hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
米国高等教育におけるアクレディテーションの展開過程と現状に関する研究

本研究は、アメリカ合衆国の主要な大学評価・質保証システムであるアクレディテーション(基準認定/適格認定)を対象に、その展開過程と現状を比較的視野から分析することを通じて、アクレディテーションの理念と現状、ステークホルダーとの関係を実証的に明らかにし、以てわが国における大学評価制度の有効なあり方について示唆を与えるものである。本年度は、米国アクレディテーションの制度に関する現状の解明と、近年、新たに重要な課題として登場してきたラーニングアウトカム(学生の学習成果)の現状の解明に取り組んだ。前者については、アクレディテーションの全体像、およびアクレディテーション団体に対する認証制度について明らかにすると同時に、機関別・専門分野別アクレディテーションの概要について分析を行った。さらに、アクレディテーションを含めた米国高等教育の質保証の構造についてその全体像を把握するための検討を行った。後者については、なぜラーニングアウトカムが求められるようになったのか、どのような主体がどのようなかたちでその動きに関わっているのかについて考察した上で、機関別・専門分野別アクレディテーションの個別の事例を取り上げて検討を行った。その結果、ラーニングアウトカムの重要性については大学内外である程度の合意が得られつつあるものの、その内実にはかなりの幅が認められ、それゆえ、ラーニングアウトカムに対する捉え方には多様性があることが明らかとなった。以上、本研究で明らかにしてきた課題は、大学評価が法制化され、その本格的な取り組みがはじまると同時に、すでに現状に対する見直しが進められつつある日本の現状に照らして、さまざまな示唆を持つ。質保証の構造とそこにどのような主体が関わるのかという点は、政府主導で評価の枠組みが構築されつつある日本の現状に対して、大学の主体的な関与の重要性を示唆する。また、ラーニングアウトカム測定の必要性は日本でも各所で論じられてはいるが、その実態はいまだ不透明であり、米国の現状はラーニングアウトカムの内実について検討していく上で参考となる。本年度は、米国アクレディテーションにおいて、近年、新たな課題として登場してきたラーニングアウトカム(学生の学習成果)の現状の解明と、学士課程教育の体系的構築を構想する上でのアクレディテーションの機能の解明に取り組んだ。前者については、なぜラーニングアウトカムが求められるようになったのか、どのような主体がどのようなかたちでその動きに関わっているのかについて考察した上で、アクレディテーションの個別の事例を取り上げて検討を行った。後者については、機関別・専門分野別アクレディテーション団体、それ以外の大学団体における近年の動向を抑えた上で、わが国でも重要なイシューとなりつつある学士課程教育の構築を考える上で、これらの提示する枠組みがどのような意義を持ちうるのかについて考察を行った。その結果、従来、学士課程教育を構成する基本的な要素として位置づけられてきた一般(共通)教育と専門教育とが、現代では統合された視点から目標を共有し、有機的な連携を持つ必要が認識されるようになってきたこと、および、従来日本では一般(共通)教育の改革に議論の焦点が置かれる傾向がみられたが、むしろ専門教育を変革・拡張するための議論の枠組みが必要であるということを提示した。今年度は、アクレディテーションとアメリカのリベラル・エデュケーション(教養教育)、および学士課程教育との関係に重点を置いて調査研究を行った。具体的な調査として、アクレディテーション団体(西部地区大学基準協会、アメリカ教養教育協議会)と教養教育に関わる全国団体(アメリカ大学・カレッジ協会、アメリカ理事・卒業生協議会)への訪問調査および資料分析を行い、合わせて、個別大学におけるアクレディテーションと質保証の活動について、訪問調査・資料分析を行った(研究大学の事例としてカリフォルニア大学バークレー校とスタンフォード大学、リベラルアーツ・カレッジの事例としてセントジョンズ・カレッジを取り上げた)。研究成果としては、2つの論考と4つの学会発表を通して、以下の3点に関する検討を行った。(1)調査対象とした大学諸団体の活動を参考にしながら、アメリカにおけるリベラル・エデュケーションの考え方について概念整理を行い、学士課程教育の評価の枠組みについて検討した。(2)1980年代以降のアメリカにおいて、学士課程教育に関する議論がいくつかの異なる流れを有していたことを明らかにし、そこにおいて学士課程教育の評価の枠組みにどのような異同がみられるかについて検討した。(3)アメリカの高等教育機関の多様性について、その歴史と現状を概観し、それに即して学士課程教育やその評価のあり方に多様性がみられること、同時にそこには機関の特性を超えた共通性・統合性を志向する動きも指摘できることを明らかにした。
屋外PIVによる都市乱流組織構造の生成メカニズム解明

