリマーを設計・合成することを目的とする。具体的には、還元電位と電子移動速度を制御して、n型活性なポリマーを探索した。n型ドープ状態の安定化に働く各種因子を解明し、卑な電位で安定度高く電子貯蔵できるポリマーを合成した。さらに、安定ラジカル種に関する申請者の従来知見を活用し、ニトロニルニトロキシド、フェノキシル、ガルビノキシルおよびセミキノンラジカルへと拡張し、斬新なn型活性物質群として確立した。(1)n型ポリマーの合成前年度に選定されたn型活性なレドックス席を有するメタ(ア)クリレード、スチレン誘導体などを合成し、対応するポリマーを得た。カルボニル基が隣接位に置換したアシルニトロキシドモノマーは、対応するヒドロキシルアミンを出発物として、酸クロ法により保護基、ビニル基を導入して得た。重合後、ベンゾイル基の脱保護、酸化を経てニトロキシドポリマーを得た。(2)n型ラジカルポリマーの拡張ガルビノキシルおよびフェノキシルとの関連から、キノン/セミキノンラジカルをレドックス席に有するポリマーを合成した。セミキノンラジカルの安定度の向上と、キンヒドロン生成の抑制が期待できる主鎖型および剛直なペンダント構造を有するポリマーを合成した。(3)全有機二次電池の試作ポリマー膜内の電子・イオンの拡散過程を解析し、負極活物質と導電性部材との複合化について検討した。本研究は、負極活物質として電極反応速度が大きく、還元ドープにより高容量が期待できる新規なn型活性ポリマーを、既に手がかりのあるニトロキシドラジカルを中心に設計・合成することを目的とした。具体的には、電位と電子移動速度の制御により新しいn型活性なレドックスポリマーを探索することを第一着手とし、任意の電位で安定度高く電子貯蔵できるn型ポリマーを目指して設計・合成した。本年度に得られた成果概要を以下に記す。(1)置換基効果による軌道準位の制御低分子モデルを用いて、種々の有機レドックス活性種の還元電位を実測し、置換基効果などを明らかにした。電子吸引基を導入したニトロキシド誘導体ではn型レドックス活性の発現可を実証した。隣接位にカルボニル基を有するアシルニトロキシド類、ニトロニルニトロキシドおよびガルビノキシルへと拡張し、電子吸引基の適用範囲を明確にした。置換位置の効果をMO計算から明らかにし、MO分布への影響を電子移動速度の実測値から把握した。電子移動速度はサイクリックボルタンメトリーを用いたNicolson法、Tafelプロットによる交換電流密度、ACインピーダンス測定によるナイキストプロットなどから定量し、電極材質や表面の微細構造、吸着種の有無も含め詳細に解明した。(2)n型活性なポリマーの合成選定されたレドックス席を有するモノマーを合成し、ポリマーを得た。酸化還元電位や電子移動の可逆性などを把握し、次年度に幅広く展開する基礎を確立した。
半導体表面/界面における特異な電子フォノン散乱の起源の解明

フォノンによる電子の散乱は,電子材料の電気抵抗を決定する重要な機構である.半導体表面/界面近傍における電子フォノン散乱の増大は,ナノスケールSi電子デバイス内の電気特性を再現するために,経験的に電子輸送の物理モデルに取り込まれてきた.しかし,電子フォノン散乱変調の起源については未だ解明されていない.本研究では,表面/界面の影響が支配的となるナノシート構造内の電子フォノン散乱の実験的評価と原子スケールの計算の比較から,半導体表面/界面近傍における電子フォノン散乱変調の起源を明らかにする.フォノンによる電子の散乱は,電子材料の電気抵抗を決定する重要な機構である.半導体表面/界面近傍における電子フォノン散乱の増大は,ナノスケールSi電子デバイス内の電気特性を再現するために,経験的に電子輸送の物理モデルに取り込まれてきた.しかし,電子フォノン散乱変調の起源については未だ解明されていない.本研究では,表面/界面の影響が支配的となるナノシート構造内の電子フォノン散乱の実験的評価と原子スケールの計算の比較から,半導体表面/界面近傍における電子フォノン散乱変調の起源を明らかにする.
