hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音響的dHuA効果による重い電子系の電子状態の研究

この重点領域研究では、CeやUの化合物に見られる重い電子系のフェルミ面およびf電子状態の観測を超音波と音響的dHuA効果の測定を通して行うこと、超音波による重いフェルミ面の測定法の確立を目指した。1.実験方法の改良重い電子系のdHuA効果の測定をmkの温度で高いS/Nで行うために、GaAsFETを行いたクライオアンプの改良を行い、超音波帯で20dBの増幅度でアンプの発熱量を10mW以下にすることができた。これは500μW級の希釈冷凍機の分留器のヒ-タ-と同程度であるので大型希釈冷凍機のバキュ-ムチェンバ-内に置くことが可能となった。これを用いることによって1/10以下の超音波のパワ-で測定でき、測定信号による試料の発熱を小くできた。これを用いたdHuA効果の実験は、重点領域投究で東北大学が導入した超伝導マグネットが不調で修理中のため本年度中にはできなかったが原理的には10mk以下の実験が可能となった。CaGa_2は有効質量はそれほど重くはないがferro的な秩序を示すので、重い電子系と強磁性の観点から興味がある。^3Heクライオスタットを用いた実験の結果、i)質量が比較的軽く、f電子は局在していると思えるにもかかわらず結晶場効果がほとんど出ない。ii)帯磁率などのdHuAでは見つかっていない10^410^5Oe台の小さなフェルミ面が新たに見つかった。iii)磁気秩序を反映したと見られるdHuA信号のビ-トを測定できた。これらの結果から有効質量が軽くても強いcーf間相互作用のあるフェルミ系を作っていることも考えられ、さらに実験を継続中である。
立位胸部CTの検査法の確立と胸部疾患に対する立位CTの臨床的有用性の検討

1.新たな診断機器である立位(座位)胸部CTが、日常臨床でルーチンに施行可能かを評価した。1立位CT検査室への被験者の呼び入れ、2立位CT撮影のための被験者固定、3立位胸部CT撮影のプロトコール、4立位CT撮影時間、5被験者のCT室退出までのスループット、6画像解析装置への画像転送、に関して評価し、立位CTを日常臨床においてルーチンで施行可能であることを確認した。2.同一被験者に対し、通常の臥位CTと、立位(座位)CTの両方を撮影した。同一被験者のCT画像の比較において、臥位と比較して、立位・座位では、肺の体積が有意に大きく、さらに肺下葉において、その違いが大きいことが明らかとなった。また、臥位での肺の体積と比較して、立位・座位での肺体積の方が、呼吸機能検査でのTotal Lung Capacity(全肺気量)の値と近いことが明らかとなった。この結果を第77回日本医学放射線学会総会(2018年4月12日15日)で発表し、現在、英語論文を執筆中である。3.同一被験者内の、臥位CT画像と立位CT画像の比較により、上大静脈に関しては臥位より立位で細くなり、横隔膜レベルの下大静脈に関しては臥位と立位で断面積はほぼ変わらず、腹部の下大静脈に関しては臥位より立位で太くなるということが明らかとなった。この結果を第78回日本医学放射線学会(2019年4月11日14日)で発表し、現在、英語論文を投稿中である。4.COPD/肺気腫、間質性肺炎、肺高血圧症の患者を対象とし、通常の臥位CTと立位(座位)CTを撮影し、これらの疾患における胸部立位CTの臨床的有用性の評価を開始した。交付申請書に記載した平成30年度の研究実施計画通りに進捗しているため。1.2018年度に引き続き、同一被験者に対し、臥位CT、立位(座位)CTを施行する。そして、同一被験者の臥位CT画像と立位(座位)CT画像を比較し、各臓器の解剖学的構造の位置、肺の体積、脈管径等について、その違いを検討する。2.引き続き、同一被験者に対し、臥位と立位(座位)の両方で、吸気と呼気のCTを撮影する。そして、臥位と立位(座位)での肺容積の違い等を検討する。3.引き続き、臥位、立位(座位)CTでの臓器の形態学的パラメータと各種臨床データを比較する。4.引き続き、循環器内科や呼吸器内科の複数の医師と緊密な連携をとり、循環器疾患(主に肺高血圧症)、呼吸器疾患(主にCOPD/肺気腫)に対し、立位(座位)CTを撮影し、立位(座位)CTの臨床的有用性を検討していく。1.新たな診断機器である立位(座位)胸部CTが日常臨床でルーチンに施行可能かを評価した。1立位CTの設置室への被験者の呼び入れ、2立位CT撮影のための被験者固定、3立位胸部CT撮影プロトコール、4立位CT撮影時間、5被験者の退出までのスループット、6画像ビュワーへの画像転送に関して評価し、立位CTを日常臨床でルーチンに施行可能であることを確認した。同一被験者の臥位CT画像と立位(座位)CT画像のそれぞれにおいて、CT画像での肺の体積を算出し、その違いを検討した。その結果、臥位と比較して、立位・座位では、有意に肺の体積が大きく、さらに肺の下葉においてその違いが大きいことが明らかとなった。この結果を第77回日本医学放射線学会総会(2018年4月12日15日)で発表した。3.通常の臥位CT画像と立位(座位)CT画像のそれぞれの肺の体積と、呼吸機能検査でのTotal Lung Capacity(全肺気量)との関連性を検討した。その結果、臥位での肺の体積と比較して、立位・座位での肺の体積の方が、呼吸機能検査でのTotal Lung Capacity(全肺気量)の値と近いことが明らかとなった。通常の臥位CTと比較して、立位・座位CTの方が、より密接に呼吸機能検査結果と関連していると考えられた。この結果も第77回日本医学放射線学会総会(2018年4月12日15日)で発表した。交付申請書に記載した、平成29年度の研究実施計画通りに進捗しているため。

