hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速度測定の可能な低速電子回折システムの開発

固体表面上において、吸着過程、薄膜の形成過程の動的な研究を行うことができるように、高速で測定が可能な低速電子回折(LEED)装置の開発を行った。装置は、LEEDの光学系、回析強度の測定系、および制御、デ-タ処理系からなっている。光学系は手持ちのものを用い、測定系と制御処理系の開発を行った。LEEDの蛍光スクリ-ン上の発光強度が弱いために、イメ-ジ・インテンシファイア-を用いて光量の増幅を行い、この出力を電荷結合(CCD)素子により測定した。測定速度をあげるために、CCDの画面の一部しか走査を行わず、しかも、必要に応じてCCDのメモリ-部から水平転送CCDへの電荷転送を1度に複数行おこなえるようにし、出力する画像情報の量は速度に応じて減少させるようにしている。フレ-ムメモリ-の容量の制限から、基板上における全体的な原子的過程の把握ができ、長時間の記録が可能なNTSC画像信号を用いたシステムと、高速の現象を撮影するためのデジタル信号による処理を行うシステムの2通りのシステムを製作した。できる限り高速の測定を行えるように、CCDカメラからの出力は、直接フレ-ムメモリ-(8MB)(NTSC方式のときはビデオテ-プレコ-ダ)に取り込み、測定後に、バックグランドの除去、回折強度の算出、回折強度の電圧依存性(IV曲線)、回折点の広がり等の形状評価等を行うようにした。これにより、620フレ-ム/sの高速で測定、記録が可能となり、CCDの原発信周波数を約2倍まであげることにより、1000フレ-ム/s以上の測定も可能となった。また、測定制御用、デ-タの処理、解析用のソフトウエアの開発も併せて行った。完成したシステムを用いて高速現象の撮影を行い、充分な性能が得られたことを確認し、シリコン基板上におけるIn原子の吸着により出現する超構造の測定を行った。本システムにより、今後の表面上での薄膜形成等の動的過程の研究の進展が期待される。今回製作した撮像装置は微弱な画像を増強するためのイメージインテンシファイヤー部と高速度の撮像を可能とするビデオカメラ部からなる。イメージインテンシファイヤー部には浜松ホトニクス製のV1366UHXを使用した。ビデオカメラの撮像装置には撮像管と固体撮像素子とがあるが、撮像管は感度の非常に良いものがある反面、一般に残像時間が長く、今回目的とする高速度の撮像には適さないことが明らかとなった。固体撮像素子として代表的なものにはMOS形撮像素子とCCD固体撮像素子とがある。どちらも高速度の撮像に適しているが、高感度という点でCCD素子の方が優れている。CCDを使用した高速のテレビカメラは既に市販されているものもあるが、本研究に適するものが無いため、我々は現在入手可能なCCD素子のうち高感度のものを用いて撮像装置の製作を行った。CCD素子としては、テキサスインスツルメント社のTCK243を使用した。この素子はNTSC方式で使用され、通常の使用条件においては解像度は774×488であり、1秒間に30フレームの撮像が可能である。このCCDを用いて以下のような方法によって高速化をはかった。CCDに与える水平転送パルス、垂直転送パルス、サンプルホールドパルス、クランプパルスを発生させる制御部をTTLICを用いて製作した。

ただし、1秒間に30フレームの通常の使用条件においても水平転送パルスは素子の特性限界近くの高速条件下にあり、周波数をこれ以上上げて使用することは誤動作の恐れがあるためできない。そこで、解像度ある程度落として使用することによって高速化をはかった。この制御部からパルスをCCD素子に入力することにより解像度及び撮像速度を自由に変更することができる。固体表面上において、吸着過程、薄膜の形成過程の動的な研究を行うことができるように、高速で測定が可能な低速電子回折(LEED)装置の開発を行った。装置は、LEEDの光学系、回折強度の測定系、および制御、デ-タ処理系からなっている。光学系は手持ちのものを用い、測定系と制御処理系の開発を行った。LEEDの蛍光スクリ-ン上の発光強度が弱いために、イメ-ジ・インテンシファイア-を用いて光量の増幅を行い、この出力を電荷結合(CCD)素子により測定した。測定速度をあげるために、CCDの画面の一部しか走査を行わず、しかも、必要に応じてCCDのメモリ-部から水平転送CCDへの電荷転送を1度に複数行おこなえるようにし、出力する画像情報の量は速度に応じて減少させるようにしている。フレ-ムメモリ-の容量の制限から、基板上における全体的な原子的過程の把握ができ、長時間の記録が可能なNTSC画像信号を用いたシステムと、高速の現象を撮影するためのデジタル信号による処理を行うシステムの2通りのシステムを製作した。できる限り高速の測定を行えるように、CCDカメラからの出力は、直接フレ-ムメモリ-(8MB)(NTSC方式のときはビデオテ-プレコ-ダ)に取り込み、測定後に、バックグランドの除去、回折強度の算出、回折強度の電圧依存性(IV曲線)、回折点の広がり等の形状評価等を行うようにした。これにより、620フレ-ム/sの高速で測定、記録が可能となり、CCDの原発信周波数を約2倍まであげることにより、1000フレ-ム/s以上の測定も可能となった。また、測定制御用、デ-タの処理、解析用のソフトウエアの開発も併せて行った。完成したシステムを用いて高速現象の撮影を行い、充分な性能が得られたことを確認し、シリコン基板上におけるIn原子の吸着により出現する超構造の測定を行った。本システムにより、今後の表面上での薄膜形成等の動的過程の研究の進展が期待される。
キラルらせん構造を持つ電子導電性無機結晶を用いた不斉認識電極界面の設計

不斉認識は分子認識の究極的な位置を占めており、熱的・化学的、長期安定性に優れた不斉な反応場が容易に構築できれば、新しい分子認識界面として高選択性化学センサ作製、不斉電解合成など、様々な応用が期待できる。そこで、本研究では、安定で実用に耐える分子認識電極としてキラルらせん構造を有する光学活性無機結晶の電極としての適用を試み、電極・電解質界面に不斉な分子を認識する電気化学反応場を構築することを目的としている。光学活性SiO_2結晶を中圧液体クロマトグラフィーカラムの充填材として用い、DL-アミノ酸の光学分割を試みた。SiO_2結晶は空間群;P3_12もしくはP3_22に属し光学活性であり、キラルらせん構造をとり、らせんの向きの異なる右水晶もしくは左水晶が存在する。右水晶をプラズマ表面処理し、DL-アラニンを不斉認識対象分子として用いた場合、(S)-体の方がより強い相互作用を受けることが明らかとなった。一方、同様にプラズマ処理を行った左水晶を用いたところ、右水晶の場合と逆の選択性を持つことが確かめられた。キラルらせん構造をもつ光学活性SiO_2結晶を電極として適用するためには、支持電解質を含む系で不斉認識対象分子の一方の光学異性体を選択的に吸着する必要がある。前述の結果より、不斉認識を行うためには、結晶の表面に光学異性体が選択的に化学吸着する場としての水酸基を化学修飾する必要があることが明らかとなった。そこで、SiO_2結晶表面に水酸基が導入されると考えられるNaOHを支持電解質としたアルカリ性水溶液系での光学異性体の吸着能を検討した。DL-酒石酸の水酸化ナトリウム水溶液に、右水晶、左水晶を加え、溶液の旋光度を測定した。右水晶処理と左水晶処理により旋光度が発現し、しかもその符号が逆であることがわかる。これは右水晶表面にD-酒石酸が、また、左水晶表面にL-酒石酸が選択的に吸着していることを意味する。以上のように、キラルらせん構造をもつ無機結晶を用いて、支持電解質を含む水溶液系において不斉認識が可能であることを見出した。
アルコール摂取およびC型肝炎ウイルス・コア蛋白による脂肪肝・肝炎発生機序の解明

