hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複合的な地域防災を実現する長期運用可能なセンサネットワークの研究

高潮被害、豪雨土砂災害被害の危険性などが不規則気象の発性を原因として深刻化とている。本研究では、地域防災を可能にする統合センサによる地域モニタリングシステムを研究した。広域をモニタリングシステムを工事現場で長期的に実証実験を行った。降雨実験施設において10軸慣性センサを搭載した状態検知システムを制作し、3Dモデルによる崩落のアニメーション再現に成功した。またXBandMPレーダにより250mメッシュごとの降水量リアルタイムデータ用のWEB-APIを開発した。さらに災害時の情報共有アプリやアドホックネットワークにおけるメッセージフェリーによるデータ伝送システムを可能とするシステムを構築した。高潮被害,豪雨土砂災害被害の危険性などの問題は被災地に限らず日本各所に見られる.一方で広域なエリアをカバーし,斜面や海面の異常を素早く検知するインフラを広域に構築するのはコスト面と技術面で困難が伴う.効率的な安心安全社会を実現するため防災地域で住民自らモバイル等で計測する技術を確立し、設置や運用を可能とする低コストのセンシングシステムを提供する.河川や沿岸,山林にいたるため水害の被害は複合して発生する.生活する人々にとっては生活圏全域における低コスト防災センサの設置が急務である.災害時には,事故やインフラ崩壊が同時多発的に発生し,電源通信が不安定化,2次災害により,救助や補修工事の足止めになる.崩落の危険が地盤を特定しモニタリングすることは安全な復旧においても重要である.本研究では,地域防災を可能にする統合センサによる地域モニタリングシステムを構築する.水面や気体情報等各種センサデータの情報のリアルタムの計測システムを構築する.またその際に長期的メンテナスフリーを実現し不足する人手やコストをカバーし持続可能な被災地を長期的に支援する.H25年度は,大規模な通信インフラ崩壊時にも災害情報を検知・把握可能にするため,道路・沿岸部や山間部の地盤状況の変化を低コストで高精度に分析する手法を確立した.さらに素早く危険情報を共有する機能を有したモバイル統合センシングシステムのプロトタイプを開発し今後の発展に目処を付けた.山間部や沿岸部をカバーした上流の災害の情報を正確,迅速に伝え得るセンシングネットワークを構築することにより人命を救うことを目標とする.本年度はさらに温湿度、CO2、気体センシングや加速度、ジャイロ、コンパスなどの9軸センサ、気圧のリアルタイムモニタリングを可能にする拡張可能なセンシング基盤を構築した。引き続きH26年度の水位センサの実用化に向けて研究を行う。高潮被害,豪雨土砂災害被害の危険性などの問題は被災地に限らず日本各所に見られる.一方で広域なエリアをカバーし,斜面や海面の異常を素早く検知するインフラを広域に構築するのはコスト面と技術面で困難が伴う.効率的な安心安全社会を実現するため防災地域で住民自らモバイル等で計測する技術を確立し,設置や運用を可能とする低コストのセンシングシステムを提供する.河川や沿岸,山林にいたるため水害の被害は複合して発生する.生活する人々にとっては生活圏全域における低コスト防災センサの設置が急務である.災害時には,事故やインフラ崩壊が同時多発的に発生し,電源通信が不安定化,2次災害により,救助や補修工事の足止めになる.崩落の危険が地盤を特定しモニタリングすることは安全な復旧においても重要である.本研究では,地域防災を可能にする統合センサによる地域モニタリングシステムを構築する.水面や気体情報等各種センサデータの情報のリアルタイムの計測システムを構築する.またその際に長期的メンテナスフリーを実現し不足する人手やコストをカバーし持続可能な被災地を長期的に支援する.H26年度は,大規模な通信インフラ崩壊時にも災害情報を検知・把握可能にするため,道路・沿岸部や山間部の地盤状況の変化を低コストで高精度に分析する手法を確立した.さらに素早く危険情報を共有する機能を有したモバイル統合センシングシステムのプロトタイプを開発し今後の発展に目処を付けた.山間部や沿岸部をカバーした上流の災害の情報を正確,迅速に伝え得るセンシングネットワークの構築を可能とした.また有線無線ハイブリッド型PoEセンサネットワークを構築し,温湿度,CO2,気体センシングや加速度,ジャイロ,コンパスなどのセンサ,気圧のリアルタイムモニタリングを可能にする発電センシング基盤を開発した.また水位センシングの新たな手法を構築した.高潮被害,豪雨土砂災害被害の危険性などが不規則気象や地震の発生を原因として深刻化している.河川や沿岸,山林にいたるため地震や水害の被害は複合して発生する.集中豪雨などの度重なる気象現象の異常化により,役場や介護施設等を丸ごとのみ込む土石流などの痛ましい災害が頻発している.本研究では,地域防災を可能にする統合センサによる地域モニタリングシステムを構築することを目的としている.本研究ではさらに斜面モニタリングシステムを無線センサネットワークにて構築し,その際に長期的メンテナスフリーを可能にすることで不足する人手をカバーし復興環境下において持続可能な被災地を長期的に支援する枠組みの提供を目指している.平成27年度は、2.4GHz帯域の無線モジュールであるTwe -Liteと小型マイコンArduino,各種センサを組み合わせたワイヤレスセンサネットワークを構築可能な汎用センサノードの開発を行った.また,そのセンサノードを用いて10軸慣性センサを搭載した状態検知システムを制作した.防災科学技術研究所と連携して斜面崩壊の検知実験と,実験時の3Dモデルによるアニメーション再現に成功した.また国土交通省が都市圏を中心に日本各地で広域に整備したXBandMPレーダにより250 mメッシュごとの降水量リアルタイムデータが観測され,河川情報センタを通じて配信されている.しかし配信されるフォーマットは独自のバイナリデータであるため,情報工学を専門としない研究者や企業には技術的ハードルが極めて高く活用も広く行われていない.

