hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｘ染色体多型の利点を応用した法歯学的個人識別における弱点の克服

X染色体DNA検査の日本人多型情報取得を踏まえ、アジアにおいて人種の広がりの起点となった東南アジア(マレーシア人)を対象として同様のX-STR情報を取得する。これはX染色体DNA鑑定の発展の為だけでなく、外国人居住者、犯罪者の増加によりDNA検査で人種を鑑別する技法の確立が望まれており、その基礎となる情報の入手を目的としている。実際の鑑定において作成したX染色体検査を使用し、X染色体DNA鑑定の有用性の立証、鑑定困難な事例への応用、世代を隔てた検査法の確立を目指す。これらは警察依頼の鑑定意外に、厚生労働省より委託されているシベリア抑留者の遺骨鑑定や、外務省より依頼される複雑な親子関係検査への仕様を元に、情報の蓄積を図る予定となっている。現在、DNA検査の主流はSTR検査だが、SNPsを検査対象として実験を行い、STR検査と合わせてDNA鑑定の精度向上に役立てる可能性を探る。研究経費は、設備備品、消耗品、謝金、その他に該当するものである。今後購入を予定している市販のDNA検査キットは250,000円/50サンプル、自作の検査キットにおいては1座位に付き通常primer1200円、蛍光primer12300円での作成を予定し、SNPs検査は1箇所に付きTaqman probe primer 56,000円/100サンプル、PCR一回にかかる薬品、ポリプロピレン容器代を150円/回程度と見積もっている。設備備品として8連ピペットマン90,000円×2の購入を検討し、他、年1回の学会発表を目指し、1回4万円、2名分の計算としている。
内用放射線がん治療法の確立を目的とした二官能性放射性薬剤の体内動態制御

我々はこれまでに二官能性放射性薬剤の分子設計に基づき、腫瘍骨転移の内用放射線治療を目的に、^<186>Re-MAG3-HBPを開発し、その有用性を明らかとした。一方これまでの検討から、本薬剤の錯体形成部位であるMAG3と^<99m>Tcとの錯体、^<99m>Tc-MAG3は血清蛋白結合性が高いが、蛋白結合競合阻害剤の併用により、その血液クリアランス、組織移行性を促進できることが示されている。本研究では、^<186>Re-MAG3-HBPの非標的組織における被曝線量を軽減することを目的に、本標識薬剤における蛋白結合競合阻害剤の影響を検討することを計画した。^<186>Re-MAG3-HBPとラット血清、ヒト血清アルブミン溶液、ヒトα_1酸性糖蛋白溶液を混和させ、限外濾過法により^<186>Re-MAG3-HBPの蛋白結合率を測定した結果、ラット血清、ヒト血清アルブミンと非常に高い蛋白結合率を示した。そこで、血清アルブミンにおける主要な薬物結合部位として知られているサイトI、サイトIIと高親和性の薬物を添加し、ラット血清、ヒト血清、ヒト血清アルブミンにおける^<186>Re-MAG3-HBPの蛋白結合を測定したところ、^<186>Re-MAG3-HBPの非蛋白結合率は増加傾向を示し、その中でも、サイトIに高親和性のセフトリアキソンの添加により、最も増加した。さらに、セフトリアキソンを併用時の^<186>Re-MAG3-HBPのラット体内動態を検討したところ、血液クリアランスは、コントロール群と比べて有意に亢進した。また、標的組織である骨への放射能集積は変化を示さず、非標的組織である腎臓、肝臓においては、減少傾向を示した。したがって、血清アルブミンのサイトIと高親和性を示す薬物との併用により、^<186>Re-MAG3-HBPの骨転移疼痛緩和効果を損なうことなく、非標的組織の被曝量を軽減できる可能性が示された。本薬剤を利用した内用放射線がん治療には、その体内動態をより厳密に制御する必要があると考え、^<186>Re-MAG3構造に基づく血清蛋白との結合が、血液からの放射能消失の遅延を来たし、不要な骨髄被ばくの要因になる可能性を考慮し、より蛋白結合性が低いと考えられる錯体構造の導入を検討した。そこで、6-hydrazino-pyridine-3-carboxylic acid(HYNIC)を配位子として用いることを計画し、tricine1分子とピリジン誘導体1分子をcoligandとして用いる数種の混合配位子錯体を設計し、^<186>Reと同属元素である^<99m>Tc標識体を作製した。これらのラット体内動態を検討した結果、tricine、3-acetylpyridine(AP)をcoligandとして用いた^<99m>Tc-(HYNIC-HBP)(tricine)(AP)(HYNIC体と略)において良好な結果が得られた。HYNIC体のインビボにおける蛋白結合率を評価したところ、その蛋白結合率は^<99m>Tc-MAG3-HBP(MAG3体)に比べ低い値を示した。またラット体内動態を検討したところ、HYNIC体は、MAG3体と同様、投与早期から骨への高い集積性を示し、MAG3体と比べ速い血液クリアランスを示した。その結果、HYNIC体は投与早期から有意に高い骨/血液放射能集積比を与えた。これらの結果は、^<186>Re-MAG3-HBPの血清蛋白結合性を低下させることにより、標的部位への集積性を損なうことなく、血液からの放射能消失を促進できる可能性を示すものであり、^<186>Re-MAG3-HBP投与時の体内放射能動態の制御に有用な知見を与えるものである。

さらに、セフトリアキソンを併用時の^<186>Re-MAG3-HBPのラット体内動態を検討したところ、血液クリアランスは、コントロール群と比べて有意に亢進した。また、標的組織である骨への放射能集積は変化を示さず、非標的組織である腎臓、肝臓においては、減少傾向を示した。したがって、血清アルブミンのサイトIと高親和性を示す薬物との併用により、^<186>Re-MAG3-HBPの骨転移疼痛緩和効果を損なうことなく、非標的組織の被曝量を軽減できる可能性が示された。
トルコギキョウ花弁のアントシアニン合成を誘導するシグナル化合物の同定

