hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
英文読解におけるタスクとエクササイズの違い：タスク型英文読解テストの開発

本研究はタスク型英文読解テストの開発に向けて,テストの妥当化を行う前提条件であるテスト得点の信頼性を検証した。6種類のタスクを日本人大学生122名に与え,その解答をタスク依存・タスク独立尺度の2種類で採点した。一般化可能性研究の結果,両尺度は平行して用いることができるものの,採点手順の質には違いが見られた。決定研究の結果,タスク独立尺度を用いて,7種のタスクを3名で採点することが,評価の信頼性を確保する上で重要であることが分かった。本研究の第一の目的は、英文読解テストにおけるタスクとエクササイズの違いを明らかにし、タスク型英文読解テストを作成するための基準を提案することにある。そして、作成されたタスク型英文読解テストの信頼性と妥当性を検証し、その波及効果を明らかにすることで、従来のテストとは全く異なるタスク型英文読解テストの開発に向けた示唆を得ることを目指している。研究計画の1年目にあたる平成25年度は、タスク型英文読解テストを作成する前提として、Task-Based Language Teachingに関する文献調査に加え、マテリアルの収集作業を行った。タスク型英文読解テストが持つ特性を解明するために、従来型の読解テスト(多肢選択式テスト・英文和訳テストなど)との比較を通して、両者のテスト細目を詳細に検討した。具体的には、まず、中学・高等学校の英語検定教科書および大学英語テキストで使用されているタスク型の英語活動例を収集した。その中で、学習者の英文読解力を測定・診断するような項目に焦点を当て、テストの設問に解答するために求められる読解プロセスを、先行研究に基づき分類した。結果から、タスク型英文読解テストが英語リーディング能力のどのような側面を測定しているのかが明らかになった。以上の手続きを踏まえ、2種類の英文読解テストの特性を比較するために、日本人英語学習者を対象とした予備的実験を行った。英文の読解後に要約タスクを課すようなテスト方法と、特定のタスクによる影響を最小限に抑えた場合のテスト方法とを比較し、それぞれによって引き出される読解プロセスの違いを検証した。実験の結果から、測定したい読解力および付随する読解プロセスのデータを収集するためには、タスク特性とタスクに従事する際に必要とされる認知プロセスとの交互作用を考慮しなければならないことが明らかになり、2年目以降の研究に向けての示唆を得ることができた。本研究の目的は,英文読解テストにおけるタスクとエクササイズの違いを明らかにし,タスク型英文読解テストを作成するための基準を提案することにある。前年度はタスク分析に基づき,様々な目的で書かれた英文を読んで内容を他者に伝達するというタスク型英文読解テストを6種類作成し,改良を重ねてきた。研究計画の2年目にあたる平成26年度は,タスク型英文読解テストの作成基準を示す第一歩として,構成概念妥当性の推論に必要な統計解析を妥当なものとするため,採点者による評価の信頼性に焦点を当てた。具体的には,評価の信頼性を揺るがすタスクの特徴,評価者の特徴,評価尺度の特徴を明らかにし,タスク型英文読解テストで得られた受験者のパフォーマンスを適切に評価するための尺度を提案することを目的とした。6種類のタスク型英文読解テストを日本人大学生122名に実施した。個々のタスクの達成目標を詳細に記述した「タスク依存尺度」と様々なタスクに共通する特徴を一般化して示した「タスク独立尺度」という2種類の評価尺度に従って,6名の採点者が受験者のパフォーマンスを評価した。測定誤差を一般化可能性理論により推定した結果,(a)両尺度ともある程度平行性をもって採点に使用できること,(b)評価者間信頼性はタスクに含まれる詳細情報,情報の再構成,社会言語学的な要因に対する採点者の考えにより変化することが分かった。その上で,より望ましい評価の在り方(評価尺度の種類・タスク数・評価者数)について具体的な示唆を得た。今後の研究では,採点者に対し評価方法のトレーニングを行った後で再度採点をし直した場合,あるいはすべての評価者が両尺度での採点を行った場合の信頼性を検証する必要がある。また,本研究で用いたタスク型英文読解テストの結果から受験者の英文読解力がどの程度であるかを推論・評価するためにテストの構成概念妥当性を検討する必要がある。本研究の目的は英文読解テストにおけるタスクとエクササイズの違いを明らかにし,タスク型英文読解テストを作成するための基準を提案することにある。前年度はタスク型英文読解テストの作成基準を示す第一歩として,構成概念妥当性の推論に必要な統計解析を妥当なものとするため,一般化可能性理論による評価の信頼性について検証した。具体的には評価の信頼性を揺るがすタスクの特徴,評価者の特徴,採点基準の特徴を明らかにし,タスク型英文読解テストで得られた受験者のパフォーマンスを適切に評価するための評価尺度を作成した。最終年度の平成27年度はタスク型英文読解テストの構成概念妥当性の一部を検討するため,テスト得点が英文読解力を構成する技能・知識とどのように関わるのかを構造方程式モデリングにより検証した。6種類のタスクから得られたテスト得点を観測変数とした場合,「読解を通したタスク遂行能力」という潜在変数は,TOEIC Bridgeの読解問題および語彙サイズテストから構成される「英文読解力」と中程度の相関(.66)にあることが分かった。多相ラッシュモデリングによりテスト項目の難易度を推定したところ,(a)難易度が適度に分散し英文の難しさと一貫していること,(b)各項目の難易度がモデルから逸脱しないこと,

(c)タスクは一貫して同じ能力を測定していることが示唆された。また,評価者による採点のばらつきを調整し,ラッシュモデリングで協力者のタスク遂行能力の推定値を算出したところ,外部基準テストとの相関は非常に強いことが分かった。以上より,タスクの詳細と採点基準を確立し,評価の信頼性を確保すれば,本研究で実施したタスク型英文読解テストは日本人英語学習者の「読解を通したタスク遂行能力」を十分に測定できることが示唆される。今後はタスク型英文読解テストの実用性を含めた総合的な妥当性の検討が求められる。本研究はタスク型英文読解テストの開発に向けて,テストの妥当化を行う前提条件であるテスト得点の信頼性を検証した。6種類のタスクを日本人大学生122名に与え,その解答をタスク依存・タスク独立尺度の2種類で採点した。一般化可能性研究の結果,両尺度は平行して用いることができるものの,採点手順の質には違いが見られた。決定研究の結果,タスク独立尺度を用いて,7種のタスクを3名で採点することが,評価の信頼性を確保する上で重要であることが分かった。研究計画通りの進捗が見られ、口頭発表や査読論文において研究成果を発表した。英語教育学今後は3年目の研究計画および発展的課題に着手する。得られた成果については学会や論文投稿という形で発表し、外部機関による客観的な評価を確認しながら研究を進めていく。研究成果発表のひとつが2015年度となったため。今後は2年目の研究計画および発展的課題に着手する。得られた成果については学会や論文投稿という形で発表し、外部機関による客観的な評価を確認しながら計画を進めていく。国内学会発表に関わる旅費に執行する予定。研究成果発表のひとつが2014年度となったため。
生物多様性を考慮した持続可能な環境共生都市・農村整備のあり方に関する研究

