hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
初晶SnとIMCを強度構成部材とした高精度FEAによる微細はんだ接合法の開発

報告者が,標点長さ2mm,標点部外径0.5mmの微小Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC)はんだ試験片を用いて得た引張応力ーひずみ曲線は,同負荷条件であっても通常サイズの試験片ではみられない大きなばらつきを示す.この原因を探るために,試験後に高強度と低強度の破断試験片の縦断面を比較した結果,初晶Snの分布形態に違いがみられた.しかし,その分布形態は試験片に生じたくびれなどの影響を受けた可能性があった.そこで本年度は,引張ひずみ10%を与えた微小SACはんだ試験片の縦断面を観察し,強度と初晶Snのサイズおよび分布形態の関連について調査した.その結果,初晶Snのサイズについては,強度の高低に関わらず,長さが510μmの初晶Snが最も多く存在することが判明した.また,初晶Snの形状を楕円近似し,その長軸が引張方向と成す角を初晶Snの方位と定義して試験片毎に作成した方位の度数分布図を強度の高低で比較した結果,高強度の試験片では0°方向と90°方向に近い方位の初晶Snが多く,低強度の試験片では45°方向に近い方位の初晶Snが多いことが判明した.一方,報告者はCu/Sn系金属間化合物(IMC)の応力-ひずみ曲線が材料非線形性を有する可能性のあることもこれまでに示している.本年度は,その妥当性についても検討するために,Cu/Sn系IMC層を有する銅-はんだ接合体のせん断試験とそのFEAを実施した.すなわち,Cu/Sn系IMC層の材料非線形性の有無が異なる2種類の銅-はんだ接合体のFEモデルを用いてFEAを実施し,それらの解析結果と実際のせん断試験におけるIMC層での破壊形態を照らし合わせることで,Cu/Sn系IMCにおける材料非線形性の有無について検討した.その結果,Cu/Sn系IMCが材料非線形性を有すると考えることは,合理的であることが判明した.楕円近似した初晶Snの長軸方向と強度の関連については,一定程度の傾向をつかむことができた.すなわち,近似楕円の長軸が引張方向と成す角を初晶Snの方位と定義し,その度数分布図を試験片毎に作成して強度の高低で比較した結果,0°方向と90°方向に近い方位の初晶Snが多い試験片は高強度となり,45°方向に近い方位の初晶Snが多い試験片は低強度となる傾向があることを明らかにした.また,Cu/Sn系IMCであるCu3SnとCu6Sn5は,いずれも塑性変形能を有している可能性が高いことも明らかにした.一方,初晶Snの長軸方向と結晶方位の関係をEBSD法で調査することを今後予定しているが,現段階ではEBSD法により明確な微小SACはんだの結晶方位図を得るための測定・観察条件の決定に至っていない.また,初晶Snの成長方向を揃えたSACはんだの薄板を作製し,その引張試験を実施することも予定しているが,初晶Snの成長方向を揃える鋳造方法の確立には未だ至っていない.これらのことから,「やや遅れている」と評価した.任意の方向に初晶Snの成長方向を揃えた微小はんだ試験片を作製するのが困難となった場合に備え,X線CTで微小はんだ試験片中の初晶Snの分布形態を調査し,試験片を分布形態の類似性で分類することを試みる.このように初晶Snの分布形態を予め把握した微小はんだ試験片を用いて引張試験を実施することで,初晶Snの分布形態と強度の関連をより明らかにする.これに加えて,初晶Snの成長方向と結晶方位の関係も明らかにすることで,微小はんだ試験片に高強度を付与することができる,初晶Snの配置方法について考察する.また,Cuめっきした微小はんだ試験片を熱処理して作製する,微小複合材料型はんだ試験片(MCS試験片)の引張試験を複数の温度で実施し,Cu3SnとCu6Sn5の変形特性の温度依存性も調査する.そして,この調査結果を整理し,初晶SnとCu/Sn系IMCを強度構成部材とする,微細はんだ接合体の数値実験の実施に備える.報告者が,標点長さ2mm,標点部外径0.5mmの微小Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC)はんだ試験片を用いて得た引張応力ーひずみ曲線は,同負荷条件であっても通常サイズの試験片ではみられない大きなばらつきを示す.この原因を探るために,試験後に高強度と低強度の破断試験片の縦断面を比較した結果,初晶Snの分布形態に違いがみられた.しかし,その分布形態は試験片に生じたくびれなどの影響を受けた可能性があった.そこで本年度は,引張ひずみ10%を与えた微小SACはんだ試験片の縦断面を観察し,強度と初晶Snのサイズおよび分布形態の関連について調査した.その結果,初晶Snのサイズについては,強度の高低に関わらず,長さが510μmの初晶Snが最も多く存在することが判明した.また,初晶Snの形状を楕円近似し,その長軸が引張方向と成す角を初晶Snの方位と定義して試験片毎に作成した方位の度数分布図を強度の高低で比較した結果,高強度の試験片では0°方向と90°方向に近い方位の初晶Snが多く,低強度の試験片では45°方向に近い方位の初晶Snが多いことが判明した.