風洞実験により,壁面乱流内のコヒーレント構造の地表面幾何依存性を検討した.各地表面幾何上の水平断面における流速分布に対してPOD(直交基底分解)を適用し,乱流構造のスケール分離を行った.水平断面内の風速変動について,2点相関係数の分布を求め,乱流構造の平均的な形状を可視化したところ,新たに以下の所見が得られた.1.壁面近傍に発達するストリーク状の乱流構造は,フラットな地表面や建物のある都市型の地表面でも観測され,地表面の幾何性状に関わらず普遍的に存在することが確認された.2.乱流構造の空間スケールは地表面性状に大きく依存するが,内部境界層の厚さと速度勾配による整理が効果的である.3.対数則層内の乱流構造の長さと幅の比をとると,地表面性状には依らずに,その高度における速度勾配の大きさによって一意に決定される.これらの乱流構造の形状と速度勾配の関係は,数値シミュレーションにおいても再現された.また,数値シミュレーションを用いた乱流の3次元構造の可視化から,地表面近傍のストリーク構造と上空のストリーク構造では,内包する渦構造の分布が異なることが分かった.上空での乱流構造の発達には,下層の乱流構造の有無が重要であることが予測される.このような乱流の性質から,都市型の境界層では下層の乱流構造を強制的に発生させることで上空の乱流構造が活発になると考え,1つの高層建物を配した数値実験により,その有用性を確認した.屋外および風洞において、都市の建物群を模したスケールモデル実験を行った。実験で用いたParticle Image Velocimetry(PIV)は2次元断面の流速を計測できる手法であり、瞬間的な流れの構造を議論することが可能である。これまでは、実験手法の制約などから、平均の流れ場に重点が置かれてきたが、汚染物質の拡散などは非定常的なプロセスであり、流れの瞬間像を知ることは、そのような非定常現象の理解に対して必要不可欠である。本研究では、大気乱流下において、都市キャノピー層の上端部に発達するせん断層を可視化することに成功し、それが上空からの下降流と街区からの上昇流によって変動していることを示した。また、街区内で間欠的に発生する大規模上昇流を捉え、その上昇流の発生が都市上空に発達する乱流の組織構造に大きく関係していることを示した。この大規模上昇流は、キャノピー層の上端部において通常の4倍程度の運動量フラックスを持つような流れ場である。このことから、大規模上昇流の発生に関わる乱流組織構造の制御が可能となれば、熱や汚染物質、水蒸気の最大のソースであるキャノピー層から上空へのより効率的な乱流輸送が期待できる。そこで、組織構造が地表面性状によってどのように変化するかを調べるために、いくつかの性質の異なる地表面幾何を用意し、PIVを用いた流速測定を行った。本年度は、キューブブロックを正方配列に並べたケース、高さの異なるブロックを正方配列に並べたケースに加えて、平板の3ケースを検討した。それぞれのケースで見られた乱流構造の水平断面の大きさを比較したところ、いずれのケースにおいても相似性が見られ、構造の長さと幅の比が内部境界層で規定できる可能性が示唆された。前年度までの研究により、都市の街区空間からの物質の拡散現象は,上空に発達する大規模な乱流構造の影響を受けていることが分かってきた.そこで,このような乱流構造が地表面の幾何特性によってどのように変化するのかを検討するため,風洞において4つの異なる特性を持つ地表面幾何を用意し,粒子画像流速測定法を用いて,その上空に発達する乱流構造の比較を行った.その結果、新たに以下の所見が得られた。1.壁面近傍に発達するストリーク状の乱流構造は,フラットな地表面や建物のある都市型の地表面でも観測され,地表面の幾何性状に関わらず普遍的に存在することが確認された.2.乱流構造の大きさは,地表面性状に大きく依存する.また,地表面からの距離にも関係し,地表面に近いところでは,高度が上がるほど乱流構造は大きくなり,ある臨界高度を超えると,高度が上がるほど構造が小さくなっていくことが確認された.臨界高度については,地表面の抵抗が大きくなるほど高くなるという傾向が見られた.しかしながら,境界層厚さを用いて乱流構造の長さを無次元化すると,地表面幾何の違いに関わらず,シアのみの関数として表されることが分かった.3.各高度の乱流構造の長さと幅のアスペクト比をとると,地表面性状にはよらずに,その高度における速度勾配の大きさによって一意に決定されることが示された.また,シアが弱い時には,速度勾配に比例してアスペクト比が増大するが,シアが強くなってくるとアスペクト比がそれ以上増大しない領域が現れる.強いせん断によって生じたケルビン・ヘルムホルツ不安定性により,構造が分断される可能性が考えられる.風洞実験により,壁面乱流内のコヒーレント構造の地表面幾何依存性を検討した.各地表面幾何上の水平断面における流速分布に対してPOD(直交基底分解)を適用し,乱流構造のスケール分離を行った.水平断面内の風速変動について,2点相関係数の分布を求め,乱流構造の平均的な形状を可視化したところ,新たに以下の所見が得られた.

1.壁面近傍に発達するストリーク状の乱流構造は,フラットな地表面や建物のある都市型の地表面でも観測され,地表面の幾何性状に関わらず普遍的に存在することが確認された.2.乱流構造の空間スケールは地表面性状に大きく依存するが,内部境界層の厚さと速度勾配による整理が効果的である.3.対数則層内の乱流構造の長さと幅の比をとると,地表面性状には依らずに,その高度における速度勾配の大きさによって一意に決定される.これらの乱流構造の形状と速度勾配の関係は,数値シミュレーションにおいても再現された.また,数値シミュレーションを用いた乱流の3次元構造の可視化から,地表面近傍のストリーク構造と上空のストリーク構造では,内包する渦構造の分布が異なることが分かった.上空での乱流構造の発達には,下層の乱流構造の有無が重要であることが予測される.このような乱流の性質から,都市型の境界層では下層の乱流構造を強制的に発生させることで上空の乱流構造が活発になると考え,1つの高層建物を配した数値実験により,その有用性を確認した.
無限次元多様体の指数定理と非可換幾何学

本研究の目標は,KK理論などの非可換幾何的な道具立てを用いて無限次元多様体に対する指数定理を定式化し証明することである.その目標のための最も大きな障害は,無限次元多様体上の連続関数環が適切に定義できない点にある.しかし,ヒグソンらは,非可換C*環を用いて,無限次元空間の「関数環」と見なせるもの(以後HKT環)を構成した.計画段階では,それを参考に新たにC*環を構成する予定でいたが,本年度,目指すべき定理を少し書き換えることで,HKT環によってその書き換えた定理の無限次元版(の一部)を証明することに成功した.その構成のポイントは,表現論などを用いた既存の「無限次元解析」を定量化することにある.これは例えるならば,「無限変数の多項式環」のそれぞれの要素は(定義から)有限個の変数しか含まないのであるが,その定義を「収束する無限和」に置き換えることに相当する.このような構成は「連続関数環」と見なせるC*環と相性が良い.さて,その定理の定式化には,ループ群に関する同変KK理論の構成が必要であった.論文の段階ではカスパロフ積の存在や一意性が保証されていない不完全なものであったが,その後の研究によってそのような性質が保証される定式化を見つけた(未発表).最近では,そのループ群同変KK理論を用いてフリードらによるループ群の表現論とねじれ同変K理論の間の同型定理を,より直接的に証明できるのではないかと考察しており,ループ群同変KK理論は,今後重要性を増していくはずである.今後についても,今年度の結果をさらに発展させる形で研究を進めていきたい.例えば,非コンパクト多様体のKホモロジー群は,係数付きの,コンパクト台でないK理論と同型である(ポアンカレ双対).そのようなK理論は無限次元多様体に対しても意味を持つため,本年度構成したKホモロジー群との同型が証明できれば非常に面白い結果になる.新たな「関数環」の構成をスキップできる定式化を見つけられたため,それぞれのKK群の元の構成に力を入れることができ,順調に研究が進んでいる.これまでの方針通り,作用素環的な枠組みで指数理論を考察していくのであるが,今後はフリードらによるループ群の表現論とねじれ同変K理論の間の同型定理や,位相的K理論との間の関係など,既存のものとの関連も調べていきたい.本研究の目標は,KK理論などの非可換幾何的な道具立てを用いて無限次元多様体に対する指数定理を定式化し証明することである.その目標のための最も大きな障害は,無限次元多様体上の連続関数環が適切に定義できない点にある.しかし,ヒグソンらは,非可換C*環を用いて,無限次元空間の「関数環」と見なせるもの(以後HKT環)を構成した.計画段階では,それを参考に新たにC*環を構成する予定でいたが,本年度,目指すべき定理を少し書き換えることで,HKT環によってその書き換えた定理の無限次元版(の一部)を証明することに成功した.その構成のポイントは,表現論などを用いた既存の「無限次元解析」を定量化することにある.これは例えるならば,「無限変数の多項式環」のそれぞれの要素は(定義から)有限個の変数しか含まないのであるが,その定義を「収束する無限和」に置き換えることに相当する.このような構成は「連続関数環」と見なせるC*環と相性が良い.さて,その定理の定式化には,ループ群に関する同変KK理論の構成が必要であった.論文の段階ではカスパロフ積の存在や一意性が保証されていない不完全なものであったが,その後の研究によってそのような性質が保証される定式化を見つけた(未発表).最近では,そのループ群同変KK理論を用いてフリードらによるループ群の表現論とねじれ同変K理論の間の同型定理を,より直接的に証明できるのではないかと考察しており,ループ群同変KK理論は,今後重要性を増していくはずである.今後についても,今年度の結果をさらに発展させる形で研究を進めていきたい.例えば,非コンパクト多様体のKホモロジー群は,係数付きの,コンパクト台でないK理論と同型である(ポアンカレ双対).そのようなK理論は無限次元多様体に対しても意味を持つため,本年度構成したKホモロジー群との同型が証明できれば非常に面白い結果になる.新たな「関数環」の構成をスキップできる定式化を見つけられたため,それぞれのKK群の元の構成に力を入れることができ,順調に研究が進んでいる.これまでの方針通り,作用素環的な枠組みで指数理論を考察していくのであるが,今後はフリードらによるループ群の表現論とねじれ同変K理論の間の同型定理や,位相的K理論との間の関係など,既存のものとの関連も調べていきたい.
細胞運動における細胞極性決定の分子機序に関する研究

