hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
科学的な評価と研究の手法を導入した物理教育の改善

物理教育の改善をもたらすための科学的な研究手法と評価方法を開発・改良した。特に,ピア・インストラクションを導入した物理授業を大学初年次および高校2年次に対して実践し,その中で事前・事後テストによる定量的な授業分析と評価,ピア・インストラクション時の議論前・議論後正答率の詳細な数値データに基づく理解度と議論効果の定量的な分析等を進めた。その結果,授業の分析と評価を定量的に行い,それを授業改善につなげていくという科学的な物理教育の改善ループが実現可能であることが示された。本研究の目的は,物理教育の改善をもたらすための物理教育・科学教育に対する科学的な研究の手法を開発・改良し,これに基づいてわが国の教育環境に適合する実施可能で効果的な教育手法や教材を,可能な限り客観的で定量的な裏付けを添えて開発し検証することにある。平成22年度は,主に以下の2点について研究を実施した。(1)力学概念理解度調査のための標準テストの開発と精緻化米国で開発された理解度測定のための代表的な標準テストFCI(Force Concept Inventory)については,すでに研究代表者らによる和訳が作成されていたが,連携研究者,研究協力者とともに訳文を精緻化した。なお,旧訳と新訳において,測定結果に有意な差が出ないこと,すなわち旧訳の統計的な結果は継続的に比較対象とできることを検証した。さらに,日本で開発された基礎物理調査との比較検討を行い,FCIの代替可能性について検討したが,基礎物理調査との相関は十分に強くはないことが明らかとなった。(2)ピア・インストラクション方式による相互作用型授業の開発高等学校物理I及び大学基礎物理学において,研究協力者とともにピア・インストラクションによる相互作用型授業の実践的開発を行った。2010年度は,ピア・インストラクションに適した設問の作成と試用,ICTを活用した実験との併用,小テストとの組み合わせ等を試みた。また,(1)のFCIを科学的な授業評価の指標として用い,Hakeゲインを算出したところ,0.39という値を得た。なお,ピア・インストラクションの教育効果を数学的に記述する理論の構築を開始した。平成23年度は,主に以下の2点について研究を実施した。(1)ピア・インストラクション方式による相互作用型授業の改善高等学校物理I及び大学基礎物理学において,研究協力者とともにピア・インストラクションによる相互作用型授業の実践的開発を行った。2011年度は,e-learningの導入による個人学習の促進を行い,引き続きピア・インストラクションに適した設問の作成,ICTを活用した実験の併用,小テストとの組み合わせ等を試みた。また,議論をするグループ数を3,4,5人と変化させ,どの人数が最もPI効率が大きいかを調べたところ,4人グループが最も効果的であるとの結論を得た。さらに,ピア・インストラクションの教育効果を数学的に記述する理論を発展させ,実践結果を分析した。(2)認知心理学の知見に基づく物理初学者の物理概念形成過程の研究物理概念の獲得は,日常知をベースとした素朴概念が邪魔をして困難となることが知られている。しかし,その科学的分析は十分になされているとは言えない。物理教育をより改善していくためには,物理概念の獲得過程において初学者が抱える困難を詳細に分析し,それらへの適切な対応策を授業に取り入れない限り,効果的な教育方法や教材をより発展的に開発することは難しい。そこで,初学者への面接調査を行い,物理概念獲得における困難を詳細に分析した。また,知覚過程と素朴概念の関係に関する調査研究を並行して行った。(1)標準質問紙の改善:本研究の一部として訳文を完成させた標準力学テストFCI(Force Concept Inventory)を実施した。一方,FCIの実施に30分以上を要することが問題点として挙げられており,より短時間で終了する標準テストの作成が望まれている。そこで本研究では,日本で開発された10分程度で終了する「物理基礎調査」に着目して継続実施し,FCIとの相関を調べてきた。しかしながら,FCIとの相関は代替として利用できるほどには強くなかった。そこで平成24年度は「物理基礎調査」の問題を一部修正して,FCIとの相関に変化があるかを調べたが,期待されるほどの相関の強まりは見られなかった。(2)相互作用型授業の改善と評価法の開発:相互作用型授業の実践研究としてピア・インストラクションを基盤とした授業の実践研究を引き続き行った。特に平成24年度は,先行オーガナイザーとしての予習とメタ認知促進としての授業の振り返りを導入し,一層の授業改善と新たな評価基準の策定を試みた。

その結果,振り返りの記述の充実度とFCIゲインとの間に相関が見出された。これはメタ認知を深めることにより物理学習の理解が促進されることを示唆している。(3)初学者の物理概念把握に関する基礎研究:昨年度に引き続き,学生・生徒への面談等による初学者の物理概念の理解過程に関する基礎研究を行った。平成24年度は,高校生5名に対し個別指導を行なったときのプロトコル分析によって理解過程を調べた。個別指導の技術的部分では市川の開発した「認知カウンセリング」の手法を援用した。調査研究の結果,初学者の物理理解はほとんどが不完全な状態にあることが明らかとなった。なお,個別指導の効果を評価するために,コロラド大学の開発したCLASSを用いた。事前事後調査から,個別指導によって科学的な見方・考え方が向上することが明らかとなった。過去2年間の間に,査読付き論文発表を2010年度に2編,2011年度に3編,合計5編を発表しており,本科研費による研究成果の公表は順調である。また,授業開発としてピア・インストラクション型授業の実践を,研究協力者とともに大学および高等学校で引き続き実施しており,PI効率やFCIに関するデータを順調に蓄積している。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在行っているピア・インストラクション型授業をさらに改善するために,認知心理学の知見を取り入れる予定である。具体的には,先行オーガナイザーやメタ認知の促進過程を導入して改善を試みる。また,昨年度に引き続き,面接法等により初学者の物理概念獲得過程を詳細に分析し,より効果的な授業法や教材の開発につなげていく。さらに,簡易に実施できる評価テストとして有望な「基礎物理調査」の改善を,FCIとの相関の詳細な検討に基づいて試みる。
近代における琵琶と諸芸能―新ジャンルの形成と現代への継承―