トルコギキョウ花弁のアントシアニン合成において、生理活性物質が関与する時期および器官特異的な制御機構の存在が示唆されている。本研究では、UPLC-MS/MSを用いたジャスモン酸の関連化合物の網羅解析を行い、ジャスモン酸およびジャスモン酸メチルの内生的な関与が示唆された。現在、遺伝子発現に関する実験結果等を加え、結果の信頼性を高めている。トルコギキョウ花弁において、アントシアニン合成を内生的に誘導するシグナル化合物として働くジャスモン酸関連化合物を同定する。これにより、時期や器官で特異的に行われるアントシアニン合成制御の機構において、転写因子よりも上流に化合物がシグナルとして作用する伝達系が存在し、関与していることを明らかにする。本研究では、(1)ジャスモン酸関連化合物の網羅的な化学分析から候補化合物を絞り込み、(2)バイオアッセー系を用いて、活性を評価し、(3)活性が見られた化合物の精製および構造決定を行う。本年度は研究所が所有するUPLC-MS/MSを用い、トルコギキョウ花弁におけるジャスモン酸関連化合物の定量および定性分析を行うための実験系を決定した。また、決定した実験系を用いて、予備的に、生育ステージの異なるトルコギキョウの蕾花弁におけるジャスモン酸関連化合物の定量分析を行った。その結果、アントシアニン合成が開始される直前のステージと定義した、ステージ3の緑色の蕾花弁において、ジャスモン酸が検出された。また、シグナル化合物の特定には、ステージ3の蕾花弁を用いた。蕾花弁は凍結乾燥後、メタノールで抽出し、液液分配によって、水、ブタノールおよび酢酸エチル分画の3つに分けられた。3つの分画はトルコギキョウの蕾小花を用いたバイオアッセー系の試験に使用した。本年度はバイオアッセー系の試験における、各分画の処理濃度よび処理時間を検討した。その結果、1g DW/ 1 mLのブタノール分画を24時間吸い上げた蕾小花において、正常な開花個体が見られた。ジャスモン酸関連化合物を分析するにあたり、データの安定性や信頼性を確保した最適な手法を決定するための予備試験に当初の想定よりも多くの時間を費やしたためである。本研究では、(1)ジャスモン酸関連化合物の網羅的な化学分析から候補化合物を絞り込み、(2)バイオアッセイ系を用いて、活性を評価し、(3)活性が見られた化合物の精製および構造決定を行う。本年度は、昨年度におおむね確立したUPLC-MS/MSを用いた網羅解析法から、花弁の着色と内生のジャスモン酸関連化合物との関係を調査した。調査には生育段階の異なるトルコギキョウの蕾を供試した。その結果、蕾の先端部が開き始めた緑色の蕾のステージにおいて、内生のジャスモン酸およびジャスモン酸メチルが検出された。シグナル化合物を特定するためのバイオアッセイについて、当初計画した候補化合物分画を直接吸い上げる手法では、個体間の反応に差異が観察され、化合物特定が困難であることが明らかになった。そこで、候補化合物分画に花弁切片を直接浸漬し、遺伝子発現を調査する手法を改めて検討した。また、本研究では、網羅解析の結果から、ジャスモン酸およびジャスモン酸メチルが内生的にもトルコギキョウ花弁の着色に関与している可能性が高まったため、これを証明するための開花関連遺伝子の調査を開始した。花弁の着色と内生ジャスモン酸との関連性を示すため、生育段階の異なるトルコギキョウの蕾および、ステージ3の蕾花弁の基部と先端部を用い、ジャスモン酸関連化合物の定量分析を行う。アントシアニン合成を誘導するシグナル化合物を特定するため、トルコギキョウの蕾花弁抽出物のブタノール分画を各種クロマトグラフィーによって分離し、バイオアッセーを行う。園芸科学課題遂行において、進行状況の遅れが生じたため、次年度に研究費を繰越すことで、より効率的な支出となると考えたため。昨年度、実施に至らなかった試験において必要となる消耗品等の購入に使用する。
もったいないエネルギーによるピコ発電システムの開発

本研究は、身の回りに存在するが活用せずに捨てている「もったいない」エネルギーとして、水道など水の流れが持つ小さなエネルギーを電気エネルギーとして収穫する「エネルギーハーベスティング」の利活用推進を目的とする。新エネルギーとして定義される、サブMW級マイクロ水力発電に対し、未利用領域である数W級のエネルギーをピコ水力発電として研究対象とする。平成27年度は、螺旋水車と多極型ダイレクトドライブ方式の円板状アキシャルギャップ型コアレス発電機を試作検討を実施した結果、十分な発電性能を発揮できることを確認した。平成28年度は、水車と発電機との間の隔壁を挟んで非接触でトルク伝達可能なマグネットカップリングの活用を検討した。この構造は上述の発電機と類似である点に着目したハイブリッドな機能を有する新しいピコ水力発電システムである。トルク伝達特性と発電特性の有限要素法電磁界解析結果より、マグネットカップリングはハイブリッド発電機として十分機能することを確認し、また簡易特性評価装置を試作して発電特性を検討した結果、非接触トルク伝達と発電との両立が可能であることを確認した。平成29年度は、アキシャルギャップ型発電機のマグネットカップリングとしてのトルク伝達特性と発電特性との両立について、解析的、実験的に検討を進めた。この発電機を対象としたハイブリッド発電特性簡易評価装置を再構築し、アキシャルギャップ型発電機においても上述の特性の両立が可能であることを確認した。平成30年度は前年度の結果を受けて特性評価装置の改善とクロスフロー水車を接続した実実験環境の構築を進めた。トルク伝達特性と発電特性との詳細な実験及びハイブリッド発電システムのギャップ長と接続負荷との関係から、実水車実験環境における評価指針を得た。これらの成果は平成31年1月の高専シンポジウム及び3月の東北地区若手研究者研究発表会で発表した。本研究は、身近にあるが普段見過ごし捨ててしまっている流水の小さなエネルギーを電気エネルギーの形で収穫する「エネルギーハーベスティング」技術を発展させるものであり、再生可能エネルギーの利活用を推進するものである。数MW級のマイクロ水力発電に対して、数W級のピコ水力発電を研究対象とする。試作した発電機は、水車の低速回転に対応する多極型ダイレクトドライブ方式、円盤状アキシャルギャップ型のコアレス構造とした。この発電機は、最大出力が得られる負荷条件において、回転数400rpmのときに10W近い出力がシミュレーション及び実験より得られた。今年度は流れのエネルギーを汎用的に捉えるため、水道水に限らず一般的な低落差の水の流れを対象とし、それに適するらせん水車を採用した。ここで、らせん水車は一枚羽根と三枚羽根の2種類を設計・試作し、その回転軸長方向の長さを変えたときの特性を調査した。実験の都合上、らせん水車は管路中に設置した。一枚羽根らせん水車の回転は流量の影響を受けること、及び軸長を長くとると損失の影響が大きくなることが確認された。一方、三枚羽根らせん水車の回転は水圧の影響を受けること、及び軸長を長く取ると損失もあるが出力が増加する傾向が確認された。今回は管路の水流を対象としたため、らせん水車の性能を十分発揮することはできなかったが、最大出力が得られる負荷条件において400 rpm程度の回転数を達成し、10W近い出力がらせん水車発電機により得られた。この成果は平成28年1月に開催された高専シンポジウムにおいて2件発表し、今後、8月の電気関係学会東北支部大会などで発表する予定である。科研費申請時はピコ水力発電システムを上水道蛇口向けに開発することを目的としていたが、初年度はより汎用的な水の流れを対象とすることに目標を拡張した。これにより、対象とする水車として新たにらせん水車を選定して試作し、工業用水や農業用水などの用水路(開渠)にも適用することが可能となった。ここでは、試作した発電機の性能を十分発揮することができる水車環境を構築でき、汎用的な水の流れから約10Wの出力が得られたことが一つの成果である。一方、らせん水車の性能を発揮するためには開けた環境が必要であり、水圧管を流れる水には効率が不十分であるため適用できない。水圧は大きなエネルギー源であるが、蛇口の外では見過ごして廃棄しているため、この水圧エネルギーも利活用する必要がある。蛇口の外側に長く水路を確保することができれば、前述のらせん水車で電気エネルギーを得ることができるが、その場所を確保できないことも想定し、蛇口及び水圧管に設置する水車のケーシング及び水車回転軸の軸封水を十分確保するため、水車の動力を非接触で発電機に伝達する機構を発電機とハイブリッドな構造とした新しいシステムの基礎検討を現在進めている。本研究は、身の回りに有る「普段見過ごして捨てて」いる水流のもつ小さなエネルギーを電気エネルギーとして収穫する「エネルギーハーべスティング」技術を発展し、再生利用可能エネルギーの利活用を推進させることを目的とする。現在の新エネルギーとして定義されるサブMW級マイクロ水力発電、数kW級中小水力発電に対し、未利用領域である身の回りの水流を利用する数W級のピコ水力発電を研究対象とする。平成27年度は、低流量水流に適応する多極型ダイレクトドライブ方式の円板状アキシャルギャップ型コアレス発電機を試作検討し、低落差かつ開放型の無圧水路を対象とする「らせん水車」の設計および試作検討を実施した。その結果、試作発電機の性能を十分発揮できることを確認した。今年度は、身の回りに有る水路として上水道に代表される水圧管路の水流を対象とする検討を進めた。

