hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
星間塵表面におけるアンモニア分子の重水素濃集過程の解明と分子雲温度推定への応用

その結果,電子サイクロトロン共鳴のために必要な磁場を実現するための永久磁石の仕様,およびソレノイドコイルに必要な電流値,巻き数,幾何サイズ等を決定した.当初の研究計画では,本年度中に高強度N原子源の製作が終了する予定であったが,実際は設計の完了までしか至らなかった.しかし,研究計画からは若干遅れてはいるが,製作は業者に依頼するため,申請者の作業としてはほぼ計画通りであると言える.計画の遅れの原因は,本年度に実験室内で装置の入れ替えがあり,すべての実験装置を移動・再設定等を行う作業が発生したこと,および,学会運営業務で時間を要する業務をする必要が発生したため,当初計画していたエフォートを費やすことができなかったことだと考えられる.高強度N原子源の設計がほぼ終了しているので,本年度は製作・既存装置への組込みを行う.さらに,高強度の原子線を再結合反応により減少させずに実験領域まで運搬するために,輸送管の素材の変更を検討する.現在は純アルミを用いているが,N原子における再結合反応係数が非常に小さいパイレックスガラスを採用する予定である.原子源の性能試験を行った後,低温アモルファス氷表面上でN原子へH,D原子を照射する実験を行い,生成される重水素化アンモニアの濃集度の表面温度依存性を決定する実験を行う.次年度に予算を繰り越した予算額は非常に少額であるため特記する使用用途はないが,次年度の予算と合わせ,研究計画に従い有効に使用していく予定である.
NanoSuit法により新規同定された微小仮足に注目した発生・再生制御機構の解明

我々は革新的電子顕微鏡技術(NanoSuit法)の開発に取り組み、これまでとは全く異なる画像を得ることに成功していた。特に、再生時にみられる『微小仮足』は、従来の形態学では全容を捉えることができない構造であった。本課題では、再生能力が高い腔腸動物ヒドラを主な研究対象とし、創傷治癒にはじまる再生最初期の微小仮足を継時的に解析した。その結果、微小仮足の働きとして修復の駆動力を担っている可能性が考えられた。また同様の構造は、ヒドラ以外の動物の発生における器官形成や組織再生過程、活発に活動するガン細胞においても確認された。このような結果から、発生や再生における新しい調節機構の存在が示唆された。生物試料は、構成成分の7080%が水であるため、高真空環境(10-3-10-7Pa)を必要とする電子顕微鏡で観察するには、事前の化学固定や脱水が不可欠と考えられてきた。しかしこれらの処理は、試料の変形やアーティファクトを生じさせる為、従来法による観察・解析による結果は、生体本来の構造を正確に捉えてはいなかった。我々は既に、全く新しいアプローチで生物試料の高真空・高分解能観察に成功している。昆虫の体表面物質(および疑似物質)を試料に塗布し、電子線およびプラズマ照射により体表全面に高気密NanoSuitを形成することにより、高真空中で試料を生きたまま維持・観察することが可能となった。既に申請者らはNanoSuit法を用いて、発生における器官形成や組織再生過程において、直径が数百nmと細く、且つ全長が2050μmに達する微小仮足の存在を確認している。これらは従来の形態学の技術では(壊れてしまって)全容を捉えることが出来なかった未知の構造体である。本申請ではさらに、微小仮足の高解像度電子顕微鏡観察に適したNanoSuit法の最適化を図り、このような謎の構造に焦点を当て、様々なモデル生物の発生や再生における微小仮足による制御・調節機構を解明する。再生能力が高い腔腸動物ヒドラをモデル生物として用い、再生と微小仮足との連関を調べた。その結果、頭部再生の最初期にみられる傷口の修復過程(スピード)と微小仮足の発現頻度には相関がみられることが分かった。これまで、どのようにして傷口が塞がるのか不明であったが、このような微小仮足により動的に修復されることが示唆された。アクチンの重合を阻害すると仮足は発現しないことも併せて明らかになった(Takaku et al,論文作成中)。私たちは、生物が潜在的に備えているバリアー能を模倣・利用するという新しい視点から革新的電子顕微鏡技術(NanoSuit法)の開発に取り組んできた。既にこの方法を五界説で示される原核生物、原生生物、菌類、植物、動物に適用し、さらに切り出した組織等をFE-SEMで高解像度/高分解能観察することに成功し、これまでとは全く異なる画像を得ることに成功していた。特に、発生や再生過程において発現する『微小仮足』は、従来の形態学の技術では全容を捉えることができなかった未知の構造体であった。本課題では、再生能力が高い腔腸動物ヒドラを主な研究対象とし創傷治癒にはじまる再生初期における微小仮足を継時的に解析した。ヒドラの頭部をメスで切除すると体腔中央に大きな穴が生じるが、1時間ほどで穴は塞がって見えなくなる。この過程を超微細構造に注目して調べると、再生部位にのみ直径が数百nmと細く、且つ全長が2050μmに達する微小仮足が見られた。再生過程をさらに詳細に解析すると、微小仮足は再生直後にはほとんど見られないが、再生15分後には多数発現していることが確認された。ところが、再生開始50分後になるとその発現頻度は減少に転じることが明らかになった。このような微小仮足の継時変化は、(1)傷口が修復されるタイムスケールと一致(2)アクチンの重合により制御されている、ことなどから、微小仮足の機能として、ひとつには傷口修復の駆動力としての働きが考えられた。また同様の微細構造は、ヒドラ以外の動物の、発生における器官形成や組織再生過程において、あるいは活発に活動するガン細胞においても確認された。このような結果から、微小仮足が発生や再生において新しい調節機構を担っている可能性が示唆された。次年度は、様々なモデル生物の発生や再生における微小仮足による制御・調節機構を解明に加え、発生異常の個体(あるいはガン組織など)や、再生ができない種(あるいは特定の部位)との比較により、微小仮足が担う機構を明らかにし、異常や不能の改善を試みる。

発生・再生昨年度は、微小仮足の高解像度電子顕微鏡観察に適したNanoSuit法の最適化を図り、3種類の新規保護溶液の開発に成功した。溶液の合成を中心に据えたため、網羅的な観察・解析は次年度へと持ち越した。新規作成に成功した微小仮足観察用の保護溶液を用い、網羅的な観察を行い研究をまとめる。電子顕微鏡観察にあたっては、数名の技術補助員を雇用し研究を推進する。
バイオスティミュレーションを利用した地盤改良工法の研究

