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高温超電導バルク体を用いた免震装置に関する研究

東北地方太平洋沖地震をはじめ,日本は地震によって大規模な人的被害および経済的被害がもたらされ,復旧にも莫大な時間と費用が必要となる。本研究では,地震被害を抑制するために,超電導バルク体を用いた磁気浮上型の免震装置の開発を図っており,当該年度において免震対象物を浮上支承させるための効率の良い浮上力確保や水平および鉛直振動に対する振動伝達率の抑制(免震効果の向上)を検討した。効率よく浮上力を得るために,超電導バルク体と永久磁石の配置や大きさについて検討し,超電導バルク体の単位面積当たり2000kgf以上(半導体製造装置レベル)の浮上力が得られることを見出した。実際に得られた浮上力特性から大型モデル装置を製作し,地震波を印加させ,振動伝達特性を測定した。初期微動となる小振幅高周波振動(振幅10mm未満,周波数1Hz以上)に対しては,加速度を20分の1に低減することができ,主要動となる大振幅低周波振動(振幅10mm以上,周波数1Hz未満)に対しては,等速直線運動を示すことを明らかにした。つまり,地震波周波数領域(10Hz以下)において固有周波数が存在せず,既存の免震装置では不可能であった共振現象に伴う振動増幅を抑制する(振動伝達率が1以下になる)ことに成功した。鉛直振動伝達特性では,共振時における振動伝達率を抑制するために,超電導バルク体数を変化させて剛性を高める方法や渦電流ダンパーによって減衰力を高める方法を考案した。これらは,鉛直方向のみに振動伝達を抑制する力が発生するため,水平振動伝達には寄与しない利点がある。これらにより,地震動の周波数領域から共振点を移行させるとともに,共振時における振動伝達率を3分の1程度抑制することに成功した。超電導免震装置の早期実用化によって,地震被害を大幅に低減し,業務継続や機能維持が確保されるとともに,物的被害のみならず,精神的なストレス抑制にもつながることになる。東北地方太平洋沖地震によって,東日本の大部分は甚大な被害を受けた。今後も同等程度の大規模地震が日本周辺で発生すると予想されている。地震被害を抑制するために,本研究では,高温超電導バルク体と永久磁石を用いて免震対象物を磁気浮上させ,振動源と免震対象物との物理的繋がりを絶縁する,磁気浮上型免震装置を考案した。モデル装置の制動機構として,永久磁石を異極が対向するように振動源と免震対象物に設置し,永久磁石間に銅板を設け,通常時の静止安定浮上と振動時の振動伝達の低減を図った。さらに,永久磁石と銅板を対向させたシステムを設置し,更なる振動伝達の抑制を試みた。その結果,銅板の厚みや設置数を増加させることによって,振動伝達を抑制することに成功した。しかし,システムを多数設置すると,振動伝達が増加することが確認された。この現象を明確にするために,三次元有限要素法を用いて銅板に発生する渦電流およびローレンツ力を解析し,振動伝達特性を評価した。この結果,振動開始時においてローレンツ力が永久磁石間の磁気吸引力と同方向に発生するために,振動源と免震対象物との磁気結合が強まり,振動伝達が増加することが確認された。また,振動方向の変化によって永久磁石間の磁気吸引力と反対方向にローレンツ力が発生していることが分かった。これにより,振動時の振動源と免震対象物との磁気結合が弱まり,振動伝達が減少することが分かった。つまり,振動開始時に免震対象物は最初の振動方向に振動するが,振動時に発生するローレンツ力によって初期の振動が抑制され,振動伝達が改善されたといえる。しかし,制動力が大きいと,振動源との磁気結合が強まり,振動開始時に加わる力が大きくなり振動伝達が増加する。このため,振動開始時に加わる力とローレンツ力が均衡する渦電流量において振動伝達率が極値を有することを見出した。

これらにより,地震動の周波数領域から共振点を移行させるとともに,共振時における振動伝達率を3分の1程度抑制することに成功した。超電導免震装置の早期実用化によって,地震被害を大幅に低減し,業務継続や機能維持が確保されるとともに,物的被害のみならず,精神的なストレス抑制にもつながることになる。振動伝達の抑制および減衰効果を向上させる狙いとして永久磁石と銅板で構成される渦電流ブレーキを採用し,そのシステムの振動時および振動終了後における現象を解析によって検討することができ,その成果を国際会議で発表することが出来たため。免震対象物の静止安定浮上のために,永久磁石を対向させた永久磁石システムを導入しているが,そのシステムによる磁気結合によって,振動が免震対象物に伝達してしまうことや永久磁石システム自身の固有周波数によって共振を招く恐れがあり,免震対象物に悪影響を与えてしまう。そこで,永久磁石システムの磁気結合を振動時に排除するような構成を考える必要がある。つまり,通常時は静止安定浮上を可能とし,振動時においては地盤との結合が存在せず,どの周波数に対しても共振点を持たない構成である。現在は,振動開始時に生まれる永久磁石間の相対変位を利用し,初期位置から永久磁石を落下させ,永久磁石間の結合を排除する方法について検討している。
懸濁廃水の凝集及び濾過

分離の困難な、極めて微細な粒子を含み比較的高濃度の懸濁廃水を効果的に固液分離する方法を開発するための基礎として、適切な前処理としての凝集処理による微細懸濁質の効率的捕集と固体成分の濃縮、ダイナミック濾過による高速化、また低含水率スラッジの高速分離について検討した。1.機能の異なる2種類の有機凝集剤を利用する凝集操作について、明畠らはカチオン性とアニオン性の凝集剤をシーケンシャルに使用し実験的に検討した。カチオン性凝集剤の単独使用に比し濾過速度の増加に着効があり添加凝集剤の総イオン量により決まること、カチオン性凝集剤添加量40μeg./g以上では弱アニオン性の方が濾過速度改善に効果があること、2液とも弱イオン性の場合上澄液,濾液の濁度は十分低下しないことを明らかにした。2.懸濁廃水などのダイナミック濾過に関し、白戸らは共軸2重円筒型ダイナミック濾過装置を試作してアオコ懸濁廃水の濾過特性を検討し、高回転速度により濾過速度が向上することを明らかにした。濾過促進剤として探策したカリオンを添加すると、ケークの掃流が向上して濾過操作がさらに改善された。その最適添加量も求めた。試作装置のローターの流対摩擦抵抗、ティラー渦流域へ移行する臨界ティラー数と装置定数との相関式を求めた。3.濃度懸濁廃水の凝集操作と生成フロックの脱水特性について、東谷らは懸濁粒子のペレット化と生成ペレットの分級を同時に行える装置として傾斜型転動造粒装置を提案、試作し、検討した。その結果、処理水の光透過性はペレット生成領域では十分大きいこと、ペレット径は装置傾斜角に依存しないが、過大の造粒時間のもと、また大きな回転速度のもとで小さくなること、分級特性は回転速度並びに装置傾斜角の増加とともに向上する等所期の目的に適していることを明らかにした。
ヒト熱ショック蛋白質Hsp40コシャペロンの構造生物学研究