水車と発電機との接続部分における軸封水の手段として、非接触でトルク伝達可能なマグネットカップリングを採用し、前述のアキシャルギャップ型コアレス発電機との構造の類似性に着目し、非接触トルク伝達と発電とのハイブリッドな機能を有する新しいピコ水力発電システムの基礎検討を行った。有限要素法による電磁界シミュレータ(JMAG-Designer)を用いたトルク伝達特性と発電特性の計算結果より、ハイブリッド発電機として十分機能することを確認した。また、ハイブリッド発電機の簡易特性評価装置を試作し、回転数と電気的出力を検討した結果、非接触トルク伝達と発電との両立が可能であることを確認できた。これらの成果は平成28年8月の電気関係学会東北支部大会および平成29年1月の高専シンポジウムで発表した。本研究では、初年度に汎用的な開渠を対象とした「らせん水車」の検討を進め、二年目は水圧管路を対象とした新しいハイブリッド発電システムの検討を進めた。これは、ピコ水力発電システムの小型化と高出力化を両立することを目的とするものであり、水圧と軸封水との問題解決のため非接触トルク伝達可能なマグネットカップリングを導入し検討を進めている。科研費申請時は、初年度から水圧管路を対象とした実験環境を試作し検討する予定であったが、汎用水路としての開渠も研究対象として拡張したことから、結果として水圧管路の検討を進める時期が若干遅れている。当初の予定は、ハイブリッド発電システムの検討と併せて水圧管路で利用可能な水車の開発も進めるものであるが、水車の開発はいったん延期し、本システムの基幹となるハイブリッド発電システムの基礎検討を優先して実施した。また、平成28年度は担任業務と本校改組に係る業務負担の増加に伴うエフォートの低下に対応しきれない部分もあり、研究の進捗に影響を及ぼしたこともやや遅れた一因である。しかし平成29年度はその状況も緩和されることもあり、当初の予定通りのエフォートで取り組むことができると考えている。本研究は、身の回りに存在するが普段見過ごして捨てている、水流の小さなエネルギーを電気エネルギーとして収穫する「エネルギーハーベスティング」技術を発展し、再生利用可能エネルギーの利活用推進を目的とする。現在の新エネルギーとして定義される、サブMW級マイクロ水力発電、数kW級中小水力発電に対し、未利用領域である数W級のピコ水力発電を研究対象とする。平成27年度は、低落差かつ開放型の無圧水路を対象とする螺旋水車と、低流量水流・低回転速度でも発電可能な多極型ダイレクトドライブ方式の円板状アキシャルギャップ型コアレス発電機を試作検討を実施した結果、十分な発電性能を発揮できることを確認した。平成28年度は、上水道に代表される圧力水路の水流を対象とし、水車と発電機との接続部における軸封水の手段として、非接触でトルク伝達可能なマグネットカップリングの活用を検討した。この構造は上述のアキシャルギャップ型コアレス発電機と類似である点に着目し、非接触トルク伝達と発電とのハイブリッドな機能を有する新しいピコ水力発電システムの基礎検討を行った。
シリコンカーバイド製ディーゼルパティキュラフィルターからの白金族金属の回収