本研究はバイオスティミュレーション法を用いた地盤改良工法について検討している。検討には沖縄県のビーチから採取した試料と、広島県呉市で採取されたまさ土と2種類の校庭の砂を用いた。検討の結果、従来の方法と比較し、バイオスティミュレーション法を用いた方法では固化速度が若干遅いが、条件によっては十分な改良効果が見られた。また固化中の地中の菌叢変化を調べたところ、室温30°C下では改良が進むにつれてウレアーゼ活性が期待されるSporosarcina属の菌類が優占的となり、室温が低いと菌の成長が遅いことや、固化工程の前に地中内にウレアーゼ活性菌を培養した方が比較的均質に固化できることが確認された。本研究では地盤中に存在する土着の微生物を利用するバイオスティミュレーション法を用いた地盤改良工法の開発を目的としている。本研究では沖縄県石垣島などの先島諸島の9か所の海岸と,呉高専の2か所から採取した試料を用いて実験を行った。試料中にウレアーゼ活性菌株が存在するか調べるため,尿素を含む試験液を作成し,各試料を入れて培養し,pHの経時変化を測定した。その結果時間的な差異はあるものの,すべての溶液でpHが9以上に上昇し,ウレアーゼ活性が認められ,すべてにウレアーゼ活性菌が存在していることが分かった。さらに,それぞれの場所から2つの方法で菌株の単離の単利を試み,石垣島明石海岸(菌株A),西表島由布島(菌株G),呉高専I(菌株J),呉高専II(菌株K)からそれぞれ1種類の菌を単離することができた。次に地盤改良実験をするにあたり,2種類の溶液を用いた炭酸カルシウム(CaCO3)析出試験を行い,セメンテーション溶液について検討した。使用した溶液は昨年まで使用していた溶液Xと,Ben-Gurion大学のTsesarsky博士から提供いただいた情報を基に作成した溶液Yの2種類である結果,上記の4菌株ではいずれも溶液YがCaCO3析出率が高いことが分かった。さらに単離した菌株を用いて,試験室内で土試料を改良し,一軸圧縮試験を行った。改良にはバイオオーグメンテーション法(以下O法)とバイオスティミュレーション法(以下S法)の両方を行い,両者の一軸圧縮強さを比較した。結果,試料Aは両方の方法で,試料GではO法では十分な強度が得られず,自立しなかったが,試料GのS法,試料料J,Kの両方の方法で一軸圧縮試験が実施可能であった。得られた最大一軸圧縮強さは74kPa215kPa程度であった。またO法よりもS法を用いた方が強度は大きい値を示した。本研究では自然由来の微生物を用いて実験を行っている。本研究もH24年度H26年度までの研究成果(課題番号:24560614)を基に研究を行っている。しかし,H27年度にH26年度までに得られた菌株を使用して検討を行ったが,うまく育成することができなかった。そのため,再度,菌株を採取する必要が生じたため,ウレアーゼ活性菌の培養から行ったため,時間がかかった。また,採取した試料すべてからウレアーゼ活性菌の存在を示すデータは得られたが,単離がうまく行かず,試行錯誤の結果,4菌株のみ採取が行えた。その過程で時間が生じた。また採取された菌株にあった培養液,セメンテーション溶液を調べるための実験も必要となり,時間を要した。得られた菌株を用いた一軸圧縮試験では,結果的に昨年度までと同様の強度が得られたが,菌株が違うためか,セメンテーション溶液の注入回数を変える必要が生じ,そのための追加実験が必要となった。以上のような理由から,追加実験等のために研究遂行が全体に遅れぎみとなり,H27年度に行う予定であった,H28年度に使用する試験機や土槽の設計が遅れた。しかし,研究遂行上大きな問題となる程度ではない。昨年度は沖縄県石垣島など先島諸島の海岸から採取した試料を用いたが、本年度は沖縄本島の海岸で採取した2試料と、呉高専校内の花壇の土、呉高専周辺で採取されたまさ土の4種類の土を用いて模型実験を行い、改良効果について実験的に検討を行った。沖縄の海岸の2試料では、試料を容器につめた後、培養液とカルシウムイオンを上面から散布し固化を行った。呉高専の土とまさ土では試料を容器につめた後、培養液を5日上面から散布し地中のウレアーゼ活性を示す微生物を増やした後、培養液とカルシウムイオンを上面から散布した。また培養液中の塩化アンモニウムは沖縄の試料の実験と比べ、呉高専の試料およびまさ土は約1/4程度に減少させている。実験の結果、事前に微生物の培養を行わなかった沖縄の2試料では試料上方のみが改良されているが、微生物の培養を行った呉高専の土とまさ土では、深さ方向に比較的一様に強度増加が見られ、事前に微生物を改良した方がより均質に改良できることがわかった。また呉高専の土とまさ土を用いた実験は、室温を30度に保ったケースと1520度程度に保ったケースで行った。結果、どちらのケースもほぼ同じ程度まで強度が増加しており、本工法が通常の自然地盤でも適用できることがわかった。

さらに平成27年度に単離した菌株のDNA解析を行った。単離化が不十分であったが、過去にもバイオオーグメンテーション法で確認されたLysinibacillus系の菌株が確認された。また呉高専の土およびまさ土の廃液中の微生物のDNAメタ解析を行った結果、土壌固化菌であるSporosarcina sp.を含むFirmicutesd門の菌類が培養液を流すたび優占となっていくことが確認された。実験部分は概ね順調に進んでいる。新たに作成した小型コーン貫入試験機により深さ方向の強度分布も明らかになってきている。また試験時の温度の違い、培養液の成分の違いによる影響なども議論できている。ただし、試験容器が十分大きくなく、圧縮試験用のコーン貫入試験後の試料の採取が不可能であったため、圧縮試験は実施できていない。これについてはコーン貫入抵抗値から一軸圧縮強度に変換できるため問題ないと考えている。また当初計画には無かったが、研究を進め今年度新たに行った実験の廃液中の微生物のDNAメタ解析を行っている。これによりバイオスティミュレーション中の菌相の変化も捉えることができ、バイオスティミュレーション法を用いた地盤改良工法に寄与する微生物の特定が明らかになりつつある。バイオスティミュレーション法により地盤改良した場合の地盤の強度の深さ方向の分布に及ぼす温度と培養期間の影響、および土中の菌株の変化に及ぼす温度の影響ついて検討した。本研究では、塩化ビニル製の容器に試料を敷き詰め、上面より、培養液およびセメンテーション溶液を散布し、培養期間(またはセメンテーション溶液)中は水浸するように水位を保った。培養期間は7日間、セメンテーション期間は5日間とした。また、室温は30°C、20°C、10°Cに設定した。使用した試料は沖縄県で採取した砂浜の海砂、広島県呉市阿賀南の花壇の砂、同市内で採取した風化花崗岩(まさ土)である。5日間あるいは12日間の実験終了後、小型コーン貫入試験を実施し,深さ方向の強度分布を調べた。本研究では容器が小さく、深さが浅いため、コーン貫入量から断面積を求め、それを用いてコーン貫入抵抗値を算出している。結果、30°Cのケースでは表層10mm深さの部分まではコーン貫入抵抗値が500kN/m&sup2;以上とよく固化されていることが分かった。一方、20°Cおよび10°Cのケースでは強度が上がっておらず、固化できていなかった。この結果はH28年の結果と異なったが、原因は明らかにできていない。土の種類別に深さ10mmにおける一軸圧縮強度を比較すると、まさ土と沖縄の海砂の一部では固化が確認できるが、花壇の土では強度にばらつくがあるなどまだ地盤を均質に固化することができていないと思われ、土中の水道や菌株のばらつきなどの影響が考えられ、今後さらに検討が必要であると思われる。実験中の菌株のDNAメタ解析を実施したところ、固化が確認された30°CのケースではBacillus属やSporosarcina属などの土壌固化菌の割合が大きく増加していることが確認されたが、10°Cのケースでは増加するもののそれほど増えていなかった。本研究はバイオスティミュレーション法を用いた地盤改良工法について検討している。検討には沖縄県のビーチから採取した試料と、広島県呉市で採取されたまさ土と2種類の校庭の砂を用いた。検討の結果、従来の方法と比較し、バイオスティミュレーション法を用いた方法では固化速度が若干遅いが、条件によっては十分な改良効果が見られた。
中国共産党支配下の民主的制度に関する歴史制度分析：人民代表大会のなかの軍の活動