一方,報告者はCu/Sn系金属間化合物(IMC)の応力-ひずみ曲線が材料非線形性を有する可能性のあることもこれまでに示している.本年度は,その妥当性についても検討するために,Cu/Sn系IMC層を有する銅-はんだ接合体のせん断試験とそのFEAを実施した.すなわち,Cu/Sn系IMC層の材料非線形性の有無が異なる2種類の銅-はんだ接合体のFEモデルを用いてFEAを実施し,それらの解析結果と実際のせん断試験におけるIMC層での破壊形態を照らし合わせることで,Cu/Sn系IMCにおける材料非線形性の有無について検討した.その結果,Cu/Sn系IMCが材料非線形性を有すると考えることは,合理的であることが判明した.楕円近似した初晶Snの長軸方向と強度の関連については,一定程度の傾向をつかむことができた.すなわち,近似楕円の長軸が引張方向と成す角を初晶Snの方位と定義し,その度数分布図を試験片毎に作成して強度の高低で比較した結果,0°方向と90°方向に近い方位の初晶Snが多い試験片は高強度となり,45°方向に近い方位の初晶Snが多い試験片は低強度となる傾向があることを明らかにした.また,Cu/Sn系IMCであるCu3SnとCu6Sn5は,いずれも塑性変形能を有している可能性が高いことも明らかにした.一方,初晶Snの長軸方向と結晶方位の関係をEBSD法で調査することを今後予定しているが,現段階ではEBSD法により明確な微小SACはんだの結晶方位図を得るための測定・観察条件の決定に至っていない.また,初晶Snの成長方向を揃えたSACはんだの薄板を作製し,その引張試験を実施することも予定しているが,初晶Snの成長方向を揃える鋳造方法の確立には未だ至っていない.これらのことから,「やや遅れている」と評価した.任意の方向に初晶Snの成長方向を揃えた微小はんだ試験片を作製するのが困難となった場合に備え,X線CTで微小はんだ試験片中の初晶Snの分布形態を調査し,試験片を分布形態の類似性で分類することを試みる.このように初晶Snの分布形態を予め把握した微小はんだ試験片を用いて引張試験を実施することで,初晶Snの分布形態と強度の関連をより明らかにする.これに加えて,初晶Snの成長方向と結晶方位の関係も明らかにすることで,微小はんだ試験片に高強度を付与することができる,初晶Snの配置方法について考察する.また,Cuめっきした微小はんだ試験片を熱処理して作製する,微小複合材料型はんだ試験片(MCS試験片)の引張試験を複数の温度で実施し,Cu3SnとCu6Sn5の変形特性の温度依存性も調査する.そして,この調査結果を整理し,初晶SnとCu/Sn系IMCを強度構成部材とする,微細はんだ接合体の数値実験の実施に備える.微小はんだ試験片を確実にチャッキングし,試験温度を変えたときにも変位・荷重の測定に影響を及ぼすことのない試験片つかみ具について慎重に検討する必要があった.本年度内には,その製作に至ることができなかったため,その製作費を次年度に使用することにした.次年度は,試験片用つかみ具の設計を完了し,必要な材料の購入費および加工費として本年度に生じた残額を使用する予定である.また,翌年度の助成金は,数値実験を実行するためのワークステーションの購入,FEAソフトのライセンス更新料,装置使用料などに使用する予定である.
mTOR複合体1による正常造血幹細胞・白血病幹細胞制御機構の解明

mTORC1の異常な活性化は白血病化を促進するが、白血病幹細胞の維持における役割は明らかではない。本研究では白血病マウスモデルにおいてmTORC1活性を特異的に欠損させることにより、分化した白血病細胞は細胞死の誘導により速やかに消失するが、未分化型白血病細胞は長期的に生存可能であることを見出した。mTORC1の再活性化により、白血病が再発したことから、mTORC1抑制下でも、白血病幹細胞は自己複製を行うことが明らかとなった。本年度は、成体の造血幹細胞にてmTOR複合体1を欠損するマウスを用いて、骨髄細胞の移植実験を行い、造血幹細胞に対するmTOR複合体1の機能解析を行った。また白血病幹細胞における機能解析を目的として、mTOR複合体1欠損の誘導が可能な急性骨髄性白血病モデルを樹立した。mTOR複合体1を成体の造血幹細胞で欠損させたところ、長期的な観察ではmTOR複合体1を欠損した白血球は末梢血液中から消失することが明らかとなり、正常な成体の造血システムの維持には必須の役割を有することが明らかとなった。一方で、短期的な評価では骨髄球系細胞の分化異常が観察され、正常な骨髄球細胞分化の進行にはmTOR複合体1の活性が必須であることが明らかとなった。生体外での分化誘導を伴う造血幹細胞の培養実験においても、顕著に骨髄球系細胞の増殖・分化が抑制された。MLL-AF9融合遺伝子を導入して急性骨髄性白血病モデルを樹立しており、白血病細胞の分化・幹細胞維持における機能について、現在解析を進行中である。以上の結果から、生理的条件下において、機能的に幹細胞維持や分化制御に重要であることが明らかになりつつある。一方で、mTOR複合体1の依存度には分化段階で相違点も見られ、生理的意義を生体内で評価することの重要性を示す結果が得られている。本研究のさらなる推進により、成体組織の維持におけるmTOR複合体1の生理的役割の解明に重要な知見が得られることが期待される。本年度は、mTOR複合体1欠損の誘導が可能な急性骨髄性白血病モデルを用いた解析を中心に、mTOR複合体1による白血病幹細胞制御のメカニズムについて実験を行った。まずMLL-AF9融合遺伝子を導入して樹立した急性骨髄性白血病モデルにおいてmTORC複合体1に必須のサブユニットであるRaptorを欠損させた結果、有意に白血病マウスの生存期間が延長した。このことから、遺伝学的なmTOR複合体1の特異的な欠損は、抗腫瘍効果を示すことを明らかにした。また、Raptor欠損誘導下において、骨髄中に未分化様の表面抗原を呈する細胞集団が増加していることを見出したことから、白血病再発能力を評価するため、限界希釈細胞移植アッセイを行ったところ、この細胞集団の白血病再発能力は低下していることを確認した。一方で、白血病を発症しなかったレシピエントマウスにおいてもRaptor欠損AML細胞が残存していることが明らかとなり、表面抗原の特徴から、Raptor欠損AML細胞が未分化な状態で、長期的に生体内において維持されうることを見出した。さらに生存していたRaptor欠損AML細胞にRaptorを再導入したところ、元のAML細胞と同様に非常に悪性度の高い白血病を再発することが確認された。以上の結果から、遺伝学的なmTORC1抑制条件において生存するAML細胞は、白血病幹細胞集団であることが明らかとなった。Raptor欠損下において、白血病幹細胞集団の増加が認められたことから、遺伝学的にもmTORC複合体1の抑制は幹細胞、特に急性骨髄性白血病幹細胞の自己複製を促すことが示唆された。今後この維持メカニズムを解明することが、生理的条件下での幹細胞維持を理解し、白血病を根治するにあたって重要であると考えられる。
界面における分子超構造の構築と光機能発現

本研究では、吹着単分子膜の安定化を図るとともに、アゾベンゼンで置換したCRAの単分子膜の光異性化反応を液晶配向以外の知的な機能に変換することを試み、次の結果を得た。1 O-カルボキシメチル化されたカリックス[4]レゾルシンアレン(CRA-CM)に4つのシンナモイル基を導入し、これを用いてガラス基板表面に単分子吸着膜とした。これに紫外線照射を行うと光二量化反応に基づくと思われる吸収スペクトル変化を起こす。光照射前後で極性溶媒による単分子膜の脱着を評価したところ、明らかに光照射によって脱着が抑制できることを見いだした。2 CRA-CMに4つのアゾベンゼンを結合した誘導体からなる吸着単分子膜の安定性を向上させるために、ガラス基板表面をあらかじめアミノシリル化処理を施したところ、NH_2-HOOC結合が多点で形成されるために吸着単分子膜は水中でも脱着することがなかった。これにより、きわめて簡便な操作によって最密充填に近い形での単分子膜が安定に調整できることを明らかにした。3 CRA-CMに4つのアゾベンゼンを結合した誘導体からなる吸着単分子膜に光照射して、表面エネルギー制御を試みた。アゾベンゼンの光異性化に伴って、水に対する接触角が7度変化した。また、この種のアゾベンゼン誘導体をコロイダルシリカ表面に吸着させることによって、有機溶媒中での分散・凝集を光制御できた。
ヘテロイオン挿入による一次元金属硫黄/カーボンナノチューブのゼロ抵抗伝導体の創製