SiC製DPFからPGMを回収する目的で、Cu2O系、Al2O3-CaO-SiO2系フラックスとSiC製DPF粉末を加熱し、スラグにすることが可能か調べた。さらにAl2O3-CaO-SiO2系スラグと溶銅間のPGMの分配比、FeOx-SiO系スラグへの白金の溶解度の測定を試みた。Cu2O系スラグとAl2O3-CaO-SiO2系スラグを用いてSiC製DPFをスラグにすることも可能である。Al2O3-CaO-SiO2系スラグと溶銅間の白金、ロジウム、パラジウムの分配比は、低酸素分圧で0.0004程度の値を示す。FeOx-SiO2系スラグの白金溶解度はスラグ中の酸化銅の活量の増加に伴い大きなる。Al2O3-CaO-SiO2系スラグに連続的にSiC製DPF粉末を投入し、スラグにすることが可能か明らかにする目的で、空気雰囲気下、1450°Cに保持されたAl2O3-CaO-SiO2系スラグに連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFのスラグ化を試みた。また、Cu2O系スラグをフラックスとして用いることを想定し、空気雰囲気下、1300°C程度で保持されたCu2O系スラグに連続的にSiC製DPFを投入し、スラグ化することが可能か検討した。その結果、次のことが分かった。1450°CでAl2O3-CaO-SiO2系スラグに連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFをスラグにすることは可能である。銅をスラグと共存させることは、スラグ化を促進し有効である。1300°CでCu2O系スラグをフラックスとして、連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFをスラグにすることは容易である。SiC製DPFを投入して10分後には、均質なスラグとなっていた。SiC製DPFをスラグ化するのに、Al2O3-CaO-SiO2系フラックスに比べてCu2O系スラグが適している。Cu2Oは容易に酸素を放出するため、スラグ自体が酸化剤となっている。また、Cu2O系スラグは密度が大きいためSiC製DPFが溶湯表面に留まり易く、上方から供給される酸素にSiC製DPFがさらされ易い。前年度までの研究によって、Cu2O系フラックスを用いてSiC製DPFを連続的にスラグに処理することが可能であることが分かったので、処理後に生成されるCu2O-SiO2系スラグと溶銅間の白金、ロジウム、パラジウムの分配比をCu2O中のSiO2濃度を015mass%の濃度範囲で変化させ、1250°Cで測定した。Cu2O-SiO2系スラグと溶銅間の酸素分圧は、4mass%SiO2付近で純粋なCu2Oと溶銅間の平衡酸素に比べて大きくなった後に、スラグ中のSiO2濃度の増加に伴い減少することが分かった。また、スラグと溶銅間の白金、ロジウム、パラジウムの分配比は、スラグ中のSiO2濃度の増加に伴い単調に減少し、SiO2を4mass%程度含むスラグと溶銅間のPGMの分配比は、SiO2を含まない場合に比べて半分程度になり、SiO2を含有するスラグはPGMのスラグが小さいことがわかった。Cu2OはSiO2を20mass%程度しか溶解出来ない。しかしながらFeOx-SiO2系スラグは35mass%程度までSiO2を溶解することが可能である。SiCの処理量を増加することを目的として、FeOx-SiO2系スラグを用いた場合について検討した。実際には1300°Cで、酸素分圧をlogPO2=-9-6に変化をさせてFeOx-SiO2系スラグへのロジウムの溶解度を測定した。その結果、FeOx-SiO2系のスラグへのロジウムの溶解度は酸素分圧の低下に伴い小さくなり、還元雰囲気ではロジウムのスラグ損失が小さくなることが分かった。また、スラグへのロジウムの溶解度はバラツキはあるものの、スラグ中の銅溶解度が大きくなると増加することも分かった。これらのことからDPFのSiCは酸素分圧を下げる働きがあるので、SiC製DPFを処理することにおいてはロジウム等のPGMのスラグロスは小さいと判断できる。DPF(ディーゼル排気微粒子除去フィルター:Diesel Particulate Filter)として、SiCに白金族金属(PGM)を担持したものを使うことが考えられている。

本研究ではSiC製DPFからPGMを回収する目的で、Al2O3-CaO-SiO2系スラグに連続的にSiC製DPF粉末を投入し、スラグにすることが可能か、空気雰囲気下、1450°Cに保持されたAl2O3-CaO-SiO2系スラグに連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFのスラグ化を試みた。また、Cu2O系スラグをフラックスとして用いることが可能か、空気雰囲気下、1300°C程度で保持されたCu2O系スラグに連続的にSiC製DPFを投入し、SiC製DPFのスラグ化を試みた。その結果、(1)1450°CでAl2O3-CaO-SiO2系スラグに連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFをスラグにすることは可能である。銅をスラグと共存させることは、スラグ化を促進し有効である。(2)1300°CでCu2O系スラグをフラックスとして、連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFをスラグにすることは容易である。SiC製DPFを投入して10分後には、均質なスラグとなっていた。(3)SiC製DPFをスラグ化するのに、Al2O3-CaO-SiO2系フラックスに比べてCu2O系スラグが適していることが分かった。SiC製DPFを連続的にスラグ化することに成功した。また、Cu2O系スラグを用いることは、エネルギーかつ処理速度の点でも有利であることを見出した。このことにより、SiC製DPFからPGMを回収する処理方法を確立することができたと考える。今年度の目標は、"SiC製DPFのスラグ化"である。この目標を達成する目的でいくつかの実験を試み、1450°CでAl2O3-CaO-SiO2系スラグに連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFをスラグにすることができた。また、1300°CでCu2O系スラグをフラックスとして、連続的にSiC製DPF粉末を投入し、SiC製DPFをスラグにすることは容易であった。これらのことから、今年度の目標である"SiC製DPFのスラグ化"を、おおよそ達成することができた。Cu2O系フラックスを用いてSiC製DPFを連続的にスラグ化することが有効であることが分かった。そこで、今後は本処理を行うことで生成されるCu2O-SiO2系スラグと熔銅間のPGMの分配比を明らかにする。DPF(ディーゼル排気微粒子除去フィルター:Diesel Particulate Filter)として、SiCに白金族金属(PGM)を担持したものを使うことが考えられている。本研究ではSiC製DPFからPGMを回収する目的で、平成24年度は、(1)Al2O3-CaO-SiO2系スラグと熔銅間のPGMの分配比を1450°Cで測定する。(2)Cu2O系スラグをフラックスとして用いることを想定し、1300°CでCu2O系スラグと熔銅間のPGMの分配比を測定する。ことなどを企図している。前述の研究を推進する目的で、消耗品としてセラミックス類、試薬、アルゴンガスを購入する。また、成果の発表を目的として学会等への旅費を申請する。平成24年度の実験内容は次のとおりである。(1)Al2O3-CaO-SiO2系スラグと熔銅間のPGMの分配比を1450°Cで測定する。これらの実験を遂行するにあたり、物品費として、ダイヤモンドカッター、るつぼ類のセラミックス、試料用の金属、分析用の試薬、実験、分析用のガス類を購入する。また、資料収集と成果は発表を目的として旅費申請する。実験の補助して学生を採用するため、若干の謝金を申請する。
地域性を重視した河川評価法に基づく生物多様性に配慮した河川管理手法の開発

