hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁性イオン添加セリウム六硼化物における多極子相互作用と近藤効果の競合の研究

本研究において下記のような成果を得た。(1)Ce_xNd_<1-x>B_6では,CeとNdの結合が弱く,Ndが引き金となる高温側で起こる磁気秩序と低温側で起こるCe自身が引き金になる秩序が起こり,Ceが秩序化していない高温相では近藤状態が保たれていることが明らかになった。Ce_xNd_<1-x>B_6では,CeとPrの結合が強く,CeとPrが一体となって秩序相を形成することが明らかになった。(2)Ce_<0.7>La_<0.3>B_6のIV相では共鳴X線散乱の結果から八極子秩序とされていたが,中性子散乱で超格子反射の観測に成功し,その|Q|依存性から八極子秩序が実現している可能性がさらに高くなった。(3)Ce_xLa_<1-X>B_6(x=0.7,0.6)にNdを添加すると,x=0,7ではIV相が急速に抑制されわずかなNd添加により基底状態はIII相になるが,x=0.6ではIII相が安定化すると同時にIV相も高温側にシフトすることを見出した。これはIV相がNd添加により増強されているという予想外の結果であり,今後より詳しい研究を必要とする。(4)PrB_6において圧力下でIC相の高温側に新しい秩序相が出現することを発見した。これは常圧では隠れていた相互作用が圧力下で大きくなり顔を出してきたことがわかった。(5)CeB_6が圧力下で強磁性秩序を示すことを発見した。これはQ_<xy>-反強四極子秩序とT_<xyz>-反強八極子秩序の共存に由来する強磁性的相互作用によるもので,交換相互作用を必要としない強磁性秩序の出現の初めての例と思われる。(1)Ce_xNd_<1-x>B_6では,CeとNdの結合が弱く,Ndが引き金となる高温側で起こる磁気秩序と低温側で起こるCe自身が引き金になる秩序があることが比熱,磁化,電気抵抗など従来の研究から予想されていたが,中性子散乱およびさらに低温領域での電気抵抗の研究から,上記予想が裏付けられた。また中性子散乱実験から,Ndメインの磁気秩序にCeが参加する温度領域が上記の2つの磁気秩序相の問に存在することが明らかになった。低温領域での中性子散乱・電気抵抗の結果を比べることにより,Ceが磁気委秩序に参加しない高温秩序相では近藤状態は生きているが,Ceが秩序に参加すると近藤状態が死んでいくことが明らかになった。(2)Ce_xPr_<1-x>B_6では,CeとPrの結合が強く,CeとPrが一体となって秩序相を形成することが,電気抵抗,磁化,中性子散乱実験から明らかになった。従来,これら希土類化合物では四極子モーメントとスピンとの結合が強く,磁気秩序状態での磁気異方性は四極子モーメントにより支配されると思われていたが,必ずしもそうではなく,四極子はコメンシュレート秩序,スピンはインコメンシュレート秩序を起こす相が存在することが,中性子散乱,X線散乱実験の結果明らかになった。(3)Ce_xLa_<1-x>

B_6の電気抵抗,磁化の圧力効果を調べ,T_<xyz>-反強八極子相互作用が正の圧力依存性をもち,低磁場で異常を引き起こすことを明らかにした。(4)Ce_xLa_<1-x>B_6のIV相は八極子秩序の可能性が議論され盛んに研究されている系である。Ce_<0.7>La_<0.3>B_6にNd,Prを少量添加した系を調べ,IV相と反強磁性秩序相を形成する相互作用は非常に相性が悪いことが明らかになった。また,倉本らにより提案された秩序変数が現在IV相の秩序変数の有力候補になっているが,倉本らのモデルのは考慮されていないCeB_6が本来もっているO_<xy>-反強四極子相互作用を取り入れるとIV相の特徴を説明困難であることを示した。本研究において下記のような成果を得た。(1)Ce_xNd_<1-x>B_6では,CeとNdの結合が弱く,Ndが引き金となる高温側で起こる磁気秩序と低温側で起こるCe自身が引き金になる秩序が起こり,Ceが秩序化していない高温相では近藤状態が保たれていることが明らかになった。Ce_xPr_<1-x>B_6では,CeとPrの結合が強く,CeとPrが一体となって秩序相を形成することが明らかになった。(2)Ce_<0.7>La_<0.3>B_6のIV相では共鳴X線散乱の結果から八極子秩序とされていたが,中性子散乱で超格子反射の観測に成功し,その|Q|依存性から八極子秩序が実現している可能性がさらに高くなった。(3)Ce_xLa_<1-x>B_6(x=0.7,0.6)にNdを添加すると,x=0.7ではIV相が急速に抑制されわずかなNd添加により基底状態はIII相になるが,x=0.6ではIII相が安定化すると同時にIV相も高温側にシフトすることを見出した。これはIV相がNd添加により増強されているという予想外の結果であり,今後より詳しい研究を必要とする。(4)PrB_6において圧力下でIC相の高温側に新しい秩序相が出現することを発見した。これは常圧では隠れていた相互作用が圧力下で大きくなり顔を出してきたことがわかった。(5)CeB_6が圧力下で強磁性秩序を示すことを発見した。これはO_<xy>-反強四極子秩序とT_<xyz>-反強八極子秩序の共存に由来する強磁性的相互作用によるもので,交換相互作用を必要としない強磁性秩序の出現の初めての例と思われる。
電場による液体内温度境界層近傍のみの乱流化効果に対する最適化と熱伝達制御の研究

熱交換器において、圧力損失の増加を最小限に抑え熱伝達を大巾に増大させる方法として、電場により境界層近傍のみの能動的な乱流化効果をはかる方法を考案し実験を行った。すなわち壁面近傍に流れと平行に細線電極を設置し、これと壁面間に高電圧を印加し、流量、印加電圧を変化させた場合の熱伝達率を測定すると共に、平均速度、変動速度、圧力損失などを測定し、流動特性に基づいて伝熱特性を考察した。作動流体としてはフロンR113とエタノ-ルの混合液体を用い、高さ20mm、巾150mm、長さ1.6mの透明塩化ビニル製矩形流路の上下面にステンレス箔を接着し交流通電加熱を行った。上下壁面から距離5mm流路巾方向に20mm間隔で流れと平行方向に計14本のステンレス線を設置し伝熱面との間に高電圧(010KV)を印加した。流量は層流から乱流までのRe=147027300の範囲で、熱電対による温度計測と共に、圧力差の計測、He-Neレ-ザ-による時間平均速度、変動速度の計測も行った。平均熱伝達率は、電場の印加電圧が0の場合Reの増加に対して単調に増大する。印加電圧を増大すると熱伝達率は増加するが、増加割合はReの小さな層流域の方が大きい。本実験範囲では印加電圧0の時に対する熱伝達率の増加率は、Re=1470、印加電圧5KVの時の約20倍が最大であった。次に、流れ方向速度の時間平均値と速度変動強度を調べた。電圧印加により変動強度は増大し、それに伴い平均速度分布は平坦化している。従って、伝熱促進機構は、誘起される2次流れとその速度変動による拡散作用の増大のためとみなすことができた。圧力損失は、印加電圧が高く、Re数が大きい程増大した。しかし、熱伝達率の増加割合は抵抗係数のそれより大きく、電場付与が有効であることを確認した。これらのデ-タをもとに最適化の検討を行うと共に乱流発生モデルの検討をさらに今後行う。
小児外科的疾患患者のための性教育を含めた疾患の理解に関する研究