また、臥位での肺の体積と比較して、立位・座位での肺体積の方が、呼吸機能検査でのTotal Lung Capacity(全肺気量)の値と近いことが明らかとなった。この結果を第77回日本医学放射線学会総会(2018年4月12日15日)で発表し、現在、英語論文を執筆中である。3.同一被験者内の、臥位CT画像と立位CT画像の比較により、上大静脈に関しては臥位より立位で細くなり、横隔膜レベルの下大静脈に関しては臥位と立位で断面積はほぼ変わらず、腹部の下大静脈に関しては臥位より立位で太くなるということが明らかとなった。この結果を第78回日本医学放射線学会(2019年4月11日14日)で発表し、現在、英語論文を投稿中である。4.COPD/肺気腫、間質性肺炎、肺高血圧症の患者を対象とし、通常の臥位CTと立位(座位)CTを撮影し、これらの疾患における胸部立位CTの臨床的有用性の評価を開始した。交付申請書に記載した平成30年度の研究実施計画通りに進捗しているため。1.平成29年度に引き続き、同一被験者に対し、臥位CT、立位(座位)CTを施行する。そして、同一被験者の臥位CT画像と立位(座位)CT画像を比較し、各臓器の解剖学的構造の位置、肺野の体積、脈管径等について、その違いを検討する。2.平成29年度に引き続き、同一被験者に対し、臥位と立位(座位)の両方で、吸気と呼気のCTを撮影する。そして、臥位と立位(座位)での、肺や横隔膜の動きの違い、肺容積変化の違い、脈管径の変化等を検討する。3.臥位、立位(座位)CTでの臓器・脈管系の形態学的パラメーターと各種臨床データを比較する。4.引き続き、循環器内科や呼吸器内科の複数の医師と緊密な連携をとり、循環器疾患(主に肺高血圧症)、呼吸器疾患(主にCOPD/肺気腫)に対し立位(座位)CTを撮影し、立位(座位)CTの有用性を検討していく。1.2018年度に引き続き、同一被験者に対し、臥位CT、立位(座位)CTを施行する。そして、同一被験者の臥位CT画像と立位(座位)CT画像を比較し、各臓器の解剖学的構造の位置、肺の体積、脈管径等について、その違いを検討する。2.引き続き、同一被験者に対し、臥位と立位(座位)の両方で、吸気と呼気のCTを撮影する。そして、臥位と立位(座位)での肺容積の違い等を検討する。3.引き続き、臥位、立位(座位)CTでの臓器の形態学的パラメータと各種臨床データを比較する。4.引き続き、循環器内科や呼吸器内科の複数の医師と緊密な連携をとり、循環器疾患(主に肺高血圧症)、呼吸器疾患(主にCOPD/肺気腫)に対し、立位(座位)CTを撮影し、立位(座位)CTの臨床的有用性を検討していく。<次年度使用額が生じた理由>1.当初予定していた学会へ、都合により参加できなかったため。2.本研究では、CTの検査費用(1万7000円程度)を本科研費で負担しており、平成29年10月31日時点では当初計画よりも進展があったため、平成30年度(と平成31年度)に立位CTを撮影予定であった被験者を前倒しして平成29年度内に撮影しようと計画し、平成29年10月31日に前倒し支払請求を行った。しかし、その前倒しした撮影の人数が平成29年10月31日時点での予想よりもやや少なかったため。<使用計画>平成30年度(と平成31年度)に立位CTを撮影予定であった被験者を少し前倒しして平成29年度内に撮影したが、CT撮影総人数に変わりはなく(研究を遂行する上では大きな問題はなく)、研究費を使用予定である。
銀河系内-系外宇宙線のエネルギー境界の確定と宇宙線起源論

宇宙線の起源が銀河系内であるか銀河系外であるか、そのエネルギー境界はどこかという問題を解決するために、エネルギー10の16乗から18乗の宇宙線のエネルギースペクトルと原子核組成を測定するための「空気チェレンコフ光」検出器を開発し、米国ユタ州の「テレスコープアレイ実験サイト」に設置した。200MHzの高速波形収集装置を用いた検出器を無線ネットワークで接続し、完全自動制御され無人で観測可能なシステムを構築した。メーカーに依頼したエレクトロニクスの開発遅れのために研究の進展には約1年の遅れが生じたが、検出器と観測システムはきわめて安定して稼働しており、現在観測データ解析の解析が進められている。宇宙線空気シャワーが発する「チェレンコフ光」を捕らえるための検出器15台を開発している。検出器は米国ユタ州の砂漠地帯に400m間隔で設置する。初年度は光センサである「光電子増倍管」と高電圧電源等を調達し、ゲインなどの特性試験を行った。光電子増倍管の集光効率を向上させるため、コーン型の集光装置(Winstone cones)を共同研究者のいるユタ大学にて開発した。また光電子増倍管からの信号波形を測定してデジタル化、記録するための高速ADCを備えたエレクトロニクスを外部業者(ブレインズ社)と共同で開発した。これは200メガヘルツのフラッシュ型ADCを搭載しており、100ナノ秒程度の幅をもった空気チェレンコフ光に対応する光電子増倍管からのパルスを記録するのに十分な性能を持っており、要求された仕様を満たすものを製作することができた。このエレクトロニクスはLinux OSを内蔵しており、取得されたデータはこのエレクトロニクスで直接保存でき、無線ネットワークにて遠隔操作が可能であるとともにネットワーク経由でデータを吸い出すこともできる。また検出器の動作を制御するための入出力ポートを備えた回路を自作し、光電子増倍管、ブレンズ社製エレクトロニクスと合わせての動作試験にも成功した。さらに、検出器は屋外で仕様するため、自律稼働させるための発電用太陽電池パネルと大容量バッテリーも調達した。検出器筐体(モーター駆動による開閉装置つき)の設計も行ったが、製作は2015年度にユタ大学内の工房にて行う(当初の予定通り)。なお2015年度に予定している米国への物品輸送のコストを抑えるため、大きさと重量の大きな太陽電池パネルとバッテリーは米国で調達し、共同研究者のいるユタ大学に納品した。2014年6-7月にはユタ州の実験予定地へ出張し、検出器設置予定場所の測量等を行った。宇宙線起源解明を目指し、宇宙線が大気中で生成する空気シャワー、そしてそこから発せられる微弱な光である「チェレンコフ光」を検出する装置開発を進めた。装置は光センサである光電子増倍管と、そこからの信号を高速(200MHz)でデジタル化し記録する「波形記録装置」から成る。光電子増倍管は浜松ホトニクス社製のものを使用し、平成26年度予算にて調達し、その単体試験は平成27年度に行った。波形記録装置は外部メーカ(株式会社ブレインズ)に製作を依頼し、平成26年度中に納品されたが、予期していなかった不具合により要求仕様を満たしていないことが判明し(平成二七年月)、メーカに問題調査・再試験と製品の再実装を依頼することとなった。そのために平成27年度中に完了させるはずであった検出器開発と、現地(米国ユタ州)への設置およびデータ収集開始が不可能となり、平成27年度の研究費を繰越すこととなった。平成27年度末に波形記録装置が納品され、大阪市大での試験を平成28年度に開始し、米国ユタ州へ太陽電池パネルなどとともに装置一式を輸送した。大阪市大にて行った試験は検出器のインパルス応答、光電子増倍管ゲインの高電圧依存性、および光電子増倍管の絶対感度(入射光子数と出力信号の大きさの関係)測定である。また米国ユタ大学と共同で、装置一式を収め、光電子増倍管のための自動開閉式窓を備えた検出器収納箱を開発、製作した。米国ユタ州の別業者に依頼し、太陽電池パネルと検出器のためのスタンドも製作した。検出器の屋外での正常な動作をユタ大学において確認したのち、ユタ州の観測サイトへ設置した。検出器による試験観測は3月に行い、宇宙線に付随したチェレンコフ光が取得できていることを確認した。現在はデータ解析を進めている。外部メーカに委託した製品の完成が遅れたため、計画全体としては一年の遅れが生じた。なお繰越発生後にあらためて立てた研究計画にはおおむね沿って進展している。宇宙線が大気中に入射して発生する空気シャワーから放射される「空気チェレンコフ光」を検出するための装置「チェレンコフ検出器」を開発し、米国ユタ州の「テレスコープアレイ」実験サイトへ設置し、観測を開始した。この実験により、エネルギー10^16電子ボルト領域の宇宙線の原子核組成を測定し、銀河系内起源と銀河系外起源の宇宙線のエネルギー境界を明らかにすることを目指す。平成28年度は、まず業者に発注して完成が遅れていた「波形収集装置」の校正を完了させ、光センサである光電子増倍管との組み合わせによって設計どおりの光検出能力を有することを確認した。またチェレンコフ光イベントの到来時刻を決定するためのGPSと200MHzクロックによる時刻スタンプ精度を検証し、異なる検出器に同時に入射した信号の時刻のずれが20ns以下に収まることを確認した。これは空気シャワーの到来方向決定精度に対する要求を十分に満たすものである。

