hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電気泳動堆積法による傾斜機能圧電セラミックスの成膜とその寿命評価

本研究では,電気泳動堆積法を利用して傾斜機能圧電材料を作製するプロセスを確立した.そのプロセスにより2層チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)圧電セラミックス材料を作製しその特性を評価した.PZT粒子の電気泳動堆積では,時間当たりの堆積量が懸濁液のpHに依存し,pHが5付近で最適となることを明らかにした.本方法により作製したPZT系セラミックスの破壊じん性値は堆積方向の値が積層面内のそれに比べ,50%程度の低い値となり,極めて強い異方性を示すことが分かった.今年度は市販および研究室で作製したチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)仮焼粉を用いて,ニッケル基板上に電気泳動法(EPD)により堆積させる予備実験を行った.研究室で作製したPZTは,相境界付近組成(Zr:Ti=52:48)のものとこれにニオブを添加したものである.ニッケル基板上へのEPD堆積において比較的安定した成膜が可能であったのは市販の材料粉であったため,この材料を用いて各種条件により堆積試験を行い,以下の結果を得た.エタノール中にPZT粉を分散させた懸濁液を150Vの電位によりEPD堆積させる場合,1%硝酸を用いてpHを調整したところ,pH値が4.4において最大の堆積量を得た.また,堆積量は堆積時間および負荷電圧にほぼ比例することがわかった.ただし,1回の工程で,ある時間以上堆積させても堆積物質が自重により剥がれるため,限界の堆積量がある.また,電圧を徐々に増加させながら堆積を行うと,堆積物表面が滑らかになることが分かった.このため,負荷電圧を50Vから200Vまで1分ごとに10Vずつ上げる条件で市販PZT粉をEPDにより堆積させた.これを焼成,分極の工程を経て,幅15mm,長さ20mmの片持ちはり状ユニモルフ型アクチュエータを作製し,その変位特性を評価した.圧電膜に6 kV/mmの電界を負荷すると,アクチュエータ先端で2.4 μmの変位量を得た.今回成膜したPZTの圧電定数d33を測定したところ,240 pC/Nであった.この値は同じ材料を通常の加圧成型により作製した圧電セラミックスにおいて得られた値340 pC/Nに比べて30 %程度低い値となっており,EPD堆積法による圧電体の緻密度は低いことがわかった.電気泳動堆積プロセスによる堆積量の増加および高密度化,また多層化についていくつかの成果を得た。昨年度はセラミックス粉を分散させる溶液としてエタノールを用いて,その堆積量が最適となる条件を見出したが,堆積後の乾燥時に表面にき裂などの欠陥が生じる問題点が残った。これはエタノールの蒸発時間が短く均一な乾燥が困難なためであった。今年度,精製水を用いた方法でプロセス条件の検討を行った。水系溶液を用いることで,ひび割れ等の欠陥生成は防ぐことが可能であったものの,堆積量はエタノールの場合に比べ劣ることがわかった。堆積量を増加させるには印加する電圧を大きくする必要があるが,高電圧による電気分解により気体が発生し気泡が生じ十分な圧電体膜を成膜することが困難であった。上記問題点の解決方法として矩形波状の電圧印加を採用することとし,その周波数あるいはデューティ比などの条件を調査した。その結果,0.3 Hz以下でデューティ比30 %の矩形波交流電圧を用いると良好な成膜が可能でかつ成膜効率が高くなることがわかった。これらの知見により,市販のPZT仮焼粉と研究室で作製したリラクサ強誘電セラミックスPb(Ni1/3Nb2/3)0.55(Ti0.7Zr0.3)0.45O3の2層材の焼結に成功した。圧電体としての特性評価にはまだ着手できていないが,多層成膜に成功したことは材料の傾斜機能化に向けての成果といえる。圧電セラミックスと弾性体の接合構造を有するバイモルフ型アクチュエータは,その構造に起因して材料接合部の強度信頼性に問題がある.この欠点を克服する方法として傾斜機能圧電セラミックスを用いたモノモルフ型アクチュエータが研究されているが,この材料作製に電気泳動堆積法が有効である.本研究ではまず電気泳動堆積法を利用して傾斜機能圧電材料を作製するプロセスを確立した.条件として特に重要となるのはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)粒子を含む懸濁液のph値であるが,溶媒としてエタノールを用いた懸濁液のphを約5に調整することで,時間当たりのPZT堆積量が最大となることを見出した.本プロセスによりPZTとリラクサー型圧電セラミックスPNN-PZTからなる,2層圧電セラミックスを作製しその特性を評価した.まず機械的強度として破壊じん性値を測定した.結果,本方法により作製したPZT系セラミックスの破壊じん性値では堆積方向の値が積層面内のそれに比べ,50%程度の低い値となり,極めて強い異方性を示すことが分かった.次に分極した2層圧電セラミックスにより,片持ちはり型のモノモルフアクチュエータを作製し,その駆動特性を評価した.±50V/mmの交流電界負荷により,長さ10 mmのアクチュエータ先端において14μm/Vの変位が生じることを確認し,本方法による傾斜機能モノモルフ型アクチュエータの作製が可能であることを示した.

本研究では,電気泳動堆積法を利用して傾斜機能圧電材料を作製するプロセスを確立した.そのプロセスにより2層チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)圧電セラミックス材料を作製しその特性を評価した.PZT粒子の電気泳動堆積では,時間当たりの堆積量が懸濁液のpHに依存し,pHが5付近で最適となることを明らかにした.本方法により作製したPZT系セラミックスの破壊じん性値は堆積方向の値が積層面内のそれに比べ,50%程度の低い値となり,極めて強い異方性を示すことが分かった.電気泳動法による成膜において,堆積層の質および量に関わる問題点が想定以上に多くあり,その解決に時間を要している。プロセスの諸条件をシビアに制御しなければ再現性も向上しない。以上のことにより堆積条件の確立という点で当初の研究計画よりも遅れている。工学2層材の成形,焼成に成功したので引き続き3層以上の多層材成膜を行う。また,焼成した材料について機械的および圧電的特性評価を行う。当初の研究実施計画におけるEPD堆積の条件を決定するという点に関しては,ほぼ達成できた.しかしながら良好な堆積を得る条件はpH値や温度などにかなり敏感で,パラメータを選定しつつ,最適条件を探索するのに予想以上の時間を費やした.また成膜された圧電体の特性特性向上のための条件をさらに詳細に調査する必要がある.今年度は単一材料による成膜にとどまったため,複数の種類の粒子を順次成膜し,圧電体に傾斜機能性を持たせる点はまだ不十分である.成膜された圧電体の特性は評価できた.また,アクチュエータを作製し,その静的な特性評価は行うことができたものの,動特性等の評価が不十分である.まず単体の材料を用いて,十分な圧電特性を有する圧電体膜の成膜条件を確立させる.当該年度では粒子の大きさあるいはその分布特性などの検討が十分でなかったことが明らかとなったので,この点もEPD法堆積の条件パラメータとして検討する.特性の異なる材料を順次成膜して,傾斜機能性を持たせた材料を作製する.そしてこれがモノモルフアクチュエータとして十分機能するかを検証し,その駆動時に生じる電気弾性場を明らかにする.このデータが本研究の最終目的である強度評価を行うための重要なデータとなる.購入した高温電気炉が予定した額より低額で購入できたため.材料用試薬品に使用
赤泥の有用利用に関する基礎的研究

