hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
砂漠によって引き起こされた北米大陸のソテツ類Ｄｉｏｏｎ属の側所的種分化の解明

側所的種分化は、適応放散が姉妹集団間の発散および隔離を促進するときに生じる。自然界の側所的種分化に関する証拠はまれである。この研究は、メキシコのDioon属に側所的種分化の証拠を得ることを目的としていた。その目的で、Dioon属の進化、メキシコにおける砂漠形成の歴史、砂漠における適応のための形態的形質の進化との関連性を研究した。最初に、砂漠拡大に伴ってクレードの多様化が起こったかどうかを評価するためにDioonの系統地理関係を明らかにした。これは、新生代中のメキシコでDioonの4系統が多様化することを示唆した。これらの結果は、Annals of Botanyに掲載された。また、Dioonの系統進化と砂漠への生息地移行、砂漠への葉表面の乾燥適応の獲得とその関係を研究した。Dioonの系統発生における生息地の変化は、中新世にメキシコ砂漠の拡大とともに起こったことがわかった。砂漠環境に生息する種は乾燥に強い適応を示すこともわかり、これらは、Annals of Botanyに別の記事として掲載された。Dioonの葉表面の特性とその乾燥適応の研究についても、Floraに論文が掲載された。これらの結果は、Dioonの側所的種分化を示唆する進化パターンを示した。そのため、Dioon sonorenseについて、種内レベルでの発散の研究を行った。Dioon sonorenseの北部集団は砂漠にあり、南部集団は森林に生息する。遺伝的、葉表面の適応、形態学的データは、2つの地理的領域間の明確な区別を示し、周辺の生息地が種分化を引き起こしたことを示唆している。これらの結果はConservation Geneticsに論文としてアクセプトされた。この研究はDioonの側所的種分化のパターンを明らかにした。Dioonの進化は、メキシコの砂漠の拡大に関連する生態学的要因によって引き起こされたと思われる。今後、Dioonクレードのゲノムの相違についてのさらなる研究によって、植物の適応の仕組みと進化の経路が明らかになると期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。側所的種分化は、適応的な多様化が姉妹隣集団間の発散と分離を促進する場合に発生する。メキシコのソテツ類Dioon属は森林や砂漠等の異なった環境に生息する種が含まれており、側所的種分化を理解するのに理想的なモデルと言える。Dioonで側所的種分化を示すために以下のことを行った:1. Dioonの遺伝的構造を決定するために、葉緑体DNAとMIG-seqによるゲノム一塩基多型(SNP)の変異を調べた。歴史的・地理的拡大を再考し、種分化の時間を推定した。これらのデータから砂漠でのDioonの種分化は、砂漠の拡大と同時に起こったことが示唆された。2. Dioon種(6048塩基対)の広範な葉緑体DNAデータを用いて、Dioon属の非常に信頼度の高い系統樹を再構築した。森林と砂漠の集団間の姉妹関係をすべて検討した。各クレードについて、乾燥地への適応を示す葉表皮形質の進化を見いだし、形質の変化が気候変動と相関していることを発見した。これは、乾燥がDioonの種形成を直接促進したことを示唆している。3.森林と砂漠の両方に生息する1つの種、Dioon sonorenseに焦点を当てた。この種の分布パターンを詳細に検討することで、現在進行中の種分化過程に砂漠に対する適応がどれほど影響するのかを明らかに出来ると考えた。遺伝的構造を明らかにするためにMIG-seqのゲノムSNP情報を用いた。その結果、Dioon sonorenseの遺伝的構造は、生息地の分化と一致していることがわかった。この個体群の分化は、自然選択の対象となる遺伝子座を考慮すると非常に強いことが明らかとなった。これらの結果から砂漠の適応に起因する生息地の分化が2百万年前という非常に最近の種分化を促進したと結論づけた。砂漠への適応はDioon sonorenseの側所的種分化を促進することが示唆された。すべての研究計画を計画通りに遂行した。これまでの結果からDioonの多様化は砂漠の拡大と同期して起こっていることが示された。Dioonの砂漠環境への進化は、南メキシコとメキシコ北西部で少なくとも2回発生したと考えられる。この証拠は、Dioonの進化が砂漠の拡大に関連していることを示唆している。これらの結果は論文としてまとめ、「Annals of Botany」に投稿中である。また、微形態学的適応の進化が砂漠への生息地の移動と関連していることが明らかとなった。これらの微形態学的適応は、砂漠によって引き起こされる種分化が南メキシコと南西メキシコに存在するDioonの2つの異なるクレードで起きていることを示唆している。この結果も別の論文としてまとめ「Annals of Botany」に投稿中である。また、砂漠への進化が起こった2つの異なるクレードに注目し、サンプリングを行った。私はDioon sonorenseの4つの集団で葉サンプルを収集するためにメキシコ北西部の砂漠と森林に訪れ、また、南メキシコの砂漠と森林に住む11の集団の葉を採取した。これらのサンプリングによって今後DNAとRNA分析を行うのに十分な量のサンプルを得る事が出来た。また、Dioon sonorenseについては、既にRAD-seqデータを取得し、その遺伝的構造について、生息地の分化に関連した論文を執筆中である。

自然界の側所的種分化に関する証拠はまれである。この研究は、メキシコのDioon属に側所的種分化の証拠を得ることを目的としていた。その目的で、Dioon属の進化、メキシコにおける砂漠形成の歴史、砂漠における適応のための形態的形質の進化との関連性を研究した。最初に、砂漠拡大に伴ってクレードの多様化が起こったかどうかを評価するためにDioonの系統地理関係を明らかにした。これは、新生代中のメキシコでDioonの4系統が多様化することを示唆した。これらの結果は、Annals of Botanyに掲載された。また、Dioonの系統進化と砂漠への生息地移行、砂漠への葉表面の乾燥適応の獲得とその関係を研究した。Dioonの系統発生における生息地の変化は、中新世にメキシコ砂漠の拡大とともに起こったことがわかった。砂漠環境に生息する種は乾燥に強い適応を示すこともわかり、これらは、Annals of Botanyに別の記事として掲載された。Dioonの葉表面の特性とその乾燥適応の研究についても、Floraに論文が掲載された。これらの結果は、Dioonの側所的種分化を示唆する進化パターンを示した。そのため、Dioon sonorenseについて、種内レベルでの発散の研究を行った。Dioon sonorenseの北部集団は砂漠にあり、南部集団は森林に生息する。遺伝的、葉表面の適応、形態学的データは、2つの地理的領域間の明確な区別を示し、周辺の生息地が種分化を引き起こしたことを示唆している。これらの結果はConservation Geneticsに論文としてアクセプトされた。この研究はDioonの側所的種分化のパターンを明らかにした。Dioonの進化は、メキシコの砂漠の拡大に関連する生態学的要因によって引き起こされたと思われる。今後、Dioonクレードのゲノムの相違についてのさらなる研究によって、植物の適応の仕組みと進化の経路が明らかになると期待される。現在、砂漠がDioon sonorenseの集団間での種分化を促進しているのかを検証している。しかし、このパターンは他の姉妹クレードを対照として検討される必要がある。現在、南メキシコのクレードでRAD-seqを実行中である。このクレードは、気候勾配に沿った遺伝的差異を発見することを可能にする良いモデルとなるかもしれない。このアプローチから側所的種分化に対して砂漠形成がどう影響したのかを理解することができると考えている。私の仮説は、遺伝的変異が気候パラメータ、特に年間降水量と気温と相関するということで、これを検証するには細かい詳細な遺伝子構造を得ることが必要である。また、乾燥に対して自然選択を受ける遺伝子座が同定されることを期待している。これらに加え、異なる集団からの8つのサンプルについてRNA配列決定を行う。Dioon sonorenseには、森林からのものと砂漠からのものの2つの集団がある。他の6つのサンプルは、南メキシコの4つの種に由来する。
配向制御したPVDハードコーティングによるトライボロジー特性の向上