これまで、総排泄腔症などの小児外科的疾患の子どもを対象とした性教育プログラムの構築を行った。本来、「総排泄管残存症患者における性教育を中心とした疾患理解のためのプログラム」開発・評価を目的とし、プログラムの試験実施と評価を基盤とした小児外科的患者への性教育に発展・展開を果たす予定であった。しかし、プログラム実施に関しては、子どもの病態や妊孕性の可能性等の個別性が強く、倫理的に慎重に対応する必要があることが明確になった。そこで、2017年にプログラム作成のためのニーズ調査として面接を行っているが、その内容を再分析し「親が子どもに性に関する問題を尋ねられた時に困る」「親がどのように子どもに伝えて良いのか」という親の問題が抽出された。その結果を踏まえ、今後は親を対象としたプログラムの構築に軌道修正した。内容としては、面接結果から得られた子どもの心情や困難の現状を親に伝え、性に関する内容を子どもが正しく知るための支援方法を記載したものとした。既に作成しているプログラムを活用してどのように親が関わればいいのかなどマニュアルを含めたプログラムの完成を目指していく。本年度の目標は1総排泄管残存症などの小児外科的疾患患者に対する性教育についての現状把握、2総排泄管残存症などの小児外科的疾患患者の性教育を中心とした疾患理解のニーズの抽出であった。文献検討において、国内では小児外科的疾患患者における性教育に関する報告はなく、総排泄管残存症に関連する報告としては、思春期から青年期に向けた心理ケアの報告がされていた。同病の患者を集めてのグループカウンセリングにより、日頃の悩みを打ち明けることにより前向きにとらえられるなどの報告であった。しかし、性教育を受ける小学生などを対象にしたものは見当たらなかった。文献検討における当事者の現状は明らかにはならなかったが、ニーズとしては相談できる機関の必要性があることは明らかになった。当事者の面接による状況の把握とニーズでは、対象施設の倫理委員会の承認を受けることができた。また、対象者のリクルートを行い、今後、面接を開始する予定である。倫理委員会の申請に時間を要したため、やや遅れている。昨年に引き続き、「小児外科的疾患患者に対する性教育のための現状把握、問題の明確化」「当該患者の性教育を中心とした疾患理解のニーズの抽出とプログラム骨子作成」を目的に研究を進めた。まずは、女性生殖器に障害のある10代から30代の女性患者3名、同様の子どもをもつ家族5名を対象として半構成的面接を行った。そのデータから、発達年齢別の子どもと親の現状をまとめた。発症時から成人するまで疾患に対する系統だった疾患の理解のための説明は受けておらず、目の前の治療や処置のための説明を受け、成長していることが明らかになった。成人している患者は早期からの病名告知を望んでおり、不確かな生活に対しての苦悩について語った。また、親は、出生直後から排泄ケアなどの医療処置や親による管理が続き疲弊していた。これらのことから、乳幼児期は、親が子どもを受け入れるための情緒的支援と医療的ケア技術獲得のための支援、学童期以降は子ども自身へのセルフケアの確立のための支援、思春期以降の子どもには性的な部分の疾患の理解と受け入れについて支援をする必要があることが明らかになった。本年度の目標は、「小児外科的患者における性教育を中心とした疾患理解のためのプログラム作成」であった。上記の結果から子どもの疾患理解を促すにあたり、女性生殖器を含む性教育をもとに体を知るというように段階的に行うこととした。そこで、日本における性教育の実態について文献検討を行った。その結果、性教育に必要な要素を抽出した(1プライベートゾーン、2自分の身体を守る方法、3女の子の心と身体の変化、4男の子の心と身体の変化、5生命の誕生、6性感染症、7避妊法、8デートDV)。分担研究者との役割分担が順調にいったため、現状把握のための面接分析と文献検討がほぼ同時進行で進んだ。また、面接対象者の選定が順調だったので、データ収集期間が短縮されたことが考えられる。本年度の目標は、「小児外科的患者における性教育を中心とした疾患理解のためのプログラムの実施およびプログラムの妥当性の評価」をすることであった。昨年度の「日本における性教育に関する研究の動向について文献検討」の結果、性教育は、保護者、保育士・小中高学校の教諭などによって個々に行われているが、系統だって継続して行われていないことが明らかになった。内容としては、【生命の大切さ】【男女の身体の違い】【妊娠】に関するものが多く、学年が上がるにつれて【性感染症】【避妊】となるが、組み合わせにも規則性はなかった。その結果と性教育に関する教材から8つのセッション(1プライベートゾーン、2自分の身体を守る方法、3女の子の心と身体の変化、4男の子の心と身体の変化、5生命の誕生、6性感染症、7避妊法、8デートDV)が必要であることが明らかになった。このことから、小児外科的疾患患児においては、そのうち5つのセッション(1プライベートゾーン、2自分の身体を守る方法、3女の子の心と身体の変化、4男の子の心と身体の変化、5生命の誕生)と新たに「私の身体のこと」を加えてプログラムを作成した。文献検討については、日本看護研究学術集会で発表し、プログラム作成についてはヨーロッパ看護と教育学会で発表した。また、WAS性の健康世界学会に参加し、チェコ共和国における性教育の実態の知見を得た。

