hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
周波数完全再利用を可能とするミリ波高能率偏波共用導波管アンテナの開発

リッジ導波管は導波管内に設けたリッジ(棟)の効果で広帯域化を実現できる。さらにエッジスロット導波管アンテナと組み合わせて、偏波共用アンテナとしても用いることができる。スペクトル領域のグリーン関数を用いてリッジ導波管の固有値解析を行い、各モードの遮断周波数を求めた。有限要素法と比較した結果、よく一致していることを確認した。さらに、リッジ導波管スロットアンテナの解析法を発展させ、モードマッチング法により0.1 THzから2.9 THzで10-6乗以下の高消光比を保ちながら、高透過率なテラヘルツ波帯ワイヤーグリッドを設計した。テラヘルツ波帯の偏波制御に用いることができる。リッジ導波管スロットアンテナは導波管内部に設けたリッジの効果で広帯域化を実現できる。また、エッジスロット導波管アンテナと組み合わせ、偏波共用アンテナとしても利用できる。リッジ導波管のように断面形状が複雑な構造の多素子モデルを有限要素法などの汎用電磁界シミュレータで設計すると、解析量が膨大で繰り返し補正のともなう精密かつ高速な設計は難しい。スペクトル領域法は断面が一様な構造に特化した解析で、精密かつ高速な設計が可能となる。まずは、スペルトル領域法でリッジ導波管内部のスロット間相互アドミタンスを導出した。スロット自身のリアクションとリッジ導波管内開口部とスロット間のリアクションの足し合わせで導出できる。前者は関の仮想空胴法で導出できる。後者の導出方法は以下の通りである。解析モデルは管軸に対して一様構造であるので、等価定理で規範領域分割する。電界の接線成分の連続条件は等価磁流を仮定していることで自動的に成立している。スペクトル領域でのグリーン関数を用いて、導波管内部の開口面で磁界の接線成分の連続条件を立てる。連続条件の行列式より求まった開口面磁流分布とスロット磁流により、後者のリアクションを導出できる。導波管の断面形状を未知数と置いたスペクトル領域法解析で求めたスロット間相互アドミタンスと比較し、十分に一致することを確認した。さらに、スペクトル領域のグリーン関数を用いて固有値解析を行い、各モードの遮断周波数を求めた。先の行列式でスロット磁流分布に関する小行列を0として求めた管軸方向の波数より、遮断周波数を導出できる。有限要素法電磁界シミュレータHFSSによる結果と比較し、よく一致していることを確認した。上記の研究成果を国際会議IEEE APS(アメリカ2012年7月)で報告した。基本モードの遮断周波数はアレー解析に必要な入力モードとスロットのアドミタンスの導出に用いられる。また、エッジスロット導波管アンテナと組み合わせ、偏波共用アンテナを構成することも可能である。本研究の目的はスペクトル領域法解析(S2DS Method)を用いた、多素子を有するリッジ導波管スロットアレーアンテナの解析・設計である。汎用の電磁界シミュレータ等では素子数が増えるにつれ、解析は可能でも、繰り返し補正の伴う精密設計が困難となるためである。特に本年度は、スペクトル領域のグリーン関数を用いてリッジ導波管の固有値解析を行い、各モードの遮断周波数を求めるFortranコードを構築した。構造は管軸(z軸)に対して、一様構造である。解析モデルを等価定理で規範領域に分割し、リッジ導波管内部の開口面に磁流を仮定する。スペクトル領域のグリーン関数を用いて積分方程式を立て、行列式が0となる波数kzより、遮断周波数を導出できる。25.3 GHzで、導波管幅12.0 mm、高さ12.0 mm、リッジの高さ8.0 mm、幅1.0 mmのリッジ導波管について、7個目までのモードの遮断周波数を解析した。有限要素法による結果と比較した結果、最大で0.029GHzの誤差はあるが、よく一致していることを確認した。基本モードの遮断周波数は入力モードとスロットのアドミタンスの導出に用いられる。本内容は、電子情報通信学会ソサエティー大会で発表し、その後の進捗と合わせ来年度アメリカで開催される国際会議2012 IEEE AP-S/USNC-URSIにて発表を行う。今後は、スペルトル領域法により導波管内部のスロット間相互アドミタンス、入力する基本モードとスロットのアドミタンスを導出し、リッジ導波管スロットアンテナの特性計算を行う予定である。研究代表者はスペクトル領域法解析(S2DS Method)を用いて、多素子を有するリッジ導波管スロットアレーアンテナの解析・設計を進めている。

一方、スペクトル領域法解析では2次元解析に置き換わるため、高速かつ精密な解析、設計が可能である。現在までに、スペクトル領域のグリーン関数を用いてリッジ導波管の固有値解析を行い、各モードの遮断周波数を求めた。25.3 GHzで、導波管幅12.0 mm、高さ12.0 mm、リッジの高さ8.0 mm、幅1.0 mmのリッジ導波管について、7個目まで遮断周波数を求めた。有限要素法電磁界シミュレータANSYS社HFSSver.13による解析結果と比較すると、最大で0.029GHzの誤差はあるが、よく一致していることを確認した。2011年9月のIEICEソサエティ大会にて発表し、2012年7月には2012 IEEE AP-S/USNC-URSIにて発表する。さらに現在、スペルトル領域法により入力する基本モードとスロットのアドミタンス、導波管内部のスロット間相互アドミタンスの導出を進めている。これらのアドミタンスの導出によりリッジ導波管スロットアンテナの特性計算が可能となる。モードの遮断周波数の解析方法は以下の通りである。解析モデルは管軸に対して、一様構造である。等価定理で規範領域に分割する。それぞれリッジ導波管内部の開口面に等価磁流を置く。スペクトル領域のグリーン関数を用いて積分方程式を立て、行列式が0となる波数より、遮断周波数を導出できる。この基本モードの遮断周波数より入力モードとスロットのアドミタンスを導出する。さらに、導波管内部のスロット間相互アドミタンスも導出する。構築したFortranコードを用いて、まずはスロット単体モデルで解析を行い、有限要素法電磁界シミュレータANSYS社HFSSの解析結果と比較する。さらにアレーモデルでの解析を行う。Fortran解析コードの有効性を確認した後に、Fortran解析コードを用いてアレー設計を行う。基金化の制度により、今年度分の一部で昨年度ワークステーションを購入した。構築したスペクトル領域法による解析の有効性確認のために、有限要素法電磁界シミュレータANSYS社HFSSを用いるために使用する必要がある。また、国際会議(2012 IEEE AP-S/USNC-URSI)での発表のための出張旅費などとして使用する予定である。
3次元画像の認識・生成および映像世界の体験に基く発想支援環境の構築