さらに共同研究を行なっているユタ大学と協力し、モーターによる自動開閉窓を備えた検出器収納箱を製作し、日本から輸送した派遣収集装置、光電子増倍管、太陽電池パネルなどとともに、検出器の組み立てを行なった。検出器には気温、気圧、湿度センサを組み込み、チェレンコフ光信号とともに環境データも同時に取得できるようなデータ取得プログラムを開発した。そしてユタ州におけるテレスコープアレイ実験サイトへ検出器群を設置した。検出器と観測オペレータの通信には無線LANシステムを利用するが、これが距離1km以上離れていても動作することを確認した。そして試験データを取得し、確かに空気シャワーイベントに付随するチェレンコフ光信号が取得できていることを確認した。検出器開発における心臓部である「波形収集装置」の製作を業者に依頼していたが、その完成が1年以上遅れたことにより、その後の検出器校正や米国への輸送、検出器設置とデータ収集開始に遅れが生じた。実際に波形収集装置完成以後の進展速度は、業者による装置完成の遅れがなかった場合と同じペースであるが、研究全体としてはやや遅れが生じている。4年間の間に予定していただけの観測時間を確保することはできなくなっている。エネルギー10^15^18eVの宇宙線の原子核組成を測定することにより、低エネルギーで銀河系内起源の宇宙線と高エネルギーで銀河系外起源の宇宙線のエネルギー境界を決定し、宇宙線起源天体の種族を解明することを目的とする。米国ユタ州で稼働している「テレスコープアレイ実験(TA)」のサイトに15台のチェレンコフ光検出器を設置し、TAの検出器(TALE-FD)と連動した観測を行う。本研究では検出器製作の段階で、ある業者に設計製作を依頼していたエレクトロニクスに不具合が見つかり、その原因究明と再調整のために研究に1年の遅れが生じてしまったが、H29年度には全検出器の設置が完了し、データ収集が開始された。宇宙線イベントは約7秒に1回トリガーされ、その時間変動は小さく、システムは安定稼働している。また無線LANを用いた遠隔操作が可能になり、これによって現地に赴くことなく、日本にいながらにしてデータ収集を行うことができるようになった。観測は現地の夜間にのみ行うが、その時間帯は日本では日中であることは実験遂行上の利点である。得られたデータの解析は、まず宇宙線の到来方向とエネルギー解析が可能となった。現地ではチェレンコフ光検出器とは独立にTALE-FD検出器も稼働しており、同じ宇宙線イベントをこれら2つの検出器で独立に測定できているが、それぞれの検出器データで独立に決定された到来方向とエネルギーはよい一致を示している。宇宙線の原子核種推定は、チェレンコフ光の横方向分布と波形という2つの情報によって行う。そのデータ解析も進んでいるが、最終的な結果を得るためにはさらに1年程度のデータ収集が必要と見込まれている。宇宙線の起源が銀河系内であるか銀河系外であるか、そのエネルギー境界はどこかという問題を解決するために、エネルギー10の16乗から18乗の宇宙線のエネルギースペクトルと原子核組成を測定するための「空気チェレンコフ光」検出器を開発し、米国ユタ州の「テレスコープアレイ実験サイト」に設置した。
植物病原糸状菌の抗ウイルスRNAiにおけるArgonauteの機能分担機構の解明

菌類ウイルスは,菌類の生理に影響を与えうるため,農作物の減収をもたらす植物病原糸状菌病をコントロールする上で重要な存在である.一方で菌類は,ウイルスに対する防御機構(RNAi)を備えている.本研究では,菌類の抗ウイルスRNAi機構について,モデル糸状菌であるクリ胴枯病菌を用いて,分子レベルで解明することを目指す.具体的には,クリ胴枯病菌のRNAi機構において働く分子が,様々なウイルスの感染状況ごとに異なる可能性を検証する.菌類ウイルスは,菌類の生理に影響を与えうるため,農作物の減収をもたらす植物病原糸状菌病をコントロールする上で重要な存在である.一方で菌類は,ウイルスに対する防御機構(RNAi)を備えている.本研究では,菌類の抗ウイルスRNAi機構について,モデル糸状菌であるクリ胴枯病菌を用いて,分子レベルで解明することを目指す.具体的には,クリ胴枯病菌のRNAi機構において働く分子が,様々なウイルスの感染状況ごとに異なる可能性を検証する.
ATP合成酵素の全体構造解析を突破口とした分子機構の解明

結晶化のためには、適切な界面活性剤を用いて分子を単分散に可溶化することが必要である。また、ATP合成酵素の場合、単分散性の問題の他に、界面活性剤がサブユニットの解離を促すという問題がある。本年度では、ATP合成酵素の結晶化に適した界面活性剤を検討した。検討に用いた界面活性剤は、膜蛋白質の構造解析で複数の成功例が報告されている界面活性剤を選択した。マルトシド系7種、グルコシド系2種、スクロース系1種(sucrose monodecanoate)、アルキルオキシエチレン6種、アルキルジメチルアミンオキサイド1種(LDAO)、その他2種の合計19種類を用いた。大腸菌内で好熱菌Bacillus PS3のATP合成酵素を発現させ、その膜画分を調製した。膜画分からATP合成酵素を各種界面活性剤で可溶化し、それを超遠心した後の上清から、Ni-NTAクロマトグラフィーによりβサブユニットのHis-tagを介してATP合成酵素を精製した。可溶化率と精製効率および得られた複合体の安定性を検討するため、超遠心後の上清と沈殿およびNi-NTAクロマトグラフィーの素通りと溶出画分をSDS-PAGEにより分析した。複合体の単分散性を調べるため、精製して得られたATP合成酵素を界面活性剤存在下のゲルクロマトグラフィーで分析した。Ni-NTA精製で得られたATP合成酵素が機能を保持していることを確かめるために、それらのATP合成酵素をリボソームに再構成し、ATPase活性およびそのDCCD阻害、ATP駆動のプロトン輸送活性を分析した。その結果、ドデシルマルトシドなどのマルトシド系の界面活性剤とsucrose monodecanoateでATP合成酵素は高い可溶化率で機能を保持した安定な複合体を単分散した状態で得ることができることがわかった。これらの界面活性剤を用いて、ATP合成酵素やその変異体の結晶化を行っている。ATP合成酵素は、プロトンの流れによってシャフトのサブユニットの回転を引き起こし、ATPを合成する回転分子モーターである。その仕組みの分子的理解にとってATP合成酵素の全体構造の解明は不可欠である。しかし、この結晶構造解析は、この15年あらゆる挑戦をしりぞけてきた。その困難の理由は、この酵素が分子モーターであること自体に由来すると考えられる。つまり、シャフトサブユニット(回転子)がいろいろな方向に向いた混合物となるからである。本年度は、回転子が一つの決まった方向を向いな均一のATP合成酵素を調製した。本年度はまず、回転子の10個のCサブユニットと固定子のaサブユニット(c10-a)、εサブユニットとγサブユニット(ε-γ)をそれぞれ1本のポリペプチドとして架橋したF_oF_1内で、c10-aとε-γをジスルフィド結合で固定することを試みた。c10-a中の1つのcのGln37とε-γ中のεGlu31をCys残基に置換したF_oF_1を作製した。システインを導入するcは10通りあるので、10種類の(c10-aXε-γ)F_oF_1-No.1-10を作製した。酸化条件でF_oF_1をNi-NTAカラムで精製すると、得られた精製酵素のc10-aとε-γ間のクロスリンク形成率はいずれも60%程度であった。よって、この方法では回転子の向きを完全に均一にすることはできなかった。回転子の向きを完全に均一にするために、c10、a、εとγをすべて1本のポリペプチドとして架橋したF_oF_1を作製した。この(c10-a-ε-γ)F_oF_1は、発現量は低いものの、F_oF_1の複合体として発現し、精製できることがわかった。この(c10-a-ε-γ)F_oF_1は回転子の向きを均一にするので、結晶化の標品として大いに期待ができる。この(c10-a-ε-γ)F_oF_1結晶を得るべぐ、様々な界面活性剤を用いて結晶化を行っている。

