hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代中温無加湿作動燃料電池システムの高性能化

SiW12O40(WSiA)を用い、ジメチルアセドアミド(DMAc)を分散媒として湿式ミリングを行い、乾燥することでxCHS-(100-x)WSiA系無機固体酸複合体が効率よく直接合成できることを見出したこと、(2)CF3基有するモノマーをポリベンジイミダゾール(PBI)と共重合することでリン酸保持性能や耐酸化性などが向上ことを明らかにしたこと、(3)白金(Pt)触媒を酸化チタン(TiO2)で被覆したPt@TiO2コアシュル粒子や触媒担持還元型酸化グラフェン(rGO)を作製したことなどが挙げられる。(1)コンポジット電解質膜の高性能化:乾式ミリング合成したCsHSO4-H4SiW12O40(CHS-WSiA)に湿式ミリング処理を施して微細化することによって、得られるコンポジット電解質膜の均質性と特性が向上することが明らかとなっている。これらの知見に基づく無機固体酸の設計とポリマー骨格構造や有機系修飾添加物の検討を行い、コンポジット電解質膜の高性能に取り組んだ。出発物質にCHSとWSiAを用い、ジメチルアセドアミド(DMAc)を分散媒として湿式ミリングを行い、乾燥することでxCHS-(100-x)WSiA系無機固体酸複合体が効率よく直接合成できることを初めて明らかにした。得られた複合体粒子の粒径はナノサイズであり、ポリベンジイミダゾール(PBI)と複合化して均質なコンポジット電解質を得ることができた。(2)電極/触媒/電解質三相界面の設計:活性化過電圧を低減するためには、良好な三相界面を作るイオノマーが必要となる。現在、超音波スプレー装置を導入して乾式ミリング合成したCHS-WSiAと湿式ミリング合成したCHS-WSiAをイオノマーとして電極に塗布し、活性化過電圧を低減する取り組みを行っている。また、触媒の耐久性向上を目指して白金(Pt)触媒を酸化チタン(TiO2)で被覆したPt@TiO2コアシュル粒子と触媒担持還元型酸化グラフェン(rGO)を作製し、電気化学特性評価を行っている。(3)膜・電極複合体連続発電試験と三相界面の反応・劣化機構解析:コンポジット電解質膜の耐久性を向上する試みとしてPBIに2,2'-bis(4-carboxyphenyl) hexafluoropropane (HFP)を共重合させたF6PBIを合成した。リン酸の保持性能や耐酸化性などが向上し、優れた発電特性が得られている。(1)コンポジット電解質膜の高性能化に関しては、湿式ミリング処理によって種々の無機固体酸複合体を作製してそのキャラクタリゼーション行うと共に、PBIに添加して得られるコンポジット電解質膜の発電性能を評価する。また、TiO2などの酸化物ナノ粒子のPBIへの添加効果についても検討を行う。(2)電極/触媒/電解質三相界面の設計については、超音波スプレー装置を用いて、無機固体酸複合体や新奇炭素系材料をイオノマーとして電極に塗布し、活性化過電圧の変化を調べる。Pt@TiO2コアシュル粒子および触媒担持rGOのキャラクタリゼーションも継続して行う。(3)膜・電極複合体連続発電試験では、PBIコンポジット電解質に加えてF6PBIおよびF6PBIコンポジット電解質膜も作製して、その発電特性評価を進める。
断層内の非晶質珪酸塩の構造と成因

断層内の含水粘土鉱物の熱的・機械的非晶質化過程について検討した。カオリナイトと緑泥石の高温脱水実験により、これらの鉱物が異なる温度で脱水非晶質化すること、またその反応進行度をX線回折法により評価可能であることが分かった。この性質は、沈み込み帯地震断層の新たな温度評価指標として有用である。また、機械的作用による脱水反応の促進効果が認められたが、これは鉱物層間の水素結合の選択的破壊に起因していることが分かった。南海トラフの地震断層では、断層面において選択的に相転移反応が進行しており、これは断層すべりに伴って反応の活性化エネルギーが低下することでもたらされることを明らかにした。本研究は、断層におけるケイ酸塩鉱物の非晶質化過程を原子レベルで明らかにすること、またその知見を天然の断層試料の解析に用いることで、断層が経験した地震性すべり過程を詳細に復元することを目的としている。カオリン鉱物は断層中に普遍的に見られる粘土鉱物であり、また構造や化学組成が比較的単純であることから、本課題の重点的な研究対象としている。カオリナイト(関白産)標準試料を出発物質とし、これにボールミルによる粉砕処理を段階的に施し、非晶質カオリンを作成した。得られた試料について、XRD分析や熱重量測定を行った結果、カオリンは粉砕時間と共に非晶質化が進み、20時間の粉砕処理でほぼ非晶質化が完了すること、非晶質化とともに結晶中の構造水の脱水温度や高温相へと変化する温度がより低温側にシフトすること、などが明らかとなった。これらの試料についてX線散乱実験によるPDF解析を行った結果、熱処理によって得られる非晶質カオリンとの局所構造の違いが明らかになりつつある。このことは、断層のように複合的な作用によって非晶質化が進む場合においても、断層岩の構造解析を通して、これらの作用を個別に評価できる可能性を提示している。また、異なる鉱物が同一条件のもとでそれぞれどのように非晶質化されるかが評価できれば、複数の鉱物種からなる天然の断層の解析を行う上では大きな利点となる。昨年度後半からは、沈み込み帯の地震断層岩の解析を想定して、緑泥石を対象とした実験も開始した。メカニカル粉砕によって作成した非晶質カオリンのX線散乱実験を行ったところ、予察的な結果ではあるが、熱処理で作成された非晶質カオリンとの局所構造の違いを示すことができ、本課題の目的達成に向けての目途が立った。ただし、散乱強度の補正などで問題が生じており、PDF解析に関してやや遅れが生じている。昨年度後半には問題の解決策が見えてため、これらを踏まえて実験を着実に遂行する。一方、天然の断層ガウジ試料の分析では進展があり、南海トラフのような海溝型地震断層においては、緑泥石の非晶質化過程をカオリンのものと比較することで、断層すべり過程をより正確に復元できる可能性が示されたことは大きな成果である。本研究は、断層におけるケイ酸塩鉱物の非晶質化過程を原子レベルで明らかにすること、またその知見を天然の断層試料の解析に用いることで、断層が経験した地震性すべり過程の詳細を復元することを目的としている。