赤泥中の有用金属の無機酸浸出(塩酸、硝酸、硫酸)が研究され、更に経済的見地と浸出効果から主として硫酸浸出が検討された。赤泥中の有用金属の酸浸出は浸出時間・温度、試薬濃度が大きな要因になる。ソーダライトとして存在するNaは浸出条件によらず10分間で100%浸出される。温度と酸濃度の影響は相対的に低い。Caは浸出条件によらず1時間でその20%を浸出する。Alは浸出条件によらず、10分後に60%浸出するが、温度上昇時(60°C,80°C)には時間と共に除々に浸出率を増加する。これは赤泥中のAlを含むソーダライトの浸出に由るものである。Siの硫酸浸出は浸出条件に拘らず10分後に65%の浸出率を示す。これはSiを含むソーダライトの溶出による。酸濃度が大きい時(7.2mol/l)Siがコロイド粒子として沈澱する為、浸出率は下る。Feの浸出は温度の影響が極めて大きく、80°Cで90%にも達する。酸濃度の影響は、塩酸浸出において特に著しい。Tiの硫酸浸出は、25,40,60°Cでは平衡状態に達するまで16時間もかかるが、80°Cでは4時間で平衡に達する。しかし、その浸出率は40%にしかすぎない。塩酸、硝酸は濃度の影響を殆ど示さない。Fe,Al,Ti,Caの酸浸出機構は界面反応モデルがあてはまり、その速度定数により各元素の浸出の難易度を定めることができる。Ti,Zrは1.8mol/l H_2SO_4、120°Cで浸出したあと、その残渣中の品位はそれぞれ72%、6%に濃縮される。赤泥上澄み液から、SiO_2/Al_2O_3の比を増加させることにより、A-ゼオライト、X-ゼオライト、アナルサイムが生ずる。いずれの場合も少量のフィリップサイトが共存している。これらはSEMにより確かめられた。ゼオライトの結晶化には1215日が必要であり、日数がたつにつれてフィリップサイトの比が増加する。つくられたゼオライトを種として入れておくとゼオライトの結晶化は促進する。ゼオライト合成後の溶液中のAlとSiの濃度はSiO_2/Al_2O_3=3の時に最少になる。
運動制御理論を応用した歯学臨床手技の巧緻性評価と教育システム

昨年度は、臨床経験の有無、上腕に力学的負荷をかける等の条件設定を行い、小サンプルを用いて歯学領域における臨床手技の運動をマクロ的に数理解析して、運動制御学的パラメータが手技の巧緻性を定量評価する上で有効であることを明らかにした。引き続き今年度は、サンプル数を増加させ、臨床手技の運動の詳細を表現する運動制御学的パラメータを追加して実験を行った。3年以上の矯正歯科の臨床経験を有するもの(熟練者群)と、矯正歯科臨床経験が3年未満のもの、あるいは全く矯正歯科臨床経験を有さないもの(非熟練者群)を被検者として、ファントムを用いて、利き腕にてピンセットを用いて人工歯表面の最適な位置にエッジワイズ装置(ブラケット)を接着する操作を行わせ、1)運動効果器(ピンセットの先端)の運動軌跡、2)頭部、上半身、上腕および基節、中節、末節骨の運動軌跡を同時記録した。運動制御学的パラメータとしては姿勢制御と、ハンドインスツルメント(運動効果器)の運動時間、運動速度、前後、横、垂直方向の変位量、円滑性および速度プロファイルの対称性を用いた。統計学的比較にはMann-Whiteney-U-testを用いた。熟練者群は、非熟練者群と比較して、減速相において、ハンドインスツルメントの運動の円滑性は有意に高く(P<0.01)、より対称性のある速度プロファイルを有することが示された(P<0.01)。さらに、熟練者群は、非熟練者群と比べて、加速相での前後方向の変位量が大きく、減速相では小さいという結果が得られた(P<0.01)。以上により、減速相での運動の円滑性および前後方向の変位量、速度プロファイルが手技の熟練度を評価する上で有効な指標であることが明らかとなった。これらの手技の熟練度が評価可能な運動制御的パラメータを明らかにすることで、技術の習熟度を客観的に評価してフィードバックする教育システム開発の基盤が構築されたと考えられる。歯学部学生と5年以上の矯正歯科臨床経験を有するものを被検者として、ファントムを用いて、利き腕にて人工歯表面の最適な位置にエッジワイズ装置(ブラケット)を接着する操作を行わせた。1)運動効果器(ピンセット全体およびその先端)の運動軌跡、2)頭部、上半身、上腕および基節、中節、末節骨の運動軌跡を同時記録した。運動制御学的パラメータとしては(姿勢制御、ハンドインスツルメント(運動効果器)の運動軌跡の円滑性を評価した。上腕に力学的負荷をかけた場合には、運動の円滑性が低下した。また、矯正歯科臨床経験を有する者は、臨床経験を有さないものと比較して、運動軌跡がより円滑であった。加えて、負荷による運動円滑性の低下は、臨床経験を有するもののほうが少なかった。以上より、本解析方法は手技の熟練度を評価するうえで有効であることが明らかとなった。したがって、次年度の研究計画(教育システムとしてどのように研究結果をふまえた内容にするかを検討し結論を得る。)を遂行するうえで意義ある研究結果が得られたものと考えられる。とくにどのように個々人の技術を評価した結果をフィードバックして技術の向上に寄与させるかを決定していくうえでの基盤が構築されたと考えられる。
マルチモダリティーの視点に基づく科学的モデリング能力の発達的過程の解明

理科教育では,科学的モデリング能力は,科学的能力の一つとしてカリキュラムの重要な構成要素となっている。しかしながら,科学的モデリング能力の発達的過程が実証的に十分に解明されているわけではない。また,理科カリキュラムの内容構成についても,今日のモデル論から見て理論的な課題も指摘されている。さらには,モデルの多様な表現様式を活用する能力や視空間的思考との関連も考慮する必要がある。本研究では、研究内容を1文献調査,2国際比較調査,3教科間比較調査,4フィールド調査に細分化して実施する。これらを通じて,科学的モデリング能力の発達的過程の解明を目指す。
DNAの鎖を切る代わりに塩基を切り出す制限酵素