中国共産党による一党支配は長期にわたって持続している。本研究課題の目的はその要因を明らかにすることにある。権威主義体制下の民主的制度が体制の持続に貢献してきたと論じる先行研究の知見を踏まえ、中国の「民主的」制度の起源と制度発展の経緯を明らかにし、政治的機能の変化を展望する。本研究課題は、これまで十分に注目されてこなかった「民主的」制度における軍(中国人民解放軍)の活動を分析し、課題の究明に努める。
家計・企業の多様性に配慮した不動産価格指数の開発

欧州統計委員会は,2014年に「住宅価格指数に関する整備指針」を公表し,国連・IMF・OECD・世界銀行等の国際機関は,各国に対して,同指針に基づき住宅価格指数の整備を行うことを要求した。本研究は,そのような政策課題に対応するべく,不動産価格指数の作成を作成していくための理論的な背景を整備すると共に,できる限りのマイクロデータを収集・整備することで実際に推計し,その推計課題を明らかにすることを目的とした。得られた結果としては,米国等で広く活用されているリピートセールス価格指数は,サンプルセレクションバイアスなどの問題に直面し,市場のターニングポイントを把握する時期に遅れが出ることがわかった。本年度は,住宅価格指数だけでなく,商業不動産価格指数の推計をも推計できるデータベースの構築と論文の取りまとめを行うことができた。まず,住宅価格指数の関する研究は,その価格指数の応用としての持ち家の帰属家賃の推計研究へと発展させることのめどを立てることができた。その成果は,国内外の学会で報告を行った。持ち家の帰属家賃は,SNA統計において,どの国においてもおおよそ10分の1を占めているものの,その推計方法においては課題が多い。また,ストック統計においても同様であり,日本においては,国連が示す推計方法に依然として準拠することができず,当面,それができないことを表明してしまっている。そのもっとも大きな原因の一つが不動産などの資産とそこから発生する帰属家賃の推計である。本研究は,そのような政策にも貢献できる成果となってきているものと確信している。続いて,商業不動産価格指数に関しては,J-REIT関係のデータベースの構築を行った。このデータベースを用いて,既に研究が始まっており,欧州中央銀行において開催される国際会議での招待講演で成果を報告する予定である。さらに,住宅購入者の家計特性がわかるアンケート調査を継続しており,その成果を用いて,首都圏の住居移動の移動則実態を解明した。この成果は,審査付論文として都市計画学会にて報告を行った。また,ここで得られた成果は,住宅価格指数を推計していくうえで,大きな知見をもたらす。家計特性の相違によって市場が分断されていることが確認されたためである。そこで,同データを用いて家計特性を加味したヘドニック関数の推計方法を開発し,近年,関心が高まる環境配慮型住宅の経済価値への応用可能性を模索した。その成果は,審査が通り,2012年夏にスコットランドで開催される国際学会にて報告することが決まった。研究実績としては,研究論文の執筆,国際学会での報告,そして国内での国際ワークショップに大別される。研究論文に関しては,3年目に当たることから,多くの論文をDiscussion Paperとしてとりまとめることが出来た。とりわけ海外の研究協力者との共同プロジェクトの成果のとりまとめが出来た点が大きい。具体的には,ブリティッシュコロンビア大学・香港大学,ケンブリッジ大学の研究者との共同研究が完成し,論文としてまとめることが出来た。ブリティッシュコロンビア大学とは,昨年度においては住宅価格指数の研究成果をまとめることが出来たが,本年度は,商業不動産価格指数の研究へと発展させることが出来た。香港大学とは,昨年のブリティッシュコロンビア大学との共同研究の成果を発展させ,香港データを用いた住宅価格指数の研究開発を実施することが出来た。さらに,ケンブリッジ大学とは,住宅の価格特性として近年急速に注目されている環境基準の効果を識別するモデル開発を実施した。このような研究成果は,多くの国際学会,国際会議での報告をした。特に,東京においては。海外からの多くの研究者を招聘し,国際ワークショップを開催した。2012年度の主たる目標は,住宅系不動産市場分析から,商業系不動産市場へと発展させることであった。まず,住宅価格指数に関する研究においては,研究成果を国際学術誌に投稿するとともに,単なる価格指数の推計に関する研究から,住宅価格指数を用いた既存の主要統計の改善可能性を模索する研究へと発展させた。具体的には,SNAの中で,各国共通に1割程度のウェイトを占めるにもかかわらず,最もその推計が困難であると言われている「持ち家の帰属家賃」に関する推計への応用を試みた。その研究成果は,2012年5月に国連欧州本部で報告すると共に,研究論文としてのとりまとめを行った。続いて,商業不動産価格指数に関する研究への発展である。研究計画策定時には予想できなかったことであるが,2011年2月に於いて,G20で商業不動産価格統計の整備に向けての決定が行われた。そのため,2012年5月に,欧州中央銀行において,商業不動産価格指数のハンドブックを作成していくうえでの国際会議が開催され,「住宅価格指数ハンドブック」に対する貢献が評価されたことで,本研究プロジェクト代表の清水が報告を行った。また,2013年1月には,同ハンドブックの執筆者に清水が選任され,本研究プロジェクトの成果が直接に国際「商業不動産価格指数ハンドブック」の成果に反映されることとなった。