本研究では、近代において琵琶が多様な芸能(演劇・映画・講談・お伽噺・童謡・舞踊など)と接近し、新たなジャンルを創出してきたことを明らかにした。いくつかのジャンルは、第二次世界大戦を境に失われたが、今日もなお継承されているものもある。また、これらは琵琶の演奏に演劇性を付与したという点でも重要であると言える。平成24年度における研究実績については、以下の通りである。(1)戦前の基礎資料の収集について:前年度に引き続き、国立国会図書館を中心に調査活動を行った。琵琶愛好家のための雑誌『琵琶新聞』に加え、琵琶教本、各種新聞掲載の評論にも手を広げた。西洋音楽との関わりについては、東洋音楽学会でのパネルディスカッションをともに行った研究者仲間から、当時の関連雑誌や主要研究者の情報を頂くことができた。(2)実演家団体への聞き取り調査について:薩摩琵琶の弾奏家で、現在も東京都江戸川区を拠点に活動を展開している「田中錦煌(きんこう)師」に知遇を得、東京での演奏会の後に聞き取り調査を行うことができた。今回は「お伽琵琶」を中心に、演奏時の心得やレパートリー、活動の場、レパートリーを保持している弾奏家などの情報を得ることができた。また、その聞き取りを通じて、現代社会における琵琶を初めとする邦楽の位置付けについて、切実な状況をも窺い知ることができたのも、貴重な成果である。(3)研究成果の公開(論文・口頭発表)について:論文としては、「水也田呑洲の琵琶講談」(京都市立芸術大学日本伝統音楽センター研究報告(8)近代における音楽・芸能の再検討II P37-462012年3月)を公にした。また、口頭発表としては、「近代日本における琵琶と諸芸能ー普及活動の様相ー」(東洋音楽学会:ラウンドテーブル「庶民が親しんだ芸能の諸相ー明治から大正へ」横田洋・土田牧子・寺田真由美・澤井万七美2012年7月)に参加した。2013年度は、前半に薩摩琵琶弾奏家である田中錦煌氏と直接面会しての聴き取り調査を行い、実演家ならではの貴重な情報を得ることができた。面会後にも同氏より文書での情報提供を頂いたことは、望外の喜びである。また、現行の「お伽琵琶」のレパートリーについて、実演家団体のひとつ「一水会」に書面で問い合わせたところ、薩摩流で使用されている教本を御寄贈頂くなど、格別の御厚意に与った。もうひとつの大流派である筑前流とのコンタクトがまだ取れていないため、何らかの伝手をたどって聞き合わせを実施したいと考えている。戦前の資料については、国立国会図書館所蔵のマイクロフィルムを中心に収集・分析を行ってきた。この他、音楽関係の資料を所蔵している諸機関(音楽大学、芸術関係団体等)においても調査をすべく情報収集を行っているところであり、今後の足掛かりにしたい。この科学研究費補助金交付以前からの積み重ねを、『忘れられた演劇』(森話社、2014年5月刊行予定、神山彰ほか編著)の一章「琵琶劇とその周辺」において述べる機会に恵まれた。しかし、本研究において主眼としている“現代への継承"に関する考察を、公の場で十分に発表することがまだできていない。琵琶という芸能に接することができない状況ではあるが、これまでの調査その他で御厚意に与った関係各位とのコンタクトを継続しつつ、本研究で掲げた目標を達成するべく前進する所存である。平成23年度における研究実績については、以下の通りである。(1)戦前の基礎資料の収集について:国立国会図書館を中心に調査活動を行った。国会図書館に所蔵されている琵琶愛好家のための雑誌『琵琶新聞』『水聲』の調査がメインとなった。その調査を通じて、他の機関紙や雑誌、新聞に掲載された記事の存在を窺い知ることができた。但し、機関紙・雑誌の中には所在不明のものも数多くあり、まずは所在・所蔵先を把握するこうした内部情報というものは貴重である反面、内部からの視点に限定されてしまうという瑕疵は避けがたい。一般紙の芸能欄の調査も並行して行っているが、今後はまだ手をつけていない「音楽関係」の資料の調査にも着手せねばならない。近代琵琶の理論には、西洋音楽をベースにしたものもある程度みられるためである。(2)実演家団体への聞き取り調査準備について:この件については、本研究の一つの柱「お伽琵琶」の演奏を継承している団体(在仙台)が、去る3月の東日本大震災で被災したため、連絡を控えた。今年度、知己のルートを通じてあらためてコンタクトを試みる。東京における子どもむけワークショップを行っている個人の弾奏家についても、接触を図っているところである。(3)研究成果の公開(論文・口頭発表)について:京都市立芸術大学の共同研究プロジェクト(後藤静夫主宰:「音楽・芸能史における芸術化の諸問題」研究会)の例会にて、「水也田呑洲の琵琶講談」について口頭発表を行った。

平成26年5月に、『忘れられた演劇』(神山彰編、森話社)の中で「琵琶劇とその周辺」と題した1章を頂き、琵琶と舞台劇・活動写真/映画・講談との融合の試みを中心とした報告の機会を得ることができた。実演家との情報交流としては、薩摩琵琶の田中錦煌師への聴き取り調査、および戦前の琵琶伴奏付アニメーションフィルムへの節付依頼、筑前琵琶の田中旭泉師からの資料提供(琵琶歌本)、全国一水会からの情報提供を頂いた。また、東洋音楽研究者の薦田治子氏(武蔵野音楽大学教授)からは、『琵琶新聞』『水聲』(国会図書館・武蔵野音楽大学所蔵分)のデータ提供を頂いた。これらをスキャナにかけて電子データ化し、広く研究者・実演家の間で活用することを視野に、保存・公開方法を検討中である。ただし両機関の所蔵分では欠号が多く、完全なデータとはまだ言いがたい。今後は、未調査の地方の図書館での調査および実演家とのネットワークの強化によって、『琵琶新聞』『水聲』の欠号を補完していくこと、そして数多く発行されていたという各流派の機関誌・同人誌の類を発掘することが課題の1つである。このように一気に資料が手元に来た一年であるが、それらを形にして報告する形態について、学会発表以外の場も検討中である。その1つが「復活上演」である。前述のアニメーション映画と琵琶弾奏を、大正期当時に近づける形での上演を模索中である。薩摩琵琶から新たな節付けの提案を頂くことができたので、まずは研究会にて発表を行い、「復活」か「新規」かの定義付け等を含め、世の評価を仰ぐ予定である。芸能史最大の懸案でもあった、実演家とのコンタクトを取ることができ、聞き取り調査を実施できたことが今年度の成果であると考えている。実演家との継続的な交友関係を結ぶことは、本研究のサブタイトルにある「現代への継承」という面において非常に大きな意味を持つからである。今後も聞き取り調査をつづけ、琵琶の現状についてもより知見を広げていきたい。2013年後半に予定していた研究発表を行うことができず、調査結果を公にするタイミングが2014年にずれ込んでいるため。平成23年度については、秋頃まで体調不良のため、調査に発つ計画が大幅に後ろにずれ込んだことが最大の要因である。今年度も様子を見ながら、可能なかぎり遅れを取り戻したい。今後、以下の通り研究を進めていく予定である。(1)戦前の基礎資料の収集について:引き続き、文献調査を行う。特に、西洋音楽系統の雑誌や資料の調査を進め、近代の「琵琶」がどのような位置付けにあったのかを探る。また、子供向けの「お伽琵琶」については、教育史の文献にも視野を広げる必要がある。(2)実演家からの聞き取り調査について:継続的な聞き取り、また場合によっては音源資料の御提示も依頼したい。(3)研究成果の公開(論文・口頭発表について):「お伽琵琶」に関する論考を年度内に発表したい。最終年度にあたるため、上に述べたような関係諸機関とのコンタクトを継続しながら資料収集に努める。さらに、研究会・学会等において、これまで収集してきた資料の紹介ならびに考察を行い、多くの方の御批正を仰ぎたい。最終的には、これらをささやかな形でも報告書という形にまとめることとする。
三価の超原子価ヨウ素反応剤を触媒的に用いる新規合成反応の開発