平成21年度はほぼ研究計画に沿った形での調査・研究を行うことができた。前半4月から8月にかけては佐賀県,長崎県,宮崎県,鹿児島県において,約30水系300地点ほどにおいて魚類相及び水生昆虫相の調査を実施した.以上の調査により,魚類分布データに関しては以前のものを含めて約1200地点における充実したデータをそろえることができた。9月以降はデータ解析および各種物理環境データの解析を行った。得られた結果の一部について,10月に行われた日本魚類学会年会において,「九州における純淡水魚類の地理的分布パターン」と題して発表を行った。本発表内容はこの2年間の調査により得られたデータに基づいて行ったものである。また,11月には中国上海で開催された国際シンポジウムにおいて,水生昆虫類の保全に関する講演を行った。内容は本研究課題の一部を含んでいる。10月以降はより具体的な指標作成を目的として,各魚類の生活史に関する文献収集を開始するとともに,.いくつかの地点において数値地図上から物理環境データの収集を行った。これらの結果を踏まえて,日本土木学会河川技術論文集に「魚類の生物的指数を用いた河川環境の健全度評価」と題した論文を現在投稿中である。ついで2月から3月にかけて水質データの収集を行い,先述した物理環境データとあわせて,魚類相,水生昆虫相に与える要因を一般化線形モデルやクラスター分析,TWINSPAN分析等を用いた解析を開始している。平成20年度は九州における河川性生物の地理的分布パターンの調査が主目的であり、事前に予定していた調査はほぼ予定通り行うことができた。魚類分布調査は、九州全域における約30水系200地点において実施した。採集された魚類種数は45種である。今年度得られた分布データはとりまとめを行っている最中である。なお、得られた魚類分布データの一部について、学会発表を行った。水生甲虫類分布調査は、九州全域における約30水系100地点において実施した。採集された水生甲虫類は約40種類である。いくつかの分布新知見が得られた。今年度得られたデータはとりまとめを行っている最中である。なお、得られた水生甲虫類分布データの一部について、学会発表を行った。また、いくつかの新種と思われる種も発見したので、この点については現在、分類学の専門家と共同研究を行うことを考えている。イシガイ科二枚貝類分布調査は、九州全域における約30水系200地点において実施した。採集された淡水性二枚貝類は7種である。今年度得られたデータほとりまとめを行っている最中である。なお、いくつかの種類について正確な種同定を行うべく、専門家に遺伝子解析を依頼中である。また、当該年度の計画に含めていないが、試験的に一部のデータを用いて、いくつかの多変量解析(一般化線形モデル、CCA解析)の技術習得を行った。今後、いくつか新規の解析法を試しつつ、今年度後半に予定しているデータ解析において用いる統計法について最適な方法を検討していきたいと考えている。
α-synucleinの凝集過程におけるα-synucleinキナーゼの役割

神経変性疾患は病理学的には各疾患に特異的な封入体の形成により特徴づけられる。その構成蛋白はリン酸化されていることが多く、一部では異常なリン酸化が封入体形成の一因と考えられている。パーキンソン病にみられるLewy小体の主要な構成蛋白のひとつがα-synuclein(αS)であるが、我々は、その凝集過程においてリン酸化が関与しているか検討する目的で、まずαSリン酸化酵素の検索をおこなった。In vitroでのリン酸化アッセイではチロシンキナーゼファミリーのc-SrcならびにFynがαSをリン酸化した。細胞に対する(高浸透圧)ストレスによるin vivoにおけるリン酸化実験でも前述の酵素によるリン酸化が認められたが、これらの酵素の上流にPyk2/RAFTKが関与していた。またαSの4つのチロシン残基のうち125位のチロシンがこれらの酵素の基質であることを明らかにした。しかしながら、抗リン酸化チロシン抗体でLewy小体を免疫染色したところ、リン酸化は認められなかった。すなわちαSの125位に関して、そのリン酸化は凝集を促進しないものと考えられた。一方、チロシンニトロ化によるオリゴマー形成については、125位のチロシンをフェニルアラニンに置換した場合著明に抑制されたが、その他のチロシン残基の置換ではオリゴマー形成に変化がみられなかった。以上のことからc-SrcやFynによるαSのリン酸化は異常な凝集を抑制する方向に作用するものと考えられた。さらに我々は、Pyk2/RAFTKのアダプター蛋白をyeast two hybrid法によりスクリーニングし、その中からPyk2/RAFTKによるαSのリン酸化を抑制させるものとして新規蛋白のPRAPを単離し、現在αS凝集体形成能との関連を検索中である。α-synucleinはLewy小体を構成する蛋白で、パーキンソン病の発症に関与する重要な蛋白として注目を集めているが、α-synucleinがどのような機序で凝集体を形成するかは未だ不明である。われわれはα-synucleinのチロシン125(Y125)が、SrcファミリーキナーゼのFynによってリン酸化されることを発見した。われわれはα-synucleinのチロシン125のリン酸化が細胞ストレスとどのように関連し、また、α-synucleinの重合や凝集にチロシン125のがどのように関与するか検討した。wild typeおよび家族性パーキンソン病で報告されたA30PおよびA53T変異型や、チロシン残基(Y39、Y125、Y133、Y136)をフェニルアラニン(F)に置換した変異型のα-synuclein cDNAを作成した。HEK293細胞やCOS7細胞にα-synucleinとともにチロシンキナーゼを共発現させ、α-synucleinのリン酸化状態を解析した。SrcファミリーキナーゼのFynやc-Srcはα-synucleinのY125を特異的にリン酸化し、wild type、A30P、A53T変異型の間で程度に差は認めなかった。高浸透圧刺激によるPyk2チロシンキナーゼの活性化により、α-synucleinは細胞内においてチロシンリン酸化され、ドミナントネガティブ型Pyk2を発現させることによりリン酸化は消失した。Pyk2は細胞内においてα-synucleinのリン酸化に関わっている可能性が示唆された。さらに、これらのチロシン残基のニトロ化による影響を検討した。Y toF変異を持つ様々な変異型α-synuclein蛋白を使って、peroxynitriteによりチロシン残基をニトロ化した時のα-synucleinの重合への影響を検討した。wild type、A30P、A53T変異型α-synuclein蛋白はニトロ化され、いずれも二量体を形成し、その程度は蛋白間で差はみられなかったが、Y125F変異のある蛋白ではいずれも二量体の形成がみられなかった。α-synucleinのニトロ化は重合促進の原因となり、重合の効率は関与するチロシン残基により異なることが明らかとなった。チロシン125のリン酸化やニトロ化は、α-synucleinのコンフォメーション変化を考える上で重要であると考えられた。平成14年度は平成13年度の成果をふまえ、さらに研究を進める予定である。

一方、チロシンニトロ化によるオリゴマー形成については、125位のチロシンをフェニルアラニンに置換した場合著明に抑制されたが、その他のチロシン残基の置換ではオリゴマー形成に変化がみられなかった。以上のことからc-SrcやFynによるαSのリン酸化は異常な凝集を抑制する方向に作用するものと考えられた。さらに我々は、Pyk2/RAFTKのアダプター蛋白をyeast two hybrid法によりスクリーニングし、その中からPyk2/RAFTKによるαSのリン酸化を抑制させるものとして新規蛋白のPRAPを単離し、現在αS凝集体形成能との関連を検索中である。
ショットを用いたアルミニウムのプラズマ表面改質