本研究では、(1)脱塩基サイトでDNAを切断する活性(APリアーゼ)を証明した。(2)鎖切断を作らないで、形質転換活性を損なうことを証明した。(3)中温菌から、ホモログを精製し、DNA切断活性を証明した。私達は、制限酵素と修飾酵素(DNAメチル化酵素)からなる制限修飾系が「動く遺伝子」としてふるまうことに基づいて、ゲノム配列を比較解析し、全く新しい基本立体構造(ハーフパイプ・フォールド)を持つ制限酵素(R.PabI)を発見した。その標的DNAとの共結晶では、認識配列中の塩基が鎖から離れて存在していた。続く解析は、この酵素が「塩基の切り出し活性」(DNAグリコシラーゼ活性)持つことを示した(Miyazono et al. Nature Communications, 2014)。この酵素の反応の機構と生物機能を解明することを目的とし、次の成果を得た。1.<APリアーゼ活性の証明> R.PabIが塩基切り出しによってできたAP(脱塩基)サイトに特異的な、DNA切断活性(APリアーゼ)を、持つ事を証明した。APリアーゼ反応が酵素に結合した中間体を、NaBH4還元によってトラップすることに成功した。これによって、R.PabIがエンドヌクレアーゼでないという前報の誤りをただすことができた。2.<塩基切り出しが制限修飾の実体であることの証明>そのDNAグリコシラーゼとAPリアーゼが、切り出される塩基の修飾酵素によるメチル化によって阻害されることを証明した。さらに、二重鎖環状DNAをこの酵素で処理すると、鎖切断をひとつも作らない状態でも、形質転換活性が損なわれることを証明した。3. <中温菌のホモログの解析>R.PabIは、超好熱古細菌から得られた。真正細菌(イプシロンプロテオバクテリア)の中温菌であるCampylobacter coliとHelicobacter pylori(ピロリ菌)から、R.PabIのホモログを調製し、DNA切断活性を証明した。ゲノム動態学
前立腺癌に対する癌ワクチン療法に応用しうるペプチドの同定

現在、癌ワクチン療法の多くはHLA-A3 supertypealleles陽性症例に対する適応はない。今回、癌ワクチン療法適応拡大のためにHLA-A3 supertype alleles陽性前立腺癌患者に対し癌ワクチン療法に応用し得るEZH2由来ペプチドの同定を試みた。HLA-A3 supertypealleles親和性より5種類のEZH2由来ペプチドを準備し免疫学的アッセイを施行した。結果、EZH2733-741ペプチドが最もペプチド特異的細胞障害性Tリンパ球を誘導し、癌ワクチン療法に応用しうるペプチドであることが示された。今回の研究ではペプチドワクチン療法の選択肢を増やすためにHLA-A3スーパータイプアレル陽性前立腺癌患者に対する癌ワクチン療法に有用なEZH2由来ペプチド同定を行った。EZH2由来ペプチドは全てHLA- A3スーパータイプアレル分子に対する結合モチーフに基づき調整しHLAクラスI分子からの解離予測半減期に基づき計算された結合スコアより5種類のEZH2由来ペプチドを候補とした。次に5種類のEZH2由来ペプチドがHLA-A3スーパータイプアレル陽性前立腺癌患者のPBMCからペプチド特異的CTLを誘導できるかについて調べた。具体的にはIn vitroにおいて各EZH2由来ペプチドまたは対照ペプチドにてPBMCを刺激し、刺激後の細胞が対応ペプチドをパルスしたC1R-A3スーパータイプアレル細胞に応答してINF-γを産生するかを調べ、その結果EZH2733-741ペプチドにより6人のHLA-A3スーパータイプアレル陽性前立腺癌患者のうち4人のPBMCからペプチド反応性CTLが誘導された。次にIn vitroにおいてHLA-A3スーパータイプアレル陽性前立腺癌患者由来のPBMCをEZH2733-741ペプチドにて刺激し、それにより誘導されたペプチド反応性CTLが前立腺癌細胞株に対して細胞傷害活性を示すことができるかを調べた。In vitroでEZH2733-741ペプチドにて刺激したHLA-A3スーパータイプアレル陽性患者由来のPBMCは、HLA-A3スーパータイプアレル陰性前立腺癌細胞株(LNCaP)およびHLA-A3スーパータイプアレル陽性幼弱化T細胞(PHA-blast)に対してよりもHLA-A3スーパータイプアレル陽性前立腺癌細胞株(LNCaP-A11,-A31,-A33)に対して高いレベルの細胞傷害活性を示した。泌尿器科学直接経費の中で旅費を400,000円計上していた。当初は各ペプチド毎に中間報告という形で研究発表を行う予定であったが研究はまだ半ばである為発表の機会がなく、学会発表の為の旅費を計上していたがそれを果たすことができなかった、学会参加及び他施設への技術研修の為にも旅費を計上していたが日常の臨床業務、研究業務に時間を労費しこれも機会がなかった。今回の経費の中で95%purityのペプチド合成は非常に高価で(5mgで5万円前後)。今後のスクリーニングするCTLアッセイ、51Crrelease assay、cold inhibitionassayの回数にも依存するが一次スクリーニングで1015種類の各ペプチド最低5mgずつ必要となる。第2次スクリーニングにて1020mg必要と思われる。その為、今回の差額に費やし、最終的に研究結果の発表を行う為の経費にも費やす予定である。
強磁性材のアブレシブ摩耗に及ぼす磁気効果とその応用に関する研究

