hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分光学的手法による蒸気の凝縮過程の解明

科研費補助金申請書に記された研究課題は以下の3つにまとめられる。1.密閉容器内での蒸気凝縮この実験的研究の中心となるレ-ザ-ホログラフ干渉写真から密度分布、温度分布などを定量的に求めることが出来た。これらの結果から、不凝縮気体を含む流れ場がいわゆる境界領域(interfacial layer)と呼ばれる密度変化の大きい層で区切られること(この事実は既知)、そしてこの層が二次元的構造をもち内部の熱力学的条件によって前後に移動することを初めて可視化写真にて示すことが出来た。2.蒸気媒質を伝播する衝撃波の実験この研究では、衝撃波管を用いて主として連続シュリ-レン写真による衝撃波背後の流れ場の可視化を行うと共に従来の圧力及び温度センサ-による流れ場の熱力学的状態を測定した。さらに、境界壁の影響を避けるため点源爆発によって生じる球形衝撃波を二重露光法によるホログラフ干渉写真にとり、蒸気凝縮の程度を調べた。媒質が単純な気体である場合と蒸気である場合との差異は顕著で、後者では気体力学のランキン・ユゴニオ関係が成り立たないこと、壁面への熱伝達量が大きいこと、流れ場での熱伝達特性が大きいこと、が明らかになった。これらの特徴はすべて、衝撃波背後での蒸気媒質の相変化(蒸発・凝縮)に関係していると考えられるが、その詳細なメカニズムはまだ明らかでない。3.流れ場の数値シミュレ-ション管内流れとそれに伴う壁面(境界)への熱伝達を模擬する一般的な数学モデルを考案し、数値解析を試みた。計算結果は、サ-モサイフォン凝縮部内の蒸気流れ場については実験結果と比較的よい一致を示し、少なくとも定性的にはシミュレ-ション可能であることが確かめられた。しかし、衝撃波背後の蒸気流れ場のシミュレ-ションは未完である。63年度の研究では衝撃波背後の流れ場の特徴を種々の手段を用いて調べることに主眼を置いた。二相媒質を伝播する衝撃波を作り、その波形を圧力センサによって計測して純粋気体の波形との相違を知ること、フィルムセンサによる衝撃波管壁面への熱伝達量を測定することによって潜熱の授受の大きさを調べること、熱線温度計(熱線風速計の使用形態の一つ)によって流れ場中央部での熱伝達量を求めて相変化を予測すること、などを実施した。そして当初の予想をある程度裏付ける結果、すなわち、衝撃波背後の蒸気は一時的に凝縮を起こし得るという傍証を得ることができた。これまでの結果をまとめると(現段階では一部推測の部分も含めて)蒸気凝縮の過程には熱力学で扱う平衡条件から規定される特性時間よりはるかに長い時間をかけて進行する相変化の過程がありそうだ、という知見(まだ予想というべきか)を得たことである。蒸気凝縮の実体たる液滴あるいはクラスターを同定できるためには分光分析法に頼らざるを得ないが、これの計測は64年度に行う予定である。衝撃波背後の流れ場のシミュレーション解析は相変化のある場合にはどうしてもモデル方程式の導入が避けられず、従来あまり成功していない。いずれもF.E.Marble(注)の仕事を出発点として支配式を構築しているが検証の対象となる実験成果が少ないこともあり改善が困難である。従ってこの研究でも衝撃波背後の流れ場をモデル化する入口段階で未だ模索中である。これも64年度の課題である。本年度の研究では、衝撃波管を用いて主として連続シュリ-レン写真による衝撃波背後の流れ場の化視化を行うと共に従来の圧力及び温度センサ-による流れ場の熱力学的状態を測定した。さらに、衝撃波管壁の影響を除くため、点源爆発によって生じる球形衝撃波を二重露光法によるホログラフ干渉写真にとり、蒸気凝縮の程度を調べた。

媒質が単純な気体である場合と蒸気である場合との差異は顕著で、後者では気体力学のランキン・ユゴニオ関係が成り立たないこと、壁面および流れ場中心での熱伝達量が大きいことが明らかになった。これらの特徴はすべて、衝撃波背後での蒸気媒質の相変化(蒸発・凝縮)に関係していると考えられるが、その詳細なメカニズムはまだ明らかでない。今回の衝撃波管実験ではP.Thompsonらの提唱するいわゆる“retrograde"と“regular"流体の識別法に必ずしも沿わない結果が得られているが、この件については、今後とも実験、理論の両面から詰めていく必要がある。一方、点源爆発による衝撃波の実験では蒸気媒質特有の干渉原縞模様の乱れが明らかであるものの、結論的事実を得るには更に測定を重ねる必要がある。次に、流れ場の数値シミュレ-ションについては、管内流れとそれに伴う壁面(境界)への熱伝達を模擬する一般的な数学モデルを考案し、数値解析を試みた。基本的には、三保存則と拡散の式、蒸気の状態式から成っている。計算結果は、サ-モサイフォン凝縮部内の蒸気流れ場については実験結果と比較的よい一致を示し、少なくとも定性的にはシミュレ-ション可能であることが確かめられた。今後の課題としては、種々の条件が重なり分光学的に液滴の生成量を検出する方法がまだ完全に確立していないこと、衝撃波背後の蒸気流れ場のシミュレ-ションが未完のままになっていること、の2点が挙げられる。将来とも、この点を解明する研究を継続していく。
モデルベース法に基づく自動走行の安全保障を可能にする機械学習の利用に関する研究