商業不動産価格指数の関する研究は,2012年度においては,日本で入手可能な実物不動産価格に関するデータを出来る限り整備し,既存の商業不動産価格指数の歪みを明らかにすることを試みた。一連の研究は,研究分担者だけでなく,研究協力者として参加しているブリティッシュコロンビア大学のErwin Diewert教授らとの共同研究として実施している。本研究は,家計,企業の多様性といった属性に配慮し,新しい不動産価格指数の推計方法を開発することを目的としてきた。一連のプロジェクトは,住宅価格指数,商業不動産価格指数の二つの領域に関して,従来から提案されてきた伝統的な手法に対し,次の意味で新しい推計方法の提案と実用化に向けての方向性を見いだすことができた。まず,住宅価格指数については,伝統的にはヘドニック価格法,リピートセールス価格法といった手法によって推計するのが一般的であった。しかし,国民経済計算などの公的統計では,住宅という一体の価値ではなく,土地と建物を分離した価値の測定が求められている。土地が再生産不可能な財である一方で,建物は再生産が可能で,かつ減価償却の対象になるためである。そこで,本研究では,建物の減価償却を考慮したリピートセールス価格法と,土地と建物を分離するためのBuilder's Modelと名付けた新しい推計方法を提案した。これらの研究は,研究協力者である香港大学,ブリティッシュコロンビア大学の研究者らとの共同研究となる。続いて,商業不動産価格指数は,金融市場の特性に注目した。近年においては,REITと呼ばれる不動産証券化商品が上場されている。そこで,REITの持つ金融市場の特性と,REITを運営する運営体,つまり企業の多様性に配慮した商業不動産の価値測定の方法と価格指数の推計方法を提案した。このような研究成果は,IMF,国連,OECDなどの公的統計に責任を持つ国際機関が中心になって進めてきた国際住宅不動産価格指数作成指針,国際商業不動産価格指数作成指針にそれぞれが明記され,今後の各国で進められるであろう価格指数の整備に貢献していくものと予想される。また,実用化に向けた貢献だけでなく,海外のJournalに論文が掲載されたことで,学術的な貢献もできたものと考えている。26年度が最終年度であるため、記入しない。指数理論;不動産経済学;応用計量経済学26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,継続研究ということ,さらに,海外の研究協力者の貢献が大きかったこともあり,大幅に当初の予定を超えて研究が進展するとともに,複数の審査付論文を生産することができた。また,本年度の成果は,今後,国際会議,学会での報告,各学術誌への投稿と,さらに発展させていく予定である。研究プロジェクトは,海外の研究協力者にも引っ張られる形で,当初の計画を大きく上回る速度で進めることが出来ている。
水素タンクレス軽型燃料電池自動車の開発

粉状の水素化ホウ素ナトリウムを車上で加水分解し連続的に水素を生成することが可能な水素生成システムを開発した。また,永久磁石同期電動機の制御法を検討したほか,駆動用インバータと燃料電池,電気二重層コンデンサ間に接続して用いる直流-直流変換回路をそれぞれ開発した。さらに,開発した水素生成システムと燃料電池,燃料電池の出力に接続する直流-直流変換回路を軽型電気自動車のバッテリの代わりに搭載し,試験走行に成功した。本研究の目的は,無磯ハイドライド燃料を用いた水素タンクレス軽型燃料電池自動車(FCHEV)の開発である。本研究では,無機ハイドライドのうち,ナトリウムボロハイドライドを採用している。ナトリウムボロハイドライドは,触媒存在下で水を加えると加水分解により水素ガスを発生するが,ナトリウムボロハイドライド自体に含まれる水素のほか、水分子に含まれる水素もガスとして発生する。この水素を用いて燃料電池を動作させることによりFCHEVの駆動に必要な電力を得る。本研究では,燃料電池で発電時に生成される水を再循環させることにより水素生成システム全体の容積を減らすことを提案している。今年度は,水素生成のためにナトリウムボロハイドライドに加えた水の量と,加水分解により発生した水素と同量の水素をガスボンベから供給したときに燃料電池で生成される水の量を比較し,提案システムの実現可能性について検証した。その結果,蒸発分を含めても,再循環システムを構築するために十分な水の量が得られることが確認できた。その他,マイクロ電気自動車に燃料電池とガスボンベを搭載し,走行試験を行った。また,現有の軽型電気自動車を次年度燃料電池自動車化するために,モータ駆動用のインバータを購入し,アクセル信号やモータの回転子位置情報をインバータ制御ボードに取り込むためのインターフェースの設計製作などを行った。さらに,水素生成システムの試作を行った。初号機は,触媒の流出を防止する機構など問題で,水素生成に至っていないが,改良を続けているところである。永久磁石同期電動機の高効率駆動法についても検討し,検証実験を行うための試験ベンチの製作なども行った。今年度に得られた成果の一部は,国内の学会等で発表を行ったほか,次年度開催されるいくつかの国際会議にダイジェストの投稿を行った。本研究の目的は、無機ハイドライド燃料を用いた水素タンクレス軽型燃料電池自動車(FCHEV)の開発である。ナトリウムボロハイドライドは,触媒存在下で水を加えると加水分解により水素ガスを発生するが,ナトリウムボロハイドライド自体に含まれる水素のほか,水分子に含まれる水素もガスとして発生する。今年度は,軽型電気自動車(EV)に燃料電池等を搭載し実験を行うための準備として,昨年度に購入し制御基板等を製作したインバータ等のコントローラを,既存のものと交換し,モータ制御プログラムを自由に変更してEV走行できるように改造した。また,燃料電池の電圧をEV駆動用の240Vに昇圧するための電力変換回路を設計・製作した。また,この軽型電気自動車のバッテリーを燃料電池と電気二重層コンデンサに昇圧チョッパに置き換える予定である。燃料電池については,5kWのものを購入し,特性試験を行った。昇圧チョッパについては設計・製作し,現在検証実験を行っている。水素生成装置については,不具合等の改善を図り,シーケンスに基づき燃料供給ユニットが動作するようなコントローラボード等の設計・製作を行った。なお,永久磁石同期電動機の高効率駆動法などについても引き続きシミュレーション等で検証した。今年度に得られた成果の一部は,国内の学会や国際会議で発表を行ったほか,次年度開催される国際会議にダイジェストの投稿を行った。本研究の目的は,無機ハイドライド燃料を用いた水素タンクレス軽型燃料電池自動車(FCHEV)の開発である。今年度は,昨年度コントローラを積み替えた軽型電気自動車(EV)のモータ制御プログラムを変更し、走行実験を行い比較検証した。また、燃料電池の電圧と電気二重層コンデンサ(EDLC)をの電圧をEV駆動用の240Vに昇圧するための電力変換回路のそれぞれについて動作試験を行ったほか、それらを組み合わせて実験室内でFCHEVの走行を模擬した各種動作モードで試験を行い、適切に動作することを確認した。水素生成装置により得られた水素を燃料電池に供給し、問題なく発電できることも確認した。