本研究は、アークイオンプレーティング型PVD装置を用い、結晶配向制御したハードコーティングを作製し、その配向制御したコーティングのキャラクタリゼーションおよびトライボロジー特性への影響を評価し、材料の長寿命化を図ることを目的としている。本年度はコーティングされた材料が実際に使用されるであろう潤滑状態下において、配向制御コーティングのトライボロジー特性を調査した。半径15mm、高さ4mmのSKD11試験片に、バイアス電圧を-50、-100、-150、-200Vと変化させ、配向制御したTiN被膜をPVD装置を用いて成膜した。被膜の表面性状の影響をなくすため成膜表面を研磨し、その後ボールオンディスク試験機により摩擦・摩耗特性を調査した。潤滑材にはまずエンジンオイルを用いて実験を行い、それと同等の粘度を持つパラフィン系鉱油のP100、低粘度のP8で実験し、基油のみの潤滑状態での摩擦係数を調べた。その上で添加剤効果を調べるため、P100にオレイン酸、硫黄系、2種類のZnDTPをそれぞれ5%加えた潤滑油を用いて実験を行った。以上の実験から以下の結果を得た。1)潤滑状態ではバイアス電圧が-200Vで成膜された(111)優先配向の被膜は、-50Vで成膜された(200)優先配向の被膜よりも摩擦係数が低く、良いトライボロジー特性を示した。2)潤滑状況下では-50V、-200V共にディスク材へのボール材の凝着は確認されなかった。3)添加剤を加えた場合、-50Vで成膜された被膜の摩擦係数値の振れ幅は小さくなり、-50Vと-200Vの差は添加剤を加えない場合と比べて小さくなった。本年度は配向制御特性および被膜の密着度に大きく影響を及ぼすと考えられる被膜の残留応力の測定を試みた。SKH59を基材として、で膜厚3μmと5μmのTiNコーティングを成膜した。また、成膜時のバイアス電圧を-50-200Vと変化させて、膜厚3μmのTiNを成膜した。さらに硬度の異なるSKD11、超硬を基材として、膜厚3μmのTiNコーティングを成膜した。X線回折装置を用いて生成した被膜の配向性および残留応力を測定した。被膜の密着性を評価するためにスクラッチ試験を行い、被膜が剥離する臨界荷重の測定を行った。さらに、マイクロビッカース試験機を用いて被膜硬さの測定を行った。これらの実験から以下の結果を得た。1)TiN成膜中の基材にかかるバイアス電圧を変化させることでTiN被膜の優先配向を-20Vと-50Vにおける(200)優先配向から-100,-150,-200Vの(111)優先配向へと制御可能であることを確認した。2)膜厚の増加に伴い、被膜の圧縮残留応力、臨界荷重、被膜硬さとも増加する傾向が見られた。また、成膜時のバイアス電圧を変化させた場合、バイアス電圧の絶対値の増加に伴い圧縮残留応力、被膜硬さは増加し、密着強度は若干増加する傾向が見られた。3)成膜条件一定で基材を変化させた場合、被膜硬さには、ほとんど変化は見られなかったが、基材硬さが大きくなるほど、被膜の圧縮残留応力は減少し、密着強度は高くなった。

3)添加剤を加えた場合、-50Vで成膜された被膜の摩擦係数値の振れ幅は小さくなり、-50Vと-200Vの差は添加剤を加えない場合と比べて小さくなった。
走行弾性ベルトの磁気浮上制御

薄板の連続熱処理、メッキ装置において、高速で送られる長尺の薄板の表面の品質を維持するため、磁気浮上等による非接触支持機構の開発が望まれている。そこで本研究では電磁石を用いて走行鋼板ベルトを浮上させるためのディジタル制御系の開発を行った。ベルトの横振動を有限個のセンサとアクチュエ-タを用いて制御するため、ベルト高次振動モ-ドのスピルオ-バを考慮した最適制御理論を適用した。この制御方式の実現性を模型実験によって確認し、ベルトの送り速度の変化が制御性能に及ぼす影響などを考察した。本研究では、ル-プ状にした鋼板ベルト(長さ約6.0m、幅0.15m)の駆動機構を製作して、ベルトの水平走行区間(制御対象範囲1.5m)に電磁石と変位検出器をそれぞれ4個配置し、磁気浮上制御実験を行った。ベルトは、SK3鋼板(厚さ0.3mm)とSUS430鋼板(厚さ0.4mm)の2種類を用いた。その結果、SK3鋼板、SUS430鋼板とも浮上走行(秒速2.5mまで)に成功した。本実験では鋼板表面の凹凸による外乱のため、走行速度の増加に伴い高次モ-ドを考慮した制御の効果は少なくなったが、高次モ-ドまで考慮した制御手法を適用した方がより良好な制御性能を得られることが分かった。以上より、走行弾性板の磁気浮上制御においては有限個のセンサとアクチュエ-タを用いて横振動を制御するため、高次モ-ドのスピルオ-バによる不安定現象が発生し易かったが、制御構造制約を考慮した準最適制御理論を適用して制御系を設計することによって、安定な制御性能を得ることができた。今後の研究の展開としては、さらに走行速度を高め、臨界速度を越えるような範囲における浮上制御を行う予定である。また、本研究ではロ-ラによってベルトに送りをかけたが、リニアモ-タを用いて非接触駆動することも計画している。
IVb族有機金属分子カチオンラジカルの構造、分子運動および反応