これまでにインテグリンを介する細胞の接着と運動制御において、paxillinとp130Casのチロシンリン酸化が重要な役割を果たすこと、その内paxillinのTyr31/118のリン酸化が上皮細胞の運動先端部におけるRhoAの活性抑制に関与してしていることを明らかにしてきた。今回、paxillinのTyr40/181のリン酸化が、運動する上皮細胞においてCdc42とRac1の活性制御に深く関与することを明らかにし、そのことによりpaxillinが細胞運動極性の制御に深く関わることを示した。即ち、これまでの我々の知見(JBC,275,27155(2000))に加え、今回FRET法(阪大、微研、松田道行先生との共同研究)での評価も行った結果、Tyr40/181のリン酸化変異体を発現させた上皮細胞では、運動中にCdc42とRac1の正常を逸脱した活性化が起っていることを明らかにすることができた異常な活性化が起る部位とその方向への運動極性のぶれは概ね一致していた。Tyr31/118の変異体ではこのようなことは観察されなかった。この異常な活性化は細胞の局所でのみ観察されることであり、細胞全体のCdc42やRaclの活性量を生化学的に測定しても、コントロールと比べ有為な変化を補足することはできなかった。現在、Cdc42やRac1の活性制御に到るTyr40/181のリン酸化の下流シグナル分子を同定する為、最近、Birchmeirらが開発した新しいTwo hybrid systemを導入し、解析を進めている。我々は、インテグリン裏打ち蛋白質であるパキシリンが、インテグリン活性化に伴い4ケ所ののチロシンリン酸化を受けること、それら複数部位でのリン酸化の制御が上皮細胞運動制御に深く関与することを明らかにし、報告してきた。細胞が運動する際には、運動の細胞極性が決定されなければならない。今年度は、運動している上皮細胞の細胞極性決定と運動の方向の持続性(directional persistency)の制御に深く関与するパキシリンのリン酸化制御を同定した。引き続き、細胞生物学的解析を行い、パキシリンのリン酸化制御が細胞内Cdc42の制御と密接に関連していることを明らかにした。現在、当該リン酸化部位への結合蛋白質を同定すべく、合成ペプチドを用いた蛋白質結合assayを組み、解析を進めているが、未だ、確定的な結果は得られていない。
トリフルオロメチル不斉骨格をもつ新規な反強誘電性液晶に関する研究

下図に示す構造の液晶(n=1、2、3、4、5、6)を合成し、その液晶特性を検討した。示差走査熱量分析装置により、全ての化合物が液晶相を発現することが確かめられ、相転移温度および転移のエンタルピー変化の測定をおこなった。また、液晶を測定セルにはさみ込み誘電率の測定をおこない、全ての液晶において反強誘電性液晶に特徴的な誘電率変化を観測した。また、液晶セルに種々の電場を印加して、液晶の電気光学的な効果を観察することにより、全ての液晶化合物において反強誘電性液晶に特徴的な現象が観察された。すなわち、三角波を印加したときの2本の分極反転ピークと、透過光量の二重ヒステリシス変化が観察された。また、ホメオトロピック配向した液晶のシュリーレン組織を詳細に観察することにより、反強誘電性液晶に特徴的に発現するディスピレションを見出すことができた。液晶の混和試験では、既知のトリフルオロメチル不斉骨格をもつ反強誘電性液晶とScA^*相で混和することが確かめられた。以上の結果から、今回合成した全ての液晶化合物は反強誘電性を示すScA^*相を持っていることを確認できた。
高密度点群情報の地形学的な高度利用と最適化：流域地形環境変動の抽出からその先へ