Ni-NTA精製で得られたATP合成酵素が機能を保持していることを確かめるために、それらのATP合成酵素をリボソームに再構成し、ATPase活性およびそのDCCD阻害、ATP駆動のプロトン輸送活性を分析した。その結果、ドデシルマルトシドなどのマルトシド系の界面活性剤とsucrose monodecanoateでATP合成酵素は高い可溶化率で機能を保持した安定な複合体を単分散した状態で得ることができることがわかった。これらの界面活性剤を用いて、ATP合成酵素やその変異体の結晶化を行っている。
入力パラメータの不確定性を考慮した構造物の耐震信頼性評価法に関する研究

静的構造信頼性を評価するとき、構造物の力学モデルのパラメータは基本確率変数に含まれ、その不確定性は当然考慮すべきものとしている。一方、構造物の耐震信頼性評価では、不規則振動解析及び最大応答分布の同定が複雑であるため、それらの力学モデルのパラメータはもとより、動的解析に関わるパラメータも一般に確定値と仮定されている。しかし、これらのパラメータに含まれている不確定性は耐震信頼性の評価結果に大きな影響を与える。確率過程と不規則振動論に関する研究が著しく発展を遂げており、動的構造信頼性評価は実用的段階に至っている今、これらの不確定性を考慮して、適切に動的構造信頼性を評価することは大きな課題である。昨年度では、限界状態関数を応答曲面で近似することにより、現在用いられる拡張FORMにおける感度解析の問題を避け、既存の動的信頼性解析プログラムを用いて、パラメータの不確定性を考慮できる耐震信頼性の実用的評価法を提案した。今年度はさらに確率変数の標準空間で応答曲面法を適用し、解析精度の向上に着目して、簡易2次信頼性解析法を提案した。標準正規確率変数の2次関数で表す応答曲面関数は2次信頼性解析法の限界状態関数と同じの形式を有しており、適用上はかなり便利になる。また、解析手法では、条件付き破壊確率が不確定性を有するパラメータに対する感度解析が必要はなく、既存の動的信頼性解析プログラムの利用し、確定的パラメータを用いた条件付き破壊確率のわずかの繰り返し計算だけで,十分な精度を得ることができることにより実用的な耐震信頼性評価手法として期待される。本研究では、限界状態関数を応答曲面で近似することにより、現在用いられる拡張FORMにおける感度解析の問題を避け、既存の動的信頼性解析プログラムを用いて、パラメータの不確定性を考慮できる耐震信頼性の実用的評価法を提案した。解析手法では、条件付き破壊確率が不確定性を有するパラメータに対する感度解析が必要はなく、パラメータの不確定性を考慮する複雑な構造物の耐震信頼性評価に用いることができる。また、既存の動的信頼性解析プログラムの利用し、確定的パラメータを用いた条件付き破壊確率のわずかの繰り返し計算だけで,十分な精度を得ることができることにより実用的な耐震信頼性評価手法として期待される。
ミリ波照射下でのイオン伝導促進現象の解明と固体酸化物燃料電池への応用

固体酸化物型燃料電池の電解質の候補である安定化ジルコニアセラミックス、希土類添加セリアセラミックスをミリ波照射で加熱し、イオン伝導の促進について調査を行なった。ミリ波加熱昇温によりイオン伝導度が促進するが、促進割合は周囲の熱環境に依存し、自己発熱が大きく温度勾配が小さいほど促進度合いが大きいことがわかった。最適化された熱環境でのイオン伝導促進率は添加物に依存し通常加熱の20倍を超えるものを見出した。SOFC作動時の加熱法は、一般的にヒーターによる外部加熱である。一方ミリ波による加熱は、材料内部からの自己発熱を利用しているため、急速加熱、選択加熱、内部加熱など従来の外部加熱にはない多くの特徴をもっている。ミリ波加熱はセラミックスの焼結に用いられるのが一般的であるが、本研究では導電率測定時の加熱方法として使用した。ミリ波加熱をSOFCに適用した場合、急速加熱により従来法では難しい必要時のみの起動が可能になるほか、電解質部分を選択加熱することで周囲に使用可能な構成材料の選択候補が広がり低コスト化が期待できる。また、電磁波加熱には非熱効果があることが知られており、これによる作動温度の低減も期待できる。これまでの研究で、SOFCの電解質としての候補である2種類の安定化ジルコニアセラミックス(YSZ, YbSZ)について電気炉またはミリ波により加熱を行い、同じ温度で導電率を比較検討した1)。その結果ミリ波加熱を行うことでイオン伝導率が向上することが分かった。本研究ではY, Yb以外の安定化剤をドープした安定化ジルコニアセラミックス(ScSZ, CSZ, GdSZ)について、ミリ波加熱によるイオン伝導促進効果の調査を目的とした。電気炉加熱、ミリ波加熱による導電率の測定結果を比較したところ、全ての試料で数倍十数倍のミリ波による促進が確認出来た。特に、ScSZはこれまでに報告されているものの中で最高の導電率を示した。ただし、導電率の向上率は8YSZが最も大きかった。ミリ波の吸収は8YSZが最も大きいことから8YSZの方がより大きく酸素イオンの移動を促進させる状態へエネルギーを伝えたと考えられる。これまでの研究で、SOFCの電解質としての候補である3種類の安定化ジルコニアセラミックス(YSZ, YbSZ、ScSZ)について電気炉またはミリ波により加熱を行い、同じ温度で導電率を比較検討したところ、ミリ波加熱を行うことでイオン伝導率が向上することが分かった。本年度は同じ蛍石型構造の酸化物イオン伝導体であるセリアについて、ミリ波加熱によるイオン伝導促進効果の調査を目的とした。電気炉加熱、ミリ波加熱による導電率の測定結果を比較したところ、全ての試料で数倍十倍程度のミリ波による促進が確認出来た。促進率は熱環境およびミリ波の到達度に依存し、放熱が少なくミリ波の直接到達度が高いほど促進度が高いことがわかった。Y安定化ジルコニアに加え、Sc安定化ジルコニアについて通常加熱とミリ波照射下での導電率向上を調べ、ジルコニア系でこれまで報告されている中で最大の導電率を示すことがわかったため。無機材料科学SOFCでの効率向上を目指す。装置の組み立ては終了したが、セルの作製に至らず高純度試薬の購入費が少なかったため。高純度試薬および加工メディア(ダイヤモンドブレード、ダイヤモンドペースト)を購入する。
幼稚園における健康診断を用いた保健管理の有効性