採択前年度からの成果,および採択後の研究成果をまとめ,査読付き国際雑誌論文2編,査読付き国際会議論文3編,査読なし国内論文誌1編,査読なし国内学会論文3編を執筆した.本年度は,モデルベース法のナビゲーションとして,モデルベース法の自己位置推定に焦点を当て,自己位置推定法の安全保障を行うことを目的として,推定結果の信頼度を推定することを目的とした.この目的の実現のために,まず機械学習を用いて自己位置推定の成功・失敗を判定する方法を開発した.近年の機械学習アルゴリズムの発展もあり,この手法はかなりの精度で推定の正誤を分類することを可能とした.しかしながら,機械学習による識別が完全になることはなく,識別誤差を含むことも明らかとなった.これに対して,「機械学習アルゴリズムによる識別結果を新たな可観測変数として利用できること」,および「この可観測変数を用いて信頼度が推定できること」という2つの仮定を導入し,かつこの2つの仮定を包括した自己位置推定フレームワーク(信頼度付き自己位置推定法)を提案した.本年度最初は,これを小型移動ロボットに実装し,屋内環境においてその有用性を検証した.しかしながら,機械学習アルゴリズムの計算速度などの問題もあり,屋外を高速に走行する自動車などに適用することが困難であった.そこで,さらに高速化の工夫を行い,時速約50km/hで走行する自動車への実装を可能とした.これにより,屋外を走行する自動車においても適用可能であるという有用性を示した.また関連する課題として,自己位置推定のロバスト性を上げる取組や,ティーチングプレイバックナビゲーションを可能とする手法の開発を行った.これらの成果をまとめ,冒頭に示す論文の執筆を行った.「研究実績の概要」で述べた通り,手法の開発は順調に進み,学術論文を執筆することができている.また,関連する研究にも着手することができ,そのテーマでも学術論文を書くことができている.このことから,進捗は当初の計画以上に進展していると判断した.本年度は,自己位置推定の安全保障を行うことを目的として,機械学習を行う方法を検討し,特に深層学習を利用した.しかしながら,深層学習には広く言われるように「中身がブラックボックスである」という問題がある.そこで次年度の目標として,機械学習に頼らない推定結果の正誤判断を行う方法の開発を行う.加えて,引き続き自己位置推定法のロバスト性を向上させる取組の検討を行う.採択前年度からの成果,および採択後の研究成果をまとめ,査読付き国際雑誌論文2編,査読付き国際会議論文3編,査読なし国内論文誌1編,査読なし国内学会論文3編を執筆した.本年度は,モデルベース法のナビゲーションとして,モデルベース法の自己位置推定に焦点を当て,自己位置推定法の安全保障を行うことを目的として,推定結果の信頼度を推定することを目的とした.この目的の実現のために,まず機械学習を用いて自己位置推定の成功・失敗を判定する方法を開発した.近年の機械学習アルゴリズムの発展もあり,この手法はかなりの精度で推定の正誤を分類することを可能とした.しかしながら,機械学習による識別が完全になることはなく,識別誤差を含むことも明らかとなった.これに対して,「機械学習アルゴリズムによる識別結果を新たな可観測変数として利用できること」,および「この可観測変数を用いて信頼度が推定できること」という2つの仮定を導入し,かつこの2つの仮定を包括した自己位置推定フレームワーク(信頼度付き自己位置推定法)を提案した.本年度最初は,これを小型移動ロボットに実装し,屋内環境においてその有用性を検証した.しかしながら,機械学習アルゴリズムの計算速度などの問題もあり,屋外を高速に走行する自動車などに適用することが困難であった.そこで,さらに高速化の工夫を行い,時速約50km/hで走行する自動車への実装を可能とした.これにより,屋外を走行する自動車においても適用可能であるという有用性を示した.また関連する課題として,自己位置推定のロバスト性を上げる取組や,ティーチングプレイバックナビゲーションを可能とする手法の開発を行った.これらの成果をまとめ,冒頭に示す論文の執筆を行った.「研究実績の概要」で述べた通り,手法の開発は順調に進み,学術論文を執筆することができている.また,関連する研究にも着手することができ,そのテーマでも学術論文を書くことができている.このことから,進捗は当初の計画以上に進展していると判断した.本年度は,自己位置推定の安全保障を行うことを目的として,機械学習を行う方法を検討し,特に深層学習を利用した.しかしながら,深層学習には広く言われるように「中身がブラックボックスである」という問題がある.そこで次年度の目標として,機械学習に頼らない推定結果の正誤判断を行う方法の開発を行う.加えて,引き続き自己位置推定法のロバスト性を向上させる取組の検討を行う.当初予定していた国際・国内学会への参加を見送ったため,予算執行状況が100%とならなかった.代わりとして,今年度異なる国際・国内学会へ参加するために利用する予定である.
鉛曝露による自覚症状と自律神経障害のベンチマークドースを用いた影響評価

本研究では、以下の14に示すように鉛曝露および非曝露職場で自覚症状を訴える者の自律神経機能を調査し、自覚症状や自律神経の失調に寄与する要因について実証的データを提示した上で、健康影響を及ぼすBMD基準用量の推計を行った。1.自律神経機能の変動に影響を与える可能性のある交絡因子について検討するため、鉛非曝露の産業従事者において自律神経変動因子に関する調査を行った。勤務形態や過重労働、飲酒等が各種心拍変動成分に及ぼす影響を調べた。2.鉛取り扱い作業者の鉛曝露指標値や自覚症状の有無がどのような要因で変動するか調べた。鉛中毒予防規則で検査を義務付けられている14項目の自覚症状について、症状の訴えにどのような因子が関与しているか検討した。3.鉛取り扱い作業者の非顕性健康影響について、ベンチマークドース(BMD)法を用いた推計により評価した。健康影響の指標は、重心動揺計を使用した平衡機能計測値および血中の各種貧血指標値とした。鉛取り扱い作業者では閉眼時の前後及び左右方向の軌跡長は、血中鉛濃度と有意な正の相関があり、平衡機能異常に対する血中鉛のBMDL(BMDの95%信頼区間の下限値)は平均で14.4μg/dlと推計された。また、ヘマトクリットやヘモグロビンなど貧血指標値に対する血中鉛のBMDLは19.429.6μg/dlの範囲と推計され、鉛曝露が貧血状態や平衡機能異常を引き起こす臨界濃度は、従来からわが国で勧告されている生物学的許容濃度(40μg/dl)に比べ、かなり低値であることが示唆された。4.鉛以外の有害曝露物質で自律神経機能等への影響をBMD法により評価した。労働者への有機溶剤曝露の影響や小児へのメチル水銀曝露の健康影響について、従来のNOAELやLOAELに変わる毒性評価値としてのBMDを提示した。1.鉛曝露による自律神経系への非顕性影響を調べる目的で、鉛則特殊検診の対象となっている鉛取り扱い作業者129名と鉛非曝露の事務系労働者60名を対象に重心動揺計を用いて平衡機能の評価を行った。重心動揺の計測はCATSYS2000を用い、対象者をフォースプレートの上に直立姿勢で楽に立たせ、開眼・閉眼の順でそれぞれ60秒間足底圧の垂直作用力(重心)を検出し、左右・前後動揺の軌跡長、重心軌跡外周面積を計測した。鉛作業者では前後動揺は閉眼時に、また左右動揺は開眼・閉眼時ともにコントロール群より有意に大きく、重心軌跡外周面積と各指標のロンベルグ比(閉眼/開眼)も有意な増大を示した。年齢や身長などの交絡因子を調整した重回帰分析では、周波数帯域12Hz、24Hzにおける前後および左右動揺軌跡長ともに血中鉛濃度との間に有意な関連が認められた。本研究より重心動揺に影響を及ぼす血中鉛のベンチマークドースは、12.517.9μg/dlと推計され、わが国で勧告されている血中鉛の生物学的許容値(40μg/dl)より低値であることが示された。2.交替制勤務のあるデスクワーク(情報産業)に従事する男性労働者413名を対象に、自覚症状および勤務形態・勤務歴、現病・既往歴、飲酒・喫煙習慣、その他自律神経障害の交絡因子に関する情報を自記式質問票と産業医を通しての面接により収集した。

