hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形システムのリアルタイム同定と制御に関する研究

本研究により得られた成果を以下に示す.1.非線形システムのリアルタイムモニタリング(1)適応的モード特性同定法を用いた軸振動の異常診断適応的モード特性同定法を用いて,主に励起されている周波数成分および実稼動振動形態(Operating Deflection Shape以下ODS)によりオーバーハング型回転機械のコンディションモニタリングを行った.これにより,提案した手法を用いることで主に励起されている周波数成分を適応的に抽出でき,ODSを高精度に同定できることが明らかとなった.また,モード特性の変化から異常診断が可能であることが明らかとなった.(2)回転機械のオーダトラッキング従来のVold-Kalmanフィルタの欠点を改善したKalmanフィルタとVold-Kalmanフィルタを組み合わせた手法を提案し,本手法により時変周波数,時変振幅の推定が可能であることを示した.また,本手法をオーバーハング型回転機械に適用することによって,回転次数比成分,共振成分というクロス成分の同時トラッキングが可能となった.2.スライディングモード制御理論を用いた非線形な外部環境に対する力制御器の設計ゲインスケジューリング型可変超平面を有するスライディングモード力制御器を提案し,非線形性を有する外部環境に対して衝突を伴う接触力制御を行った.その結果,本手法を用いることにより,事前の情報なしに特性の異なる種々の環境に対して常に安定した力制御が行えることが明らかとなった.また,提案手法はシステム自体に存在する非線形要素やシステムのパラメータ変動に対して優れたロバスト性を有していることが明らかとなった.本研究により得られた成果を以下に示す.1.非線形システムのリアルタイムモニタリング(1)適応的モード特性同定法を用いた軸振動の異常診断適応的モード特性同定法を用いて,主に励起されている周波数成分および実稼動振動形態(Operating Deflection Shape以下ODS)によりオーバーハング型回転機械のコンディションモニタリングを行った.これにより,提案した手法を用いることで主に励起されている周波数成分を適応的に抽出でき,ODSを高精度に同定できることが明らかとなった.また,モード特性の変化から異常診断が可能であることが明らかとなった.(2)回転機械のオーダトラッキング従来のVold-Kalmanフィルタの欠点を改善したKalmanフィルタとVold-Kalmanフィルタを組み合わせた手法を提案し,本手法により時変周波数,時変振幅の推定が可能であることを示した.また,本手法をオーバーハング型回転機械に適用することによって,回転次数比成分,共振成分というクロス成分の同時トラッキングが可能となった.2.スライディングモード制御理論を用いた非線形な外部環境に対する力制御器の設計ゲインスケジューリング型可変超平面を有するスライディングモード力制御器を提案し,非線形性を有する外部環境に対して衝突を伴う接触力制御を行った.その結果,本手法を用いることにより,事前の情報なしに特性の異なる種々の環境に対して常に安定した力制御が行えることが明らかとなった.また,提案手法はシステム自体に存在する非線形要素やシステムのパラメータ変動に対して優れたロバスト性を有していることが明らかとなった.本年度は,以下の2項目について実施した.1.適応的モード動特性同定法を用いた軸振動の異常診断(1)実稼動時の回転機械に対する実験より,提案した同定法により主に励起されている周波数成分を適応的に抽出でき,ODSを高精度に同定できることが明らかとなった.(2)主に励起されている周波数成分およびODSにより実稼動構造物のコンディションモニタリングを行い,モード特性の変化から異常診断が可能であることが明らかとなった.2.スライディングモード制御理論を用いた非線形制御手法の検討可変超平面を有するゲインスケジュール型スライディングモード制御を用いて,衝突によって非線形な接触力を受ける1自由度マニピュレータシステムに対する接触力制御を行い以下の結論を得た.(1)位置決めサーボ系のスライディングモード制御を拡張して力制御器を設計し,接触状態と非接触状態で超平面を切り換えることで,位置制御と力制御を同一の制御器で扱うことが可能となった.(2)実時間で同定された環境剛性を用いて,超平面の傾きをゲインスケジュール的に変化させる新しいスライディングモード制御器を提案した.(3)提案した制御器によって,未知の環境に対して常に安定した力制御が行えることを示した.本年度は,以下の2項目について実施した.1.適応的モード動特性同定法を用いた非線形システムのリアルタイムモニタリング適応的モード特性同定法をオーダートラッキング手法に拡張した.また本手法を代表的な非線形現象を示すゴムマウント,液封マウント,およびエンジンのピストンスラップへ適用した.(1)従来のVold-Kalmanフィルタの欠点を改善したKalmanフィルタとVold-Kalmanフィルタを組み合わせた手法を提案し,本手法によって時変周波数,時変振幅の推定が可能であることを示した.(2)提案手法をオーバーハング型回転機械に適用することによって,回転次数比成分,共振成分というクロス成分の分離が可能であることを示した.(3)共振成分のみを分離することにより,実稼動時のモード特性を抽出可能であることを明らかにした.2.スライディングモード制御理論を用いた非線形な外部環境に対する力制御器の設計ゲインスケジュール型可変超平面を有するスライディングモード力制御器を提案し,強い非線形性を持つ外部環境に対して衝突を伴う接触力制御を行い以下の結論を得た.(1)接触時のシステムを時変剛性を有する1自由度系と仮定することで,接触環境の剛性をパラメータとするゲインスケジューリング型力制御器を設計し,本手法を用いることにより事前の情報なしに特性の異なる環境に対する力制御が行えることを示した.
高速ロバストランダムウォークの設計に基づく物質デザイン