本年度の目標は、「小児外科的患者における性教育を中心とした疾患理解のためのプログラムの実施およびプログラムの妥当性の評価」をすることであった。よって、この目標を達成するために、作成したプログラムを実施するため、対象患児を診療している施設の倫理委員会に申請したが「このような子どもたちに対する性教育の必要性が理解できない。」との理由で、倫理委員会での承認は得られなかった。これまで、総排泄腔症などの小児外科的疾患の子どもを対象とした性教育プログラムの構築を行った。本来、「総排泄管残存症患者における性教育を中心とした疾患理解のためのプログラム」開発・評価を目的とし、プログラムの試験実施と評価を基盤とした小児外科的患者への性教育に発展・展開を果たす予定であった。しかし、プログラム実施に関しては、子どもの病態や妊孕性の可能性等の個別性が強く、倫理的に慎重に対応する必要があることが明確になった。そこで、2017年にプログラム作成のためのニーズ調査として面接を行っているが、その内容を再分析し「親が子どもに性に関する問題を尋ねられた時に困る」「親がどのように子どもに伝えて良いのか」という親の問題が抽出された。その結果を踏まえ、今後は親を対象としたプログラムの構築に軌道修正した。内容としては、面接結果から得られた子どもの心情や困難の現状を親に伝え、性に関する内容を子どもが正しく知るための支援方法を記載したものとした。既に作成しているプログラムを活用してどのように親が関わればいいのかなどマニュアルを含めたプログラムの完成を目指していく。次の段階の目標は、「小児外科的患者における性教育を中心とした疾患理解のためのプログラム(仮)」作成である。それ以前に、当事者の面接を進め現状とニーズからプログラムの骨子を抽出していく予定である。また、それと並行して専門家ら(助産師、CNS、CLS、心理士、医師)と会議を重ねて、プログラムを作成する。性教育に必要な8つの要素(1プライベートゾーン、2自分の身体を守る方法、3女の子の心と身体の変化、4男の子の心と身体の変化、5生命の誕生、6性感染症、7避妊法、8デートDV)を骨子とし、プログラムを作成し、介入に向けて準備を行う。そして、来年度の目標である「小児外科的患者における性教育を中心とした疾患理解のためのプログラム実施およびプログラムの妥当性の評価」につなげられるよう倫理委員会への申請とフィールドの確保、対象者の選定を行っていく。「子どもへの性教育プログラム」についての理解が得にくい状況にあるが、子どもが病状を知らずに治療を受けることを避けるために「体の構造を知るプログラム」に変更している。また、情報の提供について子どもの状況に応じて、親が実施することができるプログラムの考案を検討中である。そのためには、親が子ども自身が体の構造を知る必要性を理解し、子どもに説明するためのコンテンツの作成をしていく必要があると考えている。国内外の新しい知見の収集と情報収取のために、学会参加により経費を使用した。計画当初よりも研究費が削減されたことと、為替の影響を受け、国際学会に関しての参加費、渡航費が高額となったため、予算を繰り越した。平成27年度の目標であった「小児外科的疾患患者に対する性教育」について現状把握、問題の明確化」
シロイヌナズナの変異株を用いた花序形態、花茎伸長制御の分子遺伝学的解析

以前の研究でシロイヌナズナの茎伸長欠損変異株acaulis5(acl5)の分子遺伝学的解析を行ない、その原因遺伝子ACL5がスペルミン合成酵素をコードしていることを明らかにした。そこで植物の器官形態形成におけるポリアミンの作用機構の解明を目指し、シロイヌナズナからスペルミジンおよびスペルミン合成酵素全遺伝子の突然変異株を単離してその解析をすすめた。2つのスペルミジン合成酵素遺伝子SPDS1,SPDS2についてT-DNA挿入による突然変異株を単離したところ、それぞれ単独の変異株は正常に生育するのに対し、二重突然変異株は胚致死となり、スペルミジンが植物の生育に必須であることを証明した。さらに、スペルミン合成酵素遺伝子SPMS遺伝子についてもT-DNA挿入変異株(spms-1)を単離した。spms-1変異株は、スペルミン含量がかなり低下しているものの表現型は正常であった。spms-1 acl5-1二重変異殊は、スペルミンをまったく合成しないにもかかわらずacl5-1変異による茎伸長欠損以外は正常な生育を示し、スペルミンは少なくとも通常の生育に必須ではないことがわかった。また、acl5変異株にさらに変異を誘発して茎伸長の回復したサプレッサー(抑圧)変異株の解析をすすめた。これまでに単離した回復度合いの異なる4つの優性変異株sac5154のうち、sac51は原因遺伝子を同定した。他方、新たに単離して解析をすすめていたシロイヌナズナの矮性突然変異株ssmについて、本研究によりその原因として小胞輸送関連遺伝子の欠損を見つけることができた。これまでの研究において、シロイヌナズナの花茎伸長欠損変異株ac15の解析から、その原因遺伝子ACL5はスペルミン合成酵素をコードしていることを明らかにしていた。本研究では、植物の形態形成におけるスペルミンやスペルミジンなどのポリアミンの機能を明らかにする目的で、シロイヌナズナのゲノムにコードされるスペルミン及びスペルミジン合成酵素遺伝子のT-DNA挿入変異株の単離とその解析を進めた。シロイヌナズナが持つ2つのスペルミジン合成酵素遺伝子について、それぞれ変異を単離したところ、単独の変異株では異常な表現型を示さなかったため、二重変異の作出を試みたが、発芽した植物として得られず、胚致死となることがわかった。この表現型は、一方の野生型遺伝子を導入することによって相補され、スペルミジン合成酵素が植物の胚発生に必須であることが示された。さらに、シロイヌナズナが持つ2つのスペルミン合成酵素遺伝子(ACL5とSPMS)については、SPMSの変異株を得たが、正常な表現型を示した。acl5との二重変異株では、スペルミンが検出されなかったが、acl5変異による茎伸長欠損以外に異常は見られず、スペルミンが生育には必須ではないことを明らかにした。ACL5と花茎伸長の関係については、acl5から茎伸長の回復した優性の抑圧変異株sac51において、原因遺伝子を突き止め、相補実験により確かめることができた。SAC51遺伝子は、その配列から転写因子をコードしていると予想されたが、転写領域にいわゆる上流ORF(uORF)をもっており、変異はそのuORF内に見い出され、転写因子の翻訳効率が上昇して優性変異をもたらしている可能性が示唆された。形質転換植物におけるレポーター遺伝子の発現系を用いて、SAC51遺伝子の翻訳活性がuORFによって制御されていることが確かめられた。以前の研究で、シロイヌナズナの茎伸長欠損変異株ac15の原因遺伝子ACL5がスペルミン合成酵素をコードすることを示し、ポリアミンが植物の器官形態形成に重要な機能を持つことを実証した。しかし、その具体的な作用機構は明らかでない。本研究では、ac15変異株から茎伸長の回復した、いわゆるサプレッサー変異株を単離し、その分子遣伝学的解析をすすめて、茎伸長におけるスペルミンの作用機構を中心に植物の発生、分化過程におけるポリアミンの機能解明を目指した。

1)シロイヌナズナのゲノムにコードされているポリアミン合成酵素遺伝子のすべてについて解析をすすめ、それぞれの突然変異株を単離した。SPDS1,SPDS2両遺伝子の欠損変異株はそれぞれ正常に生育する一方、二重突然変異株は胚致死となり、スペルミジンが植物の生育に必須であることを証明した。他方、SPMS遺伝子についても欠損変異株を単離し、ACL5,SPMSの二重突然変異株はスペルミンを全く合成しないにもかかわらず、ac15の単独変異による茎伸長欠損以外は正常な表現型を示すことから、スペルミンは少なくとも通常の生育に必須ではないことを証明した。この結果からACL5遺伝子産物によって合成されるスペルミンは、SPMS遺伝子産物によって合成されるそれとは異なる細胞で機能するか、あるいは異なるスペルミン接合体形成に用いられる可能性が示唆された。2)茎伸長におけるスペルミンの作用機構を明らかにするために、ac15の茎伸長が回復したサプレッサー変異株を複数単離し、それらの原因遺伝子の同定と相補実験による確認をすすめた。SAC51遺伝子は、その配列から転写因子をロードしていると予想されたが、転写領域にいわゆるupstream ORF(uORF)をもっており、変異はそのuORF内に見い出され、転写因子の翻訳効率が上昇して優性変異をもたらしていると考えられた。
植物毛状根細胞を応用した種子の開発