我々は,多様な分野の研究者だけでなく企業,一般利用者による平易なリアルタイム降水量データ活用を可能とするためにシステムライブラリ及びそれを用いたWebAPI及びツールを実装し,日本各地の高精細なリアルタイム降水量データを地図上にマッピングすることに成功した.不規則気象や自然災害による土砂災害は昨今多くの人命を奪っている。個人レベルでの導入が可能であること,設置場所を選ばないよう小型な装置で実現できることを考え,2.4GHz帯域の無線モジュールであるTwe -Liteと小型マイコンArduino,各種センサを組み合わせたワイヤレスセンサネットワークを構築可能な汎用センサノードの開発を行った.また,そのセンサノードを用いて10軸慣性センサを搭載した状態検知システムを制作した.防災科学技術研究所と連携して斜面崩壊の検知実験と,実験時の3Dモデルによるアニメーション再現に成功した.また国土交通省が都市圏を中心に日本各地で広域に整備したXBandMPレーダにより250 mメッシュごとの降水量リアルタイムデータが観測され,河川情報センタを通じて配信されている.しかし配信されるフォーマットは独自のバイナリデータであるため,情報工学を専門としない研究者や企業には技術的ハードルが極めて高く活用も広く行われていない.我々は,多様な分野の研究者だけでなく企業,一般利用者による平易なリアルタイム降水量データ活用を可能とするためにシステムライブラリ及びそれを用いたWebAPI及びツールを実装し,日本各地の高精細なリアルタイム降水量データを地図上にマッピングすることに成功した.平成27年度内に論文として14件(内国際学会1)の研究発表を行った。さらに特殊なセンサデバイスを内包する形状のセンサ杭の構造及び機能に関する特許を1件出願した。高潮被害、豪雨土砂災害被害の危険性などが不規則気象や地震の発性を原因として深刻化とている。河川や沿岸、山林にいたるため地震や水害の被害は複合して発生する。集中豪雨などの度重なる気象現象の異常化により、介護施設等を丸ごとのみ込む土石流などの痛ましい災害が発生している。本研究では、地域防災を可能にする統合センサによる地域モニタリングシステムを構築することを目的としている。本研究ではさらに斜面モニタリングシステムを無線センサネットワークにて構築し、その際に長期的メメンテナンスフリーを可能にすることで不足する人手をカバーし復興環境下において接続可能な被災地を長期的に支援する枠組みの提供を目指した。成果として2.4GHz帯域の無線モジュールである、各種センサを組み合わせたワイヤレスセンサネットワークおよび汎用センサノードの開発をおこない、簡易に広域を継続的にモニタリングシステムができることの千葉ニュータウン工事現場で完成させ実証を行った。
スペクトラム拡散通信によるプロセッサ間通信

並列コンピュータの性能を決定する要因のひとつにプロセッサ間の通信がある.本研究では,スペクトラム拡散通信によるプロセッサ間通信システムの可能性について検討を行う.昨年度までに,周波数多重化方式(FDMA)によるプロセッサ間通信の検討・実験を行ったが,FDMAだけによる方法で,チャネル数を増やした場合,変調・復調に用いるアナログ乗算器の数が増えてしまい,集積化が困難になってしまうという問題がある.また,スペクトラム拡散通信のみでは,十分なチャネル数を得ることができないことが知られている.そこで,本年度はスペクトラム拡散通信の1方式である符号分割多重化方式(CDMA)とFDMAを組合わせたハイブリッドシステムによる,プロセッサ間通信ネットワークを提案し,誤り率特性・回路規模についての検討を行った.また比較のために時分割多重化方式(TDMA)とFDMAを組合せたハイブリッドシステムについても同様の検討を行った.ディジタル回路により実現できるTDMA,CDMAを組合わせたハイブリッドシステムとすることにより,アナログ回路の回路規模を押さえながらチャネル数を増やすことができる.シミュレーションの結果,TDMAとFDMAを組合せたハイブリッドシステムのほうが,優れた誤り率特性を持つことが明らかになった.また,回路規模の検討については,アナログ回路,ディジタル回路,動作速度の点から比較検討を行ったが,実装回路の点からもTDMAとFDMAを組合せたシステムの方が有利となると考えられる.また,FDMAとTDMAを併用しても動作周波数,帯域幅の点から得られる多重化チャネルがどうしても制限されてしまう.さらにチャネル数を増やす場合には,物理的な伝送路を増やし,クロスバスイッチを組合せることにより実現できる.この場合,通信チャネルは,FDMAによる周波数,TDMAによるタイムスロット,使用する伝送路により決定される.並列コンピュータの性能を決定する要因のひとつにプロセッサ間の通信がある。本研究では、スペクトラム拡散通信による多重化により通信路をルーティングなしに提供するプロセッサ間通信システムを提案する。本年度は,提案するスペクトラム拡散通信を用いた並列コンピュータ用通信ネットワークでの使用を念頭において,変・復調装置の開発を行い,実験システムを構築した。実験システムは、ディジタル回路と変調・復調等のアナログ信号の処理を行うアナログ回路とのハイブリッド構成となっている。ディジタル部の実装には、再プログラム可能な倫理デバイスであるフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ(FPGA)を用いた。FPGA内に周波数シンセサイザ,乱数発生回路等を実装することで,さまざまな方式の通信方式を実験できる汎用性の高い実験装置となった。現在,8個の通信ノードを設定して誤り率等の測定が可能である。この実験システムを用いて,多重化実験を行った。現在までに,FDMA(周波数多重化方式)の通信実験を行い,十分な多重化が行なえることを確認している。また,実験を通して得られた問題点や,学会等において他の研究者からコメントとして,次のような点が挙げられた。1.共通クロックによる同期を行ったが,同期はずれの問題。2.通信速度が遅い。3.より小型にするためには,集積化に適した回路構成が必要。4.アナログ・ディジタル混在回路のため,ノイズ対策が重要。次年度は,上記のよう問題について解決方法を探りながら,CDMA,周波数ホッピング方式のスペクトラム拡散方式の通信実験を行う予定である。並列コンピュータの性能を決定する要因のひとつにプロセッサ間の通信がある.本研究では,スペクトラム拡散通信によるプロセッサ間通信システムの可能性について検討を行う.昨年度までに,周波数多重化方式(FDMA)によるプロセッサ間通信の検討・実験を行ったが,FDMAだけによる方法で,チャネル数を増やした場合,変調・復調に用いるアナログ乗算器の数が増えてしまい,集積化が困難になってしまうという問題がある.また,スペクトラム拡散通信のみでは,十分なチャネル数を得ることができないことが知られている.そこで,本年度はスペクトラム拡散通信の1方式である符号分割多重化方式(CDMA)とFDMAを組合わせたハイブリッドシステムによる,プロセッサ間通信ネットワークを提案し,誤り率特性・回路規模についての検討を行った.また比較のために時分割多重化方式(TDMA)とFDMAを組合せたハイブリッドシステムについても同様の検討を行った.ディジタル回路により実現できるTDMA,CDMAを組合わせたハイブリッドシステムとすることにより,アナログ回路の回路規模を押さえながらチャネル数を増やすことができる.シミュレーションの結果,TDMAとFDMAを組合せたハイブリッドシステムのほうが,優れた誤り率特性を持つことが明らかになった.また,回路規模の検討については,アナログ回路,ディジタル回路,動作速度の点から比較検討を行ったが,実装回路の点からもTDMAとFDMAを組合せたシステムの方が有利となると考えられる.また,FDMAとTDMAを併用しても動作周波数,帯域幅の点から得られる多重化チャネルがどうしても制限されてしまう.さらにチャネル数を増やす場合には,物理的な伝送路を増やし,クロスバスイッチを組合せることにより実現できる.この場合,通信チャネルは,FDMAによる周波数,TDMAによるタイムスロット,使用する伝送路により決定される.
ブドウにおけるアイソザイム多型と系統発生並びに品種分化に関する研究