本研究では,「物質デザイン」のコンピューティクスに適した物質生成・加工のダイナミクスに対するランダムウォークモデルを提案する.物質生成・加工において,対象となる分子の集合の状態とそれらの結合関係がなす遷移関係は,前者を頂点,後者を辺とした有限グラフとして記述できる.化学反応はマルコフ的(無記憶的),つまり現在分子集合がどの状態にあるかのみに依存し,過去にどの反応経路を経由してその状態に到達したかによらない形で起こる.以上を考えると,物質生成・加工のプロセスにおける分子反応は,有限状態マルコフ連鎖,すなわち有限グラフ上のランダムウォークとしてモデル化できる.すなわち物質デザインは化学反応設計でありランダムウォーク設計となる.よってこれに望ましいランダムウォークの設計論が加われば,望ましい物質の生成プロセス自体を設計することが可能となる.本研究では,実際にコンピューティクスにおいて利用可能な「モデル」として,十分大きい複数の状態を1頂点として代表させた,いわば近似モデルとしての物質生成ダイナミクス・ランダムウォークモデルの提案を目指す.すなわち,本研究は1)物質生成ダイナミクスに対するランダムウォークモデルの提案と,2)そのモデルに適した望ましいランダムウォークの設計論,の提供を目指すものである.平成24年度研究では,1)前年度に提案した複数のDNA配列が結合する様子のシミュレーションモデルに基づく計算実験を行った.また,2)複数粒子の結合系のランダムウォークの到達時間,全訪問時間の関係式の導出に成功した.さらに粒子結合モデルにおける,結合時間の非自明な上界値の導出に成功した1)の結果は今後,高速・低速なDNA結合系のデザインへ結びつくと考えられる.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,「物質デザイン」のコンピューティクスに適した物質生成・加工のダイナミクスに対するランダムウォークモデルを提案する.物質生成・加工において,対象となる分子の集合の状態とそれらの結合関係がなす遷移関係は,前者を頂点,後者を辺とした有限グラフとして記述できる.化学反応はマルコフ的(無記憶的),つまり現在分子集合がどの状態にあるかのみに依存し,過去にどの反応経路を経由してその状態に到達したかによらない形で起こる.以上を考えると,物質生成・加工のプロセスにおける分子反応は,有限状態マルコフ連鎖,すなわち有限グラフ上のランダムウォークとしてモデル化できる.すなわち物質デザインは化学反応設計でありランダムウォーク設計となる.よってこれに望ましいランダムウォークの設計論が加われば,望ましい物質の生成プロセス自体を設計することが可能となる.本研究では,実際にコンピューティクスにおいて利用可能な「モデル」として,十分大きい複数の状態を1頂点として代表させた,いわば近似モデルとしての物質生成ダイナミクス・ランダムウォークモデルの提案を目指す.すなわち,本研究は1)物質生成ダイナミクスに対するランダムウォークモデルの提案と,2)そのモデルに適した望ましいランダムウォークの設計論,の提供を目指すものである.平成23年度研究では,1)複数のDNA配列が結合する様子のシミュレーションモデルの提案,実装と実験を行ないその速度推定法の提案した.また,2)複数粒子を扱うランダムウォークの到達時間,全訪問時間の関係式の導出に成功した.さらに粒子結合モデルにおける,結合時間の非自明な上界値の導出に成功した.本研究では,「物質デザイン」のコンピューティクスに適した物質生成・加工のダイナミクスに対するランダムウォークモデルを提案する.物質生成・加工において,対象となる分子の集合の状態とそれらの結合関係がなす遷移関係は,前者を頂点,後者を辺とした有限グラフとして記述できる.化学反応はマルコフ的(無記憶的),つまり現在分子集合がどの状態にあるかのみに依存し,過去にどの反応経路を経由してその状態に到達したかによらない形で起こる.以上を考えると,物質生成・加工のプロセスにおける分子反応は,有限状態マルコフ連鎖,すなわち有限グラフ上のランダムウォークとしてモデル化できる.すなわち物質デザインは化学反応設計でありランダムウォーク設計となる.よってこれに望ましいランダムウォークの設計論が加われば,望ましい物質の生成プロセス自体を設計することが可能となる.本研究では,実際にコンピューティクスにおいて利用可能な「モデル」として,十分大きい複数の状態を1頂点として代表させた,いわば近似モデルとしての物質生成ダイナミクス・ランダムウォークモデルの提案を目指す.すなわち,本研究は1)物質生成ダイナミクスに対するランダムウォークモデルの提案と,2)そのモデルに適した望ましいランダムウォークの設計論,の提供を目指すものである.平成24年度研究では,1)前年度に提案した複数のDNA配列が結合する様子のシミュレーションモデルに基づく計算実験を行った.また,2)複数粒子の結合系のランダムウォークの到達時間,全訪問時間の関係式の導出に成功した.さらに粒子結合モデルにおける,結合時間の非自明な上界値の導出に成功した1)の結果は今後,高速・低速なDNA結合系のデザインへ結びつくと考えられる.研究開始時には,その複雑さから理論的な見積もりは困難と予想していた多粒子系のランダムウォークに対して,シミュレーションの実行のみならず,精度の良い理論的なバウンドを得ることができたため.なお,この研究成果の一つは分散計算理論のトップ国際会議であるPODC2012にて発表されることとなった.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は理論研究とそれに基づく計算機シミュレーションを基軸とした研究である.現在のところ,上述のように予想よりも早く,精度の良い理論的なバウンドが得られているため,もう一つの軸である計算機シミュレーションへの研究シフトを考えている.また,良い研究協力者を得て,生化学実験の実施も行いたい.25年度が最終年度であるため、記入しない。
ブリ属魚類養殖場における新型および旧型レンサ球菌感染症の疫学的研究

ブリ属魚類養殖場における新型および旧型レンサ球菌感染症の疫学的研究を行った。旧型レンサ球菌(Lactococcus garvieae)の薬剤感受性を調査すると共にファージ型を明らかにし、近年の旧型レンサ球菌に新しい遺伝型が増加していること明らかにした。また、L. garvieaeは、養殖魚以外に多くの宿主から分離されており、それらの細菌と遺伝型、ファージ型、ブリに対する病原性が異なることを示した。ブリ属養殖魚類由来の新型レンサ球菌(Streptococcus dysgalactiae)は、畜産動物由来のS. dysgalactiaeとその遺伝型が異なると共に、SodA遺伝子に違いが認められ、その違いを基に両者を識別できるプライマーを設計した。このプライマーで、PCRで容易に両者を識別できることが可能となった。S. dysgalactiaeは畜産動物において分離報告例がある細菌であり、養殖魚類において流行している菌株と畜産動物より分離される菌株の関連性が危惧された。両者の関連性を調査する目的で、市販の簡易同定キットを用いた酵素学的性状とバイアス正弦電場ゲル電気泳動法による分子遺伝学的性状および16S-23Sr DNAのIGS領域の部分塩基配列を比較した。酵素学的性状に関しては畜産由来菌株と魚類由来菌株間に差異は認められなかった。一方、バイアス正弦電場ゲル電気泳動による遺伝子型別では、畜産由来菌株において多様な遺伝型の出現が確認されたのに対し、魚類由来菌株の遺伝型は多様性に乏しく、そのいずれの遺伝型も畜産由来菌株と同一のものは確認されなかった。また、16S-23Sr DNAのIGS領域の部分塩基配列においても魚類由来菌株と畜産由来菌株間で共通の塩基置換が認められた。魚類由来菌株と畜産由来菌株の相違をより詳細に検討するために、ハウスキーピング遺伝子の一つであるsodAの部分塩基配列を決定し、それぞれの菌株間で比較した。その結果、魚類由来菌株のsodAは全て一つのクラスターに分類されたが、畜産由来菌株のものは多様性が認められた。畜産由来菌株と魚類由来菌株間の塩基配列の相同性は97.298.2%であり、畜産由来菌株の中に魚類由来菌株のsodAに完全に一致するものは確認されなかった。また両者のsodAの差異をマーカーとして、魚類由来菌株を畜産由来菌株と識別できるプライマーを設計することができた。これらの結果は、現在養殖魚類で流行しているS. dysgalactiaeは、畜産動物より分離されるものとは遺伝的に区別できることを示した。旧型レンサ球菌(Lactococcus garvieae)の薬剤感受性を調査すると共にファージ型を明らかにし、近年の旧型レンサ球菌に新しい遺伝型、ファージ型および薬剤感受性に特徴のある菌株が増加していることを明らかにした。これらの菌株は、ブリ属養殖魚類以外の養殖魚からも分離され増加していること明らかにした。これらの菌株の平板上での特徴として、莢膜が光学顕微鏡でも認められた。養殖魚以外の宿主から分離されるLactococcus garvieaeと魚類由来株の比較を遺伝的に調査した。その結果、ブリ属魚類以外の菌株とブリ属魚類由来株は明確に異なることを明らかにすると共に、他宿主由来の菌株はブリに病原性がないことを示した。ブリ属養殖魚類由来の新型レンサ球菌(Streptococcus dysgalactiae)は、畜産動物由来のS.dysgalactiaeとその遺伝型が異なると共に、SodA遺伝子に違いが認められ、その違いを基に両者を識別できるプライマーを設計した。また、薬剤感受性調査を行ったところ、養殖場において用いられる薬剤のほとんどに感受性を示したが、テトラサイクリンには耐性を示し、耐性遺伝子であるtetM遺伝子を、耐性株は保有していた。また、新型レンサ球菌は、細胞付着性が強く、培養細胞に付着した。これらの性状(疎水性が強い)を利用した選択培地(コンゴーレッド寒天培地)を開発し、自然感染魚および実験感染魚より、選択培地の応用を検討した。その結果、選択培地が有効であり養殖場において利用可能であることが判明した。
偏極水素重水素標的とペンタクォーク粒子のスピン・パリティー