さらに職業性ストレス要因の測定尺度として、自記式質問票のJob Content Questionnaire(JCQ)を用い、仕事上の要求度、裁量度、支援度を測定するとともに、医師が健康感・ストレスに関する問診を行い、自覚症状有訴者にはハミルトン抑うつ評定法により気分状態を判定した。現在結果を解析中であり、次年度には鉛曝露と過重労働によるストレスとの両視点から、労働者の自律神経機能への影響評価を行う予定である。1)鉛取り扱い作業者の健康悪影響を予防・早期発見するために、平衡機能に影響が現れ始める曝露濃度を、ベンチマークドース(BMD)法を用いた「閾値なし」モデルにより再評価した。重心動揺計(Catsys2000)で計測した鉛取り扱い作業者121人の平衡機能は、開眼時の前後方向(正中面平行)の揺れを除きコントロール群と比較して軌跡長が有意に大きく、動揺が大きいことが観察された。閉眼時の前後及び左右方向の軌跡長は、血中鉛濃度と有意な正の相関があり、平衡機能異常に対する血中鉛のBMDL(BMDの95%信頼区間の下限値)は平均で14.4μg/dl(0.69μmol/L)と推計された。われわれが先に報告した各種貧血指標に対する血中鉛のBMDL19.429.6μg/dlよりさらに低値であることがわかった(Karita K et al. Risk Anal.2005)。2)鉛作業者の自覚症状項目(鉛則規定)のうち、最も多かった訴えは「疲れやすい」であった(17%)。自覚症状を訴えた群では交替制勤務者の割合が高く、また鉛中毒症状に関する知識得点が低く、血中鉛平均35μg/dl程度の作業者では、鉛健診の際の自覚症状の訴えに鉛曝露量は反映されていないことが明らかとなった。3)交替制勤務のある男性オフィス・ワーカー401人について、過重労働や職業性ストレスが自律神経機能(心拍変動成分)に及ぼす影響を調査したところ、JCQ(Job Content Questionnaire)による「仕事の要求度」は、過重労働時間と正の相関が、副交感神経機能とは負の相関が認められた。BMDによる鉛曝露の交感及び副交感神経機能の評価については、さらに検討を続ける必要がある。
浅海底地形学を基にした沿岸域の先進的学際研究－三次元海底地形で開くパラダイム－

1.機材の整備:大量の画像データを基にしたフォトグラメトリー(多視点ステレオ写真測量)を円滑に行うために,デュアルプロセッサワークステーションを導入した。2.マルチビーム測深調査:古代からの漁場である奄美大島住用湾,サンゴ礁地形が発達する与那国島北岸,1869年に戊辰戦争へ向かった外輪船ハーマン号が座礁した房総半島勝浦にてマルチビーム測深調査を実施した。3.浅海底マッピングの高度化:1)水中でフォトグラメトリーとマルチビーム測深を融合させた高精度マッピングを成功させ,その成果を国際誌上で公表した。2)ドローンを用いた航空写真測量を久米島ハテノハマ周辺で実施した。3)航空レーザー測量データを用いたマッピングを進めるため宮古島等のデータを入手した。4.マルチビーム測深エリアでの学際研究:1)日豪国際共同研究を実施している久米島東部の堡礁型サンゴ礁の離水礁および洲島にてボーリング調査を実施し,サンゴ洲島の砂質堆積物および礁石灰岩の採取を行った。2)奄美大島大和村にて精密海底地形図を基に漁民に聞き取りを行い,礁斜面の地形を利用した漁について漁業知識を記録する作業を進めた。3)石垣島・石西礁のサンゴ礁礁縁部の地形について,マルチビーム測深による精密海底地形モデルを基に実測に基づく地形計測を実施した。4)石垣島・与那国島など:海底の侵食地形が顕著な海域等で地形解析を進めた。5.国際共同研究および成果発表:日豪サンゴ礁地形学シンポジウム・ワークショップを9月下旬に九州大学にて開催し,琉球列島とグレートバリアリーフを舞台にした学際研究について議論を深めた。また,グレートバリアリーフ掘削の試料分析結果をNature誌に掲載した。沖縄本部半島沖の戦争遺跡エモンズに関する論文発表を基に,記者発表・シンポジウムなどを開催した。主要なマルチビーム測深調査や大規模な現地調査を終え,学際研究フィールドでの潜水調査や研究のとりまとめを行う段階となった。1)研究ツール強化:本研究で慣性GPSジャイロを導入し高精度化したマルチビーム測深機にて,3年間で5海域で1,420kmのデータ取得航行を行い,約106km2の海域測量を行った。マルチビーム測深とフォトグラメトリーとの組み合わせに世界で始めて成功したほか,航空レーザ測量データとマルチビーム測深の組み合わせによる陸海域シームレス地形図の作成など,多様な方法論を組み合わせた新しい海底地形図の作成を進めている。試料分析においても装置を最先端へ進化させ,その分析結果を基にNature誌への論文掲載に至った。2)先進的学際フィールド研究の推進:久米島東岸のハテノハマ周辺海域で,洲島から島棚縁辺部までの連続的な三次元地形モデルを完成させ,その上で洲島の地形変化,砂質堆積物の年代や移動,台風時の波高や流れの測定,波浪のシミュレーション,ボーリングコアを基にした環境変遷史研究など,多岐における研究を行っている。また,我々が大規模な沈水カルスト地形を発見した石垣島名蔵湾にて,海底下の地層断面の探査,ボーリングコアの解析・年代測定および現生サンゴ調査と合わせ,総合的に地形形成史および環境変遷史を復元する研究を行っている。さらに,奄美大島では海底地形図上に,聞き取り調査などで得られた漁民の海域利用と漁場知識を載せ,その場所の地形や生態系と密接に関わる自然と人との伝統的な関わりを可視化している。久高島では海底地形図を基にした波浪シミュレーションとリーフ上の巨礫分布に関する研究を進めている。3)世界に向けた成果発信:国際学会での成果発表や招待講演を行うとともに,日豪国際シンポジウムを2回開催した。研究成果の一部はNatureをはじめとした国際誌への論文掲載掲載に至った。海底地形図作成についての先進的な取り組みについては,マルチビーム測深と水中フォトグラメトリーとの組み合わせによる生物群集レベルの細かな地形を計測しテクスチャー情報を重ね合わせる手法(久米島など),マルチビームと航空レーザー測量データ(石垣島など),およびマルチビームとドローン撮影画像を基にした三次元地形モデルの構築(久米島・久高島・与那国島など)を進めており,新たなマッピング手法として提示できる見込みである。これらについて引きつづき解析を進めるとともに,完成したものから順次成果として公表していく予定である。現在,マルチビーム測深を実施した海域を中心として総合的な学際調査を遂行している海域が複数ある。その1つである久米島東岸ハテノハマ周辺海域では,測深結果に衛星画像とRTK測量を組み合わせ,海面上にある洲島水深150m程度の島棚縁辺部までの連続的な三次元地形モデルを完成させた。その上で,UAV(ドローン)を用いた洲島の地形変化,洲島から礁湖・礁斜面に至る砂質堆積物の組成・年代・移動,台風通過時の礁縁部の波高および礁湖内の流れの測定,波浪シミュレーションなどを行っている。これらの研究については,ほぼ結果が出ているため,今後順次まとめていく予定である。また,石垣島の名蔵湾の沈水カルスト地形についても沈水地形上のサンゴ礁堆積物を貫くボーリングコアの解析が進んでいる。マルチチャンネル音波探査による海底下の地層断面の探査にも成功したため,古地形の復元が可能になった。造礁サンゴの記載もデータ収集は終了している。これらを総合的に編集することによって,この場の環境を説明することが可能となるとの見通しを得ている。成果をまとめて公表していく予定である。