三価の超原子価ヨウ素化合物は、毒性や爆発性を示さず環境調和型の反応剤として最近多用されている。しかし、この反応試剤を活用する際の制限もあり、反応終了後に一価のヨウ素化合物が常に化学量論量副生することが避けられない。最近研究者の所属する研究室では世界に先駆けて、適切な末端酸化剤の存在下、三価の超原子価ヨウ素反応剤を触媒的に用いる反応を見出すことに成功している。本研究では研究者は、この方法論の有用性を一層向上させるべく、種々の触媒反応の探索を行い、有用な新規触媒反応「三価の超原子価ヨウ素反応剤を触媒とするオレフィン切断反応、およびHofmann転位反応」を開発することに成功した。三価や五価の超原子価ヨウ素化合物は特異な酸化剤として、有機合成化学において多用されている。ところが不思議なことに、触媒量の超原子価ヨウ素化合物を活用する触媒的酸化反応は、数年前まで全く検討されていなかった。三価の超原子価ヨウ素化合物を用いる酸化反応では、一価のヨウ素化合物が常に化学量論量副生するが、これは通常廃棄されてしまう。もし適切な末端酸化剤によって反応系中で生成する一価のヨウ素を三価に再酸化することができれば、使用する三価のヨウ素反応剤は触媒量で十分であるため、合成反応としての価値は飛躍的に向上する。今年度の研究により、研究者は新たに二つの触媒反応を見出すことに成功した。その内容を以下に示す。1.オレフィンの酸化的切断反応の触媒化最近研究者は、水存在下に進行する三価の超原子価ヨウ素酸化剤を活用したオレフィンの酸化的切断反応を開発することに成功している。安全なオゾン分解と位置づけることができる興味深い反応であるが、種々検討の結果、本反応を触媒化できることを見出した。すなわち、触媒量のヨードベンゼンとともにm-CPBAを末端酸化剤として使用する条件を用いると、種々のオレフィンの酸化的切断反応が緩和な条件下に進行し、対応するカルボン酸が良好な収率で生成する。2.触媒的Hofmann転位反応の開発一級アミドに三価の超原子価ヨウ素反応剤を作用させると、Hofmann転位が緩和な条件下に進行し、イソシアナートを経由して一炭素減少した一級アミンが生成する。合成化学的に価値の高い反応であるが、今回、適切な反応条件を用いることにより、本反応が触媒的に進行することを見出した。すなわち、1-5mol%のヨードベンゼンをm-CPBA共存下に各種一級アミドに作用させると、対応するアミンが量論反応と遜色の無い収率で得られた。最近研究者の所属する研究室では、適切な末端酸化剤の存在下、三価の超原子価ヨウ素反応剤を触媒的に用いる反応を見出すことに成功した。この問題を解決する新しい方法論の先駆けとなる結果である。本研究では研究者は、この方法論の有用性を一層向上させるべく、種々の新規触媒反応の探索を行ってきた。触媒的Hofmann転位反応の開発(継続)昨年度、研究者は末端酸化剤m-CPBAの共存下、触媒量のヨードベンゼンを用いると、一級アミドのHofmann転位反応が円滑に進行することを見出している。今年度、本反応の条件を更に詳細に検討し、確立した最適条件下に多岐に亘るアミドの反応が高収率で進行することを見出した。具体的には触媒の構造、末端酸化剤、添加剤、反応溶媒について幅広く精査し、最終的にm-CPBA存在下、無置換のヨードベンゼンを塩化メチレン-水20:1混合溶媒中で用いた際に、最も良い結果が得られることが分かった。官能基許容性も高く、ハロゲン、エーテル、水酸基、アミノ基、ニトロ基等が存在しても高収率でHofmann転位のみが選択的に進行した。
巨大精子の形態と化石記録を用いた琵琶湖地域のキプリス上科カミジンコ類進化の解明

私達はこの研究により、キプリス上科カイミジンコの精子で最も短いもの、最も長いもの、そして最も古いものを発見し、これらのカイミジンコの精子の長さと形態学についてのデータを大きく増大させた。本研究の結果はこれらのカイミジンコの精子の長さはずっと約1000ミクロンであり、あるグループでは短くなり、他のグループでは長くなったことを示している。日本、ことに琵琶湖地域の淡水カイミジンコの進化を理解するためには、化石の記録と分化のプロセスを解明することがまず必要である。Cypridoidea上科のカイミジンコは、巨大な精子で生殖する。その精子はそれをつくりだしたオスの体長またはそれ以上に長いことがあり、10mmにもなる。しかし、巨大精子の役割と、このグループがどのように分化したかについての我々の理解はデータの不足によって進んでいない。'我々の研究によって入手可能な精子のデータの量は三倍になった。Candoninaeは琵琶湖(と他の古代湖)にいるすべてのカイミジンコのグループのなかで最も種類が多く、私達の研究でこのグループは精子の長さが最も短い(長さ0.268から0.737mm)ことが示された。我々はこのグループは時間をかけて精子の長さを短くし、このことがこのグループの多様性と関係しているかもしれないとの仮説を得た。さらに、私達は琵琶湖以前に存在した堅田湖の堆積物からの化石カイミジンコも採集した。これはこの地域での淡水カイミジンコの最初の採集であり、琵琶湖のカイミジンゴ動物相の発達について有益な洞察をもたらすであろう。化石のデータと生殖戦略を組み合わせることによってカイミジンコの進化を明らかにすることを目指す。私達は現在36種の淡水カイミジンコから精子のデータを収集し、これまでに文献で報告されていたデータを大きく増やした。私達はある1種がほぼ12mmの長さの精子を持ち、カイミジンコのなかでは最も長いことを発見した。また、その科のなかで相対的に最も長い精子を発見し、そのオズはその体殻の長さの4.3倍の長さの精子をつくる。その科の巨大精子は2つの主要な部分、前部と後部からなり、これらの2つの部分の相対的な長さはグループとグループ内の種によって大きく異なることを私達は発見した。いくつかの種では前部が極端に短く(全長の8%)、他の種では後部が極端に長い(全長の66%)。私達は、Cypridoideaの祖先の精子は長さ約1mmで、Candonidaeのようなグループは時間をかけて短い精子に進化し、Cyprididaeのようなグループは長い精子に進化したと考える。非常に長い精子、すなわち2mm以上の長さのものは、その科で1回以上進化している。私達は現在51種、28属、15亜科の淡水カイミジンコから精子の長さのデータを収集しました。データを見ると、キプリス上科全体において、精子の長さとオスの大きさは相互に関連がないことが分かります。その上、分類グループとの関連は薄いです;Candoninae亜科は一番短いですが、他のグループにはいろいろな長さがあります。しかし、Candoninae亜科の中で、精子の長さとオスの大きさは相互に関連があります(r = 0.717)。また、精子の長さとZenker器官(交尾の際に精子をメスに送るためのポンプ)の長さは相互に関連がありません。4属(Cypria属, Candona属, Fabaeformiscandona属and Potamocypris属)の中で、精子の長さが同じ属の他の種の精子長の約2倍又は2倍以上ある種を見つけました。これは、それぞれの属の中でも精子の長さにはとても違いがあることを示しています。ヨーロッパ放射光施設による分析で、オーストラリアの淡水カイミジンコ2種の化石の中に、精子の化石を発見しました。これは中新世のもので、この標本は世界で2番目に古い精子の化石です。精子の長さの推定は、キプリス上科の中で巨大精子はとても古くからの特徴である、という私達の仮説を肯定します。さらに、精子の化石の中に保存されている細胞小器官を、現存するカイミジンコの精子の構造と比べることができるのは貴重な機会です。本研究は、目的完成のために順調に進んでいる。例えば、カイミジンコの形態と変化についての知識を大きく増大した。このことはその進化を理解するのに役立つであろう。24年度が最終年度であるため、記入しない。データ収集、特に化石カイミジンコについてのデータ収集を続ける。これには、特に保存状態がいい化石カイミジンコ内の化石化された巨大精子の例を探すことも含む。このことは、現存する種から集めたデータを地理学的に関連づけるのに役立つであろう。
トウモロコシのDNA結合タンパク質MNBla多重遺伝子群の構造と機能