PPARα-ノックアウトマウスに4%アルコール含有液体食を6ヵ月間与えると、全ての個体が血中AST-ALTの上昇、肝肥大、脂肪肝、炎症、繊維化、アポトーシス、ミトコンドリア膨満を呈し、ヒトのアルコール性肝障害のモデルマウスとして極めて有用であることが確認された.肝炎発生機序を検索したところ、(1)アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスではアセトアルデヒド生成酵素であるアルコール脱水素酵素とチトクロームP4502E1が増加し、アセトアルデヒド分解酵素であるアルデヒド脱水素酵素が著しく減少した.明らかに、肝臓細胞内のアセトアルデヒド濃度が上昇して、細胞毒性が高まったものと判断された.(2)アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスではグルタチオンペルオキシダーゼ・CuZnSOD・カタラーゼ等が著しく減少することから、肝細胞内の酸化ストレスは増加し、細胞毒性が高まったものと判断された.(3)ミトコンドリア膨満による各種代謝障害が細胞維持機能を低下させたものと判断された.肝肥大の発生は、アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスにおける各種生長因子(HGFα・TGFα・TGFβ1)の発現増加および多分子種の細胞周期調節因子の発現増加に起因するものと判断された.また、TGFβ1の発現増加が繊維化の主因であると判断された.C型肝炎ウイルス・コア蛋白トランスジェニックマウスの肝臓因子を解析したところ、核内PPARαが増加し、かつ、中程度に活性化されていることが明らかになった.核内PPARαの活性化により、多種の発癌遺伝子産物および細胞周期調節因子の発現増加がおこり、かつ、正常的アポトーシスからの離脱がおこる.これにより、異常細胞が多中心的に出現し、加齢依存的に前癌細胞が形成されるという結論に到った.PPARα-ノックアウトマウスに4%アルコール含有液体食を6ヵ月間与えると、全ての個体が血中AST-ALTの上昇、肝肥大、脂肪肝、炎症、繊維化、アポトーシス、ミトコンドリア膨満を呈し、ヒトのアルコール性肝障害のモデルマウスとして極めて有用であることが確認された.肝炎発生機序を検索したところ、(1)アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスではアセトアルデヒド生成酵素であるアルコール脱水素酵素とチトクロームP4502E1が増加し、アセトアルデヒド分解酵素であるアルデヒド脱水素酵素が著しく減少した.明らかに、肝臓細胞内のアセトアルデヒド濃度が上昇して、細胞毒性が高まったものと判断された.(2)アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスではグルタチオンペルオキシダーゼ・CuZnSOD・カタラーゼ等が著しく減少することから、肝細胞内の酸化ストレスは増加し、細胞毒性が高まったものと判断された.(3)ミトコンドリア膨満による各種代謝障害が細胞維持機能を低下させたものと判断された.肝肥大の発生は、アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスにおける各種生長因子(HGFα・TGFα・TGFβ1)の発現増加および多分子種の細胞周期調節因子の発現増加に起因するものと判断された.また、TGFβ1の発現増加が繊維化の主因であると判断された.C型肝炎ウイルス・コア蛋白トランスジェニックマウスの肝臓因子を解析したところ、核内PPARαが増加し、かつ、中程度に活性化されていることが明らかになった.核内PPARαの活性化により、多種の発癌遺伝子産物および細胞周期調節因子の発現増加がおこり、かつ、正常的アポトーシスからの離脱がおこる.これにより、異常細胞が多中心的に出現し、加齢依存的に前癌細胞が形成されるという結論に到った.PPARα-ノックアウトマウスに4%アルコール含有液体食を6ヶ月間与えると、全ての個体が血中AST・ALTの上昇、肝肥大、脂肪肝、炎症、繊維化、アポトーシス、ミトコンドリア膨満を呈し、ヒトのアルコール性肝障害のモデルマウスとして極めて有用であることが確認された。肝炎発生機序を検索したところ、(1)アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスではアセトアルデヒド生成酵素であるアルコール脱水素酵素とチトクロームP4502E1が増加し、アセトアルデヒド分解酵素であるアルデヒド脱水素酵素、特に、高親和性アルデヒド脱水素酵素が著しく減少した。明らかに、肝臓細胞内のアセトアルデヒド濃度が上昇して、細胞毒性が高まったものと判断された。(2)グルタチオン-S-トランスフェラーゼは2倍程度に上昇するが、グルタチオンペルオキシダーゼ・CuZnSOD・カタラーゼが著しく減少することから肝臓細胞内の酸化ストレスは増加し、細胞毒性が高まったものと判断された。(3)ミトコンドリア膨満による各種代謝障害が細胞維持機能を低下させたものと判断された。肝肥大、繊維化、アポトーシスの発生機序は現在解析中である。C型肝炎ウイルス・コア蛋白トランスジェニックマウスの肝臓蛋白を解析したところ、4種のペルオキシソームβ酸化酵素やチトクロームP4504A1が増加しており、PPARαが少し活性化されていることが示唆された。この活性化に関する因子とC型肝炎ウイルス・コア蛋白の関連を現在解析中である。PPARα-ノックアウトマウスに4%アルコール含有液体食を6ヶ月間与えると、全ての固体が血中AST・ALTの上昇、肝肥大、脂肪肝、炎症、繊維化、アポトーシス、ミトコンドリア膨満を呈し、ヒトのアルコール性肝障害のモデルマウスとして極めて有用であることが確認された.肝炎発生機序を検索したところ、(1)アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスではアセトアルデヒド生成酵素であるアルコール脱水素酵素とチトクロームP4502