ブドウ属植物は世界中に分布し、古くから作物化されており、多数の品種を有する。これらの品種には由来の明らかなものは少なく、遺伝的解析は殆ど行なわれていない。育種素材として利用するにあたり、類縁関係を明らかにする必要がある。ブドウ品種の親子鑑定にはGPIとPGMの二つの酵素を用い、35品種で検討した結果5品種について親子関係が合致しなかった。ヒロハンブルグのGpi-2とピオーネのPgm-2の遺伝子型からこれまで花粉親とされてきた甲州三尺及びカノンホールとは異なる結果が推定された。またニューナイヤガラのGpi-2と紅やまびこのPgm-2の遺伝子型からそれぞれの種子親に疑問が生じた。一方、わが国で認められているカノンホールマスカットはマスカットの芽条変異によるもので、四倍体ではないことが明らかとなった。次いで、ブドウにおけるGPI及びPGMアイソザイムの遺伝と変異性、そしてこれら2酵素の三倍体品種育成への利用を試みた。供試材料全てに各酵素における品種内のバンディングパターンの変異は無く、99個体の二倍体品種及び8野性種20個体からGpi-2で13の対立遺伝子が、Pgm-2に11確認された。これらの結果からブドウ属植物では種間の遺伝変異が大きいことを示している。二倍体品種6、四倍体品種4を交配実験に用い、遺伝子解析の結果Gpi-2及びPgm-2の遺伝子型が明らかになり、四倍体の15組合せから得られた98実生個体の内、3染色性のバンディングパターンの92個体は三倍体雑種であり、2染色体の6個体は二倍体個体であることを推定した。これらの結果から、高い変異性を示すこれら二つの酵素は、ブドウ育種及び系統発生の研究に有用な手段になり得ることが示唆された。ブドウ属の約200の種・品種・系統を供試した。これら全部又は一部の若葉・成熟葉・茎頂部・根・緑枝・熟枝・花粉・胚乳の酵素のザイモグラムを作成し、(1)品種内ではザイモグラムに変異がないこと、(2)品種間では変異が大きいことを確認した。特異的なバンディングパタ-ンを示す品種間では様々な交配を行なって得られた雑種実生のザイムグラム上の表現型を解析した結果、PGMとGPIについては、それぞれ11個と13個の対立遺伝子を発見した。これらの種間変異を調査した結果、種特異性が非常に高く、またそれらの種の原生する大陸間で著しい対立遺伝子変異を生じていることを確認した。これらのことから予測どおりブドウの進化の起源はかなり古く今日のブドウ品種群がかなり複雑な遺伝的背景を有することが明らかとなってきた。GPI、PGMについては、ほぼ主要品種の遺伝子型を決定するこたができた。またこれらの対立遺伝子をマ-カ-として三倍体や四倍体ブドウの雑種性や倍数性の確認が高い割合で行なえるようになった。しかし、他の酵素ではザイモグラムがやや不明瞭であったり、表現が複雑であり、遠心機を用いた細胞内器官の分離による局在性調査や泳動法の改良を加え、検討中である。また、栽培品種のみならず、野性種の詳細な調査がブドウ品種分化の解析に重要であることが示唆され、日本原生ブドウの収集・分析を行なっているが、中国及びアメリカ原産の野性種の調査数が少ないのが問題点となっている。前年に引き続き交配実験を行い、得られた実生についてスラブゲル電気泳動によるザイモグラムを作成し、アイソザイム多型の解析を行い、ブドウ属植物の品種分化について解析を進めた。

これまでのGPI、PGMに加えてSOD、IDH、FDH、AAT、GDHの5酵素について分析を進め、IDHでは1遺伝子座、7対立遺伝子を確認し、遺伝様式はメンデリズムに適合しないことが確認された。メンデル遺伝に適合しない理由は、致死遺伝子との連鎖が考えられ、このことはIDHが品種群の成立、分類を明らかにするには重要なマーカーになる得ることを示唆している。また、SOD、FDH、AAT、GDHの4つの酵素については、それぞれに3遺伝子座、1遺伝子座、2遺伝子座、1遺伝子座が確認でき、そのうちバンドが明確に表示されなかったAAT-1を除く6つの遺伝子座でメンデル遺伝の適合性が確認された。次いで育種素材となりうる遺伝資源の情報管理にデーターベースを利用し、育種研究の高率化を図るためのシステムの構築を行った。遺伝資源情報としては、文字情報と画像情報が主要である。ブドウでは文字情報として、来歴、生態、形態、耐病性及び生化学的特性(含有成分、色素・アイソザイム)が、一方、画像情報としては、新梢、成葉及び果実が農業及び農学分野で重要である。そこで、上記の情報処理に適したシステムの構築を行った。システムを制御するコンピュータにマッキントッシュIIsi(アップル社)、文字情報処理にはカード型データベースソフト(ファイルメーカーII、クラリス社)、画像情報処理にはデジタル画像処理装置(DP-100、フジックス社)と連動した画像データベース(グラン・ミュゼ、コーシンググラフィックシステムズ社)を用いた。文字情報ではデータの多重検索が、一方、画像情報ではデジタル画像化によってデータの保存・加工が容易になった。これらの情報は、光磁気ディスク装置(AF55、フジックス社)を用いることによって通常のフロッピディスクに比べて処理速度並びに記憶容量が大幅に向上した。IDH(Isocitrate Dehydrogenase)、FDH(Formate Dehydrogenase)およびSOD(Superoxide Dimutase)の3酵素について検討を行なった。その中で、交雑実生による分析を行なったところ、IDHとFDHは1活性領域、SODについては3活性領域(SOD-1,SOD-2,SOD-3)に分割され、それぞれが2量体支配であることが明らかになった。さらに当場にて保存中の栽培種223、及び野性種9を用いてアイソザイム変異の多様性について検討したところ、IDHでは8FDHでは6、SOD-1では2、SOD-2では4、SOD-3には3つのバンドが確認された。以上のことから従来のGPI-2およびPGM-2の酵素に加えて新規に開発した上記3酵素の多型性も品種鑑別遺伝的多様性の研究などに有用なマーカーになり得ると考える。これらの結果からブドウ品種の遺伝子型を決定した。芽条変異から選抜した品種は全て同じ遺伝子型を有した。調査した218品種中、他の品種には見当らない独自の遺伝子型を持つ品種はGpi-2で13、Pgm-2で9、Idh-1で3、Sod-1で0、Sod-2で1、Sod-3で0、Fdh-1であった。また、これら7遺伝子座を通じてみた場合、他の品種と識別可能な独自の遺伝子型を有する品種は145であった。今後、現在追求中の酵素を支配する推定遺伝子座や対立遺伝子について明らかにすることができれば、アイソザイムの遺伝子型による品種の同定はさらに可能性が高くなるものと考える。
不活性X染色体による女性判定法