本研究では、断層ガウジの主要構成鉱物であり、また比較的簡単な構造を有するカオリン鉱物(カオリナイト)を対象として実験を行っている。昨年度は、カオリナイトをメカニカルに粉砕処理した粉末を用いて通常のXRD分析や熱分析を行い、およそ20時間の粉砕処理により回折ピークがほぼ消失することを確認した。また、こうして段階的に非晶質化した物質を対象として、Ag線源を用いたX線散乱強度測定を行い、得られたパターンのRDF解析を行った。昨年度の大きな問題点として、散乱強度補正が十分に行えなかったことが挙げられ、このため信頼性のあるRDFが得られなかった。この問題を解決するため、今年度は新たにMo線源を用いた散乱実験を行い、すべての試料についてRDFの再解析を行った。その結果、熱処理と粉砕処理では、得られる非晶質物質の構造に明瞭な違いがあること、特に粉砕処理においては3.65.8Åの短・中距離構造の乱れが顕著であることが分かった。これらは、隣り合うカオリナイト基本層を連結させているAl-Si、Al-Al、Si-Siのリンケージに相当していると考えられ、つまり層間を構成する水素結合の選択的な破壊を示唆している。このことは、カオリナイトの脱水温度が低温側へシフトするという熱分析の結果によっても支持される。昨年度の実験により、メカニカル処理によるカオリナイトの非晶質化過程の実態が明らかになってきた。特に、メカニカル処理に伴うカオリナイトの水素結合の大きな乱れは、断層ガウジ試料の分析を通して、断層運動によって断層物質が被るメカニカル作用の強度を見積もるための重要な指標になりうるものと期待できる。また、こうした水素結合の乱れは、カオリナイトの脱水反応をより低温で促進する作用があるため、断層の動的弱化(脱水作用とその水の熱膨張による断層強度低下)を駆動する重要な因子となっている可能性があり、断層のすべり挙動を考えるうえでも重要な成果が得られたと考えられる。今年度は、南海トラフ先端の分岐断層、および類似の地質学的環境に発達する付加体内部断層(房総-三浦付加体の白子断層)を対象として、地震発生に伴う断層のメカニカルな作用が、粘土鉱物の相転移反応にどのような影響を及ぼすのか検討した。

これまでの研究により、二つの断層がスメクタイトと呼ばれる粘土鉱物を豊富に含んでいること、すべり面においてそのスメクタイトが局所的にイライトに置換されていること(S-I反応)、などが明らかにされている。X線回折法によりS-I反応の進行度を定量化したところ、どちらの断層でもおよそ10%程度反応が進んでいることが分かった。一般にS-I反応は熱によって促進すると考えられているため、上の反応も地震発生に伴う断層面の摩擦発熱に関連した現象と考えられる。しかしながら、最近報告された断層の熱履歴解析の結果により、これらの断層が、S-I反応が進むほどの高温状態にはならなかったことが示された。そこで本研究では、観察された反応進行度と断層の温度履歴にもとづいて、S-I反応の活性化エネルギーについてインバージョン解析を行った。解析の結果、いずれの断層においても、活性化エネルギーが報告値に比べて30%程度低下している可能性が示された。この低下量は、摩擦実験によって示された鉱物脱水反応の活性化エネルギーの低下量ともよく一致する。以上のことから、これらの断層においては、断層すべりによるメカニカルな作用によってS-I反応の活性化エネルギーが低下し、静的な環境に比べて反応がより進みやすくなっていたと推定される。断層内の含水粘土鉱物の熱的・機械的非晶質化過程について検討した。カオリナイトと緑泥石の高温脱水実験により、これらの鉱物が異なる温度で脱水非晶質化すること、またその反応進行度をX線回折法により評価可能であることが分かった。この性質は、沈み込み帯地震断層の新たな温度評価指標として有用である。また、機械的作用による脱水反応の促進効果が認められたが、これは鉱物層間の水素結合の選択的破壊に起因していることが分かった。南海トラフの地震断層では、断層面において選択的に相転移反応が進行しており、これは断層すべりに伴って反応の活性化エネルギーが低下することでもたらされることを明らかにした。X線散乱実験においては、非干渉性散乱の影響を正確に見積もることが重要であり、今後は、現在のAg線源を用いた実験に加え、Mo線源を用いた実験も行い、より信頼性の高い構造解析を目指す。昨年度後半には強度補正についてある程度の目途がたったため、今年度中にはカオリンの構造解析を一通り完了させる予定である。またMEM法などを用いて、構解析結果の妥当性について検討を行う。昨年度後半から開始した緑泥石を対象とした実験については、現在試料調整を進めている段階である。非晶質処理を施した試料に関する基礎データを収集したのち、速やかにPDF解析を開始する予定である。カオリナイトおよび緑泥石に関する知見を統合し、南海トラフの断層試料の解析に適用することで、地震性すべり発生時の摩擦発熱による最高到達温度の推定を試みる予定である。昨年度に実施したRDF解析により、メカニカル処理によってカオリナイトの層間構造が大きく破壊されている様子が明らかになりつつある。この構造の乱れをより詳細に解析するため、DISCUSを用いて欠陥を有するカオリナイトの散乱パターンのシミュレーションを行い、実験パターンが再現されるかを検討する。また昨年度後半には、カオリナイトの比較対象として緑泥石を用いた熱分解実験などを開始した。この結果から、カオリナイトと緑泥石のXRDパターンの温度変化は、断層の温度履歴解析に有効であることが明らかになりつつあるため、実験と並行して各地の断層ガウジ試料のXRD解析も進める予定である。
信頼保護原則による立法者の憲法的統制理論の構築――財産権の現存保障の観点から