トウモロコシのDNA結合タンパク質MNBlaは既知のタンパク質とは相同性が見られず、新規なタイプのDNA結合タンパク質ではないかと推定されている。MNBlaはカリフラワーモザイクウィルスの35Sプロモーター上のAAGGモチーフに塩基配列特異的に結合し、また、その遺伝子はトウモロコシ染色体上の多重遺伝子群に属すると見られた。トウモロコシからMNBlaと相同性を有する2種類のcDNAをクローン化し、53個のアミノ酸残基からなるごく一部の領域(Dofドメイン)にのみ3つのクローン間で高い相同性が見られることを明らかにしている。今回、MNBlaの様々な領域をβ-ガラクトシダーゼとの融合タンパク質として発現させ、そのDNA結合能を調べたところ、DofドメインがDNA結合に重要な領域であることが明らかとなった。この領域のアミノ酸配列にはCX_2CX_7CX_<11>HXCX_2Cという配列が存在すること、キレーターによって結合が阻害されることなどから、MNBlaはZnフィンガータイプのDNA結合タンパク質であると考えられた。しかしながら、幾つかの点でDofドメインは既知のZnフィンガーと異なっており、新たなタイプのZnフィンガードメインと考えられた。また、データベースの検索でアラビドピシスのcDNAクローン中にDofドメインを見いだすことができ、このDofドメイン中では5つのCysは保存されていたが、Hisは保存されていなかった。そこで、DofドメインのどのCysが重要であるか明らかにするために1番目(Cys49)、2番目(Cys52)と3番目のCys(Cys60)をSerやAlaに変えた変異タンパク質を作成してそのDNA結合活性を調べた。その結果、Cys60上の変異は活性に影響を与えなかったが、Cys49とCys52に変異を持つタンパク質は活性を有しないことが明らかとなった。また、エレクトロポレーション法を用いた解析からMNBlaは転写を促進する可能性が示唆された。
アミノ酸同位体比質量分析を用いた過去30年にわたる食環境の変遷による生体影響評価

本研究では、京都大学が生体試料バンクとして収集した1970年代から現在までの生体試料のうち血液試料を取り上げ、その時代に摂取していた食事についてアミノ酸同位体比分析を行い、過去30年間における食環境の変遷と生体試料への影響評価を行った。生体試料(血清)における必須アミノ酸および非必須アミノ酸の挙動解析に成功し、アミノ酸分子の安定同位体比微小変化を精密解析し、世界で初めての研究成果が得られた。本年度は、本研究で最も重要となるアミノ酸の分子レベル安定同位体比分析法の確立を行った。分子レベル安定同位体比の測定には、ガスクロマトグラフ/同位体比質量分析計(GC/IRMS)を用いた。GC/IRMSによる安定同位体比測定において最適な抽出・精製・分離・キャピラリーカラム・ガスクロマトグラフ(GC)の条件・誘導体化法を検討した。まずGCの前処理については、試料に含まれるアミノ酸を酸加水分解により抽出し、N-ピバロイル/イソプロピルエステル化を行う方法が精度・確度の両面から最適であった。また、各分子の安定同位体比を正確に測定するためには、GCの分離条件が重要となることから、アミノ酸8種(グリシン・アラニン・バリン・ロイシン・アスパラギン酸・セリン・グルタミン酸・フェニルアラニン)を標準物質として用い、キャピラリーカラムの種類やGCの昇温条件およびキャリアガス流量を調整し、アミノ酸の分子レベル安定同位体比測定を可能とした。アミノ酸の各分子の安定同位体比が食の影響をどのように反映するかを明確にするため、クマの生体試料を用いて基礎検討を行った。フェニルアラニンの窒素安定同位体比は食物と生体試料で一致する一方で、グルタミン酸の窒素安定同位体比は食物の種類(特に魚)によって大きく変化することが分かった。本結果より、食環境変動を検討するうえで、フェニルアラニンとグルタミン酸の窒素同位体比が重要なツールとなると考えられる。本年度は、現代人のヒト血清を用いて、有機物全体の炭素・窒素安定同位体比を測定し、食生活との関連性について、メチル水銀濃度も合わせて検討を行った。動物の窒素・炭素同位体比は食物資源を反映する。また、メチル水銀濃度は工業汚染により発生し、自然環境中で生物濃縮することにより、高次消費者の体内に蓄積される。これら生元素安定同位体比やメチル水銀濃度は、ヒトの食生活を知る手がかりとなるだけでなく、環境汚染の広がりとヒトの健康被害との関連性を検討するためのバイオマーカーにもなり得ると期待されている。そこで、2007年京都府宇治市在住の24歳から81歳の男女44名の血液を収集し、その血清における炭素・窒素同位体比およびメチル水銀濃度を測定し、アンケートの集計結果と合わせて考察を行った。その結果、血清のメチル水銀濃度は魚介類摂取量が多い人ほど高い傾向を示した。血清の窒素同位体比もまた、魚介類摂取量が多い人ほど高い値を示し、窒素同位体比とメチル水銀濃度の間には強い正の相関がみられた。一方、これらの測定値と年齢や体重、性別との間に相関は見られなかった。以上のことから、ヒト血清中のメチル水銀濃度および窒素安定同位体比はどちらも魚介類摂取量の指標となり得ることが示された。今後、こうした現代人のデータを蓄積し、過去のヒトの試料と比較することにより、ヒトの食生活の変遷を明らかにし、ヒトを取り巻く環境の変遷を知ることができると考えられる。さらに、昨年度本研究で確立したアミノ酸の窒素安定同位体比分析法において、フェニルアラニンとグルタミン酸の窒素同位体比が食環境変動を検討する上で重要なツールとなりうることが明らかとなったことから、今後、分子レベルの同位体分析も合わせて検討を行っていくことが重要である。近年注目を集めているのがアミノ酸の分子レベル同位体比測定である。アミノ酸には動物の体内では合成できずに食物から摂取する必要がある必須アミノ酸と、体内で合成可能な非必須アミノ酸がある。よって、アミノ酸について分子別に同位体比を測定することで、摂取した食物由来のアミノ酸が生体内でどのような挙動を示すのかを解読できると期待されている。実際にHare P.Edgar.らの研究チームは豚にC3植物飼料またはC4植物飼料を摂取させ、アミノ酸の炭素・窒素同位体比の変動を用いて、餌の違いによる合成・代謝のメカニズムを解析している。よって、アミノ酸の同位体組成をトレーサーとして、現代における食環境の経年変化が生体試料へ及ぼす影響を評価する本研究に至った。Hareらは、必須アミノ酸の中で成長作用において最も重要なアミノ酸であるリジンの同位体比が、摂取した食物の同位体比を強く反映することを報告している。つまり、必須アミノ酸と非必須アミノ酸の同位体比をツールとすることで、摂取した食物と生体試料の間でおこるアミノ酸の動態解析が期待される。