凝着摩耗に関して筆者は、磁界は摩耗粉の酸化と微細化を促進し、結果的に凝着摩耗を減少させることを報告した。しかしこのような現象は、言わば磁場の二次的な効果であって、直接的な効果は、摩耗粉の介在することの少ないアブレシブ摩耗に顕著に現れるものであり、アブレシブ摩耗量は、塑性流動圧力P_mの小さい軟らかい材料ほど大であるとされていることから、磁場が材料を軟らかくするのであれば研削効率を向上させることが可能であると考えた。本研究の目的は、上述のアブレシブ摩耗に及ぼす磁気効果を明らかにし、その結果を研削加工効率向上の手段として利用するための基礎的な資料を得ることである。そのためにまず、磁化したピンをエンドレスベルト研磨紙で研磨する、磁場内アブレシブ摩耗試験機ならびに磁化のための周波数変換器を試作した。実験の結果、交流磁化の強いほど、磁化周波数の高いほど摩耗量は増加し、磁気効果を認めることができた。そしてその効果は、振動する磁壁と転位との間の弾性相互作用による可動転移密度の増加とΔE効果との相乗作用による、材料の軟化によってもたらされたと説明し、磁化による硬さの減少によってこの考えを立証した。さらに、研削加工のような高い摩擦速度における磁気効果を検討するために、卓上旋盤を改造した磁場内研削加工試験機を試作して実験を行った。その結果、磁気効果は摩擦速度に大きく存在し、摩擦速度の速いほど小となり、150m/minでは1%以下にまで減少することがわかった。その原因としては、磁壁の移動速度がそれ程には速くないことが挙げられる。しかし研削あるいは加工速度が遅い場合には数%の効果がみられるので、その有効利用については、一層の検討が必要であると考える。本研究の目的は、アブレシブ摩耗における交流磁場の影響を調べ、その成果を強磁性材の研削加工に応用することの可能性を検討することである。そのために平成5年度は、磁場中アブレシブ摩耗試験装置の設計試作と周波数変換器の試作を行なった。アブレシブ摩耗試験装置は、コイル定数55kA/mの磁化コイルを装着し、幅300mm周長915mmのエンドレスベルトにより、ピンに種々の送りを与えて研削できるようになっている。もっとも工夫を要した点は、研削屑を如何にして完全に除去するかで、1700Gの磁石に研削屑を吸引させることでほぼ要求を満たすことができた。試作周波数変換器は、400Hzの周波数においても、ピン先端における磁束密度を60mT(コイル電流0.5A)に磁化することが可能である。研磨ベルトCC-320により、研削速度4m/minピンの送り速度3mm/rev.のもとで、真空焼鈍したニッケルピンを研削したときの磁気効果を検討し、以下のような結果を得た。1.周波数200Hz磁束密度60mTにおいて、研削量(アブレシブ摩耗量)は約10%増加する。2.400Hzの周波数においては、20mTの磁化で研削量は7%増加するが、それ以上の磁化ではかえって磁気効果は減少する。3.これらの磁気効果は、ピンのコイルからの突き出し長さの短いときに顕著である。4.ピンのビッカース硬さは、磁化の強いほど、また周波数の高いほど低下する。以上の実験結果をもとに、平成6年度は、被研削材ならびに研磨ベルトの材質、研削速度、最適周波数と最適磁束密度について検討し、さらに磁気効果の基本的原理を解明したいと考えている。

しかしこのような現象は、言わば磁場の二次的な効果であって、直接的な効果は、摩耗粉の介在することの少ないアブレシブ摩耗に顕著に現れるものであり、アブレシブ摩耗量は、塑性流動圧力p_mの小さい軟らかい材料ほど大であるとされていることから、磁場が材料を軟らかくするのであれば研削効率を向上させることが可能であると考えた。本研究の目的は、上述のアブレシブ摩耗に及ぼす磁気効果を明らかにし、その結果を研削加工効率向上の手段として利用するたの基礎的な資料を得ることである。そのためにまず、磁化したピンをエンドレスベルト研磨紙で研磨する、磁場内アブレシブ摩耗試験機ならびに磁化のための周波数変換器を試作した。実験の結果、交流磁化の強いほど、磁化周波数の高いほど摩耗量は増加し、磁気効果を認めることができた。そしてその効果は、振動する磁壁と転位との間の弾性相互作用による可動転移密度の増加とΔE効果の相乗作用による、材料の軟化によってもたらされたと説明した。さらに、研削加工のような高い摩擦速度における磁気効果を検討するために、卓上旋盤を改造した磁場内研削加工試験機を試作して実験を行った。その結果、磁気効果は摩擦速度に大きく依存し、摩擦速度の速いほど小となり、150m/minでは1%以下にまで減少することがわかった。その原因としては、磁壁の移動速度がそれ程には速くないことが挙げられる。しかし研削あるいは加工速度が遅い場合には数%の効果がみられるので、その有効利用については、一層の検討が必要であると考える。
再構成電子伝達金属蛋白質―自己組織化膜複合電極系光合成素子の開発

等電点が約7.0である亜鉛ミオグロビンの他に、等電点が約10である亜鉛チトクロムc、等電点が約6.5である亜鉛チトクロムb_<562>などの種々の再構成タンパク質を合成し、その光増感部位及び酵素としての機能を評価した。亜鉛チトクロムb_<562>はミオグロビンと同様に再構成によって得た。窒素雰囲気下で所定の濃度の再構成チトクロムb_<562>、トリエタノールアミン、NADP^+を含む溶液にキセノンランプの可視部(λ>390nm)を照射し、光反応に伴う吸収スペクトルの変化を測定した。光照射前のスペクトルでは約420nmにチトクロムb_<562>のソーレーバンドが観測された。光照射に伴いこのソーレーバンドは徐々に減少し、4時間の照射で吸光度が光照射前の30%程まで減少するとともに、340nmのNADPHの吸収に由来するバンドが徐々に増加した。この状態ではScheme 1に示した光触媒反応が起こっていると考えられる。興味深いことに、光照射を停止してもこの還元反応は徐々に進行することがわかった。すなわち、亜鉛チトクロムb_<562>は反応初期は光触媒として機能していたものの、それ自信の光反応によって、光触媒から暗所においても機能する「酵素」的な挙動を示すことがわかった。暗所での還元反応速度は比較的遅いが、3.5時間の光照射後、9日でNADPHの収率は50%となった。この暗所での還元反応はチトクロムb_<562>に特定される反応ではなく、亜鉛ミオグロビンを増感色素/酵素として用いた場合においても観測された。また、等電点あるいは分子量などのタンパク質としての性質が大きく異なるにもかかわらず、他の条件が同一であれば、ほぼ同様の光還元-化学還元の機能を示した。
かにパルサーの電波パルス精密観測によるプラズマ乱流構造解明

