hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
睡眠時間及び睡眠の質と血圧及び動脈硬化との関連に関する疫学研究

2009-12年に愛媛県東温市にて住民健診を受診した30-79歳の男女2,033人を対象に1睡眠の質、2睡眠呼吸障害、と就寝時、起床時及び健診時の血圧との関連、3睡眠呼吸障害と高血圧が頸動脈硬化所見に及ぼす影響について検討しました。その結果、1睡眠の質が低下している者では起床時の血圧変動が大きいこと、2睡眠呼吸障害が重症であるほど、起床時の血圧上昇の程度が高く、起床時と就寝時の血圧差が大きくなること、一方で、3就寝時及び健診時高血圧が、頚動脈壁肥厚と関連しており、特に重度の睡眠呼吸障害と就寝時の高血圧を併せ持っている場合、頚動脈壁肥厚の割合が高まる可能性が明らかになりました。睡眠の量及び質、家庭血圧、及び頚動脈硬化との関連についての横断研究【方法】愛媛県東温市において平成21年24年に実施した循環器詳細健診(東温スタディ)に参加した3079歳の2,033名のうち、必要な情報が得られた者を対象として、1.睡眠の質と家庭血圧との関連、2.睡眠呼吸障害と家庭血圧との関連、3.睡眠呼吸障害と起床時血圧との関連が睡眠の質によって異なるか、について検討した。睡眠呼吸障害の重症度は、鼻・口からの気流を検知するセンサを用いて睡眠時の気流変化を測定し、1時間当たりの無呼吸・低呼吸の回数である呼吸障害指数(RDI:Respiratory Disturbance Index)によって評価した。睡眠の質は、ピッツバーグ睡眠質問紙を用いて過去1ヶ月間の自覚的な睡眠の質を4段階で評価した。家庭血圧は、対象者に自動血圧計を貸出し、起床時、就寝時の血圧を1週間測定した。【結果】睡眠の質が低下している群では、起床時の血圧変動が大きかった。睡眠呼吸障害が重症であるほど、起床時の血圧上昇の程度が高まり、起床時と就寝時の血圧差が大きくなることが示されたが、自覚的な睡眠の質が悪いことと起床時の血圧が高いこととの間には関連は認められなかった。睡眠呼吸障害があり、自覚的な睡眠の質が悪化しているものでは、起床時に高血圧を有する可能性が高いことが示された。睡眠の量及び質、家庭血圧、及び頸動脈硬化との関連についての横断研究【方法】愛媛県東温市において、平成21年24年に実施した循環器詳細健診(東温スタディ)に参加した3079歳の2033名のうち、必要な情報が得られた者を対象として、1.家庭血圧や健診血圧と頸動脈壁肥厚との関連に睡眠呼吸障害が与える影響、2.高血圧と頸動脈壁肥厚との関連に睡眠の質が与える影響について検討した。総頚動脈にて、最大で1.1mm以上の肥厚を認めた場合に頸動脈壁肥厚ありと定義した。睡眠呼吸障害の重症度は、鼻・口からの気流を検知するセンサを用いて睡眠時の気流変化を測定し、一時間当たりの無呼吸・低呼吸の回数である呼吸障害指数(RDI:Respiratory Disturbance Index)によって評価した。睡眠の質は、ピッツバーグ睡眠質問紙を用いて過去1か月間の自覚的な睡眠の質を4段階で評価した。家庭血圧は、対象者に自動血圧計を貸出し、起床時、就寝時の血圧を一週間測定した。高血圧は高圧剤の服用者も含めた。【結果】睡眠呼吸障害と頸動脈壁肥厚との間に有意な関連は認められなかった。早朝、就寝時、健診血圧は有意に頸動脈壁肥厚と関連し、睡眠呼吸障害と健診時、あるいは、就寝時の高血圧は英動脈壁肥厚との関連において相乗効果が認められた。健診時や就寝時の高血圧があり、さらに睡眠呼吸障害がある場合には、より動脈硬化がある割合が多い可能性がある。さらに、高血圧と頸動脈壁肥厚との関連は、特に女性において、睡眠の質が悪い群でより強く認められた。【目的】高血圧と睡眠呼吸障害を併せ持つ事による頸動脈壁肥厚への影響について検討した。【対象】愛媛県東温市の循環器詳細健診(東温スタディ)に2009-2012年に参加した30-79歳の男女2,033人のうち、必要な情報のない46人を除外した、1,987人を解析対象とした。【方法】睡眠時呼吸障害の重症度は、睡眠1時間あたりの無呼吸・低呼吸の数(respiratory disturbance index :RDI)を用い、RDI≧20.0を重症と定義した。起床時及び就寝時高血圧は>135/85mmHg、健診時高血圧は>140/90 mmHg、頚動脈壁肥厚は、総頚動脈における最大内膜中膜複合体肥厚≧1.1mmとした。年齢と降圧剤治療を調整、及び多変量調整した睡眠呼吸障害及び起床時、就寝時、健診時高血圧に対する頚動脈壁肥厚のオッズ比をロジスティックモデルにて算出した。さらに、睡眠呼吸障害、健診時高血圧、両方を有する場合の、頚動脈壁肥厚のオッズ比を算出し、相乗効果を検討した。【結果】就寝時、健診時血圧は、有意に頚動脈壁肥厚と関連しており、就寝時及び健診時血圧との関連は多変量調整後も認められ、それぞれの多変量オッズ比(95%信頼区間)は、1.85(1.28-2.67)、1.76(1.29-2.41)であった。