そこで、本研究では、京都大学が生体試料バンクとして収集した1970年代から現在までの母乳などの生体試料のうち血液試料(血清)を取り上げ、その時代に摂取していた食事についてアミノ酸同位体比分析を行い、過去30年間における食環境の変遷とそれらがヒト血液生体試料への影響評価を行った。生体試料(血清)における必須アミノ酸および非必須アミノ酸の挙動解析に成功、アミノ酸の分子の安定同位体比微小変化を精密解析し、世界で初めての研究成果が得られた。
相同組換え修復機構の解析による個別化放射線治療の開発

がんの集学的治療において放射線治療を効果的に利用するためには、個々のがんにおけるDNA損傷修復能力の特性を評価できるための科学的基盤の確立が不可欠である。本研究では、正常の体細胞では発現せず、がん細胞において特異的に発現するシナプトネマ複合体形成分子SYCP3に着目し、同分子の体細胞での役割について検討を行った。その結果、SYCP3が体細胞においてBRCA2分子の機能を抑制して相同組換え修復を抑制し、放射線感受性の亢進を来すことを明らかにした。本研究の目的は、相同組換え機構の解析を通じて、放射線治療を核とする個別化がん治療を開発するための分子遺伝学的基盤を構築することである。平成20年度は、減数分裂期特異的な相同組換えに関与する分子の中に、正常の体細胞では一切発現しないが体細胞であるヒトのがん細胞において異所性に発現しているものが存在することに着目し、その体細胞での役割について重点的に検討を行った。具体的には、ヒトのがん細胞株や様々な腫瘍検体において異所性に発現しているシナプトネマ複合体形成分子SYCP3について、正常上皮細胞を用いて同分子の安定発現株を樹立し、その表現型を解析した。SYCP3発現細胞では、野生株に比べ、電離放射線やDNA架橋剤であるシスプラチンに対する感受性の充進が見られ、同分子の異所性発現が放射線やシスプラチンを用いた治療に対する高感受性のマーカーになる得る可能性が示唆された。さらに、SYCP3発現細胞においては、放射線非照射時におけるγH2AXのフォーカス形成が増加しており、放射線照射によるDNA損傷依存的なRad51のフォーカス形成能が低下していることも明らかになった。以上のことから、SYCP3の体細胞での異所性発現は、体細胞における正常の相同組換え修復能の低下をもたらして放射線に対する感受性の亢進を来すことが示唆された。SYCP3がどのような分子機構により相同組換え修復能の低下をもたらすかについて、引き続き検討を進めている。減数分裂期特異的な相同組換えに関与する分子の中に、正常の体細胞では一切発現しないが体細胞であるヒトのがん細胞において異所性に発現しているものが存在することに着目し、その体細胞での役割について重点的に検討を行っている。平成20年度までに、ヒトのがん細胞株や様々な腫瘍検体において異所性に発現しているシナプトネマ複合体形成分子SYCP3の正常体細胞に安定に強制発現させた株を複数樹立し、野生株に比べ、電離放射線やDNA架橋剤であるシスプラチンに対する感受性の亢進が見られること、放射線照射によるDNA損傷依存的なRad51のフォーカス形成能が低下していることを見いだした。平成21年度は、SYCP3を発現させるがん細胞において、RNA干渉法によりSYCP3の発現を低下させると、DNA損傷依存的なRad51のフォーカス形成能が回復することを確認した。これらのことから、SYCP3の体細胞での異所性発現は、体細胞における正常の相同組換え修復能の低下をもたらして放射線に対する感受性の亢進を来し、同分子の異所性発現が放射線やシスプラチンを用いた治療に対する高感受性のマーカーになる可能性が示された。続いて、SYCP3がどのような分子機構により相同組換え修復能り低下をもたらすかについて、相同組換えの様々な過程に働く分子との相互作用に着目しながら検討を進め、SYCP3の標的となる候補分子を探索した。本研究の目的は、相同組換え機構の解析を通じて、放射線治療を含む個別化がん治療を開発するための分子遺伝学的基盤を構築することである。正常の体細胞では一切発現しないが、体細胞であるヒトのがん細胞において異所性に発現している減数分裂特異的なシナプトネマ複合体形成分子SYCP3に着目し、平成21年度までに、同分子の体細胞での発現が内在性の相同組換え修復能の低下をもたらし、染色体不安定性を誘導して、放射線やシスプラチンに対する感受性を亢進させることを示した。平成22年度は、SYCP3がどのような機序で相同組換え修復を抑制するかについて重点的に検討を進めた。SYCP3の標的となる分子を探索するために、SYCP3とDNA損傷応答・相同組換え修復に関与する様々な分子との共局在の有無を二重免疫染色法で検討したところ、SYCP3が相同組換えに重要な役割を果たすことが知られる乳がんの原因分子BRCA2と共局在をすることが分かった。また、免疫沈降・ウエスタンブロット法での検討により、SYCP3とBRCA2が複合体を形成することも確認できた。さらに、SYCP3を発現しない体細胞における強制発現の系やSYCP3発現腫瘍