この実験により、水素生成器の容量増加が必要であること、及び水素供給量の制御の検討が必要であることが明らかになった。なお,永久磁石同期電動機の高効率駆動法などについても引き続きシミュレーション等で検証した。今年度に得られた成果の一部は,国内の学会や国際会議で発表を行った。昨年度の成果に基づき、今年度は、粉体状の水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)の加水分解により得られた水素を燃料電池に供給することで発電し走行する燃料電池電気自動車(FCEV)の試験走行実現を目指して研究を実施し、主として以下の成果を得た。(1)始動時など水温が低い場合に、水素生成速度の高速化を図るため、クエン酸の添加による水素生成速度の高速化方式を検討し、高速化可能であることを実験的に明らかにした。(2)燃料電池には適正な水素圧力範囲が定められているため、提案システムの実車搭載前に、水素圧力をその範囲内に制御するための方法を提案し、コントローラに実装し、圧力制御が可能であることを実験室内の実験により示した。(3)軽型電気自動車に搭載されていた鉛バッテリの代わりに、水素ボンベと燃料電池、及び製作した電力変換回路を車載したFCEVを製作し、走行実験を行った。(4) (3)で製作したFCEVの水素タンクに換えて、本研究で開発した水素生成システム(燃料フィードユニット、水素生成器、及び関連する補機類)を車載し、NaBH4の加水分解をFCEVに搭載した水素生成システムを用いて車上で行い、得られた水素を燃料電池に供給し発電することによる試験走行に成功した。なお、車載した水素生成システムには、上記(1)、(2)の成果も適用されている。(1)試験用軽型EV・FCHEVの走行試験については、震災後の節電の影響及び制御法の比較実験を追加実施したことにより、FCHEVへの改造着手を年度後半にずらしたことからFCHEVの走行実験は未実施である。(2)昇圧型電力変換回路の設計と製作については、予定通り実施し、(3)の項目が上記の理由で遅れていることから、実験室内で各種走行条件を模擬した動作検証を追加項目として実施した。(3)燃料電池電気自動車への改造については、上記の理由で遅れている。(4)水素供給方式の検討については、順調に実施した。ただし、生成器の容量増加が必要であることが分かった。また、追加項目として、生成器の始動時の高速化についても検証した。(5)モータ制御法の検討については、計画通り実施した。24年度が最終年度であるため、記入しない。提案水素生成器を燃料電池につないで発電特性を測定した際には、手動で水素生成量の調整を行ったが、実車搭載時には制御法を検討する必要がある。また、容量が設計値より低かったため、装置の改造が必要であることが分かった。そのため、来年度の予算の範囲内で、水素生成装置本体の改造を実施する予定である。
HIV感染によるIL-2シグナル伝達異常

HIV-1、gp120のV3 loopのT細胞の増殖に及ぼす影響につき検討した。V3 loopはIL-2を介する増殖を強く抑制し、細胞をG1で停止させる(Gl arrest)。これらの増殖抑制効果にはループ構造が重要であると考えられた。そこで更にV3 loopの作用点がどこにあるか検討した。1.V3 loopは^<125>I-IL-2のIL-2依存性株ED40515(+)のIL-2への結合を阻害しなかった。2.V3 loopはIL-2刺激後数分で出現するタンパクのチロシンリン酸化に影響を与えなかった。4.PBMCより分離したT8細胞でも同様の増殖抑制を認めCD4分子の存在は必ずしも必要でないことが示唆された。5.以上より、V3 loopの作用点はIL-2が受容体に結合した後のシグナル伝達経路下流に存在していると考えられる。また、V3 loopによるc-fosの過剰発現が細胞増殖抑制に関与しているのかもしれない。
ユーザエクスペリエンス評価手法の開発

本研究は、ISO9241-210やUX白書等を参考にしたうえで、2011年度には目標達成に関してGOB, POB, SOBという行動パターンを区別した。2012年度には品質特性と感性特性を区別し、さらに意味性を位置づけた。またUXの概念を拡張し、ハードウェアやソフトウェアだけでなく、サービスというヒューマンウェアをも含めることとした。この時点で経験という一般的概念に関して経験工学の概念枠を提唱した。2013年度には、品質特性と感性特性を客観的品質特性と主観的品質特性と言い換え、また意味性についての考察を深め、以前提唱した人工物発達学が意味性を見いだす上で重要であり有用であることを指摘した。前年度は、UX(User Experience)の評価用語について、GOB,POB,SOBという概念を提起し、それぞれに該当する概念を明確化したが、今年度は、UXに関するプロセスモデル的な検討を行った。すなわち、UXは、ユーザの必要性や願望からスタートし、外部から得られる情報(具体的には企業から直接提供される製品情報や、雑誌やウェブによる情報)にもとづいて期待や予測が構成され、ついで、製品に触れ、購入を決定し、購入後の短期利用や、その後の継続的な長期利用を経て廃棄に至る一連のプロセスと考えられる。すなわち、UXの評価は、その各段階で行われるべきものであり、それぞれに異なる評価方法を考えねばならない。さらに、製品やシステムの利用だけでなく、サービスの利用を考えたときには、それは使う(useする)ものではない点に注意する必要がある。つまり、病院で医師や看護師による治療を受けるとき、患者は彼らを「使っている」のではなく、その治療を「受けている」。学校で教師による教育を受けているときも同様である。このことから、UXという表現はサービスには適切ではなく、その場合は強いていうならRX(Recipient Experience)となる。このRXについては、サービスの同時性や消滅性といった特徴から、上記モデルのうち、購入に相当するサービスの受容で完了するプロセスとなる。さらに、サービスという概念についても、それをClark以来、産業標準分類にも用いられている第三次産業のように、産業として区別するのではなく、各産業における活動として位置づける必要があることも明らかにした。いいかえれば、機器やシステムの場合は、第二次産業に属するが、製品購入後のユーザ窓口での相談係はサービス活動である。このことから、XE(Experience Engineering)という考え方の提案に至ったUXについては、ISO9241-210にも定義されているが、関係者に実質的に影響力のあるのは2012年に発行されたUX白書である。そこでは、UXについて1主観的なものであること、2事前から事後に至るタイムスパンが重要であること、などが指摘されている。申請者は、この白書を参考にしながらも、2011年度には目標達成に関してGOB (Goal Oriented Behavior), POB (Process Oriented Behavior), SOB (State Oriented Behavior)という行動パターンの区別を行った。2012年度にはHassenzahlのpragmatic attributesとhedonic attributesという考え方を参考にして、品質特性と感性特性を区別し、さらにオリジナルな特性として意味性を位置づけた。またUXの概念を拡張して製品というハードウェアやソフトウェアだけでなく、サービスというヒューマンウェアをも含めることとし、後者の場合にはユーザという表現は不適切であることもあって、UXからUを取り、経験工学(Experience Engineering)の概念枠を提唱した。2013年度には、品質特性と感性特性を客観的品質特性と主観的品質特性と言い換え、特に主観的品質特性に関する表現用語の分析を行い、また意味性についての考察を深め、以前提唱した人工物発達学(ADA: Artifact Development Analysis)が意味性を見いだす上で重要であることを指摘した。こうした経緯を経て、意味性、客観的品質特性、主観的品質特性という三軸から構成される概念として経験(experience)を位置づけ、それぞれの評価指標を整備した。ユーザビリティやユーザエクスペリエンス(UX)の研究領域では、それらの概念をどのように測定し評価するかが大きな課題となっている。2011年度の研究では、まず、UXに関連した概念整理を行った。ユーザビリティは人工物の品質特性の一つであり、UXはその人工物を利用した結果である。したがって、ユーザビリティとUXは根本的に位置づけが異なり、ユーザビリティなどの品質特性を独立変数とすれば、UXは従属変数に相当すると考えられた。またその間には、人工物を利用する人間の行動が入っているため、人間行動について、目標達成を重視するGOB(Goal Oriented Behavior)、目標は存在するが、その達成よりは途中経過を重視するPOB(Process Oriented Behavior)、目標が特に存在せず、特定の状態を維持することを重視するSOB(State Oriented Behavior)という概念を区別することにした。次いで、これら3種類の行動を念頭においてUXを評価用語によって表現させた。