重度の睡眠呼吸障害のみ、就寝時高血圧のみ、及び両方を持っている人の頚動脈壁肥厚の年齢及び降圧剤治療を調整したオッズ比は1.06(0.71-1.59)、2.18(1.44-3.30)、2.52(1.32-4.81)で、相乗効果が有意であった(P<0.05)。この相乗効果は多変量調整では認められなかった。【結論】就寝時及び健診時高血圧は、頚動脈壁肥厚と関連しており、特に重度の睡眠呼吸障害と就寝時の高血圧を併せ持っている場合には、頚動脈壁肥厚の割合が高まる可能性が示唆された。2009-12年に愛媛県東温市にて住民健診を受診した30-79歳の男女2,033人を対象に1睡眠の質、2睡眠呼吸障害、と就寝時、起床時及び健診時の血圧との関連、3睡眠呼吸障害と高血圧が頸動脈硬化所見に及ぼす影響について検討しました。その結果、1睡眠の質が低下している者では起床時の血圧変動が大きいこと、2睡眠呼吸障害が重症であるほど、起床時の血圧上昇の程度が高く、起床時と就寝時の血圧差が大きくなること、一方で、3就寝時及び健診時高血圧が、頚動脈壁肥厚と関連しており、特に重度の睡眠呼吸障害と就寝時の高血圧を併せ持っている場合、頚動脈壁肥厚の割合が高まる可能性が明らかになりました。1.家庭血圧や健診血圧と頸動脈壁肥厚との関連に睡眠呼吸障害が与える影響、2.高血圧と頸動脈壁肥厚との関連に睡眠の質が与える影響、について、上記のような結果を得、それぞれ成果を発表した。または発表予定である。昨年度、データ化が遅れ、実施できなかった各睡眠指標や血圧指標と頸動脈エコーのデータとの関連に関する解析も実施することができた。本年度は、テーマ1の横断研究については、ほぼすべての解析を終了した。また、平成21年度に循環器健診を受診した約500人について、5年後のフォローアップ健診を実施した。本年度は、さらに平成22年度に循環器健診を受診した約500人について、フォローアップ調査を実施する計画であり、研究計画に対して、現在までの達成度はほぼ計画通りであるといえる。公衆衛生学・疫学今年度は、昨年実施した、平成21年度に東温市にて循環器健診を受診した約500人についての5年後のフォローアップ健診に引き続き、平成22年度に受診した約500人についてのフォローアップ健診を実施する。情報収集する項目は、1.血圧、家庭血圧、2.睡眠呼吸障害検査(パルスオキシメトリ法・フローセンサ法)、睡眠質問票、3.頸部エコー検査、4.血液検査、5.生活習慣・及び既往歴である。これらの2年分約1000人分のフォローアップデータにて、縦断的な解析を実施する予定である。【分析方法】循環器疾患の既往ありのもの、睡眠呼吸障害の治療中のものを除いて分析対象とし、平成2122年度の睡眠の量及び質と平成26、27年度に実施の就寝時及び起床時の血圧値との関連について前向きに検討する。同様に平成22年度までの睡眠の質及び量と平成26、27年度実施の頸動脈硬化所見との関連を前向きに検討する。さらに、睡眠の量及び質と頸動脈硬化との関連にベースライン及びフォローアップ時の起床時の血圧がどのように影響するかについて検討する。解析は、睡眠時間が適度であるものに比べて、適度でないもの、あるいは、ベースライン時の呼吸センサ、パルスオキシメータやピッツバーグ睡眠質問票において、睡眠の質の点数がよかったものに比べて、悪かったものの頸動脈硬化所見のハザード比をCOX比例ハザードモデルを用いて評価する。本年度は、これまで解析した内容について論文にまとめる作業も同時に進めていく予定である。1.睡眠の質と家庭血圧との関連、2.睡眠呼吸障害と家庭血圧との関連、3.睡眠呼吸障害と起床時血圧との関連が睡眠の質によって異なるかについて上記のような結果を得、それぞれ成果を発表した、または発表予定である。
温度履歴を受ける高炉スラグコンクリートの微細ひび割れの制御方法

高炉スラグ徴粉末を含むコンクリートが高温履歴を受けたときに、骨材周囲に生じる損傷によって、力学的特性に悪影響が生じることを実験的に示した。その原因は、骨材とセメントペーストの熱膨張係数の差(徴視的温度応力)、ペーストの自己収縮が骨材に拘束されること、が主なものである。力学的特性のうち、特に引張強度と弾性係数に悪影響が表れることが分かった。引張強度の低下は、構造物のひび割れ抵抗性の低下に直接結びつく。このような現象は、普通セメトン単体の場合にはほとんど見られず、高炉スラグを含む場合に顕著であることが分かった。高炉セメントは我が国のセメントの約4分の1を占めており、CO2排出削減の観点からもその利用促進は国家の重要課題である。しかし、高炉セメントを用いた大型構造物で著しいひび割れが生じる事例が多く報告されてきており、その原因の一つが上記の骨材周囲の損傷であると考えている。研究期間内に、膨張材の添加により、この損傷の制御の可能性を見出すことに取組んだ。膨張材を添加することにより、ペーストの自己収縮が低減される。また、硬化時の膨張を適切に拘束することにより、ペーストのひび割れ抵抗性が大幅に向上することを期待した。結果は、高炉セメントの場合に、膨張材を添加することでわずかに力学的特性が改善した。ただし、試験方法が一軸引張試験であり、引張強度の改善を確認する方法として最適でなかった可能性がある。研究期間終了後も、試験方法の改善を含め、検討を続ける。本研究は、高温履歴を受ける高炉スラグコンクリートにおいて、骨材周囲に発生する微細損傷がコンクリートのひび割れ抵抗性の低下に与える影響を明らかにし、その微細損傷の制御方法を提案することを目的としている。18年度には、微細損傷の発生要因として、骨材の熱膨張係数が関与することを初めて明らかにした。熱膨張係数の異なる粗骨材を用いて、高温履歴を与えた後の圧縮強度・引張強度・曲げ強度を計測した。高温履歴を与えない温度一定の養生条件では、異なる粗骨材を用いても強度に違いは見られなかったため、熱膨張係数に着目した、研究の仮説のうちの大きな一つが検証された。また、水結合材比が小さい場合には、ペーストの自己収縮の影響も大きい可能性を指摘した。さらに、この微細損傷が、高炉スラグ微粉末を使用した場合に顕著になることを明らかにした。18年度には、AE法により高温履歴中の損傷の発生の時間を同定することを試みた。しかし、温度制御装置内のノイズが非常に大きく、損傷の発生時に検知されると思われる弾性波がノイズに埋もれてしまった。一方で、高温履歴を受けた後の試験体を圧縮載荷する際にAE法で測定を行った結果、既往の研究における健全なコンクリートのデータと比較して、微細な損傷が存在していることを示す結果が得られた。18年度はAE法については基礎的な検討に終わったが、引き続き19年度に損傷の発生メカニズムの解明につながるデータを取得するよう、検討を続ける予定である。
不安定核衝突ダイナミクスと状態方程式のアイソスピン依存性