本年度は、HD-PCD(高密度点群情報)に関する研究動向の把握を文献調査により引き続き行った。とくに,流域で生じる自然現象を対象とした既存および新たなHD-PCD取得解析の手法体系を整理した。この手法の検証として,新しいHD-PCD取得機材を用いた試験計測を現地観測として実施した。たとえば,SLAMによるモバイルレーザ測器やハイパースペクトルカメラを搭載したUAVの試験飛行を実施し,その有効な適用方法を検討した。一方,前年度から引き続き,HD-PCD解析の実際の適用を実施した。具体的には,流域地形環境の変動が大きい地点である大谷崩(静岡県),九十九里海岸(千葉県),泥火山(新潟県)などで調査を実施し,また新たな調査可能地域も開拓した。これらのデータからは,とくに地形特徴の抽出に注力し,時空間変化抽出の基礎情報としてアーカイヴした。さらに,データ共有のためのコンテンツ整理を行った。共同研究利用システムを援用し,蓄積された点群およびその派生データを整理し投入した。これにより,取得データや開発したツールの利用が外部者でも可能となり,流域地形環境に限定されない,HD-PCDの多様な使用用途を発掘できるようになることが期待される。また,高精細地形情報に関するシンポジウム・ワークショップおよび国際会議(JpGU, EGU, AOGS)におけるテーマ別セッションを主催・共催した。これにより,HD-PCD取得の最新技術など情報収集や,HD-PCD解析にかかる問題点,学術的・産業的適用事例の報告など,研究者間での情報共有を行った。さらに,高精細地形情報の新しい活用手段として,博物館等における企画展及びワークショップを複数開催した。これは,考古分野,アート分野との異分野間連携を促すものであり,学際的な枠組みにおけるアウトリーチ活動に対しての本研究の影響力が評価された。各種対象地における多様な手法による現地計測の実施,データ解析,ウェブサイトおよびデータ共有システムの構築・運営など,前年度に引き続き,基幹的な部分に関しては計画通りに進行した。また,各種情報発信の起点として,独自のウェブサイトの管理運営を行った。昨年度大幅に刷新されたウェブサイトにおいては,視認性やアクセシビリティなどの向上に引き続き努めた。各種シンポジウム,ワークショップの運営も順調に進んだ。2018年4月には,EGU(欧州地球科学連合)2018年大会において,UAVの自然災害における利活用に関するPICOセッション(ライトニングトークとデジタルポスターを組み合わせた発表形式)の共同コンビーナとして参加し,多数の研究者と議論を交わした。2018年5月には,JpGUにおいて国際セッションをコンビーナとして主催し,高精細地形地物情報に関する研究の議論の場を設けた。2018年6月にはアジアオセアニア地球科学会に参加し,点群データの活用に関わるセッションをコンビーナとして運営した。2019年2月には「第6回高精細地形情報シンポジウム」を開催し,様々な関連分野の研究者・技術者の間で,データの取得から活用までの総合的な議論が交わされ,今後の進展についても指針が得られた。この他にも,関連するテーマにおける小規模な研究会やワークショップを複数回にわたって実施した。各種対象地における現地計測の継続とともに,蓄積されるデータの処理とアーカイヴ化をさらに推進する。また,その過程で得られた解析手法の最適な手順やノウハウの整理を引き続き行う。加えて,国内におけるワークショップや,国際会議におけるセッション企画を継続し,関連する研究者間との情報共有と,ニーズの吸い上げ,今後の展開に関する議論を行う。国際学術誌における特集号もしくは専門書の編成を検討し,関連する研究を総合・統括的に推進することで,本研究を総括する。本年度は,1)文献調査によるHD-PCD(高密度点群情報)に関する研究動向の把握を行い,これまでにあまり対象とされていない地形現象も含め,現地で必要とされるデータ取得および解析手法の系統的な整理と,最適な手法選択肢を検討した。2)並行して,地表面で生じる自然現象を対象とした既存および新たなHD-PCD取得解析の手法体系を整理した。このために,既存の機材に加え,最新のHD-PCD取得機材を試験的に利用し,SLAM技術を併せたUAVやハンドヘルドによる安価なモバイルレーザ測量(MLS),全天球カメラによる全方位SfM(Pano-SfM)などの有効な適用方法を検討した。3)既存・新規双方の機材を用いたHD-PCD解析の実際の適用を,現地調査に基づき実施した。具体的には,流域地形環境の変動が大きい地点である大谷崩(静岡県),阿蘇仙酔峡(熊本県),九十九里海岸(千葉県)などで調査を実施した。他にも,火山,湖沼,森林など,新たな調査可能地域を検討・開拓した。とくに地形特徴の抽出に注力し,時空間変化抽出の基礎データとした。4)データ共有のためのシステム整備と既存コンテンツの整理を行った。共同研究利用システムJoRASを援用し,蓄積された点群およびその派生データを整理し投入し,データ共有・解析のためのシステム改修計画の検討を進めた。5)また,高精細地形情報に関するシンポジウム・ワークショップおよび国際会議(JpGU, EGU, AOGS)におけるテーマ別セッションを主催・共催した。

各種対象地における多様な手法による現地計測の実施,データ解析,ウェブサイトおよびデータ共有システムの構築・運営など,基幹的な部分に関しては計画通りに進行した。とくに,共同研究支援システムを利用して,関連する研究者間で取得データの共有・利用を可能とし,そのコンテンツを増強した。また,これらのデータ・ツール群への入口として,また各種情報発信の起点として,独自のウェブサイトの管理運営を行った。ウェブサイトは大幅な刷新を行い,視認性やアクセシビリティなどの向上に努めた。2017年4月には,EGU(欧州地球科学連合)2017年大会において,セッションの共同コンビーナとして参加し,多数の研究者と議論を交わした。加えて5月には,JpGUにおいて国際セッションをコンビーナとして主催し,高精細地形地物情報に関する研究の議論の場を設けた。10月には東京大学柏キャンパス一般公開において機器展示と体験会を行い,本手法の一般普及につとめた。2018年1月には国連のサポートによるGNSSワークショップに講師として参加した。2018年2月には「第5回高解像度地形情報シンポジウム」を開催し,ワークショップも実施しつつ,様々な関連分野の研究者・技術者の間で,データの取得から活用までの総合的な議論が交わされ,今後の進展についても指針が得られた。この他にも,関連するテーマにおける小規模な研究会やワークショップを複数回にわたって実施した。さらに,Progress in Earth and PlanetaryScience (PEPS / Springer),Natural Hazard and Earth System Science (NHESS / Copernics)の2つの国際学術誌において,高精細地形情報に関する特集号を編集者として企画・実施し,多方面からの学術論文を募集し編成した。本年度は、HD-PCD(高密度点群情報)に関する研究動向の把握を文献調査により引き続き行った。とくに,流域で生じる自然現象を対象とした既存および新たなHD-PCD取得解析の手法体系を整理した。この手法の検証として,新しいHD-PCD取得機材を用いた試験計測を現地観測として実施した。たとえば,SLAMによるモバイルレーザ測器やハイパースペクトルカメラを搭載したUAVの試験飛行を実施し,その有効な適用方法を検討した。一方,前年度から引き続き,HD-PCD解析の実際の適用を実施した。具体的には,流域地形環境の変動が大きい地点である大谷崩(静岡県),九十九里海岸(千葉県),泥火山(新潟県)などで調査を実施し,また新たな調査可能地域も開拓した。これらのデータからは,とくに地形特徴の抽出に注力し,時空間変化抽出の基礎情報としてアーカイヴした。さらに,データ共有のためのコンテンツ整理を行った。共同研究利用システムを援用し,蓄積された点群およびその派生データを整理し投入した。
光エネルギーを有効利用する金属ポルフィリン錯体の電子移動反応と光水素発生反応