SPing-8での偏極・逆コンプトンガンマ線による偏極陽子・重陽子(HD)標的装置の導入がH17年度より5力年計画で文科省予算として支援されることが決まったことを受け、装置導入、運転、実験についての検討を開始した。平成17年度予算では、核物理研究センターの既存の液化ヘリウム施設に希釈冷凍機導入、17T超伝導マグネット設置のための直径2m弱、長さ5.5mの鉄筋構造の無い穴を掘削・設置した。また、希釈冷凍機を設置し、6.5mKの極低温を達成した。平行して、オンラインで標的の偏極を保つためのIn Beam Cryostat (IBC)の設計を行い、ヘルムコイルマグネットを水平方向、垂直方向に置くことで、スピン偏極を壊さずに偏極を回転する手法を考え、IBCの具体的設計製造を行った。また、偏極HD標的に必要な純化HDガス製造のための蒸留装置も導入し、運転を開始した。SPring-8での実験データ解析が進み、いくつかの論文を発表した。重複するが、行った研究項目を以下に列挙する。1.偏極HD生成のための基礎条件の理論的考察を決定。モノクリスタルのHD標的生成の考察と超高純度アルミワイヤー使用の考察が完成した。2.6.5mKの極低温を実現出来る希釈冷凍装置の完成。磁場計算を行い、17テスラの高磁場が発生出来る超伝導マグネットの据付、テストが終了。3.HDガス蒸留器の据付、実験成果達成。フランスORSAY研究者との協力でHDガス中に混入しているH2、D2ガスを1万分1まで除去出来た。4.希釈冷凍機を含む偏極コントロール系の完成。5.偏極ターゲット運搬用クライオスタットはフランス・オルセー原子核研究所の協力により搬入された。6.偏極を長期間保持し、実験を継続できるようにするための、インビーム標的システム(IBC)を設計・製作し導入した。SPring-8でのGeV逆コンプトンガンマ線に関する研究をまとめて論文発表した。SPing-8での偏極・逆コンプトンガンマ線と組み合わせ、「偏極完全実験」を行うためには偏極陽子・重陽子標的を設置することが必須である。この目的のために、オルソ・パラ水素を極低温まで冷却し、偏極を長時間保持出来る偏極陽子重陽子(HD)ターゲット・システムを大阪大学核物理研究センター低温施設に構築し、偏極したHDターゲットをSPring-8に運び実験を行うための基礎技術開発を行った。行った研究項目を以下に列挙する。1.核物理研究センターにある、低温施設(ヘリウム液化棟)を再生し、偏極HDターゲット生成装置を導入するための、インフラ整備を行った。個々の部屋の中にある不要物の撤去、壁の撤去などを行ったが、3He+4He希釈冷凍装置導入のための穴に関しては基本設計が完了した。2.HDターゲットの偏極保持に必要な内径7cm、50cm長の17テスラ超伝導ソレノイド・マグネットを設計した。核物理研究センターのコンピュータを用いて磁場計算を行い、目的のための磁場を得ることが可能であることが分った。3.希釈冷凍機を含む偏極コントロール系の設計を行った。4.フランス・グルノーブルにあるESRF放射光施設GRAALの偏極水素重水素ターゲットを用いた実験に参加し実験遂行に協力するとともに、HDターゲット製作についての協力の詳細計画を策定することになった。5.偏極ターゲット運搬用クライオスタットの設計のための基礎調査が完了した。

6.ヘリウム・リザーバーの設計はおおむね完了した。今後の課題はヘリウム蒸発量を極めて少なくするための手段を講じることに移った。7.GeVガンマ線を偏極HDターゲットに照射しても、偏極を長期間保持し、実験を継続できるようにするための、インビーム標的システムの設計に着手した。SPing-8での偏極・逆コンプトンガンマ線による偏極陽子・重陽子標的装置の導入がH17年度より5カ年計画で文科省予算として支援されることが決まったことを受け、装置導入、運転、実験についての検討を開始した。行った研究項目を以下に列挙する。1.偏極HD生成のための基礎条件の理論的考察。2.偏極HDターゲット生成装置を導入するための、磁場計算を行い、17テスラの高磁場、20mKの極低温の条件下で90%の陽子偏極が達成されることが分かった。3.HDガス蒸留器についての実験的成果達成ができた。フランスORSAY研究者との協力でHDガス中に混入しているH2、D2ガスを1万分1まで除去出来ることが分かった。4.ヘリウム液化棟内に3He+4He希釈冷凍装置導入のための深さ約5.5メートルの穴を完成した。5.希釈冷凍機を含む偏極コントロール系の設計を行った。6.偏極ターゲット運搬用クライオスタットの設計のための設計が完成。7.GeVガンマ線を偏極HDターゲットに照射しても、偏極を長期間保持し、実験を継続できるようにするための、インビーム標的システムの設計を完成した。8.SPring-8でのGeV逆コンプトンガンマ線を用いての実験データをまとめ論文発表した。SPing-8での偏極・逆コンプトンガンマ線による偏極陽子・重陽子(HD)標的装置の導入がH17年度より5カ年計画で文科省予算として支援されることが決まったことを受け、装置導入、運転、実験についての検討を開始した。平成17年度予算では、核物理研究センターの既存の液化ヘリウム施設に希釈冷凍機導入、17T超伝導マグネット設置のための直径2m弱、長さ5.5mの鉄筋構造の無い穴を掘削・設置した。また、希釈冷凍機を設置し、6.5mKの極低温を達成した。平行して、オンラインで標的の偏極を保つためのIn Beam Cryostat(IBC)の設計を行い、ヘルムコイルマグネットを水平方向、垂直方向に置くことで、スピン偏極を壊さずに偏極を回転する手法を考え、IBCの具体的設計製造を行った。また、偏極HD標的に必要な純化HDガス製造のための蒸留装置も導入し、運転を開始した。SPring-8での実験データ解析が進み、いくつかの論文を発表した。重複するが、行った研究項目を以下に列挙する。1.偏極HD生成のための基礎条件の理論的考察を決定。モノクリスタルのHD標的生成の考察と超高純度アルミワイヤー使用の考察が完成した。2.6.5mKの極低温を実現出来る希釈冷凍装置の完成。磁場計算を行い、17テスラの高磁場が発生出来る超伝導マグネットの据付、テストが終了。3.HDガス蒸留器の据付、実験成果達成。フランスORSAY研究者との協力でHDガス中に混入しているH2、D2ガスを1万分1まで除去出来た。4.希釈冷凍機を含む偏極コントロール系の完成。5.偏極ターゲット運搬用クライオスタットはフランス・オルセー原子核研究所の協力により搬入された。
長時間の記憶を持つ確率モデルの漸近解析