前年度までの研究に引き続き、重イオン多重破砕反応のダイナミクスと核物質の状態方程式のアイソスピン依存性(様々な密度における対称エネルギー)との関連を、反対称化分子動力学(AMD)理論を用いて研究した。前年度までは計算の簡単なCa+Ca衝突を用いて多重破砕と状態方程式の関連を理論的に解明してきたが、今年度はSn+Sn衝突を計算し、実験データとの詳細な比較を行った。その結果、通常のAMD計算では横方向へのフラグメント放出が過小評価されていることが分かり、この問題を早急に解決すべきと判断した。原因としては、(1)理論的不定性のある核物質中での二核子衝突断面積を従来のパラメータよりも大きく選ぶべきである可能性と、(2)横方向や高エネルギー部分など位相空間密度が低い部分では軽いフラグメント(重陽子など)の直接的な生成(コアレッセンス)をAMDの時間発展の中に取り入れる必要があること、が考えられる。(1)と(2)の両方の改良した計算では、実験データのフラグメントの角分布と電荷分布が非常によく再現できることが分かり、フラグメントのアイソスピン組成やアイソスケーリング則を実験と詳細に比較することが可能となった。(2)のコアレッセンスについては、より正確な定式化を行う必要があると考えられる。コアレッセンスを取り入れた計算では、陽子・中性子の多重度が大きく変わることが分かったので、フローにより高密度核物質の性質を探る際にも重要であるといえる。また、関連した研究として、AMDを用いて熱平衡状態を作り、カロリー曲線など統計的性質を調べた。カロリー曲線にバックベンディングが現れ、AMD計算は液相気相相転移と無矛盾であることが確認された。核子あたり数十MeVの入射エネルギー領域の中性子過剰核などの衝突をAMDで計算することにより,非対称核物質の状態方程式がいかにして得られるかを研究した.このエネルギー領域では,核物質の膨張に伴って多数のフラグメント(破砕片原子核)が同時に生成する(多重破砕)のが特徴的である.フラグメントのアイソスピン非対称度(陽子中性子比)は,「蒸留」の結果として系全体の非対称度より小さくなることが実験では知られているが,AMD計算でも同様の結果を得た.また,二つの異なる反応系におけるフラグメントの生成量の比がアイソスケーリング則Y_2(N,Z)/Y_1(N,Z)=e^<αN+βZ>を満たすことが実験で知られているが,熱平衡を全く仮定しないAMD計算でもアイソスケーリングが得られた.このことは,動力学的要素の多い反応においても,何らかの統計法則がフラグメントの組成を支配していることを示している.また,熱平衡を仮定すると,フラグメントの非対称度に関するある量とアイソスケーリングのパラメータαの間に比例関係があるはずであり,その比例係数が対称エネルギーであるということを,理論的に示した.そして,AMD計算の結果がその比例関係を満たしていることが確認できた.この結果により,反応機構の詳細やモデルにはほとんど関係なく,多重破砕反応に関する観測量を用いてフラグメント生成時の対称エネルギーを直接導き出せるということになる.このほかに,対称エネルギーにおける表面効果や,フラグメントの二次崩壊の影響なども検討した.核子あたり数十MeVの入射エネルギー領域の中性子過剰核などの衝突をAMDで計算することにより,非対称核物質の状態方程式がいかにして得られるかを研究した.特に今年度は,励起した原子核の対象エネルギーををフラグメント生成量から引き出すという問題に取り組んだ.このエネルギー領域では,核物質の膨張に伴って多数のフラグメント(破砕片原子核)が同時に生成する(多重破砕)のが特徴的である.昨年度の研究で示したように,かなり動力学的に見える反応であっても,フラグメントのアイソスピン組成はかなりの程度統計法則に支配されている.例えば,二つの異なる反応系におけるフラグメントの生成量の比がアイソスケーリングY_2(N,Z)/Y_1(N,Z)=e^<αN+βZ>を満たす.このアイソスケーリングを利用すると,様々な反応系のシミュレーションで得られた生成量をスケールすることにより,ある反応系に換算した生成量Y(N,Z)を(N,Z)の広い領域で求めることができる.基底状態については原子核質量を解析して対称エネルギーが得られるが,それと同様にY(N,Z)を解析することにより励起した原子核の対称エネルギーが得られる.実際の計算の結果,この方法が有効であることが示された.特に興味深い点としては,励起した原子核の対称エネルギーにおける表面効果が基底状態のものと比べて非常に小さいという結果が得られた.これは,温度依存性のためとも考えられるが,反応の動的効果を反映しているためとも考えられる.いずれにしても,この方法は一様な低密度核物質の対称エネルギーを得る有効な手段である.前年度までの研究に引き続き、重イオン多重破砕反応のダイナミクスと核物質の状態方程式のアイソスピン依存性(様々な密度における対称エネルギー)との関連を、反対称化分子動力学(AMD)理論を用いて研究した。原因としては、(1)理論的不定性のある核物質中での二核子衝突断面積を従来のパラメータよりも大きく選ぶべきである可能性と、

(2)横方向や高エネルギー部分など位相空間密度が低い部分では軽いフラグメント(重陽子など)の直接的な生成(コアレッセンス)をAMDの時間発展の中に取り入れる必要があること、が考えられる。(1)と(2)の両方の改良した計算では、実験データのフラグメントの角分布と電荷分布が非常によく再現できることが分かり、フラグメントのアイソスピン組成やアイソスケーリング則を実験と詳細に比較することが可能となった。(2)のコアレッセンスについては、より正確な定式化を行う必要があると考えられる。コアレッセンスを取り入れた計算では、陽子・中性子の多重度が大きく変わることが分かったので、フローにより高密度核物質の性質を探る際にも重要であるといえる。また、関連した研究として、AMDを用いて熱平衡状態を作り、カロリー曲線など統計的性質を調べた。カロリー曲線にバックベンディングが現れ、AMD計算は液相気相相転移と無矛盾であることが確認された。
低酸素応答におけるＨＩＦ２αを介した炎症抑制機構の解明

本研究では、HIF-2αがM2マクロファージに発現し炎症シグナル抑制効果を有する点に注目し、低酸素負荷による肺高血圧症の進展におけるHIF-2αの役割を解明することを目的としている。In vivoの検討において、低酸素チャンバー(8.5%酸素下)でマウスを飼育すると、中等度の肺高血圧の病態モデルが作成できることを確認した。また、低酸素負荷後3日の急性期に肺間質の炎症抑制型(M2)マクロファージが増加するという知見を得た。さらに、肺血管リモデリングの病態におけるマクロファージの働きを検証するためにクロドロネートリポソーム静注により肺間質マクロファージをdepleteしたところ、低酸素負荷後の肺血管平滑筋層の肥厚が抑えられ、さらに右室重量/(左室+中隔)重量比が減少した。以上から、M2マクロファージが肺高血圧の病態へassociationすること、およびマクロファージが肺血管リモデリング促進的に働くことが明らかになった。クロドロネートリポソームの静脈注射では主にM2マクロファージの減少を認めるものの、M1マクロファージも減少する。M2マクロファージ特異的にマクロファージを欠失する目的で、M2マクロファージをsortingし、遺伝子発現をチェックすることでM2マクロファージ特異的なケモカインレセプターを検索している。低酸素負荷後に増加するM2マクロファージではFlt1の発現が上昇していた。Flt1はマクロファージにおいてはケモカインレセプターとして働き、遊走に関わる。このためM2マクロファージ特異的に遊走を抑制しloss of functionを確認するために、骨髄球系細胞特異的なFlt1欠失マウスを作成した。同時に骨髄球系細胞特異的なHIF2α欠失マウスを作成し、肺血管リモデリングにおけるM2マクロファージのLoss of functionを確認している。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、M2マクロファージに強く発現するHIF-2αが炎症の遷延を抑制することにより、血管の慢性炎症である肺高血圧症の発症抑制に関与している可能性について検討を進めることを目的としている。in vivoからの検討として低酸素チャンバーでマウスを飼育すること、およびVEGF受容体阻害薬(SU5416)投与で肺高血圧モデル、肺血管リモデリングを引き起こし、ここで発症する肺高血圧症においてマクロファージがどう挙動するかを解析した。低酸素環境下でマウスを21日間飼育すること、SU5416投与いずれにおいても中等度の肺高血圧モデルマウスを作成することができた。マウス肺血管の組織標本においてはF4/80陽性のマクロファージの集積が確認された。経時的に肺の血球系細胞の極性変化をフローサイトメトリーで解析したところ、肺のマクロファージは主にCD11c陽性の肺胞マクロファージとCD11c陰性F4/80陽性Ly6C陽性の肺問質炎症惹起型(M1)マクロファージ、CD11c陰性F4/80陽性Ly6C陰性の肺間質炎症抑制型(M2)マクロファージに分類できた。低酸素刺激後急性期には肺間質炎症抑制型マクロファージが増加し、肺胞マクロファージが減少した。また、マクロファージ極性が変化するタイミングで肺血管平滑筋層の肥厚が生じ、右室圧が上昇した。さらに、肺血管リモデリングの病態におけるマクロファージの働きを見るためにクロドロネートリポソーム静注で肺間質マクロファージをdepleteしたところ、低酸素負荷後の肺血管平滑筋層の肥厚が抑えられた。以上より低酸素下での血管リモデリングにマクロファージが重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