すなわち、心地よさ、楽しさ、うれしさ、快適さ、幸福感、満足感という用語を取り上げ、ある程度の状況を含んだ単文で経験を表現し、それぞれの用語がどの程度状況の表現として適しているかを評価させた。それらは、「小汚い店でラーメンを食べてみたら予想外においしかった時」(GOBに相当)、「難易度を上げたゲームをしている時」(POBに相当)、「寝心地のいいベッドに横になっている時」(SOBに相当)、などの10個である。その結果、GOBに対しては満足感が、POBに対しては楽しさが、SOBに対しては心地よさがそれぞれ最も適した評価用語であるという結果になった。この結果は多少試行的なものではあったが、結果はかなり明瞭なものであり、2012年度にその内容を発展的に検討することとした。今年度は、UXという概念の見直しを行い、そのプロセスモデルの検討を行った。さらに製品やシステムだけでなく、サービスという概念も対象に含め、その扱いが製品やシステムと比較して、プロセス的にも異なること、および、UXというよりはRXと呼ぶべきものであることを明らかにした。その上で、UXという概念よりはXEという考え方の方が一般的であり、適切であると考えられた。これらの考え方は、本研究における評価対象の範囲を明確にするものであり、2013年度における評価手法の検討において、どのような手法を採用すべきかにも関連してくるものである。こうした成果は、放送大学年報に論文として掲載したほか、HCI International 2013、APCHI 2013という国際会議で発表することになった。2011年度中にINTERACT2011という国際会議に参加し、UXの評価法という講習会に参加した。そこでは、質問紙法(AttrakDiff)、形容詞評価法(Look and Feel Tool)、フィールドワーク的手法(経験サンプリング法、前日再構成法、iScale、UXエキスパート評価)、心理生理学的評価法、画像を利用した手法(FaceReader, PrEmo)、3次元物体を利用した手法(身体感覚的評価具)などが紹介された。また、AllAboutUXというサイトには81種類ものUX評価法が紹介されている。これらのことから、UX評価法が現時点でのUXやユーザビリティの関係者の焦点になっていることが分かる。しかし、これらの手法はいずれも経験という概念をきちんと定義しておらず、何らかの形で日常生活における印象評価を行っているものも少なくない。その点、GOB, POB, SOBという形で人工物を利用した人間行動を区別し、その上で評価を行おうとした2011年度の研究アプローチは、既存の評価法とは全く異なっている。
冠動脈固有の側副血行路形成過程を理解するための基礎研究と種間の相同性の探索

冠血管の固有の形態を評価するために、マウス冠循環を還流固定後放射線非透過樹脂を下行大動脈より注入し、マイクロX線CTにて撮影を行った。また、血流配分の変化を評価するために、心筋梗塞モデルにおいて冠動脈結紮直後と冠血管拡張後にそれぞれ血流依存的に冠血管内皮細胞を標識する手法を作出した。つづいて種間の相同性を探索するため、有尾両生類の冠血管形態を解析した。アカハライモリでは心室領域よりも円錐部において潤沢な冠血管網を認めた。それらは直接冠静脈洞に流入しており、哺乳類と異なる走行をしていることが明らかとなった。以上の結果の一部は第78回、79回日本循環器学会で発表した。今年度は冠動脈の比較解剖を行うための、冠循環評価手法の開発を試みた。使用する生物種として有尾両生類を用い、アカハライモリおよびアホーロートルを入手し、トリカインを用いて麻酔下に蛍光色素を経血管的に注入し、全身の血流依存的な血管を可視化することに成功した。本法を用いて有尾両生類の冠循環形態を評価した結果、冠動脈は頭部領域より起始し、その後心臓円錐部の表面を下降して左冠静脈洞に流入することが明らかになった。心室領域においては冠血管の発達は乏しく、ほ乳類との相違が認められた。近年冠血管内皮の由来について冠静脈洞内皮あるいは心内膜細胞由来等複数の由来が示唆されているが、今回の研究に用いた有尾両生類は心室の緻密化が乏しく、生理学的研究において心室筋は心内膜側からの拡散による酸素供給を受けているとの報告もある。本研究により明らかとなった冠循環形態は冠静脈洞から連続して血管床を構成しており、心内膜細胞より構成されるとされる高等脊椎動物での報告では説明困難な形態を有している。以上の結果は第78回日本循環器学会学術集会・The 18th International Vascular Biology Meetingにて発表した。肉眼解剖的手法と共に、共焦点顕微鏡や二光子顕微鏡を用いてマウス心臓の微小循環形態を可視化する手法の開発も試みた。蛍光標識レクチンを用いて内皮細胞を標識し、心臓を採取・固定後、ビブラトームを用いて厚さ1mmの心臓短軸断面切片を作成したのち、各種組織透明化試薬を用いて深部構造の形態評価について比較した。その結果、一部の透明か試薬により、蛍光強度を保ったまま最深500μmまでの形態を非破壊的に評価できる手法を作出した。研究2年度目は即副血行路の形成過程を明らかにするために、成体マウスに冠動脈結紮を施し、心筋梗塞モデルを作成して即副血行路の形成過程を評価した。モデル作成後のマウスに対して血流依存性・非依存性に血管内皮細胞を標識し、梗塞周囲の境界領域において、血流依存的に標識される血管内皮細胞がモザイク状に散在することが明らかとなった。また、一酸化窒素合成阻害薬を術前に投与することで、血流依存的な内皮細胞の領域が減少することが明らかになった。また全体像の評価を行うために、放射線非透過樹脂を注入し、マイクロX線CTにて撮影を行ない、非結紮領域から供給される側副血行路の可視化を試みた。さらに、ビブラトームで作成した組織切片を透明化し、核染色を併用して多光子顕微鏡で撮影し、およそ500micronの範囲で三次元的に心筋内の核を撮影することを可能とした。本法を用いることにより細胞レベルでの血管・心筋の空間内での配置を情報として抽出することが可能となり、側副血行路の形成過程の変化の起点となる領域を検出する実験系の基盤を創出することができた。以上の結果を含んだ内容については、平成27年4月24-26日に行われた第79回日本循環器学会学術集会において発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。循環器内科学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画において初年度の予定として計画していた、冠循環を評価する実験手法の作出については、目標とする微小循環の可視化・及び生体下での血管標識手法を作出することができた。更に微小循環の評価も期待できるマイクロフォーカスX線CTでの撮像も条件検討を開始し、次年度は更に形態の評価手法の幅が広がることが期待される。比較解剖学的手法については、有尾両生類を対象とした形態の評価に着手することができた。当初の目標では脊椎動物全般を対象としており、次年度は現時点で開始できていない爬虫類等の生物に着手する予定である。また、生物種横断的な手法と共に、個体発生にさかのぼり冠血管の相同性を説明するメカニズムを模索する。