「硫黄の機能化・資源化技術」の開拓をめざし、研究を進めた。具体的には、これまで実現が困難とされてきた「電気的な相互作用」による高温超伝導モデルに着目し、一次元硫黄/カーボンナノチューブとヘテロイオンを用いた物質設計の指針を得ることができた。本研究の達成に必須となるオリジナルの走査型電子顕微鏡/電気伝導同時測定装置の開発に成功した。また、一次元硫黄/カーボンナノチューブが、研究開始の当初は想定していなかったフレキシブルなリチウムー硫黄マイクロ電池の正極材料として有望であることを突き止めた。本研究がめざす「電荷介在型の一次元硫黄/カーボンナノチューブ複合体」の合成に着手した。具体的には、予め一次元硫黄を内包したカーボンナノチューブを作製し、次いで気相導入法によりハロゲン系ヘテロイオン(ヨウ素イオン)を一次元硫黄/カーボンナノチューブの間隙に挿入する手法を確立した。また、ハロゲン系ヘテロイオンの挿入量を制御するため、イオン挿入過程における電気抵抗変化を逐次モニタリングできる同時合成・分析システムを構築した。電子状態の定まった金属型/半導体型カーボンナノチューブ(単層及び二層)を用いたことで、ヨウ素イオンと一次元硫黄/カーボンナノチューブとの電荷相互作用の違いを反映した電気伝導特性を明らかにすることに成功した(論文投稿中)。「電荷介在型の一次元硫黄/カーボンナノチューブ複合体」は、ナノとマクロの間をつなぐメゾスケール材料であることが特徴である。この特異なメゾスケール材料の電気伝導特性の評価を目的として、「その場走査型電子顕微鏡観察-極低温電気伝導測定システム」を設計・構築した。絶縁基板上に密着した単一カーボンナノチューブ・バンドルにプローブ電極を接触させ、電気抵抗を計測することに成功した。電気プローブの間隔は1-2ミクロン程度まで近づけることができた。極低温条件を実現するための予備試験も良好であった。これにより、次年度に実施を予定している「電荷介在型の一次元硫黄/カーボンナノチューブ複合体」の極低温電気伝導特性実験を円滑に進めることができるようになった。当初から予定していた、1.へトロイオン挿入法の確立、2.「その場走査型電子顕微鏡観察-極低温電気伝導測定システム」のセットアップが達成できた。また、基礎データも蓄積し始めており、一部の成果は論文投稿にまで至っている。以上、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断できる。物質が金属であるか非金属であるかは、温度や圧力などの環境条件によって変化する。これまでに、この金属ー非金属転移が起こる主要パラメーターを外部圧力ではなく、カーボンナノチューブ(CNT)の一次元ナノ空間がもたらす特異なコンファイメント効果を利用することで、単体硫黄が一次元伝導体となることを明らかにしてきた。一方、一次元硫黄/CNT複合体(S@CNT)の超伝導化は未だ実現されていない。そこで本研究では、これまで実現が困難とされてきた「電気分極を利用した高温超伝導モデル」に着目し、1.そのメゾスケール構造を再現するS@CNTの作製:「電荷介在型の一次元硫黄/CNT複合体」、および2.メゾスケールの電気特性を調べるためのオリジナル分析装置の開発を目的として研究を進めた。本研究がめざす超伝導化機構の発現には、CNT内部に捉われた一次元硫黄に対し、CNT壁を介していかに電気的な相互作用を付与できるかが要となる。本年度は、気相導入法によりヨウ素イオンが隣接するS@CNTの間隙に挿入できること、またバルク体における分光特性や電気特性を明らかにすることに成功した。さらに物質創製と並行して、本研究課題に必須となる分析装置の開発を進めた。具体的には、メゾスケールにおけるCNTロープの直接観察および電気特性評価を同時に計測可能な分析システムを構築した。これにより、単一「電荷介在型の一次元硫黄/CNT複合体」の電気特性を四探針法により調べることが可能となった。また、S@CNTが研究開始の当初は想定していなかった「フレキシブル/マイクロLi-S電池」の正極材料として有望であることが明らかとなり、本研究で追及した物質系の新しい応用展開を見出すことにも成功した。(1)他のハロゲン系ヘテロイオン(臭素イオンや塩素イオン)についても挿入条件を調べていき、新規な「電荷介在型の一次元硫黄/カーボンナノチューブ複合体」を合成する。(2) (1)で合成したサンプルについて、本年度に構築した「その場走査型電子顕微鏡観察-極低温電気伝導測定システム」を利用してその電気伝導特性を調べ、初志目標の達成をめざす。28年度が最終年度であるため、記入しない。低次元ナノ材料28年度が最終年度であるため、記入しない。
宇宙プラズマにおけるミラー不安定性の非線形発展の研究