我々はX染色体上にあるDXZ24領域のDNAメチル化に性差があることに注目し、PCR法を用いて積極的に女性と判定する方法を報告した。しかし,この方法では3kbの繰り返し単位を判定部位としており、少なくともこの部分の配列が無傷で存在していなければならない。そのため、高度に分解を受けたDNA試料では判定が困難であった。そこで、もっと短い300bp以下のDNAをPCRターゲットとした女性判定法を検討し、女性判定法の確立を目的とした。本研究では、X染色体上のPGK (Phosphglycerate kinase)遺伝子内の226bpのDNA配列をターゲットとする女性判定法について検討した。この方法ではゲノムDNAをメチル化感受性酵素Hap IIで消化したあとPCRを行うと、女性だけが有する不活化X染色体ではその部位がメチル化されているため切断がおこらず女性のみにPCR産物が検出される。実際に、(1)健常男性および女性の血液から抽出した新鮮なDNAについて約150ngのDNAから確実に性別判定を行うことができた。また、(2)一本の新鮮な毛根を含む毛髪から性別判定が可能であった。(3)さらに約3年経過した毛髪の鑑定にこの方法を応用したところ、毛根を含むDNAの保存された試料では性別が判定された。一方、本方法では、Hap II消化の不完全な場合が問題となる。そこで、同じ部位についてメチル化と関係なく反応するMsp I消化を別のPCRチューブ内で同時に行い、Hap II消化とPCR産物量を比較し、判定している。本研究ではHap II消化がうまくいっているかどうか、一本のPCRチューブ内で確認できるよう、コントロールとなるHap II siteを検索した。これまでのところ、vWF遺伝子のプロモーター領域1カ所とABO遺伝子のCpGアイランド内2ヶ所についてプライマーをデザインし検討したが良いHap IIコントロールとなり得ないことが判った。今後さらに検討を要する。
マルチスケールにおける細粒土砂動態の非平衡性がもたらす土砂堆積現象の解明

一部の河川において,河道掘削後に急激に細粒土砂が堆積することで河幅が減少する事例が見られる.代表者らは,この現象が近年問題化している河川の樹林化の初期の機構の解明に繋がるものと推測しているが,そこでの重要な要素として,空間的な土砂供給の非平衡性が挙げられる.本研究では,流域規模の大きなスケールから,植生域の小さなスケールまでの空間スケールにわたって,観測,実験などにより,土砂の流入と流出に関するこの非平衡性について定量化と理解を試みる.これにより,対象地域での細粒土砂動態が河川景観の変遷に与える影響を解明し,今後の河川管理における細粒土砂管理について新たな知見をもたらすことを目指す.一部の河川において,河道掘削後に急激に細粒土砂が堆積することで河幅が減少する事例が見られる.代表者らは,この現象が近年問題化している河川の樹林化の初期の機構の解明に繋がるものと推測しているが,そこでの重要な要素として,空間的な土砂供給の非平衡性が挙げられる.本研究では,流域規模の大きなスケールから,植生域の小さなスケールまでの空間スケールにわたって,観測,実験などにより,土砂の流入と流出に関するこの非平衡性について定量化と理解を試みる.これにより,対象地域での細粒土砂動態が河川景観の変遷に与える影響を解明し,今後の河川管理における細粒土砂管理について新たな知見をもたらすことを目指す.
慢性脊髄圧迫障害モデルの作成と脊髄病態の解明

当研究の目的は、慢性に圧迫された脊髄の初期の機能的変化を知る目的で家兎の黄色靭帯骨化モデルを作り、脊髄の圧迫による脊髄誘発電位(ESCP)の変化について調べることであった。方法:花村らの方法で抽出した家兎骨形成因子(BMP)と粉砕した腸骨を用いて家兎の黄色靭帯上に移植し、村上・岸の方法に準じて黄色靭帯骨化による脊髄慢性圧迫動物を作成した。圧迫の程度を知るため、作成後4カ月で家兎の脊髄造影を行った。圧迫所見が得られた時点で頭部、脊髄硬膜外腔、坐骨神経に電極を置いてESCPを調べた。検査後、麻酔下に家兎を屠殺し、脊髄を組織学的に検索した。実験に用いた兎は67羽であった。この内実験中死亡したり、脊髄への急性圧迫損傷を生じたり、圧迫所見のない兎を除く慢性脊髄圧迫兎の16羽と正常コントロ-ルの6羽で所見を得、比較検討した。結果:黄色靭帯部の骨化が出現し、術後平均40.6週で脊髄圧迫率は平均15.3%であった。坐骨神経刺激でT8記録の上行性ESCPでは第1波の潜時は、正常家兎と有意差を認めなかった。しかし、頭部運動野刺激のL6記録、すなわち下行性ESCPでは、圧迫率10%以上の脊髄では危険率P<0.005で有為に第1波の遅延を認めた。またL6刺激のT8記録による上行性ESCPでも、圧迫率10%以上の脊髄ではP<0.0025で潜時の遅延を認めた。組織変化は圧迫率20%以上のモデル4羽の内3羽に認め、主に後索の大径線維の減少であった。まとめ1.慢性脊髄圧迫では、急性圧迫より軽度の圧迫で脊髄誘発電位に変化を生じた。2.背側からの慢性圧迫脊髄は後索から後側索の浅層に障害が生じていた。3.麻痺、組織変化を来す前に脊髄誘発電位に変化を認めた。慢性脊髄圧迫障害の動物実験モデルを作製することを目的に以下の実験を行った。家兎の第4-5、5-6、6-7腰椎部椎弓の一部を堀削し、各々にBMP(骨形成因子)を移植した。その部の骨形成や脊柱管や脊髄の変化について経時的に著殺し観察した。またケ-ジ外で運動負荷を加え、遅発性運動異常に対して検討した。その結果、脊柱管背側には812週にかけて堀削した椎弓縁と一体となった新生骨を一部に認めた。脊柱管は後弯を呈し、新生骨により前後方向に扁平化した。すなわち慢性脊髄圧迫障害動物モデルの作成がある程度可能となった。運動異常は運動負荷群に多かった。脊髄の変化は蛋白質、白質共に運動負荷群に多く発生した。脊髄のHE染色では蛋白質は、圧迫があるにもかかわらずほぼ正常と思われるものから、神経細胞の萎縮、角状変形、細胞質の濃染、細胞周囲の空隙を認めるもの等の所見を示した。白質は髄鞘染色で正常と比べ、海綿状化を後索に認めるものがあった。電顕標本による白質の神経繊維の計量的検討では、脊髄が高度に扁平化したものでは前索や後索に変化がみられた。その変化は量的に多数存在する神経繊維の数の減少であった。