1オーキシンを培地に添加することにより、西洋わさび毛状根の増殖速度および到達細胞重量を増大させることができた。そしてインドール酢酸(NAA)1mg/Lを添加した反復回分培養により、培養40日目で57g-d.c./Lの高密度に達した。さらに増殖特性のモデル化をおこない、実験値と優れた一致を得た。2切断した毛状根2%アルギン酸カルシウムゲルによりビーズ状に固定化した。5.0mm以上必要であり、成長点、分枝を含んだ部位がこれらを含まなかった部位に比べて高かった。毛状根はオーキシンを添加した培養すると分枝の数が増大し高い再分化効率が得られた。大量培養に有利な液体培養でNAA無添加からNAAを添加する2段階培養を行ったところ、NAA0.1mg/1で最も発芽が促進され健全な小植物体に生長した。3毛状根を暗所において液体培養すると不定芽原基が形成される。30日間液体培養して形成された不定芽原基はほぼ100%発芽体へ分化した。4バイオリアクターを用いた場合にも効率的に分化が進むことがわかった。不定芽の植物体形成効率はその大きさに依存し、高い効率を得るためには最適な大きさの範囲が存在する。不定芽形成段階でサイトカイニンを添加することにより毛状根の伸長を制抑し、不定芽の大きさを制御できることが分った。5通常多芽化する西洋わさび毛状根不定芽を、ブレンダーによる機械的処理により単芽に分割することに成功した。得られた不定芽は30日で90%以上が正常に成長した。不定芽をデシケーション処理したところ、最大で15日で97%の植物体形成効率が得られた。以上の結果は、毛状根が人工種子の内封物として応用できることを示している。Agrobacterium rhizogenesを感染し誘発した西洋わさび毛状根から効率的に人工種子を作製する方法を検討した。固定化法は、切断した毛状根を2%アルギン酸カルシウムゲルによりビ-ズ状に固定化した。毛状根は分化した組織であるため、それを構成する細胞も均一ではなく、包括する長さ、部位に再分化効率の依存性が考えられる。切断した毛状根が1.0-2.5mm、2.5-5.0mmでは、長さに依存して再分化が促進されたが、5.0mm以上では再分化効率の違いは観察されなかった。また、成長点、分枝を含んだ部位がこれらを含まなかった部位(中間部位)に比べて高かった。分枝を含んだ部位では分枝の部位の近くから再分化し、中間部位で再分化したものについては分枝が現われ発芽するため、固定化時には肉眼では確認できない程度の分枝原基を有していたと思われる。毛状根はオ-キシンを添加した培地で培養すると分枝の数が増大した。NAA、IAA、IBA、及び2.4Dをそれぞれ1mg/1添加したところNAA及びIBAにおいて高い再分化効率が得られ、NAAについては0.1、1.0mg/1で30日で80%以上の再分化が観察された。毛状根全体を使用することを目的に大量培養に有利な液体培養でNAA無添加からNAAを添加する2段階培養を行ったところ、NAA0.1mg/1で最も発芽が促進され健全な小植物体に生長した。毛状根を暗所において液体培養すると、固体寒天培養には認められなかった不定芽原基が形成される。

この不定芽原基は2枚以上の葉まで展開したものは10日間0.1mg/NAA処理した毛状根は43%であったのに対し、30日間液体培養して形成された不定芽原基においてはほぼ100%であった。固体培地において、不定芽原基の形成促進を図ったところ、0.1-1.0mg/1BA添加で促進されNAA添加は変異を誘発した。不定芽原基も再分化率を持ち合わせた組織と考えられる。1オーキシンの一種であるNAAを培地に添加することにより、西洋わさび毛状根の増殖速度および到達細胞重量を増大させることができた。そしてNAAlmg/Lを添加した反復回分培養により、培養40日目で57g-d.c./Lの高密度の培養に成功した。さらにオーキシンの添加による増殖特性のモデル化をおこない、実験値と優れた一致が得られた。このモデル式による増殖効率を最大にするオーキシンの添加方法が可能であり、ほかの毛状根にも応用可能であると考える。2西洋わさび毛状根由来不定芽の大量培養法の検討を行なった。毛状根増殖段階でNAAlmg/Lを添加することにより、細胞増殖および不定芽形成数を向上させ、生産性を向上させることができた。不定芽の植物体形成効率はその大きさに依存し、高い効率を得るためには最適な大きさの範囲が存在する。不定芽形成段階でカイネチンを添加することにより毛状根の伸長を抑制し、不定芽の大きさを制御できることが分かった。3通常多芽化する西洋わさび毛状根不定芽を、ブレンダーによる機械的処理により単芽に分割することに成功した。得られた不定芽は30日で90%以上が正常に成長した。しかし、アルギン酸カルシウムで包括し人工種子化したものは植物体形成効率が40%に低下した。そこで、不定芽をデシケーション処理したところ、最大で15日で97%の植物体形成効率が得られた。これにより西洋わさび毛状根由来不定芽が、人工種子の内封物として応用可能であることを示すことができた。
ペルオキシダーゼ標識インスリンによる抗インスリン抗体の分析

インスリン上の酵素標識部位が明確なる種類のペルオキシダーゼ(HRP)標識インスリン(GlyAl,LysB29-及びGlyA1,LysB29-HRP-インスリン)を調製し、これを用いて、サンドイッチ法による抗インスリン抗体の測定法を新たに開発した。さらに、インスリン上の1箇所にHRP標識したコンジュゲートは2箇所標識に比べて高感度が得られることを初めて実験で示した。測定操作法の概要:抗インスリン抗体を含む溶液100μlにNa,k-リン酸塩緩衝液(10mM,pH7.0,100mMNaCl,1mMMgCl_2,0.1%BSA含有)200μl及びィンスリン結合ビーズ(6mm径)を加えて4°C24h静置する(第1反応)。精製水2mlで2回ビーズを洗浄後、HRP-インスリン溶液300μl中に移し、4°C、3h静置する(第2反応)。精製水2mlで2回洗浄後、ビーズ上のHRP活性を測定するため、ビーズをトリス塩酸緩衝液(0.15M、pH8,5)700μl、HPPA水溶液(60mM)350μlの混液中に投入し、H_2O_2(40mM)70μlの添加で反応を開始し、30°C、30分後、Na_2SO_3(10(w/v)%)70μlを加えて反応を停止後、励起波長320nm、蛍光測定波長404nmにおける蛍光強度を測定する。3種類のHRP標識インスリンを用いて抗インスリン抗体の測定を行なった。モルモット抗インスリン血清またはモルモット抗インスリンポリクローナル抗体をサンプルとしたものはシグモイド型の標準曲線を与え、一方、マウス抗インスリンモノクローナル抗体(A8-A10を良く認識)の場合には直線に近い標準曲線が得られた。いずれの場合にも、GlyA1またはLyoB29を介してHRP標識したものが高感度を与えた。以上の結果は、これまで予想はされていたが、今回、標識部位の明確なHRP-インスリンを使用することにより、初めて実験システムを組み得たことにより得られたものであり、エンザイムイムノアッセイ開発に寄与する有用な知見を得た。
ヘテロ界面制御による室温強磁性誘電体薄膜の擬単結晶成長と磁気電子デバイス応用