1.予測理論。昨年度の研究では、Kreinの固有関数展開からSzegoの直交多項式の類似(連続版)を導いたが、それを用いて一般の実定常(or定常増分)過程の予測問題に対する新しい解法を与えた。これには、特に、有限の過去を用いた予測問題と無限の過去を用いた予測問題を同時に扱うことができるという、従来の予測理論にはない利点がある。2.鏡映正値的定常過程。昨年度までの研究では克服できなかった局所的な振舞いに起因する(germに関する)問題を解決することにより、鏡映正値的定常過程の有限予測問題を完全に解いた。そこでは、有限予測係数の明示表現、局所的時間発展を記述する新生過程、標準表現、連続時間の偏相関関数、逆スペクトル問題などが独自の手法で扱われる。3.予測係数の表現と応用:井上(北大理)との共同研究。昨年度までの研究で、定常時系列の有限予測係数と偏相関関数の(無限AR、MA係数を用いた)表現定理、漸近公式、Baxter型の不等式を証明したが、その結果を負の差分パラメータを持つfractionalARIMA過程を含むクラス、及び、鏡映正値的定常時系列を含むクラスに拡張した。4.有限予測問題:井上(北大理)との共同研究。井上と笠原が開発した手法では、有限の過去を用いた予測問題を無限の過去と未来を用いた予測問題に帰着させるが、そこで鍵となる等式が成立するための必要十分条件を明らかにした。それは、定常時系列が完全非決定性(Sarasonにより導入されたcompltete nondeterminism)を満たすことである。井上と笠原による長期記憶を持つ定常過程の偏相関関数、平均二乗予測誤差の漸近挙動に関する一連の研究により得られた結果は大変美しいものであり、その背後には何らかの意味深い仕組みが存在しているように思われる。現在の主な研究目標はその仕組みを解明することである。前年度までに行なってきた研究で、補外の問題に起因する困難を克服するための方法を開発し、発展させてきたが、今年度の研究では、その方法にSzegoの直交多項式の理論を取り込むことにより、更なる有用性を発揮させるための鍵を見出した。その新たな手法を用いて得られた結果を以下に述べる:1.連続時間の偏相関関数。鏡映正値的定常過程を考え、その偏相関関数を次の3つを用いて性徴付けた:(a)DeBranges関数が満たす積分方程式、(b)innovationの増分の相関、(c)予測誤差の相関。また、偏相関関数、平均二乗予測誤差、Hitsudaの標準表現に現れるVolterra核の簡明かつ興味深い表現を得た。これらの表現は、(b)、(c)の特徴付けに用いる等式の証明や、予測誤差、偏相関関数の漸近解析を容易にした。なお、innovationの時間発展を支配する方程式(a)は、Szegoの直交多項式が満たす漸化式の類似である。2.偏相関関数の表現定理とその応用:井上昭彦助教授(北大理)との共同研究。1で得られた方法を離散時間の定常過程に適用することにより、MA、AR係数を用いた偏相関関数の簡明な表現定理を得た。更に、この表現定理を代表的な長期記憶モデルであるfractionalARIMA過程に適用して、その偏相関関数の誤差評価付きの漸近公式を証明した。1.定常Gauss過程の標準表現。Kreinの逆スペクトル問題の理論を応用して、実軸上の重み付きL^2空間に対するSzegoの直交多項式の類似(連続版)が一般的な形で得られた。その結果、定常過程、及び、定常増分過程に対する「有限の過去に関わる標準表現」の問題が解明され、特に、その連続重複度(飛田の意味)は高々1であることが分かった。2.逆スペクトル問題。鏡映正値的定常過程は無限の過去に関するAR、MA表現を持つ。昨年度の研究で、有限の過去に関わる新生過程の(無限AR、MA核を用いた)有限AR表現を求めたが、上記1により、それがSzegoの直交多項式の類似の表現であることが分かった。その結果、スペクトル関数に対応するstringのAR、MA核を用いた単純な表現が得られた。特に、ここに至る議論は逆スペクトル問題の新しい解法を与える。3.数理ファイナンス:Anh(クィーンズランド工大)-井上(北大理)との共同研究。Anh-井上モデル(遅れのあるBlack-Scholesモデル)は、その内部に、上記2の定常過程に似た定常増分過程を持つ。昨年度の研究で得た方法を適用することにより、価格過程の有限の過去に付随する新生過程の有限AR表現を求め、それを資産運用の最適化問題に応用した。4.有限予測係数の応用:井上(北大理)との共同研究。昨年度の研究では、定常時系列に対する有限予測係数の(無限AR、MA係数を用いた)表現を証明した。それを応用して、予測係数の漸近公式、及び、Baxterの不等式を証明した。その不等式は、有限予測子の漸近挙動に関係があるが、長期記憶を持つ場合に証明されたのは、これが初めてである。1.予測理論。