国土全体の生物多様性を保全するためには、人の生活・生産活動が行われている都市地域や里地・里山等の中間地域を含む国土全体を対象として、生物多様性保全に配慮した持続可能な利用・整備が重要な課題である。本研究では、(I)社会経済の変化と生物多様性の現状分析、(II)生物多様性の保全と持続的利用に向けた具体的施策の視点から調査・分析を実施し、今後の生物多様性を考慮した持続可能な環境共生型都市・農村整備のあり方に関し提言を行った。本研究では、主に(1)社会経済の変化と生物多様性の現状分析(人間活動に伴う生物多様性のインパクト)、(2)生物多様性に係わる制度・関連施策の現状と課題、(3)生物多様性の保全と持続的利用に向けた具体的施策の3つの視点から調査・分析を実施し、それら結果を通じて、今後の生物多様性を考慮した持続可能な環境共生型都市・農村整備のあり方に関し提言を行うものである。本年度の研究成果として、「生物多様性の保全と持続的利用に向けた地域固有の具体施策」の実態調査を実施した。具体的には、主にバイオ技術活用に向けた取り組みに関して、北海道の道東エリア(十勝・網走・斜里)の事例、並びに沖縄県におけるバイオ燃料の実態についてヒアリング調査を実施した。次年度では、今年度実施した生物多様性の保全と持続的利用に向けた具体的施策の実態調査に基づき、より具体的なバイオ燃料(バイオエタノール、BDF)の有効性に関して分析評価を実施する。例えば、(1)地域独自のプロジェクトによるバイオ燃料(バイオエタノール)が輸入バイオエタノールに対して地球温暖化対策面で優位性を持つかどうかについて、LCA分析を適用して検証する。経済性の評価については、北海道産規格外小麦原料のバイオエタノールとブラジル産サトウキビ原料のバイオエタノールガソリンの両者を比較評価する。そこで本研究では、(I)社会経済の変化と生物多様性の現状分析(人間活動に伴う生物多様性のインパクト)、(II)生物多様性の保全と持続的利用に向けた具体的施策の視点から調査・分析を実施し、それらを通じて今後の生物多様性を考慮した持続可能な環境共生型都市・農村整備のあり方に関し提言を行った。具体的な研究成果として、生物多様性の保全と持続的利用に向けた地域固有の具体施策には、(1)地域固有の生物資源を活用したスモールビジネスの展開が有効な施策である点。また、(2)地域内の廃棄物(廃油等)を原料にした循環型バイオ燃料の製造・利用への推進(地産地消型燃料)も重要施策である点。特に生物多様性を考慮し地域空間を半径50km圏に想定した(LCA分析の試算)場合、経済性や環境負荷への影響についても優位性が高く、さらに地域振興の点でも魅力ある固有な生物資源は、地域ブランド化を創造し中規模経済へと持続的発展が期待できることを指摘した。他方、(3)地域固有の食風土は、それぞれの地域が持つ生物多様性と深い関りがあり、様々な食文化、工芸、芸能等を育んできた。こうした地域空間の土地資源が持つエネルギー生産能力の有効利用を図るためにも(健康リスクを考慮したAEM分析の結果)地産地消が有効である点。(4)生物多様性の宝庫である湿原の保全と連携した自然共生型都市・農村圏の形成に向けた地域空間的施策(戦略)は、自然的および社会的(文化も含む)特性に応じた独自の法整備が必要である点。以上のような取組みが地方分権の推進、生物多様性の保全と地域発展の同時解決を図ることに繋がり、延いては国土の荒廃解消や国土保全に結びつく戦略的地域政策となることを指摘した。
社会的選択理論の数学的・統一的研究

研究期間中に得た主な成果は以下のとおり。1.代数トポロジーの社会的選択理論への応用(1)人数が2人,選択肢が3つのケースにおけるアローの不可能性定理が2次元球(円)についてのブラウワーの不動点定理と同値であることを代数トポロジーの手法(ホモロジー群,写像度)で証明した。(2)アローの不可能性定理とアマルティア・センによるいわゆるリベラルパラドックスを代数トポロジーの手法で分析し,これらがある抽象的な定理の特殊ケースとして表せることを示した。2.HEXゲームの定理と社会的選択理論(1)HEXゲームと呼ばれるゲームに必ず勝者が存在するという定理とアローの不可能性定理とがHEXゲームのあるルールのもとで同値であることを示した。3.社会的厚生関数・社会的選択関数の計算可能性など(1)無限人口社会における社会的選択関数について構成的数学の観点から検討し,「戦略的に操作不可能な社会的選択関数は独裁者を持つかまたは独裁者を持たない」という言明は構成的数学におけるLPOと同値であるということを示した。(2)無限人口社会における社会的厚生関数が独裁者を持つか持たないかは決定不可能であり,そのことはTuring機械の停止問題(halting problem)が決定不可能であるということと同値であることを示した。本年度はまず複数の選択肢を選ぶ社会的選択関数(社会的選択対応)の戦略的操作不可能性(strategy-proofness)の問題と,確率的に選択肢を選ぶ(選択肢に確率を割り当てる)社会的選択関数の戦略的操作不可能性の問題について検討した。前者については複数の選択肢を選ぶ社会的選択関数の戦略的操作不可能性が,ある種の単調性と同値であることを示し,後者については戦略的に操作不可能な確率的に選択肢を選ぶ社会的選択関数には一種の独裁者(確率的な独裁者)が存在するというギバードによる定理が,ギバード自身の証明よりもより簡単な手順で証明できることを明らかにした。それぞれの研究をもとに論文を執筆し,ともにレフェリー審査のある海外の出版社から発行されている学術雑誌に掲載した。さらに,代数的位相幾何学(代数的トポロジー)を用いた社会的選択理論の基礎的な事項とその理解に必要な数学をまとめたものを,同志社大学のワーキング・ペーパーとして発行した。代数的位相幾何学を用いた社会的選択理論では通常ホモトピー論が用いられているが,数学のテキストなどではホモトピー論よりもホモロジー論の方が基礎的かつ重要なものとして扱われている。またホモトピー論は直感的には理解しやすいが,正確に理論内容を把握するのは難しい。これに対してホモロジー論の方は,直感的には少々わかりにくい面があるが,多少の時間をかければ理論内容を正確に理解することができる。どちらの手法を用いても社会的選択理論を展開できるので,このワーキング・ペーパーではホモロジー論を用いた。さらに社会的選択理論の様々な理論をまとめた別のワーキング・ペーパーを発行した。社会的選択理論におけるアローの一般可能性定理と位相数学のブラウワーの不動点定理が同値であることを,選択肢の数が3,人数が2人の場合について代数トポロジー(ホモロジー論)を用いて証明した。人々の選好が無差別な関係を含む場合のアローの定理について代数トポロジー(ホモロジー論)を用いた証明を与えた。Eliaz(Social Choice and Welfare,2004)によるアローの定理とギバード・サタースウェイトの定理を統一的に取り扱う議論に対し代数トポロジー(ホモロジー論)による証明を与えた。また,社会的選択理論の様々な理論をまとめて4.同志社大学経済学部ワーキング・ペーパーNo.25『社会的選択理論の種々相』を発行した。本年度新たに行った研究の成果は以下のとおり。アローの不可能性定理とアマルティア・センのリベラルパラドックスがトポロジー的には同値の議論になることを示した。ウィルソンの定理についてトポロジーを用いた議論を展開した。アローの不可能性定理と「HEXゲームに勝者が存在する」という定理が同値であることを示した。社会的選択対応に関するDuggan-Schwartzの定理と「HEXゲームに勝者が存在する」という定理が同値であることを示した。
スロー地震学の国際展開