低温固相マトリックス分離電子スピン共鳴(ESR)分光法により、炭化水素の炭素の一部を炭素と同族の第IVb族元素に置換した有機金属化合物の一電子酸化反応で生成するカチオンラジカルの構造、分子運動に関する研究を行なった。研究実績は次の三項目にまとめられる。1)シクロヘキサン骨格炭素の一個をケイ素に置換したシラシクロヘキサン(cSiC5)のカチオンラジカルの構造および分子運動に関する研究を行なった。選択的に重水素およびメチル基を誘導した化合物を合成し、ESRスペクトルの高精度な解析および得られた磁気パラメ-タの確実な帰属を行なうことができた。その結果、a)中性のcSiC5は椅子型のC_S構造をとるが、一電子酸化反応で生成したカチオンラジカル(cSiC5^+)の極限状態の構造はSiーC結合の一方が伸び、非対称に歪んだC_1であり、その電子状態は^2Aであることが解った。さらに、b)二つのSiーC結合間で結合伸縮の交替が観測でき、温度上昇と共に交替速度が増加することが解った。4Kの低温でも、結合伸縮交替がおきることより、この現象は量子力学的トンネル機構によることが示唆される。なお、この研究成果の一部は、既に、研究論文として発表されている(Chem.Phys.Lett.1992)。2)ケイ素を一個含む飽和四員環化合物であるシラシクロブタン(cSiC3)系カチオンラジカルの構造および分子運動に関する研究を行なった。cSiC3系カチオンも、cSiC5^+と同様に、非対称に歪んだC_1構造をとることおよび四員環のひだ構造の反転の速度を評価できた。3)IVb族元素を中心原子(M)とするテトラメチル化合物、M(CH_3)_4、カチオンラジカルは中心原子(M)が炭素、ケイ素、ゲルマニュムおよびスズのとき、各々、C_<3V>、C_<2V>、C_<3V>構造をとることが解った。(2)および(3)の研究成果は、今秋のESRおよび放射線化学討論会に口頭発表し、学会誌に投稿する予定である。
多変量統計解析による中高年者用体力テスト・バッテリ-の開発研究

社会人の体力の問題が大きくクローズアップされてくるのに伴って、社会人向けの体力テストも多種多様に開発され実施されている。こうした、体力テストが今後益々社会人の体力向上のための重要なキ-となって行く社会趨勢の中で、60歳代70歳代あるいはそれ以上の年齢の人たちを対象とした体力テスト・バッテリ-が数少ないこと、また、あっても体力テストどうしの横の関連がうすく、統計的分析も不足していることから、本研究はこの点に止目して、上述の年齢層の人たちを対象とする体力テスト・バッテリ-を開発し、性・年齢を考慮した得点化について多変量解析を通して分析することを目的としている。このため、まず、東京都内の企業体及び区市教委から現に実施されている体力テスト(構成種目・実施対象年齢範囲・実施要項・評価表)を12種収集し比較・検討を行った。次に、これらの体力テストを参考にしながら、一方では質問紙法調査を用いて、この対象年齢の人たちの描く体力像(体力ファクター)及び若者のみたこの対象年齢の人たちに期待する体力像を調査し、これらも参考にしながら体力ファクターを筋力・柔軟性・バランス能力・心肺能力の4ファクターに絞り、対象者自身の行った種目選定を考慮して、握力・長座位体前屈・閉眼片足立ち・肺活量の4種目を選定した。この体力テストを軽運動実施グループ及び一般グループに実施し統計的分析を行って、体力テストの性・年齢別の各種目5段階評価及び総合評価表を作成することができた。
金属基複合材料の微視的変形、破壊挙動の解析

本研究では、スクイズキャスト法、半溶融および溶融攪拌法、ホットプレス法を用いて複合材料を作製した。強化材料として主に、SiC,Al_<18>B_4O_<33>,TiO_2の粒子、ウイスカ、繊維を用い、マトリックスとしてアルミニウム合金、マグネシウム合金およびチタン合金を用いた。これらの複合材料の機械的性質を明らかにし、その発現原因と走査型電子顕微鏡および透過電子顕微鏡による微細組織、変形・破壊組織の観察により明らかにした。また、ホットプレスで作製したニオブとMoSi_2の積層複合材料についても検討を行った。複合材料の機械的性質を決定する要因は、強化材の劣化、セラミックス/マトリックス界面の構造変化、マトリックスの組織の変化に依存する。特に、本研究では、界面に注目し、界面構造および変形、破壊組織を原子的レベルまで分析し、その界面反応が変形、破壊に与える影響を明らかにした。また、界面制御手法を考案することにより、機械的性質の優れた複合材料の設計指針を示した。更に、繊維系複合材料ではクリープ破断寿命を、繊維の耐荷能の時間変化を考慮した確率モデルにより、破断寿命を予測した。具体的成果として、TiO_2表面への熱化学的ドーピングによる複合材料の強化熱処理温度の低下、Al_<18>B_4O_<33>ウイスカ表面への均一なスピネル層の形成によるマトリックス合金との直接反応の阻止による高温安定性の向上を図ることができた。また、MoSi_2中に添加物を入れることによりNbとMoSi_2の界面反応を制御し、破壊靭性の優れた積層複合材料を製造することができた。本研究では、複合材料として特に、高圧鋳造法で作製したTiO2粒子強化Al複合材料およびAl18B4O33ウイスカ強化Al合金複合材料の微視的変形・破壊挙動を、走査電子顕微鏡法および透過電子顕微鏡法を用いて原子的レベルで明らかにした。得られた結果は以下の通りである。(1)TiO2/Al複合材料:TiO2は、鋳造時およびその後の熱処理によりAlと反応し、Al-Ti合金およびAl2O3を形成し、硬化する。as-cast材では、TiO2とAlの界面には明確な整合性は認められないが、熱処理により、生成したAl-Ti金属間化合物同士の界面、およびAl2O3とAl-Ti金属間化合物の界面では原子的に整合性の良い界面を形成していた。しかしながらこれらの界面はクラック進展の経路となっており、破壊に大きく関与していることが分かった。(2)Al18B4O33ウイスカ/Al合金複合材料:複合材料はスクイズキャスト法を用いて作製した。マトリックスとして純Al、Al-1%Mg合金、AC8A合金を用いた。これらの複合材料のウイスカ/マトリックス界面は、as-castの状態では、原子レベルで反応生成物は見られない。この界面には明確な特別な方位関係は見られなかった。破壊は、この界面を進展する傾向が強い。また、複合材料は熱処理をすることにより、ウイスカ/マトリックス界面に島状の反応生成物を生成する。マトリックスが純Alの場合、その反応生成物はγ-Al2O3であり、Al-1%Mg合金、AC8A合金ではスピネル構造を有するMgAl2O4である。また、反応が進行するに伴い、ウイスカ自体が反応により部分的に細くなる。反応生成物とウイスカの間には、整合性の良い特定の方位関係があり、界面強度も大きい。クラックは、ウイスカ/マトリックス界面および反応生成物/マトリックス界面を進展する。島状の反応生成物はアンカリング効果により複合材料の強度上昇の因子となる。一方、ウイスカの劣下は強度低下の原因となることが分かった。本研究では、複合材料として特に、高圧鋳造法で作製したAl18B4033ウイスカ強化AlおよびMg合金複合材料、チクソキャスト法で作製したSiC粒子強化