E1が増加し、アセトアルデヒド分解酵素であるアルデヒド脱水素酵素が著しく減少した.明らかに、肝臓細胞内のアセトアルデヒド濃度が上昇して、細胞毒性が高まったものと判断された.(2)アルコール投与したPPARα-ノックアウトマウスではグルタチオンペルオキシダーゼ・CuZnSOD・カタラーゼ等が著しく減少することから、肝細胞内の酸化ストレスは増加し、細胞毒性が高まったものと判断された.(3)ミトコンドリア膨満による各種代謝障害が細胞維持機能を低下させたものと判断された.肝肥大の発生は、アルコールを投与したPPARα-ノックアウトマウスにおける各種生長因子(HGFα・TGFα・TGFβ1)の発現増加および多分子種の細胞周期調節因子の発現増加に起因するものと判断された.また、TGFβ1の発現増加が繊維化の主因であると判断された.C型肝炎ウイルス・コア蛋白トランスジェニックマウスの肝臓因子を解析したところ、核内PPARαが増加し、かつ、中程度に活性化されていることが明らかになった.核内PPARαの活性化により、多種の発癌遺伝子産物および細胞周期調節因子の発現増加がおこり、かつ、正常的アポトーシスからの離脱が起こる.これにより、異常細胞が多中心的に発現し、加齢依存的に前癌細胞が形成されるという結論に至った.
ATLAS実験における湯川結合定数測定、及びSUSY粒子探索

欧州原子核研究機構(CERN)にて行われている陽子-陽子衝突実験の一つであるATLAS実験に於いて、to pquark対生成事象の生成断面積の測定を行った。この測定は本研究課題を行う上で極めて重要な役割を果たすb-quark同定の効率を測定する為に重要な役割を果たすtopquarkの理解を深める事にある。測定に用いた終状態はto pquarkからの崩壊粒子であるW bosonがどちらもleptonに崩壊する事象である。つまり、最終的に終状態にはtop quarkからの直接の崩壊粒子であるb-quarkが二つと、二つの荷電レプトン、二つのニュートリノが存在する。実験的に検出しやすい荷電レプトンを二つ要求することにより、この事象に対する背景事象を効率よく抑えることが出来る。また、本解析では終状態に存在するb-quarkを同定する。これにより更に背景事象を抑え、高い信号対背景事象比を達成することにより高精度の測定を目指すものである。前年度には2010年に取得された陽子-陽子衝突の全データである35pb^<-1>のデータを用いて上記の解析を行った。しかし、この測定では精度が統計誤差によってほぼ決まっていた。その為、今年度は前年度を大幅に超えるデータ量が必要であった。実際には2011年4月から6月までに取得された700pb^<-1>のデータを解析に用いた。これによって、統計誤差がほぼ無視出来るデータ量を用いることになる。最終的な測定精度を上げるため、系統誤差を抑える研究を行い最終的に±9%程度の測定精度を達成した。これは、この終状態を用いた解析における最高精度の結果である。本研究は欧州原子核研究機構(CERN)に建設された大型陽子-陽子衝突型加速器(LHC)を用いて行われるATLAS実験に於いて、終状態にb-quarkを含むHiggs粒子を探索する実験的研究である。本年度は実験開始年に当たる年であり、実際にLHCが2009年11月に稼働し始めATLAS実験が開始された。実験開始前の時期にはATLAS検出器の試運転として、検出器の一つであるSemiConductor Tracker(SCT)の運転、較正に携わった。SCTは荷電粒子飛跡検出器の一つであり、これを設計通りの性能で動作させる事が本研究に非常に重要である。なぜなら、この性能がb-quark同定に大きく関わってくる為である。具体的な研究としては、SCTの性能を監視するシステムの開発を行った。この監視システムはATLAS実験で共通に使われているDatabaseを上手く利用する。SCTの運転を行う上で興味深いデータをDatabaseにアップロードするシステムを完成させ、そのDatabaseに簡単にアクセス出来るブラウザを開発した。これにより、SCTの運転に関わる全ての人が即座に取得したデータを見る事が出来る環境が整った。実際に実験が開始された11月以降にこのシステムを利用し、SCTの運転にフィードバックを掛ける事ができ、実験最初期の検出器のスムーズな運転に貢献出来た。また、このシステムはSCTの性能の長期監視も視野に入れている。今後10年近く続くATLAS実験に於いて、SCTの性能の長期変化を見る事が可能である。質のよいデータを長期取得する為、今後もこのシステムを用いて、本研究を行うに足る質のよいデータの取得を目指していく予定である。2010年3月末に重心系エネルギー7TeVでの陽子-陽子の衝突データの取得がLHC-ATLAS実験に於いて開始され、新物理の探索や標準模型の検証に向けてデータの蓄積を開始した。本年度はその実験初期の衝突データを用い、トップクォークの対生成断面積の測定を行った。トップクォークは生成後、即座にほぼ100%の確率でボトムクォークとWボソンに崩壊すると考えられている。その為、良いボトムクォークの供給源になり、本研究課題の遂行に於いて重要な役割を占めるボトムクォーク同定アルゴリズム(b-tagging)の性能の理解に重要となる。また、トップクォークは比較的実験初期に利用可能な粒子である、新物理探索時には主な背景事象になる等の理由から、その生成過程を理解することは重要な課題である。生成断面積測定には終状態に荷電レプトンを二つ含むモードを用いた。荷電レプトンは実験的には同定しやすい粒子であるため、元々信号対背景事象比(SN比)が良い。本研究では事象選別にb-taggingを用いることでSN比を更に高め、測定精度を上げることを考えた。また、実験初期に於けるb-taggingの性能を確認する意味でもb-taggingを用いることに意味があった。実際に測定するにあたり、b-tagging有り、無しの2通りの方法で測定を行った。b-taggingを用いることにより統計誤差の面では不利であるが、系統誤差を抑えることが出来るため測定精度はほぼ同等であった。このことは実験初期に於いてb-taggingが十分に有用であることを示すに足る結果であると考えている。また、この研究の過程でb-taggingアルゴリズムの理解が進んだため、研究課題遂行に向けて着実に準備が整っていると考えている。

測定に用いた終状態はto pquarkからの崩壊粒子であるW bosonがどちらもleptonに崩壊する事象である。つまり、最終的に終状態にはtop quarkからの直接の崩壊粒子であるb-quarkが二つと、二つの荷電レプトン、二つのニュートリノが存在する。実験的に検出しやすい荷電レプトンを二つ要求することにより、この事象に対する背景事象を効率よく抑えることが出来る。また、本解析では終状態に存在するb-quarkを同定する。これにより更に背景事象を抑え、高い信号対背景事象比を達成することにより高精度の測定を目指すものである。前年度には2010年に取得された陽子-陽子衝突の全データである35pb^<-1>のデータを用いて上記の解析を行った。しかし、この測定では精度が統計誤差によってほぼ決まっていた。その為、今年度は前年度を大幅に超えるデータ量が必要であった。実際には2011年4月から6月までに取得された700pb^<-1>のデータを解析に用いた。これによって、統計誤差がほぼ無視出来るデータ量を用いることになる。最終的な測定精度を上げるため、系統誤差を抑える研究を行い最終的に±9%程度の測定精度を達成した。これは、この終状態を用いた解析における最高精度の結果である。
コーパスを利用したドイツ語学習者用オンライン日独表現データベース(音声付)の作成