26年度が最終年度であるため、記入しない。マウスの肺高血圧モデルは重症化しにくく、phenotypeが出にくいので差を出すために多くのNを必要とするため当初、M2マクロファージは肺高血圧抑制にかかわると予想していたが、解析により、肺血管リモデリング発症に重要な役割を果たしていることが判明してきた。このM2マクロファージの低酸素応答を見るために現在、マクロファージ特異的HIF-2α欠失マウス(LysM/HIF-2a CKO)を樹立しマクロファージ細胞特異的HIF-2α機能の解析を行っている。また、今後この肺高血圧発症時に集積するM2マクロファージを回収しRNAseqにより低酸素で活性化するリモデリング誘因因子を探索していく予定である。
血行性幹細胞供給システムを利用した歯の移動制御の新戦略：核酸医薬開発に向けて

近年、骨折治癒過程における局所骨代謝活性化に、SDF-1が血行性幹細胞供給メカニズムを介し重要な役割を果たしていることが報告された。我々はその点に着目し、これまでSDF-1/CXCR4シグナル抑制が矯正的歯の移動量を減少させること、またSDF-1が破骨細胞の歯根膜圧迫側への集積に深く関わることを発見した。また、これらの研究結果を臨床応用する方法として、歯周組織に対する非侵襲性の核酸医薬導入法を開発し、国内外の学会で高く評価を受けてきた。本研究では、これらの成果を発展させ、骨髄幹細胞が血行性供給システムを介し局所集積する動態を理解し、そのシステムを利用した歯の移動制御を核酸医薬を用いて行うことを目的とし、1)矯正的歯の移動時の歯周組織内におけるSDF-1発現動態の解明、2)歯の移動時のSDF-1/CXCR4シグナルと血行性骨髄幹細胞供給メカニズムの解明、および3)SDF-1に対する核酸医薬を利用した歯の移動制御法の開発、を行うものである。平成30年度は、SDF-1による破骨細胞の局所集積に関する更なる探求を行った。具体的には、SDF-1拮抗薬であるAMD3100を用いて、AMD3100の継続投与を行うことで、歯の移動が長期間にわたり抑制されること、また歯周組織への局所投与を行っても全身投与を行ったこととほぼ同様の結果が得られること、一方で全身投与を行うことは歯槽骨海綿骨における骨リモデリングに影響を及ぼすが、局所投与ではその影響が抑えられることなどを明らかとなった。歯根膜に関する生化学的検討も行い、AMD3100投与により圧迫側歯根膜内の、SDF-1、Runx2およびCathepsin Kの発現が抑制される一方で、CXCR4の発現には影響を及ぼさないことを明らかとした。計画の順序は異なるものの、研究期間内で行う項目について、設定したマイルストーンは順調にこなしているため。また、現在研究計画を遂行するにあたっての大きな問題も見受けられないため。ただ、当初考えていた以上にAMD3100の骨芽細胞に与える影響が疑われ、現在AMD3100が骨芽細胞に与える影響について調査している。もし影響が無視できないのであれば、AMD3100の骨芽細胞への影響を排除するため、SDF-1抗体の使用を検討している。令和元年度は、血行性細胞供給システムにおけるSDF-1の働きを調査するため、計画書通りマウス骨髄移植モデルを作製し、骨髄細胞の採取・培養および放射線照射後の培養骨髄細胞移植法を確立する。蛍光識別したラット由来の骨髄を移植することで、矯正力による歯の移動時に、どの程度の血行供給がなされているのかを確認する。続いて、上記モデルを組み合わせ、矯正的歯の移動中の歯周組織内SDF-1発現と血行性骨髄系幹細胞の動態との関連を調査し、血行性幹細胞供給メカニズムについて探求する。具体的には、マウスの移動モデルを用いて、放射線照射後、GFPマウス由来の骨髄細胞を移植した群と非処置群を作成し、歯の移動様相、歯槽骨骨パラメーターの変化、並びに歯根形態の変化についてマイクロCTを用いて解析する。また、移植した骨髄細胞の動態についても蛍光マーカーを用いて解析する。その後に、同様のモデルを用いて、全身性にSDF-1/CXCR4シグナルを阻害するAMD3100を投与し、圧迫側歯根膜への血行性骨髄系幹細胞供給にSDF-1/CXCR4シグナルがどのように影響るかに関して、検証する。最後に、SDF-1/CXCR4シグナル阻害するためにSDF-1のsiRNAを利用し、その歯周組織への局所投与法による歯槽骨代謝の局所制御が可能かを検討し、歯槽骨代謝の新たな制御法の開発を目指す。具体的には、歯根膜に対するPLGAナノ粒子のDDSキャリア有用性の検討を行い、それを用いて歯の移動に伴う血行性幹細胞供給に局所的なSDF-1発現制御が与える影響について探求する予定である。