細胞における発現抑制の系を用いて、SYCP3の発現によりBRCA2のRAD51への結合が抑制されることも明らかにした。SYCP3がBRCA2の機能を抑制する点に着目し、SYCP3発現細胞株における放射線治療を含む新しいがん治療戦略の構築に向けて、さらに基礎的検討を進めている。
初等教育における受精と発生の効果的な教材開発

本年度は5月末に熊本県天草に出向いて、地元漁師よりノコギリウニ個体を買い付けて、空路で能登まで輸送した。これらを含む42個体を、金沢大学環日本海域環境研究センター臨海実験施設にて継続的に飼育した。また、能登町内の小中学校を中心に4校にてウニの発生観察の授業を実施した。昨年度までの計測により、一個体あたりの摂餌量は一月あたりムラサキイガイで23個であることが示されたため、冷凍ムール貝を週一回一個ずつ与えるのを標準とした。平均して月に一回程度、アセチルコリン注射により、成熟度を確認した。これまでには、ある個体は、7月、9月、10月、12月に放精し、ある個体は7月、9月、10月、2月に放精するなど、半年の期間で繰り返し成熟する傾向が確認されたため、今年度もこのような想定で実験を行なったが、夏期以降、全ての個体で放卵・放精が見られないか、あるいは著しく量と質が低下した結果となった。平成30年11月10日、日本理科教育学会北陸支部大会において「能登町の小学校授業におけるウニの発生実験の活用」として報告した。また、平成30年6月24日に、金沢海みらい図書館の教育イベント「海とみらいと科学の日2018」においてノコギリウニを展示紹介した。従来の飼育条件では、大半の個体で放卵・放精が見られるものの、その頻度は一年のうちの4ヶ月程度あるいはそれ以下である傾向が示されていた。今年度夏期以降、原因は不明であるが、全ての個体で放卵・放精が見られないか、あるいは著しく量と質が低下した結果となった。この解決のため、栄養不足の可能性を考え、2019年より、投餌量を倍に増やし、経過を観察しているが、一方で個体のへい死が続く状況も生じた。適切な飼育条件の確立のためには、さらに経過を見る必要があると考えられる。課題は二点ある。一点は個体の成熟度の向上であり、もう一点はへい死率の低下である。これらについて2019年度も継続して研究を行う。成熟度の向上のために、現在行っている投餌量の増加が効果的かどうか、引き続き経過を観察する必要がある。効果があると認められれば、その条件で飼育を継続する。効果が十分でない場合は、餌の種類について再検討したいと考えている。特に魚類養殖用の人工飼料について試行する。へい死率を下げるためには、飼育水槽の水質の改善をまず第一に取り組む。周辺海域の海水温が上がる6月以降、換水率を高めるとともに、上記の人工飼料についての実験を開始したい。本年度は6月末に熊本県天草に出向いて、地元漁師よりノコギリウニ個体17個体を買い付けて、空路で能登まで輸送した。これらを含む34個体を、金沢大学環日本海域環境研究センター臨海実験施設にて継続的に飼育した。飼育に関する基礎的な情報が乏しかったため、摂餌と性成熟について、観察、計測を実施した。複数の餌を与えた結果から、本種はカイメン類、コケムシ類、ヨツアナカシパン、ムラサキイガイ、弱った甲殻類などを食べる一方で、シロボヤ等の単体ボヤ、ムラサキウニ、ニホンクモヒトデ、フジツボは積極的に摂食しないことが示された。また、一個体あたりの摂餌量は一月あたりムラサキイガイで23個であることが示された。この結果に従い、保温飼育時には冷凍ムール貝を週一回一個ずつ与えるのを標準とした。現在のところ、例えば個体11は、7月、9月、10月、12月に放精し、個体Gは7月、9月、10月、2月に放精するなど、半年の期間で繰り返し成熟する傾向が確認された。一方で半年間に一回しか放卵、放精が確認できなかった個体も複数あり、また12月には33個体中わずかにオスが一個体放精したのみであるなど、結果にばらつきが見られた。研究の経過を、「ノコギリウ二Prionocidaris baculosaの飼育と教材化の試み」として、日本動物学会中部支部大会(静岡)において報告した。また、ウニを使った授業を計5回にわたって実践し、うち2回については、小学校低学年を対象にノコギリウニを観察材料として初めて導入した。ウニの発生観察授業の教育効果に関して、論文として発表した(浦田慎・松本京子・清元正人・松原道男・鈴木信雄「能登町の小学校授業におけるウニの発生実験の活用」日本海域研究48, p1-8)。ノコギリウニの安定的な飼育について予備情報がほとんどなかったため、困難が予想されたが、ほぼ一年間の飼育期間で死亡したのがわずかに一個体であったため。継続的な観察と計測が実施できた点、また小学校での教材としての導入が早々に試行できた点は進展と言える。また、平均月一回、各個体の性成熟の確認が実施できたことにより、本種の性成熟について大まかな傾向が明らかになった点も進展と言える。また本種を含めたウニ類を、小中学校の授業で教材として導入する試みを5回実施でき、今後のさらなる活用への手がかりとなった点、教育効果について論文で報告した点も進展と言える。本年度は昨年度に引き続きノコギリウニ個体を金沢大学環日本海域環境研究センター臨海実験施設で飼育し、成熟や生存率を元に飼育条件を検討した。また、全個体からDNAを抽出し、その分子的多様性を確認する作業を開始した。