2年間の研究を通し、以下のような機能を持つ、14000個のドイツ語例文とその日本語訳を含むオンライン型独日例文データベースDJPDを作成し、公開した。(http://home.hiroshima-u.ac.jp/katsuiwa)これは、初級から中級レベルの学習者を対象とした独日表現データベースを表現辞書としてインターネット上で閲覧・検索可能にすることによって、ドイツ語の作文・発話能力の向上に役立てられるようにしたもので、すでに、多くの大学で利用されている。なお、DJPDを利用した授業研究等の事例については各種学会・研究会等で報告するとともに、論文を紀要・学会誌等に発表した。DJPDの例文検索機能としては、ドイツ語あるいは日本語の単語および単語群を利用した例文検索、ワイルドカード検索、OR検索、AND検索、特定のキーワードを除外できる除外検索等を実現した。検索結果を利用した授業用のワークシート作成機能としては、検索結果のソート、余分な例文の削除、印刷用の整形等の機能を実現し、Word/Exel等のワープロソフトや表計算ソフトを使った2次利用もカット&ペースで簡単に行えるようにした。メンテナンス機能としては、データベースに含まれる語彙リスト(アルファベット順・頻度順)を作成できるようにするとともに、パスワードを設定した教員専用のサイトをつくることでネット経由でのデータの登録・改変・削除などができるようにし、離れた場所にいる複数の教員のコラボレーションによるデータベースの共同管理を可能にした。なお、本ドイツ語例文データベースDJPDは、Unix上で動くWebサーバのApache上にSQLデータベースを作り、スクリプト言語はPHPを利用したが、データベース構築の際には、広島大学助手外国語教育研究センター助手庄司文由氏の協力も得た。本研究の目的は、初級からの中級レベルの学習者を対象とした独日表現データベースを作成し、これを表現辞書としてインターネット上で閲覧・検索可能にすることによって、ドイツ語の(作文・発話)能力の向上を支援することである。現在、ドイツ語例文コンテンツの作成と検索用データベースの設計・構築という2つの作業を並行して行っているが、計画の初年度において実現したのは以下の点である。ドイツ語例文コンテンツの作成まず、2001年に欧州評議会が作成したCommon European Framework of Reference for Languagesにおける「自律的学習レベル」までの語彙を中心に、動詞約700語、形容詞約450語、名詞約2400語を選定した。それをもとに、現在、ドイツ語ネイティブの協力も得て、ドイツ語例文約4000個と対応する日本語訳例約1200個を作成し、検討中である。データベースの設計と構築データベースの構築に関しては、庄司文由氏(広島大学助手)の協力も得ながら、作成している。システム構成としては、Unix上で動くWebサーバのApache上にSQLデータベースを作り、検索プログラムはスクリプト言語のPHPで書いている。現在、独日両言語の同一画面上での表記とデータ入力に対応したインターフェースを開発するとともに、検索語の形態論的変化や複数キーワード検索にも対応できる柔軟な検索方式を開発し、そのひな型を以下のURLで実験・運用中である。今後の課題は,コンテンツ作成面では、例文数を1万個程度に増やしていくこと、また、データベース構築の面では、検索オプション機能の高度化と学習者用インターフェースの改善およびWWW上でのデータ編集機能の実現である。本研究の目的は、初級から中級レベルの学習者を対象とした独日表現データベースを作成し、これを表現辞書としてインターネット上で閲覧・検索可能にすることによって、ドイツ語の(作文・発話)能力の向上を支援することであった。2年間の研究で以下のような機能を持つ、14000個のドイツ語例文とその日本語訳を含むオンライン型独日例文データベースDJPDを作成し、公開した。(http://www.vu.hiroshima-u.ac.jp/deutsch)

また、それを実際に利用した授業研究等の事例についても各種学会・研究会等で報告するとともに、論文を紀要・学会誌等に発表した。<ドイツ語例文コンテンツの作成><データベースの設計と構築>データベースの構築においては、庄司文由氏(広島大学助手)の協力も得、Unix上で動くWebサーバのApache上にSQLデータベースを作り、スクリプト言語はPHPを利用した。検索機能としては、ドイツ語あるいは日本語の単語および単語群を利用した例文検索、ワイルドカード検索、OR検索、AND検索、特定のキーワードを除外できる除外検索等を実現した。検索結果を利用した授業用のワークシート作成機能としては、検索結果のソート、余分な例文の削除、印刷用の整形等の機能を実現し、Word/Exel等のワープロソフトや表計算ソフトを使った2次利用もカット&ペースで簡単に行えるようにした。メンテナンス機能としては、データベースに含まれる語彙リスト(アルファベット順・頻度順)を作成できるようにするとともに、パスワードを設定した教員専用のサイトをつくることでネット経由でのデータの登録・改変・削除などができるようにし、離れた場所にいる複数の教員のコラボレーションによるデータベースの共同管理システムを実現した。
助け合う次世代IoTシステムの実践教育プログラムの開発

IoT実験教材システムは,センサー,FPGA通信・演算ボード,実験室サーバーシステムで構成されている.IoTの段階を4つに分類し(見える化,制御,最適化,自律化),各段階で,独創的かつ実践的なプログラムを用意し,アクティブラーニングにより実験させる.協調・分散システムを効率よく開発させるために,協調・分散用通信機能を装備したFPGA組込ボードおよび協調・分散に特化した通信ライブラリを開発する.この通信ライブラリは並列処理に使われるライブラリをもとにIoT通信用に特化したライブラリを作成し,ライブラリを使って簡単にIoTシステムを開発できる.このような協調・分散に特化した教育教材を作成する.IoT実験教材システムは,センサー,FPGA通信・演算ボード,実験室サーバーシステムで構成されている.IoTの段階を4つに分類し(見える化,制御,最適化,自律化),各段階で,独創的かつ実践的なプログラムを用意し,アクティブラーニングにより実験させる.協調・分散システムを効率よく開発させるために,協調・分散用通信機能を装備したFPGA組込ボードおよび協調・分散に特化した通信ライブラリを開発する.この通信ライブラリは並列処理に使われるライブラリをもとにIoT通信用に特化したライブラリを作成し,ライブラリを使って簡単にIoTシステムを開発できる.このような協調・分散に特化した教育教材を作成する.
科学システムの作動に関する研究