本研究では、3次元画像を媒体とする新しい発想支援環境を構築するためのツールを開発し、実際に体験実験を行った。ここで3次元画像は、ボクセル構造の3次元ディジタル画像および形状モデルを用いて定義される仮想的3次元空間に分かれる。(1)3次元画像の認識ボクセル構造画体を対象として、3次元濃淡画像の構造を抽出し、可視化するツールをいくつか開発した。具体的に、濃淡画像の細線化、3次元線図形の特徴としての集中度の定義と集中度フィルタ3次元曲面上の突起部検出、3次元差分フィルタ、空間線図形の性質、等を含む。(2) 3次元画像処理エキスパートシステム3次元両像から指定の図形を抽出する手順を自動生成する画像処理エキスパートシステムとして我々が先に開発した3DIMPRESSを線図形、および、面図形の抽出手順を共に生成できるように拡張した。(3)仮想3次元空間の操作モデル計算機内に作られた仮想3次元空間の仮想物体を、実世界の手と道具を用いて操作するための基本アルゴリズムを導出し、実験的に有効性を検証した。実空間の操作ツールとして、手袋型デバイス、および、3次元ポインティングデバイスを用い、仮想物体の把持、移動、変形などの実現に必要なアルゴリズム(例えば片手、両手把持判定、物体移動法、物体変形法、など)を導いた。また、実際に仮想空間操作システムを実現し、本方法の有効性を検証した。本研究では、発想支援環境の要素技術の開発を進めた。本年度は、主として可視化およびオブジェクト操作に関する領域に重点を置いた。また、具体的応用としては医用画像の処理に関連するものが成果を上げている。(1)可視化3次元物体の可視化のためのソフトウェアツールとして、主としボリュームレンダリング、の実現法と高速化、4次元空間の可視化アルゴリズム、対象の構造を利用した高速表示、などを検討した。ボリュームレンダリングにおいて、対象の性質によって解像度(ポリゴンの大きさと個数)を可変にする表示法、および、木構造の対象において視点から可視部分のみを表示する方法を、視点を連続的に移動する環境において試み、効果を確かめた。(2)オブジェクト操作オブジェクト操作においては、マウスとディスプレイという通常の計算機環境において、仮想空間に対話的に物体形状を生成していく手法を開発し、仮想彫刻システム、仮想版画生成システムとして実現した。また、3次元ポインティングデバイスを用いて仮想オブジェクトを操作する基本的な技術をソフトウェアを開発し、具体的に、仮想空間のハサミを使う操作、外科手術シミュレーションを想定した物体の移動、切断などの操作を実現した。(3)3次元画像認識人が入力する3次元濃淡画像のスケッチに基づいて、それを原濃淡画像から抽出する3次元画像処理アルゴリズムを自動生成する3次元画像のためのビジョンエキスパートシステムの基本モデルを作り、実際に、3次元塊状図形、面状図形、線図形の抽出手順を生成する実験を行った。(1)3次元画像の認識ボクセル構造画像を対象として、3次元濃淡画像の構造を抽出し、可視可するツールをいくか開発した。具体的に、濃淡画像の細線化、3次元線図形の特徴としての集中度の定義と集中度フィルタ3次元画面上の突起部検出、3次元差分フィルタ、空間線図形の性質、等を含む。(2)3次元画像処理エキスパートシステム3次元画像から指定の図形を抽出する手順を自動生成する画像処理エキスパートシステムとして我々が先に開発した3DIMPRESSを線図形、および、画図形の抽出手順を共に生成できるように拡張した。

実空間の操作ツールとして、手袋型デバイス、および、3次元ポンティングデバイスを用い、仮想物体の把持、移動、変形などの実現に必要なアルゴリズム(例えば片手、両手把持判定、物体移動法、物体変形法、など)を導いた。また、実際に仮想空間システムを実現し、本方法の有効性を検証した。
DNA再複製防止機構からのエスケープとゲノム再編

ゲノムDNAは細胞増殖時には正確に複製・分配され、世代を超えて安定に維持されなくてはならない。しかし逆に、重複・転座といった染色体DNAの大幅な変化は、進化において大きな役割を果たす。真核生物の染色体DNA複製は、各染色体上の特定の領域(複製起点)から開始する。複製起点の活性化は一回の細胞周期につき一度だけに限定されており(=Once per Cell Cycle制御)、その破綻はゲノムの不安定化を誘導する。我々は、G1期であってもOnce per Cell Cycle制御からのエスケープが超低頻度で起き、部位特異的なゲノム改編の原動力となる可能性を見出したことから、1このような染色体改変の原動力となるような非コード領域・配列を同定し、2その特徴を抽出することで、ゲノムの安定維持・改編に関わるメカニズムを理解し、さらに、3そのような領域が実際に過去のゲノムの改編に関わってきたかどうかを検証し、染色体の構築原理や維持・変動機構との関係を理解することを目指した。成果は以下の通り。12G1期においてOnce per Cell Cycle制御からのエスケープが起きやすくなっている出芽酵母において、第16番染色体のみ、長さが不安定となっていた。染色体右腕サブテロメアのY配列のコピー数変動がその原因となっていることを見出した。また、相同/非相同組換えやDNA修復、チェックポイントといった染色体の安定維持に関わるような種々の因子はOnce per Cell Cycle制御からのエスケープで誘導されるDNAダメージについて、何もできないことが分かった。このことはこれまでの染色体安定性研究からは想像できないような驚くべき結果である。(論文投稿準備中)3については引き続き解析を進めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。したがって、生物は世代を超えて染色体を安定に維持していくことを保証する機構を備えると同時に、超長期的には、染色体改編のポテンシャルも併せ持つと考えられる。真核生物の染色体DNA複製は、各染色体上の特定の領域から開始する。細胞はゲノムの安定維持のために、一回の細胞周期につき複製起点の活性化を一度だけに限定する巧妙な制御機構(=Once per Cell Cycle制御)を備え、その制御の破綻はゲノムの不安定化を誘導する。我々は、通常は複製開始が起こらないG1期であってもOnce per Cell Cycle制御からのエスケープが超低頻度で起き、部位特異的なゲノム改編の原動力となる可能性を見出した。本研究では、1このような染色体改変の原動力となるような非コード領域・配列を同定し、その特徴を抽出することで、ゲノムの安定維持・改編に関わるメカニズムを理解し、さらに、2そのような領域が実際に過去のゲノムの改編に関わってきたかどうかを検証し、3染色体の構築原理や維持・変動機構との関係を理解することを目指している。平成26年度の研究では、分子メカニズムの側面からの解析を主に行った。相同/非相同組換えやDNA修復、チェックポイントといった染色体の安定維持に関わるような種々の因子の変異体を用いてOnce per Cell Cycle制御からのエスケープを誘導したところ、これらの因子の変異の有無にかかわらず、生存率にはほとんど影響がなかった。このことはOnce per Cell Cycle制御からのエスケープで誘導されるDNAダメージについて、これまで知られているDNA修復系は無力であることを示しており、驚くべき結果である。成果は以下の通り。ほぼ計画通りに成果を得られつつある。平成26年度の大きな成果としては、「研究実績の概要」