Mg合金複合材料の微視的変形・破壊挙動を、走査電子顕微鏡法および透過電子顕微鏡法を用いて原子的レベルで明らかにした。得られた結果は以下の通りである。1. Al18B4033/Al,Mg複合材料:Al-1%Mg合金をマトリックスとした場合、550°C以上の熱処理により、ウイスカ/マトリックス界面に矩形のMgAl204反応生成物が生成した。この界面の形成により、破壊様式は、マトリックスの延性破面より反応生成物の見える脆性破面に変化する。反応生成物の形成により、ウイスカの部分的細径化、界面強度の低下、界面近傍の熱歪による転位の生成により、機械的強度が低下することが分かった。さらにFEM解析により、矩形の反応生成物は、応力集中場になることが分かった。また、マトリックスとして、Mg-12%Al-1%Zn合金を用いた場合、ウイスカ表面に20-30nmの均一な厚さのMgAl204反応生成物が形成し、ウイスカとマトリックスの直接反応を阻止していることが分かった。また、反応生成物とMgの界面での整合性も良く、熱処理をしても破壊様式は延性を示した。また、機械的性質の劣化も見られず、マトリックス合金と同様の時効硬化を示した。2. SiC/Mg合金複合材料:強化材であるSiC粒子は、複合化前に大気中熱処理をすると、表面に均一な薄い酸化層を形成し、分散性の良い複合材料が出来る。SiCの凝集が破壊の起点になるため、分散性の良し悪しが機械的性質に大きく影響することが分かった。また、SiC粒子の熱処理の有無に関わらず、SiC/マトリックスの界面強度は強く、破断面にSiC粒子はほとんど観察されなかった。クラックは、マトリックス中およびSiC粒子の(111)面に沿って伝播することが分かった。本研究では、複合材料として特に、コンポキャスト法、完全溶融合金に粉末を混合させる手法およびスクイズキャスト法でAl_<18>B_4O_<33>ウイスカ、粒子およびSiC粒子強化Mg合金複合材料を作製し、その機械的性質を明らかにし、さらにその微細組織および微視的変形・破壊挙組織を、走査電子顕微鏡法および透過電子顕微鏡法を用いて原始的レベルで明らかにした。1.コンポキャスト法で作製したSiC/AZ91D、Al_<18>B_4O_<33>/AZ91D、Al_<18>B_4O_<33>/ZK60複合材料では強化材は凝集せず、マトリックスのβ相中に均一に分散していた。但し、所々空隙が見られたため、半溶融プロセスによる大幅な強度の向上はなかった。SiC/AZ91D複合材料に熱間押出しを行ったところ、空隙の消滅、マトリックスの粒の微細化により強度が大幅に上昇した。また、破面観察より、強化材料とマトリックスの界面強度が機械的性質を決定する上で重要な因子となっており、わずかな反応層の生成やウイスカの溶解によってできる複雑な界面形状が機械的性質の向上に寄与していることが分かった。
スーパー抗原によるヒトT細胞末梢血リンパ球の異種動物内での免疫学的寛容の誘導

マウス末梢血ではスーパー抗原であるSEB投与後、SEB反応性のVbT細胞レセプター(TCR)ファミリーであるVβ8.1,2TCRを有するT細胞に特異的消失が起こることをFACSによる解析にて観察し明らかにした。この消失は、従来報告されていたようなアポトーシスによる細胞の消失ではなく、細胞表面のTCRのdown regulationによるものでもなかった。即ち従来の報告よりもさらに早く消失しており(2時間以内)、特異的T細胞の血管内皮細胞への接着によるものであった。一方、in vitroにおいてマウスT細胞はヒト血管内皮細胞にSEB存在下にてSEB特異的に(Vβ8.1,2陽性T細胞)接着することを証明した。SCIDマウスへのヒト末梢血T細胞の生着に関しては、irradiation及び抗アシアロGM1抗体の投与にてヒト末梢血リンパ球投与後3週において脾臓内の生着をみた。生着したT細胞はin vitroにてSEB反応性を有していたが、その反応性の程度は高くなかった。解析1週間前にSCIDマウスにSEBを投与すると、脾臓内ではヒト由来のT細胞が比較的増加していた。RT-PCR法による解析ではSEB反応性T細胞が優位であった。これらのSCIDマウス内でSEB投与によるヒトT細胞の消失が起こらなかった事を示している。SEBに対する免疫学的寛容が成立に関しては、対照マウス(PBSを投与したヒトT細胞再構築SCIDマウス)脾細胞のSEBに対する反応性が高くなく、明らかにすることができなかった。この対照マウス脾細胞の反応性の低下は、ヒトT細胞がSCIDマウス内で再構築する際にマウス抗原に対して反応し、既に活性化されていた為と考えられた。マウス末梢血において、SEB(Staphylococcal enterotoxin B)反応性T細胞であるVβ8T細胞は、SEB投与後1日目に減少していた。一方、Vβ6T細胞は不変あるいはやや増加していた。このVβ8T細胞の末梢血よりの減少はSEB投与後2時間という比較的早期に認められる事が判明した。このVβ8T細胞の末梢血よりの減少は、SEBによるT細胞レセプターのdown regulationによるものでもなく、また、apoptosisによるものでもなかった。種々の臓器(脾、リンパ節、腹腔内)への移行の有無を調べたが、Vβ8T細胞の有意な増加を示す所見は見あたらなかった。そこで、血管内に細胞の接着をはがす為のトリプシンEDTA液を注入後末梢血を採取した所、Vβ8T細胞は増加した。つまり、この事はSEB反応性T細胞であるVβ8T細胞が、SEB投与後血管壁に特異的に付着した事を示唆するものである。これらの事実はin vitroにおける血管内皮細胞へのT細胞の接着の有無においても確認された。一方、ヒトT細胞により再構築されたSCIDマウス脾細胞のSEBに対する反応性は、マウスと異なり一定ではなく、SEB反応性ヒトT細胞であるVβ3T細胞の増加あるいは減少は認められなかった。さらにin vitroにおいても明らかなトレランス誘導はできなかった。これらの点に関しては一定のデータを得べく、現在詳細に検討を行っている最中である。マウス末梢血ではスーパー抗原であるSEB投与後、SEB反応性のVβT細胞レセプター(TCR)ファミリーであるVβ8.1,2TCRを有するT細胞に特異的な消失が起こることをFACSによる解析にて経時的に観察し明らかにした。