比較解剖学的検討については、引き続き複数の脊椎動物を対象として検討を行う。同時に個体発生をさかのぼり、内皮細胞・形態形成の起源となる領域の同定および、ほ乳類の形態と特に異なっている心室領域の冠循環形態の発生・進化メカニズムを説明できるモデルの提唱を目指す。冠循環の可視化手法に着いては、特に微小循環の可視化により之まで評価が困難であった微小循環障害などの形態の差を、動物モデルを用いて検証することを予定している。
X線観測による、銀河団プラズマの物理状態の新しい解釈の確立

従来は代表的なクーリングフロー天体と思われていたAbell 1795銀河団に対し、有効面積および空間分解能で「あすか」に勝るNewton衛星のデータを解析した。銀河団プラズマの熱的状態を調べたところ、クーリングフロー現象が起きているという描像よりむしろ、高温(6.2keV)・低温(2.2keV)の二成分のプラズマが共存しているとした方がデータを良く再現できる、という結果を得た。これは、昨年度にケンタウルス銀河団で得た結論と一致するもので、普遍的な事実であると考えられる。これにより、「あすか」衛星で得られていた示唆が観測的に明確となり、従来のクーリングフロー仮説に代わる、銀河団プラズマの新しい描像を確立することができた。放射冷却を補うプラズマの加熱源としては、銀河の運動によって励起される磁気乱流のエネルギー散逸が最も有力であると考えられ、太陽コロナとの類似性を考えると全ての観測事実を矛盾無く説明することできる。9月下旬に岩手大学にて行なわれた、日本天文学会秋季年会での企画セッション「銀河団のクーリングフロー問題」ではこれらの成果を口頭で発表し、フリーディスカッションにも積極的に参加して討論を行なった。また海外でも、5月上旬のRingberg(独)での研究会"X-ray Studies of Galaxy Clusters and Deep X-ray Surveys"、および7月中旬のパリでのシンポジウム"35th COSPAR"にて発表を行なうとともに、議論を行なってきた。一方で、打ち上げを間近に控えたAstro-E2衛星搭載の硬X線検出器(HXD)について、各種の環境試験や較正試験などに主導的な立場で参加、またそこで得られたデータの解析を行ない、銀河団からの硬X線を捉えるために最大限の性能を発揮できるよう努めてきた。これにより、上記の描像に全く別の角度からの裏付けを与えることが期待される。Newton衛星のバックグラウンドを精度よく見積もるために、100近くの観測データを系統的に解析し、データベースを作ると同時に、モデル化の手法を確立した。これを踏まえて、Newton衛星によるケンタウルス銀河団の観測データを解析し、銀河団プラズマの熱的状態を調べた。その結果、温度が0.5keV程度よりも低温のプラズマ成分が有意には見られず、その上限がクーリングフロー仮説で予言されるよりも一桁以上低いことから、クーリングフロー現象は起きていないという結論を得た。また、中心部を空間分解してスペクトル解析を行ったところ、プラズマ温度は半径の一価関数として中心に向かって徐々に下がっているのではなく、高温・低温の二つのプラズマ成分が共存していて、中心ほど低温成分の割合が多くなっていることを明らかにした。これらは「あすか」衛星で示唆されてきた事柄を、初めて明確に立証するものである。私はこれらの成果を、3/223/24(2004)の日程で名古屋大学にて行われる日本天文学会春季年会で報告し、また投稿論文としても準備中である。また、5/316/4の日程でCharlottesville(米)にて行われた研究会"The Riddle of Cooling Flows in Galaxies and Clusters of Galaxies"に参加し、理論・観測両分野におけるクーリングフロー問題の現状について情報を集めた。9/219/24の日程では、上海にて行われた研究会、"Beyond the Milky Way : Progress in Extragalactic X-ray Astronomy with Chandra and XMM-Newton"に参加し、「あすか」衛星の解析結果を元に提案されていた銀河団プラズマの新しい描像について、私の最新の結果を踏まえて口頭発表を行い、議論を行ってきた。
多階層概念に基づくプラズマ相転移のダイナミックスと構造形成