ヒトの熱ショック蛋白質Heat Shock Protein 40(Hsp40)は,ガン細胞の温熱療法への耐性の獲得に関わる蛋白質であり,生合成された蛋白質のネーティブ構造へのHsp70による巻き戻し,会合や輸送への関与が細胞レベルで示されている。研究では,ヒトHsp40を発現,精製,結晶化し,三次元構造をX線結晶構造解析によって解明することを目的とした。Hsp40全長体を大腸菌株で発現させ,高純度に精製した。全長体からβ-トリプシンによってC末端側ドメインを切り出してC末端体を調製した。Hsp70の部分ペプチド鎖を調製し,部分ペプチド鎖とHsp40全長体およびC末端体との相互作用を調べた。これらの混合画分の結晶化も進めた。結晶化が困難な蛋白質の試料準備と結晶化操作の手法を精査して手順マニュアルを作成し,研究を展開した。全長体については,数種類の結晶を析出させることができた。しかし,いずれの結晶も微小で,結晶化条件を広範囲に探索してもサイズを改善することはできなかった。これは,全長体のN末端側がフレキシブルな構造を持つことに由来するものと考えられる。C末端体は,変性ルシフェラーゼを用いる性情解析から,全長体とHsp70シャペロンの巻き戻し反応を抑制することから,巻き戻しに重要な役割を担っている。C末端体のN末端はSer150で,分子量は21,000となった。結晶化条件の探索を行ない,様々な晶癖の結晶を得ることができた。さらに,部分ペプチドとC末端体の共結晶化により,種結晶法を用いて外形が良好な結晶を得た。これらはX線回折能が良好であったが,長周期の回折斑点が認められた。X線解析が可能な結晶なので,全長体,C末端体の結晶化と併せて,結晶化条件と回折実験の改善を引き続き行うこととしている。ヒトの熱ショック蛋白質Heat Shock Protein40(Hsp40)は,ガン細胞の温熱療法への耐性の獲得に関わる蛋白質である。その機能としては,生合成された蛋白質のネーティブ構造へのフォールディング,会合や輸送への関与が細胞レベルで示されている。研究では,ヒトHsp40を発現,精製,結晶化し,その三次元構造の詳細をX線結晶構造解析によって解明することを目的とした。初年度には,Hsp40蛋白質の試料の調製,結晶化とX線回折法による結晶評価を行った。Hsp40全長体を大腸菌株で大量発現させ,高純度に精製した。全長体からβ-トリプシンによってC末端側ドメインを切り出して調製した。精製した全長体とC末端側ドメインはともにホモダイマーを形成することが判明した。Hsp40では,3つのシステインがC末端側ドメインに存在し,1個の-SH基が検出された。変性ルシフェラーゼを用いて性状を調べたところ,全長体はHsp70(Hsc70)シャペロンの蛋白質巻き戻し反応を促進したが,これにC末端側ドメインを添加すると反応が抑制された。全長体とC末端側ドメインを混合したものについてはヘテロダイマーの画分が検出された。全長体については,硫酸アンモニウム水溶液などから数種類の結晶を析出させることができた。しかし,いずれの結晶もサイズが小さく,結晶化条件を広範囲に探索してもサイズを改善することができず,また,良好なX線回折パターンも得られなかった。C末端側ドメインの分子量はMALDI-TOF質量分析から21,443と得られ,このものについても複数の条件で結晶が得られた。X線回折実験では回折パターンが得られたことから,今後は結晶性の改善,回折データの収集とX線解析を進める計画である。

これらはX線回折能が良好であったが,長周期の回折斑点が認められた。X線解析が可能な結晶なので,全長体,C末端体の結晶化と併せて,結晶化条件と回折実験の改善を引き続き行うこととしている。
心筋再生医療を目的とした心筋に内在する心筋組織幹細胞・心筋前駆細胞同定の試み