歯根膜に関する生化学的検討も行い、AMD3100投与により圧迫側歯根膜内の、SDF-1、Runx2およびCathepsin Kの発現が抑制される一方で、CXCR4の発現には影響を及ぼさないことを明らかとした。計画の順序は異なるものの、研究期間内で行う項目について、設定したマイルストーンは順調にこなしているため。また、現在研究計画を遂行するにあたっての大きな問題も見受けられないため。ただ、当初考えていた以上にAMD3100の骨芽細胞に与える影響が疑われ、現在AMD3100が骨芽細胞に与える影響について調査している。もし影響が無視できないのであれば、AMD3100の骨芽細胞への影響を排除するため、SDF-1抗体の使用を検討している。令和元年度は、血行性細胞供給システムにおけるSDF-1の働きを調査するため、計画書通りマウス骨髄移植モデルを作製し、骨髄細胞の採取・培養および放射線照射後の培養骨髄細胞移植法を確立する。蛍光識別したラット由来の骨髄を移植することで、矯正力による歯の移動時に、どの程度の血行供給がなされているのかを確認する。続いて、上記モデルを組み合わせ、矯正的歯の移動中の歯周組織内SDF-1発現と血行性骨髄系幹細胞の動態との関連を調査し、血行性幹細胞供給メカニズムについて探求する。具体的には、マウスの移動モデルを用いて、放射線照射後、GFPマウス由来の骨髄細胞を移植した群と非処置群を作成し、歯の移動様相、歯槽骨骨パラメーターの変化、並びに歯根形態の変化についてマイクロCTを用いて解析する。また、移植した骨髄細胞の動態についても蛍光マーカーを用いて解析する。その後に、同様のモデルを用いて、全身性にSDF-1/CXCR4シグナルを阻害するAMD3100を投与し、圧迫側歯根膜への血行性骨髄系幹細胞供給にSDF-1/CXCR4シグナルがどのように影響るかに関して、検証する。最後に、SDF-1/CXCR4シグナル阻害するためにSDF-1のsiRNAを利用し、その歯周組織への局所投与法による歯槽骨代謝の局所制御が可能かを検討し、歯槽骨代謝の新たな制御法の開発を目指す。具体的には、歯根膜に対するPLGAナノ粒子のDDSキャリア有用性の検討を行い、それを用いて歯の移動に伴う血行性幹細胞供給に局所的なSDF-1発現制御が与える影響について探求する予定である。共同研究者の変更(研究者死去による)に伴い、研究計画の順序を変更したため、平成30年度予定の研究費残額が一部出てしまった。令和元年度は、当初予定していた骨髄移植モデル作製に取り組むことから、計画書の通り研究を遂行する予定である。
超微細加工を実現する磁気浮上を用いた微振動の制振

走査形電子顕微鏡の鏡筒部程度を想定した200kgの積載質量に対応した磁気浮上除振装置と,原子間力顕微鏡の鏡筒部など比較的小質量の精密機器を積載することを想定した20kgの積載物に対応した小型の磁気浮上除振装置について制御設計を実施た.200kgの除振装置は4個の磁気浮上アクテュエータを用い,20kgの除振装置は3個の磁気浮上アクテュエータを用いることにした.それぞれの除振装置に使う1個の磁気浮上アクテュエータについて,鉛直方向だけの制御設計を行った.制御用のセンサーは,磁気浮上アクチュエータに内蔵するしている非接触浮上用の相対変位計とテーブル上の絶対加速度を計測するサーボ型絶対加速度計を想定した.制御設計においては,(1)積載物の詳細なダイナミックスを十分に得られていない,(2)磁気浮上アクチュエータの非線形特性を線形化する.(3)テーブルの柔軟性を無視し制御次数を下げた制御器を実現したい,等の理由からロバスト制御設計が必要で,H-∞制御理論を採用して制御器の設計を行った.具体的には制御設計CADを用い,線形行列不等式を採用した解法でこのH-∞設計問題を解いた.試作した小型モデルの磁気浮上型防振装置を用いて,これまでにコンピュータ上で設計・評価した制御則をインプリメントして防振性能を実測した.しかし,実験ではコンピュータシミュレーションほどの防振効果を確認できなかった.これまで採用したテーブルの制御モデルの次元は鉛直方向だけを考慮した1自由度モデルであったことが実機の防振性能劣化の原因と推定した.そこで,1自由度モデルから鉛直方向と水平2軸回りの3自由度モデルに変更して防振制御設計を行ない,コンピュータシミュレーションと実験を実施した.さらに実機での防振性能がシミュレーションより悪い原因として,浮上テーブル,アクチュエータなどの動特性が誤差を含むことを懸念して,サブスペース法によるモデルの同定と制御を実施した.走査電子顕微鏡など電子ビームを走査する半導体製造・検査過程では電子ビームを外部から走査できる.このことに着目し床振動加速度をフィードフォワードして適応制御法でイメージスキャンコイルを用い電子ビームを操作する防振方法の検討も行なった.走査形電子顕微鏡の鏡筒部程度を想定した200kgの積載質量に対応した磁気浮上除振装置と,原子間力顕微鏡の鏡筒部など比較的小質量の精密機器を積載することを想定した20kgの積載物に対応した小型の磁気浮上除振装置について制御設計を実施た.200kgの除振装置は4個の磁気浮上アクテュエータを用い,20kgの除振装置は3個の磁気浮上アクテュエータを用いることにした.それぞれの除振装置に使う1個の磁気浮上アクテュエータについて,鉛直方向だけの制御設計を行った.制御用のセンサーは,磁気浮上アクチュエータに内蔵するしている非接触浮上用の相対変位計とテーブル上の絶対加速度を計測するサーボ型絶対加速度計を想定した.制御設計においては,(1)積載物の詳細なダイナミックスを十分に得られていない,(2)磁気浮上アクチュエータの非線形特性を線形化する.(3)テーブルの柔軟性を無視し制御次数を下げた制御器を実現したい,等の理由からロバスト制御設計が必要で,H-∞制御理論を採用して制御器の設計を行った.具体的には制御設計CADを用い,線形行列不等式を採用した解法でこのH-∞設計問題を解いた.試作した小型モデルの磁気浮上型防振装置を用いて,これまでにコンピュータ上で設計・評価した制御則をインプリメントして防振性能を実測した.しかし,実験ではコンピュータシミュレーションほどの防振効果を確認できなかった.これまで採用したテーブルの制御モデルの次元は鉛直方向だけを考慮した1自由度モデルであったことが実機の防振性能劣化の原因と推定した.そこで,1自由度モデルから鉛直方向と水平2軸回りの3自由度モデルに変更して防振制御設計を行ない,コンピュータシミュレーションと実験を実施した.さらに実機での防振性能がシミュレーションより悪い原因として,浮上テーブル,アクチュエータなどの動特性が誤差を含むことを懸念して,サブスペース法によるモデルの同定と制御を実施した.走査電子顕微鏡など電子ビームを走査する半導体製造・検査過程では電子ビームを外部から走査できる.このことに着目し床振動加速度をフィードフォワードして適応制御法でイメージスキャンコイルを用い電子ビームを操作する防振方法の検討も行なった.半導体産業で使用する製造装置や検査装置では、サブミクロンの線幅を確実に実現するため、これらの装置へその設置床から進入する微少振動を除去する必要がある。本年は、走査形電子顕微鏡の鏡筒部程度を想定した200kgの積載質量に対応した磁気浮上除振装置と、原子間力顕微鏡の鏡筒部等の比較的小質量の積載質量を想定した20kgの積載物に対応した小型の磁気浮上除振装置についてコンピュータシミュレーションにより除振特性を検証した。200kgの除振装置は4個の磁気浮上アクテュエータを用い、20kgの除振装置は3個の磁気浮上アクテュエータを用いることにした。そこで、先ずそれぞれの除振装置の1個の磁気浮上アクテュエータについて、鉛直方向だけの制御設計を行った。制御用のセンサーとしては、磁気浮上アクチュエータに内蔵するしている非接触浮上用の相対変位計とテーブル上の絶対加速度を計測するサーボ形絶対加速度計を用いることを想定した。この設計段階では、(1)積載物の詳細なダイナミックスを十分に得られていない、(2)磁気浮上アクチュエータの非線形特性を線形化する、