欄に記したように、DNA修復に欠損を持つ種々の変異体の有無にかかわらず、Once per Cell Cycle制御からのエスケープで誘導される細胞生存率の低下には影響が見られないという、おどろきの結果が得られている。このことは、DNA複製制御とゲノム安定維持を考察する上で、新たなパラダイムの提出につながる可能性がある。一方、染色体改変の原動力となるような非コード領域・配列の抽出は計画より若干遅れが出ている。これらの事情を勘案すると、プロジェクトは全体的としてはおおむね順調に成果を得られていると判断できると考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。「研究実績の概要」に記したようなメカニズム的側面の解析をさらに進める一方、1染色体改変の原動力となるような非コード領域・配列の同定とその特徴の抽出、さらに、2そのような領域が実際に過去のゲノムの改編に関わってきたかどうかを検証してゆくというプロセスを加速させ、期間内での研究完了を目指す。
腎特異的有機カチオントランスポータOCT2のプロモータ解析による発現制御機構解明

ラット腎cDNAライブラリーを用い、rOCT2遺伝子の5'-末端上流部位を5'-RACE法によって増幅したところ、rOCT2の転写開始部位は翻訳開始部位の306塩基上流に存在することが判明した。そこで、rOCT2転写開始部位上流の部分塩基配列をプローブとし、ラットゲノムライブラリーをスクリーニングしたところ、rOCT2プロモーター領域に相当する約3kbのcDNA断片が得られた。この領域をpGL3ベクターに組み込み、アンドロゲンレセプターとともに腎由来の培養上皮細胞LLC-PK_1に導入した後、テストステロンの影響を測定したところ、アンドロゲンレセプターが存在する場合にのみ、テストステロンによる転写活性の上昇が確認された。また、テストステロンによる転写活性の上昇には濃度依存性が認められ、雄性ラットの血中テストステロン濃度に対応する10nM以上の濃度では飽和していた。rOCT2のプロモーター領域には、アンドロゲンレセプター応答配列と相同性の高い配列(ARE様配列)が5箇所認められ、転写活性調節に関与する可能性が考えられた。そこで、rOCT2のプロモーター領域を制限酵素処理によって種々の長さに切断し、ラットアンドロゲンレセプターと共にLLC-PK_1細胞に導入後、プロモーター活性を測定したところ、rOCT2の転写活性調節には-3,036位-819位の塩基配列が関与することが明らかになった。さらに、個々のARE様配列に変異を導入し、プロモーター活性を測定したところ、テストステロンによるrOCT2の発現調節には、2カ所のARE様配列(-3,000位及び-1,200位付近)が関与することが示唆された。これらの結果は、有機カチオントランスポータOCT2(slc22a2)の転写調節機構に関する初の知見であり、カチオン性薬物の腎排泄性差の機構を解明する上で極めて有用と考えられた。本研究では、rOCT2の発現調節機構解明を目的として、rOCT2のプロモーター領域に注目し、テストステロンによるrOCT2発現調節機構の解析を実施した。rOCT2転写開始部位上流の部分塩基配列をプローブとし、ラットゲノムライブラリーをスクリーニングしたところ、rOCT2のプロモーター領域に相当する約3kbのcDNA断片を得ることができた。この領域をpGL3 vectorに組み込み、アンドロゲンレセプターベクターとともにLLC-PK_1細胞に導入した後、テストステロンの影響を測定したところ、アンドロゲンレセプターが存在する場合にのみ、テストステロンによる転写活性の有意な上昇が確認できた。また、テストステロンによる転写活性の上昇には濃度依存性が認められ、雄性ラットの血中テストステロン濃度に対応する10nM以上の濃度では、誘導が飽和することが明らかになった。さらに、転写誘導に関わる塩基配列を特定することを目的として、rOCT2プロモーター領域の切断産物を作成し、プロモーター活性を測定したところ、-2250-1140位、並びに-3343-2250位の塩基配列を有する切断産物についてのみ、テストステロンによる転写活性の上昇が認められたことから、それらの領域に含まれる塩基配列に対してアンドロゲンレセプターが作用する可能性が示された。これらの結果から、rOCT2の腎発現性差並びに慢性腎不全モデルラットにおけるrOCT2発現低下には、アンドロゲンレセプターを介したテストステロンによるrOCT2の転写上昇が関与することが示唆された。前年度までに、生理的濃度のテストステロン(1nM)によるラットOCT2(rOCT2)の転写調節に、rOCT2のプロモーター領域(約3.3kb)が関与することを明らかにした。本年度は、rOCT2の転写活性調節におけるアンドロゲンレセプターの役割解明を図った。

ラット腎cDNAライブラリーをテンプレートに、rOCT2遺伝子の5'-末端上流部位を5'-RACE法によって増幅し、得られたPCR産物の塩基配列を解読したところ、rOCT2の転写開始部位は翻訳開始部位の306塩基上流に存在することが判明した。rOCT2のプロモーター領域には、アンドロゲンレセプター応答配列と相同性の高い配列(ARE様配列)が5カ所認められ、テストステロンによる転写活性調節に関与する可能性が考えられた。そこで、rOCT2のプロモーター領域を制限酵素処理によって種々の長さに切断し、ラットアンドロゲンレセプター(rAR)と共に腎由来の培養上皮細胞LLC-PK_1に発現させ、プロモーター活性を測定したところ、rOCT2の転写活性調節には-3,036位-819位の塩基配列が関与することが明らかになった。さらに、それぞれのARE様配列に変異を導入し、テストステロンに対する応答を測定したところ、テストステロンによるrOCT2の発現調節には、2カ所のARE様配列(-3,000位及び-1,200位付近)が関与することが示唆された。これらの結果は、有機カチオントランスポータOCT2(slc22a2)の転写調節機構に関する初の知見であり、カチオン性薬物の腎排泄性差の機構を解明する上で極めて有用と考えられる。
導体の運動を考慮した渦電流解析法の開発とその検証実験に関する研究