本研究のテーマは、科学システムの作動を解明していくことである。本年度は、科学システムの基本的作動に関する歴史研究を主たる課題とした。具体的には、正当化形式の歴史的変化を、理論的枠組の形成・西洋の事例・日本の事例の三方向から扱った。理論的枠組を形成するため、社会学理論と科学史・美術史研究の架橋を行った。正当化形式の変化は、社会学理論の範疇で言えば、ウェーバーの正統化論(支配の諸類型)やギデンズの再帰的近代化論に近接している。そこでは、「カリスマ・伝統的支配から合法的支配へ」とか「知恵から専門知識へ」という変化の図式が示される。一方、科学史・美術史における18世紀の研究は、実験の信頼性をめぐる変遷を扱っている。以上の社会学理論と科学史・美術史研究とは関連性を持たないが、ともに「観察者への信頼性」が問題化したことを示唆している。西洋の事例としては、「証言」という考え方の歴史を扱った。特に、19世紀末20世紀初頭の心霊現象研究を対象とした。19世紀半ば以降、テーブルターニング・心霊写真・自動筆記等の心霊現象が流行した。それは単なる民間信仰に留まらず、著名な哲学者や科学者が実際に研究した。しかし、学術界全体がそうした研究に同調したわけではない。心霊現象研究をめぐっては賛否が分かれ、「科学性」が鋭く問われた。その過程で、「証言」の証拠性をめぐる議論が生じており、「観察者への信頼性」の問題に幾つかの解答が与えられた様子を見て取れる。日本の事例としては、「科学的精神」という考え方の歴史を扱った。それは、1920年代から50年代頃までの科学思想に散見される考え方であり、科学の背後に精神性を見出すことが根本的発想である。論者としては、小倉金之助・石原純・戸坂潤・橋田邦彦などを挙げることができる。一連の議論には、「観察者への信頼性」に関する日本固有の問題化と解答を見て取れる。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定としては、科学システムの古典的な研究を参照し、再考することを課題とした。具体的には、(1) T.ギアリンの「境界画定作業」論の再考と、(2) R. K.マートンの「科学者のエートス」論における「組織的懐疑」概念の再検討である。(1)について:ギアリンの「境界画定作業」論は、科学の定義に関して、「科学とは『科学』と呼ばれるものである」とする構築主義的な立場を採る議論である。これは、「科学とは反証可能性を持つものだ」というような内在的(本質主義的)な立場を採る議論に対するアンチテーゼである。本年度は、これら2つの立場がどちらも半分正しく半分間違っているものであることを示し、両者をより精緻な形で統合していく道筋を示した。こうした立場を明示的に打ち出すのは新しい立場であり、意義を有する。(2)について:マートンの「組織的懐疑」概念は、科学者の持つ「あらゆる主張をまずは疑ってみる」という性質を概念化したものである。本年度は、ハーバーマスとルーマンの議論を参照し、この議論を再考するための道筋をつけた。科学システムは「真/偽」(真理性)の判定という営みからなる。しかし、科学システムの外(例えば日常生活)では、「真/偽」(真理性)だけでなく「本当/嘘」(誠実性)の判定の営みも行われる。そのため、「懐疑」といっても「偽(間違い)である可能性」と「嘘である可能性」の2つで中身が変わってくる。マートンはこうした基礎的な事情を論じておらず、科学の特性が本当のところどこにあるのかを明示しているとは言い難い。以上の基礎的事情を出発点とすることで、再考の余地が生まれることがわかった。なお、この論点は、昨今しばしば採り上げられる、剰窃・捏造などの科学の信頼をめぐる問題を考える上でも重要な意義を持つ。

心霊現象研究をめぐっては賛否が分かれ、「科学性」が鋭く問われた。その過程で、「証言」の証拠性をめぐる議論が生じており、「観察者への信頼性」の問題に幾つかの解答が与えられた様子を見て取れる。日本の事例としては、「科学的精神」という考え方の歴史を扱った。それは、1920年代から50年代頃までの科学思想に散見される考え方であり、科学の背後に精神性を見出すことが根本的発想である。論者としては、小倉金之助・石原純・戸坂潤・橋田邦彦などを挙げることができる。一連の議論には、「観察者への信頼性」に関する日本固有の問題化と解答を見て取れる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度に関しては、当初予定していた論点を十分考察し、また結論を出すことができている。ただし、パブリックな媒体への発表はまだ出来ていない部分も残っている。そこまで達成できれば「計画以上」と言いうる達成度になったと思われる。これまでの研究において、研究目的の基礎理論的な部分は達成していると思われる。したがって、今後はより具体的な事例を扱った実証研究に重心を移していくことになる。具体的な事例の分析に関しては、基礎理論的な部分に比して、研究計画通りに進まない可能性が高まると予想される。したがって、対応策は次のようなものになる。本研究では、実証研究で扱う予定の事例の候補が複数ある。そのため、複数の候補を一定期間は平行的に検討しておき、その後、成果につながる見込みの高い候補を選択して、集中的に検討する。
数学・理科の教師教育プログラムの開発に関する実証的研究

この研究は、国立教育研究所科学教育研究センターの全員が研究分担者となり、数学・理科の教師教育の在り方や望ましい指導方法などを大学、各県教育センター、学校現場などで実地研究調査を重ねてきた。本年度はそのまとめの年にあたり、これまでの研究成果を踏まえて、研究の集約を行った。その過程で、各県の教育センターの理科教育の現状と今後の研修の在り方についての会合を持ち、それらから得られる課題を言及し今後のあるべき方向を示唆すること、各県センターおよび大学教官が行っている教員研修・養成講座をまとめ、その傾向を探ることなどが話題にされた。また、教員研修としての野外学習の在り方など多岐にわたる研究、さらに児童・生徒の教科に対する意識を調査分析し、それらを報告書にまとめた。それらの成果は、以下の報告書に掲載されている。これらは、数学・理科教育の健全な発展のための基礎資料となるものと期待している。1、「数学・理科の教員研修の現状と改善」2、「教科に関する児童・生徒の意識」3、「数学・理科の教師教育の開発に関する研究」この研究は、国立教育研究所科学教育研究センターの全員が研究分担者となり、数学・理科の教師教育の在り方や望ましい指導方法などを大学、各県教育センター、学校現場などで実地研究調査を重ねてきた。1、「数学・理科の教員研修の現状と改善」2、「教科に関する児童・生徒の意識」3、「数学・理科の教師教育の開発に関する研究」今年度は、教員養成系の大学の数学科や理科の教育内容に焦点をあて、その実態を大学教官や各都道府県立の教育センターなどの指導主事に質問紙(アンケート)を配付し、中学校教員の数学教育や理科教育の履修(研修)の実態と将来の展望等に関する質問紙調査を実施した。具体的には、教員養成の過程で重要視される事柄、理科実験の重要性、数学教育とコンピュータの関連性、教師として必要な資質、数学、理科嫌いの原因と対策、理想的な数学、理科のカリキュラムについてのビジョン、現職教育、21世紀に生きる一般社会人として必要な数学的、理科的資質等に関する項目で調査した。調査は、平成6年2月3月中に行われ、国立教育系大学の教官の中から、数学教育法担当者108名、理科教育法担当者132名に回答を依頼し、それぞれ72名、91名の回答が得られた。また、すべての県教育センターからは、数学70名、理科211名の回答が寄せられた。それらの結果は現在分析中である。また、新しい学習指導要領改訂に伴って、新しい内容や指導方の導入、理振法設備基準の改訂などが行われている。この新基準で導入された器具の活用、実験・実習の方法を開発するために、ビデオルーペ、気象衛生画像受信装置等を購入し、新しい教師教育用プログラムの開発に取り組んでいる。昨年度は、教員養成系の大学の数学科や理科の教育内容に焦点をあて、その実態を大学教官や各都道府県立の教育センターなどの指導主事に質問紙(アンケート)を配付し、中学校教員の数学教育や理科教育の覆修(研修)の実態と将来の展望等に関する質問紙調査を実施した。調査は、平成6年2月4月中に行われ、国立教育系大学の教官の中から、数学教育法担当者、理科教育法担当者に回答を依頼し、それぞれ72名、91名の回答が得られた。今年度は、それらの結果を分析すると共に、分析結果の一部を各回答者に提示して、それらの結果についての感想と、このプロジェクト研究に期待される成果などについての意見を求めた。年度末には、「数学・理科の教師教育に関する基礎研究」報告書を刊行した。この新基準で導入された器具の活用、実験・実習の方法を開発するために、ビデオル-ペ、気象衛生画像受信装置等やコンピュータ・ソフトを活用して、新しい数学・理科教師教育用プログラムの開発に取り組んでいる。これまでは、我が国の教員養成系大学等で数学教育法または理科教育法に携わっている教官および教育センター(都道府県、政令都市立)等で数学または理科の現職教育を担当されている方々を調査対象として、教員養成に対する考え方や意見を質問紙調査で行い、その結果を『数学・理科の教師教育プログラムの開発に関する実証的研究-「数学・理科の教師教育に関する基礎調査」報告(資料)-』資料としてまとめ、平成7年3月に刊行した。今年度は、数学科や理科の教師教育とその指導内容等に焦点をあて、教員養成系大学として充実している3大学(東京学芸大学、上越教育大学、広島大学)教育学部数学・理科教育法を担当している教官に面接して、その実態を訪問調査した。また、小・中学校の算数・数学科や理科の授業に焦点を当て、事前の調査においてそれらの教科が好きと答えた児童・生徒の割合が多い6校12