平成30年9月2123日に福岡県福岡市で国際研究集会を開催し、129名の参加者のうち13名の招待講演者を含む30名もの海外研究者の参加を得た。研究集会の招待講演者を講師とした特別セミナーならびにスロー地震カフェを、神戸大、九州大、広島大、防災科研、東大地震研で開催した。2019年度は9月に宮城県仙台市における開催を決定し、研究集会の発表形態を検討するとともに、招聘する海外研究者などの選考を開始した。JpGU2018に本領域が企画提案を行ったセッションに3名の海外研究者を招聘し、JpGU2019の同様のセッションにおいても海外研究者1名の招聘を決定した。若手研究者海外派遣として、京都大学修士課程1年の井上智裕氏をRV Tangaroaの乗船を伴う共同研究のためニュージーランドに、東京大学修士課程2年の馬場慧氏をフランスIPGPに、同小澤創氏を米国スタンフォード大に、それぞれ1ヶ月間派遣した。2019年度前期の派遣者として、東北大博士課程1年寒河江皓大氏、東京工業大学修士1年土山絢子氏、九州大学修士2年福留泰平氏をそれぞれ米国UCサンタバーバラ校、同バークレー校)、スイスETHに派遣することを決定した。ニュースレター第3号の英語版を発行し、海外研究者に向けて本領域の研究活動に関する国際的周知を図り、平成30年4月にウィーンで開催されたEGU2018にて、ニュースレター第1号、2号を配布したとともに、翌年度のEGU2019でもニュースレターを配布するための準備を行った。研究者以外の一般向けに本領域の国際的周知を図るため、リーフレット英語版を作成した。2019年度1011月にチリ大学で開催予定のチリ押しかけ研究集会の詳細検討をカウンターパートのチリ大学担当者と進めた。平成30年度は、日本地球惑星科学連合大会(JpGU)2018に3名、福岡で開催した領域国際研究集会に13名の海外研究者を招聘するなど、積極的に国際研究交流の取組を行なった。研究集会に招聘した研究者のうち2名は長期招聘として、1名は筑波大に1カ月半滞在して氏家恒太郎准教授らとともに浅部スロー地震の地質学的研究を行い、速度弱化と速度強化を示す物質の混合を必要とするVLFEsの地球物理モデルを説明できる可能性のある地質学的特徴と摩擦挙動を見出した。もう1名は神戸大に1カ月滞在し、吉岡祥一教授らとともに、海山の沈み込みが沈み込み帯のプレート境界での温度構造に与える影響と、それが海溝型巨大地震やSSEの発生に及ぼす影響を調べた。いずれの共同研究も、領域の研究進展に大きく寄与するものと期待される。EGU2018にて領域ニュースレターを配布、EGU2019、2019SSAでの領域ニュースレター、英語版リーフレット配布の準備を進めるなど、領域研究の海外での認知度向上に貢献している。2019年1011月にチリで開催予定の押しかけWSに向けて、チリ側カウンターパートと連携してWS概要案内・登録のサイトを作成するとともに、一般向けリーフレットのスペイン語版製作を予定している。JpGU2019の招待講演者を決定、招聘手配を行っている。9月の領域国際研究集会に向けて、基調講演者候補者にコンタクトをとり、招聘の準備を進めている。2019年5月2630日に開催される日本地球惑星科学連合大会(JpGU)2019では1名の海外研究者を招聘するほか、領域単独でブース出展を行い、ニュースレター、一般向けリーフレット、9月の国際研究集会案内フライヤーの英語版を配布し、JpGUに参加する研究者に対する本領域研究の周知を図る。年1回の予定で発行するニュースレター英語版を計画通り作成し、ウェブサイト英語版ならびにFacebookやTwitterなどのSNSを通じたタイムリーな更新を通して領域研究の国際的周知を加速する。一般向けリーフレットは既に英語版を完成させたことに続けてスペイン語版製作に着手するとともに、需要が見込まれる言語を検討し、他言語版製作も視野に入れる。領域研究の国際研究交流を更に活発化させるため、2019年9月2123日に宮城県仙台市東北大学片平キャンパスで開催する領域の国際研究集会には、10名程度の海外研究者を招待講演者として招聘し、その選考・調整・招聘手続を進める。若手研究者海外派遣については、より多くの大学院学生に海外研究機関における国際共同研究の機会を提供し、若手研究者の育成に貢献できるよう、事業内容の周知と応募者拡大を図る。2019年1011月に予定しているチリ押しかけ研究集会を成功させるべく、カウンターパートのチリ大学と綿密な調整を行い、南米だけでなく全世界から参加者を募ることにより、国際共同研究への発展の可能性につなげる。H28年9月に東京大学地震研究所においてキックオフミーティングとして、海外研究者17名を含む国際研究集会を開催した。H29年度の国内研究集会を9月に愛媛県松山市で開催することとし、会場選定・招聘する海外研究者の検討を行った。A01班において、深部低周波微動カタログ構築における新たなシステム開発の検討のため、Natalia Poiata氏(ルーマニア国立地球物理研究所研究員)をH28年11月7日12月11日まで招聘を行った。今年度後期の若手研究者海外派遣の募集を行い、1名(広島大学・北佐枝子氏)を選考、米国カリフォルニア大学デービス校、同ワシントン大学で、それぞれ1週間、計2週間の研究を行う内容でH29年3月420日にかけて派遣した。H29年度前期の海外派遣の募集、選考を行い、2名の派遣を決定した。