SrTiO_3(STO)界面修飾層を持つSi(001)基板上にBa(Fe_<0.2> Zr_<0.8>) O_<3-δ>(BFZO)室温強磁性誘電体薄膜を合成した.TEM解析の結果, BFZO薄膜は巨視的には多結晶であるものの,大きく粒成長したSTO上にBFZO薄膜が部分的にエピタキシャル成長していることがわかった.これにより,格子歪みが導入され, Fe^<4+>成分が増大し,結果として飽和磁化の値がSi基板直上に製膜した多結晶BFZO薄膜の磁化率よりも3倍程度大きくなった.SrTiO_3(STO)界面修飾層を持つSi(001)基板上にBa(Fe_<0.2> Zr_<0.8>) O_<3-δ>(BFZO)室温強磁性誘電体薄膜を合成した.TEM解析の結果, BFZO薄膜は巨視的には多結晶であるものの,大きく粒成長したSTO上にBFZO薄膜が部分的にエピタキシャル成長していることがわかった.これにより,格子歪みが導入され, Fe^<4+>成分が増大し,結果として飽和磁化の値がSi基板直上に製膜した多結晶BFZO薄膜の磁化率よりも3倍程度大きくなった.我々は,(001)SrTiO_3(STO)基板上に,ペロブスカイト型酸化物Ba(Fe_0.2Zr_0.8)O_3-δ(BFZO)をSrTiO_3基板上に単結晶成長させることに成功し,それらが室温強磁性誘電体であることを明らかにしてきた,本研究ではこの物質をエレクトロニクス素子応用へと展開するため,Si単結晶基板上へBFZO薄膜の単結晶成長を可能にするような界面修飾層について検討を行うことを目的とした.界面修飾層としてはSrTiO_3(STO)やYSZなどを検討した.Si基板上に製膜したSTO, BFZO薄膜は共に多結晶化していることがXRDの結果より明らかになった.しかしながら,その磁化率は,Si基板直上に製膜したBFZO薄膜の磁化率よりも3倍程度大きくなっていることが確認された.断面および膜面TEM像の詳細な解析を行った所,STOをバッファ層に用いたSi基板上のBFZO薄膜は,巨視的には多結晶であるが,大きく粒成長したSTO粒上にBFZO薄膜が局所的に単結晶成長することによって格子歪みが導入され,その結果としてFe^4+イオンが増加し強磁性磁気秩序の増大がもたらされたことが明らかになった.また,放射光を用いたXPS測定により,Fe^4+イオンの存在を明らかにした.さらに,8mol%Y_2O_3-doped ZrO_2(8YSZ)をバッファ層としてSi基板上に合成し,これをを単結品成長させる成長条件を解明する事に成功した.一方で,8YSZ上に製膜したBFZO薄膜はいずれもランダム成長していることが確認された.この結果は,YSZの格子定数とBFZOの格子定数に20%以上のミスフィットが存在するため,STO基板上にBFZOを製膜する場合と比べ,基板温度や酸素分圧などのパラメータが大きく変化したことによるものと推察された.BFZO薄膜の合成条件の更なる検討が必要である.本年度の設定目標はSi基板上に単結晶成長させたBa(Fe, Zr)O <3-δ>喝薄膜の素子応用を目指した基礎的要素機能の検討にあった.前年度に取り組んだヘテロ界面制御方法の検討を進めるなかで,従来の知見よりもっともSi基板直上への単結晶成長膜が得られやすいと見込まれた,Y-stabilized ZrO_2(YSZ)をはじめTiNやSrTiO_3等の単膜,CeO_2/YSZの2層膜などを界面修飾層として,磁性誘電体薄膜を結晶成長させる取り組みをすすめた.その結果,8mol%Y_2O_3-doped ZrO_2を界面修飾層として結晶成長させることや,(001)CeO_2//(001)YSZ//(001)Si,<100>CeO_2//<100>YSZ//<100>Siなる方位関係を持つCeO_2/YSZの2層界面修飾層の成長に成功した.しかしながら結果的には,どのように界面修飾層を選択し,成長条件を制御しても,それらに整合成長した磁性誘電体単結晶膜を合成することはできず,SrTio_3基板上に単結晶成長した薄膜に対して,磁気特性では約4割の飽和磁化を持つBa(Fe,Zr)O_3-δ薄膜が作製できるにとどまった.これらを打開するため,成膜後のポストプロセスを用いた酸素欠損量の制御すなわち磁性と誘電性の制御を行う取組を新たに展開した.対象とした試料は,Ba(Fe,Zr)O_<3-δ>同様すでに代表者らが多くの取組を進めているBa(Fe,Mn)O_3-δ系薄膜材料とした.その結果,様々なエネルギー域をもつイオンビームを照射することによって,酸素欠損量を意図的に増減させることで,磁性,誘電性を多様に変化させることに成功した.これらの結果は,膜の成膜時にはSi基板上へのエピタキシャル成長が可能な成膜条件で作製し,ポストプロセスで酸素欠損量を制御することによって特性の最適化を図る,新たな合成プロセスの可能性を示唆している。

本年度は,引き続き界面修飾層と磁性誘電体物質の最適化に取り組んだ.また,これらの取り組みと並行して,昨年度得た集束イオンビーム装置を利用したナノスケールデバイス構造の構築技術を用いデバイススケールでの物性評価並びに機能発現をめざした取り組みを実施した.前年度に取り組んだヘテロ界面制御手法を用いた物性の最適化については,エピタキシャル成長条件と物性の最適化条件のトレードバランスを取ることが困難であり思うような進展がみられなかった.このため,新たなバッファー層として炭化物層の可能性を検討した.Si基板の最表面に化学気相反応法によって,緻密なSiC薄膜を得ることに成功した.このSiC薄膜は(100)もしくは(111)配向状態で得られており,これに局所申請者らが開発中のBa-Fe系磁性誘電体をエピタキシャル成長させることにより,強磁性秩序の発現と誘電特性が両立する期待ができる.一方で,磁気秩序の発現には,界面のミスフィット歪が重要な役割を担うことが明らかとなっていることから,Fe置換元素をSnとした,Ba(Fe,Sn)03-delta系薄膜の作成も試みた.その結果,これらの薄膜が,室温強磁性と優れたリーク特性を示すことを示した,一方で,磁化の大きさは従来のBa(Fe,Zr)03-delta系薄膜より小さく,現在ミスフィット歪を誘起し磁気モーメントを増大することを試みている.また,成膜後のポストプロセスで格子欠陥を導入し磁性制御を行う取組も同時に実施し,絶縁体CeO2薄膜においてイオン照射後強磁性秩序が得られることなどを発見し,新規磁性誘電体探索に有効な方法であることを見出した.また,集束イオンビーム装置を用いたナノデバイス構造の新たな構築手法の開発実験においては,例えばサブミクロンサイズのリング状パターンを極めて短時間に大面積に作製する手法を開発するなどの成果を得た.今後,デバイス構造作成プロセスへ応用する予定である.
単一タンパク質受容体のダイナミクス検出