これには、特に、有限の過去を用いた予測問題と無限の過去を用いた予測問題を同時に扱うことができるという、従来の予測理論にはない利点がある。2.鏡映正値的定常過程。昨年度までの研究では克服できなかった局所的な振舞いに起因する(germに関する)問題を解決することにより、鏡映正値的定常過程の有限予測問題を完全に解いた。そこでは、有限予測係数の明示表現、局所的時間発展を記述する新生過程、標準表現、連続時間の偏相関関数、逆スペクトル問題などが独自の手法で扱われる。3.予測係数の表現と応用:井上(北大理)との共同研究。昨年度までの研究で、定常時系列の有限予測係数と偏相関関数の(無限AR、MA係数を用いた)表現定理、漸近公式、Baxter型の不等式を証明したが、その結果を負の差分パラメータを持つfractionalARIMA過程を含むクラス、及び、鏡映正値的定常時系列を含むクラスに拡張した。4.有限予測問題:井上(北大理)との共同研究。井上と笠原が開発した手法では、有限の過去を用いた予測問題を無限の過去と未来を用いた予測問題に帰着させるが、そこで鍵となる等式が成立するための必要十分条件を明らかにした。それは、定常時系列が完全非決定性(Sarasonにより導入されたcompltete nondeterminism)を満たすことである。
寝具における熱および水分移動の解析的研究

1.本研究の目的は、蒲団における熱および水分の移動現象を解析的に解明しようとするものである。これらが、温度勾配あるいは水蒸気分圧勾配に応じて移動すね過程を拡散方程式により記述し、その解を求めることにより蒲団内における熱および水分の移動特性を明らかにすることに主眼をおいている。2.実験は、人工気象室において、夏および冬の季節に擬した高低温および高低湿の組み合わせによる環境条件で着用実験を行なった。蒲団ワタとしては、吸湿性のある綿および吸湿性のないポリエステルを用いた。こうした実験用寝具を用い、被験者を就寝させて、そのときの寝具内外の温湿度および熱流量を測定した。3.実験結果の解析では、敷蒲団を無限平板とみなして行なった。すなわち、熱および水分の移動を1次元非定常の拡散現象として扱い、その解を解析解および数値解として求めた。こうした解と実測値とを照合し、蒲団における熱拡散係数および水蒸気拡散係数の見積りを行なった。本研究により、実用の蒲団という複雑な系においても、輸送論からのアプロ-チが有効であることを示すことができた。こうした成果は、快適性を確保するための基礎的情報として有用であると言える。
爆発物のレーザーイオン化質量分析の研究

応募者が開発したレーザーイオン化飛行時間型質量分析計は、芳香族化合物に対してサブフェムトグラムまで測定できる。また、ガスクロマトグラフ/質量分析の二次元データ表示法に基づき、数1000種類の成分を一斉に測定できる。しかし、爆発物については、電子イオン化法だけではなく、ソフトな光イオン化法を用いても、分子イオンはほとんど観測されず、高感度分析も困難である。そこで本研究では、深紫外フェムト秒レーザーイオン化質量分析法を開発し、過酸化アセトンなど一連の爆発物に対して、分子イオンを検出すると共に、高感度に分析できることを実証する。本研究は、質量分析における新たな基礎技術を提供するものであり、広い学術分野に大きな波及効果をもたらすことはもちろん、テロ活動に対抗するための分析技術としても有効である。以上の背景の下平成26年度、以下の通り研究を進めた。深紫外域において波長、パルス幅、エネルギーを変化できるフェムト秒レーザーをイオン化源とする質量分析計を開発することを計画として挙げ、まず、チタンサファイアレーザー光の3倍波、基本波、そして光パラメトリック増幅器からの近赤外レーザー光の3つを水素中に集光し、多色深紫外レーザー光を得た。従来の3倍のエネルギーを持つ3倍波を得る光学系を構築し、実現した。そして深紫外多色超短パルスレーザー光のエネルギーを3倍向上させる道筋をつけた。多光子イオン化飛行時間型質量分析においてこのエネルギー向上は感度の大きな向上へ繋がる。深紫外多色光の各パルスのパルス幅を短縮するためのプリズム圧縮器のテストを行い、最短パルスへ圧縮し、飛行時間型質量分析計へ導入し、イオン化効率の変化を見た。また、波長可変フェムト秒レーザーを用い、パルス幅と波長をパラメータとした実験研究を行い、共鳴と非共鳴イオン化の場合のイオン化効率を定量的に比較した。26年度が最終年度であるため、記入しない。
抗HER2抗体結合リポソーム包埋磁性体に対する誘導加熱による乳癌治療法の研究

MgFe204粒子を、10-53nmに調整し分散化させることで、リポソーム包埋が可能になった。SEM解析すると、凝集は見られず良好な分散を認めた。リポソーム包埋磁性体単独での発熱特性を解析すると、1cm腫瘍に対する局所注射により、腫瘍周辺温は約46°C、腫瘍内温は50°C程度であった。ハーセプチンwhole Abを結合させたリポソームの静脈投与の安全性は今回の検討期間中は明らかにすることは出来なかったが、in vitroでのSK-BR-3 cell lineを用いた抗体結合試験では、良好なaffinityを認め、更に誘導加熱を印加しない抗体化リポソーム単独で約20%の抗腫瘍効果、磁性体封入抗体化リポソームに誘導加熱を加えると約60%の腫瘍制御能を認めた。In vivoでは、静脈投与は安全性が確保できなかったため、局所注入する方法をとったが、誘導加熱負荷によりマウス10匹中8匹に高度の腫瘍縮小効果を認めた。組織学的検討でも、腫瘍中心にはnecrotic area、周辺に移行帯、apoptosis areaが認められ、有効な加温効果を認めた。今後、抗体化リポソームの静脈投与、動脈内投与の安全性を更に検討し、臨床応用可能な方法に繋がる研究を展開する予定である。【対象、方法】コイル径10cm、400-500kHzの周波数帯で、実際に動物モデルを用いて誘導加熱実験を行った。SCIDマウスにHER2高発現乳癌細胞を移植し、約1cmになった時点で、血管造影を施行し腫瘍への血流分布を検査。経尾静脈投与の抗HER2モノクロナール抗体付着リポソームを投与し、5匹のラット、マウスの乳癌組織を摘出し組織学的に腫瘍内に均一にMgFe204が沈着していることを確認した。更に全身麻酔下にコイル径10cm、400-500kHzの周波数帯で5、10、15、20、25、30分の異なった照射時間を設定し各群3匹ずつ誘導加熱を行った。これらの乳腺組織を摘出し、誘導加熱後の周囲へのネクローシスの程度、また時間によるアポトーシスの発現、およびHSP(Heat shock protein)の発現の程度を免疫染色によって確認した。また電顕的な腫瘍凝固壊死効果判定は検討中である。加熱実験中は、体温、血圧、血液データのモニターをしつつ加熱による影響を検討し、異常がないことを確認した。照射直後、一日後、一週間後、一ヶ月後の組織を摘出、染色によって確認した。【結果】金属磁性体(マグネタイト、マグネシウムフェライト)を粒子径20-100nmに均一化し、分散させることによりリポソーム包埋に成功した。抗HER2抗体結合だけで抗腫瘍効果を認めたが、更に誘導加熱による局所発熱を加えることで有意な腫瘍抑制効果を認めた。リポソーム包埋抗体結合磁性体を局所注射し、誘導加熱を加えることで7例中6例に腫瘍の消失または著明な縮小効果を認めた。1例には腫瘍増大傾向を認めた。静脈投与、動脈内投与に関しては、来年度に投与限界量や、投与法の検討を行う予定である。MgFe2O4粒子を、10-53nmに調整し分散化させることで、リポソーム包埋が可能になった。