この消失は、従来報告されていたようなアポトーシスによる細胞の消去ではなく、細胞表面のTCRのダウンレギュレイションによるものでもなかった。即ち従来の報告よりもさらに早く消失しており(2時間以内)、特異的T細胞の血管内皮細胞への付着によるものであった。一方、in vitroにおいてもマウスT細胞はSEB存在下にてVβ8.1,2TCR特異的にヒト血管内皮細胞に付着する事を証明した。SCIDマウスへのヒト末梢血T細胞の生着に関しては、irradiation及び抗アシアロGM1抗体の投与にてヒト末梢血T細胞投与後3週において脾臓内の生着をみた。生着したT細胞はin vitroにてSEB反応性を有していたが、その反応性の程度は高くなかった。解析1週間前にSCIDマウスにSEBを投与すると、脾臓内ではヒト由来のT細胞が比較的増加していた。RT-PCR法による解析ではSEB反応性T細胞が優位であった。これらはSCIDマウス内でSEB投与によるヒトT細胞の消去が起こらなかった事を示している。SEBに対する免疫学的寛容が成立したかどうかは、invitroの反応性が対照(PBSを投与したヒト細胞再構築SCIDマウス)においても今一つ低かった為明らかにはできなかった。対照における反応性の低下は、ヒトT細胞が再構築する段階においてマウスの抗原に対して反応し既に活性化されている可能性が考えられた。
睡眠中に膀胱内圧測定を行って小児の神経因性膀胱を確実に診断する方法の開発

覚醒時の膀胱内圧測定にて正常と考えられた0-5歳児10例に対し、脳波計を装着し眠らせた。脳波上睡眠がStage4の状態となった時点で、覚醒時と同様の膀胱内圧測定を施行し、両者を比較検討した。その結果、波形は覚醒時とほぼ同様のものが得られ、無抑制収縮等の異常所見は認めなかった。しかし膀胱容量は覚醒時の1.2-1.4倍程度と増加していた。次に覚醒時の膀胱内圧測定にて無抑制収縮を生じる不安定膀胱の小児3例と膀胱内圧の上昇が認められない無緊張性膀胱の小児2例に対し、同様の手技で覚醒時と睡眠時の膀胱内圧測定を施行した。不安定膀胱の小児においては睡眠時にも明らかに無抑制収縮が認められた。無緊張性膀胱の小児に対しても覚醒時と同様に膀胱内圧の上昇は認めなかった。膀胱容量に関してはやはり睡眠時が覚醒時より大きかった。以上より睡眠時の膀胱内圧測定は、覚醒時に正確な検査が不可能である乳幼児に対して、波形を観察し神経因性膀胱の病型を判定する検査として有用であると考えられた。しかし膀胱容量の判断に関しては覚醒時より睡眠時が多いため、注意を要すると考えられた。
炭素―金属シグマ結合をもつ遷移金属錯体を用いた触媒的不斉反応の開発

遷移金属触媒による有機金属試薬を用いた炭素-炭素結合形成反応は様々な骨格を作り出すことのできる反応であり,これまで多くの研究が精力的になされてきた.遷移金属触媒は1,4付加反応のような1つの結合形成反応だけでなく,タンデムやドミノ反応と呼ばれる,特に1,4-水素-金属交換反応を経由する,多段階反応においても高い活性を示すことが知られている.この反応においては,連続して複数の結合形成を行うことができるため,簡便な操作で複雑な骨格を構築できる有用な手法と言える.私はアルキンに対するカルボメタル化によって形成される2-アリールエテニルロジウム種に関心を持ち,アリールロジウム種への1,4-シフトを利用したロジウム触媒による1,4付加反応についての研究に着手した.ロジウム/ジエン錯体存在下,(E)-1,2-ジフェニルエテニルボロン酸をシクロヘキセノンと反応させたところ,得られた生成物は2-((E)-2-フェニルエテニル)フェニルシクロヘキサノンであった.配位子としてビシクロ[2.2.2]オクタ-2,5-ジエンを用いたところ,予想される1,4付加体は全く生成せず,98%収率で1,4-シフトしてから付加した生成物が得られた.本反応系においてDFT計算を行ったところ,この1,4-ロジウムシフトはロジウム(III)-ヒドリド中間体を経由する機構で進行していることが示唆される結果が得られた.またその1,4-ロジウムシフトの遷移状態のΔG^≠およびカルボロデーションの遷移状態のΔG^≠は選択性において実験結果と良い一致を見せた.またロジウム/キラルジエン触媒存在下,ボロン酸とフェニルプロペニルケトンを用いて反応を試みたところ,適切なキラルジエン配位子を選択することで,2-アルケニルフェニル化体およびアルケニル化体を高選択的に作り分けることに成功した.アルケニルロジウム種からアリールロジウム種への1,4-ロジウムシフトを利用したロジウム触媒による電子不足オレフィンに対する付加反応の開発に成功した.また密度汎関数法を用いた計算化学的手法によって,その反応経路に関する知見を得ることにも成功しており,その成果は論文として投稿し受理されている.また,不斉反応への展開も達成しており,その成果も論文として投稿し受理されているため,おおむね順調に進展している.アルケニルロジウム種からアリールロジウム種への1,4-ロジウムシフトを利用したロジウム触媒による電子不足オレフィンに対する付加反応はまだ基質適用範囲も狭く,配位子の効果も明らかとなっていない.密度汎関数法を用いた計算化学的手法によって,これらに関する知見を得ることで,さらなる研究の発展が期待されるため,今後としてはこのような形で研究を推進していきたい.有機ホウ素化合物は,有機合成において,極めて有用な合成中間体として知られており,ホウ素-炭素結合をアルコールやハロゲンなど様々な官能基へと変換できることから,これまで数多くの効率的な合成法の研究がなされてきた.光学活性な有機ホウ素化合物は,生成物にその高い立体選択性を導入できることから,合成法の開発が重要であるといえる.ロジウム触媒による有機ホウ素試薬を用いた不斉付加反応は立体選択的な炭素-炭素結合の形成において,有用な反応であることが知られており.アルケニルボロン酸誘導体を電子不足オレフィンとして用いた有機ホウ素試薬の不斉付加反応によって,不斉点を有する有機ホウ素化合物の立体選択的な合成が可能になると考えた.私は,1,8-ジアミノナフタレンで保護されたアルケニルボロン酸誘導体を反応基質として,ロジウム触媒存在下,不斉付加が高収率で進行することを見いだした.4-フェニル-1-ブテニルボロン酸誘導体とフェニルボロキシンとの反応において,ロジウム/光学活性ホスフィン錯体を触媒として用いると,高選択的に不斉付加が進行し,アルキルボロン酸誘導体が得られた.付加体は続く酸化によって,97%eeの対応するフェニル化されたアルコールへと変換された.また本反応で得られる光学活性アルキルボロン酸誘導体は,遷移金属触媒を用いたクロスカップリング反応に用いることで,さらなる炭素骨格の導入が可能となると言える.鉄は地球上に最も豊富に存在する金属の一つであり,それゆえに最も安価な金属であるとともに,環境への負荷も少ない金属と言える.近年,鉄塩あるいは鉄錯体を触媒として用いた有機化合物の変換反応が多く報告されるようになった.我々は鉄錯体を用いた触媒的炭素-炭素結合形成反応の研究を行ってきた.その研究の過程において.触媒量の鉄存在下,アリールケトンとフェニルチタン試薬の反応によって,高収率でピナコールカップリングが進行する新しい形式の反応を見いだした.触媒量の鉄錯体存在下,塩化チタン試薬とフェニルリチウムより調製したフェニルチタン試薬とアセトフェノンを反応させ,酸で処理したところ,ピナコールカップリングの生成物である2,3-ジフェニルブタン-2,3-ジオールが80%収率で得られた.それとともにビフェニルが収率97%で生成していた.また本反応はアセトフェノン以外にも種々のアリールケトンに対して適用が可能であることも明らかとなった.