本研究では、導体の運動を考慮した三次元渦電流解析法を開発し、検証用モデルを用いて各種解析法の優劣比較を行った。また、大次元連立一次方程式の反復解法であるICCG法の高速化について検討した。その成果を要約すると、以下のようになる。1.導体の運動を考慮した渦電流解析法の開発導体の運動を考慮した渦電流解析法を磁気回路の観点から体系的に分類し、各解析条件に対応した最適な解析方法を示した。さらに、それら全ての解析方法に対して、座標を運動物体上に置く運動座標系と、通常の静止座標系を適用する場合の渦電流項の取扱法を明らかにし、ソフトウェアを開発した。2.各種解析方法の優劣比較リニアモータを想定した検証用モデルを用いて、解析精度、記憶容量及び計算時間の観点から上記二種類の座標系の優劣比較を行うことにより、以下の知見を得た。(1)過渡解析においては、解析精度、記憶容量及び計算時間の全ての観点から、運動座標系を用いた解析法が、静止座標系を用いた解析法よりも優れている。また、その際、時間微分項の差分近似法としては後退差分法が良い。(2)直流場及び線形交流場の解析において、通常のガラーキン有限要素法を用いると、導体速度が非常に速い場合、静止座標系では解が振動するのに対し、運動座標系では安定に解が求まる。また、運動座標系を用いる場合に必要な時間差分の時間刻み幅Δtの最適値を、印加磁界の周波数及び導体速度の観点から明らかにした。3.大次元連立一次方程式の高速解法三次元解析を行う場合に用いられる大次元連立一次方程式の反復解法であるICCG法の高速化について検討した。まず、係数マトリクス中の非零要素分布の計算法を改良し、高速化した。さらに、未知変数として磁気ベクトルポテンシャルAのみを用いる辺要素有限要素法では、電気スカラポテンシャルφを導入することにより、ICCG法の収束性が大幅に改善されることを明らかにした。本研究では、導体の運動を考慮した渦電流解析を行うための実用的な三次元磁界解析を行うするために、磁気ベクトルポテンシャル及び電気スカラポテンシャルを未知変数として取り扱うA-φ法を用いた三次元有限要素法を開発し、解析精度、記憶容量及び計算時間に影響を与える諸因子を検討した。(1)時間微分項を差分近似する、いわゆる△t法では、解析精度、記憶容量及び計算時間のすべての観点において、運動座標系を用いた解析法が、静止座標系を用いた解析法よりも優れていることが明らかになった。また、速度項の離散化手法として、風上有限要素法とガラーキン有限要素法の比較を行い、速度に応じて、両者を使い分ける必要があることを明らかにした。さらに、時間刻み幅の選定法についても検討し、刻み幅を分割要素の寸法に相当する時間に設定した場合に、最も解析精度が良くなることを見出した。(2)磁界が時間的に正弦波状に変化し、時間微分項を複素数で表すことが可能な、いわゆるjω法では、導体が静止している場合の解析では必要なかった時間刻み幅の概念を導入しなければならないことが明らかになった。また、△t法の場合とは異なり、運動座標系及び静止座標系のいずれを用いても、最終的に解くべき連立一次方程式の係数マトリクスが非対称になるため、この点に関しては、両者に優劣はない。その他の点については、△t法と同様の結論が得られた。

本研究では、導体の運動を考慮した実用的な三次元渦電流解析を行うために、磁気ベクトルポテンシャル及び電気スカラポテンシャルを未知変数として取り扱うA-φ法を用いた三次元有限要素法を開発し、解の精度や安定性などに影響を与える諸因子について検討するとともに、大次元連立一次方程式の反復解法であるICCG法の高速化について検討した。その成果を要約すると、以下のようになる。(1)磁界が時間的に正弦波状に変化する場合に用いられる、時間微分項を複素数近似した、いわゆるjω法について、既に開発された二次元場の導体の運動を考慮した渦電流解析法を三次元場用に拡張した。そして、本手法を、導体速度が非常に速い場合の三次元解析に適用し、解の安定性などについて検討した。その結果、静止座標系を用いた解析では、解が激しく振動するが、運動座標系を用いた場合には、三次元解析においても解が安定に求まることが明らかになった。また、運動座標系を用いる場合には、過渡解析などで用いられる時間刻み幅Δtの概念を導入しなければならないが、このΔtの最適値を、印加磁界の周波数及び導体速度の観点から明らかにした。(2)導体の運動を考慮した解析の際問題となる、大次元連立一次方程式の反復解法であるICCG法を、辺要素有限要素法に適用した場合の収束性について検討した。その結果、辺要素有限要素法では、従来、未知変数として磁気ベクトルポテンシャルAのみを用い、電気スカラポテンシャルφを無視して解析が行われていたが、このφを導入することにより、ICCG法の収束性が大幅に改善されることが明らかになった。
更新世の動物遺存体の古代ゲノム解析法の開発と系統地理学研究の新しい展開

日本の哺乳類相の系統地理や系統進化を明らかにすることを目的として、本会年も、更新世後期の本州ヒグマ出土骨標本についてミトコンドリアDNAの部分配列の遺伝子増幅とその分析技術の改良を試みた。外来DNAの混入を避けて注意深く抽出したDNAを用いて、遺伝子増幅の反応条件を改良しながら実験を行ったが、昨年度に成功しなかった標本については同じ結果であった。これは更新世の化石DNAは極度に破壊されていることを示している。今後、日本内外から出土した更新世の動物遺存体を分析対象にして、解析技術の改良を継続して行く。一方、北海道各地の縄文時代およびオホーツク時代の遺跡から出土した人骨について、染色体上の核遺伝子(耳あか遺伝子など)の遺伝子増幅を試みたところ成功したこれまでに、オホーツク人骨についてはミトコンドリアDNA分析に成功したため、そのDNA残存状況が良好な標本を選び、核遺伝子の単一塩基多型を調べたところ、高率に耳あか遺伝子を遺伝子増幅こすることができた。その結果、北海道のオホーツク人さらに縄文人の集団における耳あか遺伝子の対立遺伝子頻度を算出できる程になった。ミトコンドリアDNAの分子系統解析により、オホーツク人は大陸と北海道との遺伝子流動の仲介になったことが明らかになりつつあるが、核遺伝子の古代DNA分析でも、オホーツク人を通した大陸から北海道への遺伝子流動が示された。なお、単一塩基多型分析の場合、得られた遺伝子増幅産物が本当に抽出された古代DNAからのものか、または、外来DNAによるものか、を判別しなければならない。それを解決するためには、分析結果の再現性を確認する必要があるため、その追加実験も行った。本年は、日本列島の本州およびユーラシア大陸から出土した更新世ヒグマの動物遺存体(化石)の分子系統解析を試みた。まず、更新世後期として年代測定された複数の本州ヒグマ出土骨標本についてミトコンドリアDNAの部分配列の遺伝子増幅を試みた。外来DNAの混入を避けて注意深くDNA抽出および遺伝子増幅を行ったが、遺伝子増幅の成功率は低かった。その理由として、DNAの断片化の進行が考えられる。DNA量および試薬量を調整した結果、1標本からのみ遺伝子増幅に成功した。現在、その標本について遺伝子増幅および塩基配列の再現性を確認し、慎重に結果を検討しているところである。一方、大陸産化石については複数標本について分析が成功した。これは、化石骨が比較的寒冷な地域に埋蔵されていたためと思われた。これらの分析結果についても再現性を確認しているところである。さらに、北海道各地の縄文時代の遺跡から出土したヒグマ骨の収集ならびに上記と同様な古代DNA分析を行ったところ、複数の標本からの分析に成功した。縄文時代のヒグマ骨では、更新世標本よりもDNA残存状況が良好であると考えられた。北海道縄文ヒグマ骨からは、現生の北海道ヒグマ集団に見られる三つのミトコンドリアDNA系列のうち少なくとも二つのDNA系列が見出された。現在、標本数を増やしながら時代を追った遺伝子タイプの地理的分布を調査し、ヒグマ集団の渡来ルートおよび時代などの系統地理や進化の解明に向けて分析を行っている。極微量DNAから特定のDNA領域を遺伝子増幅する手法においては、必ずしも鋳型DNA量を増やすのみでは遺伝子増幅率が高まるものではなく酵素の阻害物質の不活性化やその希釈度が重要な要因であることが判明した。
スマートフードシステムと食のライフスタイルがもたらす環境効果分析