本研究は、信頼保護原則について憲法の観点から検討を行い、同原則による立法者の統制理論を構築することを目的として行われた。立法者は、一方で、社会的状況の変化に合わせて臨機応変に制度を改変していくという任務を有している。他方で、既得の権利(本研究では、特に財産権に着目した)の保障にも配慮しなければならない。信頼保護原則は、このような両方の要請を適切に調整するための枠組みを与えうる原則であることをドイツ法との比較研究を通じて明らかにした。本研究は、「信頼保護原則」の憲法上の原則としての位置づけを確立し、同原則による立法者の統制理論を構築することを目的とするものである。信頼保護原則は、民法で用いられてきた信義誠実の原則に由来するものであり、行政法学における法の一般原則として位置づけられている。しかし、報告者がこれまで取り組んできた憲法上の財産権論の観点から見ると、信頼保護原則は、立法者に対する財産権の現存保障と密接に関わりを有する重要な原則である。こうした憲法の観点からの同原則の検討は、日本ではほとんどなされていない。そこで、本研究は、信頼保護原則それ自体の憲法上の位置づけを問い、立法者に対する要請として、憲法上どのように根拠づけられ、いかなる内容の保護が与えられねばならないかを探求する作業を開始したものである。その際、こうした問題関心に資する研究の蓄積が豊富なドイツに素材を求めた。研究開始年度たる本年度は、同原則の全体像を捉えることに重きをおいて検討を進めた。結果を簡潔にまとめると次のような理論状況にある。ドイツでは、信頼保護が憲法上の要請として捉えられ、個々の基本権(基本法12条や14条)によってその保障が根拠づけられている。それゆえ、同原則は憲法異議の対象ともなることができ、立法者に対する統制の立脚点として確立している。ただし、現存保障との関係で見ると、「現在あるもの」が、そのままの状態として保護されなければならないという要請が妥当しているのではない。一方で変更の可能性は開いたままにしつつ、他方で同原則を憲法適合性審査の際に考え併せる要素の一つとして適切に位置づけ、変更の可否を検討することこそが重要である。現存財産の硬直的な保護が行われがちな日本の状況を鑑みるとき、この知見はその背後にあるものの解明に向けて示唆を与えるものである。本テーマの研究を開始して二年目となる本年度には、ドイツ連邦憲法裁判所の判例及び学説を素材として、具体的な違憲審査の場面における信頼保護原則のはたらきについての分析、検討を開始した。特に、租税法関連の事案を素材として取り上げた。第一に、租税法に関する規定への、憲法上の財産権保障の適用のあり方について学説及び判例を整理した。憲法上の財産権が租税立法者に対して、どのような理論構成で、どの程度の拘束を及ぼしうるのか、について、ー例えば、五公五民原則(Halbteilungsgrundsatz)をめぐってー興味深い議論の展開が見られた。これまでわが国においても、ドイツの租税立法の違憲審査についての研究は存在していたが、本研究は、憲法上の財産権保障のあり方についての総合的な考察の中に新たに位置づけ、財産権保障論の見直しの一助とした。第二に、近年、ドイツ連邦憲法裁判所は、租税法関連の事案において信頼保護原則の観点から、いくつかの違憲判決を出している。それらの判決及びドイツ公法学界における受け止め方を分析した。統制を強める傾向にある連邦憲法裁判所に概ね賛同する見解も見られるものの、厳しい批判も向けられており、注目に値する議論の応酬がなされている。保護を拡大しようとする憲法裁の判断に対して、信頼が保護されるべき場合を寧ろ抑制的にしようとする議論の様子を明らかにした。本研究は、独語文献を素材とした分析、検討を主としている。本年度、目標としていた租税法分野での憲法上の財産権保障の適用のあり方の分析及び、信頼保護原則の適用のあり方の分析のために必要なドイツの文献は、ほぼ蒐集し終えることができ、分析を行うに十分なものが揃ったため、おおむね順調に研究を進めることができた。本研究の成果は刊行準備中の書籍の一部を成しているものではあるが、その原稿とは別に、本年度中に本研究の成果を公表するには至らなかった。以上のことから、今年度の目標はおおむね達成したと評価する。以下の研究成果を含む著書の原稿を仕上げ、次年度に発行予定である。本年度は、具体的な違憲審査の場面における信頼保護原則のはたらき方の検討として、とりわけ社会保障法(特に年金制度)関連での、ドイツ連邦憲法裁判所の判例及び学説の議論の分析を進めた。年金の期待権の場合、憲法裁の判例では、基本的に信頼保護原則は実質的には役割を果たし難い状況となっていた。ただし、保険料の支払い(固有の寄与)によって憲法上の限界が形成される可能性が説かれている。また、信頼保護原則は、その根拠を財産権保障(基本法14条)にも求めることができると解されている。財産権は法律による内容形成を前提とする権利であるとし、保護範囲としての憲法上の財産権概念を観念しない立場からは、財産権形成の過程で公益との調整を伴うものとなり、信頼保護原則の顧慮は、形成の際の衡量の一部に過ぎないものとなる。

このように、憲法上の財産権保障の構造と信頼保護原則との関係についても執筆することができた。さらに、本年度は研究最終年度となるため、研究のまとめとして、これまでに実施したドイツにおける信頼保護原則に関する議論の研究成果を踏まえて、日本法へどのような示唆が得られるかを考察した。社会的状況の変化に合わせて臨機応変に制度を改変していくという立法のダイナリズムの要請や既得の権利の強い保護を単に予測可能性の確保という観点から基礎付けることへの懐疑から、日本においても信頼保護原則の観点から個別に保護の在り方を検討すべきであるとの結論に至った。こうした考え方は、日本の最高裁判所の判例とも適合的である。本研究は、信頼保護原則について憲法の観点から検討を行い、同原則による立法者の統制理論を構築することを目的として行われた。立法者は、一方で、社会的状況の変化に合わせて臨機応変に制度を改変していくという任務を有している。他方で、既得の権利(本研究では、特に財産権に着目した)の保障にも配慮しなければならない。信頼保護原則は、このような両方の要請を適切に調整するための枠組みを与えうる原則であることをドイツ法との比較研究を通じて明らかにした。本年度は、研究開始初年度として、総論的考察を進めていくためのドイツの文献を調査し、取り寄せるという作業から行った。日本ではあまり見られない信頼保護原則そのものを憲法的観点から検討する文献を手元に蒐集し、検討を進め、ドイツで用いられている同原則について、先に記述したような全体像を把握することができた。さらに、ドイツの大学を訪問し、現地の公法学者に面談し、ドイツの信頼保護原則に関して私が不明瞭に感じていた点について直接質問する機会を得ることができた。また、最新の議論状況について確認し、今後の研究を進めるにあたっての視座を固めることができた。以上のことから、今年度の目標はおおむね達成したと評価する。