文部科学省の学校基本調査によると、2018(平成30)年度には国立49、公立3,737、私立6,688の合計10,474の幼稚園があり、1,207,884人の幼稚園児が通園している。幼稚園は小中学校と比較して私立の割合が高いこともあり、健康診断や保健管理の実態などが十分に把握できていない。そこで、幼稚園における健康診断の実施状況や養護教諭の配置状況、保健室の設置設備などの実態を調査することによりわが国の幼児の保健管理の実態を明らかにし、幼稚園から小学校へのスムーズな保健管理の連携や幼児期から行うべき生涯を通じた健康づくりについて検討することを本研究の目的とした。2018(平成30)年度は7月、12月、2月に計3回の研究会議を行い、幼稚園における保健管理に関する国内外の文献収集および幼稚園へ送付する質問紙の調査項目の検討を行った。また、研究に協力してくれる幼稚園の選抜するため、分担研究者の知人に紹介を依頼したり、幼稚園教諭および養護教諭が出席する学会等で幼稚園における健康管理に従事する教員より「幼稚園児に健康診断を行うことの利益」や「幼稚園における健康診断と保健管理に期待されること」「幼稚園に養護教諭を置くことの意義」などの話を聴取した。これらの結果、2019年度に全国の幼稚園を対象に実施予定である調査の予備調査用紙を作成し、保健室などを見学させていただく幼稚園を選定することができた。今後、幼稚園養護教諭だけではなく、幼稚園教諭ならびに卒園生の進学先である小学校教員にもインタビューなどを行い、養護教諭が置かれている園と置かれていない園での保健管理の状況とその後の発達や健康状態などを比較する予定である。今年度は計画通り、幼稚園における保健管理に関する国内外の文献を収集し、幼稚園へ送付する質問紙の調査項目の検討を行った。現在、予備調査用の質問紙を、全国の公立幼稚園3園、私立幼稚園3園に送付し、質問内容等の妥当性を検討している。また、幼稚園養護教諭を配置している幼稚園と連絡をとり、今後、保健室を見学させていただくための準備を進めている。2019年度は全国の約1,000幼稚園(国立49園、公立3,737園の10%、私立6,688園の10%)に「健康診断の時期・回数・検査項目」「保健指導の実施状況」「保健室の有無」「保健室の備品」などを問う質問紙を郵送し、回収、集計、分析を行う。また、現在、幼稚園の保健室に勤務している養護教諭や幼稚園教諭、小学校教諭などに半構造化面接を実施し、幼稚園で行われている健康診断の実態および課題の分析を行う。2020年度は、上記の調査結果を総合的に分析し、幼稚園における保健管理の現状と小学校への健康情報のスムーズな連携の可能性を検討する予定である。

予定していた幼稚園保健室見学が幼稚園行事等と重なり実施できなかったため、次年度使用額が生じた。2019年度に日程を再調整して幼稚園保健室見学を実施するとともに、北欧の幼児健康診断を見学する経費としても使用予定である。
レクチンマイクロアレイを用いた肝細胞癌の分化に関する糖鎖プロファイリング

多くのタンパク質や脂質は、糖鎖付加により糖タンパク質や糖脂質となることで様々な生体機能を発揮する。多様な癌種において糖鎖構造の変化が報告されており、これまで当科では胃癌、大腸癌、食道癌、IPMNにおける糖鎖の発現について調べてきた。本研究では肝細胞癌を対象とし、その中でも同一腫瘍内に分化度の異なる成分を有する症例について、レクチンマイクロアレイ法にて糖鎖の発現プロファイリングを網羅的に行い、分化度間で比較検討することで、肝細胞癌の脱分化に関連のある因子を同定する。さらに機能解析を行い、それらをコントロールすることで、肝癌の新たな治療法の確立を目指す。当科にて手術を行った肝細胞癌症例のホルマリン固定標本より組織を採取し、レクチンマイクロアレイ法による網羅的糖鎖解析を行った。対象は2006年1月2015年12月までに当科で切除した、同一組織内に高分化型癌と中/低分化型癌の混在する症例で、基準を満たした連続する50症例について解析した。Laser captured microdissectionを用いて癌部から高分化成分、中分化成分を採取、蛋白抽出し、網羅的糖鎖解析装置GlycoStationを用いて45種のレクチンについて発現を測定した。分化度間で有意差を認めたのは、ConA、NPA、GNA、Calsepa4種のレクチンで、高分化成分と比較し、中分化成分で有意に上昇していた。これらはいずれも高マンノース型糖鎖に結合するレクチンで、脱分化により高マンノース型糖鎖が増えることが示唆された。糖転移酵素の1種であるMGAT1が低下すると高マンノース型糖鎖が増えることが知られており、MGAT1染色を行ったところ、中分化成分において有意に発現低下を認めた。現在肝癌細胞株を用い、MGAT1をノックダウンすることで、増殖能や浸潤能にどのような影響を及ぼすか実験を進めている段階である。30年度以降の研究計画として挙げた実験のうち、1病理学的因子との関連性については比較検討を完了した。有意差は認めなかったものの、MGAT1発現低下により予後が増悪する傾向を認めた。糖転移酵素の機能評価については現在HCC細胞株(Huh7)を用い、siRNAにてMGAT1をノックダウンしたのちに増殖能アッセイ、浸潤能アッセイを行ったが現在のところ有意差を認めていない。MGAT1は、糖鎖に多様性をもたらす際、そのカスケードの根幹に存在する糖転移酵素であり、生体機能の維持に重要な役割を果たしていると考えられる。ノックダウンの程度によっては致命的な変化となり得るため、その程度については今後も検討が必要である。ノックダウンの程度の大小による変化や他の肝細胞癌細胞株を用いた実験を進める予定である。また、MAN1A1などその他の糖転移酵素が高マンノース型糖鎖の増加に関わっているとの報告もあり、MGAT1以外の糖転移酵素についても検討する必要があると考えている。糖鎖は生体の重要な構成成分であり、多くのタンパク質や脂質は、糖タンパク質や糖脂質となることで様々な生体機能を発揮するという重要な役割をもつ。様々な癌における糖鎖構造の変化が報告されており、当科でも様々な消化器癌における糖鎖の発現について調べてきた。本研究では、肝細胞癌の中でも同一腫瘍内に分化度の異なる成分を有する症例について、糖鎖の発現プロファイリングを網羅的に行い、分化度間で比較検討することで、肝細胞癌の脱分化に関連のある因子を同定する。さらに機能解析し、それらをコントロールすることで、肝癌の新たな治療法の確立を目指す。対象は2006年1月から2015年12月までに当科で切除した、同一組織内に高分化型癌と中/低分化型癌の混在する症例で、当初70例を予定していたが、基準を満たした50症例について解析した。Laser captured microdissection(LCM)を用いて癌部から高分化成分、中分化成分を採取、蛋白抽出後Cy3にて蛍光標識し、網羅的糖鎖解析装置GlycoStationを用いて45種のレクチンについて発現を測定した。分化度間で有意差を認めたのは、ConA、NPA、GNA、Calsepaの4種のレクチンで、高分化成分と比較し、中分化成分で有意に上昇していた。・29年度の計画は、症例数が予定に達さなかったもののその他は概ね完了した。・現在、有意差を認めたレクチンについてレクチン染色を行い、それに関連すると思われる糖転移酵素について免疫組織化学法で染色を進めているところである。