アルミニウムの耐摩耗性や耐焼付き性を改善するため,合金化や種々の表面改質法が開発されてきた.鋼においてはイオン窒化は有効な表面効果であり,実用化されているが,アルミニウムにおいては,表面に存在する自然酸化膜や,雰囲気中に含まれる酸化性ガスが,アルミニウムのイオン窒化を阻害するため,イオン窒化に成功した例は少ない.そこで本研究では,イオン窒化炉内でブラスと処理を行うことにより自然酸化膜を除去した後,グロー放電を発生させ,アルミニウムを窒化した.窒化処理後のX線回折図形より窒化アルミニウムが同定された.窒化に対するプラズマ電圧,ブラストガス圧等の各因子の効果を解析するとブラストガス圧,処理時間,処理温度が有意であり,特にブラストガス圧が高度に有意である.アルミニウム表面の自然酸化膜除去には,スパッタリングや種々の研磨法が考えられるが,ブラスト処理はこれらと比較して時間が短く,窒化処理装置中で行うことが可能なため,酸化膜除去後の再酸化の心配が少ないなどの点で優れている.またブラスト処理を行うと,アルミニウム表面において,短回路拡散の一種であるパイプ拡散を引き起こす転位の密度が増大し,窒素の拡散を促進すると考えられる.また,処理温度が高いほど窒素はアルミニウム中に拡散しやすくなり,窒化速度は増加しやすくなると考えられる.窒化処理後の結果からも処理温度が上昇すると窒化が促進されている.また当然ではあるが処理時間が増加するほど窒化量が増加している.アルミニウムの耐摩耗性や耐焼付き性を改善するため,合金化や種々の表面改質法が開発されてきた.鋼においてはイオン窒化は有効な表面効果であり,実用化されているが,アルミニウムにおいては,表面に存在する自然酸化膜や,雰囲気中に含まれる酸化性ガスが,アルミニウムのイオン窒化を阻害するため,イオン窒化に成功した例は少ない.そこで本研究では,イオン窒化炉内でブラスと処理を行うことにより自然酸化膜を除去した後,グロー放電を発生させ,アルミニウムを窒化した.窒化処理後のX線回折図形より窒化アルミニウムが同定された.窒化に対するプラズマ電圧,ブラストガス圧等の各因子の効果を解析するとブラストガス圧,処理時間,処理温度が有意であり,特にブラストガス圧が高度に有意である.アルミニウム表面の自然酸化膜除去には,スパッタリングや種々の研磨法が考えられるが,ブラスト処理はこれらと比較して時間が短く,窒化処理装置中で行うことが可能なため,酸化膜除去後の再酸化の心配が少ないなどの点で優れている.またブラスト処理を行うと,アルミニウム表面において,短回路拡散の一種であるパイプ拡散を引き起こす転位の密度が増大し,窒素の拡散を促進すると考えられる.また,処理温度が高いほど窒素はアルミニウム中に拡散しやすくなり,窒化速度は増加しやすくなると考えられる.窒化処理後の結果からも処理温度が上昇すると窒化が促進されている.また当然ではあるが処理時間が増加するほど窒化量が増加している.
図形の変形が可能な幾何学習ソフトを用いた問題解決過程に見られるストラテジーの分析

平成4年度の研究でコンピュータを証明問題に利用した場合の問題点を指摘した。その1つに「測定値を使って証明を書き、証明にならない証明で証明が出来たと思ってしまう。」場合がある。「測定値」を使った説明は、現在、中学校の図形の証明問題の証明方法としては認められていない。数学者の見地からも「論理的な証明」とはされない。しかし、コンピュータの出現により「測定」が「調べつくし」(完全帰納法)という形で「証明」の役割も持つようになり、それを視覚的に見ることが可能になってきた(清水克彦、1994)。本年度は、そのような背景をふまえ、中学3年生(長野県T中学)29名、中学2年生(長野県S中学)35名、中学2年生(茨城県S中学)32名を対象に「カブリ」を証明問題に使った実践授業を行い、ワークシートをもとに、証明問題の中での「測定値」の利用状況を分類した。(1)問題の中の前提条件を図の中で具体的に表わす場合、(2)前提条件から結果を導くための途中の理由に使う場合、(3)結果に直接利用する場合の3つがあることが分かった。いずれの場合も、今まで証明問題には手を付けなかった生徒が証明の根拠を探そうとする様子が見られた。また、インタビューの結果、「測定値」が生徒の納得の強い根拠となることも見い出された。「測定値」を利用した証明を授業で取り入れるために、その意義を明らかにする必要がある。そこで、諸外国の証明の扱いを調べた。その結果、U.S.A.、フランス、イギリス等の中等教育では形式的な証明はほとんど行わず、「測定値」などを利用した、経験的な証明を多く体験させようとしていることが分かった。中学校の図形の証明問題の学習活動を活発にするためにコンピュータを使い、動的な扱いや、「測定値」の利用も取り入れることが望ましいと示唆された。カリキュラムの再構築と教材の開発が今後の課題である。幾何学習ソフト「カブリ」を使用した7時間の授業のビデオ記録と授業中の観察記録、そのときに書かれたワークシートを元に分析した結果、以下のような測定と図を動かす活動から問題点が浮かび上がってきた。A、無駄な所もすべて測定してしまい、何をしてよいかわからない場合がある。B、測定誤差のために、図形の性質に気がついても一般化できない場合がある。C、図を動かしていると、当たり前に見えて、その図形の性質と気がつかない場合がある。D、測定値を使って証明を書き、証明にならない証明で証明が出来たと思ってしまう場合がある。分析1ででた結果をもとに、特に、証明問題にソフトを使用した場合、問題解決における生徒のストラテジーを分析した。その結果、問題によって、「測定値がいつも同じ性質を示しているから」と証明に書いてしまう場合と、「測定値だけでは証明とはいえない」といいながら、2辺が等しいことを証明するとき、直接測定して等しいという生徒はいないが、使う合同条件には測定値を使っている。本人は測定値から証明していると気がつかない場合がある。コンピュータを使用して中学校で証明問題を行なった場合、測定値が証明の際の生徒の思考を非常に助けているが、論理的な証明を行なうことは、依然困難である。最近「証明は死んだ」(J。ホーガン、日経サイエンス1993年12月)という衝撃的な題で、形式的な数学用語で埋め尽くされた証明より、説得力をもつ証明を考えている数学者がいるし、証明ができるのでは」と問題提起されている。中学校の図形教育において、証明そのものを考え直すことと、測定値を使った場合に、論理的に考える力を育てる指導方法を考えることが今後の課題である。」場合がある。

中学校の図形の証明問題の学習活動を活発にするためにコンピュータを使い、動的な扱いや、「測定値」の利用も取り入れることが望ましいと示唆された。カリキュラムの再構築と教材の開発が今後の課題である。
格子QCD数値解析による流体方程式基本定数の解析