本研究は電子供与体-光増感剤-電子伝達体-触媒の四成分の間で電子伝達を行うことで、水溶液中で光水素発生反応を行い、光励起分子内電子移動過程を明らかにすることを目的としている。これまでの所、光増感剤(ポルフィリン誘導体)と電子伝達体(ビオローゲン誘導体)をメチレン鎖で化学的に結合させたポルフィリンの合成を行ってきた。具体的には、触媒として酵素ヒドロゲナーゼ又は白金-金合金コロイドを用いるために、ビオローゲン誘導体の末端を前者の場合はアミノ基に、後者の場合はチオアルキル基にしたものを合成した。光増感作用のあるポルフィリン部分は疎水性にして側鎖にアミノ基を導入する事によって水溶性にした。このような分子設計はポルフィリン部位と水溶性であるビオローゲン部位が水溶液中で重なり合い、光励起した電子を失活するのを防ぎ、効率的な電子移動反応が起こる事を想定している。ポルフィリン誘導体の合成は、合成ルートを様々な方法で検討した結果、4-ブロモベンズアルデヒドを出発原料とした。4-ブロモベンズアルデヒドのアルデヒド部分をオルトギ酸エチルによって保護し、不活性ガス化にてGrignard化した。これに大過剰の1,4-ジブロモブタンを加える事によって4-(4-ブロモブチル)ベンズアルデヒドを得た。この化合物のブロモ基をアミノ基に置換するのはGabriel反応が最適であった。得られた化合物、4-ピリジンアルデヒド、ピロールをプロピオン酸中で還流する事によってポルフィリン誘導体を合成した。精製はカラムクロマトグラフィーによって行った。このポルフィリン誘導体に大過剰のビオローゲン誘導体を導入し、電子伝達体結合型のポルフィリン誘導体を合成した。尚、ビオローゲン誘導体は4,4'-ビピリジルに大過剰の臭化アミノエタン又はチオール部位をトリチル基で保護したプロモアルキルチオールを加える事により合成した。具体的には、触媒として酵素ヒドロゲナーゼ又は白金コロイドミセルを用いることを想定して、ビオローゲン誘導体の末端を前者の場合はアミノ基に、後者の場合は長鎖アルキル基にしたものを合成した。得られた化合物(3等量)と4-ピリジンアルデヒド(1等量)とピロール(4等量)をプロピオン酸中で還流する事によってポルフィリン誘導体を合成した。今後、このポルフィリン誘導体のピリジン部位にビオローゲンを導入し、電子伝達体結合型のポルフィリン誘導体を合成し、水溶液中における光水素発生反応を行う予定である。併せて光励起分子内電子移動過程を明らかにする。

このポルフィリン誘導体に大過剰のビオローゲン誘導体を導入し、電子伝達体結合型のポルフィリン誘導体を合成した。尚、ビオローゲン誘導体は4,4'-ビピリジルに大過剰の臭化アミノエタン又はチオール部位をトリチル基で保護したプロモアルキルチオールを加える事により合成した。
高血圧症の血管平滑筋細胞膜Ca^<2+>,Na^+ポンプに対するEDLFの作用機序

研究成果の概要(最終年度)高血圧症の病因論の一つとして、血管平滑筋細胞細胞膜の固有のイオン輸送の異常が報告されている。加えて最近の研究においては、血管平滑筋細胞と血管内皮細胞の相互作用に関しての報告が多くみられる。血管平滑筋細胞細胞と内皮細胞の相互作用を仲介するのは内皮細胞由来のパラクリンホルモンであるエンドセリン(ET-1)、EDRFそれにプロスタグランジン等がある。平成4年、5年度を通じて本研究においては、1)内皮細胞由来のET-1の血管平滑筋細胞細胞膜イオン輸送系への影響を検討する事と、2)血管平滑筋細胞-血管内皮細胞の相互作用を同時培養系を開発する事に焦点をあてた。前者に関しては、EC由来血管平滑筋弛援因子(EDRF)のVSMC膜の能動的CA-、Na-pumpへの影響を検討した成績は未だ認められない。また、後者は全く新しい研究テーマである。さて、テーマ1)から明らかになった点は、ET-1がNa-Kポンプ、Na-K cotransport、Na-H antiportのいずれも亢進させしめる事、さらにET-1は細胞内へのCa influxを刺激する事によって、血管平滑筋細胞内の遊離Ca濃度も上昇させる作用を持つ事が明かとなった。これらの研究成果から、主に内皮由来のホルモンのVSMC収縮調節機序の一部が明らかになった。尚、2)の研究に関しては技術的に難しい事と時間不足のため未だ完遂には至っていない。本年度の研究目的は、ECとVSMCの培養系を用いて細胞膜レベルでのECとVSMC間のEDRFやエンドセリン(ET-1)を介した局所調節機構の生理学的解明と、高血圧症でみられるこの調節系の異常の解明を目的とする。このため、新たに培養ECと培養VSMCの同時培養系を開発、作製しさらにこの上清中に遊離されるEDRFのVSMC膜Na-、Ca-pump活性をsteady stateの状態で測定した。加えて高血圧ラット(SHR)と正常血圧ラット(WKY)由来のECとVSMCの同時培養を行い、高血圧症での両細胞間の局所調節機構の解明し、本態性高血圧症の病因を明らかにする事である。このため1)SHRとWKY由来の培養血管平滑筋(VSMC)と培養内皮細胞(EC)系の各々の確立と、2)さらにこの両細胞系の同時培養系の開発、導入を要した。2)の系でVSMCの細胞内、外のcationに関してsteady stateの条件下でのCa^<2+>、Na^+-pumpの活性の測定をした。同時培養は、培養EC系が確立後、VSMCとECを同じwell内で二層にし、ECの培養条件下で培養した。Ca^<2+>-、Na^+-pump活性は、著者らが従来開発したsteady-stateの条件下で^<22>Na washout、^<45>Ca washout法によって求めた(Proc Soc Exp Biol Med 188:70,1988)。これを利用しEDRF-sensitive Keを求め、EDRFによってpumpがどの様な影響を受けるかを評価した。ここでEDRF sensitiveとは、N-monomethyl-L arginine(NMMA:EDRFの阻害剤)によって抑制されるKeのcomponentをさす。現行では、同時では、同時培養の確立が若干遅れているため、preliminaryとして、上記の方法論を用いてVSMCにおいて、外因性に投与したETとNOのイオン輸送に与える影響を検討し以下の知見を得た。1)培養血管平滑筋(VSMC)細胞膜Ca^<2+>-pump、ならびにNa^+-pumpはいずれもエンドセリン(ET)の添加によって著しく亢進する。この作用は、細胞膜Na^+-H^+-antiportの刺激作用を介し、二次的に惹起されている可能性があった。2)NO基を有する薬剤は細胞内cyclic GMPの活性化を惹起する。