日本・チリ学術フォーラム2016(H28年11月711日)において、スロー地震に関連する議論を行った。海外から研究者1名(米国イリノイ大学・Ahmed E. Elbanna氏)を招聘した。Elbanna氏はH29年2月12日3月5日の間、東京大学地震研究所、京都大学防災研究所、九州大学に滞在し、スロー地震関連の研究活動を行った。九州大学では2月2122日にかけて開催されたC01C02班合同研究集会に参加、基調講演を行った。H29年度の国際研究集会を開催する愛媛県松山市の会場予定施設の現地調査を行った。仏コルシカ島で開催される国際サマースクール(H29年10月26日)を共同開催することが決定した。H29年度の海外での小集会(押しかけ研究集会)をニュージーランドで開催することに決定し、現地研究機関の関係者と開催計画の調整をした。ウェブサイトおよびニュースレター第1号の英語版を公開し、本領域の国際活動の周知を行った。H29年度の研究集会を開催する愛媛県松山市の会場予定施設の現地調査を実施し、集会を行うにあたって必要な準備・調整事項を洗い出し、集会内容・スケジュールの概要計画を立てた。H29年度前期の若手研究者海外派遣はH29年2月の募集を開始し、3名の応募があった。そのうち2名を採択し、支給額上限を通知した。派遣決定者が各自、支給額を考慮してスケジュールを再検討している段階である。H29年5月に開催される日本地球惑星科学連合大会、同9月に開催予定の研究集会の招待講演者を検討・依頼調整中である。H30年2月263月2日にニュージーランドで開催する押しかけ研究集会の内容およびスケジュールをVictoria UniversityのMartha Savage氏と調整中である。Wellingtonで2日間行い、その後北部のNapierに移動し、一般向け講演会を開催する。Gisborneと衛星でつなぐ可能性も視野に入れて検討している。平成29年9月1921日に愛媛県松山市で領域研究集会を開催し、130名の参加者のうち海外研究者6名を招聘した。平成30年度は9月に福岡県福岡市における開催を決定し、招聘する海外研究者等の選考を開始した。JpGU2017の本領域セッションに2名の海外研究者を招聘し、JpGU2018には3名の海外研究者招聘を決定した。平成29年7月30日8月4日に開催されたIAG-IASPEIに本領域セッションコンビーナーとしてMarone博士を招聘し、同氏によるスロー地震カフェを神戸大で開催した。スロー地震カタログの一層の充実のため、Poiata博士を約1ヵ月半招聘した。若手研究者海外派遣として、京都大学博士課程1年の片上智史氏をMiami大学及びCalifornia大学Riverside校に2ヶ月間、東京大学博士課程1年の栗原亮氏をGeorgia工科大学に1ヶ月間派遣した。フランス・コルシカ島で開催された地震科学サマースクールを共同開催し、領域から講師2名、大学院生3名を派遣した。ニュースレター第2号の英語版を発行し、本領域の研究活動について国際的周知を行った。
電子蓄積リングの自由電子レーザーへの最適化

電子蓄積リングにおいて、光クライストロン型アンジュレータを用いた自由電子レーザー(FEL),と電子の縦方向の位相空間分布について関わりを調べてきた。蓄積リングのポテンシャル井戸歪み効果1を生ずるインピーダンスを抵抗とインダクタンスに分離して分布関数を数値的に求めた結果、測定した電子の空間分布を良く再現することが分かった。これを踏まえてFEL発振のシミュレーション計算を行ったところ、蓄積リングが負の運動量収縮因子を持つ場合、FELパルスは大きな強度に成長することが分かり、マイクロ波不安定性によるエネルギー広がりが増大したような場合でもFEL発振は正の場合と殆ど変わらず、平衡状態のFEL出力はほぼ同じレベルになることが示唆された。蓄積リングFELにおいて、熱変形による反射鏡の歪みや振動による光共振器の状態変化はFEL発振を不安定にし、マクロ時間構造を変えることがストリークカメラによって観測された。安定したFEL発振を得るためには、電子バンチとFELパルスの同期性を一定に保つ必要がある。電子バンチとFELの時間的なずれを、周波数空間で狭帯域フィルターを通して測定した高調波成分の位相検出よって抽出し、これに基づいてRF周波数を調整するシステムを構築し、FEL発振を格段に安定化することに成功した。FELの安定化によって発振時の様子が詳細に測定できるようになり、ポテンシャル井戸歪み効果を取り込んで電子バンチ長からFELこよって増加したエネルギー広がりを測定できた。バンチの伸長の程度は一見大きくないが、エネルギー広がりはずっと大きくなっていることが分かった。しかしながら、なお理論計算から得られるエネルギー広がりとFEL出力の関係と実験データは有為に一致していないにとが結論された。理論計算で用いたモデルの近似に問題を孕んでいる可能性があり、更に実験データ解析を深め、理論モデルの修正を行う課題が残る。光共振器用反射鏡の最適化も試みており、可視波長ではあるが、適切な材質を多層膜に採用し高反射率と低吸収率を実現し、蓄積リングFELとしては世界最高出力である0.5W以上を取り出すことに成功した。引き続き、放射光とFELの同期を利用した2光子吸収、所謂2色実験によって気体分子の光解離の応用研究を始めた。本研究は蓄積リングに組み込んだ自由電子レーザー(FEL)の高度化に求められる、さまざまな因子の最適化を図るとともに、より特徴的な次世代光源を探究することを目的として行われている。本年度は幾つかある蓄積リングのビーム性質のなかでも、縦方向の電子の位相空間分布に着目して、理論的・実験的にFELとビーム性質の関わりを研究してきた。蓄積リング中において電子群は放射光による量子励起と緩和の釣合うある一定のエネルギー幅を持ち、またRF加速電場と運動量収縮因子(momentum compaction factor)と呼ばれる円形加速器の縦方向色収差によってシンクロトロン振動を生じ、エネルギー広がりはまた実空間広がりに反映ざれる。またこの電子の分布関数は単一のRF加速電場の他に電子ビーム自身が周囲とに電磁的相互作用を起こし、非線形性の強いポテンシャル下で振動し、複雑な分布関数として観測される。電子密度を大きくするために、運動量収縮因子を小さくして相対的に大きいエネルギー差を持つ電子も実空間で広がりが大きくならないように蓄積リングの光学因子を探ることは究めて興味深い。しかしながら加速器の電磁場はエネルギーのずれと周回距離の関係を単純な線形性に留めず、高次の非線形をもたらす。