(3)テーブルの柔軟性を無視し制御次数を下げた制御器を実現したいため、ロバスト制御の理論のなかから、H-∞制御理論を採用して制御器の設計を行った。具体的には制御設計CADを用い、このH-∞設計問題を線形行列不等式を用いて解いた。それぞれの除振装置についての制御設計後、磁気浮上アクチュエータの非線形性を考慮して除振シミュレーションを実施した。その結果、両除振装置とも、(1)10Hz以下という低周波数床振動を90%以上除去出来ること、(2)磁気浮上アクチュエータ制御電流や、相対変位は許容値内に収まっていること、などを確認した。高集積度半導体の製造で使用する電子線リソグラフィ装置などの製造装置や検査装置では、サブミクロンの線幅の加工や検査を確実に実現するため、これらの装置へ設置床から進入する微少振動を除去する必要がある。特に床振動のような低周波数領域を含みなお且つ極微小な振動の防振装置として、摩擦等が無いため高精度の位置決め精度を行えるスラスト磁気軸受を用いたアクティブ磁気軸受型防振装置を考案した。昨年は、走査形電子顕微鏡の鏡筒部程度を想定した200kgの積載質量に対応した磁気浮上除振装置と、原子間力顕微鏡の鏡筒部等比較的小質量の積載質量を想定した20kgの積載物に対応した小型の磁気浮上型防振装置についてコンピュータシミュレーションにより防振特性を検証した。テーブル上の振動加速度と磁気軸受相対変位の出力フィードバックで設置床からテーブルへの振動の伝達を低減することを試み、コンピュータシミュレーションで防振できることを確認した。本年は設置床の振動加速度をフィードフォワードする制御系の効果を検討するため、磁気軸受型アクチュエータの相対変位のフィードバックと設置床の振動加速度フィードフォワードを組み合わせた制御系を設計し、その防振効果をコンピュータシミュレーションで確認した。従来の防振ゴムや空気ばねを用いた受動型防振装置では不可能である極低周波数範囲での防振効果を確認することができた。更に、昨年の研究で取り上げた積載量20kg相当の小型モデルの磁気浮上型防振装置の試験装置を試作した。3セットの磁気軸受型アクチュエータで被搭載物を取り付ける平板テーブルを磁気軸受アクチュエータ内蔵の非接触変位計出力のフィードバック制御だけで非接触浮上させた。浮上テーブルの高次曲げ固有振動が発生することがあり、その対応を行った。平成11年度では,昨年度に製作した積載量20kg相当の小型モデルの磁気浮上型防振装置を用いて,これまでにコンピュータ上で設計・評価した制御則をインプリメントして防振性能を実測した.しかし,実験ではコンピュータシミュレーションほどの防振効果を確認できなかった.これまで採用したテーブルの制御モデルの次元は鉛直方向だけを考慮した1自由度モデルであったことが実機の防振性能劣化の原因と推定した.そこで,1自由度モデルから鉛直方向と水平2軸回りの3自由度モデルに変更して防振制御設計を行ない,コンピュータシミュレーションと実験を実施した.
ヒトサイトメガロウイルス感染症のウイルス病理学的解析

ヒトサイトメガロウイルス(CMV)の実験室株(AD169)からクローニングされた5種の遺伝子断片を用いて、in situ hybridization法の検討を行なった。その検出感度はその長さに依存し、陽性シグナルは核、核と細胞質、細胞質のみの3種が観察され、感染細胞の時期の違いを反映していると考えられた。またHE標本上で同定できる細胞数よりも2倍の感染細胞が検出でき、効率良く調べることが可能と判明した。成人および先天性感染症例について、後期抗原と前初期抗原の検出を行なうと、先天性例では、前初期抗原が検出できないかあるいは一部の臓器のみに検出されることがわかり、全身性感染にもかかわらず、臓器によって感染時期が異なることが明らかとなった。同年令の全身感染例ではすべての臓器で前初期抗原が陽性となったので、先天性感染の場合は、剖検時まで長期のウイルス感染が続き、宿主細胞でのウイルス増殖が殆んどおこっていないことを示唆しており、現在症例数をさらに増やして検討を続けている。CMV感染剖検例を用いて、同様に前初期抗原と後期抗原、さらにin situ hybridization法によるウィルス遺伝子の検出を行なうと、それぞれの臓器によって検出される感染細胞数が異なっていることが判明した。成人例でも、先天性感染症例で示唆された感染時期の差異によってウイルス前初期抗原の検出に差があることがより具体的になった。現在その組織像との関連について検討を続けている。
ファンデルワールスクラスターのダイナミックスにおける統計性と量子性

本研究では、統計的な反応論、特に遷移状態論を多自由度力学系の立場から再検討する研究を行ってきた。その中で、3自由度以上の系に見られる現象としてcrisisを、具体的な3体系ファンデルワールスクラスターにおいて調べてきた。今年度は、この現象を化学反応論・力学系理論の両面で、より一般な立場から研究するため、crisisの本質を取り出したモデルハミルトニアンを研究し、crisisの発生条件を解析的に得ることができた。この解折の過程で、3自由度以上の系において、非線形共鳴の成す編みの目(Arnold's web)が重要であることが明らかになった、これまで研究してきたcrisisは、この編みの目において特徴的な分岐現象の一つである。このcrisisを含め、多自由度系の相空間の構造をより一般に研究する方法を研究するとともに、多原子分子における緩和過程や少数多体系における相転移を、これら相空間の構造から解折しはじめている。特に、ア-ノルドの編みの目を具体的な分子で調べるため、アセチレンの分子内エネルギー緩和の解折を始めている。この成果については、近い内に公表できる、また、非線形共鳴の編みの目と、確率共鳴(stochastic resonance)との間に密接な関連があることに気がついた。確率共鳴は、筋肉の収縮におけるエネルギー変換のモデルの一つである。この方向から、化学エネルギーの変換について、力学系の立場から研究することができるのではないかと予想している。
農産物の動特性による品質判定システムの人工知能化と標準化に関する研究