次年度には、具体的な違憲審査の場面における信頼保護原則のはたらき方の検討として、とりわけ社会保障法関連での、ドイツ連邦憲法裁判所の判例及び学説の議論の分析を進める。社会保障法関連においては、今年度、分析の主な対象とした租税法関連と異なり、連邦憲法裁判所は、信頼保護原則を用いて弱い統制しか行っていない。その背景や理由付けについて分析する。今年度の研究を推進する中で、租税法と社会保障法(特に年金制度)とを対比して分析する視点が生じていることも掴んだため、スムーズに研究を推進していくことができると思われる。また、次年度が研究最終年度となるため、ドイツの議論からの日本の議論への示唆をまとめることも意識しながら研究を行う。次年度も、連邦憲法裁判所判例やそれに関連する議論の分析に必要な文献を取り寄せ、読み解く作業を中心として研究を行い、刊行準備中の書籍の原稿を仕上げていくことを第一に進めたい。また、研究会等に参加し、他の研究者との意見交換、情報・資料収集の機会を積極的にもちながら、研究を推進していきたい。憲法学次年度には、具体的な違憲審査の場面において信頼保護原則がどのようにはたらいているのかについて検討を進める。
水中運動時における総合的温熱快適性評価手法の開発

本研究は,水中運動時における温熱的快適性の評価手法の開発を目的とし,環境条件に加えて,特に寒冷適応能を含む被験者の特性を考慮した総合的評価を行うことに独自性を有する.本年度の主な研究成果としては,昨年度実施した実験データに基づき,震え産熱応答の馴化の深部体温特異性について,国際環境人間工学会にて報告し,また,共同研究者と原著論文を執筆し,現在投稿中である.皮膚温のみの繰返し冷却では,入水時の寒冷ショック反応の抑制はみられるものの,深部体温の低下を伴う長時間水浸時の産熱応答の抑制は示されない.一方で,深部体温と皮膚温両方の繰返し冷却では,適応期間に低下した深部体温の範囲に限って産熱応答の抑制が示され,それを下回る深部体温では馴化が見られなかった.これらの結果から,寒冷水浸時の産熱応答馴化の深部体温特異性が示唆された.この他に,比較的温かい水温(26°C)への繰返し水浸が,皮膚血管収縮を強める断熱型適応を起こすが,産熱応答の馴化は起こさないことを原著論文にて発表した.同時に測定した寒冷血管拡張反応(CIVD)は,先行研究に反して,寒冷適応後にCIVD反応の減弱が見られた.さらに,水泳授業時の水温条件と水着条件,形態的特性から運動者の温冷感を推定する快適性予測式に関する原著論文を発表した.一連の研究から,特に寒冷適応の特性について,適応期間の暴露条件によって,産熱抑制型や断熱型など異なる適応反応を示すことが明らかになった.当初の研究計画でCIVDによる適応能の評価を行う予定であったが,断熱型適応は評価可能としても,産熱応答はCIVDの応答と一致しない可能性が示唆された.これらの知見に基づき,温熱的快適性の評価における適応能の因子の扱いについて,検討を進め,少なくとも産熱応答と皮膚血管収縮応答を別個の因子とする必要があり,適応期間の環境条件や生理応答を考慮する必要性が示唆された.本研究課題に関する原著論文が今年度2本受理され,現在もさらに1本投稿中である.その他に体温調節応答や温熱的快適性に関連する共著論文が2本受理された.これらの研究成果に基づき,環境条件や身体特性を考慮した寒冷水浸時の温熱的快適性評価手法の開発がなされた.本研究課題に基づいて投稿中の論文を早期に受理されることにより,研究成果を国際的に報告する.本研究課題の中で特に興味深い成果をあげた,寒冷適応に伴う生理応答の変化について,生理的なメカニズムをさらに突き詰めることにより,アカデミックな発展が期待される.特に寒冷適応期間における環境条件や生理応答に伴う寒冷適応型の違いについては,さらに検証する余地があり,研究報告の少ない産熱亢進型の寒冷適応について検討していきたい,本研究は,水中運動時における温熱的快適性の評価手法の開発を目的とし,環境条件に加えて,特に寒冷適応能を含む被験者の特性を考慮した総合的評価を行うことに独自性を有する.異なる水温および気温条件が水浸時の体温調節応答および温冷感に及ぼす影響を検討するために,成人男性を対象に水浸安静実験を行った.水温3段階(23,26,34°C),気温2段階(27,32°C)における60分間の胸部水位水浸安静時の体温調節応答および温冷感の測定を行った.水温23°C環境では気温の違いによる差は見られなかったが,水温26°C環境においては,気温32°C条件で低い産熱応答を示し,気温27°C条件に比べて直腸温が有意に低下した.この結果から,水浸時の深部体温変化は環境条件との熱交換のみによらず,産熱等の体温調節応答の影響を受けることが示された.すなわち,温熱的快適性を環境条件のみから予測することには限界があり,体温調節応答を変数として含める必要性が示された.寒冷適応能が水浸時の体温調節応答および温冷感に及ぼす影響を検討するために,成人男性を対象に,4週間の寒冷馴化を行い,馴化前後の水浸安静時および20%最大強度の膝伸展運動時における体温調節応答を検討した.被験者全体としては皮膚温を低下させる断熱型の寒冷馴化を示したが,産熱を亢進させる産1熱型の被験者も見られ,馴化期間中の生理応答が馴化型を左右する可能性が示された.寒冷馴化期間の生理応答と馴化に伴う体温調節応答の変化の関係性の検討を英国Portsmouth大学にて行った.5分間の短時間水浸による寒冷馴化群,1°Cの直腸温低下を伴う寒冷馴化群および対象群を設定し,馴化期間前後の長時間寒冷水浸時の体温調節応答の比較を行った.短時間水浸群では,水浸直後の換気亢進が抑えられたが,長時間水浸に伴う震え産熱および直腸温の変化には馴化前後の差は見られなかった.本研究は,水中運動時における温熱的快適性の評価手法の開発を目的とし,環境条件に加えて,特に寒冷適応能を含む被験者の特性を考慮した総合的評価を行うことに独自性を有する.寒冷適応能について,英国Portsmouth大学と共同研究を行った.被験者21名を対象とし,適応期間中に皮膚温のみ繰り返し低下させる群(5分間×5回),皮膚温に加えて深部温を1.15°C低下させる群(平均45分間×5回),コントロール群の3群を設定した.適応期間前後に,90分間または直腸温が35°Cに低下するまで水温12°Cに水浸し,震え産熱応答の馴化を検討した.