組織学的検討でも、腫瘍中心にはnecrotic area、周辺に移行帯、apoptosis areaが認められ、有効な加温効果を認めた。今後、抗体化リポソームの静脈投与、動脈内投与の安全性を更に検討し、臨床応用可能な方法に繋がる研究を展開する予定である。
サルモネラの乾燥耐性獲得機構に関する研究

サルモネラの乾燥耐性の獲得に関与する宿主要因として、SEp22が重要であることをsep22遺伝子の導入と発現実験によって示した。また、環境要因として栄養因子が重要であることを明らかにし、M9最少培地中のリン酸塩とグルコースが必須であること、さらに、カサミノ酸分画に含まれる成分が乾燥耐性獲得能およびSEp22の発現誘導に効果があることを示した。さらに、乾燥のサイクルを繰り返すと、SEp22の発現と乾燥耐性が上昇したサルモネラの乾燥耐性の獲得に関与する宿主要因として、SEp22が重要であることをsep22遺伝子の導入と発現実験によって示した。さらに、乾燥のサイクルを繰り返すと、SEp22の発現と乾燥耐性が上昇した本研究は、主要な食中毒原因菌であるサルモネラ・エンテリティディス(Salmonella Enteritidis;以下、SEと略す)を用いて、サルモネラの乾燥耐性の測定法を確立し、乾燥耐性に関与する遺伝子及び環境因子を明らかにし、サルモネラの乾燥耐性獲得機構を解明すること、及び、環境中における乾燥耐性の獲得と病原性の獲得に相関性があるか否かを検討することを目的とする。さらに、環境中のSEの乾燥耐性発現に関連する食中毒の発生を予防するための、新たな対策を確立することも目的とする。本年度は以下の研究成果を得た。(1)SEの乾燥耐性獲得におけるsep22遺伝子の関与の解析:SEp22発現が乾燥耐性獲得に果たす役割を確認するため、備品として購入した遺伝子導入導入装置を使用し、sep22遺伝子欠損変異株にsep22遺伝子を導入した。4株の復帰変異株を作成し、SEp22のmRNA及びタンパク質の発現を確認した。現在、SEp22の表現型の確認及び乾燥耐性の復帰について実験を進めている。(2)サルモネラの乾燥耐性の獲得と病原性に関する解析:SEp22の発現がマウスに対するサルモネラの致死毒性に果たす役割を検討するため、数十株の環境分離株を解析し、SEp22の発現量と病原性の強さに関する相関関係を調べた。その結果、SEp22の発現がある一定の値を超えるとマウスに対する病原性が現れることを見出した。現在は、乾燥耐性株のSEp22発現量と病原性発現の関連を解析中である。(3)乾燥耐性獲得における栄養因子の役割:SEが乾燥耐性を獲得するために必要な栄養因子について、M9最少培地を用いて解析した。その結果、リン酸及びグルコースをともに要求することが明らかになった。現在、こらの栄養因子による乾燥時のSEの生化学的な代謝反応について検討中である。本研究は、主要な食中毒原因菌であるサルモネラ・エンテリティディス(Salmonella Enteritidis;以下、SEと略す)を用いて、サルモネラの乾燥耐性の測定法を確立し、乾燥耐性に関与する遺伝子及び環境因子を明らかにし、サルモネラの乾燥耐性獲得機構を解明すること、及び、環境中における乾燥耐性の獲得と病原性の獲得に相関性があるか否かを検討することを目的とする。さらに、環境中のSEの乾燥耐性発現に関連する食中毒の発生を予防するための方策を開拓することも目的とする。本年度の主な成果を示す。(1)SEの乾燥耐性獲得におけるsep22遺伝子の関与の解析:昨年度備品として購入した遺伝子導入導入装置を用いて、sep22遺伝子欠損変異株にsep22遺伝子を導入して得た復帰変異株が、SEp22のmRNA及びタンパク質を発現し、乾燥耐性の獲得能も復帰することを明らかにした。(2)環境分離株におけるサルモネラの乾燥耐性とSEp22発現の関連に関する解析:環境分離株のうち、SEp22の低発現株を乾燥し、再び増殖させる過程を繰り返すと、SEp22の発現が数倍まで上昇し、乾燥耐性を増強することを見出した。この結果は、環境中において乾燥ストレスがサルモネラの病原因子SEp22を濃縮し、増強することを示唆する。(3)乾燥耐性獲得における栄養因子の役割:SEが乾燥耐性を獲得するために必要な栄養因子を解析した結果、M9最少培地に添加することが要求されたグルコースは、乾燥からの復帰直前に添加すれば、乾燥前に菌液に添加した場合とほぼ同様の効果が得られることを見出した。この結果から、グルコースの役割は、菌の内部で代謝されてエネルギーになるというよりはむしろ、浸透圧変化に対する保護作用を持つことによるのではないかと推察される。本研究は、主要な食中毒原因菌であるサルモネラ・エンテリティディス(Salmonella Enteritidis;以下、SEと略す)を用いて、サルモネラの乾燥耐性の測定法を確立し、乾燥耐性に関与する遺伝子及び環境因子を明らかにし、サルモネラの乾燥耐性獲得機構を解明すること、及び、環境中における乾燥耐性の獲得と病原性の獲得に相関性があるか否かを検討するとともに、環境中のSEの乾燥耐性発現を制御することにより、食中毒の発生を予防するための方策を探ることを目的とする。(1)SEp22以外の乾燥耐性獲得に関与する因子の研究: )SEp22以外の病原因子として、新たにSEp22の発現に連動するSEp25を見出し、これが大腸菌のOsmYと相同であることを明らかにした。

SEp25はサルモネラの乾燥耐性獲得において、SEp22と連動すること、さらにSEp25の発現はSEp22以外の調節因子による制御を受けることを示した。(2)SEの乾燥耐性獲得に必要な栄養因子の作用機構の解析:LB培地やカサミノ酸中のポリペプチド分画の中に、サルモネラの乾燥耐性獲得の亢進を起こす活性成分を見出した。この分画の一部は、SEp22発現誘導を起こす活性成分の分画と同一であったが、別の分画にも回収されたことから、サルモネラの乾燥耐性の誘導は、SEp22の発現以外の経路によっても起こる可能性が示唆された。(3)乾燥耐性獲得を通じたサルモネラ病原性株の濃縮機構: LB環境分離株のうち、SEp22の低発現株を乾燥し、再び増殖させる過程を繰り返すと、SEp22の発現が数倍まで上昇し、乾燥耐性を増強することを見出した。この結果は、環境中では乾燥ストレスがサルモネラの病原因子SEp22を濃縮し、増強することを示唆するので、食中毒の統御には環境中のサルモネラに乾燥抵抗性を賦与しない工夫が必要である。
ウシ初期胚のエピジェネティクスにおけるメチル基経路の役割