飼育にあたっては、昨年度の結果に基づき、市販の冷凍ムール貝を週に一回与えた。また本年度は屋外飼育水槽で冬季の飼育水温を20°Cとし、その影響を観察した。結果、20°Cでも摂餌や行動に変化は認められなかった。一方で、昨年度からの34個体のうち3個体がへい死した。これらはいずれも棘や殻の一部が損壊しており、特に口側の周口部棘の損壊が顕著なものが2例あった。個体の行動自体は活発であり、他個体から受けた損傷である可能性があるが、はっきりとした原因は不明であった。各個体については、平均月一回成熟状態の確認を行った。昨年度成熟が見られなかった個体についても新たに産卵・放精が確認され、上記条件の飼育により成熟が誘導可能であることが示された。新規開拓の2中学校を含む小中学校の授業でのウニの発生授業の展開と合わせて、2017年6月25日に金沢海みらい図書館において、イベント「海とみらいと科学の日2017」を開催し、ウニの実験教室「ウニの赤ちゃんがうまれるまで」で発生胚の展示と解説を行なった。また2017年9月23日に日本動物学会第88回富山大会「動物学ひろば」において、教材としての生きたノコギリウニ成体と発生胚の展示を行った。昨年度の飼育で課題であった、成熟の見られない個体について、今年度新たに成熟が確認できた点は、飼育条件を検討する上で進展と言える。また、教材としてのノコギリウニの活用について、公開イベントで広く一般市民に対してその成体と発生胚を使用・展示するとともに、その概要と成果を紹介することができた点も進展である。本年度から分析を開始した本種の各個体の分子的特徴についても、大半の個体でDNA配列の解析ができた点も進展である。本年度は5月末に熊本県天草に出向いて、地元漁師よりノコギリウニ個体を買い付けて、空路で能登まで輸送した。これらを含む42個体を、金沢大学環日本海域環境研究センター臨海実験施設にて継続的に飼育した。また、能登町内の小中学校を中心に4校にてウニの発生観察の授業を実施した。昨年度までの計測により、一個体あたりの摂餌量は一月あたりムラサキイガイで23個であることが示されたため、冷凍ムール貝を週一回一個ずつ与えるのを標準とした。平均して月に一回程度、アセチルコリン注射により、成熟度を確認した。これまでには、ある個体は、7月、9月、10月、12月に放精し、ある個体は7月、9月、10月、2月に放精するなど、半年の期間で繰り返し成熟する傾向が確認されたため、今年度もこのような想定で実験を行なったが、夏期以降、全ての個体で放卵・放精が見られないか、あるいは著しく量と質が低下した結果となった。平成30年11月10日、日本理科教育学会北陸支部大会において「能登町の小学校授業におけるウニの発生実験の活用」として報告した。また、平成30年6月24日に、金沢海みらい図書館の教育イベント「海とみらいと科学の日2018」においてノコギリウニを展示紹介した。従来の飼育条件では、大半の個体で放卵・放精が見られるものの、その頻度は一年のうちの4ヶ月程度あるいはそれ以下である傾向が示されていた。今年度夏期以降、原因は不明であるが、全ての個体で放卵・放精が見られないか、あるいは著しく量と質が低下した結果となった。この解決のため、栄養不足の可能性を考え、2019年より、投餌量を倍に増やし、経過を観察しているが、一方で個体のへい死が続く状況も生じた。適切な飼育条件の確立のためには、さらに経過を見る必要があると考えられる。
粒子群最適化に基づく大域的多目的非線形計画とファジィ・ランダム環境への拡張

本研究課題では,近年の社会的要求の多様化にともない,単一目的の非線形計画法よりはむしろ相競合する複数の目的をもつ多目的非線形計画法への需要が高まってきていることを考慮して,非線形計画問題に対する粒子群最適化手法を,相競合する複数の目的をもつ多目的非線形計画問題へ一般化することを試みるとともに,確率論的不確実性とファジィ論的曖昧性を同時に取り入れた、ファジィ・ランダム環境下でのさまざまな多目的非線形計画問題の拡張を行った.本研究課題では,近年の社会的要求の多様化にともない,単一目的の非線形計画法よりはむしろ相競合する複数の目的をもつ多目的非線形計画法への需要が高まってきていることを考慮して,非線形計画問題に対する粒子群最適化手法を,相競合する複数の目的をもつ多目的非線形計画問題へ一般化することを試みるとともに,確率論的不確実性とファジィ論的曖昧性を同時に取り入れた、ファジィ・ランダム環境下でのさまざまな多目的非線形計画問題の拡張を行った.特に,多目的非線形計画問題におけるパレート最適解を求めるための拡張ミニマックス問題に注目して,目的関数の最適性に関する探索とともにパレート最適性に関する探索をも同時に行うという生物群最適化手法の効率的な手法を提案した.さらに,意思決定者との対話により意思決定者の局所的な選好情報を引き出し,最終的に意思決定者が満足できるパレート最適解を求めるという対話型意思決定手法を開発するとともに,関連分野への研究成果や応用も得られ,内外の学術雑誌に掲載された.本研究課題では,近年の社会的要求の多様化にともない,単一目的の非線形計画法よりはむしろ相競合する複数の目的をもつ多目的非線形計画法への需要が高まってきていることを考慮して,非線形計画問題に対する粒子群最適化手法を,相競合する複数の目的をもつ多目的非線形計画問題へ一般化することを試みるとともに,確率論的不確実性とファジィ論的曖昧性を同時に取り入れた、ファジィ・ランダム環境下でのさまざまな多目的非線形計画問題の拡張を行った.本研究課題では,制約のない多峰性の非線形最適化問題に対する近似解法として注目されている粒子群最適化(PSO)に対して,上下限制約のみならず一般の等式制約と不等式制約をも考慮した探索と大域的最適性を目指した改良を施すとともに,相競合する複数個の目的を同時に考慮するという多目的非線形計画問題への一般化を試みた.具体的には,Kennedyらによって提案され,高速で高精度な近似手法として有望視されてきている粒子群最適化手法に対して,初期個体群の生成において準同型写像を用いることにより実行可能な個体だけを生成するとともに,移動後の個体の制約の取り扱いについて考察することにより,決定変数に対する上下限制約以外にも一般の等式制約と不等式制約条件をもつ非線形計画問題に対して適用可能となるような改良を加えた.特に,粒子群最適化手法における制約を考慮した探索のために,探索点が実行不可能な個体を2分法により実行可能となるように修正する方法を採用した.ただし,2分法の実行には時間がかかるため,2分法による個体修正を行う部分個体群と実行不可能領域への移動を許可する部分個体群という2つの部分個体群を用いる粒子群最適化手法を提案した.また,個体の移動方法と評価関数を変更するとともに離脱行動を採用することにより局所的最適解への停留を抑制することを試みた.さらに,提案した手法が高速で高精度な近似最適化手法であることを検証するために,問題の規模と非線形性の度合いが異なるさまざまな種類の非線形計画問題への適用を実施した.研究成果の有効性および実用性についての実証検証を行い,得られた研究成果は学術雑誌に掲載されたため.ファジィ情報を考慮した多目的非線形最適化の観点から,さまざまなファジィ多目的非線形計画問題の定式化を進める.さらに,モデリング過程でのパラメータに含まれるファジィ性のみならず,意思決定者の判断の曖昧性をも同時に考慮した,人間中心の新しい対話型ファジィ意思決定手法の開発を試みる.ここで,ファジィ性を考慮して拡張されたパレート最適解を求めるための拡張ミニマックス問題の最適性と拡張パレート最適性に関する探索を同時に行うという効率的な粒子群最適化手法の提案により,高速でしかも高精度な近似手法の構築を目指す.購入を計画している設備は,粒子群最適化に基づく大域的多目的非線形計画とファジィ・ランダム環境への拡張のための先進的なシステム最適化手法の開発とさまざまな意思決定問題への応用を遂行するためのものであり,本研究の中核をなすものである.平成25年度以降の本研究計画は,この設備を中心とするシステムを構成するとともに,必要となれば現有のパソコンシステム等との接続をも考慮して遂行する予定であり,本研究において,必要不可欠なものである.さらに,デスクトップ型パソコンのみならず,デモ用にも利用できるようにノート型パソコン上での開発も試みる.また,国内旅費は、システム最適化手法・ファジィ計画法・確率計画法の研究を遂行している大阪大学・名古屋市立大学・東京工業大学の研究者との研究打合せや調査・研究のための旅費に加えて,本研究課題に密接に関連する日本知能ファジィ学会,日本オペレーションズ・リサーチ学会,電子情報通信学会などの学会が開催する国内で学会での資料収集や研究成果発表のための旅費が計上されている.さらに,多目的意思決定国際会議,国際ファジィシステム学会やIEEEが開催する本研究課題に密接に関連する国際会議に出席して,資料収集を行うとともに,研究成果を発表するために必要な外国旅費を計上している.その他,外国の学術雑誌に投稿するための外国論文の校閲のために必要な経費として計上している.
電気絶縁性液体に電界を印加した場合の沸騰熱伝達促進に関する研究