これまで、この高次の運動量収縮因子を理論的に導出することについては殆ど研究されていなかった。我々は円形加速器中のビーム軌道の周期解を繰り返し計算することで高い次数のそれを導き出すフォーマリズムを確立した。また実験的に蓄積リングの多数箇所のエネルギー分散関数の非線形性を測定しこれと比較した。超大型のSPring-8蓄積リングと小型リングであるUVSORの2つのまったく異なった蓄積リングで、計算値と実験値は良く一致することを見い出した。これによって高次の運動量収縮因子を打ち消すような加速器の光学パラメータを理論的に求める方策を得たと言える。実際の電子群の位相空間での分布関数は電子ビーム自身の誘起電場によって単純な関数形にならない。ビーム自身の誘起電場は、ビームが通過する真空パイプのインピーダンスによって支配されるが、このインピーダンスを抵抗とインダクタンスに分離して分布関数を数値的に求めた。非常に単純なモデルであるが、ある電子数の制限下でUVSORで測定された電子の空間分布を非常に良く再現することが分かった。さらに運動量収縮因子の符号を通常の正から負に変えた場合、まったく異なった分布関数になることも実験的に示され、またこれは同等のモデルを用いた数値シミュレーション結果と良く一致した。運動量収縮因子の符号が正の場合、電子数が増えるに従い電子の空間分布が単調に広がり、すなわち電子のピーク密度は電子数に比例しない。これに反し運動量収縮因子の符号が負の場合、ある一定の電子数まで空間分布は狭まってゆき、これを超えるとエネルギー広がりが増大し始め、結果的に空間分布も広がり始める。これは実験的にUVSORのFEL用アシジュレータからの放射を観測して確かめられた。この結果を踏まえてFEL相互作用を運動量収縮因子の符号をパラメータとしてシミュレーション計算を行ってみた。これによると負の運動量収縮因子の場合、FELパルスの最初の成長では正の場合にくらべはるかに大きな強度に成長することが分かった。またエネルギー広がりが増大したような大電子数の場合でもFELの成長は正の場合と殆ど変わらず、平衡状態に至った時のFEL出力は殆ど同じレベルになることが示唆された。蓄積リング自由電子レーザー(FEL)は僅かな外部の攪乱によってレーザー出力の時間構造が大きく変化し、また電子ビームとFELパルスの時間のずれが生じることが明確になった。特に振動などによる光共振器の状態変化はレーザー発振を極めて不安定にすることや、熱変形と思われる反射鏡の歪みによる非常に小さな光共振器長変化(数十nmと思われる)がFELのマクロ時間構造を大きく変えることがストリークカメラの測定によって観測された。このため安定したFEL発振を得るためには、電子バンチとFELパルスの同期性を常に一定に保つ必要がある。そこで電子バンチとFELの時間的なずれを高い精度で測定し、実効的な光共振器長制御にフィードバックする技術開発を行った。
多次元可変密度標本化手法の開発と高精細画像通信への応用に関する研究

可変密度の標本化を行うシステムにおいては,標本化によって生じる空間的なひずみと量子化によって生じる振幅的なひずみの間のトレード・オフをどのように調整するかが方式設計上の大きな問題となる.また,本方式のように適応的な標本化を伴う再帰的な符号化ループの中に量子化器が組み込まれている場合,量子化器の特性が標本化の特性に大きく影響を及ぼすため,標本化と量子化の特性をそれぞれ独立に最適化することができないという問題がある.本研究では,本グループが従来から検討してきている可変密度標本化手法を採用し,圧伸モデルに基づく汎用的なベクトル量子化手法を符号化ループの中で用いることでこの問題を解決した.本研究の成果を以下に要約して述べる.(1)標本化比率および量子化ビット数の様々な組合せについて実際に再生画像を作成し,これを用いて主観評価実験を行なうことにより,可変密度標本化された画像に対する主観評価上の再生画質と客観評価尺度としてのSN比との間によい一致が見られることを示した.(2)さらに,SN比と標本化比率,SN比と量子化ビット数,およびこれらの相互関係を詳細に検討した結果,比較的SN比の高い領域においては量子化によるひずみと標本化によるひずみの総和を最小化する符号化手法が有効であることを明らかにした.(3)標本化によるひずみと量子化によるひずみとを適応的に制御する符号化方式として,区分的双一次パッチのベクトル量子化基づく画像データ圧縮方式,および再帰的ベクトル量子化方式を開発した.これらの方式においては,標本化比率は画像信号の局所的な性質に追従させて適応的に制御される.(4)上記の方式のために,圧伸モデルに基づくベクトル量子化器の設計手法を開発した.(5)ベクトル量子化の高速符号化アルゴリズムを開発した.可変密度の標本化を行うシステムにおいては,標本化によって生じる空間的なひずみと量子化によって生じる振幅的なひずみの間のトレード・オフをどのように調整するかが方式設計上の大きな問題となる.また,本方式のように適応的な標本化を伴う再帰的な符号化ループの中に量子化器が組み込まれている場合,量子化器の特性が標本化の特性に大きく影響を及ぼすため,標本化と量子化の特性をそれぞれ独立に最適化することができないという問題がある.本研究では,本グループが従来から検討してきている可変密度標本化手法を採用し,圧伸モデルに基づく汎用的なベクトル量子化手法を符号化ループの中で用いることでこの問題を解決した.本研究の成果を以下に要約して述べる.(1)標本化比率および量子化ビット数の様々な組合せについて実際に再生画像を作成し,これを用いて主観評価実験を行なうことにより,可変密度標本化された画像に対する主観評価上の再生画質と客観評価尺度としてのSN比との間によい一致が見られることを示した.(2)さらに,SN比と標本化比率,SN比と量子化ビット数,およびこれらの相互関係を詳細に検討した結果,比較的SN比の高い領域においては量子化によるひずみと標本化によるひずみの総和を最小化する符号化手法が有効であることを明らかにした.(3)標本化によるひずみと量子化によるひずみとを適応的に制御する符号化方式として,区分的双一次パッチのベクトル量子化基づく画像データ圧縮方式,および再帰的ベクトル量子化方式を開発した.これらの方式においては,標本化比率は画像信号の局所的な性質に追従させて適応的に制御される.(4)上記の方式のために,圧伸モデルに基づくベクトル量子化器の設計手法を開発した.(5)ベクトル量子化の高速符号化アルゴリズムを開発した.ベクトル量子化あるいは直交変換符号化などのブロック符号化においては,等間隔に標本化された大きさの等しい矩形のブロックを取り扱う。しかし,一般に画像はテキスチャやエッジを含む非定常性の信号であるから,平担で変化の少ないところでは,標本化間隔を粗く取り,逆に変化の大きいところでは細かくすることによって,より効率のよいデ-タ圧縮が可能となる.本研究では,高精細および超高精細の画像信号を対象とした高能率な可変密度標本化手法を開発することを目的としている。高精細画像信号においては,解像度の低い従来の画像信号の場合と比べて,より高いビットレ-トかつ高品質な領域での符号化効率の良さが求められる.上記の目的を達成するためには,標本化によって生じる空間的なひずみと量子化によって生じる振幅的なひずみとのトレ-ドオフを定量的に評価することのできる画質評価尺度を明らかにすること,標本化によるひずみと量子化によるひずみとを画像信号の局所的な性質に追従させて適応的に制御するための手法を開発することが必要となる.本年度の成果を以下にまとめて述べる。(1)標本化比率および量子化ビット数の様々な組合せについて再生画像を作成し,これを用いて主観評価実験を行うことにより,可変密度標本化された画像に対する主観評価上の画質と客観(物理的)評価尺度としての平均ひずみとの対応付けを行った.この実験は,来年度も継続して行う計画であるが,その成果の一部は,平成4年5月の電子情報通信学会情報理論研究会において発表の予定である.(2)標本化によるひずみと量子化によるひずみとを適応的に制御する符号化方式の1つである「区分的双一次パッチのベクトル量子化に基づく画像デ-タ圧縮手法」を開発した.