この細胞内cyclic GMP上昇は、VSMC増殖能に対し抑制的に働く可能性が示唆された。3)1)で述べたETの作用は、SHR VSMCにおいてWKY VSMCに比較して有意に亢進していた。以上のことから高血圧の細胞では外因性の昇圧物質に対する反応性の亢進が考えられ、高血圧の増彫悪因子の一因を担っている可能性が示唆された。また、内皮細胞(EC)由来の血管作働物質ET、NOは、VSMCのCa^<2+>-pump、Na^+-pumpの活性に影響を与えVSMC収縮性を調節おり、高血圧では恐らくこのEC-VSMC間の調節系が異常に亢進していることが考えられた。研究概要(当該年度)高血圧症の病因論の一つとして、血管平滑筋細胞細胞膜の固有のイオン輸送の異常が報告されている。我々の研究室においても過去SHRを用いて培養血管平滑筋細胞膜に固有のNa-Kポンプ異常等を報告してきた。最近の研究においては血管平滑筋細胞細胞と血管内皮細胞の相互作用に関しての報告が多くみられる様になってきた。血管平滑筋細胞細胞と内皮細胞の相互作用を仲介するのは内皮細胞由来のパラクリンホルモンであるエンドセリン(ET-1)、EDRFそれにプロスタグラジン等がある。平成4年度に引き続き本研究においては、1)内皮細胞由来のET-1の血管平滑筋細胞細胞膜イオン輸送系への影響を検討する事と、2)血管平滑筋細胞-血管内皮細胞の相互作用を同時培養系を開発する事に継続して焦点をあてている。後者に関しては、平成4年度の報告書に記載した事であるが、ET-1がNa-Kポンプ、Na-K cotransport、Na-H antiportのいずれも亢進させしめる事が明かとなった。さらに、ET-1は細胞内へのCa influxを刺激する事によって、血管平滑筋細胞内の遊離Ca濃度も上昇させる作用を持つ事も明かとなった。平成5年度は次のステップとして血管平滑筋細胞と内皮細胞の相互作用を検討するべくco-cultureの開発に進んだ。しかしながら、この研究テーマに関しては技術的に内皮細胞の系代培養が極めて難しく(具体的にはラット血管内皮細胞は18%FCSにても、容易に系代培養ができない)時間不足のため未だ完遂には至っておらず今後の課題として残った。
精密測定実験に基づくテラスケール素粒子模型の研究

素粒子標準模型が内包する「ゲージ階層性問題」に対する有力なアプローチの一つである、RandallとSundrumによって提唱された、「湾曲した余剰次元を持つ素粒子模型」が予言する新粒子のLHC実験における生成・崩壊について詳細に調べた。(1)強い相互作用のゲージ粒子であるグルーオンが余剰次元方向に伝搬する場合に生じる、Kaluza-Kleinグルーオン(以下KKグルーオン)のLHC実験における生成・崩壊を詳しく調べた。電弱精密測定実験やフレーバー実験等の結果から、模型に対して現象論的に許されるシナリオはKKグルーオンが第3世代のクォークとのみ強く相互作用するような場合である。従来、このようなシナリオではKKグルーオンがトップクォークへと崩壊する過程について調べられてきた。本研究では、ボトムクォークがトップクォークとSU(2)二重項を形成することから、ボトムクォークへの崩壊チャネルを用いた探索可能性について、モンテカルロ・シミュレーションに基づき、分析を行った。QCDバックグラウンドの影響を抑制するために運動学的変数に課すカット等の条件を工夫したところ、KKグルーオンとボトムクォーク間の結合定数の大きさに関するいくつかのシナリオにおいて、1.5TeV程度の質量を持つKKグルーオンを5シグマ以上の有意さで見出す可能性があることを示した。(2)湾曲した余剰次元模型では、2枚のD3ブレーン間の距離を一定の値に安定させることでゲージ階層性問題を説明している。この安定化の帰結として、ラディオンと呼ばれるスカラー粒子が電弱スケール程度の質量を持つ。本研究ではラディオンの生成崩壊が標準模型のヒッグス粒子と似ていることから、LHCでのヒッグス探索実験結果を用いてラディオンの質量や結合定数等に対する制限を調べ、それがこれまでに他の実験から得られていたものよりも厳しいということを示した。25年度が最終年度であるため、記入しない。(1) B中間子の崩壊、特にレプトにック及びセミ・レプトにック崩壊における、超対称性模型のRパリティを破る相互作用の寄与について、Bファクトリー実験の結果から与えられる制限について調べた。B中間子がD中間子、荷電レプトン、ニュートリノへの3体崩壊において、その分岐比が標準模型とは異なっているという実験結果を受け、スカラーレプトン、スカラークォークの交換するファインマン・ダイアグラムを評価し、また従来考慮されていなかった、複数ダイアグラム間の干渉効果を考慮することでRパリティを破る相互作用に関する定量的制限を得た。また、B中間子がKおよびπ中間子へ崩壊する際のCP非対称性の大きさが標準模型の予言と一致していない、という実験結果について、Rパリティを破る相互作用によって説明することを試み、模型のパラメータ空間に対する制限を求めた。(2)湾曲した余剰次元模型の一般的な帰結である新粒子ラディオンに対してLHC実験から得られる制限について調べた。ラディオンは標準模型のヒッグス粒子と同じ生成・崩壊チャネルを持つため、ヒッグス粒子探索実験によって与えられている制限をラディオンに適用できることを指摘し、ラディオン質量に対する相互作用の大きさ(1/Λ)が電弱精密測定実験やグラビトン探索実験等から得られるものよりも厳しく制限されることを示した。(3)湾曲した余剰次元を持つ模型における、グルーオンのカルーツァ・クライン励起状態(KKグルーオン)に対するLHC実験の探索可能性を調べた。ある種の条件の下で、KKグルーオンは第3世代クォークとのみ強く相互作用することがありえる。このような場合、従来はKKグルーオンがトップクォークへ崩壊する過程について調べられてきたが、我々はボトム・クォーク対へ壊れる場合について検出器シミュレーションまで考慮して探索可能な条件について調べた。

B中間子崩壊における超対称性模型の研究、特にRパリティを破る相互作用に関する研究については、特にこの分野の先行研究において採用されてきた仮説(single coupling dominance仮説)を越え、複数の結合定数、複数のファインマン・ダイアグラムの干渉効果を取り入れることで、それがもたらす帰結を定量的に示し、新しい議論を提示できた。これらの研究結果については日本物理学会、国内研究会等で報告し、研究論文として学術誌に投稿すべく、現在準備中である。湾曲した余剰次元模型は、超対称性模型と並びテラスケールの代表的な素粒子模型である。この模型の最も一般的な帰結である新粒子ラディオンに関しては、電弱精密測定実験に関連する素粒子反応過程への感度があまり高くなかったため、これからの強い制限は得られなかったが、LHCでのKKグラビトンの探索実験、ヒッグス探索実験からの制限を得ることができた。この結果は(途中経過も含め)日本物理学会や国際会議等で報告し、現在研究論文として投稿すべく、準備中である。湾曲した余剰次元模型におけるKKグルーオンの研究は、ATLASグループで解析を担当する外国人研究者の協力を得て、LHC実験での探索可能性を検出器シミュレーションまで含めて調べたものであり、すでに国際会議で発表、また研究論文として学術誌に投稿し、受理・掲載されている。引き続き、当初予定していた研究計画に沿って進めていく。前年度に行なったテーマに加えて、研究協力者、大学院生の協力を得て、超対称標準模型に対する精密測定実験からの制限を考慮し、LHCでの超対称粒子探索における有用な解析のフレームワークの構築に取り組む。25年度が最終年度であるため、記入しない。
青壮年者の日内摂食行動とエネルギー出納を調節する至適運動条件の解明