非線形段階におけるミラーモード磁場構造の合体を詳細に調べるために、2次元、3次元の開放境界モデルにおけるシミュレーションを行った。磁気ピーク、磁気ホールと呼ばれる、近年の衛星観測で注目されている磁場構造とミラー不安定性の関係について解析を行った。イオンベータ値に関するパラメータ解析を行った結果、高ベータ条件において2次元、3次元ともに磁気ピーク構造が現れた。低ベータにおいては、2次元モデルでは磁気ホールが、3次元モデルでは磁気ピークがそれぞれ得られた。高ベータ値の場合、より大きな振幅の波動が励起される。このとき平行方向に電場が発生し、粒子が加熱され、磁場に沿って粒子群が移動しやすくなる。これによって、高ベータにおいては、ミラーモードを形成する反磁性電流の合体が隣り合う者同士で頻発する。その電流構造の合体に伴って磁場構造も合体していくため、磁気ホールは崩れる。残った磁場の強い領域が、磁気ピークとして存在することを示した。一方で低ベータの場合は、磁場の弱い領域に粒子が補足され続けることで、磁気ホール構造が安定して存在していることを示した。一方3次元モデルでは、粒子の運動の自由度が2次元モデルよりも多いために、粒子群の合体が促進される。従って2次元モデルで磁気ホールが出来るパラメータにおいても、磁気ピークが卓越する。また、複数回の電磁イオンサイクロトロン(EMIC)トリガード放射の後に生じる別のタイプの単一周波数のEMIC波について議論している。複数のトリガード放射の後にヘリウムのサイクロトロン周波数より低い周波数を持つEMIC波が励起されていることが、シミュレーション内で発見された。さらに、衛星観測データ解析においても同様の放射が起きていることを確認した。複数回のトリガード放射との相互作用により、高エネルギープロトンの速度分布関数は強烈に歪められる。ピッチ角散乱によって分布関数上にEMIC波を励起するような密度傾斜が形成されることがわかった。結果的に、ヘリウムのサイクロトロン周波数以下のEMIC波が成長することを示した。本年度は、地球マグネトシースにおけるミラー不安定性とLモード電磁イオンサイクロトロン(EMIC)不安定性の競合関係、ミラー不安定性の非線形発展段階における、magnetic peaks, decreaseの生成に関するシミュレーションを行った。両不安定性の競合関係に関しては、1.空間三次元性、2.初期擾乱レベルの差、3.各不安定性の非線形発展の違いが重要であることを明らかにし、論文誌Journal of Geophysical Research, Space Physicsに投稿し、出版された。ミラー不安定性の非線形発展に関しては、1次元シミュレーションとの比較によって3次元性がmagnetic peaks/decreasesのどちらの生成に寄与するかを調べた。また新たに開発した3次元開放境界モデルにおけるmagnetic peaks, decreasesの時間発展を明らかにした。また、京都大学学術情報メディアセンター中島研究室との共同研究により、負荷分散された超並列3次元ハイブリッドコードの開発を行った。中島研究室においてOne-Handed Helpと呼ばれる負荷分散手法が開発され、それが3次元ハイブリッドコードに実装された。現在は改良コードのテストシミュレーションを行っているが、実行速度およびスケーラビリティが飛躍的に改善されたことが確認できた。従来は大規模のために困難であった、ミラー不安定性の非線形発展に関するシミュレーションのパラメータ解析が可能となることが期待できる。ミラー不安定性の非線形発展によって形成されるmagnetic peak, dipと呼ばれる構造について解析するために、多次元開放境界ハイブリッドコードを開発した。2次元及び3次元モデルにおいて、異なるイオンベータに関するパラメータ解析を行った結果、magnetic dipは、2次元空間の低イオンベータ条件でのみ形成されることがわかった。2次元モデルの高イオンベータ、及び3次元モデルにおいてはmagnetic peakが形成されるが、これはミラー不安定性によって励起される磁場にトラップされない粒子が高ベータ及び3次元の場合多いためである。magnetic dipが形成された内部の粒子は、内部でのミラー運動のために、上部が平らな分布関数を形成する。一方で、magnetic peakが形成される条件では、ミラー不安定性が強烈に励起されることから、成長段階に現れる電場によって背景磁場平行方向に加熱されることがわかった。これにより磁場構造にトラップされるピッチ角を満たす粒子の数が減るため、magnetic dipが崩れ、結果的にmagnetic peakが残る。3次元モデルにおいて、粒子の運動の自由度は2次元モデルに比べて大きいため、プロトンが磁場構造にトラップされにくく、結果的にmagnetic peakが卓越し易くなる。また、近年衛星によって内部磁気圏磁気赤道領域で観測された電磁イオンサイクロトロントリガード放射の励起メカニズム解明のための1次元ハイブリッドシミュレーションを行い、観測と一致する、周波数上昇を伴う波動のスペクトル、振幅の飽和過程を再現できた。また、非線形成長理論によって得られる周波数変化率が一致していることを示した。さらに、EMICトリガード放射によって磁気赤道近傍に存在するプロトンの速度分布関数が散乱・加速の影響を受けて大きく歪められることを示した。周波数変動に伴い、多数のプロトンと共鳴しながら、ピッチ角散乱を引き起こすが、このうち、一部ロスコーンに侵入した粒子は極域大気圏に降下し、極域で観測されるプロトン・オーロラの一因となることを示した。

低ベータにおいては、2次元モデルでは磁気ホールが、3次元モデルでは磁気ピークがそれぞれ得られた。高ベータ値の場合、より大きな振幅の波動が励起される。このとき平行方向に電場が発生し、粒子が加熱され、磁場に沿って粒子群が移動しやすくなる。これによって、高ベータにおいては、ミラーモードを形成する反磁性電流の合体が隣り合う者同士で頻発する。その電流構造の合体に伴って磁場構造も合体していくため、磁気ホールは崩れる。残った磁場の強い領域が、磁気ピークとして存在することを示した。一方で低ベータの場合は、磁場の弱い領域に粒子が補足され続けることで、磁気ホール構造が安定して存在していることを示した。一方3次元モデルでは、粒子の運動の自由度が2次元モデルよりも多いために、粒子群の合体が促進される。従って2次元モデルで磁気ホールが出来るパラメータにおいても、磁気ピークが卓越する。また、複数回の電磁イオンサイクロトロン(EMIC)トリガード放射の後に生じる別のタイプの単一周波数のEMIC波について議論している。複数のトリガード放射の後にヘリウムのサイクロトロン周波数より低い周波数を持つEMIC波が励起されていることが、シミュレーション内で発見された。さらに、衛星観測データ解析においても同様の放射が起きていることを確認した。複数回のトリガード放射との相互作用により、高エネルギープロトンの速度分布関数は強烈に歪められる。ピッチ角散乱によって分布関数上にEMIC波を励起するような密度傾斜が形成されることがわかった。結果的に、ヘリウムのサイクロトロン周波数以下のEMIC波が成長することを示した。
企業の新事業戦略構築に資する新産業創出過程の基礎的研究