学級を対象にして実際の授業(1校時分)をビデオに撮り、ベテラン教師や指導者による授業観察分析を通して、「児童・生徒が算数・数学や理科が好きになるような授業とは何か」を追及しようと試みた。これらの試みは、斬新なものであり、今後の改良、発展により、質的な面からの授業分析の方法を確立できるのではないかと期待される。その成果を「算数・数学、理科授業の分析研究」として、3月に中間報告書を刊行した。この研究は、国立教育研究所科学教育研究センターの全員が研究分担者となり、数学・理科の教師教育の在り方や望ましい指導方法などを大学、各県教育センター、学校現場などで実地研究調査を重ねてきた。本年度はそのまとめの年にあたり、これまでの研究成果を踏まえて、研究の集約を行った。その過程で、各県の教育センターの理科教育の現状と今後の研修の在り方についての会合を持ち、それらから得られる課題を言及し今後のあるべき方向を示唆すること、各県センターおよび大学教官が行っている教員研修・養成講座をまとめ、その傾向を探ることなどが話題にされた。また、教員研修としての野外学習の在り方など多岐にわたる研究、さらに児童・生徒の教科に対する意識を調査分析し、それらを報告書にまとめた。それらの成果は、以下の報告書に掲載されている。これらは、数学・理科教育の健全な発展のための基礎資料となるものと期待している。1、「数学/理科の教員研修の現状と改善」2、「教科に関する児童・生徒の意識」3、「数学・理科の教師教育の開発に関する研究」
分子に内在するスピンと注入スピンとの相互作用

初年度には分子中に孤立スピンを内包し、さらにそのスピン状態がフェルミ準位近傍にあるCuPc分子を用いたナノコンポジットスピン素子(CuPc分子膜中にCoナノ粒子が均一に分散された)を作製してその磁気抵抗効果の発現を確認したが、2年目の本年度は磁気抵抗効果発現の起源、及びCuPc分子の孤立スピンと伝導電子スピンその相互作用について詳細に検討を行った。磁気抵抗効果はCo粒子を介した高次のco-tunnelingスピン伝導によって引き起こされることが解明された一方、CuPcの孤立スピンと伝導スピンには顕著な(近藤効果的な)スピン=スピン相互作用は存在しないことがESR測定、微分コンダクタンス測定から明らかとなった。さらに詳細なESR信号の解析から、Co粒子の出す局所磁場によってCuPcの孤立スピンは大きく変調されることで新たなスピン状態を形成していること、そのためにスピン=スピン相互作用が発現しないことを明らかにした。本研究課題の目的は分子に局在するスピンと伝導キャリア(スピン)との相互作用を生じさせ、それによって互いのスピン位相の制御を行うことで将来的には分子系における良好なスピンコヒーレンスを利用した上でその系における単一スピン位相の制御を可能とさせる突破口を拓くことにある。2008年度は主に銅フタロシアニン(CuPc)をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタ(FET)を用いたFET-ESR測定と、CuPcとコバルト(Co)を共蒸着によって作製したナノコンポジット素子の電流注入下におけるさまざまな測定から、CuPcのCuサイトに局在する孤立スピンと伝導スピンとの相互作用を観測することを目指した。まず、FET-ESRのほうは電界誘起されるキャリア数とCuPcの局在スピン数の間の乖離(最大で4桁から5桁)を解消しきれず、電界誘起されるキャリアによる局在スピンの、ないしはその逆プロセスを観測するに至っていない。電流注入下における測定では、まずCuPc-Co系において低温で12%程度の磁気抵抗効果を観測した。Co粒子の粒径や伝導度から判断すると、他の分子を用いた場合よりも磁気抵抗比が小さくなっており、伝導度の温度依存性などから伝導スピンと局在スピンとの相互作用(スピンフリップ)が磁気抵抗比を下げている可能性が示唆された。その知見を元にESR評価を行い、CuPc単体のスペクトルと、CuPc:Co=3:1,10:1と組成を変えた構造のスペクトルが材料の組成比に応じて変化するところまで観測に成功している。これがCuPcの構造変化によるものなのか、CuPcとCoの間の電荷移動によるものなのかはまだ明らかではないので次年度にはこの点をクリアにしたい。さらに非弾性トンネル分光も行うことでスピンブリッププロセスと近藤状態の存在を証明する予定である。
新規イオンバリヤー荷電膜を用いた浸透圧発電システムの開発