鉄触媒を用いずに同様の条件で反応を試みると,ピナコールカップリング体やビフェニルは生成しなかった.以上の結果より,本反応の触媒サイクルにおいて,4価のフェニルチタン試薬が鉄錯体によって触媒的にビフェニルおよび低原子価のチタンへと不均化する反応が関与していると考えられる.遷移金属触媒による有機金属試薬を用いた炭素-炭素結合形成反応は様々な骨格を作り出すことのできる反応であり,これまで多くの研究が精力的になされてきた.遷移金属触媒は1,4付加反応のような1つの結合形成反応だけでなく,タンデムやドミノ反応と呼ばれる,特に1,4-水素-金属交換反応を経由する,多段階反応においても高い活性を示すことが知られている.この反応においては,連続して複数の結合形成を行うことができるため,簡便な操作で複雑な骨格を構築できる有用な手法と言える.私はアルキンに対するカルボメタル化によって形成される2-アリールエテニルロジウム種に関心を持ち,アリールロジウム種への1,4-シフトを利用したロジウム触媒による1,4付加反応についての研究に着手した.ロジウム/ジエン錯体存在下,(E)-1,2-ジフェニルエテニルボロン酸をシクロヘキセノンと反応させたところ,得られた生成物は2-((E)-2-フェニルエテニル)フェニルシクロヘキサノンであった.配位子としてビシクロ[2.2.2]オクタ-2,5-ジエンを用いたところ,予想される1,4付加体は全く生成せず,98%収率で1,4-シフトしてから付加した生成物が得られた.本反応系においてDFT計算を行ったところ,この1,4-ロジウムシフトはロジウム(III)-ヒドリド中間体を経由する機構で進行していることが示唆される結果が得られた.またその1,4-ロジウムシフトの遷移状態のΔG^≠およびカルボロデーションの遷移状態のΔG^≠は選択性において実験結果と良い一致を見せた.またロジウム/キラルジエン触媒存在下,ボロン酸とフェニルプロペニルケトンを用いて反応を試みたところ,適切なキラルジエン配位子を選択することで,2-アルケニルフェニル化体およびアルケニル化体を高選択的に作り分けることに成功した.アルケニルロジウム種からアリールロジウム種への1,4-ロジウムシフトを利用したロジウム触媒による電子不足オレフィンに対する付加反応の開発に成功した.また密度汎関数法を用いた計算化学的手法によって,その反応経路に関する知見を得ることにも成功しており,その成果は論文として投稿し受理されている.また,不斉反応への展開も達成しており,その成果も論文として投稿し受理されているため,おおむね順調に進展している.アルケニルロジウム種からアリールロジウム種への1,4-ロジウムシフトを利用したロジウム触媒による電子不足オレフィンに対する付加反応はまだ基質適用範囲も狭く,配位子の効果も明らかとなっていない.密度汎関数法を用いた計算化学的手法によって,これらに関する知見を得ることで,さらなる研究の発展が期待されるため,今後としてはこのような形で研究を推進していきたい.
財務情報の信頼性の保証に関する研究

会計環境と監査環境が激変し、収益費用観から資産負債観へと会計観の重点移行に見られるように、会計領域が経済的実態把握を志向し、将来事象の見積り要素を多く取り入れ、経済取引のグローバル化が進み、経営諸業務の電子化などの諸要素が絡み、かなりの複雑化現象を招いている。誠実性を志向するはずの経営者が、やむにやまれず、それらを裁量的に利用し、その結果、不適切な会計操作などが発覚したとき、監査人はそれをなぜ発見、防止できなかったかが社会的に厳しく問われ、「監査の厳格化」への要請となって現れている。それゆえ、投資者の投資意思決定有用性に役立つ情報提供のために、会計と監査を取り巻く多くの関係者が、実にいろいろな実効施策を発表し、社会秩序形成のための会計改革と監査改革を断行することにより、公共の利益の実現のための解決的対応を図っている。ますます激動化するグローバル化社会において、財務情報の信頼性の確保とその保証問題を積極的に解決することが必要であり、「会計不正」と「監査不正」の防止は、「利益の質」と「監査の質」を高め、「会計不信」と「監査不信」の払拭は、「会計の信頼性」と「監査の信頼性」を回復、向上させることに繋がるはずである。コンプライアンス経営が要請される経営者は、誠実な姿勢の貫徹により社会責任を遂行し、投資意思決定有用性を高める信頼できる財務情報を提供することが必要であり、それを保証する監査の役割が有効に機能することが重要である。昨今の企業不祥事の多発により、会計・監査に対する社会的信頼性が揺らぎ始めているため、財務情報の信頼性の関係把握から「利益の質」と「監査の質」を検証する必要がある。(1)財務情報の信頼性の構造および会計上の測定・伝達における信頼性について、IASB、FASB、日本およびIASB・FASB合同プロジェクトの各概念フレームワークを取り上げ、IASB・FASB合同プロジェクトにおける「信頼性」に代わる「表現の忠実性」という用語、各質的特性の諸関係と適用プロセスに関するフローチャートの内容を検討した。(2)信頼性概念には、組織または人の行動、会計システム、アウトプットとしての財務情報に対する種々の信頼性があり、レベルの特定化と正確な位置づけが必要であることを指摘した。(3)信頼性確保のためには、認識・測定レベルにおける測定者と測定のバイアス、伝達レベルにおける伝達者と伝達のバイアスを除去する必要があり、会計監査、内部統制、情報開示制度によって改善が可能であることを指摘した。(4)財務情報の現状と信頼性に関して、企業活動の実態を公正に反映する基準作りを行う基準設定主体の独立性が財務情報の信頼性を増す一方、現在価値測定の対象領域の増加や算定方法の複雑化が、経営者の合理的判断の選択に幅をもたらし、不正・誤謬の誘因となることを指摘した。(5)公正価値評価に関しては、その他包括利益項目の開示が財務情報の信頼性を確保するために有意義であることを説明し、決算会計から情報会計へと変遷する中で、会計観としての「収益費用観」と「資産負債観」の他に「資金観」の長短を検討し、各会計観の関係からキャッシュ・フロー計算書の位置づけを検討した。研究内容の「信頼性」概念については、IASB/FASB合同会議では「表現の忠実性」へ変化し、信頼性の程度の格差や多義性の存在により、市場関係者間や会計基準設定主体ですら合意がなく、信頼性の質を量的に表現するのが難しく、「表現の忠実性」の重視により「検証可能性」に関して、公正価値会計の導入が進めば、測定者と測定値の両方のバイアスを軽減する「直接的検証」に重点を置かざるを得ないことになる。財務情報の信頼性全般については、時価評価は見積要素が介在し、経営者の選択肢が広がり、会計制度が誤謬を招く恐れがある観点から「信頼性」にやや問題がある。