スマート化した社会(スマート社会)では,情報通信技術が(a)社会内部の管理運営を効率的にマネジメントすることによって無駄を徹底的に排除し,(b)これまでとは異なる次元の社会の構成要素間のマッチングを生み出して新たなサービス産業や価値を創出する。このような情報通信技術のもたらすこのようなスマート化が,食料関連産業・農業にもたらす影響を,産業連関分析によって評価した結果が,国際的な学術誌(Telecommunications Policy)に掲載された。また,スマートフードの需要サイドの視点から,スマートフードシステムに期待される新たなサービス価値とは,どのようなものであるかの考察を行った。すなわち,食の便利さの追求が,「手作りされた」豊かな食卓を阻害するとの懸念があるなかで,食のスマート化は,便利な食卓が「手作りされた」食卓と同等の豊かさを持つように勧められるべきである。ライフスケープマーケティング「食MAP」によれば,首都圏400世帯・1年間の食卓情報が,世帯の属性とともに,食卓数約20万件,メニュー数約1000種類,材料数約2300種類という豊富なデータ量で得られる。このデータを利用し,また,産業連関のアクティビティ分類の概念を用いることで,人々の食卓内容を,便利さと手作りの2つの指標で定量化した。そして,食品の便利さと手作りの労力と,アウトプットとしての食卓についての,家庭内生産モデルを応用した理論モデルを構築し,それに基づいて,いろいろな属性を持つ世帯における,食卓の便利さ手作りとの関係を分析した。結果,手作り指標は,便利さ指標と負の相関を持つが,その関係は世帯属性や世帯の意識のあり方に応じて上下にシフトすることが分かった。高齢化社会にあって,高齢者の食卓を豊かにするためのスマートフードシステムについて考察する必要があると考えられた。情報通信技術のもたらすこのようなスマート化が,食料関連産業・農業にもたらす影響を,産業連関分析によって評価した結果について,ハイインパクトジャーナの一つであるTelecommunications Policyに掲載を果たすことができた。また,食品の便利さと手作りの労力と,アウトプットとしての食卓についての,家庭内生産モデルを応用したモデル分析の成果を,現在,ハイインパクトジャーナの一つであるFood Quality and Preferenceに投稿準備中である。研究期間を一年延長して,本年度には食卓の家庭内生産モデル分析をさらに精緻化するために,大規模アンケート調査を実施することを計画している。今年度はまず,食品の便利さと手作りの労力と,アウトプットとしての食卓について,家庭内生産モデルを応用したモデルを構築し分析した結果について,海外のハイインパクトジャーナルにおける発表を目指す。また,上記モデルを精緻化するために,10000人規模のウェブ調査を実施する予定で,現在調査の準備を行っている。本調査については,すでに早稲田大学内の倫理審査を通過しており実施許可を得た。また,具体的に調査を委託する業者の選定も終了し,現在アンケート調査票の最終案を作成中である。調査ではまず,一番最近,自宅でふだんの夕食(特別でないときの夕食)をしたときのメニュー数と,その名称,メニューのそれぞれに用いた食材を,産業連関のアクティビティ分類の概念を用いて便利さの程度別に分類した食材の分類項目別の情報(名称と合計数),各自が食卓準備の際に持っている意識調査(忙しかったりおっくうだと感じているか,外食好きであったり市販品の利用を良くしているか,計画的な食生活をしているか,健康や栄養配慮等),および,いつも食材を購入している店舗までのおおよその距離,家族構成等を調査する予定である。そのうえで,食卓の家庭内生産関数がどの要因で最もシフトしやすいかを詳しく分析する予定である。それによりスマートフードシステムのマネジメント機能の具体的な利用法について示唆が得られることを期待している。研究期間終了後も,本課題で得られた成果を,海外ジャーナル発表等により発信していくとともに,つぎの研究(スマートフードシステムのもたらす環境効果)へと展開し,そのために必要な科研費ほかの新たな資金獲得を目指したい。本研究の目的は,未来型システムによって,食生活からの環境負荷をどの程度削減することができるかを定量的に確認することである。すなわち,食生活からの環境負荷の削減には,農業,食料産業の省エネ・効率化は欠かせない一方で,ICTなどの最新のスマート技術が問題の解決にどの程度貢献できるのかを確認することがその研究の目的である。これまでの環境家計簿分析結果によれば,効用水準を落とすことなく食料費からのCO2誘発を低減するための課題として,以下があった。(1)環境負荷が低い給食サービスの適切な利用や食品ロスの削減(2)食事の提供に付随するエネルギーその他の資材節約(3)食材そのものの環境負荷に加え流通過程の環境負荷の低減。これら課題の同時的な克服のために,スマートフードシステムを提案できると考える。スマートフードシステムとは,再生可能エネルギーを活用した植物工場,エネルギーマネジメントシステムで最適管理のされたスマートな次世代給食システム,電気自動車や燃料電池自動車などの次世代配送車などを利用した未来型の食料循環システムのことであると同時に,費用を大幅に増やすことなく消費者の利便性を増す(利便性の向上には健康に良い,高齢者などの買い物弱者の食生活を豊かにする,などのことも含められる)サービスシステムでなければならない。つまり,最新の科学技術を消費者の多様な嗜好性に的確にマッチングさせることが,スマートフードシステムには求められる。実質的に半年の研究期間であった研究初年度には,まず,「スマートフードシステム」というキーワードによって,現在どのような取り組みが実施されているかを広くサーベイすることに取り組んだ。