本研究は、新産業の創出過程を3つの視点から分析を行った。第一の視点は、「大学依拠型イノベーション」である。新産業創出には大学の研究成果を活用することが不可欠とされているが、わが国では産学連携が活発ではないとされている。本研究では、産学連携が進まない要因として、大学と産業界との間に存在するギャップに焦点を当て分析を行った。すなわち、大学発の研究成果を活用するためには、このギャップを乗り越える必要がある。このギャップを仲介し、技術を育成する役割を「イノベーション・エージェント」という概念を用いて分析を行い、産学連携に必要なマネジメントを明らかにした。第二の視点は、「異業種間競争」である。飛躍的な技術革新は同業種の企業からではなく、異業種の企業からもたらされることが既存研究により明らかとなっている。そのため、新産業を創出するためには、異業種間の競争が必要と考えられる。このような問題意識に基づき、幾つかの代表的な新規産業において、異業種間競争のプロセス及びメカニズムの分析を行った。具体的には環境産業及びセラミックス産業という新規産業において、異業種間の競争が激化していることを実証した。一方、わが国においては、異業種間の連携が巧みに行われており、競争のみならず、異業種間の連携による技術融合が新産業の創出に必要不可欠であることが分かった。第三の視点は「新技術の需要予測」である。新技術が活用されて製品の市場が成長する成長モデルを開発し、実際のデータに当てはめ、分析を行った。我々は従来、普及分析で最も多く用いられるロジスティック曲線ではなく、新しい需要が創出される市場成長曲線として「二段ロジスティック曲線」「二重ロジスティック曲線」というモデルを提示し、そのモデルの当てはめを行った。その結果、幾つかのハイテク製品により、新しい成長モデルの方が当てはまりの良いことが分かった。近年、各企業は新規事業展開をどのように展開するかが、経営の最重要課題となっている。しかしながら、企業の新規事業戦略を考える上で基礎となる「新規産業の創出過程」については、ほとんどが分析されていない。そこで、本研究は、従来の新産業分析に欠落していた要素を整理し、再統合することにより新たなイノベーションプロセスを提示し、企業の事業戦略を構築するための分析フレームワークを提示することを目的としている。本年度の主要な成果として、ITS産業に関する研究がある。ITS産業は、2015年に60兆円の市場規模が期待される新規産業である。しかし、その実現には、産業創出のための戦略を検討しなければならない。本研究では、戦略を検討するため、技術革新プロセスにおける二つの概念を提示した。一つは、技術融合という概念であり、もう一つは、潜在需要を技術課題へと翻訳し、その成果を統合する需要表現という概念である。技術融合とは、複数の技術の単なる組み合わせではなく、1+1が3になるような飛躍的な技術革新プロセスである。ITS産業の創出には、技術融合によって、飛躍的な技術革新が必要であり、また、情報・サービスも含めた産業融合も必要である。さらに、新規産業のように需要が未だ明確になっていない産業においては、需要表現という技術革新プロセスが重要である。特に、ITS産業のように多くの業種が関わる新規産業では、一企業、一業界あるいは一省庁のみの需要表現では十分でない。すなわち、国家レベルにおいて、技術課題への翻訳プロセスが必要となるのである。そして、国家の需要表現システムには、技術課題翻訳プロセスの階層性、開発プロジェクトの多元性が重要である。以上の成果は自動車走行

電子技術協会20周年記念誌において、「政策融合と需要表現によるITS産業の創出」として発表し、自走協20周年記念懸賞論文優秀賞を受賞している。現在、わが国の多くの企業が、事業の成熟化により、新規産業分野への進出を目指した新規事業展開を戦略的に行っていくことが問題となっている。しかしながら、企業の新規事業戦略を考える上で基礎となる「新規産業の創出過程」については、ほとんど明らかになっていない。そこで、本研究では、「新産業の創出過程」に焦点をあてた分析を行う。近年のイノベーション・プロセスは、古典的な線形プロセス(Linear Process)として議論することはできない程に多面性を持っており、非線形なプロセス(None-linear Process)として捉えることが必要である。この多面性を捉えるために、新産業の創出過程を大学依拠型イノベーション・異業種間競争・新技術の需要予測手法という3つの視点から分析し、従来の新産業分析に欠落していた要素を整理し、再統合することにより新たなイノベーションプロセスを提示し、今後の新規産業創出過程及び新規産業への進出を目指した企業の事業戦略を議論するためのフレームワークを提示することを目的としている。本年度は、大学依拠型イノベーションにおけるエージェント機能の解析を行った。事例分析によって、イノベーション・エージェントの最も重要な機能は、理解能力であることが分析の結果により分かった。また、事例分析及び定量分析によって、異業種間競争のプロセス及びメカニズムを分析した。新規産業とされる産業において、異業種間競争によって新しいイノベーションが登場していることが分かった。さらに、新技術の需要予測手法開発としては、定量分析の基礎となる市場成長モデルの構築を試み、二重ロジスティックモデルというモデルを構築した。本研究は、新産業の創出過程を3つの視点から分析を行った。第一の視点は、「大学依拠型イノベーション」である新産業創出には大学の研究成果を活用することが不可欠とされているが、わが国では産学連携が活発ではないとされている。本研究では、産学連携が進まない要因として、大学と産業界との間に存在するギャップに焦点を当て分析を行った。すなわち、大学発の研究成果を活用するためには、このギャップを乗り越える必要がある。このギャップを仲介し、技術を育成する役割を「イノベーション・エージェント」という概念を用いて分析を行い、産学連携に必要なマネジメントを明らにした。第二の視点は、「異業種間競争」である。飛躍的な技術革新は同業種の企業からではなく、異業種の企業からもたらされることが既存研究により明らかとなっている。そのため、新産業を創出するためには、異業種間の競争が必要と考えられる。このような問題意識に基づき、幾つかの代表的な新規産業において、異業種間競争のプロセス及びメカニズムの分析を行った。具体的には環境産業及びセラミックス産業という新規産業において、異業種間の競争が激化していることを実証した。一方、わが国においては、異業種間の連携が匠に行われており、競争のみならず、異業種間の連携による技術融合が新産業の創出に必要不可欠であることが分かつた。
ネットワーク構造に基づく生命システムの恒常性創出原理の数理的解明

多数の化学反応からなる複雑なネットワークのダイナミクスから、細胞の生理機能が生まれ、酵素の量や活性が制御されることで、恒常性などの生体調節機能が実現されると考えられる。複雑なシステムの理論解析の難しさから、生理機能や調節機能が生まれる機構はこれまで充分に理解されてこなかった。本研究では申請者らが開発した新しい数理理論によりこれらの問題を解決し、実際の生命システムにおいて恒常性が生まれる原理や破たんする機構の解明を目指す。恒常性やその破綻が起こる条件をネットワークレベルで決定し、未知の反応の存在などの予測を導く。実験生物学者と共同研究し、予測検証的に生命システムの恒常性の原理を解明する。
二酸化炭素吸入と微小重力環境がヒトの脳循環・頭蓋内圧に及ぼす影響の医学的検討