現在購入できた脊髄誘発電位記録装置を用い、慢性脊髄圧迫モデルの作成時の脊髄モニタリングや慢性圧迫後の脊髄電位を、頭部、脊髄、坐骨神経などから導出し、正常例と比較している。また数ヵ月後慢性圧迫による組織変化と波形の変化との関係を検討中である。少数ではあるが組織変化がないにもかかむらず脊髄誘発電位の波形の変化がある例を経験した。当研究の目的は、慢性に圧迫された脊髄の初期の機能的変化を知る目的で家兎の黄色靭帯骨化モデルを作り、脊髄の圧迫による脊髄誘発電位(ESCP)の変化について調べることであった。方法:花村らの方法で抽出した家兎骨形成因子(BMP)と粉砕した腸骨を用いて家兎の黄色靭帯上に移植し、村上・岸の方法に準じて黄色靭帯骨化による脊髄慢性圧迫動物を作成した。圧迫の程度を知るため、作成後4カ月で家兎の脊髄造影を行った。圧迫所見が得られた時点で頭部、脊髄硬膜外腔、坐骨神経に電極を置いてESCPを調べた。検査後、麻酔下に家兎を屠殺し、脊髄を組織学的に検索した。実験に用いた兎は67羽であった。この内実験中死亡したり、脊髄への急性圧迫損傷を生じたり、圧迫所見のない兎を除く慢性脊髄圧迫兎の16羽と正常コントロ-ルの6羽で所見を得、比較検討した。結果:黄色靭帯部の骨化が出現し、術後平均40.6週で脊髄圧迫率は平均15.3%であった。坐骨神経刺激でT8記録の上行性ESCPでは第1波の潜時は、正常家兎と有意差を認めなかった。しかし、頭部運動野刺激のL6記録、すなわち下行性ESCPでは、圧迫率10%以上の脊髄では危険率P<0.005で有為に第1波の遅延を認めた。またL6刺激のT8記録による上行性ESCPでも、圧迫率10%以上の脊髄ではP<0.0025で潜時の遅延を認めた。組織変化は圧迫率20%以上のモデル4羽の内3羽に認め、主に後索の大径線維の減少であった。まとめ1.慢性脊髄圧迫では、急性圧迫より軽度の圧迫で脊髄誘発電位に変化を生じた。2.背側からの慢性圧迫脊髄は後索から後側索の浅層に障害が生じていた。3.麻痺.組織変化を来す前に脊髄誘発電位に変化を認めた。
Dynamic PIVとデジタルスペックルCTによる過渡密度変動流解明

1.本研究においては、世界最高スペックのダイナミックPIVシステム構築を行った。その結果として、100万画素・3kHz・3秒間、もしくは25万画素・10kHz・3秒間というシステムを構築した。10kHzという高速サンプリングで、かつ3秒間という膨大なPIV情報を記録できるのは本システムが最高スペックである。従来はこれだけの大量情報は、単なる統計処理しかなされていなかったが、これらの情報に関して時空間多点相関解析を開発し、変動の移送速度分布情報を取得することに世界で初めて成功した。これらの技術は、サーマルストライピングなどの時空間変動情報を詳細に解析する上で重要な技術である。2.過渡密度変動を取得するため、高速度カメラを複数台用いる多方向デジタルスペックル装置を開発し、3次元密度変動の時系列変動を15kHzで取得することに成功した。これはいわゆる4次元密度変動計測であり、世界最高の技術である。さらに、高速度デジタルスペックル法とダイナミックPIVを組み合わせて、4次元密度変動と速度変動情報の同時計測に成功した。二酸化炭素噴流が噴出する際に、砲弾型の分布をした二酸化炭素塊が流動し、その塊が拡散しながら下流に流れていく様子を明確に捉えることができた。また、塊は3次元的な渦であり、空気を巻き込んでいる様子を定量化することにも成功した。これらの情報は、密度速度相関や時空間相関に展開され、サーマルストライピングを評価することが可能になる。3.当初目的であるダイナミックPIVとデジタルスペックルCTの同時計測手法の開発に成功し、過渡密度変動流の評価を行うことができた。1.Dynamic PIVの適用範囲を改善するために、高繰返しパルスレーザと高速度カメラとを同期するシステムを構築する。カメラのフレームの任意の位置に高繰返しダブルパルスレーザを点灯させ、高速な流動の過渡現象の定量可視化システムを構築した。高繰り返しダブルパルスレーザを用いることによって、高速な流れ場の変動現象を詳細に解析できるシステムが構築できた。単なる同期システムだけではなく、ソフトウエアパッケージの整備と、データポスト処理解析システムを含んだ、高度解析システムを作り上げた。2.多方向デジタルスペックル装置の製作対象とする領域を多方向からのデジタルスペックル法で撮影するための実験装置を製作した。デジタルスペックル法は、スペックルパターンの変化をCCDカメラによって連続的に記録し、その変化から温度勾配情報を算出する手法である。スペックルパターンの並行移動量を画像処理によって算出する。この移動量が3次元空間の密度勾配量の積分値となっている。よって、この情報をCTによって逆問題を解けば、ある瞬間の3次元空間内密度分布を得ることが可能である。このための光学系の設計およびデータ評価手法を構築した。3.サーマルストライピング実験装置製作と予備実験従来のサーマルストライピング実験条件や解析条件を参考に、高温、低温噴流の混合する実験装置を製作した。さらに、製作した実験装置を用いて、Dynamic PIVとデジタルスペックルCTを適用して、予備実験を実施する。温度情報と速度情報は個別に取得し、それぞれのシステムへフィードバックを行った。1.Dynamic PIVシステムの改良を行った。具体的には、百万画素で毎秒3000枚の撮影が可能な新しい高速度カメラを導入し、従来のシステムに比較して、1.5倍2倍の高時間分解能でのデータ取得が可能となった。本システムを用いて、噴霧流の計測を行い、512x512画素10kHzの撮影を実施した。さらに、高速噴流計測のための、フレームストラドリング手法の改善を行い、1.4μ秒の時間間隔で、画像を取得できることを確認した。このシステムによって、空間解像度、時間解像度ともに高密度でかつ高速流を計測できることを実証した。なお、384x304画素、20kHz、時間間隔1.4μ秒で、6万枚(3秒間)の高速噴霧流データ取得は、現時点での世界記録である。

2.デジタルスペックル法によって、15kHzの高速過渡現象を捉えることに成功した。デジタルスペックル法は、スペックルパターンの変化を高速度カメラによって連続的に記録し、その変化から温度勾配情報を算出し、逆問題を解くことにより、温度分布の3次元分布を測定できる。3.デジタルスペックル法とダイナミックPIV法を同時に適用することにより、温度と速度場の同時計測が可能となる。このためのシステム構築を行い、過渡変動噴霧流をターゲットとして、速度と温度の同時計測を行った。PIVではトレーサを流体に混入するが、このトレーサが光を散乱して、スペックル法へのノイズとなることが考えられる。このため、同時計測には適切なトレーサ混入量が必要であり、その設計と評価を実施した。1.Dynamic PIVシステムによって得られるデータから、変動成分の輸送速度分布を産出することを目的として、多点相関評価手法の確立を行った。昨年度開発したシステムを用いて、512x512画素10kHzの噴霧流を撮影し、速度ベクトル情報を得た。この時間方向にも空間方向にも密な速度ベクトル情報について、2点相関を解析し、2点間の変動輸送時間遅れを計測する。さらに、この輸送時間遅れを多点で評価することによって、変動輸送速度に変換する。このことによって、変動速度の情報を2次元分布情報として取得することに世界で初めて成功した。2.高速度デジタルスペックル法とダイナミックPIV法を同時に適用することにより、温度と速度場の同時計測システムを構築し、過渡変動噴霧流流動を評価した。3台の高速度カメラを用いて、空気中に噴出する二酸化炭素噴流の初期状況を開発した同時計測法により撮影した。得られた画像をダイナミックPIV解析、及び、デジタルスペックルトモグラフィーを適用して、2次元速度分布と、3次元空間密度分布の同時計測に成功した。噴流が噴出する際に、砲弾型の分布をした二酸化炭素塊が流動し、その塊が拡散しながら下流に流れていく様子を明確に捉えることができた。また、塊は3次元的な渦であり、空気を巻き込んでいる様子を定量化することにも成功した。3.当初目的であるダイナミックPIVとデジタルスペックルCTの同時計測手法の開発に成功し、過渡密度変動流の評価を行うことができた。
三陸沿岸の幼児の栄養素と微量元素摂取量に及ぼす津波被災の長期的影響に関する研究