その結果,皮膚温低下群では入水初期の換気亢進に馴化が見られたものの,5分以降の長時間水浸においては震え産熱の馴化は見られなかった.深部温低下群では,深部温が1.15°C低下するまでの震え産熱に馴化が見られたが,深部温がさらに低下すると馴化は見られなかった.コントロール群は変化を示さなかった.これらの結果から,皮膚温のみの低下では十分な産熱応答の馴化は起こらず,また,繰り返し深部温低下の結果生じる震え産熱の馴化は適応期間に低下した深部温の範囲に限定され,それを下回る深部温では馴化が見られないことが明らかになった.国内で実施した水温26°CTでの繰り返し水浸(60分間×10回)に伴う寒冷適応実験では,適応期間における深部体温の低下や震え産熱の亢進が小さく,皮膚温および皮膚血流量を減少させる断熱型の寒冷適応が見られた.また,同時に実施した指寒冷水浸時の寒冷血管拡張反応(CIVD)の検討では,先行研究に反して,寒冷適応期間後にCIVD反応の減弱が見られた.本研究では局所寒冷水浸時のCIVD指標により被験者の寒冷適応能の評価を行い,全身水浸時の体温調節応答や温熱的快適性を予測する際の寒冷適応能のパラメータとしての使用を想定していたが,適応期間における寒冷刺激の程度によってCIVD指標の変化が異なる可能性が示唆された.本研究は,水中運動時における温熱的快適性の評価手法の開発を目的とし,環境条件に加えて,特に寒冷適応能を含む被験者の特性を考慮した総合的評価を行うことに独自性を有する.本年度の主な研究成果としては,昨年度実施した実験データに基づき,震え産熱応答の馴化の深部体温特異性について,国際環境人間工学会にて報告し,また,共同研究者と原著論文を執筆し,現在投稿中である.皮膚温のみの繰返し冷却では,入水時の寒冷ショック反応の抑制はみられるものの,深部体温の低下を伴う長時間水浸時の産熱応答の抑制は示されない.一方で,深部体温と皮膚温両方の繰返し冷却では,適応期間に低下した深部体温の範囲に限って産熱応答の抑制が示され,それを下回る深部体温では馴化が見られなかった.これらの結果から,寒冷水浸時の産熱応答馴化の深部体温特異性が示唆された.この他に,比較的温かい水温(26°C)への繰返し水浸が,皮膚血管収縮を強める断熱型適応を起こすが,産熱応答の馴化は起こさないことを原著論文にて発表した.同時に測定した寒冷血管拡張反応(CIVD)は,先行研究に反して,寒冷適応後にCIVD反応の減弱が見られた.さらに,水泳授業時の水温条件と水着条件,形態的特性から運動者の温冷感を推定する快適性予測式に関する原著論文を発表した.一連の研究から,特に寒冷適応の特性について,適応期間の暴露条件によって,産熱抑制型や断熱型など異なる適応反応を示すことが明らかになった.当初の研究計画でCIVDによる適応能の評価を行う予定であったが,断熱型適応は評価可能としても,産熱応答はCIVDの応答と一致しない可能性が示唆された.これらの知見に基づき,温熱的快適性の評価における適応能の因子の扱いについて,検討を進め,少なくとも産熱応答と皮膚血管収縮応答を別個の因子とする必要があり,適応期間の環境条件や生理応答を考慮する必要性が示唆された.本研究課題に関する原著論文が今年度2本受理され,現在もさらに1本投稿中である.その他に体温調節応答や温熱的快適性に関連する共著論文が2本受理された.これらの研究成果に基づき,環境条件や身体特性を考慮した寒冷水浸時の温熱的快適性評価手法の開発がなされた.本研究課題に基づいて投稿中の論文を早期に受理されることにより,研究成果を国際的に報告する.本研究課題の中で特に興味深い成果をあげた,寒冷適応に伴う生理応答の変化について,生理的なメカニズムをさらに突き詰めることにより,アカデミックな発展が期待される.
色素ラジカル－光励起多重項の自在制御に基づいた光機能分子の創製

本研究では、ラジカル色素の分子軌道SOMO、及びその光励起多重項状態を自在に制御することで、発光プローブに代表される新規光機能性分子を開発することを目的としている。今年度の研究では、以下の成果を得た。ラジカルスピンの環境制御:平成29年度までの研究で見出されたビタミンC検出用高機能性蛍光プローブBSA-R2c(BSA:牛血清アルブミン、R2c:2つのTEMPOラジカルを有するケイ素フタロシアニン)に関する研究成果をまとめた。具体的には、ビタミンCとBSA-R2cの反応性を、pH依存性や温度依存性の観点から調べ、BSAの構造変化と比較した。本成果をまとめた論文は、J. Photochem. Photobiol. A: Chem.に掲載された。BSA二量体への色素取り込み効果の一般性を調べるために、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)とBSAの複合化を調べた。ZnPcは会合体を形成してBSA二量体に取り込まれることが明らかとなった。本成果をまとめた論文は、J. Coord. Chem.に掲載された。更に会合を阻害するために嵩高い軸配位子を有するケイ素フタロシアニン(SiPc(OTHS)2)とヒトへ応用しやすいヒト血清アルブミン(HSA)の複合化を調べた。SiPc(OTHS)2は、HSA六量体と選択的に複合化することを見出した。これより、EPR効果(大きな分子量を有する分子が腫瘍組織に選択的に浸透して保持される効果)による腫瘍組織への選択的取り込みを期待でき、且つ一重項酸素生成能を有する光線力学的療法用光増感剤の合成に成功した。本成果をまとめた速報は、生産研究に掲載予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。リポソームに疎水性蛍光プローブR2cを取り込んだ場合、R2cはリポソーム内側の疎水性領域に分布するため、水溶性物質との反応からラジカルを保護する一方、疎水性領域まで入り込んだビタミンCとのみ反応するため、反応性も低下してしまう。そこで、血液中のタンパク質BSAダイマーとR2cを選択的に複合化させた新規ビタミンC検出用蛍光プローブ(R2c@(BSA)2)を開発し、1BSAダイマーはR2cラジカルを保護すること、2R2c@(BSA)2は1μMのビタミンCでも検出可能であること(リポソーマルR2cに比べて100倍以上低濃度)等を見い出した。R2c@(BSA)2を用いて、マウス中におけるビタミンCの蛍光バイオイメージングを行い、マウス中における活性なビタミンCのイメージングに初めて成功した。高濃度ビタミンC療法の発展や新規蛍光プローブの設計において有用な知見になり得る。また、近赤外吸収・発光性分子の設計指針を得るために、(1)π共役系の拡張、(2)1060nm付近に発光を有するネオジムイオン(Nd3+)Nd3+イオンの利用、2つの観点から研究を遂行した。(1)の研究では、アントラセン環を有するケイ素アンソラコサイアニン(SiAc)を新規に合成した。金属Pc類縁体と同様に、SiAcでは、近赤外領域の870nm付近にシャープなQ吸収帯、880nm付近にシャープな発光が観測された。以上のように、近赤外領域にシャープかつ強いQ吸収帯を示し、発光を示す分子の合成に成功した。