これについては,平成3年12月の情報理論とその応用シンポジウムにおいて発表している.高精細画像信号においては,解像度の低い従来の画像信号の場合と比べて,より高いビットレートかつ高品質な領域での符号化効率の良さが求められる.このような条件のもとで、効率の良い可変密度標本化を実現するためには、標本化によって生じる空間的なひずみと量子化によって生じる振幅的なひずみとのトレードオフを定量的に評価することのできる画質評価尺度が必要となる。本年度の成果を以下にまとめて述べる.(1)平成4年度においては、平成3年度の検討結果を踏まえて、SN比と標本化比率、SN比と量子化ビット数、およびこれらの相互関係を詳細に検討した。その結果、静止画像の場合、比較的SN比の高い領域においては量子化によるひずみと標本化によるひずみの総和を最小化する符号化手法が有効であることが明らかとなった。(2)前記(1)の検討結果を取り入れて、符号化アルゴリズムを改良した。本手法においては、標本化比率は画像信号の局所的な性質に追従させて適応的に制御されるが、これと合わせて量子化ビット数の適応制御についても検討した。この場合、量子化ビット数を直接制御する方法と、固定の量子化ビット数を用いて量子化器出力を可変長符号化する方法を検討したが、後者の方が制御も容易であり、より優れた特性を示すことが明かとなった。また、圧伸モデルに基づく汎用的なベクトル量子化器の設計手法を開発した。これについては、電子情報通信学会論文誌(平成4年3月号)に掲載予定である。さらに、シミュレーション実験を効率よく遂行するための検討を行う過程で、ベクトル量子化の高速アルゴリズムを開発した。これにより、符号化および設計のための計算時間が10倍以上以上高速化された。(3)主観評価実験については、未だ十分な結果が得られていないため、継続した検討の予定である。可変密度の標本化を行うシステムにおいては,標本化によって生じる空間的なひずみと量子化によって生じる振幅的なひずみの間のトレード・オフをどのように調整するかが方式設計上の大きな問題となる.また,本方式のように,適応的な標本化を伴う再帰的な符号化ループの中に量子化器が組み込まれている場合,量子化器の特性が標本化の特性に大きく影響を及ぼすという方式設計上の問題がある.これらの問題を解決するため,本研究では圧伸モデルに基づくベクトル量子化器の設計手法を開発した.同手法においては,圧伸モデルに基づいて生成した試験情報源に対して,一般化Lloyd-Max手法を適用することによって,汎用的な圧伸ベクトル量子化器が設計される.また,このようにして設計されたベクトル量子化器を再帰的ベクトル量子化方式に適用しその有効性を示した.高精細画像信号においては,符号化処理の対象となるデータが膨大となるため,計算効率の良い符号化アルゴリズムが必要となる.さらに,ベクトル量子化部分の処理時間が全体の符号化処理時間に大きな影響を及ぼすため,高速の符号化アルゴリズムの開発が実用上重要である.このような観点から,拡張された部分ひずみ探索に基づくベクトル量子化の高速符号化アルゴリズムを開発した.これにより,符号化および設計のための計算時間が,全探索手法に比べて20倍以上高速化された.現在,さらに高速な符号化アルゴリズムの実現を目指して,前置量子化器を用いた2段階最近傍探索手法の開発を進めており,理論の整備を終え,シミュレーション実験の段階に入っている.
高圧実験と地球化学の複合アプローチから地球深部酸化還元状態進化を探る

高圧実験と地球化学を組み合わせた新しいアプローチを創出し、生命を宿す地球がどのような過程を経て現在の酸化還元状態へと落ち着いたのかを明らかにする。超"高精度"高温高圧実験手法を開発し、地球化学的分析に耐えうる極小温度勾配下平衡実験を前人未踏級の高温高圧領域で可能にする。その後、地球深部で起こっているダイヤモンド生成酸化還元反応や金属鉄析出反応を再現し、(a)多様なマントル深部酸化還元状態、(b)謎のダイヤモンド同位体分布、(c)地球初期集積時マントル酸化の原因を解明する。錯綜している地球物理学的・地球化学的知見の両者に、酸化還元状態という横串を通すことで統一的な地球内物質循環の解明を目指す。
溶液内における立体構造形成過程の分子統計力学理論