強い相互作用の基礎理論である量子色力学(QCD)は、初期宇宙や中性子星内部のような超高温・高密度環境下において、カイラル対称性の回復や非閉じ込め相転移などの多様な相転移現象・物性現象を持つ。これらの現象の理解は、宇宙史の解明や相対論的重イオン衝突実験の記述に必須の重要課題である。本研究では、これらの現象の理解に向け、格子QCD第一原理数値計算を用いた研究を行っている。本研究が研究対象とする流体方程式に現れる基本定数を格子上で測定するためには、格子上でエネルギー運動量テンソルに関連する量を解析することが必要である。本研究では、この測定のために勾配流法と呼ばれる手法を用いている。本期間中の研究において、勾配流法を用いて格子上でエネルギー運動量テンソルを解析する際に必要となる摂動係数の高次項の評価を数値的に行った。従来の研究で我々が用いていたものより次数の高い摂動係数を数値解析に適用することで、エネルギー運動量テンソルの測定に必要な外挿解析の安定性が格段に増すことがわかった。これによって、高次係数を利用することで勾配流法の信頼性が更に向上することを定量的に確かめた。更に、勾配流法の新たな応用課題としてクォーク・反クォークが置かれた系における応力テンソルの分布を測定したことも特筆に値する。この研究により、クォークと反クォークの間に働く相互作用を第一原理計算によって近接相互作用として描き出すことに初めて成功した。また、本年度はフルQCDでの勾配流法を用いた熱力学量および相関関数の解析にも継続して取り組み、一定の成果を挙げることができたが、こちらはクエンチQCDと比べると大規模な数値計算が必要となり、依然統計誤差が大きいため、誤差の低減は今後の改題である。本期間中には、勾配流法によるエネルギー運動量テンソルの解析で用いる摂動係数の高次項の解析計算が発表され、我々のクエンチQCDにおける数値解析により、この係数が勾配流法の解析の安定性と定量性を大きく向上させることが分かった。特に、流体方程式の重要な入力量である状態方程式の高精度測定が実現したことは重要な成果である。更に、高次係数を使った解析は、今後勾配流法を用いて行われるすべての数値解析で使われるものであり、基礎的な研究成果でもある。また、この高次係数はフルQCDにも適用することが可能である。本年度の研究により、フルQCDにおける高次係数の効果の評価にも取り組むことができた。これらの成果に加え、勾配流法を用いたエネルギー運動量テンソルの測定を、クォーク間相互作用の伝達機構解明の研究に適用したことも本期間の重要な研究成果として挙げられる。この研究では、エネルギー運動量テンソルの空間成分である応力テンソルの空間分布の測定を行い、クォーク間相互作用が場の歪みを通して近接相互作用的に伝達する様相を可視化することに成功したが、本期間にはこの成果を論文にまとめることができた。この研究は、申請時に予定していたものとは趣旨が異なるが、新たな勾配流法の応用課題として興味深い成果が得られたため、今後は有限温度への拡張や様々な系での解析などの応用課題にも精力的に取り組んでいきたいと考えている。更に、本研究期間中には勾配流法を用いて有限温度・有限体積系における圧力の測定を行う研究にも新たに取り組んだ。このような系では圧力に非等方性が生まれるが、本研究によってこのような非等方性を持つ系の熱力学量の測定が初めて実現した。近年、流体方程式を非等方系に拡張する研究が進展しているが、本研究の成果はこのような新しい流体方程式の定式化への重要な入力となることが期待される。今後の研究の方針としては、本年度確立した高次係数を用いたエネルギー運動量テンソルの解析を用いてエネルギー運動量テンソル相関関数の解析を行うことが重要な課題として挙げられる。昨年行ったエネルギー運動量テンソル相関関数の解析では、保存電荷を含むチャンネルのゼロ運動量成分のみに注目していたが、今後、高次係数を用いつつ、クエンチQCDにおける相関関数の解析を1運動量が有限の場合、2保存電荷を含まないチャンネルの解析、などへと拡張していくことを予定している。有限運動量相関関数の解析を行うことで、従来使われていたものとは全く異なる手法による音速や輸送係数の解析が可能となることが期待できる。また、ずり応力チャンネルの相関関数を解析することにより、従来から知られた手法を用いて粘性係数を制限する研究も検討する。このクエンチQCDの研究と並行して、フルQCDでの熱力学量・相関関数の解析にも取り組む。この研究では、解析の統計量を増やして誤差を減らし、勾配流のフロー時間に対する依存性を詳しく理解し、安定な外挿を実現することが今後の課題となる。フルQCDの研究は、WHOT-QCD共同研究での研究として、共同研究者と協力しながら進めていく。さらに、エネルギー運動量テンソルを用いてクォーク間相互作用の伝達機構を解明する研究にも重点的に取り組むことを予定している。特に、これまで真空に対して行ってきた解析を有限温度へと拡張し、流体方程式が注目するマクロな物理量とは逆方向に位置する、ミクロな視点から高温物質を理解する研究にも取り組みたい。また、有限温度・有限体積系における非等方な圧力の測定を行う研究にも継続して取り組むことを予定している。境界条件を変更して同様な解析を行うなどの様々な応用課題を検討している。

これらの現象の理解は、宇宙史の解明や相対論的重イオン衝突実験の理解のために必須となる重要課題である。本研究では、これらの現象の理解に向け、格子QCD第一原理数値計算を用いた研究を行っている。本期間中の研究では、超高温物質の動的性質、特に流体方程式に現れる基本定数を解析する上で必須となるエネルギー運動量テンソル相関関数の、クエンチQCD上での解析を終了し論文として発表したことが重要な成果として挙げられる。この量は、従来様々な困難から格子QCD上での測定は非現実的とされていたものであったが、本研究では勾配流法と呼ばれる新しい手法を適用することで高統計解析を実現した。この研究により、各種の熱力学的関係式や保存則の成立を数値計算で初めて陽に示した他、勾配流法による観測量の解析の妥当性検証という意味でも有意義な成果となった。この相関関数に関する成果は、今後、輸送係数などの動的物理量の測定への応用につなげていきたい。また、本年度はフルQCDでの同様な解析にも取り組み、一定の成果を挙げることができたが、こちらはクエンチQCDと比べると依然誤差が大きく、誤差の低減は今後の改題である。更に、これらの研究で使っているエネルギー運動量テンソルの測定を、クォーク間相互作用の伝達機構解明に適用する研究にも取り組んでいる。今後はこのような方向性で本研究が発展していくことも期待できる。これらの成果に加え、相対論的重イオン衝突実験での様々な観測量を用いて高温物質の性質を解明する研究にも精力的に取り組んだ。保存電荷ゆらぎや、レプトン対生成率に関する研究がこれに相当する。本期間中に、クエンチQCDでの解析に関しては、エネルギー運動量テンソルの相関関数の測定に区切りが付き、論文として発表することができた。この研究は、各種の熱力学的関係式や保存則の成立を数値計算上で検証した最初の成果となり、これ自体が有意義な結果であることに加え、我々が以前から行っている勾配流法を用いた相関関数測定の妥当性の傍証を得るという意味でも重要な成果となった。この成果により、流体方程式に現れる基本定数を格子QCD数値解析で決定する道筋が見えた。また、フルQCDでの解析についても、勾配流法を用いた熱力学量の解析を論文発表にこぎつけることができた。この研究では、勾配流法を用いて得られた熱力学量が、従来の手法のものと一致することが示され、フルQCDにおいても勾配流法をエネルギー運動量テンソルの解析に適用することができることを示す重要な成果が得られた。また、この手法を用いたエネルギー運動量テンソル相関関数の解析にも取り組んでいる。これらの成果に加え、勾配流法を用いたエネルギー運動量テンソルの測定を、クォーク間相互作用の伝達機構解明の研究に適用したことも本期間の重要な研究成果として挙げられる。この研究では、エネルギー運動量テンソルの空間成分である応力テンソルの空間分布の測定を行い、クォーク間相互作用が場の歪みを通して近接相互作用的に伝達する様相を可視化することに成功した。この研究は、申請時に予定していたものとは趣旨が異なるが、予期しない興味深い成果が得られたため、今後はこの研究も重要課題として精力的に行っていきたいと考えている。
光ファイバブリルアンリングレーザの発振安定化と能動型光ファイバジャイロへの応用