(2)の研究では、Nd3+の1060 nm付近の発光が、励起状態(4F7/2)から励起状態(4I11/2)の遷移に相当するため、S1ーT1分裂が小さい積層型ポルフィリン錯体においても、近赤外光励起によるNd3+発光の利用は困難であることを実験的に明らかとした。1近赤外吸収・発光性分子の研究において、Nd3+発光の利用が困難であることが実験的に明らかとなったが、近赤外領域にシャープかつ強いQ吸収帯を示し、発光を示すSiAcの新規合成に成功したこと、2BSAダイマーとR2cを選択的に複合化させた新規ビタミンC検出用蛍光プローブ(R2c@(BSA)2)を開発し、マウス中における活性なビタミンCのイメージングに初めて成功したこと等から、研究は概ね順調に進展していると言える。今年度の研究では、目的達成に資する以下の成果を得た。1ラジカルスピンの環境制御:平成28年度までの研究で見出された高機能性蛍光プローブBSA-R2cを用いたビタミンCバイオイメージングに関する研究成果をまとめた。具体的には、生体内レドックス分子である過酸化水素やグルタチオンなどと比較することで、ビタミンCとBSA-R2cの反応物質選択性を調べるとともに、マウス内のビタミンC濃度を測定し、イメージングの結果と比較した。本成果は、Scientific Reportsに論文が掲載されるとともに、高濃度ビタミンC療法との関連から重要な成果であるため、日本経済新聞電子版や海外のWebメディアなどで紹介された。2近赤外光用発光プローブ:テトラセン環を有するケイ素テトラコサイアニン(SiTc)の合成を試みた。SiTcは、空気中では不安定な化合物であったが、SiTc骨格形成を示すMassスペクトル、吸収スペクトルを得ることができた。

3SOMO由来の強い発色を示すラジカル色素:平成29年度までの研究により、SOMO由来の強い発色を示すラジカル色素(ニトロニルニトロキシド誘導体、1,1-ジフェニル-2-ピクリルヒドラジルラジカルなど)をシリカゲルに担持すると、ビタミンCなどの抗酸化物質の水溶液と速やかに反応し、退色することが明らかとなった。この際、シリカゲル担持ラジカルは、窒素下、冷凍保存により、数ヶ月間安定性が保たれることが明らかとなった。本系は、簡便に抗酸化物質を検出・分析するために有用であると考えられる。マウス内のビタミンC濃度を測定するなど、イメージングの結果と定量的な結果を比較することにより、高機能性蛍光プローブBSA-R2cを用いたビタミンCバイオイメージング技術を確立できた。本研究成果は、高濃度ビタミンC療法との関連から重要であるとして、Scientific Reportsに掲載されるとともに、日本経済新聞電子版や海外のWebメディアなどで紹介されている。このように、本研究はおおむね順調に進展している。本研究では、ラジカル色素の分子軌道SOMO、及びその光励起多重項状態を自在に制御することで、発光プローブに代表される新規光機能性分子を開発することを目的としている。今年度の研究では、以下の成果を得た。ラジカルスピンの環境制御:平成29年度までの研究で見出されたビタミンC検出用高機能性蛍光プローブBSA-R2c(BSA:牛血清アルブミン、R2c:2つのTEMPOラジカルを有するケイ素フタロシアニン)に関する研究成果をまとめた。具体的には、ビタミンCとBSA-R2cの反応性を、pH依存性や温度依存性の観点から調べ、BSAの構造変化と比較した。本成果をまとめた論文は、J. Photochem. Photobiol. A: Chem.に掲載された。BSA二量体への色素取り込み効果の一般性を調べるために、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)とBSAの複合化を調べた。ZnPcは会合体を形成してBSA二量体に取り込まれることが明らかとなった。本成果をまとめた論文は、J. Coord. Chem.に掲載された。更に会合を阻害するために嵩高い軸配位子を有するケイ素フタロシアニン(SiPc(OTHS)2)とヒトへ応用しやすいヒト血清アルブミン(HSA)の複合化を調べた。SiPc(OTHS)2は、HSA六量体と選択的に複合化することを見出した。これより、EPR効果(大きな分子量を有する分子が腫瘍組織に選択的に浸透して保持される効果)による腫瘍組織への選択的取り込みを期待でき、且つ一重項酸素生成能を有する光線力学的療法用光増感剤の合成に成功した。本成果をまとめた速報は、生産研究に掲載予定である。1ラジカルスピンの環境制御:平成28年度までの研究で見出された高機能性蛍光プローブBSA-R2cを用いたビタミンCバイオイメージングに関する成果を論文化する。また、本系の鍵は、水溶液中のビタミンCが、どのように、BSAで保護されたラジカルに辿り着き、多電子移動反応を起こすかを明らかとすることである。そこで、蛍光強度の時間変化について、微分方程式を用いてシミュレーションすることで、多電子移動反応の描像を明らかとする。さらに、生体内レドックス分子である過酸化水素やグルタチオンなどと比較することで、ビタミンCとBSA-R2cの反応物質選択性を調べることで、BSAによるラジカル保護の効果を明らかとする。
インプラント植立後のインプラント周囲滲出液に関する研究

間質コラゲナーゼに代表されるMMPsとその特異的インヒビターであるTIMPsは組織破壊・修復に関連することから、インプラント植立後の治癒期間においてインプラント周囲溝滲出液(PICF:pcri-implant crevicular fluid)中のMMPsとTIMPsを解析することは、subclinicalなレベルでの治癒を明確にするために有効と考えられる。そこで、ITIインプラント植立部位より,植立1,2,4,12週後にインプラント周囲溝滲出液(PICF:pcri-implant crevicular fluid)を採取した。また、インプラント周囲炎患者のインプラント周囲からもPICFを採取した。採取しPICF中の好中球型コラゲナーゼ(MMP-8)活性、MMPのインヒビターであるTissue inhibitor of MMP-1(TIMP-1のレベルを検索した。TIMP-1,MMP-8はELISAにより測定した。また、活性型及びAPMA(p-aminophenyl mercuric acctatc)にて活性化されたコラゲナーゼ活性についてはSDS-PAGE電気泳動と画像解析を応用した酵素機能により測定した。その結果、これらの酵素群とインヒビター群のレベルに、インプラント植立後の治癒過程において興味ある知見を得ることができた。PICF中のTIMP-1は術後1,2週では多いが4,12週では著しく減少する。また、APMA活性化コラゲナーゼ活性はTIMP-1とは異なる動きを示し、徐々に減少した。今後は線維芽細胞型コラゲナーゼ(MMP-1)およびTIMP-2の測定、及び例数の追加を進め、データ解析を行ってゆく。
腎機能低下に伴う薬物トランスポータ群の遺伝子発現変動と薬剤性腎障害との相関解析