次に消費者の食に対する多様な嗜好性を定量的に分析するためのデータベースとして「食MAP」データの入手と分析の準備作業に着手した。「スマートフードシステム」というキーワードで取り組まれている(または取り組みが開始されようとしている)事例を確認するために以下のことを行った。(1)全国にレストランチェーンを展開している大手事業者にヒアリングを行い,同社が消費者のニーズに合わせて効率的にメニュー開発に取り組んでいる状況と最近の消費者の嗜好性についてヒアリングを行った。(2)大手建設会社が現在取り組んでいる,北海道における家畜糞尿を利用したバイオガス利用施設での食料循環メカニズムについてヒアリングを行った。この施設では,さらにバイオガスを水素化して,エネルギーの有効活用を図るとともに,水素化する際の副産物として発生するCO2を温室栽培作物に効果的に施肥することにより,従来生産物より高付加価値商品ができる可能性に取り組もうとしていることが分かった。(3)地方における生活協同組合が,従来的な宅食サービスを行っている小規模事業者の事業ノウハウを,IT化することにより,消費者のニーズにマッチした食材提供サービスに取り組んでいる状況をヒアリングした。ITの利用により,高齢者の多い地方の買い物弱者に大きな利便性が提供されると同時に,好みのメニューに応じた食材が届けられることにより,食品ロス等の削減が見込まれると考えられた。そのうえで,消費者のメニュー選択における嗜好性について詳しく分析するために,食卓実態データベース(食MAP)(http://www.lifescape-m.co.jp/)の分析に着手した。食MAPは首都圏在住のモニター(2人以上世帯360世帯,単身世帯360世帯)が入力する毎日の食卓情報(メニュー・材料),購買情報(商品),家庭内在庫情報(商品)のほか,なぜそのメニューを選んだかなどの意識情報を収集したデータベースである。これにより消費者が現実にスマートフードシステムに求める目的を的確に把握する。今年度は,スマートフード分析用産業連関表の作成概念を整理するとともに,スマートフードシステムに対する消費者の潜在需要を解析するための食MAPデータの解析の準備作業を行った。スマートフード分析用産業連関表のうち,レストラン,持ち帰り,宅配などの飲食サービス部門のアクティビティ作成手順を以下のように整理した。すなわち,1)「飲食サービス」を経済センサスと投入調査情報を用いて「レストラン」「持ち帰り」「宅配」に分割し,さらにRAS法を用いて「飲食サービス」を,調整額が出ないように3分割する,
自閉症の発症とセロトニン神経系の発達異常の関連－PETとモデル動物を用いた解析

転写制御因子Pax6は、大脳、小脳の形成にかかわり神経系の発生発達において重要な因子である。胎生期から成体まで神経幹細胞で発現がみられその増殖と分化のバランスを調整している。ヒトではPAX6の変異のある患者で精神遅滞や自閉症、前頭葉機能障害などの合併が報告されている。本研究ではPax6変異ラットと野生型ラットに対し小動物用MRIにより脳形態画像の撮像を行った。野生型に比べてPax6変異ラットは大脳皮質、海馬、扁桃体、視床、中脳、脳梁の体積が減少していることが明らかとなり、Pax6が高次脳機能の構築にどのように関与しているかについての一端が明らかになった。転写制御因子Pax6は、大脳皮質、海馬、扁桃体、嗅球、視床、小脳の形成にかかわり、胎生期から成体まで神経幹細胞で発現がみられ、その増殖と分化のバランスを調整しており、神経系の発生発達において重要な因子である。ヒトではPAX6の変異により両側大脳半球の連絡繊維である前交連や脳梁の無形成、帯状回、小脳、内側側頭葉、線条体、島の灰白質体積の増加といった脳の灰白質の形態異常、側頭葉の多小脳回と松果体の無形成も呈することが報告されている。それらの大脳の形態異常に関連して出現すると思われる症状、障害として精神遅滞や自閉症、両側大脳半球間の聴覚情報伝達の障害、聴覚および言語ワーキングメモリーの障害、前頭葉機能障害などが示されている。Pax6ヘテロ変異ラットは、社会性の異常や興味の減少といった症状を認め、また幼若ラットが母ラットから隔離されるときに発するマザーコール超音波発声の低下を認める。Pax6変異ラットと野生型ラットに対し小動物用核磁気共鳴画像法(MRI)によりT2強調画像の撮像を行った。画像データ解析ではvoxel-by-voxel analysisにより脳の各領域の体積の異常を解析し、野生型に比べてPax6変異ラットは大脳皮質の広範な部位の体積が減少していることが明らかとなった。転写制御因子Pax6は、大脳、小脳の形成にかかわり、胎生期から成体まで神経幹細胞で発現がみられ、その増殖と分化のバランスを調整しており、神経系の発生発達において重要な因子である。ヒトではPAX6の変異により精神遅滞や自閉症、前頭葉機能障害などが生じる。Pax6変異ヘテロ接合ラットは、社会性の異常や興味の減少といった症状を認め、また幼若ラットが母ラットから隔離されるときに発するマザーコール超音波発声の低下を幼若ラットに認める。これらによりPax6が高次脳機能の構築に重要な役割を果たしていることが推察される。本研究の目的は、Pax6変異ヘテロ接合ラットに対し、小動物用核磁気共鳴画像撮像法(magnetic resonance imaging以下MRI)を用いた脳の形態解析および組織学的解析により、Pax6が高次脳機能の構築にどのように関与しているか明らかにすることである。MRIを用いて生きている変異型ラット29匹、野生型ラット31匹の脳の形態画像を撮像した。voxel-by-voxel analysisとregion-of-interest analysisを用いた形態解析により野生型に比べてPax6変異ヘテロ接合ラットは大脳皮質、海馬、扁桃体、視床、中脳、脳梁の体積が減少していることが明らかとなった。今後MRIにて体積の減少を認めた脳領域に加えて、先行研究で形成にPax6の関与が明らかとなっている小脳、嗅球について組織学的解析を進め、それらの部位における微細構造の異常について明らかにしたい。神経科学Pax6遺伝子の変異による大脳の形態異常が広範にわたっているため、今後どのような脳領域や因子に焦点を当てて組織学的解析を行っていくべきか検討を行っている。また陽電子放射断層撮影(PET)の撮像については準備を進めており、今後撮像を行う予定である。核磁気共鳴画像法(MRI)を用いたPax6変異ラットの形態異常の結果を踏まえて、その形態異常の原因を組織学的解析により究明したい。また陽電子放射断層撮影(PET)を用いた脳の機能画像解析により、Pax6ラットにみられる自閉症様の行動異常がいかなる脳機能異常により発現しているかを明らかにしたい。実験の進捗がやや遅れており、特に動物実験で使用する予定であった消耗品による支出が減少した。やや遅れている動物実験を26年度は進め、そのための消耗品を購入するための支出に繰り越した分を充てる予定である。
多成分タンデムカップリング反応による機能性分子の効率的合成及びフロー合成への展開