国際宇宙ステーションでは、空気中の二酸化炭素が地上より高めで、さらに無重力であるため空気の自然対流がなく高濃度二酸化炭素の呼気がポケット状に停滞する場合がある。そこで、宇宙で高い二酸化炭素ガスを吸い込んだ際の脳循環の影響を明らかにすることを計画した。無重力で頭側に血液等が集まった状態を模擬するため、頭側を10度下げた体位にして高濃度二酸化炭素を吸入させた。その結果、血圧の変動が脳血流の変動に影響を及ぼすのを抑制できているかを表す脳循環調節機能の指標が悪化した。つまり宇宙空間で高濃度二酸化炭素を吸った際には脳循環調節への悪影響が大きく、宇宙飛行士の健康のため二酸化炭素の管理が重要と思われた。二酸化炭素吸入実験用に、吸入装置の構成品を購入し、システムを構築した。必要被験者数の再確認のため予備実験を行った。しかし、予備実験実施時および、データ解析中に、現有のデータ記録装置(生体情報取得システムHem、Notocord)の入力ボックス、近赤外分光計(PocketNIRS、ダイナセンス)、血圧計に経年劣化に伴う不具合が見つかり、改修・更新を行った。それに伴い、本実験開始が遅くなることを予想し、二酸化炭素吸入実験に加え、平成26年度実施予定のヘッドダウンティルト実験についても、一部測定等を除いた状態で予備実験を行った。データ記録装置の入力ボックスの更新後、再び予備実験を行い、シグナルの確認や、新しい解析方法の確認を行った。そしてまずは、ヘッドダウンティルトの本実験を開始した。解析は主に以下の二点について行った。1)脳循環調節機能の解析:経頭蓋ドップラー血流計で計測した中大脳動脈平均血流速度を脳血流量の評価指標とし、その変動量の増加の有無で脳循環が不安定になっているか評価した。さらに、一心拍ごとの平均血圧変動に対する平均血流速度の変動割合を伝達関数解析にて算出し、その上昇の有無から動的脳循環調節機能が悪化しているか評価した。その結果、動的脳循環調節機能はヘッドダウンティルトによりほとんど変化していなかった。2)頭蓋内圧の解析:脳血流速度からPulsatility Indexを算出し、その上昇の有無から頭蓋内圧亢進を評価した。その結果、軽度の頭蓋内圧亢進があると考えられた。しかし、まだ症例数が十分ではないので、平成26年度も引き続きヘッドダウンティルト実験を継続していく。また、平成25年度実施予定であった二酸化炭素吸入の本実験を平成26年度に行う予定である。微小重力では自然対流がなく呼気の高濃度二酸化炭素がポケット状に停滞する場合がある。その空気を呼吸をした場合も想定して、二酸化炭素吸入実験は3%の10分間短時間吸入も含めることとした。仰臥位にて、経頭蓋ドプラ計、トノメトリー、指動脈連続血圧計、心電図、ガスモニター等を装着し、各々連続波形を生体情報取得システム(Hem、Notocord)に連続記録した。被験者に0.04%もしくは3%の二酸化炭素含有ガスを10分間吸入させ測定を行った。さらに、模擬微小重力(ヘッドダウンティルト)姿勢をとらせて、大気相当0.04%もしくは3%の二酸化炭素含有ガスを10分間吸入させ測定を行った。頭痛や気分不快で実験を中断した被験者はいなかった。全プロトコール完遂者は現在10名である。経頭蓋ドプラ血流計で計測した中大脳動脈平均血流速度を脳血流量の評価指標とし、その変動量の増加の有無で脳循環が不安定になっているか評価した。その結果、低周波数帯Gain(血圧と中大脳動脈血流速度の伝達関数解析の伝達の程度を表す指標)が、模擬微小重力(ヘッドダウンティルト)姿勢で3%二酸化炭素含有ガスを吸入させた際にのみ増加する傾向にあった。つまり、模擬微小重力のヘッドダウンティルト姿勢で体液の頭部方向へのシフトが起こっている際に3%の高濃度二酸化炭素吸入が加わった場合にのみ、動的脳循環調節機能が悪化する可能性が示唆された。この2条件の相互作用が考えられる。一方、Pulsatility Indexの変化は、頭蓋内圧変化の予想とは逆(「ヘッドダウンティルト+二酸化炭素吸入の実験」において低下)となり、頭蓋内圧値より、むしろ脳末梢の細動脈の変化を鋭敏に示している可能性が考えられた。現在、国際宇宙ステーションでは、空気中の二酸化炭素濃度が0.5%程度で地上より高めである。さらに宇宙では微小重力であるため、温度差による空気の自然対流がなく二酸化炭素濃度の高い呼気がポケット状に停滞する場合がある。そこで、宇宙で高い二酸化炭素ガスを吸い込んだ際の脳循環の影響を明らかにするため本研究を計画した。宇宙では微小重力のために頭側方向に血液や体液が集まった状態になりやすい。その状態を模擬する実験として、頭側を10度下げた体位にする方法(ヘッドダウンティルト:HDT)を今回は用いた。そしてその状態に加え3%二酸化炭素を吸入した際の脳循環の変化を明らかにすることとした。4プロトコールを実施した。水平に仰向けになり大気相当0.04%もしくは3%の二酸化炭素含有ガスを10分間吸入(プロトコール:1プラセボ、2CO2)、ヘッドダウンティルト姿勢で、大気相当0.04%もしくは3%の二酸化炭素含有ガスを10分間吸入(3HDT、4HDT/CO2)。その際、経頭蓋ドプラ計や血圧計を装着し波形を記録した。

昨年度までの実験を継続し、平成27年度は特に4HDT/CO2を中心に、当初の予定通り4つのプロトコール完遂者が15名になるまで実施した。国際宇宙ステーション相当の0.5%二酸化炭素吸入60分も行ったが著明な変化はなかった。脳循環調節機能は、血圧の変動が脳血流の変動に影響を及ぼすのをどれだけ抑制できているかを表すGainにて評価した。そして、この値が4HDT/CO2(模擬微小重力姿勢+3%二酸化炭素含有ガス吸入)において他のプロトコールに比べ有意に増加し、脳循環調節機能が悪化することが示唆された。これらのことから、微小重力の宇宙空間では、地上に比べて、高濃度の二酸化炭素を吸った際の脳循環調節への悪影響が大きいと考えられ、宇宙飛行士の健康のために二酸化炭素の管理が重要と思われた。国際宇宙ステーションでは、空気中の二酸化炭素が地上より高めで、さらに無重力であるため空気の自然対流がなく高濃度二酸化炭素の呼気がポケット状に停滞する場合がある。そこで、宇宙で高い二酸化炭素ガスを吸い込んだ際の脳循環の影響を明らかにすることを計画した。無重力で頭側に血液等が集まった状態を模擬するため、頭側を10度下げた体位にして高濃度二酸化炭素を吸入させた。その結果、血圧の変動が脳血流の変動に影響を及ぼすのを抑制できているかを表す脳循環調節機能の指標が悪化した。つまり宇宙空間で高濃度二酸化炭素を吸った際には脳循環調節への悪影響が大きく、宇宙飛行士の健康のため二酸化炭素の管理が重要と思われた。平成25年度および平成26年度に実施予定としていた二酸化炭素吸入実験とヘッドダウンティルト実験を、平成26年度に実施して、平成25年度の本実験の開始の遅れを取り戻した。二酸化炭素吸入実験は3%の10分間短時間吸入も含めることとした。さらに、H27年度実施予定の「ヘッドダウンティルト+二酸化炭素吸入の実験」も実施し始めた。宇宙医学、衛生学当初の予定通り、H27年度には、主に「ヘッドダウンティルト+二酸化炭素吸入の実験」を実施する。それとともに、もしも実験継続が困難となった被験者が出た場合には、例数を補うため、あらたな被験者をリクルートし実験を行う。当初の予定通り、全プロトコール完遂者15名を目標とする。実験実施に並行して、実験データの解析と結果のまとめも行う。まずは7月に英国にてこれまでの結果の中間報告を行う。全実験を終了後に、結果の最終まとめを行う。予備実験を実施し、現有のデータ記録装置(生体情報取得システムHem、Notocord)の入力ボックス、近赤外分光計(PocketNIRS、ダイナセンス)、血圧計に、経年劣化に伴う不具合が見つかり、改修・更新を行った。それに伴い、本実験開始が遅くなった。予定していたH26年度の国内学会での中間結果の発表を、H27年度に海外の学会にて行うことにしたことで、旅費やその他の経費の使用を行わなかった。本実験開始が遅くなることが分かった時点で、平成25年度実施予定の二酸化炭素吸入実験に加え、平成26年度実施予定のヘッドダウンティルト実験についても、一部測定等を除いた状態で予備実験を行い、実験実施の遅れを取り戻すための方策を実施した。
Ki-67モノクローナル抗体による癌生検材料の増殖分画デジタル画像解析法の開発