分子の自己集合現象を記述する理論の開発を行っている.1つ目は,構成要素の分子の分子内・分子間相互作用を記述する量子化学に基づく理論, 2つ目は,分子が多数集合化した構造・状態を記述する統計力学理論,そして3つ目は,系中に様々存在する分子集合体がどのように生成・消滅し,時間発展していくかを記述する動力学理論である.本年度は以下の3つの課題に取り組んだ.(1)金属-配位子系の自己集合を記述するための理論手法の開発:今年度は, 2つの点で研究を進展させた.1つ目は,モデルの洗練化であり,昨年度に報告したモデルでみられた参照値とのずれを改善し,最終的なモデルを確立した.この内容に関する論文を現在準備中である.2つ目は,確立したモデルをエネルギー地形探索法と組み合わせることで,反応過程の解析を可能にし,パラジウム原子6個を含む全881原子の自己集合分子を解析した.この内容に関する論文を現在準備中である.(2)分子の自己集合を記述するための統計力学理論:今年度は, 2つの研究を行った.1つ目は,対称性が破れた構造体の統計力学理論の開発である.昨年度までに開発した構造体の理論では,球対称の構造体しか求めることができなかった.より一般的な形を記述できるように理論を定式化し,予備的な計算を行った.2つ目は,エネルギー地形の統計的縮約法の開発である.自己集合クラスターは多くの構造異性体を有し,それはエネルギー地形における局所安定構造として特徴づけることができる.数多く存在する局所安定構造の統計的特徴を抽出するための解析手法を開発した.(3)マスター方程式に基づく八面体型金属カプセル錯体の自己集合過程の解析:昨年度までに確立した手法を異なる配位子を用いた系にも適用できることを示し、昨年度までの結果とともに論文としてまとめ、投稿した.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。自己組織化・自己集合は系中に存在する構成要素が自発的に秩序構造を形成する過程である.分子スケールにおける自己集合は,生体系および物質系に共通してみられ,どのように分子が組みあがるのか,という原理に非常に関心がもたれている.本研究では,この現象を記述する新たな方法論を確立し,それに基づいて分子の自己集合を調べることを目的としている.自己集合では,無数の構造に関する統計サンプリングや反応の時間スケールが長いことが問題となり,分子シミュレーション法の適用は非常に困難である.統計力学に立脚した方法論では上記問題の解決が期待できるが,自己集合を記述できる方法論は未開拓である.そこで,まず積分方程式理論(RISM法)をウイルスカプシドの粗視化モデル系に適用し,分子の自己集合を記述する際の問題点を明確化した.これを踏まえて,新たな理論の開発に取り組んだ.単純な原子の周囲の集合体を記述するための密度汎関数理論を拡張して分子の形状を扱える理論を構築した.理論は簡単な2原子分子モデル系に適用し検証している.さらに,自己集合過程の理解において系の時間発展の要素も重要であると考えられるため,マスター方程式に基づく自己集合過程の研究にも取り組んだ.自己集合反応の中間体や経路は大きな関心がもたれているが,それを調べる有効な方法は確立されていない.近年,実験で自己集合過程が調べられた八面体型金属カプセル錯体の系を対象とし,シンプルな数理モデルを導入した.マスター方程式に基づいてその時間発展を解析し,簡単な素過程を仮定するのみで系の時間発展を大まかに理解できることを示した.本研究では,分子の自己集合を記述する方法論を確立し,反応過程を調べることを目的としている.そのために,統計力学による系の記述,動力学による系の時間発展,量子化学による分子のモデル化の3つの視座が重要である.本年度は以下の三つの課題に取り組んだ.(1)分子の自己集合を記述するための統計力学理論:自己集合では,無数の構造に関する統計サンプリングや反応の時間スケールが長いことが問題となり,分子シミュレーション法の適用は非常に困難である.一方.統計力学理論で系を記述することで上記の問題を解決できる可能性があり,分子の自己集合を記述する理論を開拓する意義は大きい.前年度構築した比較的簡単な分子の集合体の構造分布関数を記述する理論的枠組みを発展させて,構造安定性を評価する基本的な物理量である自由エネルギーを定式化し,単原子分子の集合体までの計算を確認した.(2)マスター方程式に基づく八面体型金属カプセル錯体の自己集合過程の解析:自己集合反応の中間体や経路は大きな関心がもたれているが,実験では多様な中間体の平均量の時間発展しか得ることができない.本研究では,系の微視的状態を記述する数理モデルを導入し,その時間発展をマスター方程式に基づいて調査した.昨年度に引き続き,数理モデルの洗練化に取り組んだ結果,実験をより良く再現して,現実的な中間体の時間発展を推定できるようになった.(3)金属-配位子系の自己集合を記述するための理論手法の開発:金属-配位子系の自己集合における分子間相互作用を調べるために,量子化学的なモデルハミルトニアンの理論を(2)の系へ適用することに着手した.分子の自己集合過程を微視的に明らかにできる可能性を有するアプローチである.本年度取り組んだ三つの課題

(1)-(3)は,分子の自己集合を記述するために重要な3つの視座,統計力学による系の記述,動力学による系の時間発展,量子化学による分子のモデル化に関する研究であり,着実に進めている.(1)分子の自己集合を記述するための統計力学理論:比較的簡単な分子の集合体の構造分布関数および構造安定性を評価する枠組みを構築し,単原子分子の集合体の計算まで完了した.(2)マスター方程式に基づく八面体型金属カプセル錯体の自己集合過程の解析:実験的に得ることが困難な中間体の時間発展を推定できる理論的アプローチを確立した.(3)金属-配位子系の自己集合を記述するための理論手法の開発:金属-配位子系の自己集合における分子間相互作用を調べるためのアプローチの開発に着手した.分子の自己集合現象を記述する理論の開発を行っている.1つ目は,構成要素の分子の分子内・分子間相互作用を記述する量子化学に基づく理論, 2つ目は,分子が多数集合化した構造・状態を記述する統計力学理論,そして3つ目は,系中に様々存在する分子集合体がどのように生成・消滅し,時間発展していくかを記述する動力学理論である.本年度は以下の3つの課題に取り組んだ.(1)金属-配位子系の自己集合を記述するための理論手法の開発:今年度は, 2つの点で研究を進展させた.1つ目は,モデルの洗練化であり,昨年度に報告したモデルでみられた参照値とのずれを改善し,最終的なモデルを確立した.この内容に関する論文を現在準備中である.2つ目は,確立したモデルをエネルギー地形探索法と組み合わせることで,反応過程の解析を可能にし,パラジウム原子6個を含む全881原子の自己集合分子を解析した.この内容に関する論文を現在準備中である.(2)分子の自己集合を記述するための統計力学理論:今年度は, 2つの研究を行った.1つ目は,対称性が破れた構造体の統計力学理論の開発である.昨年度までに開発した構造体の理論では,球対称の構造体しか求めることができなかった.より一般的な形を記述できるように理論を定式化し,予備的な計算を行った.2つ目は,エネルギー地形の統計的縮約法の開発である.自己集合クラスターは多くの構造異性体を有し,それはエネルギー地形における局所安定構造として特徴づけることができる.数多く存在する局所安定構造の統計的特徴を抽出するための解析手法を開発した.(3)マスター方程式に基づく八面体型金属カプセル錯体の自己集合過程の解析:昨年度までに確立した手法を異なる配位子を用いた系にも適用できることを示し、昨年度までの結果とともに論文としてまとめ、投稿した.従来の方法論の問題点を明確化した上で,分子の自己組織化・自己集合を記述するための新規理論の開発に取り組んだ.解決すべき問題はあるが,着実に研究を進めており,分子の集合体を記述できる新規統計力学理論の開発に至っている.さらに,自己集合過程の時間発展を記述する数理モデルを提案した.これは,従来検討が困難であった自己集合の時間発展に対する有効なアプローチとなる可能性がある.以上のことから,研究目的である新規方法論の開発はおおむね順調に進展しているものと評価できる.本年度取り組んだ三つの課題を以下のように進める.(1)分子の自己集合を記述するための統計力学理論:多原子分子系へと展開する予定である.(2)マスター方程式に基づく八面体型金属カプセル錯体の自己集合過程の解析:研究を論文としてまとめる.
藻類由来バイオマス燃料の航空用ジェット燃料としての利用