Crabパルサーの特徴的性質である巨大電波パルス(Giant radio pulse=GRP)では、従来、光学パルスにGRPと相関した数%の増光現象が見出されていたが、他波長のパルスについては相関の有無が明らかではなかった。我々は2017年から観測を開始したISS搭載X線望遠鏡NICERと日本の地上電波観測との同時観測により、X線パルスにおける相関の有無の判定を目指していた。その結果、従来の数十倍以上の光子統計により、光学パルスとほぼ同程度の数%の増光現象の存在を4σ以上の有意度で検出し、現在結果の取りまとめ中である。これはGRPの発生機構の解明に重要な手がかりをもたらすものである。2017年11月に発生した観測史上最大のCrabパルサーのグリッチ(自転周波数の突発的増加)について、データ処理を継続し、グリッチ後1年以上にわたる自転周波数の減少カーブに加え、グリッチ直後数日間に限られた自転周波数の遅延増加を見出した。これらの自転周波数の変動の様相は中性子星内部構造解明に手がかりを与えるものと考えられ、熊本大学の共同研究者とともに解析を継続している。2018年12月に、超強磁場中性子星(マグネター)XTEJ1810-197が10年ぶりのアウトバースト(電波、X線)を起こし国際的に注目されている。我々は日本の電波観測網を用いて、このバースト観測に実施し電波パルス検出に成功した。これは日本として初のマグネター電波パルスの観測であり、周波数スペクトルが8GHz以上でピークを示すなど、通常の電波パルサー(低周波ほど強く、数GHz以上では強度が急速に低下)とは顕著に異なる性質が見出されている。結果は現在解析中であるが、2019年3月の天文学会にてポストデッドライン論文(講演受付締め切り後の緊急報告)として初期結果の速報を行った。観測と並行してパルサー関連の理論研究でも成果を得ている。Crabパルサーにおける数ケ月スケールでのDMの微小変動と散乱特性時間の相関の存在について、325MHzの観測結果を解析しpositiveな結果を得た。その結果を従来の111MHz帯以下の結果(Kuzminほか)と比べ相関の周波数依存性についても知見が得られた(研究協力者・廣島渚、東京大学修士論文)。従来、Crabパルサーの巨大電波パルス(GRP)はそれぞれ独立でポアソン過程に従うとされてきた。しかるに、2014年6月の観測ではGRPの発生に相関が見られた。この相関はGRPの輻射過程自体ではなく太陽風シンチレーションによるものであるとする仮説を立て、2015年5-9月に実施した数回の観測でそれを実証した。また、分担者・三澤が進めている飯館観測所での2周波同時観測の実現への向けての作業では、平成27年度はマルチバンド・アンテナの基礎設計を完了し、シミュレーションと試作アンテナの電気特性計測により性能を確認した。また、同時観測に備え、データ保存系の増設を企画・完成した。DMの微小変動と散乱特性時間の相関解析を325MHz帯に拡張することは当初から計画していたことであり、予想通りの結果が得られた。太陽風シンチレーションにより、GRPの発生がポアソン過程からずれることについては、従来明示的な議論はなかったが、シンチレーションの標準理論により期待されることで、観測結果はそれを裏付けている。飯館における2周波同時観測(325MHz帯、785MHz帯)の実現に向けての作業も、計画通り順調に進行している。約50年前に発見された回転中性子星・電波パルサーのパルス輻射機構、およびそのパルスの伝搬過程を支配する磁気圏内・パルサー星雲内のプラズマ乱流構造は依然として謎につつまれ未解明のままである。我々は、2014年以来、飯館における325MHz帯観測、鹿島における1.4-1.7GHz帯観測を中心としたCrabパルサーの国内多周波同時観測を企画・実行してその謎の解明を目指してきた。平成28年度は、(1)従来にない広帯域観測を用いたCrabパルサー巨大電波パルス周波数スペクトル研究のとりまとめ、(2)巨大電波パルス発生とX線パルスの相関の有無の検出、(3)巨大電波パルスのPoisson性/非Poisson性の確認、(4) Crabパルサー観測で開発したデータ解析手段を、未知の突発電波現象FRB(高速電波バースト)解析に応用するための予備的研究、を中心とした研究活動を行った。(1)は日本発の最初のCrabパルサー電波観測論文となった。(2)は昨年度末の2016・3・25に「ひとみ」衛星との同時観測(飯館、鹿島)で得られたデータが対象であり、「ひとみ」衛星の機上時計較正作業から着手し、その後、相関の検出作業に移行した。中間結果は天文学会にて公表済で、現在、論文投稿に向けた作業を続けている。(3)では、平成27年度に最初の検出報告を行った太陽風シンチレーションによる非Poisson性について、更なる定量的解析を行うとともに、新たな観測データを加えて統計を改善している。(4)では、過去の観測で得たCrab巨大電波パルス・データから作成した擬似FRBデータに基づき、FRB探索アルゴリズムの開発を行った。さらに、上記の観測を中心とした研究と相補的な理論的研究を行い、パルサー極域の電場遮蔽プロセス、パルサー星雲へのエネルギー注入プロセスについて新しい知見を得た。かに星雲内のプラズマ乱流構造の解明のため、Crabパルサーの300MHz帯と700MHz帯の同時観測を目指し進めていた飯館観測所の拡張工事はほぼ完了した。

しかし、700MHz帯の人工電波汚染状況が極めて悪化したため、同時観測の実現には至っていない。現在、汚染の少ない周波数帯を探す作業を進め、展望は得られている。パルサー電波発生域でのプラズマ乱流構造解明を目指し、巨大電波パルス発生とX線パルスの相関の有無を確定することはX線衛星Suzaku時代からの懸案であり、Hitomi衛星の観測に期待していた。しかし、残念ながらHitomi喪失以前に得られたデータだけでは最終的結論は得られず、相関上限の改善にとどまった。パルス発生機構・伝搬機構に関連する巨大電波パルスのPoisson性/非Poisson性の確認のため、2009年以来、7年間に渡って日本の観測所で得られたデータの再解析を進め、ほぼ作業は完了した。約50年前に発見された回転中性子星・電波パルサーのパルス輻射機構、およびそのパルスの伝搬過程を支配する磁気圏内・パルサー星雲内のプラズマ乱流機構は依存として謎につつまれ未解明のままである。我々は、2014年以来、飯館における325MHz帯観測、鹿島における1.4-1.7GHz帯観測を中心としたCrabパルサーの国内多周波同時観測を企画・実行してその謎の解明を目指してきた。平成28年度は、(1)諸外国の観測陣によりATEL報告のななされたCrabパルサー観測史上最大のグリッチ(星の自転周波数の突発的増大、2017.11.7)について、日本のデータに基づいた研究、(2)巨大電波パルス発生とX線パルスの相関の有無の検出に向けての準備、を行った。(1)について、我々は名大豊川観測所の300MHz帯データなどを解析して、グリッチの発生の確認を行い、周波数ジャンプ量、グリッチ後の周波数変化率(一次、二次、三次)などの決定を行った。これは日本独自のデータに基づくものとしては、初めてのグリッチ現象の観測的研究であり、今後、中性子内部と磁気圏の結合の物理的メカニズムの解明に寄与すると期待される。(2)については、2017年8月、11月、12月、2018年1月、3月と5回のべ6日におよぶ電波・X線同時観測を企画・実行した。電波データの1次処理はほぼ完了し、2018年5月現在、X線データの公開待ちとなっている。さらに、上記の観測を中心とした研究と相補的な理論的研究を行い、パルサー星雲へのエネルギー注入プロセスについて新しい知見を得た。また、パルサー巨大電波パルスと類似した現象として注目を集めている高速電波バースト(FRB)について、日本の観測に基づく検出可能性について検討を続けている。Crabパルサーのグリッチ現象の解析は、日本の研究グループにとって初めての経験であったが、独自のデータ処理体制を構築し、諸外国と肩を並べる結果を得ることができた。電波・X線データの相関解析の進行が遅れているが、これは米国側のNICERデータ公開作業の遅延によるもので、2018年度中には解決の見込みである。さらに、2018年3月にはChandra以外の全てのX線衛星のCrab較正観測と、地上電波観測を同期させて行う一大キャンペーン観測が行われ、我々は電波観測の中核を担うことができた。Crabパルサーの特徴的性質である巨大電波パルス(Giant radio pulse=GRP)では、従来、光学パルスにGRPと相関した数%の増光現象が見出されていたが、他波長のパルスについては相関の有無が明らかではなかった。
中国語における形態素解析システムの構築と中国語基本語彙研究に関する試み