機能性有機材料や医薬品候補化合物である多置換ポリアリール化合物は、これまでカップリング反応等を駆使し複数のユニットを段階的に結合・精製を繰り返す必要があった。本研究課題では、バッチ式でのワンポットタンデムカップリング反応による高効率なライブラリー構築、さらには連続フロー合成への展開を提案する。これまで段階的な合成が必要であったカップリング反応を一挙に行なうことができれば、触媒の省資源化に繋がるばかりか、精製や分子変換に伴う総収率の低下を防ぐことができるため革新的なプロセスとなることが期待される。
量子アフィン代数の加群圏の研究

本年度は、(i)ディンキン箙に付随する量子アフィン型シューア・ワイル双対性関手の幾何学的実現、(ii)GL型アフィングラスマン多様体の同変K群の標準基底に関する研究を行った。(i)では、有限ADE型のディンキン箙に付随して定まる量子アフィン代数の適切な加群圏と箙ヘッケ環の加群圏を結ぶモノイダル完全関手を、Kang-柏原-Kimによるオリジナルの代数的構成とは独立に、適切なパラメータに付随する次数付き箙多様体の同変K群を用いて実現した。オリジナルの構成では量子アフィン代数の基本表現のテンソル積上のR行列の分母を計算することが本質的であり、そのためにADE型に対して個別の取り扱いが必要かつE型の場合には計算機を援用する必要があったが、本構成はADE型について統一的かつ計算機の援用を避けることもできた。さらに、本構成を幾何学的拡大代数と結びつけることにより、関手が圏同値を与えることの簡明な証明が得られた。以上の結果は学術雑誌への掲載が決定した。(ii)はM.Finkelberg氏との共同研究である。最近Cautis-WilliamsによってGL型アフィングラスマン多様体の同変K群上に量子団代数の構造が入り、それがループ群LSL2の量子冪単胞体と量子団代数として同型であること証明された。本研究では、両者の標準基底(前者における既約偏屈連接層の類がなす基底と、後者におけるLusztigの意味での双対標準基底)が一致することを証明した。要点は、後者の双対標準基底を特徴づけるよく知られた性質の類似を、前者の既約偏屈連接層の類に対しても見出すことであったが、本研究ではGL型アフィングラスマン多様体をA型の冪零錐と適切に結びつけ、冪零錐上の偏屈連接層に関するBezrukavnikovの理論を援用することによってこれを実行した。以上の結果は共著論文としてまとめ、学術雑誌に投稿した。当初は、本研究において、ディンキン箙に付随するシューア・ワイル双対性関手が量子アフィン代数の適切な加群圏と箙ヘッケ環の加群圏の間の圏同値であることを証明することを目標としていた。しかし実際には、その目標を達成できただけでなく、幾何学的手法による解析が想定以上にうまく進んでシューア・ワイル双対性関手の別構成を得ることもできた。この幾何学的別構成は、シューア・ワイル双対性関手が存在すること自体に簡明な解釈を与えるものでもあり、そのような良い解釈が得られたことは当初の想定を超えるものであった。また、GL型アフィングラスマン多様体の同変K群において既約偏屈連接層の類のなす標準基底の研究に関しては、当初の目標であった量子冪単胞体の双対標準基底と適切に同一視できることの証明をM.Finkelberg氏との共同研究において完遂できている。シューア・ワイル双対性関手には本年度で扱ったもののほかにもさまざまな変種が存在する。今後はさらにそういった変種たちに対しても、本年度の研究で得られたような適切な意味での圏同値性の証明や幾何学的解釈を与えることを目標に研究を推進する。本年度扱ったKang-柏原-Kimによる箙に付随する量子アフィン型シューア・ワイル双対性関手に関しては、上記以外にも量子アフィン代数のより大きな加群圏が関係する別バージョンが知られており、それらに対しては本年度の研究で得られた視点や考察がほとんどそのまま有効であると期待している。そこで、対応する特殊なパラメータ下での次数付き箙多様体の構造を解析し、関手の幾何学的構成あるいはホモロジー代数的考察を試みる。さらにこれとは逆の方向性として、先に幾何学的な状況を調べることで箙に付随するシューア・ワイル双対性関手の新たなバージョンを構成できる可能性も考えられる。そうした視点からの研究も同時に進めていきたい。また、以前からよく知られているA型のカレント代数、ヤンギアン、量子アフィン代数がかかわる通常のシューア・ワイル型双対性関手に対して、適当なアフィン最高ウェイト圏の同値としての解釈を与えることも試みる。そのような考察は、A型のアフィン・リー代数の無限次元表現と二重アフィンヘッケ環の表現を結びつける荒川-鈴木-土屋関手やその有限型類似であるところの荒川-鈴木関手の性質を調べるうえでも有効であることが期待されるので、同時にその方向にも考察も進めていく予定である。以上の研究を、箙の表現のモジュライ空間の幾何や団代数のモノイダル圏化との関連を意識しながら推進するにあたり、関連する国内外の研究集会や学会へ参加して情報収集を行うとともに、これまでに得られた研究成果を広く宣伝する予定である。