このほか,与那国島や喜界島,久高島,沖縄島本部半島沖などでも研究が進展しているため,今後は成果の公表に重点を置く予定である。本研究では,科学的知見がきわめて少ない浅海底において最先端のマルチビーム測深を用いて作成する精密海底地形図を基に,従来の地形学にない「浅海底地形学」を開拓し推し進める。さらに,作成した精密海底地形図を基に,自然科学諸分野から人文・社会科学に至る学際研究をすすめ,総合的環境理解へとつなげることを目指している。28年度は以下を実施した。1.機材の整備:現有のマルチビーム測深機に最新の慣性GPSジャイロを装備し,位置精度を向上させた。また,現地調査の精度向上のためGPS/GLONASS測位システムを導入した。2.マルチビーム測深調査:奄美大島中部東シナ海側の大和村の2海域にて測深調査を行った。大和村は,分担者の渡久地氏が漁民の漁場認識に関する研究を積み重ねてきた地域である。測深調査には国内の分担者・協力者の他,シドニー大からDuce氏が参加した。大和村では分担者の長谷川均氏が率いる航空写真測量や,藤田喜久氏が率いる海底の生物調査も共同で実施した。3.マルチビーム測深エリアでの学際的フィールド研究: 1)久米島:久米島東部の堡礁型サンゴ礁における測深域にて,シドニー大Vila Concejo氏とDuce氏を加えた国際共同調査を実施した。ここでは主に波高計・流速計を用いたサンゴ礁外縁および堡礁礁湖内の流向・流速の計測と,堆積物の採取を実施した。あわせて,分担者の後藤和久氏が中心となってコンピューターシミュレーションを実施し,サンゴ礁の地形の違いが,礁湖への波浪の進入や流れにどのように影響するかについての予察的結果を得た。2)石垣島名蔵湾での地層探査:この海域は我々の研究グループが高詳細海底地形図を基に地形・地質・堆積物・水質・サンゴ群集の調査を重ねている海域である。28年度は,ストリーマーケーブルを用いたマルチチャンネル音波探査によって海底下の地層断面の探査を行った。本研究で進めるワイドバンドマルチビーム測深機を用いた浅海底地形の三次元マッピングが,学会等で注目される成果を上げている。6月にハワイで開催された第13回国際サンゴ礁学会にてプロジェクトの紹介ならびに久米島東部の堡礁型サンゴ礁について高精密地形を基にした地形学研究を発信した。また,西オーストラリアで開催された第6回国際水中考古学会にて,マルチビーム測深を用いた水中考古学研究の成果を発表した。いずれも,他に例のない最先端の研究として注目された。28年度は,機材の整備を速やかに進めることができたこと,研究分担者による測深対象海域での現地調整がきわめて円滑に行われたことから,当初29年度に予定していた奄美大島沿岸域でのマルチビーム測深調査を前倒しで実施することができた。また,久米島での総合調査も成功させることができた。特に波浪・流速観測では,近隣で発生した台風13号の通過に伴って,これまでサンゴ礁の礁縁部で観測された中では世界で最大となる波高と,それが礁湖内で減衰することが観測された。同海域のコンピューターシミュレーションも確実に進んでおり,サンゴ礁の防災効果の推定に大きく前進した。
生物形態の不連続性はなぜ生ずるか．構造的安定性からの検証．

生物形質における不連続性の生成要因を解明することを目的とし,陸生巻貝の殻形態とその重力環境への適応に焦点をあてた研究を行った.研究代表者の過去の研究により,陸産巻貝の殻の縦横比(spire index)はバランスに適応していることが,理論と実証の双方によって示されている.しかし,殻のバランスにおいては,縦横比以外にも殻の傾きやふくらみ,厚みなどといった様々な要素が重要である.当年度は特に,ふくらみに焦点をあて,貝はバランスに適したふくらみを持っているのかを検証した.さらに,理論形態モデルを用いて,等成長を仮定した際の巻殻における幾何学的制約を明らかにし,生物が制約の中で,どのように関連し合う複数の形質の適応を遂げるのかを研究した.まず,バランスに適した形状を,各形態をもつ殻のモーメントを計算することで推定した.その結果,扁平な殻は円錐に近い尖ったふくらみが最適であり,一方,縦長の殻は円柱に近い膨らんだ形状が最適であることを示した.次に,Okamotoモデルを用いて,等成長で大きくなる巻貝を理論的に描き,その縦横比とふくらみを測定した.その結果,扁平な殻は円柱に近い形状となりやすく,縦長の殻は円柱に近い形状を持ちやすいという幾何学的制約が明らかとなった.そこで,殻形態がこの幾何学的制約にどこまで縛られているのか,どのようにバランスに適応しているのかを明らかにするため,形態計測を行った.その結果,陸産貝類のふくらみにはかなりのばらつきがあること,しかし,全体としては,バランスへの適応を指示する傾向があることが検出された.さらに詳細な解析から,縦横比が極端な殻は,その縦横比自体はバランスに適した形状であるものの,幾何学的な制約を強く受け,バランスに不利なふくらみを持ちやすいということが示された.これらの結果から,陸産貝類の殻形態は,幾何学的制約に対し,複数の形質問で相補的な補正を行うことで,陸上環境への適応を遂げていることが明らかとなった.生物における不連続性の生成機構を明らかにする為、「陸産貝類に見られる殻のspire index(縦横比)の不連続分布は、異なる表面上での殻バランスによって生じた」という仮説の検証を行った。すなわち、陸産貝類では横長と縦長の殻をもつ貝が多いという二極化が世界中で示されているが、両者の形態はそれぞれ水平な面と垂直な面への適応であるという仮説である。まず、各spire indexをもつ貝の、水平面及び垂直面上でのバランスをモーメントによって算出した。その結果、水平面でのバランスに適していたのは、仮説通り、横長の殻であった。しかし垂直面では横長と縦長、双方の殻のバランスが良く、最もバランスが悪いspire indexは1.4という中間的な値であることが明らかとなった。そこで、実際の陸産貝類のspire indexを計測し、その頻度分布を作成したところ、最も頻度の低い値は1.2と理論値に非常に近いことが明らかとなった。これらの結果から、陸産貝類の殻形態の二極化はバランスによって生じたとする既存の仮説が支持された。しかし従来の仮説とは違い、垂直面上でのバランスへの適応のみで、殻の二極化は生じえるということが分かった。これらはこれまで、定量化されてこなかった殻のバランスを推定したことで、初めて明らかになったことである。更に、陸産貝類では、その系統樹から、横長と縦長の分岐が複数回、独立に起こったことが分かっている。本研究を通して、単一の環境と条件によっても不連続性は生じるということ、生物がその適応度曲面の谷を越えて、ある山から別の山へと進化してきたことが示された。生物形質における不連続性の生成要因を解明することを目的とし,陸生巻貝の殻形態とその重力環境への適応に焦点をあてた研究を行った.研究代表者の過去の研究により,陸産巻貝の殻の縦横比(spire index)はバランスに適応していることが,理論と実証の双方によって示されている.しかし,殻のバランスにおいては,縦横比以外にも殻の傾きやふくらみ,厚みなどといった様々な要素が重要である.当年度は特に,ふくらみに焦点をあて,貝はバランスに適したふくらみを持っているのかを検証した.さらに,理論形態モデルを用いて,等成長を仮定した際の巻殻における幾何学的制約を明らかにし,生物が制約の中で,どのように関連し合う複数の形質の適応を遂げるのかを研究した.まず,バランスに適した形状を,各形態をもつ殻のモーメントを計算することで推定した.その結果,扁平な殻は円錐に近い尖ったふくらみが最適であり,一方,縦長の殻は円柱に近い膨らんだ形状が最適であることを示した.次に,Okamotoモデルを用いて,等成長で大きくなる巻貝を理論的に描き,その縦横比とふくらみを測定した.その結果,扁平な殻は円柱に近い形状となりやすく,縦長の殻は円柱に近い形状を持ちやすいという幾何学的制約が明らかとなった.そこで,殻形態がこの幾何学的制約にどこまで縛られているのか,どのようにバランスに適応しているのかを明らかにするため,形態計測を行った.その結果,陸産貝類のふくらみにはかなりのばらつきがあること,しかし,全体としては,バランスへの適応を指示する傾向があることが検出された.