本研究は中国語教育・研究双方で利用できる「中国語形態素解析システム」と形態素解析に必要な「解析用辞書」を構築することを目的としている。この「中国語形態素解析システム」が目指す最終的な到達点としては、研究目的として過去100年程度における中国語教材に含まれる中国語のテキストを通時的に解析する能力を有し、さらに現代の中国語教材を対象として、教育目的での解析が可能となる能力を有するシステムを構築することにある。今年度も昨年度に引き続き解析用辞書のアップデート作業を中国語教材を中心とした学習用コーパスを作成することや、複数の辞書を並行して作るなどして、断続的に実施し、解析精度の向上に努めた。中国語教材に関する新資料の収集作業に加え、テキストデータ化を進めている。システム面では、開発を進める中国語形態素解析システムを用いた基本語彙の解析用データベースの設置を行い、運用中のVPSサーバーに、「中国語基本語彙検証データベース」と題したデータベースの設置を実施した。同データベースでは、試験的に収録した中国語データの全文検索及び、特定ワードの出現頻度をグラフ化して表示できるようにしている。当初3年計画で実施している研究であったが、資料の収集、資料のデジタル化、形態素解析、データベースの構築と運用に至るまで、研究内容が多岐にわたっているため、より精度の高い研究を実施するため延長申請を行った。前年度に引き続き、解析システムのアップデートを行うことに注力する。データの補完につとめ公開の準備を進めるとともに、今年度は研究内容を積極的に発表する機会を設ける。また並行して、前年度同様に過去150年の間に出版された教材の整理を行い、教材が利用されている範囲、印刷部数、社会的影響力など複数の観点から教科書を評価しデータ化する教材を選定し、解析辞書をアップデートするための学習コーパスの作成につとめる。本研究では中国語教育・研究双方で利用できる「中国語形態素解析システム」と形態素解析に必要な「解析用辞書」を構築することを目的としている。この形態素解析システムが目指す最終的な到達点としては、研究目的として過去100年程度における中国語教材に含まれる中国語のテキストを通時的に解析し、さらに教育目的として現代の中国語教材を対象として、教育目的で解析が必要となる解析能力を有するシステムを構築することにある。そこで、本年度は特にシステムの基礎的構築を行い、現代の中国語教材に含まれるテキストを解析するために必要となる辞書を構築するために、関連資料の収集やデータ整理を行うことに重点を置き研究活動を進めた。具体的にはウェブ上で利用できる中国語解析システムの構築、形態素解析を行うための「解析用辞書」の構築を行うために、現代中国語で常用される中国語の単語データの収集を行い、リスト化を進めた。形態素解析システムについても開発段階のものを、サンプル調査用に以前から設置しているテストサーバー上に設置し、運用上の問題などを実際の使用感を確認しながら調整を進めている。この「解析用辞書」の構築を進めるための単語データの収集、テストサーバー上でのシステムのチェックについては今年度も引き続き実施する。またこれらのシステムの開発と並行して、国内外の中国語教材関係のデータベースを有する教育研究機関の調査を進めており、今年度は中山大学の中国語解析用のシステムについて調査を行い、実際に訪問し意見交換を行った。最終的に研究内容、開発中のシステムについて関連する学会で現状と今後の方向性について報告を行った。本年度の中心課題である、形態素解析システムの構築、資料の収集はおおむね順調に進行している。予定していた中山大学が開発した形態素解析システムに関する調査、情報収集についても、実際に開発担当者と会い、現状について情報交換をした。また情報公開の面においても2016年度の日本中国語学会全国大会や中国・中山大学で開催されたシンポジウムにおいて本研究プロジェクトに関連した内容について報告を行った。今年度の研究の実施状況については、上記目標を達成するために、前年度に引き続き、構築した形態素解析システムのアップデート作業を行うと共に、アップデートをより容易に実施するための方法を模索した。具体的には中国語教材などのテキスト解析を行うために必要となる解析用辞書のアップデート作業を中国語教材を中心とした学習用コーパスを作成することや、複数の辞書を並行して作るなどして、断続的に実施し、解析精度の向上に努めた。同時に各時代における資料の整理を行うと共に、各時代における中国語教材など原資料の収集を積極的に行った。また解析システムをウェブで最終年度に正式に公開するための下準備として、また解析辞書のアップデートをより容易に実施するためのプログラム開発を行うために必要となる技術的要件の整理を行った。また必要となるサーバーのスペックの調査を行うために、仮利用しているVPSサーバーを中心にベンチマークテストを行うなどした。形態素解析システムの構築も概ね順調で、辞書をアップデートするための学習コーパスの整備も進んでいる。

この「中国語形態素解析システム」が目指す最終的な到達点としては、研究目的として過去100年程度における中国語教材に含まれる中国語のテキストを通時的に解析する能力を有し、さらに現代の中国語教材を対象として、教育目的での解析が可能となる能力を有するシステムを構築することにある。今年度も昨年度に引き続き解析用辞書のアップデート作業を中国語教材を中心とした学習用コーパスを作成することや、複数の辞書を並行して作るなどして、断続的に実施し、解析精度の向上に努めた。中国語教材に関する新資料の収集作業に加え、テキストデータ化を進めている。システム面では、開発を進める中国語形態素解析システムを用いた基本語彙の解析用データベースの設置を行い、運用中のVPSサーバーに、「中国語基本語彙検証データベース」と題したデータベースの設置を実施した。同データベースでは、試験的に収録した中国語データの全文検索及び、特定ワードの出現頻度をグラフ化して表示できるようにしている。当初3年計画で実施している研究であったが、資料の収集、資料のデジタル化、形態素解析、データベースの構築と運用に至るまで、研究内容が多岐にわたっているため、より精度の高い研究を実施するため延長申請を行った。前年度に引き続き、解析用辞書構築のためのデータの整理を行う。29年度は主に通時的な内容を解析するのに必要なデータを追加するためのサンプルデータを取り扱う。過去150年の間に出版された教材は数千冊あり、近年でも毎年100冊程度の教材が刊行されているため、教材が利用されている範囲、印刷部数、社会的影響力など複数の観点から教科書を評価しデータ化する教材を選定し、サンプルとするテキストデータの分割や品詞のタグ付などこれまで同様の一連の作業を行い連結コストを再計算し、形態素解析用辞書を更新する。これにより完成した形態素解析システムを利用して各教材の扱う語彙の量的な分析を試験的に行い、各時代の基本語彙の動向を分析する段階へと進みたい。前年度に引き続き、中国語の解析システムの開発、解析辞書のアップデートを行う。最終年度では特にこの解析システムにおける解析辞書のアップデート作業をより容易に行うためのシステム開発を行い、中国語解析システムの正式公開に向けて公開用のサーバーの整備を進めていく。並行して、前年度同様に過去150年の間に出版された教材の整理を行い、教材が利用されている範囲、印刷部数、社会的影響力など複数の観点から教科書を評価しデータ化する教材を選定し、解析辞書をアップデートするための学習コーパスの作成につとめる。前年度に引き続き、解析システムのアップデートを行うことに注力する。データの補完につとめ公開の準備を進めるとともに、今年度は研究内容を積極的に発表する機会を設ける。また並行して、前年度同様に過去150年の間に出版された教材の整理を行い、教材が利用されている範囲、印刷部数、社会的影響力など複数の観点から教科書を評価しデータ化する教材を選定し、解析辞書をアップデートするための学習コーパスの作成につとめる。
新しい手法による窒化アルミニウム単結晶育成技術の確立