ヒト腎臓における薬物トランスポータ群mRNAの発現量について有機イオントランスポータ遺伝子ファミリーを中心に,定量PCR法により定量を行った.薬物トランスポータ群の中で有機アニオントランスポータhOAT3 mRNAの発現量が最も高く,常在遺伝子グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼmRNAの発現量の約1/20程度であった.また,アニオン性薬物の腎移行に関わる主要なトランスポータとして位置づけられているhOAT1はhOAT3に次いで2番目の発現量であった.高発現を示したhOAT1とhOAT3について,特異的抗体を用いて免疫組織染色を行ったところ,いずれも近位尿細管側底膜に局在することが判明し,hOAT1及びhOAT3はアニオン性薬物の腎移行に主要な役割を果たすことが推察された.腎機能低下により各種腎疾患の疑われる患者で病理診断を目的として腎生検が施行された患者の余剰組織検体を用いて薬物トランスポータmRNA発現量を検討した結果,近位尿細管側底膜に発現するhOAT1の発現量が正常腎皮質と比較して有意に低下していることが判明した.腎疾患患者においてセファゾリンの排泄量とトランスポータ発現量とを比較解析した結果,セファゾリンの消失速度とhOAT3の発現量との間に有意な正の相関が認められた.また,hOAT3の発現量が腎分泌クリアランスとも高い相関を示したことから,セファゾリンの尿細管分泌はhOAT3発現量によって変化し,薬物腎排泄を変動させることが示唆された.またhOAT3発現量とセファゾリン消失速度並びに尿細管分泌速度との間に相関が認められたことから,トランスポータ発現量が腎薬物排泄能を規定する一因であることが判明した.これらのトランスポータ群の機能ならびに発現変動に関する情報は,患者個々に応じた至適薬剤投与設計法開発の基盤となり,医薬品適正使用並びに薬剤性腎障害の防御法確立に貢献するものと期待される.ヒト腎臓における薬物トランスポータ群mRNAの発現量について有機イオントランスポータ遺伝子ファミリーを中心に,定量PCR法により定量を行った.薬物トランスポータ群の中で有機アニオントランスポータhOAT3 mRNAの発現量が最も高く,常在遺伝子グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼmRNAの発現量の約1/20程度であった.また,アニオン性薬物の腎移行に関わる主要なトランスポータとして位置づけられているhOAT1はhOAT3に次いで2番目の発現量であった.高発現を示したhOAT1とhOAT3について,特異的抗体を用いて免疫組織染色を行ったところ,いずれも近位尿細管側底膜に局在することが判明し,hOAT1及びhOAT3はアニオン性薬物の腎移行に主要な役割を果たすことが推察された.腎機能低下により各種腎疾患の疑われる患者で病理診断を目的として腎生検が施行された患者の余剰組織検体を用いて薬物トランスポータmRNA発現量を検討した結果,近位尿細管側底膜に発現するhOAT1の発現量が正常腎皮質と比較して有意に低下していることが判明した.腎疾患患者においてセファゾリンの排泄量とトランスポータ発現量とを比較解析した結果,セファゾリンの消失速度とhOAT3の発現量との間に有意な正の相関が認められた.また,hOAT3の発現量が腎分泌クリアランスとも高い相関を示したことから,セファゾリンの尿細管分泌はhOAT3発現量によって変化し,薬物腎排泄を変動させることが示唆された.またhOAT3発現量とセファゾリン消失速度並びに尿細管分泌速度との間に相関が認められたことから,トランスポータ発現量が腎薬物排泄能を規定する一因であることが判明した.これらのトランスポータ群の機能ならびに発現変動に関する情報は,患者個々に応じた至適薬剤投与設計法開発の基盤となり,医薬品適正使用並びに薬剤性腎障害の防御法確立に貢献するものと期待される.ヒト腎薬物トランスポータ群の薬物輸送特性並びに腎内発現分布・膜局在について比較精査するとともに、腎不全、腎腫瘍等を発症した高齢患者腎における薬物トランスポータ遺伝子の発現変動と薬剤排泄能力との相関について解析を実施した。ヒト有機アニオントランスポータhOAT1の遺伝子を腎cDNAライブラリーより単離し、卵母細胞発現系を用いて薬物輸送機能を解析した。hOAT1はp-アミノ馬尿酸、メトトレキサート(葉酸代謝拮抗薬)、ジドブジン(抗ウイルス薬)、フロセミド(利尿薬)等、多様なアニオン性薬物の腎移行を仲介するトランスポータであることを実証した。ヒト有機カチオントランスポータhOCT2及びそのスプライシングバリアントであるhOCT2-Aの遺伝子単離に成功した。いずれのトランスポータも主として腎に発現し、種々のカチオン性薬物を認識することが判明した。ヒト腎薬物トランスポータ遺伝子の発現量についてリアルタイムPCR法による定量数値化を試みた結果、RNA精製効率や分解を補正することで、患者個人毎の腎組織に発現するトランスポータ遺伝子の発現量を定量数値化することに成功した。腎生検を施行された腎機能低下患者に対し感染症予防を目的として投与される抗生剤セファゾリンの血中濃度を測定を実施し、体内動態パラメーターを算出した。腎機能低下患者におけるセファゾリンの消失クリアランスと薬物トランスポータ発現量との相関について検討したところ、hOAT3mRNAの発現量とセファゾリンの消失クリアランスとが正の相関を示すことが判明した。

ヒト腎組織における薬物トランスポータ群の遺伝子発現解析により、加齢または腎障害に伴う患者毎の薬物トランスポータ発現変動と薬剤排泄能力との相関解析が可能であることが示唆された。ヒト腎に発現する薬物排泄タンパク質群(薬物トランスポータ)の薬物輸送特性並びに腎内発現分布について比較精査するとともに、腎疾患、腎腫瘍等を発症した患者腎における薬物トランスポータ遺伝子の発現変動と薬剤排泄能力との相関について解析した。ヒト有機アニオントランスポータhOAT1の遺伝子を腎cDNAライブラリーより単離し、卵母細胞発現系を用いて薬物輸送機能を解析した。hOAT1はP-アミノ馬尿酸、メトトレキサート(葉酸代謝拮抗薬)、ジドブジン(抗ウイルス薬)、フロセミド(利尿薬)等、多様なアニオン性薬物の腎移行を仲介するトランスポータであることを実証した。ヒト有機カチオントランスポータhOCT2及びそのスプライシングバリアントであるhOCT2-Aの遺伝子を単離し機能解析を行った結果、いずれのトランスポータも主として腎に発現し、種々のカチオン性薬物を輸送することが判明した。ヒト腎に発現する薬物トランスポータ遺伝子の発現量をリアルタイムPCR法によって測定し、患者個人毎の腎組織に発現するトランスポータ遺伝子の発現量を定量数値化することに成功した。腎生検を施行した腎機能低下患者における抗生剤セファゾリンの血中濃度を測定し、体内動態パラメータを算出した。腎機能低下患者におけるセファゾリンの消失クリアランスと薬物トランスポータ発現量との相関について調べた結果、hOAT3 mRNAの発現量とセファゾリンクリアランスが有意な正相関を示すことが判明した。さらに、in vitro機能解析においてhOAT3がセファゾリン輸送を媒介することを実証し、腎疾患患者ではhOAT3発現量がセファゾリン腎排泄を規定する因子であることをはじめて明らかにした。腎尿細管薬物トランスポータ群の機能特性並びに腎疾患時におけるトランスポータ遺伝子の発現変動解析は、薬剤性腎障害におけるトランスポータの動態学的役割の解明並びに至適薬剤投与設計法の基盤確立に有用な情報を提供し得る。ヒト腎臓における薬物トランスポータ群mRNAの発現量について有機イオントランスポータ遺伝子ファミリーを中心に,定量PCR法により定量を行った.薬物トランスポータ群の中で有機アニオントランスポータhOAT3mRNAの発現量が最も高く,常在遺伝子グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼmRNAの発現量の約1/20程度であった.また,アニオン性薬物の腎移行に関わる主要なトランスポータとして位置づけられているhOAT