日常の食事を介して摂取する栄養素、とくに微量元素やミネラル類の多くは、日本人、なかでも幼児の摂取量に関するデータがいまだ少なく、それらの食事摂取基準値は日本人以外から得られた摂取量のデータをもとに検討されている場合が少なくない。食事中の実測値を求め、基準値の妥当性を検証することは重要と考える。また、東日本大震災・津波により被災した沿岸地域の幼児において、微量元素・ミネラルの食事からの摂取量に対する、被災から現在に至る長期的影響の有無や影響の程度について明らかにすることも本研究における喫緊の課題であり、かつ本研究の目的である。陰膳食事調査は沿岸地域での結果を、直接的な震災被害のなかった地域の幼児の場合と比較し、摂取状況の現状把握とともに、被災による摂取状況への影響の有無や影響要因の精査を合わせて行い、長期的影響がみられる場合はそれらへの対応策を検討し、幼児の食生活の改善に取り組むこととした。平成30年には、被災した岩手県沿岸地域の公立・私立保育園(所)やこども園の協力を得て、給食調査を実施した。対照群の給食試料は、共同研究者の渡邊が平成2729年度科研費研究により山形県内で調査した保育園給食を用いた。1陰膳食事調査の計画と実施:同意が得られた三陸沿岸の2つの市と町の保育園・こども園7か所を対象に連続3日間の給食を献立表と共に回収した。給食は食品毎に秤量したのち、ミキサーで均一に粉砕して分析前処理(灰化)用の食事試料を調製し、灰化作業まで-30°Cで保存した。渡邊が凍結保存していた山形県内19か所の保育園(所)給食も同様に粉砕均一化した。2データの集計:調査群(岩手県沿岸地域)及び対照群(山形県内)給食の献立表の秤量値による栄養価計算と栄養素等摂取量及び食品群別摂取量の集計を実施しており、これに基づき、栄養素等摂取量、食品群別摂取量のデータベースを作成中である。平成30年度の研究進捗状況を(3)やや遅れているを選択した理由として、以下の2つがあ挙げられる。1協力保育園(所)の決定まで、想定したより交渉時間を要したこと2微量元素・ミネラル類の食事中実測値を得るための食事試料の前処理を担当していた共同研究者渡邉(元東北文教大学)の死去により、前処理作業が中断したこと1については、研究開始当初に沿岸地域で栄養士業務を担当している本学部卒業生にヒアリングを実施し、十分、現状を認識したうえで、さらに保育園(所)との直接交渉ではなく、現場とコミュニケーションが良好な保健所や市役所の担当者から紹介してもらい、協力要請したが、その間の連絡に予想外に時間を要した。協力の了承を得たのちの実施には問題は生じなかった。2については、ICP-MSによる微量元素・ミネラルの実測には採取した食事試料を硝酸により灰化し、硝酸液中に溶解させる前処理が必要となる。昨年4月、代表者千葉の実験室に硝酸灰化用ドラフトの移設工事が完成し、硝酸ガスを中和処理できる安全装置を取り付けたもので稼働を始めた。処理のほとんどは技術力の高い渡邉が担当し、安全を確認しながら実験に当たっていたが、昨秋に体調が悪化し、実験を中断せざるを得ない状況となったまま死去した。渡邊が分担していた灰化実験は本研究において外す事の出来ない工程であり、今後外注することや、他の灰化方法に変えることが難しいため、以後、千葉がこれらの作業を担当することとした。現在、精度管理をしながら予備実験を行っているところである。脂肪の多い食事など食事内容の違いにより、酸混和のタイミングや量の判断が難しく、本実験まで至っていないが、早急に開始できるようトレーニングに努めている。渡辺(元東北文教大学・人間科学部)が本研究対象のコントロール(対照群)とした山形県内保育園給食が20か所近くであるのに対して、平成30年度に沿岸地域の保育園(所)から採取できた給食数は対照群の半分以下の8件(7施設のうち1施設では2回提供)であり、サンプル数が当初計画した数に満たない状況であることから、共同研究者と協議した結果、当初計画では保育園給食の陰膳調査は初年度の平成30年のみ実施と考えていたが、2年度目の令和元年度にも実施し、協力保育園(所)数を増やし、対照群でのサンプリング数に近付けるよう努めることとした。現在、前年度の調査市町及び近隣の地域で協力要請を再開しており、内諾を得られた保育園(所)もあり、実施に支障はないものと考えている。

対照群の給食試料は、共同研究者の渡邊が平成2729年度科研費研究により山形県内で調査した保育園給食を用いた。1陰膳食事調査の計画と実施:同意が得られた三陸沿岸の2つの市と町の保育園・こども園7か所を対象に連続3日間の給食を献立表と共に回収した。給食は食品毎に秤量したのち、ミキサーで均一に粉砕して分析前処理(灰化)用の食事試料を調製し、灰化作業まで-30°Cで保存した。渡邊が凍結保存していた山形県内19か所の保育園(所)給食も同様に粉砕均一化した。2データの集計:調査群(岩手県沿岸地域)及び対照群(山形県内)給食の献立表の秤量値による栄養価計算と栄養素等摂取量及び食品群別摂取量の集計を実施しており、これに基づき、栄養素等摂取量、食品群別摂取量のデータベースを作成中である。平成30年度の研究進捗状況を(3)やや遅れているを選択した理由として、以下の2つがあ挙げられる。1協力保育園(所)の決定まで、想定したより交渉時間を要したこと2微量元素・ミネラル類の食事中実測値を得るための食事試料の前処理を担当していた共同研究者渡邉(元東北文教大学)の死去により、前処理作業が中断したこと1については、研究開始当初に沿岸地域で栄養士業務を担当している本学部卒業生にヒアリングを実施し、十分、現状を認識したうえで、さらに保育園(所)との直接交渉ではなく、現場とコミュニケーションが良好な保健所や市役所の担当者から紹介してもらい、協力要請したが、その間の連絡に予想外に時間を要した。協力の了承を得たのちの実施には問題は生じなかった。2については、ICP-MSによる微量元素・ミネラルの実測には採取した食事試料を硝酸により灰化し、硝酸液中に溶解させる前処理が必要となる。昨年4月、代表者千葉の実験室に硝酸灰化用ドラフトの移設工事が完成し、硝酸ガスを中和処理できる安全装置を取り付けたもので稼働を始めた。処理のほとんどは技術力の高い渡邉が担当し、安全を確認しながら実験に当たっていたが、昨秋に体調が悪化し、実験を中断せざるを得ない状況となったまま死去した。渡邊が分担していた灰化実験は本研究において外す事の出来ない工程であり、今後外注することや、他の灰化方法に変えることが難しいため、以後、千葉がこれらの作業を担当することとした。現在、精度管理をしながら予備実験を行っているところである。脂肪の多い食事など食事内容の違いにより、酸混和のタイミングや量の判断が難しく、本実験まで至っていないが、早急に開始できるようトレーニングに努めている。渡辺(元東北文教大学・人間科学部)が本研究対象のコントロール(対照群)とした山形県内保育園給食が20か所近くであるのに対して、平成30年度に沿岸地域の保育園(所)から採取できた給食数は対照群の半分以下の8件(7施設のうち1施設では2回提供)であり、サンプル数が当初計画した数に満たない状況であることから、共同研究者と協議した結果、当初計画では保育園給食の陰膳調査は初年度の平成30年のみ実施と考えていたが、2年度目の令和元年度にも実施し、協力保育園(所)数を増やし、対照群でのサンプリング数に近付けるよう努めることとした。現在、前年度の調査市町及び近隣の地域で協力要請を再開しており、内諾を得られた保育園(所)もあり、実施に支障はないものと考えている。
大腸菌リーダーペプチダーゼIの機能構造と触媒機構の解析