北極海、氷縁域の海氷生成が海況および海洋生物に与える影響についての比較研究

北大流氷研究施設ーアラスカ大海洋研究所国際共同研究の目的当共同研究の目的は2つに大別される。1つは、海氷生成に伴う大気ー海洋間の熱、運動量、炭酸ガス、水蒸気の交換メカニズムの研究等地球環境、気候変動予測に関わる研究である。もう1つの面は、海氷による太陽光線の反射、光の消散、水塊構造変化等海氷の消長が海洋生物環境へ与える影響を明かにすることである。このために3年間にわたって、北極海アラスカ沿岸、ハドソン湾の発達した海氷域と典型的氷縁海であるオホ-ツク海北海道沿岸で以下の観測を実施し、極域、氷縁海の比較研究を行った。研究課題1.海氷生成による大気・海洋間の熱、運動量、物質(水蒸気、炭酸ガス)の輸送機構の変化および氷下乱流境界層の物理過程の研究.[研究成果]オホ-ツク海沿岸の薄氷域に設置されている北大結氷域気象・海象観測システムによる3流氷期間の連続観測、サロマ湖氷上での集中観測(1992年、現在も観測継続中)、ハドソン湾(19891991)、北極海アラスカ沿岸(1992年)での発達した氷域で観測を実施した。その結果、地球環境変動予測の研究に重要な結氷海域とくにこれまでデ-タの少なかった氷縁域における大気ー海洋間の熱輸送係数、運動量輸送係数等種々の物理過程パラメ-タを得ることができた。研究課題2.海氷中の微小藻類(植物プランクトン)と海氷の化学組成、結晶構造、栄養塩類の分布等海氷と生物環境の関わりについての研究.[研究成果]海氷中には藻類生育に充分な栄養物質含まれており、海氷中の微小藻類(アイスアルジ-)量は、豊かな非結氷海と同程度に豊富であることが明かとなった。また、海氷中の光合成藻類の量、およびその分布は、海氷の成長速度に支配されることが明かにされた。この成果は海氷生成と海洋の基礎生産、海洋水産資源の関係研究の第一歩となるものである。研究課題3.音響学的手法による結氷海域の生物、氷状変化の検知法の研究.[研究成果]水中マイクロフォンで得られる結氷域の水中音響の解析によって、氷海域の哺乳動物の挙動、海氷の破壊、屈曲等の海氷の動態が進められた。研究課題4.海氷による日射の減衰と生物光環境の研究.[研究成果]オホ-ツク海沿岸の定着氷および海上保安庁の巡視船"そうや"による沖合い結氷域において、光量子量(日射の強さ)とクロロフイルーaの鉛直分布の観測を実施した。結氷域での光環境と生物量、栄養塩分布の関係については現在解析中である。研究課題5.オホ-ツク海北海道沿岸の結氷開始時期および氷厚の予測法の確立.[研究成果]オホ-ツク海北海道沿岸の結氷初日および氷厚を気象条件(気温、風速)から推定することを試みた。実測との比較の結果、その実用性が確かめられた。この成果は、今後の結氷沿岸域の水産、航行の安全に有効に活用され得るものである。研究課題6.オホ-ツク海北海道沿岸の流氷勢力の長期変動.[研究成果]北大流氷観測レ-ダ-による23年間の流氷勢力と気温との関係を調べ、気候温暖化による沿岸の流氷勢力への影響を予測した。その結果、秋から冬3月までの平均気温がこれまでよりも3度上昇すと沿岸流氷は生成されないこと等が予測されたこの成果は気候温暖化によって氷海域の海洋生物環境、海洋生産力が如何なる影響を受けるかを研究する上で重要なものである。研究課題2.海氷中の微小藻類(植物プランクトン)と海氷の化学組成、結晶構造、栄養塩類の分布等海氷と生物環境の関わりについての研究.[研究成果]