監査情報の信頼性については、監査による財務情報の信頼性の保証面と、監査自体の信頼性の確保面の2面があり、内部統制報告書と内部統制監査の制度化によって、財務諸表監査自体の精度の向上が期待でき、日本公認会計士協会や金融庁等の改善対策の実施が必要である。実証分析については、SEC採用企業32社を対象として比較検討を行い、再計算利益の方が実績利益よりも株価関連性が高い結果が得られ、監査の質と報告利益管理の分析については、日本ではアメリカの先行研究結果と異なり、大監査法人が被監査企業の裁量的発生項目と株式のリターンとの関連性はなく、監査の規模と報告利益の質との関連性も見出せず、東証一部上場企業1,636社を対象にした信頼性に関するアンケート調査については、会計ビッグバンの有用性は時価会計の導入により信頼性が薄められ、時価会計の信頼性が懸念されている結果が出ている。それゆえ、会計観が混在する中で、「会計不信」と「監査不信」の解消には、財務情報の信頼性を高める観点から、財務情報の制度設計者、経営者、監査担当者および投資者の4者への包括的な提言を検討した。会計環境と監査環境が激変し、収益費用観から資産負債観へと会計観の重点移行に見られるように、会計領域が経済的実態把握を志向し、将来事象の見積り要素を多く取り入れ、経済取引のグローバル化が進み、経営諸業務の電子化などの諸要素が絡み、かなりの複雑化現象を招いている。誠実性を志向するはずの経営者が、やむぬやまれず、それらを裁量的に利用し、その結果、不適切な会計操作などが発覚したとき、監査人はそれをなぜ発見、防止できなかったかが社会的に厳しく問われ、「監査の厳格化」への要請となって現れている。それゆえ、投資者の投資意思決定有用性に役立つ情報提供のために、会計と監査を取り巻く多くの関係者が、実にいろいろな実効施策を発表し、社会秩序形成のための会計改革と監査改革を断行することにより、公共の利益の実現のための解決的対応を図っている。ますます激動化するグローバル化社会において、財務情報の信頼性の確保とその保証問題を積極的に解決することが必要であり、「会計不正」と「監査不正」の防止は、「利益の質」と「監査の質」を高め、「会計不信」と「監査不信」の払拭は、「会計の信頼性」と「監査の信頼性」を回復、向上させることに繋がるはずである。コンプライアンス経営が要請される経営者は、誠実な姿勢の貫徹により社会責任を遂行し、投資意思決定有用性を高める信頼できる財務情報を提供することが必要であり、それを保証する監査の役割が有効に機能することが重要である。
牛骨膜細胞の再生能力を利用した新しい骨再生法のメカニズム解析

牛骨膜細胞による骨再生のメカニズムのうち、in vitroおよびin vivoで明らかとなったのは以上の点である。(1)培養液にアスコルビン酸を添加し、成牛前肢の骨膜組織片から骨膜細胞を培養したとき、組織片の周囲のみに細胞が凝集し、細胞の広がる範囲が限局されていた。このとき細胞同士が重なり合うことにより、細胞と細胞外マトリックスが一体となった多層構造を形成していた。(2)アスコルビン酸添加培養液中で牛骨膜細胞を5週間培養し、遠心分離操作によって1つのペレットを作製した。パラフィン切片について組織学的および免疫組織学的に細胞外マトリックスの分析を行い、ワンギーソン染色により膠原線維を、免疫染色によりI型コラーゲンの存在を確認した。牛骨膜細胞のペレット中においてはI型コラーゲンが細胞を支持する状態となっていた。(3)アスコルビン酸添加培養液中で牛骨膜細胞を5週間培養し、ペレットをヌードマウスの皮下に移植したとき、2週間後にペレットの一部で骨組織の形成が認められ、移植後4週間、6週間において骨組織の面積が広がってゆく様式で骨再生が進んでいた。(4)アルジネートゲルに牛骨膜細胞を播種し、ヌードマウス皮下に移植したとき、10週間後に骨組織は形成されず、アルジネートゲルが移植部に残っていた。(5)培養液にアスコルビン酸を添加しなかったとき、牛骨膜細胞のペレットはヌードマウス皮下で骨組織を形成せず、移植した細胞の吸収、消失が起こった。以上、本研究課題において、牛骨膜細胞は培養液中のアスコルビン酸の影響により細胞外マトリックスとしてI型コラーゲンを合成し、生体内で骨が再生するためにI型コラーゲンが重要な役割を果たしていると結論づけた。本研究課題の成果はCell Transplantationに印刷公表される予定である。牛骨膜細胞をin vitroにおいて人工の足場材料を使わずにペレット培養すると、ペレット中にはコラーゲン線維とアモルファス構造の細胞外マトリックスが認められた。その場合、アスコルビン酸やグルコースなどの栄養因子が不足した際にはコラーゲン線維や細胞外マトリックスの合成が不十分となり、細胞の凝集も起こらなかった。そして、細胞間の結合が弱いために十分な強度を持つ一塊のペレットを形成できなかった。継代細胞においても、アスコルビン酸添加培養液で細胞外マトリックス形成と細胞凝集が十分に起こるように分化誘導すると、細胞間結合の強い一塊のペレット形成が認められた。次に、牛骨膜細胞のペレットあるいは細胞-アルジネートゲル複合体をヌードマウス皮下に移植する実験において、初代牛骨膜細胞を移植すると骨再生が認められたが、同じ細胞をアルジネートゲル内に播種して移植すると軟骨形成が認められた。一方、初代牛骨膜細胞であっても、十分な強度を持つペレットを形成できない場合は、ヌードマウスの皮下に移植しても皮膚からの圧力に押されて組織再生は困難であった。継代した細胞はアスコルビン酸添加によってペレット形成が可能であったことから、少量の組織片から多くの細胞を得る可能性が示された。しかし、継代したことによる移植までの培養期間および移植後の骨再生が完了するまでの期間の延長などの問題を残している。以上、本年度の研究計画において、牛骨膜細胞がヌードマウスの皮下移植を用いたモデルでは、周囲環境の違いによって骨あるいは軟骨へと分化することを確認した。平成17年度には残りの研究計画を推進した上で研究課題を完成させたい。
幼児期の子どもの食事に影響する要因の検討