多くの分泌タンパク質や膜タンパク質は,N-末端側にシグナル配列(リ-ダ-配列)と呼ばれる15-30残基のアミノ酸からなるペプチドを伴って合成され,そのシグナル配列は膜透過時またはその直後に切断,除去される.大腸菌の場合,ほとんどのシグナル配列はリ-ダ-ペプチダ-ゼ(シグナルペプチダ-ゼI,LPase,323アミノ酸残基,分子量36,000)により切断される.シグナル配列に関してはN-末端領域に塩基性アミノ酸,中央部には疎水性のアミノ酸が存在し,切断部位から1残基上流および3残基上流のアミノ酸がLPaseによる認識に重要であることなどが明らかにされている.これに対し,LPaseに関する研究は,膜への結合様式に関するものがほとんどで,基質認識および触媒活性発現機構に関する研究は少ない.本研究では大腸菌LPaseの触媒活性発現機構を明らかにするだめに本酵素の全てのArg残基を部位特異的変異導入法によりAla及びLys残基に置換した計18個の変異体を作成・精製し、その変異体の酵素活性、熟安定性、kinetic parameter等を測定した。1.部位特異的変異導入法によりArg残基をAla及びLys残基に置換した計18個の変異体を作成・精製した。2.SDS-PAGE及びImmunoblot実験により全ての変異体は完全精製された事を確認した。3.In vitro及びin vivoでの変異体の酵素活性を測定した結果,77,222及び318番目のArg残基をAla及びLys残基に置換した変異体酵素は完全に失活した。しかし、315番目のArg残基の場合、Lys残基に置換した変異体の酵素活性は80%以上活性が有りましたが、Ala残基に置換した変異体は完全に失活した。4.CD及び熱安定性の測定結果、全ての変異体はwild-typeとほぼ一致した。5.反応速度論的パラメタを測定した結果、R77A,R77K,R222A,R222K,R315A,R318A,R318KのKcat値はwild-type enzymeに比べると、大きく低下したが、Km値はほとんど差がなかった。従って、大腸菌LPaseの77,222,315及び318番目のArg残基は本酵素の触媒活性発現機構あるいは,活性残基構造形成に必須残基である可能性が示唆された。
不安定核ミュオン原子生成に向けた放射性物質の挙動／制御に関する基礎研究

原子に捕獲されたミュオンが基底状態に移る際に放出されるX線のエネルギーから、原子核の電荷分布情報が得られる。近年、我々は、安定原子核のミュオン原子を高効率で生成する方法(固体重水素薄膜法)を開発したが、電荷分布が殆ど未知の不安定核に適用するには、薄膜へ注入される放射性物質の挙動の理解や測定終了時の放射性物質の回収技術を要する。本課題では、昇華するドライアイスを固体重水素薄膜の代用とし、その薄膜生成装置と回収装置を設計・製作し、不安定核ビームを用いて実験を行い、特に回収に関しては、薄膜に注入された放射性物質を液体窒素冷却トラップ型回収装置に移行させることに成功し、有望な回収技術を提案できた。不安定核ミュオン原子からのX線観測は、不安定核の電荷密度分布の知見を得る実験手法の一つであるが、その研究は殆ど進展していない。近年、我々は、RIKEN-RALミュオン施設における重水素薄膜法を用いた研究において、希ガス元素のみならず、アルカリ、アルカリ土類、希土類の広範囲な元素(安定原子核)に対し、この方法によりミュオン原子が非常に高い効率で生成されることを確認したが、この方法を不安定核へ適用するには、放射性物質の取扱いに関する技術開発の必要性も認識した。本研究の目的は、その技術開発への基礎研究として、ドライアイス薄膜の模擬ターゲットと京都大学原子炉実験所のオンライン同位体分離装置(KUR-ISOL)からの不安定核ビームを用いて、重水素薄膜生成装置周辺での放射性物質の挙動を調べると共に、その制御方法を開発することにある。昨年度の予備実験において、真空中におけるドライアイス薄膜生成法として、炭酸ガスが吹き付けられる銅ブロックの冷却方法を検討し、銅ブロック内部に液体窒素をフローさせる方法を採用し、ドライアイス薄膜の生成が確認された。平成25年度は、この結果を受け、KUR-ISOLに設置し不安定原子核ビーム(RIビーム)を注入するための装置の設計・製作を行った。装置は、真空容器内でドライアイス薄膜を生成する2つの銅ブロックと銅ブロックに炭酸ガスを吹き付ける噴霧器などから構成され、これら3つの要素は、ベローズ式中空直進導入機に取付けられることにより、2つの銅ブロックは液体窒素フローで冷却しながら、半導体検出器が置かれる場所へ移動させることが可能となっており、炭酸ガス噴霧器は必要に応じて、銅ブロック前に出し入れできるようになっている。これにより、薄膜へのRIビーム注入及びその回収方法に関する実験が実施できると思われる。ミュオン原子X線の測定は、原子核の電荷密度分布の知見が得られる手段の一つであるが、不安定核を対象とした実験は殆ど進展していない。最近、我々は、RIKEN-RALミュオン施設における安定核での実験で、重水素薄膜法によりミュオン原子が非常に高い効率で生成されることを確認したが、不安定核への研究には、重水素薄膜法における放射性物質の取扱いに関する技術開発の必要性も認識した。平成24年度は、KUR-ISOLのビームラインで使用される装置を設計するための予備実験を行った。本研究の遂行には、高真空ビームラインに設置されるチェンバー内で、炭酸ガスからドライアイス薄膜を生成することが不可欠であり、小規模な実験装置を製作しドライアイス薄膜生成法が検証された。薄膜生成法として、操作性や反復性(短時間で冷却・解凍を繰り返すこと)等を再検討した結果、その内部に液体窒素をフローさせて銅ブロックを冷却する方法を採用し、約1,000 ccの真空容器内に、銅ブロック(縦横25mm、厚さ10mm)とその冷却系及び炭酸ガス噴霧器を納めた装置が製作された。実験の結果、液体窒素のフロー開始後10分程度で、銅ブロックは77Kに達し、真空度3×10^-6 Torr下で、銅ブロックに炭酸ガスを吹き付けたところ、その表面に(真空容器や炭酸ガス中に微量に含まれる水分が凍結したものではなく)ドライアイスの生成が認められ、フローを停止するまでの最大3時間に亘り、それが保持されたまた、ドライアイス生成に至るまでの細かな留意点や手順なども確認できた。ミュオン原子X線測定は原子核の電荷密度分布を探る有効な方法であるが、不安定核に対する実験は殆ど進展していない。近年、我々は、安定核を対象とした研究において、従来法に比べ10の5乗7乗倍の高効率でミュオン原子を生成する重水素薄膜法を開発した。しかし、高効率化されたものの、本手法を不安定核へ適用する場合、その放射能は未だ取扱いに十分な配慮を要するレベルではある。