ラット心筋梗塞モデルで、BrdUラベリングによりDNA合成能を有する心筋細胞を同定し、リン酸化HistoneH3(増殖細胞マーカー),Nestin(未分化細胞マーカー)に対する特異抗体を用いて免疫染色を施行した。また心筋組織を左室自由壁(梗塞境界梗塞領域),心室中壁(非梗塞領域)に分け,コラゲナーゼ処理にて心筋細胞を単離し塗抹標本を作製,核の数及び心筋細胞の大きさを計測した。実験動物は生後8週体重250gの雄ウィスターラットを使用,左小開胸下に左冠動脈を結紮し心筋梗塞モデルを作成,冠動脈結紮群(MI群:n=4),非結紮群(N群:n=4)とした.1週間後BrdUを腹腔内投与(50mg/kgを4時間毎24時間)し心摘出.摘出心は輪状に切除し病理組織切片を作成した.結果はBrdUの免疫染色では,MI群の梗塞境界領域で心筋細胞の核陽性像を一組織切片に平均4.8個認めた.N群では心筋細胞の核陽性像は認めなかった.Nestinの免疫染色ではMI群梗塞境界領域の心筋細胞で瘢痕組織を取り囲むように陽性像が認められた.連続切片にてBrdU陽性の心筋細胞はリン酸化HistoneH3及びNestinに陽性であることが確認できた.塗抹標本では48%が単核,50%が二核の心筋細胞で,両群とも左室自由壁,心室中壁でその割合に差は認めなかった.心筋細胞の大きさは心室中隔の単核細胞ではN/MI群:1695±692/1974±689μm2.二核細胞ではN/MI群:2104±924/2387±809μm2.左室自由壁の単核細胞ではN/MI群:1893±588/1723±608μm2,二核細胞ではN/MI群:2091±609/2326±679μm2であった.心室中壁で生じる梗塞後の単核心筋細胞の肥大化は左室自由壁では認めず,大きさは小さいまま維持された.以上より,ラットを用いた実験で心筋梗塞境界領域にBrdUにラベルされるDNA合成能を有する心筋細胞の存在を確認した.また,成体心筋組織中に内在する心筋組織幹細胞,前駆細胞の存在可能性を示唆する所見として梗塞境界梗塞領域では単核で小さい心筋細胞が維持されていることを確認した.ラット心筋梗塞モデルで,BrdUラベリングによりDNA合成能を有する心筋細胞を同定し,リン酸化HistoneH3(増殖細胞マーカー),Nestin(未分化細胞マーカー)に対する特異抗体を用いて免疫染色を施行した.また心筋組織を左室自由壁(梗塞境界梗塞領域),心室中壁(非梗塞領域)に分け,コラゲナーゼ処理にて心筋細胞を単離し塗抹標本を作製,核の数及び心筋細胞の大きさを計測した.実験動物は生後8週体重250gの雄ウィスターラットを使用,左小開胸下に左冠動脈を結紮し心筋梗塞モデルを作成,冠動脈結紮群(MI群:n=4),非結紮群(N群:n=4)とした.1週間後BrdUを腹腔内投与(50mg/kgを4時間毎24時間)し心摘出.摘出心は輪状に切除し病理組織切片を作成した.結果はBrdUの免疫染色では,MI群の梗塞境界領域で心筋細胞の核陽性像を一組織切片に平均4.8個認めた.N群では心筋細胞の核陽性像は認めなかった.Nestinの免疫染色ではMI群梗塞境界領域の心筋細胞で瘢痕組織を取り囲むように陽性像が認められた.連続切片にてBrdU陽性の心筋細胞はリン酸化HistoneH3及びNestinに陽性であることが確認できた.塗抹標本では48%が単核,50%が二核の心筋細胞で,両群とも左室自由壁,心室中壁でその割合に差は認めなかった.心筋細胞の大きさは心室中隔の単核細胞ではN/MI群: 1695±692/1974±689μm2.二核細胞ではN/MI1群: 2104±924/2387±809μm2.左室自由壁の単核細胞ではN/MI群: 1893±588/1723±608μm2,二核細胞ではN/MI群:2091±609/2326±679μm2であった.心室中壁で生じる梗塞後の単核心筋細胞の肥大化は左室自由壁では認めず,大きさは小さいまま維持された.ラットを用いた実験では心筋梗塞境界領域にBrdUにラベルされる心筋細胞が確かに存在した.梗塞境界梗塞領域では単核で小さい心筋細胞が維持されており,成体心筋組織中に内在する心筋組織幹細胞,前駆細胞の存在可能性は残されている.潜在する組織再生・修復能を応用した新たな治療戦略の開発が期待される.ラット心筋梗塞モデルで、BrdUラベリングによりDNA合成能を有する心筋細胞を同定し、リン酸化HistoneH3(増殖細胞マーカー),Nestin(未分化細胞マーカー)に対する特異抗体を用いて免疫染色を施行した。

また心筋組織を左室自由壁(梗塞境界梗塞領域),心室中壁(非梗塞領域)に分け,コラゲナーゼ処理にて心筋細胞を単離し塗抹標本を作製,核の数及び心筋細胞の大きさを計測した。実験動物は生後8週体重250gの雄ウィスターラットを使用,左小開胸下に左冠動脈を結紮し心筋梗塞モデルを作成,冠動脈結紮群(MI群:n=4),非結紮群(N群:n=4)とした.1週間後BrdUを腹腔内投与(50mg/kgを4時間毎24時間)し心摘出.摘出心は輪状に切除し病理組織切片を作成した.結果はBrdUの免疫染色では,MI群の梗塞境界領域で心筋細胞の核陽性像を一組織切片に平均4.8個認めた.N群では心筋細胞の核陽性像は認めなかった.Nestinの免疫染色ではMI群梗塞境界領域の心筋細胞で瘢痕組織を取り囲むように陽性像が認められた.連続切片にてBrdU陽性の心筋細胞はリン酸化HistoneH3及びNestinに陽性であることが確認できた.塗抹標本では48%が単核,50%が二核の心筋細胞で,両群とも左室自由壁,心室中壁でその割合に差は認めなかった.心筋細胞の大きさは心室中隔の単核細胞ではN/MI群:1695±692/1974±689μm2.二核細胞ではN/MI群:2104±924/2387±809μm2.左室自由壁の単核細胞ではN/MI群:1893±588/1723±608μm2,二核細胞ではN/MI群:2091±609/2326±679μm2であった.心室中壁で生じる梗塞後の単核心筋細胞の肥大化は左室自由壁では認めず,大きさは小さいまま維持された.以上より,ラットを用いた実験で心筋梗塞境界領域にBrdUにラベルされるDNA合成能を有する心筋細胞の存在を確認した.また,成体心筋組織中に内在する心筋組織幹細胞,前駆細胞の存在可能性を示唆する所見として梗塞境界梗塞領域では単核で小さい心筋細胞が維持されていることを確認した.
ジメチル-α-シクロデキストリンを用いた腫瘍細胞選択的新規抗癌剤の構築