農産物が機械的外力を受けた際に示す動的応答特性によって貯蔵中の品質変化の定量判定を行なうために,まず全姿農産物を非破壊状態で不規則外力にて加振する装置を試作した.この装置はコンピュータにて制御されており計測及びデータ処理の全自動化が可能である.また,農産物の動的特性を記述するモデルとして時系列解析で用いられている線形予測モデルを採用した.即ち,自己回帰モデル(AR(10)モデル)及び自己回帰移動平均モデル(ARMA(4, 3)モデル)を採用し,特性のパラメータ表現を試みた. ARモデルパラメータ即ち予測係数はBurgの最大エントロピー(MEM)により,またARMAモデルパラメータはカルマンフィルタを応用した逐次最小2乗法(Rocursve Least Square Methoa, RLS法)によって推定した.その結果, ARMAモデルの方がARモデルよりも少ないパラメータでFFT法によって推定した農産物の周波数応答関数をよく近似することが判明した.また,これらの方法で推定した平測係数が農産物の動特性を定量的に表現していると考えられるが, 1個の農産物について多くのパラメータが得られ品質との直感的な対応をとる事が困難である.そこで多変量解析で使われているマハラノビスの汎距離により貯蔵中の品質の変化の判別分析を試み,良好な結果を得たがこの場合〓〓同体間の変動も含めて判別している可能性があり,計測制御装置の改良の必要性が感じられた.このマハラノビスの汎距離の経時変化は,また品質変化の定量的指標となる可能性が見出された.即ち貯蔵期間の増加とともに増加する傾向があり,かつ貯蔵条件が悪いと増加の割合が大きいことが判明した.形状記憶合金を駆動装置とする農産物ハンドリング用リッパーを試作して,基礎的な動特性実験を行った結果,把握力充分であるが応答速度はあまり高くなかった.農産物が機械的外力を受けた際に示す動的応答特性によって貯蔵中の品質変化の定量判定を行なうために,まず全姿農産物を非破壊状態で不規則外力にて加振する装置を試作した.この装置はコンピュータにて制御されており計測及びデータ処理の全自動化が可能である.また,農産物の動的特性を記述するモデルとして時系列解析で用いられている線形予測モデルを採用した.即ち,自己回帰モデル(AR(10)モデル)及び自己回帰移動平均モデル(ARMA(4, 3)モデル)を採用し,特性のパラメータ表現を試みた. ARモデルパラメータ即ち予測係数はBurgの最大エントロピー(MEM)により,またARMAモデルパラメータはカルマンフィルタを応用した逐次最小2乗法(Rocursve Least Square Methoa, RLS法)によって推定した.その結果, ARMAモデルの方がARモデルよりも少ないパラメータでFFT法によって推定した農産物の周波数応答関数をよく近似することが判明した.また,これらの方法で推定した平測係数が農産物の動特性を定量的に表現していると考えられるが, 1個の農産物について多くのパラメータが得られ品質との直感的な対応をとる事が困難である.そこで多変量解析で使われているマハラノビスの汎距離により貯蔵中の品質の変化の判別分析を試み,良好な結果を得たがこの場合〓〓同体間の変動も含めて判別している可能性があり,計測制御装置の改良の必要性が感じられた.このマハラノビスの汎距離の経時変化は,また品質変化の定量的指標となる可能性が見出された.即ち貯蔵期間の増加とともに増加する傾向があり,かつ貯蔵条件が悪いと増加の割合が大きいことが判明した.形状記憶合金を駆動装置とする農産物ハンドリング用リッパーを試作して,基礎的な動特性実験を行った結果,把握力充分であるが応答速度はあまり高くなかった.農産物の切り出し試験片に対する不規則加振装置を製作し、農産物の動的パラメータをARMA法によって推定し、貯蔵条件と品質との関係を求めた全姿農産物の安定した把握と品質判定が可能な農業用ロボットハンドに実装する人工触覚を実現するために、既に設計製作済みの不規則加振装置及び計測制御用ソフトウェアシステムを次の諸点について改良した。1.市販のオーディオ用スピーカを改造した水平方向加振装置及び把握力検出装置を製作した。2.加振装置は、コンピュータに記憶させておいた雑音発生器からの不規則信号を、D/A変換器と低域ろ波によってアナログ電圧に変換した信号で全く同一の加振条件で反復駆動できる。加振周波数と振幅はソフトウェアで制御可能である。3.農産物の形状が大形になると、出力信号レベルが低下しSiN比が悪化するが、平均応答法による反復加振でこの点は改善できる見通しが得られた。4.農産物の把握力の精密な制御が可能となり、損傷の発生しない安定した把握動作が実現できる見通しを得た。5.農産物精密把握及び反復不規則加振を自動的に実行する計測制御用ソフトウェアシステムを開発した。6.これらのハード及びソフトウェアシステムによって農産物の周波数応答関数を実時間に計測することが可能になった。7.現在はARMAモデルの次数を増やした場合の、パラメータ推定アルゴリズムを開発している。8.産業用マニピュレータに人工触覚を実装し、安定した把握動作と品質判定が可能な農薬用ロボットハンド制御システムを開発中である。本年度の研究は、(1)加振装置の改良(ハードウェア)、(2)農産物の動的モデルの改良(ソフトウェア)、(3)農産物ハンドリング用人工把握指の開発(ハードウェア)を主点として、農業用ロボットハンドの開発基礎の確立をはかった。(1)農産物に不規則加振力を加える場合、外部雑音の影響で出力のSN比が低下するのを防ぐために平均応答法によった。50回の反復実験の結果、出力のSN比に若干の改善が見られた。

同一加振点による応答特性には極めて良好な再現性が得られた。農産物は70120Hzの帯域で、線形システムと考えられる。応答特性は農産物の品貭変化を反映していることが分かった。加振点は農産物の左右2点とし、加受振点を入れ替えて実験した結果、周波数応答特性に差が見られた。農産物の形状・品質・加振器の非対称性によるものと考えられる。(2)農産物の動的モデルとして、ARMAモデルを想定しパラメータの推定を試みたが、アルゴリズムに非線形連立方程式の数値解法を含むために、極めて不安定になった。従ってARMAモデルを採用する場合の数値計算法の開発が今後の問題点である。このような不安定性を回避するために、近似精度は落ちるが計算アルゴリズムの確立しているARモデルをあてはめて、最大エントロピー法でパラメータを推定した。計算法は安定しているが、時間がかかることと、FFT法によって直接推定した周波数応答曲線と比較した場合高周波領域で不一致がみられた。(3)人工把握指の駆動のために形状記憶合金を使用して、動特性を調べ、利用の可能性が見出せた。
原型炉で実現可能なエッジローカライズモード抑制・小振幅化に向けた理論数値解析