本課題では、重水素薄膜法による不安定核ミュオン原子X線測定実験に向け、重水素薄膜を模擬したドライアイス薄膜中にオンライン同位体分離装置(KUR-ISOL)からの不安定核ビームを注入する雛形装置を製作し、様々な状況での放射性物質の振舞の理解や制御に関する知見の取得が目的とされた。課題遂行には、ISOLの高真空状態下でドライアイス薄膜の作製が不可欠であり、初年度、銅ブロック内部に液体窒素を流し冷却した銅表面に炭酸ガスを吹き付け薄膜を作る方式を採用し、小規模なテスト装置を製作した。その結果、約3×10のマイナス6乗Torr下でも、77Kの銅表面にドライアイスの生成が認められ、さらに、生成手順や保持条件等も確認された。この結果を踏まえ、「ドライアイス薄膜生成」と「冷却トラップ型放射性物質の回収」を統合した装置を製作しISOLに設置した。当初、RIビームを用いた実験を繰返し実施する計画であったが、ISOLが附置されている研究用原子炉(KUR)が、設備改修や東日本大震災を契機とした新規制基準適合審査のため、殆ど稼働しなかった。しかし、僅かに得られた3日間のビーム実験で、重要な一里塚であった液体窒素冷却型トラップによる放射性物質の回収が試され、ドライアイス薄膜に注入された放射性物質(La-146)を、ドライアイスの昇華と共に銅ブロック上から一旦離脱させた後、別に設置された銅製冷却トラップ上に再凝集させることに成功し、放射性物質回収のための有効な手法が提示できた。原子核物理学(実験)本研究の目的は、重水素薄膜法の放射性核種への展開に向け、薄膜ターゲット周辺における放射性物質の注入・リリース時の挙動を調べ、さらにまた、その回収システムの開発やその有効性を検証することにある。本研究の概要は、ドライアイス薄膜を模擬ターゲットとした不安定核ビームの注入体系を構築し、実際にKUR-ISOLからの放射性物質(RI)をドライアイス薄膜に注入し、その散乱やターゲット解凍の際の拡散の状況をGe半導体検出器等により測定し、そしてまた、解凍の際、注入されたRIを回収するため、別に設置する冷却トラップを用いた回収システムを開発し、その有効性を検証することである。平成24年度においては、小規模な実験装置を製作し予備実験を行い、(1)炭酸ガス噴霧器の動作確認、(2)ドライアイスが生成される低温部(銅ブロック)の冷却特性の確認、(3)その生成条件の確認、(4)装置を使用する際の手順や留意事項の洗い出し等が行われた。平成25年度においては、上記結果を踏まえ、KUR-ISOLのビームラインに実際に設置される、「ドライアイス薄膜生成装置」と「放射性物質回収システム」の機能を統合した装置が製作された。当初の計画では、平成26年1月を目途に、この装置をKUR-ISOLに設置し、RIビームを用いた実験を開始する予定であったが、KUR-ISOLが設置されている研究用原子炉(KUR)本体における関連設備の改修や原子炉の新規制基準(現状確認)への対応により、平成25年8月平成26年3月までKURの運転が休止(当初の休止期間は平成25年8月12月末の予定であった)されたため、RIビームを用いた実験開始は次年度からとなった。本研究の目的は、重水素薄膜法の放射性核種への展開に向け、薄膜ターゲット周辺における放射性物質の注入・リリース時の挙動を調べ、さらにまた、その回収システムの開発やその有効性を検証することにある。
非接触測定法による垂直衝撃波/境界層干渉内部流れの三次元非定常構造に関する研究

超音速内部流中にある垂直衝撃波が境界層と干渉すると流れは複雑な三次元構造となる.このような流れの三次元性は超音速空気取入口(インテーク)、スクラムジェットエンジン分離部,回転翼列,工場配管系など多くの流体機器でみられ,機器の性能にとって好ましくない.したがって,流れの三次元構造を把握することにより適切な流れの制御法が確立されると考えられるが,垂直衝撃波と境界層の干渉にともなう超音速内部流れの三次元構造わかっていないのが現状である.これは,超音速内部流れを従来のプローブを挿入する測定方法では流れを著しく乱してしまうためである.本研究では非接触測定法であるレーザー誘起蛍光法により上述の流れを測定し,流れの三次元構造の解明を目的とする.これまでに以下の結果が得られている.(1)レーザー誘起蛍光法で計測した流れの三次元マッハ数分布はナビエ・ストークス方程式を支配方程式とした数値シミュレーションにより得られた三次元マッハ数と良く一致した.(2)超音速流れにおける非接触三次元計測法を確立した.(3)垂直衝撃波と境界層の干渉により流れは極めて複雑な三次元構造になる.(4)流れの三次元性は互いに隣り合うダクト壁面上の分枝衝撃波がコーナー部で複雑に干渉するために引き起こされる.この衝撃波構造をモデル化し,流れの現象を理論的に説明することができた.超音速内部流中にある垂直衝撃波が境界層と干渉すると流れは複雑な三次元構造となる.このような流れの三次元性は超音速空気取入口(インテーク)、スクラムジェットエンジン分離部,回転翼列,工場配管系など多くの流体機器でみられ,機器の性能にとって好ましくない.したがって,流れの三次元構造を把握することにより適切な流れの制御法が確立されると考えられるが,垂直衝撃波と境界層の干渉にともなう超音速内部流れの三次元構造わかっていないのが現状である.これは,超音速内部流れを従来のプローブを挿入する測定方法では流れを著しく乱してしまうためである.本研究では非接触測定法であるレーザー誘起蛍光法により上述の流れを測定し,流れの三次元構造の解明を目的とする.これまでに以下の結果が得られている.(1)レーザー誘起蛍光法で計測した流れの三次元マッハ数分布はナビエ・ストークス方程式を支配方程式とした数値シミュレーションにより得られた三次元マッハ数と良く一致した.(2)超音速流れにおける非接触三次元計測法を確立した.(3)垂直衝撃波と境界層の干渉により流れは極めて複雑な三次元構造になる.(4)流れの三次元性は互いに隣り合うダクト壁面上の分枝衝撃波がコーナー部で複雑に干渉するために引き起こされる.この衝撃波構造をモデル化し,流れの現象を理論的に説明することができた.