メチル化シクロデキストリン(M-CyD)を用いて腫瘍細胞選択的新規抗癌剤を構築するため、腫瘍細胞に高発現する葉酸レセプター(FR)に特異的に結合する葉酸(FA)を修飾した葉酸修飾M-CyD結合体を調製した。葉酸修飾M-CyD結合体は、FR発現細胞選択的に取り込まれ、強い細胞障害性を示した。これらの知見は、FAやM-CyDを用いた腫瘍細胞選択的新規抗がん剤の構築に際し、有用な基礎資料となるものと考えられる。本研究の目的は、腫瘍細胞において発現が上昇する脂質マイクロドメイン(ラフト)に特異的に作用することが示唆されているメチル化シクロデキストリンを用いて腫瘍細胞選択的新規抗癌剤を構築することである。まず、A549細胞(ヒト肺癌上皮細胞)およびKB紳胞(ヒト咽頭癌細胞)の細胞膜脂質成分に対するCyDsの影響を調べたところ、ジメチル-α-シクロデキストリン(DM-α-CyD)は両細胞に対してコレステロール漏出作用を示さず、リン脂質を強く漏出させることが示唆された。また、DM-α-CyDはスフィンゴ脂質リッチリピッドラフトの主要構成脂質であるスフィンゴミエリンを濃度依存的に可溶化することが示唆された。このことから、DM-α-CyDは細胞膜上のラフトの内、コレステロールリッチリピッドラフトよりもむしろスフィンゴ脂質リッチリピッドラフトに作用することが示唆された。一方、メチル-β-CyD(RM-β-CyD)は、コレステロールを強く可溶化したことからコレステロールリッチリピッドラフトに作用していることが示唆された。さらに、メチル化CyDsは、天然CyDsよりも強い細胞障害活性を有することが示唆された。次に、メチル化CyDsの作用に腫瘍細胞特異性を付与させるため、腫瘍細胞のラフトに高発現する葉酸レセプターに特異的に結合する葉酸を修飾した葉酸修飾メチル化CyD結合体の調製を試みた。CyDへの葉酸修飾は、CyDの分子内水酸基をトシル化後、アミノ化を経て、縮合反応により行った。DM-α-CyDは、分子内メチル基による立体障害のため、トシル化反応が進行せず、葉酸修飾体を得ることは困難であった。一方、RM-β-CyDは葉酸修飾RM-β-CyDの調製が可能であることが示唆された。今後、葉酸修飾RM-β-CyD結合体の細胞障害性、細胞内取込みを検討し、担癌マウスに対する抗腫瘍効果を評価していく予定である。本研究の目的は、腫瘍細胞において発現が上昇する脂質マイクロドメイン(ラフト)に特異的に作用することが示唆されているメチル化シクロデキストリン(M-CyD)を用いて腫瘍細胞選択的新規抗癌剤を構築することである。まず、M-CyDの細胞膜障害活性に腫瘍細胞特異性を付与させるため、腫瘍細胞のラフトに高発現する葉酸レセプター(FR)に特異的に結合する葉酸(FA)を修飾した葉酸修飾M-CyD結合体の調製を試みた。ジメチル(DM)-α-CyDは、分子内メチル基による立体障害のため、トシル化反応が進行せず、葉酸修飾体を得ることは困難であった。一方、M-β-CyDでは葉酸修飾M-β-CyD (EA-M-β-CyD)を新規に調製できた。FA-M-β-CyDは、FRを高発現するKB細胞に対して濃度依存的に細胞障害活性を示したが、FRの発現が低いA549細胞に対して、ほとんど細胞障害活性を示さなかった。さらに、EA-M-β-CyDはFR発現細胞選択的に取り込まれることが示唆された。これらの結果より、FA-M-β-CyDはFRを介して細胞内に取込まれ、FR高発現細胞選択的な細胞障害活性を有することが示唆された。また、抗癌剤ドキソルビシン(DOX)/FA-M-β-CyD混合溶液は、DoX単独と比較して有意に高い細胞障害活性を示したことから、FA-M-β-CyDは新規抗癌剤としてだけでなくDOXなどの抗癌剤に対するDDSキャリアとしても応用できる可能性が示唆された。
国際フロー解析を基盤としたアジアにおけるリン資源ガバナンス

本研究では産業連関モデルを基盤としてリンのマテリアルフローと接続した統合リン資源循環モデル(IPCIO)の開発を行った。リン鉱石や、リン酸・リン酸塩といった中間製品や、鉄鋼スラグ・下水汚泥といった二次資源部門を新設、あるいは既存の行・列の各部門を細分化することで、サプライチェーンを通じたリン関連財の需給を定量評価可能にした。さらにGLIOモデルを用いて日本の最終需要が引き起こす貿易を通じたバーチャルリン消費の推計を行った。リン資源の需給逼迫を背景として、未利用のリン資源に着目をしてリンの持続可能な循環を考える必要があることが定量情報をもとに示された。世界的な食料需要増大、バイオ燃料生産増を受けて、リン資源の需給逼迫が懸念されているが、下水汚泥や鉄鋼スラグ中にリンが含まれることは知られている。このような未利用のリン資源を有効に活用するためには、リンが具体的にどのような形状でどの程度社会に流通し、活用され、廃棄物中に含まれるリンがどの程度発生し、また、どのような手段によって資源としての再活用が可能かを明らかにすることが必要である。このようなことから、本研究では第一に、リンの形態別、純度別物質フローを整備することを目的とする。第二に、未利用リンの回収、再資源化技術について、それぞれ何がどのような形状・純度で回収可能で、どのために必要な資源・エネルギーはどの程度なのか調査を行う。最後にリン資源循環分析用IPCIOモデルを用いたシナリオ分析を行うことで、リン資源に関わる廃棄物・資源管理戦略について検討した。本研究では国内のリンのマテリアルフロー分析の結果を利用し、リン関連財に関して産業連関表の部門の拡張と物量化を行い、国内のリンの二次資源ポテンシャルを抽出するのと共に、リンの循環利用によるリン関連財の需給への影響を定量的に考察した。またリン資源循環促進の先にある国際的なリン資源保全にどの程度、循環技術導入が寄与するのかを検討するためにリンの国際フロー解析を行った。貿易統計は231ヵ国を対象として、国際貿易統計BACI (Base pour l`Analyse du Commerce International)(CEPII)より、各国間の品目別国別貿易データ(バイオマス系:256品目、非バイオマス系:51品目)を抽出すると共に、品目別の含有量を乗じることによりリンの地域間移動量等((a)リン総輸出入量、(b)品目別リン輸出入量、(c)国別リン生産量・輸出入量、(d)国別リン消費量)の推計・解析を行った。リン酸肥料は、食糧生産に欠かせない存在であるが、近年、リン鉱石が枯渇傾向にあり、世界中でリン資源の需給が逼迫している(Abelson, 1999, Vaccari, 2009)。2008年のリン鉱石価格高騰を契機として、国内外でリン資源に関する関心が急速に高まっている。欧州、豪州、米国ではすでに国際ネットワーク形成が積極的にすすめられているが、これらの海外リン研究においてはアジアの視点と、未利用リンの再資源化技術に関わる視点、及びリンのライフサイクル全体を統合的に扱うという視点が大きく欠けている。アジアにおけるリン資源に関する情報(マテリアルフロー)、技術情報(回収、リサイクル技術)、システム解析を通じた資源供給可能性、将来の需要予測等の情報や制度的規制的措置の選択肢に関する情報を統合的に整理して可視化することで、アジアにおけるリン資源問題に関する関係者の認識を高め、また、関係者と協議しつつ実行可能なアジアにおける国際的リン資源ガバナンスのシステム設計・提示を目指す。本研究ではリン資源管理、有効活用に向けて国内におけるリンのマテリアルフロー分析を行い、リン資源の需給量と未利用資源中のリンの量と質を明らかにした。また貿易統計をもとにリンの国際フローを明らかにするとともに、輸入食料の需要による隠れたリン需要も明らかにした。さらにリンに関する国際ワークショップを企画運営し、アジア各国(中・韓・台・越・タイ)のリン資源に関わる研究者と意見交換を行い、国際的な視点でのリン資源ガバナンスについて知見を深めた。リンのマテリアルフロー分析ならびに産業連関モデルとの接続による資源循環解析はほぼ計画通り進めることができた。また国際貿易に伴うリンのフローについての解析ならびに、食糧需要に伴うライフサイクル視点から見た隠れたフローについても解析を進めることができた。ワークショップ開催にともない、アジア、欧州、米国におけるリン資源ガバナンスに関心をもつ研究者との交流を行い、本研究の進捗は予定通りであると言える。今年度までに明らかにしたリンのマテリアルフロー情報を基盤として、ネットワーク解析を行い、国際貿易に伴うネットワーク構造を明らかにするとともに、ステークホルダー抽出と、資源ガバナンスを考えるにあたり、どこにキーファクターがあるのかを明らかにする。また平成24年度に開催したワークショップ(1st and 2nd International workshop on Phosphorus Governance from Asian Perspective)をベースに、更なる研究交流をすすめ、リン資源ガバナンスのシステム設計・評価につなげる。