個々の患者の放射線治療法を個別化し、治療成績の向上をはかるためには腫瘍毎に放射線感受性を明確にする必要がある。実験腫瘍と異なりヒトの腫瘍は増殖分画が小さく、休止期(GO期)の細胞が多いため、放射線や抗癌剤に対し抵抗性である。腫瘍の増殖分画を治療前に知ることができれば治療効果の予測に役立ち、個々の患者に適した治療内容を決定できる。個々の患者から得た生検材料をKi-67モノクローナル抗体で免疫組織染色すれば増殖期の細胞の核抗原には反応するが、休止期細胞には反応せず、増殖分画が求められる。しかし既存の方法では増殖分画を算出するのは煩雑である。本研究は顕微鏡像をデジタル画像としてコンピュータにとりこみ、デジタル画像解析法であるstaining densitometryを利用し、迅速かつ簡便に増殖分画を求めることを目的とし、放射線治療を個別化するために、緊急を要する課題と考えられる。本研究では以下のように実験計画を立案し遂行した。癌患者の癌腫より生検材料を採取し、ドライアイスにて凍結させて急速凍結切片を作成した。この組織標本にABC法を用いて免疫組織染色を行った。1次抗体として希釈したKi-67を1時間反応させた後、二次抗体としてビチオン化抗マウスウマ血清で30分、ABC reagentで40分反応させた。発色はDAB-H_2O_2を用い、ハリスのヘマトキシリンにて核染色を行なった。この切片標本の顕微鏡画像をCCDカメラで撮影し、デジタルフレームメモリーを介してコンピュータに画像を取り込み、上のデジタル画像の単位面積当たりのKi-67で染色された面積の比率を計算し、増殖分画を求めた。顕微鏡下で、マニュアルで前細胞数に占めるKi-67陽性細胞数の比率を求め、上記の結果と比較した。増殖分画はヒト癌腫の放射線感受性の予測に重要な役割を有しており、コンピュータ支援システムを用いることで、検者の主観、経験に左右されることなく迅速で正確に算出することができた。
ニュートリノ質量分光に向けた二光子凝縮体の生成

本研究の究極目標は、ニュートリノの未確定重要パラメータを測定することにある。このため我々は原子励起状態からの光子を伴うニュートリノ対放出過程に着目した。本研究に於いては、パラ水素標的の振動励起準位と基底状態間のコヒーランスを対向型と呼ばれる励起配位で実現し、それからの対超放射過程信号を観測することに成功した。また信号強度やその共鳴幅等の性質は、ほぼシミュレーションで再現することも判明した。これより原子を用いたニュートリノ分光に向けて、その基礎となるマクロコヒーラント増幅原理を実験的にも理論的にも飛躍的に深化させた。この成果を基に二光子凝縮体の理論的実験的研究を継続している。平成27年度に於いては、対向型の二光子対超放射(PSR, Paired Super-Radiance)の研究を計画した。過去のPSR実験においては、二本の励起レーザーをパラ水素分子標的に対して同一方向より入射した(ラマン型一方向励起)。これにより標的のコヒーランスは空間的な変調を受け、レーザーの持つ位相が印可される。これに対し、対向型PSRでは二本の励起レーザーを対向方向より入射し、標的中に空間一様な初期コヒーランスを作り出す。この結果、PSRはback-to-backに放射される二光子から成り立つ。このトポロジーをもつ二光子超放射の観測は、新しい形態のPSRの発見というだけでなく、ニュートリノ質量分光にはより本質的意義がある。その理由はニュートリノ実験にとり本質的な二光子凝縮体が対向型PSR(この型のみ)により形成されるからである。平成27年度に於いては、固体パラ水素を標的としたPSR実験(ラマン型一方向励起)を開始した。この実験により固体パラ水素の様々な性質をPSRの視点より研究する。また対向型PSRのシュミレーション研究やレーザーをはじめとする実験装置の開発研究を行った。標的として、パラ水素分子、ゼノン原子、水銀原子などを想定し、レーザー製作の技術的可能性や信号観測の観点から詳細に比較検討した。更に原子を利用したニュートリノ質量分光にとり非常に重要な背景事象の理論的な研究を行った。その成果として、背景放射が軽減できる環境を考察し、これを論文としてまとめた。当該年度の当初目標は、対向型PSRのシュミレーション研究、レーザーを中心とした実験装置の製作を中心に行うことにあった。実績概要にも書かれている通り、これらの全ての目標において、概ね当初の目標を到達した。また固体水素を標的とする二光子超放射実験に着手するととができ、一部順調にデータを取得することができた。また、理論的研究においては、背景事象の軽減策を広く考察し、成果の一部を論文としてまとめた。以上の理由により、研究は概ね順調に進んでいると判断した平成28年度に於いては、対向型の二光子対超放射(PSR, Paired Super-Radiance)研究を発展させ、対向型の二光子対超放射の信号を観測してその性質を調べることを目標にした。本年度の実績としては以下の点があげられる。(1)対向型PSR実験に必要な赤外レーザーを製作した。(2)対向型PSR実験の類似現象実験として、三光子コヒーレント過程の実験を遂行した。対向型PSRでは四光子が関連するのに対し、この過程は三光子が関連する。即ち、二光子を吸収し、周波数の高い光子を放出する過程である。分子の振動レベルを用いた三光子コヒーレント過程では理論的研究があるものの、実験例は我々の知る限り存在せず、本実験結果は新しい知見を与えるものである。観測結果を分析した結果、放出光子の周波数、その強度等は理論とほぼ一致することが分かった。また入射レーザーパワー依存性、離調依存性、標的長依存性などを測定し、これらの結果を説明するように理論を改良した。現在、研究成果をまとめており、投稿を準備している。平成28年度に於いては、対向型の二光子対超放射(PSR, Paired Super-Radiance)研究を発展させ、その信号を観測し現象の詳細を調べることを目標にした。実績概要にも書かれている通り、対向型二光子対超放射の類似現象実験として、三光子コヒーレント過程の実験的研究を行った。分子の振動準位を用いた過程としては、理論的研究は存在するものの実験的研究は存在しない。理論と実験の詳しい比較をすることが出来ており、コヒーラント現象の理解が進んだ。また成果の一部を論文としてまとめ投稿準備中である。以上の理由により、研究は概ね順調に進んでいると判断した。本研究の最終目標は、原子励起状態からの光子を伴うニュートリノ対放出過程に着目し、ニュートリノの未確定重要パラメータを包括的に決定することにある。このため極めて低頻度と予想される素過程頻度を、新原理「マクロコヒーラント増幅機構」により検出可能にまで増幅する。本研究では、マクロコヒーラント増幅機構を対向励起による二光子対超放射を観測することにより実証し、二光子光凝縮体の存在を探索する。先行実験により、同一方向入射のラマン励起法を用いてマクマクロコヒーラント増幅は実現されているが、この励起方法では上記したニュートリノ過程の観測も、また光凝縮体の実現も不可能である。従って、原理的可能性を有する対向型二光子対超放射の実現は意義深い。本年度はパラ水素分子の振動準位を使った対向型二光子対超放射実験を遂行し、その信号を観測することに成功した。