本研究の手法によると、従来の高温高圧を必要とせず大気圧下の窒素ガスフロー雰囲気で750°C1000°Cまでの温度域でAl/AlN複合体の生成が可能である。この手法は、アルミニウム塊とアルミニウム粉末の共存により、AlN燃焼合成反応が促進されたことを示している。本研究は、従来昇華法やハイドロライト気相成長法でしか作ることができないAlN単結晶をバランス溶融中から直接AlNを生成する手法を用いてチョクラルスキー法やCZ法を応用した新しい手法で単結晶の育成を目指すものである。ここでいうバランス溶融とは、酸化アルミナが分解してできるAl2Oというガス状の物質を多く含むアルミニウム融液のことである。著者は、溶融アルミニウム中からアルミナイトライド(AlN)を生成することに成功した。つまり、従来から知られているAlN生成時の燃焼合成反応の制御に成功したことを意味する。このことにより、本来不可能と思われていたAl/AlNからなる複合材料が作り出せるということである。その理由は、Alと窒素ガスとを結びつける触媒物質を見出したことにある。これにより、あらゆる体積率を有するAl/AlN複合材料が製造可能になることを意味している。そこで著者は、上述の手法で作り出したAlNを含む複合材料を用いてチョクラルスキー法により単結晶の育成を試みたが思い通りの結果は得られなかった。著者が考えられる別な手法として昨年チャレンジしたことは、上述の生成方法で作り出したAlN体積率にして20%程度の複合材料を高周波コイルを用いてゾーンメルトしたところ微細なAlN粒子が溶解温度直下で凝集し成長しているのが認められた。この結果は、AlN単結晶育成に関する研究に僅かな期待を持たせるものである。本研究で取り上げたアルミナイトライド(AlN)は、ダイヤモンドに次ぐ優れた熱伝導特性を有する材料として電気・電子材料の分野で最も注目されていることは周知の事実である。しかしながら、実用材料として応用されない理由はAlNの製造にコストがかかり高価であること、得られる材料は粉末であるため板材に加工するには高温で焼結するなど、さらに加工代が加算されることなどが挙げられる。一方、著者はこれまでのAlNに関する研究の中で溶融アルミニウムと窒素ガス(N2)とを結びつける触媒物質を見出したことで、AlN生成のための燃焼合成反応の温度を従来の半分の800°C程度に下げると共に、制御が不可能とされていた燃焼合成反応の制御を可能にした。ここで得られたAlN生成技術を用いてAlNの体積率の異なる3種類の複合材料(30%,50%,70%)を作製した。また、固液2相共存領域の組成域を増やすためAl-Li-Nからなる3元合金を作製し、直径30mm×長さ150mmのアルミナ製ルツボに入れセットする。それを、電気炉で加熱してAlNの成長を試みているが、成長条件を見出すには至っていない。著者が注目するアルミナイトライド(AlN)はセラミックスの中ではダイヤモンドに次ぐ熱伝導率に優れた材料として電気・電子の分野で注目を集めている。しかし、AlNを生成するためには高温・高圧状態が必要であることや燃焼合成反応が制御できないなどの理由により製造コストが高く、焼結材であることから実用化に難色を示しているのが現状である。一方、著者らが提案するAlNの生成手法によれば800°C常圧の窒素ガス雰囲気中で溶融Alの脱酸作用で生成する物質Al2O(ガス状物質)が、AlN生成の触媒物質として作用することを発見した。その結果、従来の生成条件とは大きく異なる中温・常圧中でAlNを生成できることを見出すと同時に、濡れ性に優れた金属(Al)ーセラミックス(AlN)からなる複合体を作り出すことに成功した。その結果、Al-N2との2成分系状態図では作り得ないAlNとAlからなる固液共存状態を作り得る可能性があると考えた。そこで、種結晶を用いてチョクラルスキー法による結晶成長を試みたが、いずれの条件においても結晶の成長は認められなかった。そこで、次なる試みとして70wt% Al-30wt%AlN複合体を先端が60°に尖った内径20mm×厚さ2mm×長さ120mmの筒状のカーボン坩堝に複合体を入れてブリッジマン炉に吊るし、温度勾配を付けて結晶成長を試みた。本実験で得られた結果をまとめる次のようなことが分かった。1複合体中のAlN粒子がブリッジマン炉が作り出す温度勾配によって成長しているのが認められた。2アルゴン雰囲気と窒素雰囲気では窒素雰囲気の方が長くて細いAlN結晶が確認できた。3結晶成長条件をいろいろ変えたが横方向の成長は認められなかった。以上の結果から著者が最初に予想したような結果を得ることができなかったことを報告する。