対象は2006年1月2015年12月までに当科で切除した、同一組織内に高分化型癌と中/低分化型癌の混在する症例で、基準を満たした連続する50症例について解析した。Laser captured microdissectionを用いて癌部から高分化成分、中分化成分を採取、蛋白抽出し、網羅的糖鎖解析装置GlycoStationを用いて45種のレクチンについて発現を測定した。分化度間で有意差を認めたのは、ConA、NPA、GNA、Calsepa4種のレクチンで、高分化成分と比較し、中分化成分で有意に上昇していた。これらはいずれも高マンノース型糖鎖に結合するレクチンで、脱分化により高マンノース型糖鎖が増えることが示唆された。糖転移酵素の1種であるMGAT1が低下すると高マンノース型糖鎖が増えることが知られており、MGAT1染色を行ったところ、中分化成分において有意に発現低下を認めた。現在肝癌細胞株を用い、MGAT1をノックダウンすることで、増殖能や浸潤能にどのような影響を及ぼすか実験を進めている段階である。30年度以降の研究計画として挙げた実験のうち、1病理学的因子との関連性については比較検討を完了した。有意差は認めなかったものの、MGAT1発現低下により予後が増悪する傾向を認めた。糖転移酵素の機能評価については現在HCC細胞株(Huh7)を用い、siRNAにてMGAT1をノックダウンしたのちに増殖能アッセイ、浸潤能アッセイを行ったが現在のところ有意差を認めていない。前年度に行った実験で同定されたレクチンやそのレクチンに関連する蛋白、糖転移酵素などについて免疫組織化学染色を行い、発現部位や発現強度を調べる。高分化型癌、中/低分化型癌でそれぞれ高発現を呈するレクチン、蛋白、糖転移酵素などの発現を同定する。また、同定されたレクチンやレクチンに関連する蛋白、糖転移酵素が、分化度や脱分化に関連するマーカーとなるか検証する。臨床病理学的因子(脈管侵襲,単発/多発,腫瘍径,肝内転移, stage,再発,予後など)との関連を統計学的に検討する。これにより予後予測マーカーとしての有用性を検討する。MGAT1は、糖鎖に多様性をもたらす際、そのカスケードの根幹に存在する糖転移酵素であり、生体機能の維持に重要な役割を果たしていると考えられる。ノックダウンの程度によっては致命的な変化となり得るため、その程度については今後も検討が必要である。ノックダウンの程度の大小による変化や他の肝細胞癌細胞株を用いた実験を進める予定である。また、MAN1A1などその他の糖転移酵素が高マンノース型糖鎖の増加に関わっているとの報告もあり、MGAT1以外の糖転移酵素についても検討する必要があると考えている。
高次構造による電子状態と波面の制御を利用した高機能希土類発光体の開発

希土類イオンを発光中心とする蛍光体を固相反応によって作製する際に、不純物を加えると発光強度が顕著に増加する現象について、その機構を調べた。Y_2O_3、とEu_2O_3を原料として焼成して試料を作製する際にZnOなどの不純物を加えると、母体と発光中心添加物との拡散反応が促進され、それによって発光強度が増加することが明らかになった。一方、母体としてGd_2O_3を使用すると、ZnOを加えることによって結晶構造が立方晶から単斜晶に変化し、得られたGd_2O_3:Eu^<3+>蛍光体の量子収率は高く、発光ピークが長波長の623nm付近にあるため、色純度の高い蛍光体として利用できる。希土類イオンや遷移金属イオンを発光中心とする蛍光体を固相反応によって作製する際に、不純物を加えると発光強度が顕著に増加する現象について、発光特性とX線回折の測定によってその機構を調べた。その結果、母体にY_2O_3、希土類添加物の原料にEu_2O_3を用い、焼成によって試料を作製する際にZnOなどの不純物を加えると、母体と発光中心添加物との拡散反応が促進され、それによって発光強度が増加することが明らかになった。これは、より低温またはより短時間の焼成で高効率の蛍光体が得られることを意味し、工業的に有用である。一方、母体としてGd_2O_3を使用すると、ZnOを加えることによって結晶構造が立方晶から単斜晶に変化することを見出した。焼成温度の1200°Cでは、通常は立方晶のGd_2O_3が安定で、1500°Cで焼成すると単斜晶となるが、少量のEu_2O_3とZnOを加えることにより、結晶構造が単斜晶に転移し、低温で結晶の形態が制御された。ZnOのみを立方晶のGd_2O_3に加えた場合は、単斜晶への変化は起きない。したがってこの場合も、ZnOはEu_2O_3の効果を助ける働きをしていると見ることができる。この効果は、他の不純物との比較の結果、ZnOにおいて特に顕著であった。こうして得られたGd_2O_3 : Eu^<3+>蛍光体の量子収率は、396nmでの励起の場合約60%と高く、発光ピークが長波長の623nm付近にあるため、611nmに発光ピークを持つY_2O_3 : Eu^<3+>よりも、色純度の高い蛍光体として利用できる。数物系科学
精神・神経疾患の認知予備力評価法の開発：神経心理学的メカニズムの解明のために

認知予備力について、医療従事者が臨床現場で出会うさまざまな精神疾患や神経疾患の発症から回復への機能的な理解や予後の予測の目的のために適用可能な道具を開発する。認知予備力はそれまでの教育、仕事、余暇活動経験や病前知能などが関連し、それがさらに、さまざまな精神・神経疾患の発症時からの機能に影響を及ぼすことが予測される。ここでは、器質性脳疾患と統合失調症を代表とする精神疾患と認知症について認知予備力と認知機能の関連を検討することにより、疾患に及ぼす影響の差異を検討する。また、脳画像にもとづく脳形態・機能と認知予備力の関連の検討により、神経基盤の解明に寄与することになると考えられる。
ヒトγδ型T細胞上に発現する副刺激分子の立体構造解析