さらに詳細な解析から,縦横比が極端な殻は,その縦横比自体はバランスに適した形状であるものの,幾何学的な制約を強く受け,バランスに不利なふくらみを持ちやすいということが示された.これらの結果から,陸産貝類の殻形態は,幾何学的制約に対し,複数の形質問で相補的な補正を行うことで,陸上環境への適応を遂げていることが明らかとなった.
放射光X線を用いた強磁性体の光誘起磁性ダイナミクスの元素選択的観察

本研究の目的は放射光X線を用いた時間分解磁気光学効果測定により元素選択的に光誘起の磁性ダイナミクスを観察し、強磁性体内部における異なる磁性サイトの相互作用を明らかにすることである。複数の磁性元素を持つ磁性体で光によって発現する強磁性や磁化の反転なども報告されている。これらの現象には各磁性元素の異なるダイナミクスとそれらの相互作用が重要である。申請者が開発・実験してきたX線自由電子レーザーを用いた元素選択的時間分解測定の手法の駆使・発展により、多層膜構造や励起光のフルーエンス・偏光を変えた場合の測定や、表面近傍と試料内部を分別した測定などを行い、磁性ダイナミクスの詳細な理解を試みる。
黒漆塗りの棗における質感の視覚的定量化と3DCG再現

黒漆塗りの「棗」を対象に物体表面の反射光を計測し、物理計測アプローチ「定量的な反射特性(反射光分布計測データ)」と感性評価アプローチ「人間が感じる視覚的質感」の対応を定量化する手法を開発する。定量化された質感をそれぞれの感性情報の要素(色や光沢の深み、高級感等の主観的な表現)ごとに光反射モデルでCG再現できるシステムを開発する。最後に、そのCG映像を通して、人が感じる質感が適切に定量化されているかどうかを視覚的評価実験により確認する。
新しいラジカル計測法によるシラン系プラズマの診断と制御

水素化アモルファスシリコン、微結晶および多結晶シリコン膜は太陽電池や液晶ディスプレイ等の材料としてなどに用いられ、これらのシリコン系薄膜を大面積にかつ低プロセス温度生成することが課題となっている。本研究においては誘導結合シランプラズマによりこれらシリコン系薄膜の低温生成を試み、従来よりも200°C以上低いプロセス温度での膜形成に成功した。また、このような誘導結合シランプラズマ中のラジカル計測を系統的に行い、気相中における活性種組成が従来の容量結合シランプラズマと大きく異なることを示した。さらに簡便なラジカル計測法である紫外透過分光法を開発し、その有用性を実証した。以下に研究の概要を項目別に記す。(1)紫外吸収分光法を用いたシランプラズマのラジカル計測紫外吸収分光法を用いた容量結合型プラズマにおけるSiH3ラジカルの検出に成功した。また、この方法を用いてプラズマ中の微粒子の同時計測が可能であることを示した。(2)出現質量分析法を用いたシランプラズマのラジカル計測誘導結合シランプラズマは従来の容量結合プラズマに比べて低圧力かつ高プラズマ密度のため、プラズマ中におけるラジカル組成が大きく変化する。本研究では誘導結合シランプラズマ中の中性ラジカル種およびイオン種の測定を行い、成膜に寄与する粒子種に関する知見を得た。(3)高光伝導度水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)膜の低温形成従来から、容量結合型シランプラズマによるa-Si : H膜の作成は盛んに行われているが、誘導結合型シランプラズマを用いたa-Si : H膜の作成は本格的な研究は余りなされておらず、その膜質についても評価が進んでいなった。本研究においては誘導結合型プラズマを用いて高光伝導度a-Si : H膜の低温形成に成功し、その成膜条件を明らかにした。(4)多結晶シリコン膜の低温形成高速スイッチング薄膜トランジスタ材料として期待されている多結晶シリコン膜のプラズマCVDによる低温形成の実験を行い、まず、誘導結合プラズマを用いることにより従来にプロセス温度よりも300°C程度低い250°C程度の基板温度で微結晶シリコン膜の形成が可能であることを示した。さらに、シランを水素希釈することにより多結晶シリコン膜の低温形成にも成功した。平成7年度の研究実績をまとめると以下のようになる。(1)紫外吸収分光法を用いたラジカル計測紫外吸収分光法を用い、容積結合型SiH_4プラズマ中のSiH_3ラジカル計測に成功した。従来の研究で紫外吸収分光法によるシラン系プラズマ中のSiH_3ラジカルの計測の例はなく、本研究により、プラズマ中のラジカルモニタリングの簡便な方法が実証された。また、プラズマ中に発生する微粒子のモニタリングも行うことができることを示した。(2)外部導体型誘導結合型シランプラズマによるa-Si:H膜の作成外部導体型誘導結合シランプラズマ実験装置を用いてプラズマの発光分光分析を行ったところ、従来の容量結合型プラズマに対して、Si^★の発光などが大きく、プラズマ中のSiH_4ガスの解離が極めて高いことが示された。質量分析の測定結果からも同様の結果を得た。