第3世代の光ファイバジャイロと言える[能動型光ファイバジャイロ]の構成要素として最も重要である〈光ファイバブリルアンリングレーザ〉の発振を安定化する手法を確立することが、本研究の主な目的である。さらに、この安定化されたリングレーザを用いたジャイロ系に関して、性能制限要因およびジャイロ出力信号の処理手法を検討する。2年間の研究期間において、先ず、光ファイバ共振器中で生じる誘導ブリルアン散乱によりレーザ発振が得られる過程を共振器中での偏波変動を厳密に扱いつつ理論的に明確化した。偏波維持光ファイバの偏波軸を90°捻って接続したリング共振器を解析し、安定発振にとって有効であることを示した。また、絶対単一偏波光ファイバにより構成した共振器も解析し、やはり優れた特性を有することを確認した。前者の構成に関しては実際にリング共振器を作成し、本構成が安定発振にとって有効であることを実験的に実証した。本レーザは活性媒質である光ファイバが数mから数十mと長尺であるため、利得スペクトルがファイバに沿って分布している効果が発振特性に現れる。この現象を理論解析することにも成功し、温度分布、張力分布が発振特性に与える影響に関する詳細な知見を得ることができた。さらに、低回転入力時に全く感度がなくなる現象(ロックイン現象)の解除法、ならびにリングレーザ中で左右逆回りに発振する2つの光のビ-ト信号から回転角速度のみならず回転の方向をも検出する手法を検討した。また、エルビウムドープ光ファイバにより得られるリングレーザ中での偏波変動が誘起する不安定性の解決法、光ファイバグレーティングによる安定なリング共振器の構成法も提案し、検討した。これら研究成果により、光ファイバブリルアンリングレーザジャイロを実現するための基礎的かつ重要な知見が得られ、本研究の目的を達成することができた。第3世代の光ファイバジャイロと言える[能動型光ファイバジャイロ]の構成要素として最も重要である〈光ファイバブリルアンリングレーザ〉の発振を安定化する手法を確立し、これを用いて実際にジャイロ系を構成し、〈低回転入力時に全く感度がなくなる現象(ロックイン現象)〉の解除法として本グループが発明して、既に受動型共振方式光ファイバジャイロの実験系によりその原理確認に成功している手法の有効性を実証することが、本研究の目的である。上記研究目的を達成するために、本年度は以下のような研究を進めた。先ず、光ファイバ共振器中で生じる誘導ブリルアン散乱によりレーザー発振が得られる過程を共振器中での偏波変動を厳密に扱いつつ理論的に明確化した。偏波維持光ファイバの偏波軸を90度捩って接続したリング共振器を解析し、安定発振にとって有効であることを示した。続いて、光ファイバブリルアンリングレーザの実験系を構成した。ここでは、偏波維持光ファイバの偏波軸を90度捩って接続したリング共振器を採用している。既に誘導ブリルアン散乱による間欠的なレーザー発振は観測してきたが、ジャイロを構成するためには安定発振を得る必要がある。ここで用いている構成でも、温度変動によりレーザのモードが変化し発振周波数が変り得る。さらにこの時偏波も、互いに直交した2つの偏波状態間で入れ替わる。

この問題は、ポンプ光を共振器の共振周波数に一致させつつ、2つ存在するブリルアン発振可能な特別な偏波状態の内の一方のみをゲインの最大点にロックするという本グループが考案した手法により解決できる。本年度末現在、実験系にこの手法を盛り込む作業を進めている。第3世代の光ファイバジャイロと言える[能動型光ファイバジャイロ]の構成要素として最も重要である<光ファイバブリルアンリングレーザ>の発振を安定化する手法を確立することが、本研究の第1の目的である。さらに、このリングレーザを用いたジャイロ系に関して、<低回転入力時に全く感度がなくなる現象(ロックイン現象)>の解除法として本グループが発明して、既に受動型共振方式光ファイバジャイロの実験系によりその原理確認に成功している手法の有効性を確認する。上記の研究目的を達成するために、本研究の最終年度である本年度は、以下のような研究を進めた。光ファイバ共振器中で生じる誘導ブリルアン散乱によりレーザ発振が得られる過程を共振器中での偏波変動を厳密に扱いつつ理論的に検討した昨年度の成果を基に、偏波維持光ファイバの偏波軸を90度捩って接続したリング共振器を作成し、本構成が安定発振にとって有効であることを実験的に実証した。この構成によれば、2つある発振偏波モード(レーザとしての横モード)それぞれの発振周波数が互いに近づいてくるという不安定性を完全に除去することができる。実験により、安定な単一モード発振が確認された他、発振光の偏波状態も理論解析結果と良く一致することも示された。また、本レーザは活性媒質である光ファイバが数mから十mと長尺であるため、利得スペクトルがファイバに沿って分布している効果が発振特性に現れる。この現象を理論解析することに成功し、温度分布、張力分布が発振特性に与える影響に関する詳細な知見を得ることができた。これらにより、光ファイバブリルアンリングレーザの安定発振が可能になる。さらに、レーザ発振時にはポンプ光強度が一定になることを考慮すると、上記のロックイン解除法が本ジャイロにも適用可能であることが示された。これら研究成果により、光ファイバブリルアンリングレーザジャイロを実現するための基礎的かつ重要な知見が得られ、本研究の目的を達成することができた。