ヒトPD-1分子およびヒトPD-L1分子の細胞外領域タンパク質を大腸菌で封入体として発現させ、リフォールディングを行った。リフォールディングしたタンパク質は陰イオン交換カラムクロマトグラフィーおよび分子篩により精製し、結晶化に供した。同様に、γδ型T細胞上に発現する負の刺激分子であるIRp60分子の発現、精製を行い、テトラマーの作成を行った。その結果、IRp60リガンドが抗原提示細胞に多く発現していることが明らかとなった。本年度はヒトPD-1分子およびヒトPD-L1分子の細胞外領域タンパク質を大腸菌で封入体として発現させ、リフォールディングを行った。まず、シグナルペプチドを除いた細胞外領域をクローニングし、大腸菌発現用ベクターに組み込んだ。PD-1はT145まで、PD-L1はT238までとした。次に、ステムループ除去のためにN末をATリッチにし、自己組織化による二次構造の形成を阻害した。封入体は界面活性剤を用いて洗浄し、グアニジンを含むカオトロピック緩衝液に溶解した。リフォールディングはアルギニンベースの緩衝液にジスルフィド結合再生用のグルタチオンを添加した緩衝液を用いた。リフォールディングしたタンパク質は陰イオン交換樹脂に吸着させ、トリス緩衝液とNaClで溶出させた。これを分子篩にかけ、結晶化用の最終精製標品とした。結晶は、ヒトPD-1単独、ヒトPD-L1単独、ヒトPD-1/ヒトPD-L1の共結晶の3つのパターンを作成する必要性があるので、単独結晶用にモノクローナル抗体の作成を行った。抗原としては、精製したヒトPD-1の細胞外領域質と、ヒトPD-L1の細胞外領域タンパク質を用いた。その結果、ヒトPD-1に対するモノクローナル抗体3種、ヒトPD-L1に対するモノクローナル抗体20種を得ることができた。抗ヒトPD-L1抗体に関しては、ハイブリドーマを無血清培地に馴化させ、培養法にて抗体を調製した。その結果、100mgの抗体が得られた。ヒトPD-1に関しても同様の操作を行い、50mgのモノクローナル抗体を得た。これら抗体とリフォールディングしたタンパク質を用いて、来年度に、ヒトPD-1と抗体の共結晶、ヒトPD-L1と抗体の共結晶、ヒトPD-1とヒトPD-L1の共結晶を作成予定である。本年度は、まず、ヒトPD-1の結晶について解析を行った。前年度に作成したヒトPD-1の結晶はツインであり、X線結晶解析による座標決定が不可能であったため、抗体のFab領域との共結晶解析を行うことにした。そのために、ヒトPD-1の細胞外領域を大腸菌で封入体として発現させ、リフォールドしたものを陽イオン交換カラムクロマトグラフィーで精製し、マウスに免疫した。4回免疫後に脾臓細胞を摘出し、マウスミエローマ細胞株SP2/0と細胞融合した。HAT培地で選択し、抗ヒトPD-1抗体を産生するハイブリドーマを限界希釈し、モノクローナル抗体を得た。このモノクローナル抗体を酵素処理することにより、抗ヒトPD-1抗体のFab領域を得ることができた。そして、ヒトPD-1細胞外領域とFab抗体を結合させ、ゲル濾過で結合タンパクを精製し、結晶化を試みた。来年度は、この共結晶の構造解析を行う予定である。次にγδ型T細胞上に発現する負の刺激分子であるIRp60分子のテトラマーの作成を行った。IRp60分子はPD-1と同様免疫グロブリンV領域様ドメインを有する分子であり、そのC末端側にBirA認識ペプチドを付加したものを作成した。このモノマーは大腸菌内で封入体として発現されたため、in vitroでのリフォールドを行い、陰イオン交換カラムクロマトグラフィーにより精製を行った。精製後、BirAでその認識配列内のリジン残基をビオチン化し、ストレプトアビジン-PEを用いてテトラマー化を行った。このIRp60テトラマー分子を用いて、リガンド分子を発現する細胞を探索した結果、いくつかの細胞株に発現が確認された。今後、このリガンド分子の同定を進めていく予定である。本年度は、γδ型T細胞に発現する負の刺激分子、および、抗原提示細胞上に発現するリガンドについてタンパク化学的解析を行った。前年度、γδ型T細胞上に発現する負の刺激受容体としてIRp60を同定し、その細胞外領域の4量体を作成したので、今年度は、そのリガンドがどの細胞種に発現しているかさらに解析を進めた。従って、このIRp60とそのリガンドとの相互作用を遮断することができれば、γδ型T細胞の活性化を亢進させることが可能となる。そこで、その遮断薬のモデルとして、IRp60の細胞外領域タンパク質およびその多量体を大量調製し、それらのγδ型T細胞活性化に対する効果を詳細に検討した。

次に、γδ型T細胞活性化剤として、従来型の非ペプチド性抗原が知られているが、最近になって、ある種の抗体20.1がγδ型T細胞を活性化することが報告されている。そこで、本年度は、その抗体20.1の認識する分子のタンパク化学的および構造学的解析を行った。この分子の細胞外領域を大腸菌で封入体として発現させ、リフォールド後、蛍光標識を行い、γδ型T細胞への親和性を検討した。その結果、この分子の受容体がγδ型T細胞に強く発現していることが明らかとなった。また、この分子は2量体分子であり、CD80/CD86に類似した構造を有していることが明らかになった。最後に、ヒトPD-1分子とヒトPD-L1分子の構造解析を進めるため、種々の条件で共結晶の作成に取り組み、いくつかの結晶条件を決定することができた。
神経回路形成過程におけるがん遺伝子の働き

cーsrc遺伝子および遺伝子産物(pp60^<cーsrc>)は、神経細胞樹状突起の成長およびの時期に認められるシナプスの形成段階と密接な関係のあることをこれまでの研究から明らかにしてきた。また、神経成長因子(NGF)の作用で神経細胞に分化するPC12h細胞を用いて、cーsrc遺伝子の発現は神経細胞の分化過程で重要な制限因子の一つであることも明らかにした。これらの実験結果をもとに、今年度も引き続きシナプス形成段階にcーsrc遺伝子がどのように機能しているのかといった問題点について研究を行った。シナプス形成過程を分子レベルで解析するためには、in vitroでシナプス形成をモニタ-することが必要である。そこで、私が作成したHAT選択培地に感受性を持つPC12hー6TG^r細胞とラット胎児神経細胞を細胞融合することによって得られる神経細胞ハイブリド-マ(neurodoma)を用いた実験を継続して行った。胎齢18日のラット大脳皮質細胞より作成したneurodoma(NDー1)を、NGF100ng/mlと共に5日間培養して分化させ、ここに胎齢18日のラット大脳皮質細胞を加えて同量のNGF共存下に5日間培養した。培養後Fura2を細胞に取り込ませて、形成されたシナプスをインパルスが通過する際に起こるカルシウムイオンの変化をCASALSを用いて調べた。その結果、同期して蛍光を発する大型の細胞が存在することが明らかにされ、NDー1細胞はラット大脳皮質神経細胞とシナプスを形成することが可能であることが示唆された。現在、NDー1細胞を蛍光色素で標識してシナプス形成細胞がNDー1細胞であることを確認している。今後、NDー1細胞が前シナプス細胞か後シナプス細胞かを同定し、cーsrc遺伝子の発現とシナプス形成の因果関係を検討する予定である。
水素吸蔵合金アクチュエータを利用した新しい地熱発電