また本研究代表者ならびに分担者ら(松八重・城山・鎗目)はリン資源リサイクル推進協議会(会長大阪大大竹久夫教授)ならびにリン資源戦略会議のコアメンバーであることから本研究課題での出力を積極的に提供、意見交換を進め、実行可能なアジアにおける国際的リン資源ガバナンスのシステム設計・提示を目指す。さらに昨年度開催したアジアにおけるリン資源ガバナンスに関わる国際ワークショップのコミュニティとも積極的に意見交換を進め、研究総括につなげる。昨年度に引き続き国際貿易に伴うリン資源フローのネットワーク構造を明らかにするとともに、ステークホルダー抽出、資源循環の鍵を握る技術の洗い出しを進める。そのために情報収集のための統計情報整理、ヒアリング、インタビュー、また国内外のリン資源ガバナンスに関心を持つコミュニティとの意見交換・情報発信のための旅費等に研究費支出を行う予定である。
コミュニケ-ション障害児の発連予測に関する疫学的研究

1.コミュニケ-ション発達チェックリスト(CLCD)を842名の7カ月45カ月までの幼児に実施し、コミュニケ-ション行動発達の順序性を、1982年に392名に実施した結果と比較したところ、妥当性が認められた。また事例についての詳細な検討を行ったところコミュニケ-ション発達と言語発達との間には緊密な関係が得られた。2.東京都心身障害者福祉センタ-において蓄積されたデ-タを分析し、発語の時期を予測するためには対象児のDQによる層別化が必要であることを報告した。今回はMCC乳幼児精神発達検査でのMAが25.228.2カ月で命名困難なもの36名についてA群:MA29カ月までに命名が可能となった群、B群:MA30カ月以上で命名可能となった群、C群:MA30カ月以上でも命名困難と推定とされる群に分類しA群対B群、およびB群対C群の比較検討(カイ2乗検定)したところ、前者では「長方形の構成」、「トンネル作り」、「円の大小比較」など7項目に、後者では「長方形の構成」に5%水準での有意差が認められた。3.言語指導と獲得される言語能力との観点から予測の研究を行った。小・中学校の特殊学級に在籍する児童のうち35年の発達経過の資料が揃っているもの21名のうち5名の分析をおこなった結果、一語文、二語文そして助詞を教えるという言葉のみに力点をおく指導では「赤ちゃんがお母さんを食べている」のような誤用がおきることが示唆された。4.ダウン症児12名について0歳から3歳までの発達経過を追跡し、認知発達、言語発達とそれらの関係性の分析・類型化を試みた。両者の関係は、それぞれの事例によってかなり異なるが、共通していることは言語発達は認知発達を大きく越えることと、認知発達が同水準でも言語発達に差が生じることである。したがって、認知発達は言語発達の「必要条件ではあるが十分条件ではない」といえる。
MBE法によるI-VI族化合物半導体の結晶成長とその機構に関する研究

青色発光材料として期待されるZnSeについて、MBE法による高品質エピタキシャル属作成技術の確立と成長機構の解明を目的として実験を行った。基板GaAsは(100)面ものを用い、成長直前に600°C、20min加熱処理してから330°Cで成長を行った。成長したZnSe層について、2結晶X線回折法によるロッキングカーブの半値幅、成長層のわん曲度などを測定した。その結果、半値幅はエピ層が十分厚い(例えば6.4μm)とき約90′′であるが、エピ層が薄くなるに従い増加し、1μm付近で最大(270′′)となる。これより薄くなると半値幅は再び減少し、0.2μmでは約100′′となる。この結果はわん曲度とも関係していて、半値幅の小さいものでは、エピ層は成長方向に凸にわん曲し、半値幅の大きいものでは、わん曲度は極めて小さいかほとんどわん曲していない。一方GaAsとZnSeの(400)反射の角度差Δθは、厚さ6.4μmのときバルク結晶のそれに等しく、2μmになってもそれほど変化しない。しかし1μm付近になるとΔθは急激に増加し、0.2μmでは約800′′となる。即ちZnSeの(100)面間隔はバルクのそれより著しく大きい。この1μmの厚さは、上に述べた半値幅が最大になるときの厚さに対応する。以上の結果から、ZnSeが(100)面垂直方向に伸び、(100)面内ではGaAsと格子整合し、またGaAsより格子定数が大きいZnSeがGaAs上に成長するとき、ウエハがわん曲することにより格子整合して、結晶性が改善されたものと考えられる。このほかホトルミネセンス測定によっても、高品質層を確認した。今後は、3結晶X線回折法による評価、RHEED振動法による1層ごとの成長観察を行って、ヘテロエピタキシにおける成長機構を明らかにする。一方、GaAs(111)基板上へのCaS/ZnSe多層成長を検討し、将来のデバイス展開のための基礎データを得る。
蝸牛発生、機能維持、蝸牛障害におけるセラミド、スフィンゴ脂質の影響の検討