藻類由来のバイオマス燃料のジェット燃料としての利用に関するデータを得るために、高温壁面上での燃料滴の蒸発試験と試験燃焼炉による噴霧燃焼実験を行った。蒸発試験の結果、藻類由来のバイオマス燃料に最も多く含まれるリノール酸を添加したジェット燃料は蒸発速度が低下し、デポジット量も増加した。リノール酸メチルエステルを添加した燃料ではリノール酸添加燃料に比べデポジット量は大幅に減少した。噴霧燃焼実験の結果、植物油を添加した灯油を燃焼させた場合、添加しない灯油の燃焼と燃焼排ガス組成は変わらないが、PM排出量は減少した。藻類由来のバイオマス燃料のジェット燃料としての利用に関する基礎的データを得るために,燃料の蒸発試験を行った.蒸発試験では,燃料の単一液滴を高温壁面上に繰り返し滴下し,蒸発速度や蒸発残さ(デポジット)の生成挙動について検討した.バイオマス燃料には各種の脂肪酸が含まれ,脂肪酸の種類や組成が蒸発特性や蒸発残さの生成に大きく影響するため,本実験では藻類由来のバイオマス燃料に最も多く含まれる脂肪酸であるリノール酸をジェット燃料に10%添加した燃料を用いた.また,バイオマス燃料は燃料としての特性を改善するためにエステル化して用いられることが多いことから,リノール酸メチルエステルを10%添加した燃料についても同様に実験を行った.その結果,蒸発速度については,最大蒸発率を示す温度がジェット燃料は228°Cであったのに対し,リノール酸を添加した燃料は266°C,リノール酸メチルエステルを添加した燃料は261°Cとどちらの場合も上昇した.これは同じ温度で比較した場合,蒸発速度が遅くなることを示している.蒸発時に生成したデポジット量については,ジェット燃料ではほとんど生成しないのに対し,リノール酸を添加した燃料ではジェット燃料の約2000倍のデポジットが生成した.このことから,藻類由来のバイオマス燃料を燃焼させる際には,デポジットが大量に生成する可能性があることがわかった.一方リノール酸メチルエステルを添加した燃料ではデポジット量が約90%減少したことから,バイオマス燃料のメチルエステル化は燃焼時のデポジット生成抑制にも有効であると考えられる.藻類由来のバイオマス燃料には多様な脂肪酸が含まれており、ジェット燃料としての利用に関する基礎的データを得るために、これまでに藻類由来のバイオマス燃料に最も多く含まれている脂肪酸であるリノール酸を添加したジェット燃料について、燃料液滴を高温壁面上に繰り返し衝突させる手法を用いて、その蒸発速度や蒸発残渣(デポジット)の生成挙動について検討してきた。今年度は、脂肪酸の種類に着目し、含まれている脂肪酸のうち、その分子中の炭素-炭素二重結合の数(不飽和度)の異なる脂肪酸および脂肪酸のメチルエステルをジェット燃料に添加し、その蒸発速度および残渣の生成挙動について検討した。脂肪酸としてリノール酸(不飽和度2)、オレイン酸(不飽和度1)およびカプリン酸(不飽和度0)、脂肪酸メチルエステルとしてリノール酸およびオレイン酸のメチルエステルを選択し、それらをジェット燃料に10wt%混合した燃料を使用した。その結果、蒸発速度については、最大蒸発率を示す温度が、ジェット燃料は228°Cであるのに対し、リノール酸添加燃料は266°C、オレイン酸添加燃料は271°Cであり、脂肪酸添加により蒸発速度が遅くなることがわかった。一方カプリン酸添加燃料はジェット燃料と同じであった。またリノール酸およびオレイン酸のメチルエステル添加燃料はどちらも261°Cであり、エステル化により蒸発しやすくなることがわかった。蒸発時に生成したデポジット量については、リノール酸添加燃料が最も多く、オレイン酸添加燃料、カプリン酸添加燃料、ジェット燃料の順に少なくなった。このことより、不飽和度の高い脂肪酸ほどデポジット生成量を増加させる効果が大きいことがわかった。また、リノール酸およびオレイン酸のメチルエステル添加燃料では、それぞれの脂肪酸を添加した燃料よりデポジット生成量が大幅に減少したことから、バイオマス燃料のメチルエステル化は残渣の生成抑制に有効であることがわかった。藻類由来のバイオマス燃料のジェット燃料としての利用に関して、今年度は燃料としての燃焼特性を調査するために、藻類由来のバイオマス燃料の代替として脂肪酸組成がある程度明らかな植物油を10wt%添加した灯油を燃料として、試験燃焼炉おける噴霧燃焼実験を行った。試験燃焼炉は幅570mm×高さ770m×長さ2420mmの矩形炉である。実験では、燃料流量を0.84g/sとして、空気比が約2となるように燃焼用空気流量を設定した。燃焼ガスのサンプリングは煙道の最も上流のサンプリング位置(燃焼炉出口付近)で行い、燃焼ガス組成、排ガス中のPM質量および組成(Dry-soot, SOF, Sulfate)、ならびにPM粒径分布の分析を行った。さらに同一の燃焼条件で植物油を添加しない灯油でも実験を行い、結果の比較を行った。

その結果、燃焼排ガス温度はほぼ同じであり、COおよびNO濃度もほとんど差はなかったが、排ガス中のPM質量は植物油を添加した燃料の場合、灯油の場合の70%程度となり、PM排出量が減少することが明らかとなった。PMの組成については、灯油の場合にはSOF(未燃炭化水素)の割合がPM質量の約7%であるのに対し、植物油を添加した灯油の場合には約12%となり、割合は明らかに増加した。また、PMの粒径分布については、粒子数が最大となる粒径は100nm付近でどちらの燃料でもほぼ同じであるが、その粒子数は植物油を添加した灯油の場合の方が少なく、さらに10nm付近の粒子数は逆に植物油を添加した灯油の場合の方が多くなることがわかった。また、実験後に確認したところバーナやノズルへのデポジット付着はほとんど見られなかった。以上の結果から、藻類由来のバイオマス燃料を添加した燃料は、噴霧燃焼特性はほとんど変化しないが、排出されるPM量は少なくなり、また燃焼装置への不具合も生じないと推察される。バイオマス燃料を添加した灯油の低負荷燃焼実験を行うための試験燃焼炉に設置されている噴霧燃焼バーナが他の実験中に一部が腐食し燃焼状態が不良となったため、低負荷燃焼実験を行うことができなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。腐食した噴霧燃焼バーナを新しいものに交換した。さらに新しいバーナを用いてA重油の燃焼実験を行い、適切な燃料流量について検討した。従って、今年度は低負荷燃焼実験を行うことが可能である。さらに今年度はガスタービン燃焼実験装置を用いた高負荷燃焼実験も行う予定である。