さらにこの装置においてa-Si:H膜の低温生成を行ったところ、低圧力、高RF電力の領域において従来の容量結合型プラズマではみられなかったような光導電率の増加(^10^<-6>(Ωcm)^<-1>)が低成膜温度でみられた。これは、高品質a-Si:H膜の低温合成の実現に向けて大きな知見である。(3)外部導体型誘導結合型シランプラズマによるa-Si:H膜の作成さらに成膜の圧力領域を低圧側に広げるため、アンテナをプラズマ内に配置する内部導体型誘導結合型プラズマ源に表面磁場を組み合わせた装置を用いて実験を行った。プラズマ振動法を用いることにより、誘導結合型SiH_4プラズマにおける電子密度の絶対測定を行い、^2×10^<11>cm^<-3>の高いプラズマ密度が得られていることを確認した。また内部導体型誘導結合SiH_4プラズマを用いてa-Si:H膜の堆積を行い、外部導体型プラズマにおいて得られたものよりもさらに1桁近く光電気伝導度の高い膜を得ることに成功した。水素化アモルファスシリコン、微結晶および多結晶シリコン膜は太陽電池や液晶ディスプレイ等の材料としてなどに用いられ、これらのシリコン系薄膜を大面積にかつ低プロセス温度生成することが課題となっている。本研究においては誘導結合シランプラズマによりこれらシリコン系薄膜の低温生成を試み、従来よりも200°C以上低いプロセス温度での膜形成に成功した。また、このような誘導結合シランプラズマ中のラジカル計測を系統的に行い、気相中における活性種組成が従来の容量結合シランプラズマと大きく異なることを示した。さらに簡便なラジカル計測法である紫外透過分光法を開発し、その有用性を実証した。以下に研究の概要を項目別に記す。(1)紫外吸収分光法を用いたシランプラズマのラジカル計測紫外吸収分光法を用いた容量結合型プラズマにおけるSiH_3ラジカルの検出に成功した。また、この方法を用いてプラズマ中の微粒子の同時計測が可能であることを示した。(2)出現質量分析法を用いたシランプラズマのラジカル計測誘導結合シランプラズマは従来の容量結合プラズマに比べて低圧力かつ高プラズマ密度のため、プラズマ中におけるラジカル組成が大きく変化する。本研究では誘導結合シランプラズマ中の中性ラジカル種およびイオン種の測定を行い、成膜に寄与する粒子種に関する知見を得た。(3)高光伝導度水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)膜の低温形成従来から、容量結合型シランプラズマによるa-Si:H膜の作成は盛んに行われているが、誘導結合型シランプラズマを用いたa-Si:H膜の作成は本格的な研究は余りなされておらず、その膜質についても評価が進んでいなかった。本研究においては誘導結合型プラズマを用いて高光伝導度a-Si:H膜の低温形成に成功し、その成膜条件を明らかにした。(4)多結晶シリコン膜の低温形成高速スイッチング薄膜トランジスタ材料として期待されている多結晶シリコン膜のプラズマCVDによる低温形成の実験を行い、まず、誘導結合プラズマを用いることにより従来にプロセス温度よりも300°C程度低い250°C程度の基板温度で微結晶シリコン膜の形成が可能であることを示した。さらに、シランを水素希釈することにより多結晶シリコン膜の低温形成にも成功した。
SIRT1による新規オートファジー制御機構の解明とヒト心不全における意義

SIRT1による新しいオートファジー制御機構の解明に関して、以下の結果を得た。1)H9c2心筋芽細胞において、ミトコンドリア脱分極により誘導されるマイトファジー(ミトコンドリアの分解)はsiRNAによるSIRT1ノックダウンにより阻害されたことから、マイトファジーによるミトコンドリア分解の完了にはSIRT1が必要であることが示された。2)心筋細胞特異的SIRT1ノックアウトマウスの心臓におけるオートファジー活性を評価した。オートファゴソームの指標であるLC3-IIレベルは野生型マウスと比較してSIRT1ノックアウトマウスの心組織で増加していたが、クロロキン処置によるリソソーム機能の抑制により野生型で見られたオートファゴソームの蓄積はノックアウトマウスでは見られなかった。従って、SIRT1ノックアウトによるオートファゴソームの増加はミトコンドリア分解が滞っていることによると考えられ、SIRT1がオートファゴゾーム分解の過程に関わるという我々の仮説が支持された。3)H9c2細胞において、mTORC1活性化により障害されるマイトファジーは、SIRT1の活性化により回復することが示された。4)心筋組織やH9c2細胞において、SIRT1抗体による免疫沈降物から蛋白質量分析によるSIRT1結合蛋白の同定を試み、いくつかの候補蛋白が得られた。5)現在、いくつかのオートファジー制御蛋白とSIRT1の結合や、アセチル化修飾についての検討を続けている。SIRT1によるマイトファジー完了の分子機序の解明が不十分であること、またヒト心筋組織における解析がこれからであることから。現愛着目しているSIRT1標的の候補蛋白が、いかにSIRT1により調節を受けるかを、分子生物学的手法を用いて明らかにする。また以上の結果を受けてヒト心筋生検検体での解析項目を絞る。これまで蛋白アセチル化酵素でSIRT1は「オートファゴソーム形成」に関わる蛋白を脱アセチル化してオートファジーを正に制御することが知られてきた。しかし、我々の研究成果からはSIRT1による新しい制御機構の存在が疑われた。そこでSIRT1による新規オートファジー制御機構を明らかにすることを目的に研究を行い、以下の結果を得た。1)H9c2心筋芽細胞において、薬理学的SIRT1活性化によりオートファゴソームの分解が促進された。この薬理学的SIRT1活性化の効果はsiRNAによるSIRT1のノックダウンにより遮断されたことから、SIRT1を介した効果であると考えられた。2)H9c2細胞において、薬理学的SIRT1活性化によりオートファジーによるミトコンドリアの分解機構、つまりマイトファジーが促進していた。またこれに伴い、細胞内の酸化ストレスレベルがSIRT1活性化により低下していた。従って、SIRT1の活性化は障害ミトコンドリアをマイトファジーにより処分することにより細胞保護的に作用すると考えられた。3)心筋細胞特異的また骨格筋特異的SIRT1ノックアウトマウスにおいては、それぞれ心筋組織および骨格筋組織においてオートファゴソームの指標であるLC3-IIの蛋白量が増加していたことから、オートファジーにおいて重要な過程である「オートファゴソームの分解」がノックアウトマウスでは障害されていると考えられた。4)SIRT1により調節を受ける蛋白を網羅的に解析するために、マウス心筋組織およびH9c2細胞において抗SIRT1抗体による免疫沈降物を蛋白質量分析による同定を試みている。ヒト心筋組織におけるSIRT1およびオートファジーの関連の解析に着手できていない。1SIRT1によるオートファゴソーム分解促進を種々の細胞およびマウスモデルにおいて確認する。2それらモデルを用いて、結合蛋白および脱アセチル化修飾の点から蛋白質量分析を用いて網羅的にSIRT1による調節を受ける蛋白の同定を行う。3以上の結果を受けて、ヒト心筋生検サンプルにおける解析を進める。