蝸牛においてセラミド、スフィンゴシンがシスプラチンによる蝸牛毒性に対し、細胞障害を増悪させることが分かった。また、セラミド、スフィンゴシンはシスプラチンとの併用でなく、単独で投与しても、高用量では蝸牛に対して細胞毒性を呈した。一方でセラミドー1ーリン酸(C1P)はシスプラチンによる蝸牛毒性を軽減する作用を呈した。セラミドをC1Pへと代謝するセラミドキナーゼ阻害により、セラミドの蝸牛毒性は著明に増悪することから、蝸牛における内因性のセラミドキナーゼはセラミドをC1Pへと蝸牛内で代謝することで、蝸牛を耳毒性から保護していると推察された。スフィンゴ脂質は主に動物細胞膜を構成する脂質であり、以前は細胞膜の構成物質としてとらえられていたが、細胞の増殖、機能維持、細胞死に関与することが判明してきた。セラミド、sphingosine-1-phosphate (S1P)等の生理活性スフィンゴ脂質は、癌の発生や各種臓器障害、免疫異常等の疾患において重要な働きを示し、これらの疾患において、創薬ターゲットとして注目されている。S1Pがゲンタマイシン過剰投与による蝸牛障害において保護的に作用するのに対し、セラミドは有毛細胞において障害進行性に働いた。セラミドの合成経路にはde novo合成経路、スフィンゴミエリンからの変換経路等が知られているが、内耳障害時のセラミド合成についてはその経路がはっきりとしていない。まずセラミドの内耳における合成経路についてそれぞれの経路を検討した。スフィンゴミエリンからセラミドへの変換酵素であるスフィンゴミエリナーゼについては酸性、中性、アルカリ性の3種類が存在するが、特に中性スフィンゴミエリナーゼを中心に検討した。内耳有毛細胞での中性スフィンゴミエリナーゼの発現が確認された。セラミドde novo合成経路の阻害ではゲンタマイシンによる内耳毒性に影響を与えなかった。一方、スフィンゴミエリナーゼ活性はゲンタマイシン投与後に内耳コルチ器において上昇しており、ゲンタマイシン投与後早期の活性上昇に加え、遅発性にも活性が上昇することが分かった。また、スフィンゴミエリナーゼ阻害薬によってゲンタマイシンによる有毛細胞障害を軽減することが確認された。以上のことからは、ゲンタマイシンにより、蝸牛コルチ器においてスフィンゴミエリナーゼが活性化され、セラミドを内耳内に産生し、これが有毛細胞の障害に強く関与していることが示唆された。内耳におけるスフィンゴ脂質の働きは不明な点が多いが、24年度では特にS1Pのゲンタマイシンにより惹起される内耳障害に対する役割を明らかとするために研究を施行した。S1Pの蝸牛保護作用について、その作用点となるS1P受容体の面から検討した。外因性のS1Pはゲンタマイシンによる蝸牛有毛細胞死を軽減した。S1P受容体はS1PR1-5の5種類のサブタイプが存在することが知られているが、ラット蝸牛のタンパク電気泳動による実験から、蝸牛においては、S1PR1,2,3の各サブタイプの発現が蝸牛コルチ器、蝸牛神経を含む蝸牛軸のいずれにも認められることがわかった。本結果に基づき、蝸牛において発現の認められるサブタイプであるS1PR1,2,3の各拮抗薬のゲンタマイシンによる耳毒性に対する効果を検討した。S1PR2拮抗薬はゲンタマイシン耳毒性を増強したが、S1PR1および3拮抗薬はゲンタマイシン負荷による蝸牛外有毛細胞の消失率に影響を与えなかった。S1PR2拮抗薬投与により、ゲンタマイシン投与による蝸牛でのカスパーゼ3、9の発現が上昇することも判明した。以上から、蝸牛ではS1PR1,2,3の各受容体の発現が認められ、中でも、S1PR2がS1Pの有毛細胞保護効果に関与することが判明した。スフィンゴ脂質は主に動物細胞膜を構成する複合脂質である。以前は単に細胞膜の脂質2重層の構成脂質としてとらえられていたが、細胞の増殖、機能維持、細胞死に関与することが判明してきた。セラミド、スフィンゴシンー1ーリン酸(S1P)等のスフィンゴ脂質は癌の発生や各種臓器障害、免疫調節において重要な働きを示し、これらの疾患において創薬ターゲットとして注目されている。内耳におけるスフィンゴ脂質の働きについて26年度は特にシスプラチンにより惹起される内耳障害について役割を明らかとするため、研究を施行した。シスプラチンによる内耳障害において、スフィンゴシンが有毛細胞の細胞障害を助長する因子となることが判明した。スフィンゴシンからS1Pへの代謝を担う酵素はスフィンゴシンキナーゼであるが、本酵素を阻害することによっても、有毛細胞の内耳障害は進行することが分かった。特にスフィンゴシンキナーゼは近年、抗腫瘍薬として創薬が進められているターゲットであり、各種抗腫瘍薬とスフィンゴシンキナーゼ阻害薬の併用作用も検討されていることから、本酵素の阻害薬の使用については、内耳副作用の発現に注意を要することが分かった。