本研究では優れたFO特性を有するイオンバリヤー(IB)荷電膜の開発を目的とした。まずこの膜のFO性能評価を行うため、FO/PROシステム用の平膜評価装置を作製し、評価方法の確立を行った。次に作製したIB荷電膜のFO性能評価を行った結果、この膜は市販FO膜よりも高いイオンバリアー性、高い水選択透過を有した。この結果より、IB荷電膜を用いたPROシステムは高い浸透圧発電特性を有することが期待できる。本研究の目的は海水と淡水間の濃度差エネルギーを利用した環境にやさしい浸透圧発電と、そのシステムを実用化するためのイオンバリヤー性荷電膜の作製である。本年度では浸透圧発電の実用化に不可欠な高イオンバリヤー性と高水透過性を有する膜作製条件の検討を行う。イオンバリヤー性荷電膜を作製するために、まず親水性高分子であるポリビニルアルコール(PVA)と高分子カチオンであるPoly(diallyldimethylammoniumchloride)を所定の割合でブレンドした溶液を加熱溶解後、アクリル板上にキャストして原膜を作製した。この原膜を所定条件で30分間熱処理した後、グルタルアルデヒドによる化学的架橋を行い、膨潤平衡に達するまで脱イオン水に浸漬させることでPVA系イオンバリヤー性荷電(PVA-IB)膜を得た。作製したPVA-IB膜、及び比較のために市販ナノ濾過(NF)膜、正浸透(FO)膜における正浸透性能を評価するためにNaCl溶液、スクロース溶液を高浸透圧溶液とした浸透圧駆動系における水透過係数及び塩透過係数を測定した。PVA-IB膜の水流束はNaCl溶液が高浸透圧溶液の場合、市販NF膜の約2倍となり、また市販FO膜の約1/4倍の値を示した。またスクロース溶液では市販FO膜の約4倍高い値を示した。PVA-IB膜が特に高粘度のスクロース溶液において市販FO膜よりも非常に高い水透過性を示した原因としてPVA-IB膜は内部濃度分極の影響が少ないのに対して市販FO膜は内部濃度分極により実効浸透圧差が減少して水透過性が低下したことが考えられる。浸透圧発電においては圧力を加えた状態において膜両側での浸透圧差を駆動力として水の移動を生じさせる。この場合も内部濃度分極が小さいことが求められるためPVA-IB膜は浸透圧発電用の膜としても高い水透過性が得られることが期待出来る。本年度の研究では、PROにおける膜性能を評価するためのPRO膜モジュールを製作し、市販膜および作製した膜の性能評価を行い、PROに適した膜特性の検討を行うこどでPRO用の新規性浸透膜に求められる性能の見積もりを行った。耐圧性の膜評価セルより膜モジュールを製作し、駆動溶液(DS)に種々の濃度のNaCl溶液、供給溶液(FS)に脱イオン水を通液し、時間変化に伴うDSの重量変化を電子天秤で秤量することで水流束Jwを算出した。出力密度はJwとDS/FS間の印加圧力差△Pの積で算出した。正浸透膜は市販のFO-1,FO-2膜および作製した膜を用いて測定した。本研究で作製した膜モジュールは4MPaまでの△Pで測定でき、既報の研究(1MPa程度)より広い圧力範囲での測定を可能とした。これはより浸透圧差の高いDSを用いた評価ができることを示す。いずれの膜もJwは△Pの増加に伴い減少した。これは〓Pの増加に伴い両溶液間の浸透圧差が減少するためである。Jw=0における〓Pの値が実効浸透圧差を示し、FO-1では2.0MPa、FO-2では2.7MPaであった。実験に使用した模擬海水(0.6mol/dm3 NaCl)の理論浸透圧差はVan't Hoff式から2.97MPaと算出され、実効浸透圧差はいずれも理論浸透圧差より低い値を示した。これは支持層内部でおこる内部濃度分極により実効浸透圧差が減少したためと考えられる。さらに出力密度は実効浸透圧差の半分の△Pにおいて最大値を示した。これは理論計算における結果と一致しており、作製した膜モジュールがPROにおける膜評価に使用可能であることを示す。また、得られた結果より膜の水透過性係数A値、塩透過性係数B値、内部濃度分極の指標である構造因子S値が算出できた。これらは膜のPROにおける性能評価を行う指標となる値として利用できる。本研究では優れたFO特性を有するイオンバリヤー(IB)荷電膜の研究開発を行った。まずこの膜の性能評価を行うため、FO/PROシステム用の平膜評価装置を設計・作製した。この装置によるPRO性能評価の妥当性を確認するために市販膜(HTI社製) FO-1、FO-2を用いて種々の濃度のNaCl水溶液における水流束(Jw)と印加圧力差(⊿P)との関係を測定した。その結果、⊿Pの増加に伴いJwは減少した。これは⊿Pの増加に伴い、駆動力である浸透圧差が減少したためである。

Jw=0における⊿Pとして得られる実効浸透圧差ΔP(eff)は0.6 mol/dm3 NaCl水溶液の理論浸透圧差より低い値となった。これは支持層内部でおこる膜内濃度分極(ICP)によりΔP(eff)が減少したためである。また、種々の濃度のNaCl水溶液を用いた浸透圧発電における出力密度(PD)と⊿Pとの関係においては、FO-1、FO-2共に⊿Pの増加に伴いPDが増加し、ΔP(eff)の1/2の値で最大値をとることが確認された。これは理論計算で得られた結果と一致した。この結果から本研究で開発したFO/PROシステム用平膜評価装置の妥当性が確認出来た。次に作製したIB荷電膜のFO性能評価を行った結果、本研究で作製したIB荷電膜は市販されているFO-1と比較して、約1.5倍の水透過性能を示した。これは、IB荷電膜は非荷電膜である市販膜よりも荷電基を導入したことにより、イオンバリアー性が向上し、水がより選択的に透過したためであると考えられる。このことから、本研究で作製したIB荷電膜は、高イオンバリアー性・水透過性を有していることが示唆された。今後は、IB荷電膜のPROにおける発電特性評価を行うことで、PROシステムへの応用、及び海水やかん水の淡水化、超純水製造、硬水の軟水化、家庭用浄水器などへの応用が期待できる。PRO性能評価に用いる膜モジュールの製作およびその性能評価法の確立は当初予定通り進行している。測定は4MPaまでの印加圧力差においても測定可能であり、得られたデータは予想された理論値とよく一致した。以上の点より、研究計画はおおむね順調に進展していると判断した。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度に引き続き、市販膜および自作のイオンバリヤー(IB)荷電膜による性能評価を行い、PRO用の膜に求められる性能の見積もりおよび目標を達成したポリビニルアルコール系IB荷電膜の作製を検討する。また、膜汚染や濃度分極による影響評価および長期連続試験を検討する。さらに得られた結果を基にシミュレーションを構築し、他の発電方法との比較を通して浸透圧発電の優位性の検証を行う。
光照射下でのメタロシリケートゼオライトの新規な創製とその光触媒としての応用展開