また以上の結果を受けてヒト心筋生検検体での解析項目を絞る。ヒト心筋生検サンプルの解析が遅れたことから、使用予定の試薬の購入が滞ったことが大きな理由である。次年度はこれらの解析に着手する予定となっており、次年度に使用する予定である。蛋白質量分析に予定していた金額は他の研究費で補うことができたため。ヒト心筋組織の解析に用いる試薬の購入に充てる予定である。
エクソソーム表面のタンパクに基づく分離法の開発

これまでの研究で、実験に使用する1培養細胞に由来するエクソソームの精製および2EpCAM分子に親和性を有するコート剤の精製条件が安定した。これらの成果については、科学誌(Biotechnol Bioeng. 2018 Mar;115(3):536-544. doi: 10.1002/bit.26489. Epub 2017 Nov 22.)に掲載された。続いて、カラムに使用する担体の選定を行った。担体に求められる条件しては、操作性やコート剤との相性がいいだけでなく、汎用性を考慮した価格帯であることが求められる。担体の選定に際して、まずはシリカやポリスチレンなど担体として一般的に流通している素材を中心に検証をおこなった。検証方法としては、未処理・コート剤を塗布した状態での表面形状を走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡にて観察した。この段階で、基盤によってはコート剤との相性が悪く塗布が困難な場合があることが判明した。そのことを踏まえて、複数の条件下で基盤表面とエクソソームの接着強さを評価した。本研究の勘所として、エクソソームとの接着については抗体でなくペプチドアプタマーを使用していることがあげられる。ペプチドアプタマーは、抗体と比較して接着強さがマイルドであること、すなわち捕捉したエクソソームを適度に洗い流せることが必要である。これにより従来の課題(※抗体で強固に捕捉したエクソソームは解析が困難である)を解決することができる。現在は、溶媒の種類や量・圧・回数についてエッペンドルフ内て検討している。条件の至適化が済み次第、カラムへの適用を予定している。本研究は、概ね順調に進展していると考えられる。その理由として、基盤上ではあるがコート剤を安定してコーティングする技術を確立できたことがあげられる。また、親和性カラムを想定したうえで重要となる担体の選定についてもチューブ内の反応ではあるが良好な結果が得られてきている。これまでに、材料によりコート剤との相性があることがわかり、再現もとれるようになってきている。今年度はいよいよこれをカラムへ適用し、親和性を発揮することが目標である。今年度で親和性カラムの原型を作製することを目標としている。上記のように、基盤表面のコート剤とエクソソームの親和性については確認することができた。今後は、これを立体化しかつ溶媒が流動下での反応が求められる。カラムについては、太さや長さまた、内面の処理についても検証をしなければならない。膨大な予備実験が予想されるが、着実に検証していく所存である。今年度は、実験プロトコールのなかでも自前(コート剤)の評価をすることが多かったために、消耗品の購入が予想よりも少なかった。
ホームレスのためのトータルサポートの実現に関する研究

第一に、ホームレス問題に有効なトータルサポートに不可欠な個人カルテを、川崎市のホームレス支援NPOの協力の下、完成させた。支援NPOの所有する約4万5千件のデータを入力し、3000名以上の個人カルテを作成し、自立生活への阻害要因、社会的資源の提供状況の分析など、実際の運用に供すことができた。第二に、ホームレスの個人別データベースの構築及び運用に関して、豪国シドニー市、メルボルン市、英国ロンドン市の行政5団体、支援NPO15団体へのヒアリング調査を実施し、我国には未紹介の支援施策、データベースの実態を明らかにした。21年度は、以下の2点を中心に研究を実施した。まずホームレス問題の解決に有効であるトータルサポート(必要な時期に必要なサービスを投入する)に不可欠だとされる個人カルテを作成するためのデータ入力およびデータベース構築の一部を実施した。個人カルテとはホームレス一人ひとりがこれまでに受けた行政サポートや福祉医療サービス、寝場所、活動場所などを個人単位で追跡可能にするもので、ホームレス支援NPOの所有する約6万件の個人データのうち約4万5千件のデータを入力した。またデータベース構築ソフトを用いて、今後のデータ蓄積のためのデータ入力フォーマットを作成した。これにより個人データを時系列で把握することが可能になり、現在NPOと協力しその試験的運用を図っているところである。次にオーストラリアのシドニー市、メルボルン市におけるホームレス支援制度・体制・内容などの実態調査を実施した。両市役所の担当部局、6つのホームレス支援NPOへのヒアリングを行い、ホームレスの定義、オーストラリア国のホームレス政策、その実施体制、NPOの地域毎、テーマ毎(若者、女性など)の組織化の実態などが把握できた。特にホームレスの定義は、河川・道路・公園などに居住する者とする我が国とは大きく異なり、一般的に不安定な居住形態にある者を全てホームレスと定義している。これに伴ってその対策も大きく異なることとなるが、もっとも特徴的なのは、不安的な居所を提供することではオーストラリアのホームレス問題はその定義上、解決できないということである。これは一時的な居所提供を大きな柱とする現在の我が国の政策が、ハウジングファーストへと移行する際に、注意を払うべき重要な示唆を与えている。すなわちここで言うハウジングとは、安定的に居住が可能なものでなければならないということである。22年度は、以下の2点を中心に研究を実施した。まずホームレス問題の解決に有効であるトータルサポート(必要な時期に必要なサービスを投入する)に不可欠だとされる個人カルテを作成するためのデータ入力およびデータベース構築を実施し、プロトタイプのデータベースを完成させた。ホームレス支援NPOの所有する約6万件の個人データを入力し、また巡回などにより日々蓄積されるデータの入力システムも試行段階に至っている。このデータベースは未だ試行段階で在るので、現在NPOと協力しその改善を随時図っているところである。またこのデータベースを用いた、川崎市のホームレスを自立への阻害要因別に分析し、必要な社会サービスとその投入時期・形態に関する論文をまとめたところである。これは23年度に学術論文として公表予定である。次にイングランドのロンドン市におけるホームレス支援制度・体制・内容などの実態調査を実施した。大ロンドン庁及びロンドン市内の3自治区、7つのホームレス支援NPOへのヒアリングを行い、ホームレスの定義、ホームレス政策、その実施体制、などの実態などが把握できた。イギリスにおけるホームレス政策は公認と非公認ホームレスに分類した後に、前者には既存の社会サービスによる対応、後者には社会包摂(ソーシャル・インクルージョン)政策をあてていることは、すでに知られていることである。今回の調査で明らかになった特筆すべき特徴としては、1、自治区を含む関係政府機関の委員会(ロンドン・デリバリー・ボード)の設置(2008)2、ホームレスの個人別データベース(チェイン)の充実・共有、3、ロンドン・オリンピック開催に向けたホームレス0戦略、などが挙げられる。これらの成果も23年度に学術論文として公表予定である。平成23年度は、ホームレスの個人別データベースの有無、及びデータベース整備への意向について、日本におけるホームレス支援NPOのうち特にアウトリーチ活動を行っている団体へのアンケート、ヒアリング調査を実施した。調査対象は「NPO法人全国ホームレス支援ネットワーク」に加盟している団体より抽出した31団体とし、内12団体から回答を得た。調査結果の概要としては、電子化されたデータベースを有するものが7団体であった。データベースに関する意向調査では、4団体が必要を感じている一方、弊害を危惧する団体も5団体あった。これらの概要を地域的傾向や自治体が作成しているホームレス自立支援計画との関係などの観点から分析、考察し、平成24年度に学術論文として発表する予定である。この3年間の研究成果としては、第一に、ホームレス問題の解決に有効であるトータルサポートの実現に不可欠な個人カルテを、川崎市水曜パトロール(ホームレス支援NPO)の協力の下、完成させたことが挙げられる。ホームレス支援NPOの所有する約6万件の個人データのうち約4万5千件のデータを入力し、3000・名以上の個人カルテが作成され、ホームレスの人々の自立生活への阻害要因、社会的資源の提供状況、居所などの空間情報などの分析と対応など、実際の運用に供すことができた。