エッジローカライズドモード(ELM)の安定性を正確に評価するために,新たな物理モデルを考案し,これに基づく数値解析コードMINERVA-DIを開発した.これを用いて,小振幅ELMの原因の一つと考えられる,短波長バルーニングモードの安定性に対するプラズマ回転・イオン反磁性ドリフト効果の影響を評価し,イオン反磁性ドリフト効果による同モードの安定化効果がプラズマ回転によって無効化されうることを明らかにした.この成果を基に,国内JT-60装置,及び欧州JET装置におけるELM安定性解析を行い,小振幅ELMのみならず大振幅ELMの発生条件にプラズマ回転が影響を与えていることを定量的に示した.本年度は,まずプラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果がMHD安定性に対して与える影響を自己無撞着に定量評価するための物理モデルおよび数値コードを新たに開発した.これは,当初本研究課題で採用する予定であったドリフトモデルでは,速いプラズマ回転を考慮できないことが確認されたため,この問題を解決するために行った.この新規開発したモデル・コードを用いて,小振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因の一つと考えられる短波長バルーニングモードの安定性に対するプラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果の影響に関する数値解析を行った.その結果,これまで知られていたイオン反磁性ドリフト効果によるバルーニングモードの安定化は,プラズマ回転を考慮することで無効化されうることを明らかにした.さらに,プラズマ回転による動圧の増加がバルーニングモードを不安定化させること,またイオン反磁性ドリフト効果の影響はこの動圧の補正効果として現れるため,プラズマ回転が十分速い場合にはバルーニングモードは安定化されないことを理論的に示した.この成果はPlasma Phys. Control. Fusion誌に掲載された.また,この成果を基にJT-60U実験装置におけるELM安定性の定量解析を行った.同装置では,これまで実験的に観測されていたELMの発生条件と数値解析によって評価された条件の間に大きな差があることが示され,その差を埋めるにはプラズマ回転が重要な役割を果たすことが研究代表者らによって明らかにされていた.しかし,当時の解析ではイオン反磁性ドリフト効果が考慮されておらず,より高度な物理モデルに基づいた結果の再検証が求められていた.今年度,この再検証を行い,プラズマ回転がELM安定性に対するイオン反磁性ドリフト効果を大きく低減し,さらにELMを不安定化することを明らかにした.当初,本研究課題で採用を予定していた物理モデル(ドリフトモデル)を断念せざるを得ない状況になったが,その代替となる新たな物理モデルおよび数値コードの開発を年度内に完了することができたため,進捗に大きな遅れは出ていないと考える.むしろ,この新たに開発したモデル・コードを用いてMHD安定性に対するプラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果の影響を改めて評価することで,イオン反磁性ドリフトによるMHDモードの安定化効果がプラズマ回転により無効化されうることを解明するなど,ELM安定性の物理理解を大きく進展させた.特に,今回明らかにした物理機構が,JT-60U装置におけるELM発生条件を定量的に説明するために大きく貢献したことは重要な結果である.現在,結果の定量性をより高めるために,欧州JET装置におけるELM発生条件について本研究課題で開発したモデル・コードを用いて数値的に評価し,実験観測結果と比較することを進めている.JET装置ではITER like wallと呼ばれるITER装置で採用されるプラズマ対向壁(タングステン+ベリリウム)を導入した後にELM発生条件が大きく変化し,プラズマ回転を考慮しない数値解析ではELM発生条件を正確に評価できていない.この問題を解決に向けて比較を進めており,初期結果としてJT-60U装置の場合と同様,JET装置でもプラズマ回転の影響は無視できないことが確認されている.JET装置のプラズマ形状や対向壁の性質などはITERに非常に近いため,現在進めている比較の結果はITERや原型炉におけるELM発生条件の予測やELM小振幅化条件の検討にも大きなインパクトを与えると期待できる.昨年度に開発した,プラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果を考慮したMHD安定性解析コードMINERVA-DIを用いて,JT-60U実験装置におけるELM安定性の定量解析を行った.同装置では,これまで実験的に観測されていたELMの発生条件と数値解析によって評価された条件の間に大きな差があることが示され,その差を埋めるにはプラズマ回転が重要な役割を果たすことが研究代表者らによって明らかにされていた.しかし,当時の解析ではイオン反磁性ドリフト効果が考慮されておらず,より高度な物理モデルに基づいた結果の再検証が求められていた.今年度,この再検証を行い,プラズマ回転がELM安定性に対するイオン反磁性ドリフト効果を大きく低減し,さらにELMを不安定化することを明らかにした.この成果はNuclear Fusion誌に掲載された.また,同じくMINERVA-DIコードを用いて,欧州JET装置におけるELM安定性の定量解析を行った.同装置では,ITER like wallと呼ばれる金属ダイバータを導入後に,ELM発生条件が,プラズマ回転の影響を無視した従来の数値解析では説明できなくなったことが知られていた.今回の解析により,プラズマ回転を考慮した数値解析を行うことで,同装置におけるELM発生条件が説明できることを明らかにした.

この成果により,同装置にのみならず金属ダイバータを設置する予定であるITERや原型炉におけるELM発生条件の予測は,MINERVA-DIのようなプラズマ回転を考慮した数値解析コードで実現できることを示した.本年度は,研究代表者が開発した物理モデル・数値コードの妥当性および結果の定量性をより高めるために,欧州JET装置におけるELM発生条件について本研究課題で開発したモデル・コードを用いて数値的に評価し,実験観測結果と比較することを進めた.その結果,プラズマ回転がITERや原型炉におけるELM発生条件の予測を実現する重要な物理機構であることを明らかにした.これにより,本研究課題の目的である"原型炉におけるELM抑制・小振幅化に重要となる物理パラメータの発見"を実現する上で必要となる物理モデル・数値コードの準備が完了した.特に,プラズマ回転の影響は,QHモードと呼ばれるELM抑制運転モードの実現に重要な役割を果たしていることが実験的に知られており,開発したMINERVA-DIを用いて同運転モードの安定性を定量解析することで,ELM抑制につながる物理機構の詳細な解明が進むと期待できる.本年度は,昨年度までに開発を行った,プラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果がMHD安定性に対して与える影響を自己無撞着に解析可能な数値コードMINERVA-DIを用いて,欧州JET装置におけるエッジローカライズモード(ELM)発生条件の定量解析を行った.同装置では,ITER like wallと呼ばれる金属壁を導入後に,ELM発生条件が従来より用いられていた理想MHDモデルに基づく数値解析では同定できない状況がしばしば観測されている.そこで,MINERVA-DIを用いてこれらの状況にプラズマ回転およびイオン反磁性ドリフト効果の影響について定量的に評価し,その結果,回転によるELM不安定化効果が同装置におけるELM発生条件に大きな影響を与えており,回転およびイオン反磁性ドリフト効果を考慮した数値解析を行うことでELM発生条件を説明できることを明らかにした.この成果は,Nuclear Fusion誌に掲載された.また,MINERVA-DIを用いて,現在国内で建設中のJT-60SA装置におけるELM発生条件予測,および高閉じ込め運転モード時の周辺閉じ込め性能への影響について数値解析を行った.従来のELM発生条件予測ではプラズマ回転の影響は考慮されていなかったが,今回の解析の結果,回転による不安定化によって,JT-60SAで想定されているプラズマの周辺閉じ込め性能が10%程度低下することを示した.この成果は,前述の欧州JET装置におけるELM発生条件の定量解析をさらに進めた結果と共に,欧州物理学会における招待講演として報告し,併せてPlasma Phys. Control. Fusion誌に掲載された.エッジローカライズドモード(ELM)の安定性を正確に評価するために,新たな物理モデルを考案し,これに基づく数値解析コードMINERVA-DIを開発した.これを用いて,小振幅ELMの原因の一つと考えられる,短波長バルーニングモードの安定性に対するプラズマ回転・イオン反磁性ドリフト効果の影響を評価し,イオン反磁性ドリフト効果による同モードの安定化効果がプラズマ回転によって無効化されうることを明らかにした.