本研究では、反応特異性と構造相関が明確な受容体タンパク質に着目し、単一受容体タンパク質のダイナミクスを計測評価することで、タンパク質の構造と機能の相関性を利用したデバイス基盤技術の構築を目指した。生理的環境下で生きた状態で、タンパク質の時空間的構造変化を高速AFMで画像化するとともに、脂質二分子膜中に組み込んだタンパク質の機能をナノホール構造で解析することにより、構造と機能に関するデバイスの基盤技術を確立することが可能となった。本研究では、受容体タンパク質の構造と機能の相関性を利用したデバイス基盤技術の構築を目指して研究を進めている。その中でも特に神経系の受容体タンパク質に着目し、単離精製を行った後、脂質二分子膜に再構成することにより、機能発現をさせることを中心に研究に取り組んだ。今年度、raft構造である脂質マイクロドメインと受容体タンパク質埋込の関連性について検討を進め、フォスファチジルコリンやフォスファチジルセリン、脳抽出脂質から形成した脂質二分子膜に、マイクロドメインである高いドメイン構造が存在すること、そしてその形状を常に変化させていることが明らかになった。この脂質二分子膜に受容体タンパク質を挿入すると、抗体を用いた配向方向の同定により、N末すなわち細胞外ドメインを上にして脂質膜に配向されることがわかった。さらに、受容体がこの高いドメイン構造に局在する傾向が見られ、ドメイン内を移動することも明らかになった。リガンド応答における構造変化については、高速AFMを用いた構造解析を行い、リガンド添加前後の受容体の構造変化を数nmのサブユニットレベルで0.1秒程度の時間分解能で連続的に計測することができた。これにより、Dimer-Dimer反応のようなリガンド応答性の構造反応を視覚化するとともに、ナノホール型の構造をベースに蛍光イオンプローブを用いて、膜を境に受容体を介した片側から反対側へのイオン流出入について光学的に観察する系を確立した。これにより、受容体の構造変化とそれに対応した機能評価を行うことができるようになった。電気計測についても、プレリミナリーな結果ではあるが、埋め込み受容体のリガンド応答を計測することができた。これにより、一部前倒しで実施するとともに、平成20年度に設定した目標を達成することができた。(1)数十百ミクロンの巨大ベシクルを作製し、ベシクル内でのマイクロドメイン構造の作製に成功した。形成さたマイクロドメインは、秩序液体相ドメインであり、液晶相より、1.2nmほど高く、Raft様構造を形成している。タンパク質の局在化制御はこれからであるが、巨大ベシクルにモデルタンパク質であるグラミシジンAを埋め込み、ベシクル内部にpHプローブを内包させ、酸、またはアルカリを投与した場合、グラミシジンAを通過してベシクル内に入ってきたイオンにより、ベシクル内のpHが変化、結果として蛍光変化が観測された。これにより、巨大ベシクルが強くシールされていること、埋め込まれたモデルタンパク質が機能することが明らかとなり、この手法での機能計測が可能であり、本年度の目標である神経系受容体タンパク質埋込のための再構成条件を確立することができた。また、再構成した受容体タンパク質のAFMによる構造観察にも成功した。今後、受容体タンパク質を埋込み、機能計測を行う予定である。(2)ナノホール型デバイスでは、プロテオリポソームまたは、巨大ベシクルを用いてナノサイズの穴の上にラプチャーすることで、脂質二分子膜に再構成したタンパク質を配置する手法を確立することができた。位置制御には更なる検討を要すが、この手法により、蛍光及び電位測定よる機能解析を強力に進めることが期待できる。ナノギャップ電極では,電極より印可した電圧による、分子挙動が制御可能であることが確認できたものの、検出手法としての検討までは至らなかった。また、金ナノロッドでは、表面に脂質二重膜をコーティングすることによりロッド間隔が3-4nmの脂質膜の厚さに相当する均一な間隔での配列を可能にした。これにより、はしご状の1次元や2次元、3次元の配列化に成功した。ロッド表面は脂質二重膜で覆われているため、タンパク質の配列制御やSERSによる解析に利用できるものと期待される。一方、機能解析については、再構成した神経受容体タンパク質(AMPAR,NMDAR等)について、チャンネル活性を示す電気特性が得られ、ナノホール電極での電気計測への発展につなげることができた。高速AFMを用いた構造解析ではATP受容体タンパク質であるP2X4について、リガンドに対する応答の時間的応答変化を計測し、NMDA受容体タンパク質などのDimer-Dimer反応を視覚化できる可能性をH20年度に報告した。この手法により、精製した4量体の受容体タンパク質について、Dimer-Dimer様の反応を観測することができた。プレリミナリーな結果であり、構造変化の詳細については今後更なる検討を必要とするものの、リガンドにより細胞外ドメインが著しく変化し、その変化がブロックできることを画像で捉えることができている。機能解析については、脂質二分子膜や巨大ベシクルを用いた再構成系(AMPA, NMDA等)の精製受容体タンパク質が、電気生理的解析によりその機能に問題がないことが確認された。

これをナノホール(微小井戸)構造と組み合わせることにより、イオンプローブ等の蛍光色素を利用することで受容体タンパク質を介したイオンの流出入を蛍光計測による時空間的高感度解析を可能にした。具体的には、プロトンやカルシウムに対する蛍光イオンプローブを封入した脂質膜中に、イオンを移動させることができるタンパク質を導入し、蛍光変化からイオン移動を確認することができた。これにより、ナノホール構造における電気計測へつなげることができた。また、ナノギャップ電極構造による輸送制御については、電極より印可した電圧による分子挙動の制御が可能であることが確認できているものの、検出手法としての検討までには至っていない。金ナノロッドによる配置制御と組み合わせ、その可能性について今後さらに検討を進めたい。
睡眠時無呼吸症候群治療用咬合採得器具を用いた新しい口腔内装置の開発