電気絶縁性液体によるプール沸騰飽和沸騰を対象として,1電界印加による沸騰熱伝達促進,2伝熱面微細構造化による沸騰熱伝達促進,3前記12の相乗効果による沸騰熱伝達促進を実験的,解析的に明らかにした.電界を印加した場合の限界熱流束(CHF)は,自然対流沸騰熱伝達に対して最大で4倍の熱伝達促進効果が得られた.また,伝熱面微細構造化によってCHF発生時の過熱度は最大8K低減し,CHFは40%促進することを明らかにした.さらに,電界印加と伝熱面微細構造による相乗効果によって,CHFは4.5倍の熱伝達促進効果を実現した.加えて,詳細な気泡挙動の観察により沸騰促進モデルを構築し,解析式を提案した.本研究では,低温度域(65°C100°C)で,スーパーコンピュータのCPUの発熱よりも高く,光通信や機械加工に使われるレーザーダイオードの発熱にも対応できるフッ素系冷媒による沸騰冷却法を研究している.これが実現できれば,小型でメンテナンス性の良い冷却が可能となり,高性能で省スペースな従来には無かった冷却装置を提案できる.また,水の沸点以下の温度(65°Cから100°C)の工場排水で稼働できる蒸気タービン型発電装置などへの応用も期待できる.本研究では,電気流体力による沸騰熱伝達促進機構を明らかにし,さらに冷却能力の高いマイクロ熱交換器を開発することを目的としている.そのために,電界によって蒸気泡の挙動が制御できるマイクロオーダの最適電極形状を提案し,この電極を組み込んだ沸騰型マイクロ熱交換器の試作と性能評価を行った.その結果,蒸気泡がスムーズに加熱面から排除されるような電極構造と条件(スリット幅や電極の設置高さ)を明らかにした.次に,電気流体力効果として,蒸気法と液体の界面に働く静電圧力の発生が沸騰の促進に重要なことを明らかにした.この静電圧力と蒸気泡の挙動を詳細に観察して,沸騰メカニズムモデルの構築を試みた.本研究では,低温度域(65°C100°C)で,スーパーコンピュータのCPUの発熱(80W/cm^2)よりも高く,光通信や機械加工に使われるレーザーダイオードの発熱(100W/cm^2)にも対応できる沸騰冷却法を研究する.冷媒には電気絶縁性の不活性液体を採用する.これが実現できれば,小型でメンテナンス性の良い冷却が可能となり,高性能で省スペースな冷却装置を提案できる.また,水の沸点以下の温度(65°Cから100°C)の工場排水で稼働できる蒸気タービン型発電装置などへの応用も期待できる.本研究では,電気流体力による沸騰熱伝達促進機構を明らかにし,さらに冷却能力の高いマイクロ熱交換器を開発することを目的としている.そのために,電界によって蒸気泡の挙動が制御できるマイクロオーダの最適電極形状を提案し,この電極を組み込んだ飽和プール沸騰実験を行った.前年度で沸騰メカニズムの構築を試み,沸騰促進効果について知見を得ていた.このメカニズムを参考にして,Zuberによる限界熱流束(CHF)予測式を応用して,蒸気泡と液体の界面に働く静電圧力を考慮した予測式を導き出した.その結果,予測値は実験結果とよく一致し,CHFはマイクロ電極の設置高さ,電界の強さに依存することを明らかにした.CHFは,プール沸騰において20W/cm^2であったものが,電界印加による促進で86W/cm^2まで増加した.さらに,ダイヤモンド電着による沸騰伝熱面の微細構造化により,CHFの促進を維持したまま過熱度を低くできることを明らかにした.本年度に得られた以上の結果は,査読付き論文1件,査読付き国際会議1件,及び査読無し国内会議1件で報告された.本研究では,低温度域(65°C100°C)で,スーパーコンピュータのCPUの発熱よりも高く,光通信や機械加工に使われるレーザーダイオードの発熱にも対応できる沸騰冷却法を研究した.冷媒には電気絶縁性の不活性液体を採用した.これが実現できれば,小型でメンテナンス性の高い冷却が可能となり,高性能で省スペースな従来には無かった冷却装置を提案できる.また,水の沸点以下の温度(65°Cから100°C)の工場排水で稼働できる蒸気タービン型発電装置などへの応用も期待できる.本研究では,電気流体力による沸騰熱伝達促進機構を明らかにし,さらに冷却能力の高いマイクロ熱交換器を開発することを目的としている.そのために,電界によって蒸気泡の挙動が制御できるマイクロオーダの最適電極形状を提案し,この電極を組み込んだ飽和プール沸騰実験を行った.平成25年度で沸騰メカニズムの構築を試み,沸騰促進効果について知見を得ていた.平成26年度は,このメカニズムを参考にし,Zuberによる限界熱流束(CHF)予測式を応用して,蒸気泡と液体の界面に働く静電圧力を考慮した予測式を導き出した.その結果,予測値は実験結果とよく一致し,CHFはマイクロ電極の設置高さ,電界の強さに依存することを明らかにした.CHFは,プール沸騰に対して4.3倍まで増加した.さらに,ダイヤモンド電着による沸騰伝熱面の微細構造化により,CHFの促進を維持したまま過熱度を低くできることを明らかにした.本年度(平成27年度)は,平成26年度に構築した予測式の信頼性を確認するために,追実験を行い,水を冷媒とした場合の過去の文献値との比較を行った.予測式は,±15%の精度でCHFが予測可能となった.以上の結果は,査読付き論文1件,査読付き国際会議1件,及び査読無し国内会議1件で報告された.