金属材料研究実績の概要で述べたように、著者が明らかにした触媒物質により任意の体積率に作ることができるAl/AlN複合材料を用いてチョクラルスキー法を応用した新しい手法でAlN単結晶の育成に努めたが、期待していた成果は得られなかった。そこで著者はAlNの体積率にして20%程度の複合材料をカーボン坩堝に入れて高周波コイルを用いて溶融温度直下まで加熱し、そのルツボをゆっくりと移動させることでAlN粒子の凝集と成長を試みた。つまり、当初の計画通り実験を進めていたが良好な結果が得られず、試行錯誤の結果時間がかかり遅れているのが現状である。本研究で最も重要なことは、AlN(アルミナイトライド)生成時の燃焼合成反応を如何に制御するかということである。その燃焼合成反応はいったん火が付いたら爆発的に進行することから制御不可能とされてきた。しかし、著者は溶融アルミニウムと窒素ガスとを結びつける触媒物質を見出した。これにより、AlN生成温度は1000°C以下となり制御しやすい温度になったことは確かである。本研究の最終目的はAlN単結晶の育成であり、固液共存状態におけるAlNの結晶成長に係わる条件出しに苦慮しているというのが現状である。Al/AlN複合材料を用いた単結晶育成に関する研究は、上述のように試行錯誤の結果新たな方法を導き出しつつある。残された1年間で、複合材料中に点在するAlN粒子の凝集粗大化ならびに成長育成させるための条件の絞り込みに努めたいと考えている。現在、得られている実験結果では数10個のAlN粒子が凝集して細長く成長しているのが観察されている。本研究を今後進めていくに当たって2つの方向を考えている。1)AlNと融液との2相共存領域を得るために、Al-LI-Nから成る3元状態図のAlとLi3Nを直線で結ぶ線上の幾つかの組成に着目して、単結晶生成の融液とすることを考え、それぞれの元素組成決定のための基礎データを得つつあるとことである。2)AlN/Al複合材料を触媒物質を用いて生成し、AlNの体積率70%程度の複合材料を高周波加熱装置を用いてゾーンメルトすることで単結晶の育成を試みることも検討中である。本研究の進捗状況のところで縷々説明している通り、AlN単結晶の育成が当初の計画通りの手法で良い結果が得られなかったのが大きな理由の一つである。その結果予定していた学会への発表もできず、それらの費用が残ってしまった。最終年度にAl/AlN複合材料を用いたゾーンメルト法で結晶成長を試みるべく実験を進めているところである。これまで得られている実験結果ではAlNの結晶成長に希望が持てる結果が得られつつある。初年度に得られた実験結果を基に電気抵抗炉の反応温度を、より高温側にシフトさせることと反応時間を長くするよう炉の制御プログラムを作りかえる。そのため、既存の電気炉の改装が必要となる。AlNの生成条件は反応温度と反応時間の2つの要素の相関で決まると考えられることから、いろいろ条件を変えて系統的な実験を繰り返す中で最適条件を見出す必要がある。そのため、AlN生成に伴う反応条件の解明のため、当初の計画通りデータロガーの購入を考えている。
革新的対流伝熱促進の数理と実践

本研究では,内部流において,壁面熱流束と壁面摩擦の非相似制御を実現するために,最適制御理論の応用を行った.まず,理想的な壁面からの吹き出し/吸い込みを制御入力として,その時空間分布の最適化を行った.更に,得られた制御入力を詳細に解析することによって,単純なプレディターミンド制御による非相似伝熱促進を実証すると共に,最適な進行波入力のスケーリングを明らかにした.次に,上記の手法を発展させることにより,複雑伝熱面の形状最適化手法を構築した.レベルセット関数により伝熱面形状を表現し,その空間分布を最適化するよう定式化することにより,任意の複雑3次元伝熱面の最適化を実現し,その有効性を実証した.完全発達チャネル乱流場に対して伝熱を考慮した直接数値シミュレーションを実施し,最適制御理論に基づいて壁面吹き出し/吸い込みの時空間分布を最適化した.その結果,伝熱増進と摩擦抵抗低減の同時達成(非相似伝熱促進)を実証した.更に,異なるレイノルズ数域における最適制御入力を精査した結果,いずれのケースにおいても,流れ方向に伝播する進行波状の吹き出し/吸い込みが得られており,その波長は凡そ粘性スケールで整理され,位相速度は主流の30%程度であることが分かった.また,レイノルズ依存性も比較的小さいことが確認された.この事実は,壁面からの進行波状の吹き出し/吸い込みは,非相似伝熱促進に極めて有効な制御指針であることを示している.次に,受動制御として,非相似伝熱促進を目指した伝熱面形状の最適化アルゴリズムの開発を行った.従来,水平面からの変形量を設計変数とした2次元面形状の最適化はなされていたものの,任意の複雑3次元界面形状を最適化するアルゴリズムは確立されていなかった.そこで本研究では,任意の3次元界面形状を流体と固体を識別する関数で表現し,これを設計変数として,予め決められた目的関数を最大/最小とするアルゴリズムの構築を行い,その実証を行った.これにより,従来の最適化手法では,扱うことが難しい複雑な3次元形状を与えられた目的に応じて,試行錯誤すること無く,数学的に最適化する枠組みが構築された.デカルト座標系に境界埋め込み法を組み込むことによって、複雑3次元形状を有する熱流動現象のシミュレーションコードを開発すると共に、形状最適化アルゴリズムの導出、組み込みを行い、与えられた任意の目的関数を最小化/最大化させるよう、形状最適化が可能であることを確認した。このコードを検証するために、熱交換器の伝熱面形状最適化を目的として、従来型の境界適合格子を用いた形状最適化との比較を行った。その結果、本コードによって、界面近傍の精度が高いと考えられる境界適合格子を用いた場合と、ほぼ同等の最適形状が得られることが分かった。従来の境界適合格子を用いる計算では、大きな境界の変形の扱いが困難であったが、本計算では、その制約が取り除かれ、複雑な3次元構造へ容易に拡張可能である。実際、本研究で開発したコードによって、境界適合格子では得ることが難しい、複雑最適形状の取得を確認した。次に、現実の熱交換で用いられている、複雑な伝熱面形状を数値計算コード内に取り込み、形状最適化を行うことによって、圧力損失を出来るだけ抑えつつ伝熱性能を飛躍的に促進することに成功し、性能向上に向けた設計指針を抽出した。この時、既に、低次元の設計空間において最適化されたものを初期条件として用いており、本研究では、そこから全自由度を考慮した最適化を実施した。その結果、更なる性能向上が確認されていることから、本手法の有効性が確認できた。更に、乱流に代表される非定常流れにへの拡張を目的として、非定常流における形状最適化アルゴリズムを開発し、本コードへの実装を行った。本研究では、デカルト座標系に複雑な境界を埋め込むことにより、任意の複雑形状における流れとそれに伴う熱・物質輸送計算コードの開発を行った。このような手法は、従来良く用いられる境界適合格子と比較すると、格子生成が極めて簡略化されるため、複雑形状への対応が容易である。その一方で、境界における運動量や熱・物質輸送の見積もりに誤差が出やすいという短所がある。本研究では、大規模並列化を行うことによって、界面近傍に十分に格子を配置し、境界適合格子と数%の誤差で運動量や熱の境界での交換を見積もることが可能であることを確認した。さらに、上記のコードに随伴解析コードを組み込み、複雑形状をレベルセット関数として表現し、これを制御変数にすることによって、多様なコスト関数の最小化問題を扱うための数学的枠組みを構築した。具体的には、本研究では、熱交換器の形状最適化を目的として、コスト関数を圧力損失と伝熱の重み付き和として、形状(レベルセット関数)の最適化を行った。前年度までに、層流において最適化コードの検証を終えており、今年度は、特に乱流場における最適化アルゴリズムの構築を行った。一般に、随伴計算は、流れが非定常性を有する場合、そのカオス的振る舞いのために、短時間で発散することが知られている。本研究では、直接数値シミュレーションによって得られた解を時間平均することによって、この問題を回避し、形状最適化を実現する新たな最適化手法を提案し、その有効性を検証した。本研究では,内部流において,壁面熱流束と壁面摩擦の非相似制御を実現するために,最適制御理論の応用を行った.