特に抗腫瘍薬であるシスプラチンとの併用には十分に注意する必要がある。また、他のスフィンゴ脂質である、セラミドー1ーリン酸についても、シスプラチンによる蝸牛有毛細胞障害を、進行させる因子であり、シスプラチンによる有毛細胞障害に関与していることが分かった。スフィンゴ脂質(sphingolipids)は主に動物細胞において、その細胞膜を構成する脂質であり、以前から細胞膜構成物質としての重要性が認識されていた。スフィンゴシン、セラミド、スフィンゴシン-1-リン酸、セラミド-1-リン酸などのスフィンゴ脂質は、細胞膜構成脂質であるとともに、細胞内で生理活性メディエータとして働くことが近年注目されている。ラット蝸牛有毛細胞のシスプラチン耳毒性に対するセラミド、スフィンゴシン、スフィンゴシン-1-リン酸の効果をそれぞれ検討した。コルチ器をラット蝸牛より摘出し、CO2インキュベータ内で器官培養を行った。培養液にシスプラチンを負荷し、シスプラチンによる蝸牛有毛細胞障害の程度を組織学的に観察した。セラミドをシスプラチンとともに培養液に添加すると、シスプラチン単独の蝸牛有毛細胞障害に比し、その障害性が増強した。また、スフィンゴシンを同様にシスプラチンとともに投与すると、やはりその有毛細胞障害は増強される結果を得た。セラミド、シスプラチンの添加での効果に対し、スフィンゴシン-1-リン酸をシスプラチンとともに投与すると、蝸牛有毛細胞のシスプラチン障害が、有意に軽減された。また、スフィンゴシンをスフィンゴシン-1-リン酸に代謝するスフィンゴシンキナーゼの阻害薬投与により、シスプラチン耳毒性は増強した。これらの結果はセラミド、スフィンゴシンはシスプラチン耳毒性を増強し、スフィンゴシン-1-リン酸はこの毒性を軽減すると考えられた。スフィンゴシン投与における蝸牛有毛細胞死においてはカスパーゼ3の蝸牛有毛細胞における発現が有意に増強しており、スフィンゴシンの投与がシスプラチンにより惹起される蝸牛有毛細胞のアポトーシス死を増強するのものと考えられた。蝸牛におけるスフィンゴシンキナーゼの発現はスフィンゴシンキナーゼ1、2の両サブタイプの発現が確認された。本年度研究開始時に予定した研究はすべて行えている。結果もスフィンゴ脂質の蝸牛有毛細胞の生死の決定に対する重要性を裏付けており、本脂質群の蝸牛での重要性が本研究により確認された。研究を進める中で、セラミドー1ーリン酸の蝸牛への働きはどうかという疑問もわいてきており、今後の検討課題とし行きたい。シスプラチンは抗腫瘍薬として現在広く臨床使用されているが、耳毒性、腎毒性をきたしやすい薬物であり、内耳蝸牛へのシスプラチンの過剰投与は内耳障害を惹起する。この有毛細胞や蝸牛側壁に対するシスプラチンの耳毒性の障害メカニズムを検討した。実験にはマウスを用いた。マウス蝸牛を摘出し、培養液中で器官培養を行った。本培養液中に直接シスプラチンを添加することで、シスプラチンの障害を惹起した。48時間のシスプラチン含有培養液での器官培養で、蝸牛有毛細胞障害、蝸牛側壁の障害を認めた。ペルオキシレドキシン(Prx)の各サブタイプのmRNA発現を見ると、Prx1からPrx6の各6タイプのペルオキシレドキシンの発現が蝸牛で確認された。シスプラチン負荷に対する発現は各サブタイプごとに振る舞いが異なっており、Prx1はシスプラチンの負荷により、その発現が時間とともに増加した。
海産巻貝類の‘インポセックス'とそれに及ぼす各種有機スズ化合物の影響

1.日本産海産巻貝類におけるインポセックスの出現状況(1)インポセックスが確認された日本産海産巻貝類1995年6月現在、日本産海産巻貝類68種を調査した結果、38種(中腹足類4科6種と新腹足類7科32種)でインポセックスが確認された。本州沿岸域に生息している種では調査したほぼ全種でインポセックスが見られ、またその出現率がほぼ100%であった。深海性の種や沖縄諸島産の種のインポセックス出現率はそれほど高くなかった。(2)イボニシにおけるインポセックスと有機スズ汚染の最近における状況19931995年にかけて行なったイボニシのインポセックス全国実態調査の結果、インポセックス出現率がほとんどの地点で依然100%かほぼ100%であり、また三浦半島や瀬戸内海沿岸及び鹿児島の一部などで産卵不能個体がなお多数(40%100%)確認されるなど、イボニシのインポセックス症状は重篤な状態が続いている。また体内有機スズ濃度測定の結果、神奈川・城ヶ島や鹿児島・内之浦でそれぞれ高濃度のトリフェニルスズとトリブチルスズが検出された。2.イボニシのインポセックスに及ぼす各種有機スズ化合物の影響インポセックスでない、もしくはきわめて軽症である雌のイボニシに対して18種の有機スズ化合物(メチルスズ4種、エチルスズ3種、プロピルスズ1種、ブチルスズ4種、ペンチルスズ、ヘキシルスズ及びオクチルスズ各1種並びにフェニルスズ3種)を筋肉注射し、人工海水中で5週間飼育した後これを取り上げて解剖した結果、ペニス伸長効果が認められたものは、トリプロピルスズ(TPrT)、トリブチルスズ(TBT)、トリヘキシルスズ(THeT)及びトリフェニルスズ(TPT)であった。TBT、THeT及びTPTの効果は概ね同等、TPrTの効果は他の3種より微弱であると推察された。
日本の若者のボランティアのSNS利用に見る現実の身体とヴァーチャルな身体の交錯