この成果については、学術論文として公表した。第二に、ホームレス支援のための個人別データベースの構築及び運用に関して、オーストラリアのシドニー市、メルボルン市、イギリスのロンドン市の行政5団体、支援NPO15団体へのヒアリング調査の実施が挙げられる。これまで我国には紹介されていなかった支援実態が多く把握され、それらは2本の学術論文として公表したところである。
土質遺構保存のための基礎的研究 ー動水勾配を利用した塩類析出抑制法の開発ー

土質遺構の主な劣化要因には、乾燥による土壌の崩落、および塩類析出による遺構表層の剥落が挙げられ、これらは遺構表層で土中水分が蒸発し続けることによって引き起こされる。本研究では、遺構土壌の水分移動特性に関する試験、現地の気象と遺構保護施設内の環境について実測調査をおこない、得られた結果に基づいて、遺構土壌と施設内空気における熱水分移動解析をおこなった。解析結果から、遺構表層における水分蒸発を抑制し、遺構土壌を安定に維持し得る、施設内環境の適切な制御法について検討した。展示施設内において露出展示保存された土質遺構では、遺構面において塩類が濃集、析出することによる崩壊や、過度の乾燥によって土が塑性を失い、崩落に至る事例がしばしば認められる。このような劣化が生じる主たる要因として、継続的な遺構面からの水分蒸発が拳げられる。そこで、本研究では遺構面から水分を適時供給することで鉛直方向の動水勾配をコントロールして、土が塑性を示す含水状態を維持するとともに塩類の除去をおこない、土質遺構の安定した露出展示保存法の開発を目指すものである。昨年度は土壌カラムをもちいたカラム実験をおこない、土質遺構における鉛直一次元の熱・水分・溶質移動について検討をおこなった.実験では藤森シルトをもちいて30cm長の土壌カラムを作製し、マリオットタンクをもちいてカラム下端に地下水面を保った。カラム上端には小型ファンを設置して、一定の風量を与え蒸発を促進しつつ、同時に水を一定速度で、一定時間定時に毎日滴下した。このときカラム上端は湛水状態とならない給水速度とした。テンシオメータと熱電対付き電気伝導度センサを深度別にカラムに挿入し、それぞれ各深度の圧力水頭と温度、および電気伝導度の測定をおこなった。実験の結果、各深度のマトリックポテンシャルは日周期で一定の変動を示すが、電気伝導度はカラム表層においてわずかずつ減少し、深さ10cm程度の箇所では反対にわずかずつ電気伝導度が増加する様子が認められた。したがって、カラム上端からの給水によって土壌含水率を一定の範囲に保ちつつ、溶質は下方へと除去されたことが示唆された。今後は熱・水分・溶質同時移動の数値解析をあわせておこない、カラム実験から得られた結果と比較をおこなうことで、数値解析の妥当性について検討をおこなう。得られた熱・水分・溶質同時移動解析のモデルは、土質遺構の露出展示保存の可否を検討する際に、その一助となるものと考える。このような劣化が生じる主たる要因として、継続的な遺構面からの水分蒸発が挙げられる。そこで、本研究では1)遺構面から適時給水する、および2)展示施設内室空気と遺構土壌表層における水分化学ポテンシャル勾配を利用して遺構土壌表面の水分蒸発を抑制することによって、土が塑性を示す含水状態を維持して土質遺構の安定した露出展示保存法の開発を目指すものである。平成23年度は1)土壌カラム実験における最適な給水条件の模索、および2)実際の露出展示遺構における長期の水分状態の変化を予測することを目的として、土壌表層における水蒸気移動を考慮した土中の熱水分同時移動解析に着手した。ここでは現在土質遺構の露出展示保存が進められている福島市の宮畑遺跡を対象に、モデルの構築をおこなった。解析の結果、宮畑遺跡における表層の土壌含水率は、露出すると同時に顕著な減少を示し、その後は2月頃から5月頃にかけて極小値を示し、8月頃に極大値を示す周期的な変化を示すことが示唆された。一方、深さ0.10m以深では含水率変化の振幅が大幅に減衰して、常に塑性限界より高い含水率を維持することが示唆された。次に、展示施設内室空気と外気の換気回数、および室空気に対する空調について検討をおこなった結果、1)外気の水蒸気圧が増加する夏期は換気回数を増やし、2)冬期は展示施設内室空気の気温を上昇させることで、遺構表層土壌の含水率の減少を抑制することが可能であることが示唆された。今後は土壌カラム実験から塩の除去法について検討をおこなうと同時に、数値解析から土質遺構を保存するための制御方法について検討をおこなう。本研究は露出展示された土質遺構において、遺構表層からの水分蒸発を抑制する、あるいは水分を供給することによって1)遺構土壌の形状安定化、および2)可溶性塩類のリーチングをおこない、土質遺構の安定な露出展示保存法の開発を目指すものである。本年度は、覆屋を伴う露出展示状態にある福島市宮畑遺跡を対象として調査研究を実施した。現地で外界気象条件の測定をおこなうと同時に、覆屋内空気の温度、湿度、および遺構土壌中の水分化学ポテンシャル、含水率、土壌温度、電気伝導度の測定をおこなった。