日本において、生活習慣病の有病率増加を抑制するために、食育が推進されている。第3次食育推進基本計画では、子どもを持つ親世代が次世代の食を担う世代として、最重要世代とされた。そこで、本研究では、最重要世代とされる世代の幼児の食事に影響を与える要因を探索的に検討する。日本の3地域(都市部、沿岸部、内陸部)の幼児およびその両親2500組を対象に、幼児の食事を評価する簡易型自記式質問票、保護者の食事を評価する簡易型自記式食事歴質問票、保護者の栄養知識を評価する調査票、および生活習慣に関する調査票等を用いてデータを収集し、幼児の食事に影響する要因の影響度合いについて重回帰分析等を用い明らかにする。
テラヘルツ時間領域分光の高速応答化による高温高密度プラズマ計測法の開発

核融合炉におけるプラズマ安定制御のための、高信頼計測手法としての適用を目指した、フェムト秒ファイバーレーザー光を励起源とした光伝導アンテナによるテラヘルツ時間領域分光法システムを構築し、低損失長距離伝送や高速応答性を付与するためのシステム開発試験を行い、適用設計のための各種特性データを取得した。また低温プラズマを用いたテラヘルツ波パルス計測の実証試験を行い解析手法を会得した。本研究の目的は、将来の超高密度高温核融合プラズマにおいて、その密度情報を得る計測手法を確立することである。単位体積辺り10^<21>個を超える電子密度を持つプラズマを、限られた視野から高い空間精度で計測するためには、マイクロ波からテラヘルツ領域までの周波数成分をもつ広帯域な電磁波成分を満たす光源として期待できるレーザー光励起テラヘルツ波パルスによる時間領域分光法を高温プラズマ計測に適用することを目指している。本年度は、高温プラズマ計測への適用開発に十分な出力およびパルス幅を持つフェムト秒ファイバーレーザーを選定し購入した。この励起レーザーには、テラヘルツ周波数の逆数であるピコ秒以下の時定数をもつすなわち短パルス性が求められる。そして、その発振波長およびパルス幅などのレーザー特性に最適となるように、光伝導アンテナを用いたテラヘルツ波を発生・検出できるシステムの構築を行う必要があり、このための光学素子のシステムデザインおよび必要機能確定を行った。そしてこれらを入手し光学定番上にテストベンチを組み、システムを構成した。励起レーザーはキャビティ調整制御によって、波長780nmで最大82mWの出力性能を確認した。また同時に基本波以外の2次、3次高調波の発振とその光軸分離も達成している。高時間分解達成のための、高速スキャニングシステムの構築も進め、単体試験は終了し、今後レーザー光と合わせた光学機器としての安定試験を行える状況にある。この世界に類のない新しい計測手法を早期に実証することを目指し、今後システムとしての統合試験を行い解決すべき開発課題点を明らかにしていくための方向性が得られた。本研究の目的は、将来の超高密度高温核融合プラズマにおいて、その電子密度に関する情報を得る計測手法を確立することである。想定されている核燃焼炉における単位体積あたり10^<21>個を超える電子密度を持つ超高密度プラズマを、中性子対策のために制限される狭小な視野から高い空間精度で計測するためには、マイクロ波からテラヘルツ領域までの周波数成分をもつ広帯域な電磁波成分を満たす光源として期待できるレーザー光励起テラヘルツ波パルスによる時間領域分光法を高温プラズマ計測に適用することを目指している。本年度は、高温プラズマ計測への適用のために必要な開発試験を実施した。将来の核融合炉では、計測機器は連く離れた位置に設置する必要があり、そのためプローブ光であるテラヘルツ波を長距離伝送する必要がある。その技術開発として、波長分散の少ない光ファイバーとそれに適切な波長の1.5μmのレーザー光を用いたシステムの構築を行った。光ファイバーによる分散の効果は、時間領域においてはパルスのブロードニングとして評価できるため、これを計測するためにスキャンニングオートコリレータを選定し購入した。しかしながら、実施準備中にファイバーレーザーの故障が発生したため、このシステム系の最適化に関しては次年度に持ち越しとなった。また、時間領域分光法に高時間応答性を付加するために、バンドパスフィルタで一定の周波数帯毎に信号を弁別し受光するシステム系を試験した。その結果、ピコ秒のテラヘルツパルスから、帯域数10GHzで、信号を弁別できることを確認した。これによりほぼ実時間におけるテラヘルツ波計測の可能性が得られた。この世界に類のない新しい計測手法を早期に実証する上で、解決すべき課題点が明らかになり、今後の開発の方向性を得ることができた。想定されている核燃焼炉における単位体積あたり1000兆個を超える電子密度を持つ超高密度プラズマを、核融合反応によって生成される中性子等の放射線対策のために制限される狭小な視野から高い空間精度で計測することが期待されている。これを実現するプラズマ診断技術の開発として、マイクロ波からテラヘルツ領域までの周波数成分をもつ広帯域な電磁波成分を満たす光源として期待できるレーザー光励起テラヘルツ波パルスによる時間領域分光法を高温プラズマ計測に適用することを目指している。本年度は、高温プラズマ計測への適用のために必要な開発試験及びプラズマを用いた初期実験を実施した。将来の核融合炉の適用を予測して、遠く離れた計測位置から、プローブ光であるテラヘルツ波を長距離伝送する手法を試験した。その技術開発として、波長分散による励起パルス光変形の少ない分散シフトファイバーを選択し、波長1.5μmパルス幅120fsのレーザー光が1100m伝送により、どのように光ファイバー中で分散の影響を受けるのか評価した。その結果、分散の影響を定式として評価できることが明らかとなり、これにより分散補償光学系の設計が可能となった。また、この短パルス光から励起されるピコ秒のテラヘルツパルス波が高感度カメラによって観測可能であることも明らかにした。これによりテラヘルツ波伝送光学系の構築をカメラを通して目視で行えるという画期的な結果が得られた。

さらにこのテラヘルツ波を低温プラズマ計測に適用し、低密度プラズマにおける信号透過特性データを取得した。これらの成果により、本研究で計画した基礎実験について、必要としていた研究データが取得でき、今後高温プラズマにおけるテラヘルツ波計測の実証実験に向けた指針が得られた。おおむねには順調であるが、本研究で開発を行っているテラヘルツ時間領域分光法において、非常に重要なコンポーネントであるテラヘルツ波励起用のファイバーレーザーの故障により、実施予定であった実験計画に若干の遅れが生じている。ただし、現在、既に修理は完了し、研究期間内においては当初の計画研究内容は予定通り実施可能である。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、プラズマ実験への適用を目指したシステムの構築を行う。まず伝送光学系の確認試験を行い、テラヘルツ波フェムト秒パルス発振ファイバーレーザー光を光ファイバーで伝送した時に生じる分散効果を抑制するシステム系を構築する。テラヘルツ発振源となる光伝導アンテナへの高速強バイアスドライブ制御回路を構築し、変調周波数の最適化を図る。その他、開発試験を行った後、基礎プラズマを対象としてテラヘルツ波透過/反射計測を行い、高温高密度プラズマ実験への適用性について評価を行う。