オリジナルの構成では量子アフィン代数の基本表現のテンソル積上のR行列の分母を計算することが本質的であり、そのためにADE型に対して個別の取り扱いが必要かつE型の場合には計算機を援用する必要があったが、本構成はADE型について統一的かつ計算機の援用を避けることもできた。さらに、本構成を幾何学的拡大代数と結びつけることにより、関手が圏同値を与えることの簡明な証明が得られた。以上の結果は学術雑誌への掲載が決定した。(ii)はM.Finkelberg氏との共同研究である。最近Cautis-WilliamsによってGL型アフィングラスマン多様体の同変K群上に量子団代数の構造が入り、それがループ群LSL2の量子冪単胞体と量子団代数として同型であること証明された。本研究では、両者の標準基底(前者における既約偏屈連接層の類がなす基底と、後者におけるLusztigの意味での双対標準基底)が一致することを証明した。要点は、後者の双対標準基底を特徴づけるよく知られた性質の類似を、前者の既約偏屈連接層の類に対しても見出すことであったが、本研究ではGL型アフィングラスマン多様体をA型の冪零錐と適切に結びつけ、冪零錐上の偏屈連接層に関するBezrukavnikovの理論を援用することによってこれを実行した。以上の結果は共著論文としてまとめ、学術雑誌に投稿した。当初は、本研究において、ディンキン箙に付随するシューア・ワイル双対性関手が量子アフィン代数の適切な加群圏と箙ヘッケ環の加群圏の間の圏同値であることを証明することを目標としていた。しかし実際には、その目標を達成できただけでなく、幾何学的手法による解析が想定以上にうまく進んでシューア・ワイル双対性関手の別構成を得ることもできた。この幾何学的別構成は、シューア・ワイル双対性関手が存在すること自体に簡明な解釈を与えるものでもあり、そのような良い解釈が得られたことは当初の想定を超えるものであった。また、GL型アフィングラスマン多様体の同変K群において既約偏屈連接層の類のなす標準基底の研究に関しては、当初の目標であった量子冪単胞体の双対標準基底と適切に同一視できることの証明をM.Finkelberg氏との共同研究において完遂できている。シューア・ワイル双対性関手には本年度で扱ったもののほかにもさまざまな変種が存在する。今後はさらにそういった変種たちに対しても、本年度の研究で得られたような適切な意味での圏同値性の証明や幾何学的解釈を与えることを目標に研究を推進する。本年度扱ったKang-柏原-Kimによる箙に付随する量子アフィン型シューア・ワイル双対性関手に関しては、上記以外にも量子アフィン代数のより大きな加群圏が関係する別バージョンが知られており、それらに対しては本年度の研究で得られた視点や考察がほとんどそのまま有効であると期待している。そこで、対応する特殊なパラメータ下での次数付き箙多様体の構造を解析し、関手の幾何学的構成あるいはホモロジー代数的考察を試みる。さらにこれとは逆の方向性として、先に幾何学的な状況を調べることで箙に付随するシューア・ワイル双対性関手の新たなバージョンを構成できる可能性も考えられる。そうした視点からの研究も同時に進めていきたい。また、以前からよく知られているA型のカレント代数、ヤンギアン、量子アフィン代数がかかわる通常のシューア・ワイル型双対性関手に対して、適当なアフィン最高ウェイト圏の同値としての解釈を与えることも試みる。そのような考察は、A型のアフィン・リー代数の無限次元表現と二重アフィンヘッケ環の表現を結びつける荒川-鈴木-土屋関手やその有限型類似であるところの荒川-鈴木関手の性質を調べるうえでも有効であることが期待されるので、同時にその方向にも考察も進めていく予定である。
低レベル熱源からの化学的冷熱生成に関する基礎研究

2化学種の混合による冷熱発生とその輸送技術を確立することを目的として、固・液、液・液の各系について、1)熱力学的データに基づく種々の化学種の固・液、液・液の組合せの検討、2)各組合せごとの回分式断熱混合器による冷熱の発生量とその温度レベルの実験的検討、3)冷熱蓄熱を想定した混合物の分離法の検討および4)1)3)の結果に基づく本系の冷熱輸送技術への適用性の検討を行った。その結果、1)では、固・液系の組合せとして尿素/水、硝酸アンモニウム/水の各系が、液・液ではイソブタノール/アセトニトリル、1-ブタノール/アセトニトリル系が熱発生量として大きく、最適であること、2)1)の各系では、混合によって速やかに冷熱が発生し、固・液系、液・液系で最大8.16kW・kg^<-1>および0.84kW・kg^<-1>の冷熱出力が得られること、ならびに環境温度条件下で1326°Cの温度降下があること、を認め、検討の2成分系が混合による冷熱発生に有効であることがわかった。さらに、蓄熱を対象とする混合物の分離・再生に、固・液系では尿素/水系について乾燥法、液・液系では蒸留法を採用できるものとし、前者では輻射加熱炉を用いる乾燥実験、後者ではCHEMCADによる蒸留計算を行い、いずれも353K程度の熱源による蓄熱が可能であることを認めた。また、これらの基礎的データに基づいて混合による冷熱発生・輸送のシステム概念を構築し、その効率について検討を行った結果、本法が環境温度域の熱源利用型熱エネルギー変換・輸送システムとして十分に機能することが明らかになった。本年度は物質の溶解熱を利用するヒートパイプシステムを組む際の適切な混合系の選定、システム操作における再生方法ならびに、それらの結果に基づくヒートパイプの設計・試作・運転に関する基礎的検討を行った。(1)固・液ならびに液・液系の混合による溶解の冷熱発生特性の検討物質の溶解の際に高密度な溶解熱の得られるものとして、固・液系としては、尿素/水系、硝酸アンモニウム/水系など、液・液系としては、イソブチルアルコール/アセトニトリル系、1-ブタノール/アセトニトリル系などを対象とし、まずその冷熱蓄熱量および冷熱出熱速度を断熱混合装置を用いて測定し、固・液混合比、液・液混合比ごとの断熱到達最低温度およびその到達速度式を明らかにした。(2)再生・分離操作の基礎的検討上記(1)の検討によって選択された固・液系、液・液系の各々に対して60°C100°C程度の排熱を想定した温度条件下で、以下の検討を行った。1)固・液系ではその再生分離に、蒸発法を適用し、必要な温度レベル、必要な総熱量ならびに再生・分離速度を指標とする各固・液系ごとの最適操作条件を明らかにした。2)液・液系では主として蒸留法を採用し、1)と同様の指標とする検討を行い、本系に最適な再生・分離の確立を行った。混合による冷熱発生とその輸送技術を確立することを目的として、固・液系および液・液系の2系について、1)熱力学的データに基づく種々の化学種の固・液、液・液の組合せの検討、2)各組合せごとの回分式断熱混合器による冷熱の発生量とその温度レベルの実験的検討、3)冷熱蓄熱を想定した混合物の分離法の検討および4) 1)-3)の結果に基づく本系の冷熱輸送技術への適用性の検討を行った。

その結果、1)では、固・液系の組合せとして尿素/水,硝酸アンモニウム/水の各系が,液・液ではイソブタノール/アセトニトリル、1-ブタノール/アセトニトリル系が熱発生量として大きく、最適であること、2)1)の各系では,混合によって速やかに冷熱が発生し、固・液系、液・液系で最大8.16kW・kg^<-1>および0.84kW・kg^<-1>の冷熱出力が得られること、ならびに環境温度条件下で13ー26°Cの温度降下があること、を認め、検討の2成分系が混合による冷熱発生に有効であることがわかった。さらに、蓄熱を対象とする混合物の分離・再生に,固・液系では尿素/水系について乾燥法、液・液系では蒸留法を採用できるものとし、前者では幅射加熱炉を用いる感想実験、後者ではCHEMCADによる蒸留計算を行い、いずれも353K程度の熱源による蓄熱が可能であることを認めた。また、これらの基礎的データに基づいて混合による冷熱発生・輸送のシステム概念を構築し、その効率について検討を行った結果、本法が環境温度域の熱源利用型熱エネルギー交換・輸送システムとして機能することが明らかになった。