ウシの卵母細胞および胚盤胞期までの着床前胚にメチル基経路の酵素群が発現していることを明らかにした。ウシ着床前胚の発生において、メチル基経路内の代謝産物のうち、ホモシステインはグローバルなDNAのメチル化に影響をおよぼすこと、メチオニンは、そのS-アデノシルメチオニンへの代謝を通じて桑実胚から胚盤胞への移行に関与していることを明らかにした。ウシ着床前胚の発生におけるメチル基経路の存在とその重要性が示唆された。ウシ未成熟卵母細胞の体外成熟・受精・発生を行い、成熟卵子・1細胞期・2細胞期・8細胞期・桑実胚期・胚盤胞期の胚を得た。各発生段階の卵子および胚について、メチル基経路の主要な酵素すなわちMAT1A, MAT2A, MAT2B, AHCY, MTR, BHMT, SHMT1, SHMT2, MTHFRのmRNAの発現をRT-PCR法を用いて調べた。その結果、MAT1AおよびBHMTを除く全ての酵素のmRNAが全発生段階の卵子・胚で検出された。MAT1Aは卵子および2細胞期までの胚で、BHMTは8細胞期を除く全ての卵子・胚で検出された。この結果から、ウシの卵子や受精直後の初期胚は完全なメチル基経路を持つことが示唆された。特に、MAT1Aは主要なメチル化反応実行組織である肝臓で特異的に発現している遺伝子と考えられてきたが、本研究の結果により、卵子や受精後の初期胚でも発現していることが初めて明らかになった。MAT1Aタンパク質(MATI/III)の発現を間接免疫蛍光染色法により調べたところ、卵子および8細胞期までの胚に強い発現が観察された。この結果から、卵子や受精直後の胚がユニークなメチル化機構を有していることが明らかになった。初期胚のメチル基経路の異常が胚の発生におよぼす影響を調べるため、ウシ体外受精胚の培養系にホモシステインを添加し、胚の発生とDNAのエピジェネティック修飾におよぼす影響を調べた。その結果、ホモシステインはウシ胚の発生を遅らせ、また胚のDNAのグローバルなメチル化を増加させることが明らかとなった。この結果から、ウシ初期胚の発生において、メチル基経路が重要な役割を果たしていることが示唆され、ホモシステインのようなメチル基経路内の代謝産物の濃度の異常が、エピジェネティクス攪乱因子(エピミュータジェン)となりうることを明らかにした。哺乳動物の着床前胚の発生・分化における遺伝子発現の制御には、DNAのメチル化反応が深く関わっている。この反応を行うのはDNAメチル基転移酵素であるが、それがメチル基源として利用するS-アデノシルメチオニン(SAM)はメチオニンの代謝によって作られ、メチオニンの代謝経路は葉酸・ビタミンB12・コリン等の栄養因子の代謝を合わせメチル基経路を形成している。我々は前年度に、ウシの着床前胚がメチル基経路の酵素群の遺伝子を発現していることを見出しており、着床前胚は周囲あるいは内因性のメチオニンを利用していると考えられる。ウシ着床前胚におけるメチオニン代謝の役割を、メチオニンの代謝拮抗物質、エチオニンを用いて調べた。体外受精後3日目に5細胞以上になったウシ着床前胚を、無添加対照区、メチオニン添加区、エチオニン添加区で体外受精後8日目まで培養した。8日目における胚盤胞発生率はそれぞれ38.5%、27.3%、1.5%であり、エチオニン添加区で胚盤胞発生が著しく阻害された。各区の6日目における収縮桑実胚への発生率には有意な差が無かった。また、エチオニン添加区にSAMを添加すると、胚盤胞発生率は低率ながら有意に回復した(11.9%)。各区の収縮桑実胚について、栄養膜細胞の細胞系列分化を制御する(マウス胚における知見)転写因子であるTEAD4のmRNA発現を比較したところ、その発現はエチオニン添加区で高かった。以上の結果より、メチオニン代謝は、ウシ着床前胚の発生、特に桑実胚から胚盤胞への移行において重要な役割を担っていること、その役割は少なくとも部分的にはSAMを介したものであること、さらにメチオニン代謝の阻害は、細胞系列の制御に関わる遺伝子の発現への影響を伴うことが明らかとなった。この遺伝子発現への影響がDNAのメチル化修飾を介したものかどうかは現時点では不明であり、今後の検討課題の一つである。
協同学習支援を用いた英語ライティング指導の試み

本研究の目的は、対象をコミュニカティブな英語の授業を苦手とする初級レベルの短期大学生、大学生に限定し、第二言語ライティング学習における修正フィードバック支援のあり方を理論的に考察するとともに、学習者主体の授業形態を根本的に変えた、教員主導型の指導モデル「ライティング協同学習支援法」を構築し、その実践の効果について検証を行うことである。具体的には、調査協力者の指導前後のライティング能力の発達と意識の変容を明らかにする。平成30年度は指導モデルを構築するために、第二言語ライティングと第二言語習得論における修正フィードバック研究のレビューを考察し、その理論的背景をまとめて、研究ノートを執筆した。さらに、学習意欲に問題を抱えた短期大学生を対象に、自由記述やアンケート調査を実施して、学習者の問題点を探った。そして、これらの予備調査を踏まえて、ライティング指導モデルの構築に努めた。さらに、ライティング指導における修正フィードバック支援を授業内に提供し、その成果を研究発表、紀要論文として報告した。その際に、調査協力者のライティングや自由記述の回答はすべて匿名とし、個人情報とプライバシーに十分配慮することを心がけた。本研究の意義は、対象をグループワークが苦手な不安感の強い学習者に設定し、教員のフィードバック支援と協同学習を組み合わせた指導モデルを通して、最終的には自律した学習者の育成を目指すということである。平成30年度は第二言語ライティングと第二言語習得論の修正フィードバック研究の理論の考察と予備調査として、学習意欲に問題を抱えた学習者の問題を探り、実践研究としてその成果を研究発表、紀要論文として執筆した。したがって、概ね本研究の進捗は順調であると考えられる。残りの2年間で、さらに理論と実践の統合を目指し、学習意欲の低い学習者のための、教育的に意義のある研究を目指す。2019年、5月2日にクロアチアで開催される国際大会、Language in Focusにおいて、昨年度までに実施した研究成果を発表する。研究発表の内容については、論文あるいは報告書として、執筆する予定である。さらに、今年度も、引き続き、国内外の研修や学会に参加をして、最新のフィードバック理論と実践の統合について修得し、レビュー作成や論文の執筆に取り組む。また、可能であれば、2019年度秋学期から、構築したライティング指導モデルの実践を行い、その成果を来年度の国内外の学会で発表できるようにデータ収集、分析を行う。万一、研究計画が必要とされた場合は、日本人学習者の1)動機づけ減退と2)ライティングの誤り分析の2点に焦点を当てて、研究を進める。当初、予定していたアメリカでの国際学会の研究発表を翌年度に延期し、ニーズアナリシスや文献収集を重点的に行ったため、出張旅費分の残額が生じた。そのため、今年度以降は、予備調査の結果を踏まえて、研究発表や論文の執筆を予定している。
海水系におけるクラスレート水和物の結晶成長(新規エネルギー技術の高度化に向けて)