物質の第4の状態であるプラズマは、様々な状態にある中性媒質から複雑な原子・分子過程や衝突・輻射過程を通して生成される。本研究では、複雑な原子過程や衝突・緩和過程と取り入れた統合化粒子コード(EPIC3D)を開発するとともに、これにより、放電・雷過程や高強度レーザーに照射された様々な物質の電離過程の詳細を調べた。これらの研究および核融合プラズマや宇宙プラズマにおける磁気リコネクションの研究を通して、突発的ダイナミックスやその際現出する特異な構造形成を司る物理過程を明らかにした。平成22年度は、以下の研究を進展させた。1)EPIC3D(統合化粒子コード)における原子過程のモデル化研究:放電・雷過程を模擬するには、これまでの電子とプラズマ粒子(電子・イオン)に加えて電子・中性粒子間の衝突効果が重要になる。このため、電子・中性粒子衝突過程をEPIC3Dに組み込み、定常電場における定常速度分布関数(Druyvesteyn分布)が再現することを確認した。この過程を取り入れた、圧縮した希ガスの放電シミュレーション研究に着手した。2)EPIC3Dの並列化の研究:原子過程を取り入れたEPIC3Dによるシミュレーションは、プラズマの粒子種(各価数イオンや電子)が時間的・空間的に大きく変動することから、並列計算時においてCPUに大きな負荷の不均衡が生じる。このため、京都大学学術情報メディアセンターと連携して、媒質の不均一性に対応して負荷分散を適切に行う不等間隔並列化を行い、シミュレーションの高速化を実現した。今後、シミュレーションの進展に従ってCPU数の割り当てを変化させる動的並列化の開発等を進める予定である。3)EPIC3DによるX線内郭電離プラズマのダイナミックス研究:X線自由電子レーザーによる生体高分子の回折像を高精度で取得するためには、高強度X線を照射する必要があるが、この際、X線が内殻電離過程により吸収されると10keVレベルの高エネルギー電子が発生し、それにより生体高分子が破壊される可能性がある。このため、生体高分子を同サイズのクラスターに見立て、X線レーザーとクラスターとの相互作用シミュレーションを、EPIC3Dを用いて行うことによりこの過程を解析した。この解析から、優位な回折像を得るためのX線レーザー強度を評価した。4)高精度Vlasovコードの開発:位相空間を連続流体として扱うVlasov方程式の高精度シミュレーションを行うため、マルチモーメント法の一つであるIDO(Interpolated Differential Operator)法を用いたコード開発を行い、エネルギーやエントロピー保存の観点から本手法の有用性を確認した。H22年度は、1)放電・電離過程における突発的な多階層ダイナミックスおよび2)磁気リコネクションに伴う突発的な爆発現象に関する理論・シミュレーション研究を実施した。1)平成21年度までの原子・緩和過程と取り入れた統合化粒子コード(EPIC3D)によるネオンやアルゴンなどの希ガスの放電・雷シミュレーションにおいて見出した放電・雷の突発的発生と複雑な枝分けれ構造を再現するパーコレーション理論に基づくプラズマ転移理論を構築した。具体的には、放電媒質を静電容量や自己インダクタンスを持った微小体積要素の集合として記述する交流回路網と逃走電子による電離の生成・消滅過程を確率論的に記述するモデルを結合させたパーコレーション転移モデルを構築し、このモデルに基づくレーザーガイド下での放電シミュレーションにより、放電の突発的な発生と枝分かれ構造を有する放電パターンを再現することに成功した。2)核融合プラズマや宇宙・天体プラズマにおいて、電磁流体力学(MHD)過程が関与した突発的で爆発的な高速の磁気リコネクション現象を説明するモデルとして、爆発的リコネクションに至るまでのゆっくりとした磁気島の構造変化が新しい自由エネルギー源にとなって二次的不安定性が発生し、これが爆発的リコネクションを引き起こすとする理論を提案した。また、この理論を同定する新しいシミュレーション手法を構築し、それにより、この新しい不安定性(構造駆動型非線形不安定性)を同定することに成功した。この不安定性は、構造変化に対してしきい値を有する臨界型の不安定性であることも見出した。さらに、高強度レーザー場中での粒子運動を記述する非正準Lie摂動論に基づく理論モデルに関する研究を進展させ、高強度レーザー場の同重力に対する新しい表式を導くことに成功した。また、プラズマ相転移過程を高精度で再現する粒子コード(EPIC3D)の並列化研究を進展させた。H23年度は、1)平成22年度に開発を進めたラズマ相転移過程を高精度で再現する粒子コード(EPIC3D)を用いて高強度レーザーと物質との大規模な相互作用シミュレーションによる電離過程の研究、および、2)波長オーダで集束した超高強度レーザー場中での荷電粒子運動の非線形ダイナミッグスを記述する理論研究を実施した。1)集光強度10**19W/cm2、パルス長20fsecレベルの超高強度レーザーと固体炭素(ダイアモンド)との大規模・高精度の相互作用シミュレーションを実施し、電離過程および固体中を伝播する電離波のダイナミックスに関する研究を進展させた。

レーザーに照射された固体炭素は、表面近傍で光速の1%程度の緩やか速度で4価のイオン化が進む一方、その領域での圧力があるしきい値に達すると、光速の40%に達する高速で伝播する4価の電離波に遷移することを見出した。この4価の高速の電離波は、電離波面の荷電分離に伴う静電場による場イオン化によって維持されることを明らかにするとともに、これを説明する理論モデルの構築を行った。2)時空間において局在したレーザー場中での荷電粒子はレーザーの動重力を受けて運動する。この動重力は、電磁場振幅の勾配に比例する力として運動方程式に対する平均化法により導出されていたが、新たに非正準Lie摂動理論を導入することにより従来の理論を拡張し、電磁場振幅の曲率や曲率微分などの高次の構造を取り入れた理論に拡張することに成功した。この理論は、高強度レーザーを利用した様々の応用研究(レーザー粒子加速やレーザー物質相互作用)において重要なレーザー場の形状効果や輻射減衰を伴う粒子運動を正しく理解する基礎となる重要な成果である。これらの研究と平行して、H22年度に実施した核融合プラズマや宇宙・天体プラズマにおける爆破的なリコネクションのトリガーに関する構造駆動型非線形不安定性の理論研究も進展させた。複雑な原子過程や緩和過程と取り入れた統合化粒子コード(EPIC3D)の開発を行うとともに、これによるネオンやアルゴンなどの圧縮した希ガスの放電・雷シミュレーションを行い、プラズマ相転移の概念(初期値の形成・トリガーと連鎖ダイナミック・大域的構造発展)に基づいて、放電・雷現象が内在的に有する突発的な発生や微細な分岐構造の背後にある物理機構を明かにすることに成功した。特に、シミュレーションで見出した放電・雷の突発的発生と複雑な分岐構造を再現するパーコレーションに基づく理論モデルを構築した。具体的には、放電媒質を静電容量や自己インダクタンスを持った微小体積要素の集合として記述する交流回路網と逃走電子による電離の生成・消滅過程を確率論的に記述するモデルを結合させた転移モデルを構築し、このモデルに基づくレーザーガイド下での放電シミュレーションを行い、放電の突発的発生と分岐構造を有する放電パターンを再現することに成功した。同様に開発したEPICにより、高強度極短パルス長レーザーと固体薄膜(炭素)との大規模・高精度の相互作用シミュレーションを行い、レーザーによる固体薄膜の電離過程および固体中での電離波伝播のダイナミックスと構造に関する研究を行った。レーザー照射された固体炭素は、固体表面から光速の1%程度の緩やかな速度で伝播する4価までのイオン化がレーザー場による直接電離で進む一方、その領域での圧力が閾値に達すると、光速の30-40%の達する高速の4価の電離波が形成され、固体中を伝播する現象を見出した。この4価の高速の電離波は、電離波面の荷電分離による空間的に局在した静電場(孤立波)の形成とその伝播によって維持されることを明らかにするとともに、これを説明する理論モデルの構築を行った。