この実験により、離調共鳴曲線、入射レーザー強度依存性、パラ水素圧力依存性などの貴重なデータを取得することが出来た。またMaxwell-Bloch理論に基づくシミュレーションと比較し、一致の良いことを確認した。現在は、論文の執筆と共に、独立したトリガーレーザーを製作し、より詳細なデータを取得している。また今後はガス標的から、コヒーレンス時間が長く密度も高い固体標的に変更することを準備している。更に挑戦的な課題である光凝縮体の生成は、これらの課題が終わった後に順次実行する計画である。なおコヒーランスを用いた微弱過程の増幅という観点から、3次高調波発生の実験を行い、理論との整合性を検証し、その結果を論文にまとめた。本研究の究極目標は、ニュートリノの未確定重要パラメータを測定することにある。このため我々は原子励起状態からの光子を伴うニュートリノ対放出過程に着目した。本研究に於いては、パラ水素標的の振動励起準位と基底状態間のコヒーランスを対向型と呼ばれる励起配位で実現し、それからの対超放射過程信号を観測することに成功した。また信号強度やその共鳴幅等の性質は、ほぼシミュレーションで再現することも判明した。これより原子を用いたニュートリノ分光に向けて、その基礎となるマクロコヒーラント増幅原理を実験的にも理論的にも飛躍的に深化させた。この成果を基に二光子凝縮体の理論的実験的研究を継続している。当初に提示した基本的な方針を継続して推進する。即ち平成28年度は主として対向型二光子超放射実験を行い、この結果を発展させることにより最終目標である二光子凝縮体の実験的研究を行う。二光子凝縮体の実現は非常に挑戦的課題である。幸い当該グループには数値シュミレーションの分野にも経験の豊富な理論研究者が加わった。また実験を主導的に取り組む若手研究者も新規に参入することになった。これらの人材とも連携を強める。平成28年度については、対向型の二光子対超放射の信号を観測することを目標に、レーザーや標的作成を進め、実験を開始する。当初に提示した方針を基本的には継続して推進する。但し、平成28年度に三光子のコヒーレント過程の実験的研究を追加した関係で、平成29年度の計画を次のように定める。即ち平成29年度前半では主として対向型二光子超放射実験を行い、後半では最終目標である二光子凝縮体の実験的研究を行う。最後の目標である二光子凝縮体の実現は非常に挑戦的課題である。幸い当該グループには数値シュミレーションの分野にも経験の豊富な理論研究者が加わっており、共同の研究が進展している。また実験を主導的に取り組む若手研究者も複数に参入することになった。素粒子物理学対向型二光子超放射実験の進行状況を鑑み、レーザー製作に係る費用の一部を次年度繰越とした。より具体的には、二光子対向超放射実験に用いる標的をシュミレーション等を用いて慎重に検討した。この間個体パラ水素分子を標的として用いる実験を先行して行うこととした。これらの準備的研究を並行して進めたことにより、レーザー製作費用の一部を次年度に繰り越しとした。
先進的な窒素同位体比測定法による大気有機態窒素エアロゾルの起源の解明

本研究は、気候変動や生物地球化学的な窒素循環において重要な大気エアロゾル中の有機態窒素に焦点を当て、その全量および分子レベル(アミノ酸)の窒素同位体比を高い精度で測定する手法を確立する。大気エアロゾルと林床植生(コケ)の両試料を分析することにより、森林環境における大気有機態窒素エアロゾルの起源の解明とエアロゾル窒素沈着による林床植生への影響評価を主な目的とする。本年度は大気エアロゾル試料中のアミノ酸の窒素同位体比を測定するための、抽出・前処理方法についての予備実験を行い、測定精度・確度についての検討を行った。また、実大気でのエアロゾルの酸化による同位体分別効果の影響を調べるため、室内実験としてアミノ酸の標準物質および大気試験試料をオゾン酸化し、アミノ酸を中心とする有機態窒素の窒素同位体比の同位体分別による変化の有無を通して、トレーサーとして最適なアミノ酸を具体的に特定するデータ取得の準備も進めた。大気エアロゾル中の有機態窒素のなかでも分子レベルの窒素同位体比の測定について手法の確立が進み、有機態窒素エアロゾルの存在形態と起源情報の解明に向けた研究体制が整いつつある。これまで報告例のない、大気エアロゾル中のアミノ酸の窒素同位体測定に関して高い精度での分析手法が確立されつつある。オゾン酸化による窒素同位体比の変化の有無を通して、トレーサーとして最適なアミノ酸を具体的に特定するデータの取得の準備も進み、当初の研究計画について概ね達成されている。アミノ酸の標準試料および実大気の試験サンプルを用いて、オゾン酸化による窒素同位体比の同位体分別による変化の有無を通して、起源トレーサーとして最適なアミノ酸を具体的に特定する。そのトレーサーとして最適なアミノ酸化合物を用い、既に得られている森林大気エアロゾル試料の測定を行い、有機態窒素エアロゾルへの起源寄与やその季節変化等を調べる。