海水とゲスト物質流体相とから成る液・液,あるいは気・液系におけるクラスレートハイドレートの生成と結晶成長を視覚的に観測して,その結晶形態(結晶モルフォロジー)と結晶成長速度とを明らかにした.ハイドレートの生成・分解を活用した海水淡水化やハイドレートを用いる天然ガス輸送・貯蔵技術の開発への貢献を意図して,シクロペンタン,メタン,エタン,プロパン等の炭化水素系ガスをゲスト物質として用いた.観測実験結果と結晶成長の駆動力の関係を整理する解析から海水中の塩がハイドレート生成系における核生成と結晶成長とに及ぼす影響を明らかにした。実施計画に従って大気圧下でのシクロペンタン系における実験と高圧下での天然ガス系における実験を行った.シクロペンタン系での実験では温度を-22°Cから+6°Cの間で1K程度の刻みで変化させ,各温度レベルにおける結晶成長を観測し,系の温度条件に依存した結晶モルフォロジーの多様性と結晶成長速度について系統的な実験観測データを取得することができた.ガラス製の試験容器内に人工海水とシクロペンタンの液相とを積層させ,この液・液界面における水和物の結晶成長過程を水平方向から実体顕微鏡を用いて観察を行った.人工海水の濃度は3.5mass%から飽和水溶液となる30mass%までの範囲にて実施した.この一連の実験結果から,結晶モルフォロジーは海水の濃度が異なる場合でもサブクール度(平衡温度と実験系の温度との差)を揃えればほぼ同様となることが示された.一方で結晶成長速度はサブクール度を揃えても濃度に依存して異なることがわかった.結晶モルフォロジーは結晶成長速度と核生成速度の両者によって決定されるものであるため,前述の実験事実から海水中の塩が系の核生成速度に大きな影響を及ぼしていると解釈される.また,高圧系での実験では海水系での実験に先立って純水系の実験を行い,その後海水系での実験へと移行した.高圧下での海水系での実験では,海水・天然ガス界面において優先的にハイドレートの生成・成長が起こるということを確認することができた.研究実施計画に記した通り,天然ガスのモデル物質としてメタンあるいはメタン+エタン+プロパン混合ガスを用いた結晶成長観測実験を実施した.3MPa-10MPa程度の圧力の模擬天然ガス雰囲気中に水滴あるいは水プールを保持し天然ガス・水の気・液界面に生成・生長するハイドレートを対象に実験を実施した.海水相当濃度であるモル分率0,035あるいはそれ以上の濃度の塩化ナトリウム水溶液を用い,純粋メタン+海水相当濃度塩化ナトリウム水溶液系での実験を実施して,結晶成長速度と結晶形態を詳細に観測し,純水系での結果との対比から水溶液中の塩が結晶成長に及ぼす影響を明らかにした.また,結晶成長の駆動力の指標としてサブクール度(平衡温度と実験温度の温度差)を用いて,この指標と結晶成長速度,結晶形態の関係を整理して駆動力に依存した結晶成長挙動・結晶形態の多様性の解明とその支配因子に関する考察を行った.ハイドレート結晶は天然ガス・水溶液界面に薄膜状・層状の多結晶体として成長することが明らかとなった.また,この多結晶体の成長過程を詳細に顕微鏡観察することで多結晶体全体の成長速度,個々の結晶の成長速度.個々の結晶の形態(crystal habit, crystal morphology)を明らかすることができた.本年度の結果から海水系では純水系と比べて結晶成長速度は低下するものの,結晶成長の駆動をそろえて比較すると結晶形態には変化が見られないことが実験的に明らかとなった.結晶形態は個々の結晶の成長速度と核生成速度とのバランスで決まる.結晶成長の駆動力が大きな場合には個々の結晶の成長速度は大きくなるが,核生成速度も大きくなるため,小さな結晶が多数形成されることになる.一方,駆動力が小さい場合には結晶成長速度は小さいが核生成速度も小さくなり比較的大きな結晶が少数形成されることになると解釈できる.クラスレートハイドレートの生成・分解を活用した新規技術においては,海水からの水和物生成に関する知見が不可欠となる場合が多い.例としては海上ガス田での天然ガスハイドレート化による天然ガス輸送・貯蔵技術,海水淡水化,二酸化炭素の海域地中隔離などを挙げることができる.本研究では,ゲスト・海水界面に形成されるハイドレート結晶のモルフォロジーの多様性と成長速度とを実験的に解明する.昨年度までに,大気圧下での実験と高圧下の純粋メタン系での実験を実施し,本年度はメタン+二酸化炭素混合ガス系,メタン+デカン系における実験を実施した.メタン+二酸化炭素系におけるハイドレートの結晶成長の理解は,二酸化炭素を多く含む酸性天然ガス資源の高純度化やコールベッドメタン,天然メタンハイドレート層への二酸化炭素注入による天然ガス回収などと関連して近年重要性を増している.2.5 MPa程度の高圧のメタン+二酸化炭素雰囲気中に水滴を保持し,その滴表面(ゲスト/水の気液界面)における結晶成長を観察する実験を実施し,結晶モルフォロジーの多様性を詳細に顕微鏡観察した.メタン+デカン系は天然ガスと石油が共存する原油生産パイプライン内の状況を単純化・モデル化したものと考えることができる.

石油・天然ガスパイプライン中におけるハイドレート生成については北米や欧州の研究グループがオイルメジャーとの連携した研究として長年実施してきているが,実際に天然ガス+石油共存系において生成するハイドレートの結晶成長に関する知見はきわめて限定的であり,現在考えられているハイドレート生成の物理モデルも観察事実に基づいているとは言いがたい.メタン+デカン系つまり気体ゲスト+油状液相+水という気・液・液三相系における結晶成長の観察結果を得ることで,気・液系におけるハイドレートの結晶成長との差異を明らかにすることができた.研究実績の概要に記したように,研究は実施計画に従って進展しているが,計画以上の進捗はない.24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は三年計画の最終年度となる.これまでの二年間は実施計画の通り研究を推進させてきた.現状,本研究の推進に大きな障害は見当たらないが,わずかな量とはいえ高圧のゲスト物質を使用する実験研究であるため安全面には配慮が必要である,最終年度も安全面に配慮しつつ,研究計画通り実施できるよう努めたい.24年度が最終年度であるため、記入しない。