健康づくり運動はエネルギー消費の役割だけでなく,食事からのエネルギー摂取(摂食行動)を調節する役割をもつという仮説の基,運動強度等の運動条件を探究する計画である.本研究は,実験室内での研究(課題I)と実生活を想定した日常生活下での研究(課題II)により構成する.課題Iは,強度・実施頻度の違いが日内の摂食量や食事内容にどのように影響するかを検討する.その際に血中生体指標や主観的感情などの指標との相互関連性を検討することで摂食行動調節の仕組の一部を検討する.課題IIは,課題Iで明らかにした運動条件で日常的に身体活動を行なった際の比較的長期間のエネルギー出納および諸体力等への実質的影響の検討を試みる.健康づくり運動はエネルギー消費の役割だけでなく,食事からのエネルギー摂取(摂食行動)を調節する役割をもつという仮説の基,運動強度等の運動条件を探究する計画である.本研究は,実験室内での研究(課題I)と実生活を想定した日常生活下での研究(課題II)により構成する.課題Iは,強度・実施頻度の違いが日内の摂食量や食事内容にどのように影響するかを検討する.その際に血中生体指標や主観的感情などの指標との相互関連性を検討することで摂食行動調節の仕組の一部を検討する.課題IIは,課題Iで明らかにした運動条件で日常的に身体活動を行なった際の比較的長期間のエネルギー出納および諸体力等への実質的影響の検討を試みる.
扁平上皮癌の発育進展および放射線感受性に関する時計遺伝子ＤＥＣの機能

時計遺伝子DECは生体内で多彩な生理現象に関与する。DEC1はヒト扁平上皮癌手術標本で非腫瘍部と比較して高発現し、ヒト癌細胞において概日リズムを形成し細胞周期へ関与する。アポトーシスに関しては、HSC-3でDEC2がアポトーシス抑制作用を示し、DEC1はアポトーシス作用を示さなかったが、TE-10ではDEC1がアポトーシス促進作用を示し、DEC2はアポトーシス作用を示さなかった。TE-5やCA9-22ではDEC1・DEC2ともにアポトーシス作用を認めなかった。DECがヒト癌細胞の発育進展機能に重要な役割を果たしていることは明らかだが、アポトーシス作用は、細胞株によって異なる可能性が示された。本年度は、ヒト扁平上皮癌細胞株におけるbHLH型転写因子DEC1・DEC2の発現・機能を、分子生物学的手法を用いて解析した。用いた細胞株は、分化度の異なるヒト食道扁平上皮癌細胞株(TE-10とTE-5)とヒト口腔扁平上皮癌細胞株(HSC-3, CA9-22)である。我々は、2種類の食道癌細胞株に対し、DEC1 knockdownを行い24時間後にタンパクを回収しウェスタンブロットで確認したところ、DEC1がcyclin D1を制御していることが判明した。同様の結果は、舌癌細胞株(HSC-3)においても認められた。これらの結果から、DEC1がcyclin D1を制御して、ヒト扁平上皮癌の概日リズムを制御していることが示唆された。さらに、これら4種類のヒト扁平上皮癌細胞株(TE-10, TE-5, HSC-3, CA9-22)に対しシスプラチン処理の下、DEC1 knockdownあるいはoverexpressionを行い、DEC1がアポトーシスに及ぼす影響を検討した。その結果、DEC1はTE-10ではアポトーシス促進性に働くのに対し、TE-5やHSC-3およびCA9-22においては明らかなアポトーシス作用が認められないことが判明した。次に我々は、4種類の細胞株に対してシスプラチン処理の下、DEC2 knockdownあるいはoverexpressionを行った。この結果、DEC2はHSC-3ではアポトーシス抑制性に働くのに対し、TE-10やTE-5およびCA9-22においては明らかなアポトーシス作用を示さないことが判明した。以上の結果から、DEC1・DEC2のアポトーシス作用に関しては、細胞株や分化度の違いにより異なる可能性があることを解明した。時計遺伝子DEC1とDEC2は全身のあらゆる臓器で発現し、日内リズム、免疫や癌化、低酸素応答、アポトーシス、組織分化の制御など、多彩な制御機能をもつ。また、正常組織よりも癌組織で高発現している。本研究では扁平上皮癌の増殖進展およびアポトーシス、放射線(X線)感受性に関する時計遺伝子DECの機能を解析する。すなわち、時計遺伝子高発現細胞と時計遺伝子ノックダウン細胞における浸潤・増殖・アポトーシスを解析するとともに、時計遺伝子発現がX線照射に及ぼす影響を解明し、将来的には生物時計を考慮した扁平上皮癌の新たな分子標的、日内リズムを利用した放射線治療への応用を目指す。今回我々は、ヒト扁平上皮癌手術例標本において、DEC1が、非腫瘍部と比較して高発現していることを免疫染色において示した。また、Invasion assayやMigration assayを用いて、ヒト癌細胞において、DEC1発現が浸潤能や遊走能と正の相関を示すことを明らかにした。高濃度血清刺激法により、ヒト癌細胞において、DEC1が概日リズムを形成する知見も得た。これらの結果から、時計遺伝子であるDEC1がヒト癌細胞・ヒト組織の発育進展機構に需要な役割を果たしていることが示された。時計遺伝子DEC1 (BHLHE40/Stra13/Sharp2)とDEC2 (BHLHE41/Sharp1)はbasic helix-loop-helix (bHLH)型転写因子であり、アポトーシス制御など生体における様々な生理現象に関与する。しかし、食道癌におけるDEC1およびDEC2の発現意義は不明である。今回我々は、ヒト食道癌細胞株TE-10(高分化癌)、TE-5(低分化癌)におけるDEC1とDEC2のアポトーシスに関連した機能解析(主にシスプラチン処理)を行った。MTS-AssayやMayer's hematoxylin染色などによる解析では、TE-5よりもTE-10でより強い治療効果が認められた。TE-10へのシスプラチン処理では、アポトーシス関連因子が誘導され、DEC1は発現上昇、DEC2の発現は著変認めなかった。一方、TE-5へのシスプラチン処理では、アポトーシス関連因子が誘導され、DEC1とDEC2の発現は減少した。TE-10でsiRNAによるDEC1抑制を行いシスプラチン処理を行ったところ、アポトーシスは抑制された。TE-10でのDEC