研究の目的閉塞型睡眠時無呼吸症候群(Obstructive Sleep Apnea Syndrome : OSAS)は、睡眠時に断続的に無呼吸を繰り返すことにより、睡眠をとったにもかかわらず、日中の傾眠を引き起こし、社会的にも問題になっている疾患である。2003年の山陽新幹線の事故は、このOSASによって起こったことが明らかとなり、その後OSASが広く世の中に認知され、最近では治療用口腔内装置の有用性が注目されている。当院では、精神科や耳鼻科から多くのOSAS患者が当科に紹介され、口腔内装置の製作依頼が急増している。今回の本研究の目的は、これまでの奨励研究で開発した咬合採得器具使い、より効果的な口腔内装置を容易に製作し、臨床応用することである。研究の方法(1)OSAS患者の口腔内石膏模型を作製する。(2)咬合採得器具を用いて、OSAS患者の口腔内にて違和感のない垂直・前方移動距離を計測し設定する。(3)口腔内で設定された位置(器具)で、患者石膏模型を器具を用いて咬合器に装着する(間接法)。(4)厚さ1.5mmエルコジュールを2枚重ね合わせ、ボルトとナットで連結し、成型して、スライド機構を付与する。(5)石膏模型上で熱可塑性樹脂(エルコジュール)を成型し、ベーススプリントを作製する。(6)咬合器上でベーススプリントを上顎、下顎模型に装着し、その空間にスライド装置を挿入し、レジンでそれぞれ固定する。その時、上下顎は連結しない.プラスチックバンドを締めて上下顎を固定し、完成する。研究成果(1)口腔内に装着後、違和感があればプラスチックバンドの付け替えによる微調整が可能である。(2)上下顎の固定がレジンでないため(プラスチックバンド)、患者(顎)の負担が軽減できる。(3)刺激臭の強いレジンモノマーを口腔内で使用しないため、患者に優しい。本口腔内装置は、患者の下顎位に合わせた(患者に優しい)OSAS用一体型口腔内装置であり、臨床応用への可能性が大いに期待できる。
慢性閉塞性肺疾患での情動系神経ネットワークの解析と身体活動性低下との関連性の解明

慢性閉塞性肺疾患(COPD)は全身性疾患と認識され、多方面からの病態解明が進んでいる。しかし、COPDの中枢に関する検討は少なく、行動科学的な治療の介入を支持する神経生理学的基盤の構築はこれからの課題である。本研究は安静時磁気共鳴画像(fMRI)の手法を用いて、慢性的な呼吸困難を主症状にもつ(COPD)において、情動に関連する脳領域間の機能的結合性を検証するものである。これまでに対照群である年齢が一致した健常高齢者30例及びCOPD患者10例において安静時fMRIの撮像を行った。COPDとの比較を行う前に、健常者のデータを用いていくつかの解析を試みた。安静時fMRIでは心拍動と呼吸運動などの生理的ノイズの影響を受けるため、まず健常者30例において生理ノイズの除去の有無が辺縁系領域の結合性に与える影響を検証した。生理ノイズの除去により辺縁系領域、特に両側の海馬ー海馬傍回との結合性、左海馬傍回ー左前頭葉との結合性が高まることを確認した。また健常者30例において認知機能を検査するMini-Mental State Examination(MMSE)と結合性との関連性を解析したところ、MMSE高群(認知機能が高い群)では左海馬傍回と左扁桃体、および左海馬傍回と右扁桃体の結合性がMMSE低群と比較し高いことが示された。現在、COPDにおいて健常者と同解析を開始し、健常者といかに異なるか、またCOPDで測定した呼吸困難のレベル、活動性との相関性を検証する予定である。これにより、本研究課題の核心をなす学術的「問い」である「COPDの患者は情動に関連する脳領域間の機能的結合性が高いのか?」について答えを出したい。対照群である健常者30例の測定を終了し、解析に取りかかることができた。まず我々の独自性である生理的なノイズを除去することにより、より明確に辺縁系領域の結合性の向上を確認し、この方法を用いてCOPDにおいて応用することが望ましいことが明確となった。また健常者における認知機能と辺縁系領域間の結合性の傾向をみることができ、今後解析を進めるCOPDの結果をある程度予測することができたことが大きい。COPDの安静時fMRI撮像例数を増やすとともに、健常者と同解析を進める。特に健常者でみられた海馬、扁桃体と他部位との連結性に着目し解析を進めていきたい。また本研究の目的であるCOPDの情動的特徴、すなわち息苦しさ、不安感がどのように辺縁系の結合性に関与しているのかを解析し、どのような行動変化、認知的療法が有効であるかを検証する予定である。

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福祉的再編を基軸とした次世代型公教育システムの開発

2018年度は研究構想のスタートアップ年度にあたり、これまで研究代表・分担者がターゲットとしてきた研究対象についての議論を共有、整理し、新たな分析軸の立案および2019年度以降の調査活動にむけた基礎作業を実施した。まず日本教育学会ラウンドテーブルでは、カリキュラム班を中心に「学校内部に『居場所』を取り込むー多様なアクターによる実践の可能性と課題」と題し、「多様な教育機会」の中で学校も含め変容の局面が発生しつつある現状を、学校内の居場所をモチーフとして検討を行った。またガバナンス班・理論班を中心に多様な教育機会の現状に詳しい実践者を招聘し、学校の内部を変化させようとする動きと既存の学校(1条校)の外部に選択肢を拡大していこうとうする動きとがある、という分析軸が提供された。またカリキュラム班の活動として、アメリカのフルインクルーシブ教育を行っている公立小学校の事例から、公教育の福祉的再編、とわれわれが位置付けるものが、教育実践面においてインクルージョン・コンピテンシー・デモクラシーという3つのキーワードに集約されうるのではないかという検討が行われている。理論班は、福祉的再編を公教育の中に位置づける際に重要な先行理論について、リーディングリストが作成されている。とくにロールズ、センの理論がwell-beingを福祉と教育との共通言語として位置付ける際に重要であり、またルーマンの反省性を志向する社会理論的アプローチが多様な教育機会の検討と吟味に際して重要であることが示唆されているがガバナンス班は3月に関西地域においてフリースクールでパイロット調査を実施した。当初の計画通りスタートアップ年度において、これまでそれぞれの研究活動を進展させてきた研究代表・分担者相互のインタレストを共有し、2019年度の具体的活動に結び付けられる段階に到達した。日本における多様な教育機会の複雑な構造について、理論班・カリキュラム班・ガバナンス班の共通の基礎となる整理を実施し、またパイロット調査も実施することができた。調査対象や調査内容も絞り込みがすすんでおり、当初の計画通りおおむね順調に進展をしているということができる。理論班を中心に、リーディングリストの読解および公教育の福祉的再編のための理論的分析軸の提示に取り組む。ガバナンス班は多様な教育機会の中で自治体によっては財政支援が行われているフリースクールと学習支援団体(非営利部門・営利部門)に対し、地方政府がどのような原則や評価制度のもとで支援や関与を行っているのかの実態をあきらかにする。カリキュラム班はフリースクールおよび大阪府立A高校を中心に対話的カリキュラム形成に関する参与観察や、居場所での個別の支援の在り方などに関する教育実践の分析を行う。当初予定より研究会や調査旅費が少なくなったこと、また理論班で用いた文献などが各自の手元にあったりオンラインで共有可能なものであったことなどにより次年度使用額が発生している。2019年度のガバナンス班やカリキュラム班の調査、理論班の英語文献購入などに充当する見通しである。
バセドウ病の疾患感受性遺伝子の同定、機能解析、臨床像との連関