革新的核融合炉用高熱流束除熱体EVAPORONの開発

多孔質体内での蒸発現象に注目した高熱除去装置EVAPORON(Evaporated-Fluid-Porous-Themodevice)の開発を進め、その性能試験を進めてきた。この多孔質内での蒸発を利用する、革新的除熱原理による高熱流束除熱体EVAPORONの構造は、片側を液体流に接し、他方を高負荷面に接続する金属多孔質体中で、浸透する液体が高負荷面側より伝熱する熱により蒸発し排出されていく体系を基本としており、除熱熱流束は浸透する液体冷却材流の完全蒸発による潜熱輸送となっている。研究を進めた結果、除熱能力として、すでに2MW/m^2が得られ、数値解析では、さらに1桁の性能向上が可能であると予測され、その性能は実証されつつある。3年間の研究の結果、EVAPORONの除熱性能に関し以下の知見を得た。(1)蒸発・沸騰による高熱流束の熱吸収がおこなわれている領域は加熱面に接する極く薄い層内であり、そこでの温度分布が急激な変化を示している。(2)高熱流束熱吸収の層が薄いことから、蒸発蒸気の流出に伴う高温固体面近傍流れは3次元的変化を示し、EVAPORONの除熱性能に大きな影響を持っている。(3)1次元の熱バランスによる解析と2次元解析の結果、実験結果は数MW/m^2のレベルの高熱流束の除熱性能であったが、EVAPORONの高熱流束熱吸収層の設計、たとえば多孔質の空隙率を径方向・軸方向に分布させ、気液2相流動に対する流動抵抗・平均熱伝導等の最適化による傾斜機能材の開発を行うことで数10MW/m^2以上の高熱流束熱除去の高い可能性が確認できる。(4)EVAPORONに対する溶融塩FLiBeの適用性を数値的に模索した結果、多孔質体の空隙率等を最適設定することで、高負荷環境下において十分な除熱性能を有することを確認した。以上の知見およびEVAPORONによる蒸発・沸騰二相流冷却の核融合炉高熱流束機器への適用について、他の冷却方式との比較の中で、非常に高い可能性のあることを国際会議における講義の中で公表した。本年度は、革新的核融合炉用高熱流束除熱体EVAPORONの有用性を実証するために、金属多孔質体を用いた冷却システムの設計・作成を行い、パラメーターを変えて実験を実施した。またそれに平行して、多孔質内部の熱流動を解析するための数値計算コードを開発し、数値シミュレーションを行った。加えて実験結果と解析結果を比較して本コードで適用したモデルの妥当性を評価した。実験においては多孔質材として、アルミニウムの燒結金属を用いた。それを、ヒーターを内蔵する銅ブロックに装着し、反対側から水を一定の質量流量で多孔質材内部に注入し、水の相変化により加熱部を除熱する実験ループを作成した。広い範囲にわたってパラメーターを変化させた実験により、本実験で用いた小規模な実験装置(電熱面直径約5cm)においても、水の質量流量0.1kg/m^2/sオーダーで、0.11MW/m^2オーダーの除熱が可能で、金属多孔質体を用いた高熱流束除熱システムの有用性が実証された。熱流動の詳細解析のために、差分法に基づき、SIMPLE法を用いた数値解析コードの開発を行った。

従来多孔質内流動の解析には簡単なDarcy則が用いられるが、本解析では2次元のNavie-Stokes方程式を解き、より詳細な解析を実施した。その結果、Darcy則を用いた場合では模擬することのできなかった質量流束と除去熱流束の関係を正確に解析し、実験では可視化できない多孔質体内の流動を明らかにすることができた。EVAPORONの基本特性を明らかにするため、銅製加熱ヒーターブロックに直接接触するステンレス多孔質体中に水を浸透させ、多孔質体へ高熱流束で熱伝導流入する熱を水の蒸発、沸騰による相変化の潜熱により吸収する実験を実施した。数MW/m^2のレベルの高熱流束の除熱特性を実験的に実証し、さらに、数10MW/m^2以上の高熱流束熱除去の可能性を確認した。多孔質体中の温度分布の詳細な計測から、蒸発・沸騰による高熱流束の熱吸収がおこなわれている領域は、加熱面に接する極く薄い層内であり、そこでの温度分布が急峻な変化を示していることが明らかになった。多孔質体中の蒸発・沸騰2相流動の1次元及び3次元数値解析と実験データとの比較から、以下の事実が明らかになった。(1)高熱流束熱吸収の層が薄いことから、蒸発蒸気の流出に伴う高温固体面近傍の流れは3次元的変化を示し、EVAPORONの性能に大きな影響を持っている。(2)1次元の熱バランスによる解析と上記の2次元解析の結果より、実験結果は数MW/m^2のレベルの高熱流束の除熱特性であったが、EVAPORONの高熱流束熱吸収層の設計により数10MW/m^2以上の高熱流束熱除去の高い可能性が確認できる。以上の結果を踏まえ、次年度における数10MW/m^2以上の高熱流束熱除去実証実験の計画と実験準備を行った。さらに、金属多孔質体中の蒸発・沸騰2相流冷却の核融合炉高熱流束機器への適用について、他の冷却方式との比較の中で、非常に高い可能性のあることを国際会議における講義の中で公表した。多孔質体内での蒸発現象に注目した高熱除去装置EVAPORON(Evaporatcd-Fluid-Porous-Thermodevice)の開発を進め、その性能試験を進めてきた。この多孔質内での蒸発を利用する、革新的除熱原理による高熱流束除熱体EVAPORONの構造は、片側を液体流に接し、他方を高負荷面に接続する金属多孔質体中で、浸透する液体が高負荷面側より伝熱する熱により蒸発し排出されていく体系を基本としており、除熱熱流束は浸透する液体冷却材流の完全蒸発による潜熱輸送となっている。研究を進めた結果、除熱能力として、すでに、2MW/m^2が得られ、数値解析では、さらに、1桁の性能向上が可能であると予測され、その性能は実証されつつある。3年間の研究の結果、EVAPORONの除熱性能に関し以下の知見を得た。(1)蒸発・沸騰による高熱流束の熱吸収がおこなわれている領域は加熱面に接する極く薄い層内であり、そこでの温度分布が急激な変化を示している。(2)高熱流束熱吸収の層が薄いことから、蒸発蒸気の流出に伴う高温固体面近傍流れは3次元的変化を示し、EVAPORONの除熱性能に大きな影響を持っている。(3) 1次元の熱バランスによる解析と2次元解析の結果、実験結果は数MW/m^2のレベルの高熱流束の除熱性能であったが、EVAPORONの高熱流束熱吸収層の設計、たとえば多孔質の空隙率を径方向・軸方向に分布させ、気液2相流動に対する流動抵抗・平均熱伝導等の最適化による傾斜機能材の開発を行うことで数10MW/m^2以上の高熱流束熱除去の高い可能性が確認できる。