本研究で開発した自律駆動型水素吸蔵合金アクチュエータは,実質的にゼロランニングコスト,ゼロエミッションを実現した未来型のエネルギー変換装置である.特筆すべきは,100°C以下の温泉熱を高熱源として機械動力や電力を得られることである.この技術が実用化されれば,地熱利用に限らず,工場やごみ焼却場から出る廃熱の利用にも適用できるため,産業界への大きな波及効果が見込まれる.本研究では,従来の地熱発電では利用できなかった低エンタルピー地熱資源(中低温の地熱・温泉水)の有効活用を目指して,水素吸蔵合金アクチュエータを用いた新しい原理に基づく発電システムの開発を目指している.本研究において実施した内容とその重要性は以下のようである.(1)水素ガス経路自律切替器を設計し,熱源があれば外部動力なしに動作を持続する3連非同期型の水素吸蔵合金アクチュエータを製作した.熱源の温度範囲に適合したAB5型の水素吸蔵合金を熱伝達を考慮して内部が多重構造になっている合金容器に充填した.配管の接続には,ガス漏れを抑制するために必要に応じてロウ付けを実施した.(2)水素吸蔵合金アクチュエータに適した低速回転に対応可能な多極式発電機を自作した.併せて,アクチュエータと発電機を接続するためのギヤに工夫を凝らし,製作した連結架台に固定している.(3)発電システムの能力を最大限に引き出すために,3連非同期型のアクチュエータの動作を評価し,アクチュエータと発電機の接続の最適化について検討した.(4)本研究で開発した水素吸蔵合金アクチュエータを利用した地熱発電システムを地熱地域に設置する場合に考慮しなければならない条件を検討した.現場で地熱・温泉水を利用するためには,スケールの問題,配管の腐食の問題等,考慮しなければならない点がいくつもあることがわかった.(5)地熱開発サイトに本発電システムを設置した場合に考えられる動作上の問題を実験的に検討した.高温側熱源として温水を使用し,低温側熱源として雪氷水を利用して,水素吸蔵合金アクチュエータを動作させ,発電機を回して,発電システムの出力と熱効率が最大となるように検討した.(6)本研究の総括:他の再生可能エネルギーと比較したときの地熱の長所,そして本地熱発電システムの利点を整理して示すことができた.本研究で開発した自律駆動型水素吸蔵合金アクチュエータは,実質的にゼロランニングコスト,ゼロエミッションを実現した未来型のエネルギー変換装置である.特筆すべきは,100°C以下の温泉熱を高熱源として機械動力や電力を得られることである.この技術が実用化されれば,地熱利用に限らず,工場やごみ焼却場から出る廃熱の利用にも適用できるため,産業界への大きな波及効果が見込まれる.本研究では,従来の地熱発電では利用できなかった低エンタルピー地熱資源(中低温の地熱水)の有効活用を目指して,水素吸蔵合金アクチュエータを用いた新しい原理に基づく発電システムの開発を目指している.当該年度は,実験室において,発電システムを組み立て,その動作を確認し,出力および熱効率の評価を実施することを目的としていた.実際に実施した内容とその重要性は以下のようである.(1)水素吸蔵合金アクチュエータの組み立て:水素吸蔵合金アクチュエータを組み立てるため,それに接続する水素ガス経路切替器(クロスオーバーバルブ)を設計し,製作した.水素吸蔵合金容器への合金粉末の充填に際しては,容器周囲の熱が合金に素早く熱伝導するように,そして合金と水素ガスの熱伝達も考慮して,さらに水素ガスの流動性を確保するために,合金容器の内部構造はステンレスネットを用いて多重構造とした.そして合金粉末の容器への充填の仕方については工夫を凝らした.水素吸蔵合金としては,熱源の温度範囲に対応したAB5型のLaNi5を使用した.配管の接続には,必要に応じてロウ付けを実施し,継手とバルブも使用している.(2)発電システムの組み立て:水素吸蔵合金アクチュエータと発電機を接続するギヤボックスを設計し,製作した.そして,発電機とギヤボックスを固定する架台も製作した.(3)発電システムの最適化:発電システムの能力を最大限に引き出すために,アクチュエータと発電機をギヤボックスを介して適切に接続する必要がある.また,温水と冷水の流れを切り替えるタイミングや水素ガスの吸放出を切り替えるスイッチングバルブの制御が重要である.これらは,水素吸蔵合金容器内での合金の水素ガスの吸収・放出挙動を考慮して実験的に検討する必要がある.ここで明らかとなった事項は,次年度の課題である。研究実施計画にあったシステムの組み立てが遅れたため。その理由は,申請額に対して助成金額が大幅に削られていたため,当初予定していた特注品も最小限に抑える必要が生じ,特注部品の設計のし直しと可能な限り自作をしたために,試行錯誤の繰り返しとなってしまい,計画の実施に時間を要したためである。次年度は,地熱開発現場に水素吸蔵合金アクチュエータを利用した地熱発電システムを設置することを模擬した実証試験を実施する.(1)地熱開発現場の環境条件の検討:本研究で開発した水素吸蔵合金アクチュエータを利用した地熱発電システムを地熱開発現場に設置する場合に考慮しなければならない条件を検討する.現時点で実証試験が実施可能な候補としているのは,生産井の掘削が開始された地熱地域である.その現場で地熱水を利用するためには,スケールの問題,配管の腐食の問題等,考慮しなければならない点がいくつもある.

(2)地熱開発現場への本発電システムの設置を模擬した試験:地熱開発サイトに本発電システムを設置した場合に考えられる問題の解決策を練る.そして,高温側熱源として地熱水を,低温側熱源として沢水を利用して,水素吸蔵合金アクチュエータを稼動させ,その動力によって発電機を回すことを考える.このとき,発電機はなるべく長時間稼働させて,必要なデータ(地熱水と沢水の温度,地熱水・沢水の切り替え周期,アクチュエータのピストン周期,出力など)を取得する.そして,現場において発電システムの出力と熱効率が最大となるような最適化条件を明らかにし,現場で発電システムを稼働した場合の問題点とその解決策を整理する.(3)本研究の総括:実験データを詳細に検討し,本研究で得られた最適化条件と照らし合わせながら,発電システムの改良点や適用可能範囲を明確にする.最終的に,現場の状況も考慮した場合の地熱発電システムの平均出力と熱効率を評価し,当システムの汎用性について検討する.申請額に対して助成金額が大幅に削られていたため,当初予定していた特注品も最小限に抑える必要が生じ,特注部品の設計のし直しを強いられ,計画の実施に時間を要し,研究実施計画にあったシステムの組み立てが遅れたため,実験に使用予定の消耗品費を使い切ることができなかった.24年度の未使用額133千円の25年度における使用予定は以下のようである.設備備品費0千円,消耗品費133千円,旅費0千円,人件費・謝金0千円,その他0千円,合計133千円