1.候補遺伝子であるTSHレセプター遺伝子多型の機能解析と臨床像との連関に関する検討:J-SNPを中心とした新たな9個のSNPについて関連解析を行った。さらにハプロタイプ解析中である。陽性結果の得られたSNPに関して機能解析を行う予定である。また、予備的データではあるが、臨床像のうち抗甲状腺剤感受性や甲状腺腫の大きさとTSHレセプター遺伝子マイクロサテライト多型との関連を認めた。SNPについても種々の臨床パラメーター(眼症の有無や重症度、抗甲状腺剤感受性や副作用、甲状腺腫の大きさ、家族歴など)との連関を検討し、疾患における臨床的意義を探索中である。2.ランダムスクリーニングによって得られた単独頂値域からの病因遺伝子の探索:共同研究において、sib pairを利用したランダムスクリーニングによるポジショナルクローニングによって高いlod scoreを示す単独頂値域6箇所を得ている。このうち、5q23-33領域において6個マイクロサテライト多型マーカーで関連解析を行い、うち3個において有意な関連を認めた。この領域はサイトカインやケモカインがクラスター形成しており、他の自己免疫・アレルギー疾患との関連も多数報告されている。そこで、この領域に存在する候補遺伝子をpick upし、SNPによる関連解析を行っている。これによって新たな候補遺伝子を見出し、1)と同様な機能解析や臨床像との連関に関する検討に供する。また、5q23-33領域において有意な関連を認めたマイクロサテライト多型で、バセドウ病の臨床パラメーター(眼症の有無、抗甲状腺剤感受性、甲状腺腫の大きさ、抗TSHレセプター抗体価)との関連を認めた。
エネルギー回収リニアック(ERL)用ビーム診断装置の開発

この研究の対象である「エネルギー回収リニアック(ERL)」加速器は、非常に高品質の放射光ビームを生み出す、次世代の放射光源用加速器である。また、放射光の生成に使用された電子ビームから使用後にはそのエネルギーを回収し、新たな電子ビームの加速に使用するという画期的な加速器である。しかし、エネルギーを100%回収するためには、電子ビームの性質を詳細に診断する必要がある。当該研究は、ERL加速器内の電子ビームを診断するための装置を開発するものである。1.開発の初年度である平成21年度は、まず「250MHz発信器」を設計した上で、同種の電子回路の製作に実績のある会社に依頼して1台を製作した。当該課題のERL用ビーム診断装置では、ERL加速器内を同時に周回している、加速ビームと減速ビームの両者のビーム電流量のわずかの差を検出することを目標とし、それを2段階で行うものである。2.実際のERL加速器は加速用RF周波数として1.3GHzを使用する計画であるので、加速と減速ビーム共にこの周波数で周回している。この両者は加速位相が180°ずれているので、両者を観測するには、1.3GHzの2倍の2.6GHzの周期でビームを観測する必要がある。この2.6GHzでの実証は第2段階であり、その前に現在使用することが可能であるPFリングを用いた「250MHzモデル」を、第1段階として制作する。3.この「250MHzモデル」では、加速周波数500MHzで周回しているPFリングのビームを250MHzずつの加速と減速ビームの組み合わせと見なして、両者のビーム電流量の微小な差を検出する。この「250MHzモデル」を製作するための準備として「250MHz発信器」が必要となるものである。PFリングからのビームのRF信号を同期検波してその強度差を検出する際に、同期検波の中間周波数として必要な250MHzの信号は、実際にはPFの加速周波数である500.8MHzを半分にして得る必要がある。この250.4MHz信号を得るために、500.8MHzの1/2分周器を製作した。4.この分周器は、NIM規格二幅のモジュールとなっており、1つの入力に対し分周された3つの出力が得られる構成となっている。また、回路の内部には、将来の必要に応じて各種のフィルターや減衰器が取付られるよう、部品の配置に工夫をほどこしてある。この分周器をもとに次年度は検波回路を製作した上で、PFリングにおける250MHz実験に進む予定である。1.開発の第2年度にあたる本年度は、前年度に開発した「250MHzモデル」の性能を確認する実証テストを、PF2.5GeVリングを使っておこない、既に設置されているビーム位置モニター用ボタン電極からのRF信号を入力して、実信号での動作を確認すると共に、その問題点の洗い出しを行うこととした。2.まず、加速器内を周回する電子ビームの作る信号のうち、加速周波数成分を同期検波して取り出すための1/2分周器(昨年度製作済み)の性能を確認した上で、同期検波を行うためのダブルバランスドミキサーと組み合わせて、実験室での模擬信号源を使用した確認作業を行った。PF 2.5GeVリングで性能確認実験を行うにあたり、その加速周波数が500MHzであるので、これを250MHzの2つのビームがそれぞれ周回しているとみなして、その調整に当たった。3.実際の検出では加速周波数成分として取り出した信号の量が、ビーム損失量に相当し、その大きさは通常約-60dB程度と非常に小さいものとなるので、検出上の雑音成分を可能な限り低く抑える必要があり、検出回路間をつなぐ信号ケーブルに2重シールドをほどこすなどの取り扱いに注意した。4.しかし、年度の最後の3月に東日本大震災が発生し、上記の確認実験を予定していたPF2.5GeVリングおよびLINACが地震により大きく被災するという事態が発生し、「250MHzモデル」の実証実験を延期せざるを得なくなった。また測定器類の一部も机上から落下するなどの被害が発生した。研究実績の概要1.開発の最終年度にあたる本年度は、前年度までに開発された「250MHzモデル」のPF2.5GeVリングでの実証実験を行うと共にその問題点を洗い出した上で、実際のERL加速器で使用される、1.3GHzでのビームシミュレータを制作し、そのベンチテストにより性能確認を進めることとした。2.2011年3月に発生した東日本大震災により、PF2.5GeVリングおよびLINACは大きな被害を受け、本来の業務である共同利用実験の再開に向け、復旧作業に全力で当たった。そのため本年度の前半は加速器復旧が活動の中心となり、本件開発活動はペースを落とさざるをえなかった。

3.PF2.5GeV加速器の復旧作業中は「250MHzモデル」のベンチテストを主に行ない、加速周波数成分測定の低雑音化(S/N比の向上)とネットワークアナライザによる位相測定方法の確立作業を行なった。4.PF2.5GeVリングに設置されているビーム位置モニター用ボタン電極からの実ビーム信号を使った性能評価では、以下の2点に関し検討した。第1は、周回する電子ビームの位置の微小変動により単電極からの信号のみを入力信号とした場合に、入力信号の見かけ上の強度変動となることがわかり、ビーム位置モニターの4電極からの信号総てを加算して入力信号とすることで、見かけ上の強度変動を無くすことが可能になった。第2は、同期検波部への周囲環境からの500MHz信号の混入があり、この検出部をシャーシ等で囲うことで低雑音化した。