我々は、紫外光照射下で、室温かつ短時間でTi、V、Mo、Crなどの遷移金属イオンを含有したメソ多孔質シリカの新規合成を成功している。また、VとTiを同時に組み込んだV-Ti-MCM-41メソポーラスモレキュラーシープ光触媒は、V-MCM-41よりもプロパンの光触媒部分酸化反応の活性とアセトンの選択性が高いことを見いだしている。そこで、MoとTi酸化物種を含有する多孔質シリカを合成し、それらを光触媒とするプロパンの部分酸化反応を行い、MoとTiイオンの複合化効果について検討した。含浸法でTiを担持したTi/Mo-McM-41光触媒は、Mo-McM-41よりもアセトン生成の収量と選択性が高いことを見いだした。反応の径時変化と酸素による発光の消光測定の結果、Ti/Mo-McM-41はMo-McM-41に比べ、励起状態のMo酸化物種のO_2との相互作用が弱く、部分酸化生成物であるアセトンやプロピレンのCO_2への完全酸化が進行しにくいことがその原因であることを明らかにした。また、異なった合成法を用いてV-MCM-41を調製し、それらを光触媒とするメタンの部分酸化反応について検討するとともに、各種の分光法により触媒活性点の局所構造を解析し、局所構造と光触媒反応活性および選択性との関連性を解明した。O_2を酸化剤として用いた場合、メタンのCO_2への完全酸化反応が進行するのに対して、NOを酸化剤として用いるとメタンからメタノールが選択的に生成することを見いだした。メタノールの生成収量が孤立四配位V酸化物種の電荷移動励起種からの光放射失活過程のりん光の収率と良い対応関係にあることを見いだし、孤立四配位V酸化物種の励起三重項状態がメタノール生成に活性種として重要な役割をなしていることを明らかにした。また、異なった調製法で合成した触媒を用い反応を行い、生成物の選択性が大きく変化することを見いだし、V酸化物種の局所構造が反応の選択性にも大きな影響を与えることを明らかにした。各種ゼオライトやシリケートの合成、特に高温高圧で長時間を要する合成と比較して紫外光照射の効果について検討し、紫外光照射下で、Ti、V、Mo、Crなどの遷移金属イオンを含有したメソ多孔質シリカを室温かつ短時間での新規合成を試みた。また、ホトルミネッセンス(発光)、XAFS、XRD、FT-IR、UV-Visなどの各種分子分光法を用い、合成したメタロシリケートに組み込んだ遷移金属イオン周辺の局所構造の解析を原子・分子レベルで行うとともに、NO_xの分解、軽炭化水素の部分酸化などの光触媒反応性について検討した。原料溶液を室温で紫外光照射することで、短時間に規則正しいヘキサゴナル構造を有するV,Ti,Mo,Crなどを骨格内に組み込んだMCM-41メソ多孔質シリカが合成できることを見いだした。合成したV-MCM-41は光触媒として、プロパン共存下でのNOの分解反応とプロパンの部分酸化によるアセトンの生成反応に高い反応性を有することを見いだした。また、VとTiを同時に組み込んだV-Ti-MCM-41光触媒は、V-MCM-41よりもアセトン生成の収率と選択性が高いことを見いだした。それが、V-Ti-MCM-41はV-MCM-41に比べ、励起状態のV酸化物種のO_2との相互作用が弱く、アセトンやプロピレンのCO_2への完全酸化が進行しにくいことに起因することを明らかにした。

また、異なった調製法で合成した触媒を用い反応を行い、生成物の選択性が大きく変化することを見いだし、V酸化物種の局所構造が反応の選択性にも大きな影響を与えることを明らかにした。
自由電子レーザー用バルク高温超伝導体ウィグラーの基礎実験

(1)山梨大学の電子ビーム源(YES-II,340keV,1kA,10ns)を用いて、バルク超伝導体ウィグラーの予備実験を行ったところ、電子ビームはウィグラーの曲面に沿って蛇行することが確認された。この際に、電子ビームの伝播路には、ネオンガスを導入して、電子ビームの空間電荷効果を中和している。本ウィグラーは軽量・安価であり、固定周波数で発振させる自由電子レーザーに相応しいと考えられる。(2)スーパートロンを小型ヘリウム冷凍機によって冷却し、動作温度を65Kから125Kまで変えたところ、超伝導体材料の臨界温度(103K)近傍で、集束電流値に大きな変化が認められた。この結果は、スーパートロンのフェライトコア・モデルを支持する。(3)ディスクトロン(700keV,1A,10ns,1pps,ビームスポットサイズ0.5mm)の電子ビームを、平板超伝導体およびスーパートロンによって、それぞれ、偏向・集束の実験を真空中にて行った。その結果、電子ビームは平板によっては偏向を受けなかった。スーパートロンの場合には、電子ビームを入射しながら超伝導体を室温から85Kまで冷却した場合(Field cooling,磁場冷却)にのみ、電子ビームと超伝導体との相互作用が認められた。これらの原因として、(1)電子ビームの自己磁場が数ガウスと桁違いに弱い。(2)真空動作なので、空間電荷による反発力が大きい。(3)磁場冷却の場合には、スーパートロン内にピン止めされた磁場が、電子ビームに反発力を及ぼしたこと等が考えられる。今後の方針として(1)ガスを電子ビーム伝播路に導入する、(2)スーパートロンの出口径を数十ミクロンと小さくすること等が挙げられる。本レンズ系の可能性を確認するためには、直流電子ビーム、さらに強力なパルス電子ビームに対する集束効果も確認・検証することが必要である。(1)ビスマス系バルク高温超伝導体ウィグラ-(周期長35mm,振幅2mm,蛇行面の間隔10mm)を試作して、相対論的電子ビ-ム(REB,340keV,1KA,10ns)の集束・蛇行に成功した。(2)小型冷凍機を購入設置して、ビスマス系超伝導体レンズ(長さ55mm,入口径40mm,出口径10mm)の冷却実験を開始した。REBの空間電荷を中和するために、ネオンガスをREB発生ダイオ-ド部およびス-パ-トロン部に導入した。最適動作圧力は動作温度の低下に伴って0.15Torrから0.1Torrへと変化した。集束されたビ-ム径についてはまだ測定に至っていない。今後の課題として(1)超伝導体の臨界温度近傍における、ス-パ-トロンのREB集束性能を評価すること、(2)液体窒素による冷却温度よりも低温における、REB集束性能を実験的に調べることが課題である。(3)理化学研究所の相対論的光電子ビ-ム源(RPE,600keV,1A,8ns、ビ-ム径6mm)とビスマスク系ス-パ-トロン(入口径10mm,出口径4.5mm,長さ50mm)とを組み合わせて、相互作用を観測した。ス-パ-トロンを真空中に設置した場合およびス-パ-トロン部のみに窒素ガスを導入した場合にも良い集束効果が認められなかった。その原因として、(1)ス-パ-トロンの入口径がRPE径に対して十分に大きくなかった、(2)窒素ガス導入のためにステンレススチ-ル箔(厚さ20μm)をス-パ-トロンの出入口に接着したので、RPEが散乱を受け、ビ-ムの指向性が大きく損なわれたことが挙げられる。来年度には、理化学研究所に新たに設置される電子ビ-ム源(ディスクトロン)を用いて、ウィグラ-の実証実験をする予定である。