1過剰発現下におけるシスプラチン処理では、アポトーシスは促進した。TE-5でも、DEC1とDEC2それぞれの抑制および過剰発現下でシスプラチン処理を行ったが、アポトーシス関連因子への影響は認めなかった。これらの結果から、TE-10において、DEC1はシスプラチン処理下でpro-apoptotic機能を示すが、DEC2はアポトーシス作用を認めないことが明らかとなった。一方TE-5では、DEC1・DEC2ともに明らかなアポトーシス作用は認めないことが明らかとなった。これらの機能の違いは、食道癌細胞における分化度・遺伝的な違い、DEC1とDEC2の構造の違いに起因するものと考えられる。放射線学ヒト扁平上皮癌細胞を用いて、培養細胞レベルで、時計遺伝子による概日リズムの制御・アポトーシスへの影響を明らかにすることができた。ヒト癌細胞を用いて、培養細胞レベルで時計遺伝子発現の意義を明らかにする。対象とする時計遺伝子の発現検討は、我々が機能解析を行ったDEC遺伝子(DEC1, DEC2)にとどまらず、CLOCK, BMAL, PER, CRYといったその他の時計遺伝子を含めた。1.生物時計が刻む概日リズム解析は、培養細胞レベルでは同調因子として、高濃度(50%)血清刺激を用いた。ヒト癌細胞株に高濃度血清刺激を与えて、個々の細胞のリズムを同調させることにより、概日リズムを誘導させ、各種の時計遺伝子の概日リズム発現の変動を、リアルタイムPCR、ウエスタン・ブロット法で解析する。機能発現の高い時計遺伝子を明らかにした。平成25年度は、前年度からの研究継続・発展ができ、ヒト培養細胞株を用いて、細胞レベルでの時計遺伝子発現の意義の一端を明らかにすることができた。平成26年度は、研究計画に基づき、培養細胞レベルのみならず、ヒト扁平上皮癌手術例標本を用いて、研究を更に進展させることに重点を置きたい。平成24年度は、前年度からの研究継続・発展ができ、ヒト培養細胞株を用いて、細胞レベルでの時計遺伝子発現の意義の一端を明らかにすることができた。このため、平成25年度は培養細胞レベルでの研究をさらに進展させることに重点を置きたい。該当なし
繊維状ナノ構造金属の応用開発:熱光起電力発電用吸収体・エミッター

ヘリウム照射により形成されるナノ構造金属を熱光起電力発電に応用するために,その耐熱性,エミッタンスの変化を明らかにした。耐熱性に関しては,温度が上昇するとナノ構造が収縮していくことが明らかになり,熱光起電力発電用としては低温(1000K以下)で利用する必要があることが分かった。放射率の変化を調べたところ,広い波長範囲で放射率が1に近くなっており,少し収縮が起こった材料においては近赤外領域のみ放射率が高くなることが分かり,無駄な熱の放出がないことから,熱光起電力発電用により適していることが分かった。直線型プラズマ模擬装置NAGDISにおいて,タングステンへのヘリウムプラズマ照射実験行いナノ構造を形成させ,その後形成されたナノ構造体の高温時の変化を調べた。また,温度とヘリウムフラックスを変化させ,形成に与えるフラックス依存性を明らかにした。ヘリウムイオンを照射しながら,試料のバイアスをon/offさせることにより,温度とフラックスをコントロールし,同時に表面構造変化の指標として表面の光学反射率を計測した。温度が1300-1600 Kで,ヘリウムフラックスが平方mあたり1e21から1e22の間において,ヘリウムを照射しているにも関わらず光学反射率が回復してくる領域があることが明らかになった。つまり,ヘリウム照射時においても,ナノ構造の形成と,ナノ構造が修復していく領域があることが分かり,フラックスがある閾値以下になると成長しなくなる条件があることが明らかになった。23年度の実験結果から,1400-1500 K以上になるとアニーリングが起こり,ナノ構造の形成が抑制されることが分かっているが,その結果に引き続き,耐熱性に関しては,1300 K程度まではよいものの,それ以上に温度に上げた場合には,十分な耐熱性が得られない可能性もあることが示唆された。タングステンのナノ構造体をエミッターとして利用する際には,1300 K以下の帝王で使用する必要があると考えられる。また,タングステンではないが,ナノコーンの形成がヘリウムプラズマ照射によっておこることが明らかになり,その条件を明らかにした。ナノコーンにおいては,より耐熱性を持つ可能性があるため,今後タングステンなどの高融点材料においても,ナノコーンが形成される条件を特定することが重要であると考えられる。直線型プラズマ模擬装置NAGDISにおいて,タングステンへのヘリウムプラズマ照射実験行いナノ構造を形成させ,その時の光学反射率(鏡面反射率)を計測するとともに試料からの赤外領域の輻射光の計測を行った。その結果,ナノ構造の形成に伴い,放射率が著しく増加していることが明らかになった。照射に伴い,実効的な放射率が2から3倍程度になっていることが明らかになった。ヘリウムイオンの照射なしでの加熱のみのアニーリング実験を行った。1400-1500 K程度に加熱を行うと,ナノ構造体の収縮が確認された。この温度はタングステンの融点が3700 Kであることを考えると極めて低い温度であるが,おそらくヘリウムバブルの移動が1400 K程度で著しく活性化するため,表面構造の変化が起こったものと考えられた。この結果から,耐熱性に関しては,1000 K程度まではよいものの,それ以上に温度に上げた場合には,十分な耐熱性が得られない可能性もあり,何らかの工夫が必要だと考えられる。アニーリング実験中の輻射スペクトルを計測したところ,ナノ構造体が若干収縮したときには,近赤外領域の輻射率の変化はないものの,赤外領域では著しく回復している様子が観測された。すなわち,太陽熱起電力発電に重要となる近赤外光を選択的に効率よく放射する材料となっている可能性があることが示唆される結果を得た。23年度は光学反射率(鏡面反射率)を計測するとともに試料からの赤外領域(15μm)の輻射光の計測を行うことを予定していた。さらに試料を取り出した後に,光の吸収率を詳細に計測することを考えていた。これらの点に関しては,実績の概要に示したように実験を行い,放射率の高い材料が創成できていること,更には,若干のアニーリングを実施した試料において近赤外領域が選択的に輻射率が高い材料が創成可能であることなどが明らかになった。この点において,計画したとおり概ね順調に進展してきていると考えている。また,24年度に実験を予定していた耐熱性の試験に関しても若干の進展が見られており,この点においては,計画以上の進展と言える。24年度においては,真空容器内に設置された加熱ステージで照射された試料の繰り返し加熱実験を行う。照射後の電子顕微鏡観察を行うとともに,反射率の計測を行い,耐熱性がどの程度あるかを明らかにする。23年度において,高温1400 K程度においては耐熱性が得られないことが明らかになってきた。その点において,上限の温度を明確にするとともに,高温においても耐熱性が得られる環境を模索したいと考えている。

例えば,雰囲気ガスとしてヘリウムを充填し加熱試験を行う。材料表面に熱電離でヘリウムプラズマが生成され,耐熱性が変化する可能性があると考えている。当初の計画通り,加熱ステージ及び加熱用電源の購入を考えている。また,加熱ステージ用の,冷却用チラーを購入することを考えている。