2018年度は、三浦(研究代表者)、寺戸(研究分担者)、およびデュテイユ=オガタ(海外共同研究者)の3人が現地調査を行い、さらに3年間の研究の成果発表として、2019年2月21日にボルドー=モンテーニュ大学において日仏シンポジウムを、本課題研究とボルドー=モンテーニュ大学の予算で実施した。研究としては、もともと本研究課題では介護ボランティアを想定していたが、その後の調査地での種々の事情から、介護ボランティのみならず、人道ボランティア、およびスポーツサークルの3つの場でフィールド調査を行うことになり、三浦が人道ボランティア、寺戸が介護ボランティア、そしてデュテイユ=オガタが介護ボランティアとスポーツサークルを、それぞれ日本において調査した。成果発表の日仏シンポジウムは「デジタル時代の若者の新体制:日本とフランスにおける実践と表象」と題したもので、我々3人がその調査結果と分析結果を報告するとともに、他にテーマが関連する4人のフランスの研究者をお招きして、それぞれ発表してもらい、さらに別に3人のフランスの研究者にコメンテーターをお願いし、意見交換と議論を行った。ここでは単に日本とフランスの事例を比較しただけではなく、マレー社会の研究者も参加し、日本とフランスの比較で明らかになったことをさらに他の地域との比較に広げることで、より一般的な理論を追求する方向性を示すことができた。本研究は、実質的には2018年度で終わるが、種々の事情から2019年まで期間を延長した。この期間に、上記のシンポジウムでの発表内容を、そこでの議論を踏まえてさらに書き直し、フランスの査読付き学術雑誌であるRevue de STAPSに投稿する予定である。本研究は2018年度で終了することが予定であったが、研究分担者の個人的な都合により予定していた調査をキャンセルせざるを得なくなってしまい、予算を使い切ることができなかった。そこで、研究期間を一年延長し、その間に使い切れなかった予算を、2019年2月に行ったシンポジウムの発表原稿を、論文として書き直してフランスの学術雑誌に投稿するための、仏文校閲の費用に充てることとなった。本研究は、本来は2018年度に終了する予定であったが、予算を使い切れなかったため、残りの予算を使うために研究期間を1年間延長した。その延長期間の間に、これまでの研究成果を論文としてまとめ、フランスの査読付き学術雑誌Revue de STAPSに投稿することになった。2019年度に振り分けた予算は、その論文の仏文校閲に使う予定である。・7月に、海外共同研究者であるボルドー=モンテーニュ大学のデュテイユ=オガタ准教授と三浦は協力して、埼玉大学において、主としてダンス部と柔道部の学生を対象に身体活動とSNS利用についての聞き取り調査を行った。デュテイユ=オガタ准教授はさらに早稲田大学スポーツ科学部でも体育教育における身体性とSNS利用についての調査を行った。・8月に寺戸は、イギリス・カンタベリーで、身障者支援NGOラルシュにおいてボランティアと身体活動についての調査を行った。・以上の研究成果の一部は、11月25日にフランス・ボルドー第1大学で開かれた、フランス語圏スポーツ身体活動研究協会の国際会議「スポーツ活動・体育教育・ディジタル社会」で、海外共同研究者のデュテイユ=オガタにより「空手アプリへの人類学的アプローチ:新しい教育方法?」として発表された。・以上の調査により、スポーツ活動やボランティア活動においてはすでに、スマートフォンを中心とした機器での映像・動画がSNS上で共有され、その活動の改善に向けて活発に用いられ、また、活動後もそこで撮られた画像や動画をインスタグラムなどのSNSを通じて積極的に交換して人間関係の活性化が図られていることがわかった。次年度以降は、さらに一層のデータを収集して現状の把握に努めていく必要がある。挑戦的萌芽研究である本研究は、身体活動におけるディジタル技術の活用という、全く新しい研究テーマを考えており、そのためにまず若者たちに身体活動におけるディジタル技術の活用の現状の把握をする必要がある。そこで当初より、初年度である平成28年度は、平成29年度に本格調査/データ収集を行うための準備のための年として位置付けていた。それゆえ、概ね順調に進展していると考えている。昨年度に引き続き、海外共同研究者の協力を得て、次の調査を行った。・カンボジアに海外ボランティアに行った学生について、ボランティア期間中およびボランティア期間終了後のその学生のSNS利用(特にLINE)と、彼らがとってLINEに載せた写真、およびLINE上の文字や画像による会話について、データ収集を行った(三浦)。そのデータについては現在、解析中である。・介護ボランティア活動を行う北海道の施設において、その活動の状況について参与観察調査を行った(寺戸)。この研究では、まだ彼らのSNS利用についての調査までには至っていないが、基礎的なデータはほぼ集まりつつある。・介護実習を行う大学生に関して、その学生の介護実習への関わりとSNS(LINE、インスタグラム、フェイスブックなど)利用の状況について、参与観察及びインタビュー調査を行った(デュテイユ=緒方)。また、埼玉大学および早稲田大学において、運動部(ダンス部および柔道部)に所属する学生たち、およびスポーツ実習に参加する学生を対象に、スポーツ活動とSNS利用およびSNS上の写真投稿の関連性について、参与観察調査およびインタビュー調査を行った(デュテイユ=緒方)。あわせて、早稲田大学スポーツ科学部のスポーツ人類学研究室において意見交換を行った。以上の諸研究については、現在、データをまとめているところであり、理論的考察も含めて、次年度においてその成果を、国際会議および国際ジャーナル上において公表する予定である。予定されていた調査は、一部を除き予定通りに進んでいる。

また、今年度に予定していた調査の一部は、現地の都合により実施できなかったが、次年度には実施できる予定であり、スケジュール上は問題はない。理論的な取りまとめについては、本研究は新しい方向を目指す研究でもあり、現在、慎重に検討を行っているところである。2018年度は、三浦(研究代表者)、寺戸(研究分担者)、およびデュテイユ=オガタ(海外共同研究者)の3人が現地調査を行い、さらに3年間の研究の成果発表として、2019年2月21日にボルドー=モンテーニュ大学において日仏シンポジウムを、本課題研究とボルドー=モンテーニュ大学の予算で実施した。研究としては、もともと本研究課題では介護ボランティアを想定していたが、その後の調査地での種々の事情から、介護ボランティのみならず、人道ボランティア、およびスポーツサークルの3つの場でフィールド調査を行うことになり、三浦が人道ボランティア、寺戸が介護ボランティア、そしてデュテイユ=オガタが介護ボランティアとスポーツサークルを、それぞれ日本において調査した。成果発表の日仏シンポジウムは「デジタル時代の若者の新体制:日本とフランスにおける実践と表象」と題したもので、我々3人がその調査結果と分析結果を報告するとともに、他にテーマが関連する4人のフランスの研究者をお招きして、それぞれ発表してもらい、さらに別に3人のフランスの研究者にコメンテーターをお願いし、意見交換と議論を行った。ここでは単に日本とフランスの事例を比較しただけではなく、マレー社会の研究者も参加し、日本とフランスの比較で明らかになったことをさらに他の地域との比較に広げることで、より一般的な理論を追求する方向性を示すことができた。本研究は、実質的には2018年度で終わるが、種々の事情から2019年まで期間を延長した。この期間に、上記のシンポジウムでの発表内容を、そこでの議論を踏まえてさらに書き直し、フランスの査読付き学術雑誌であるRevue de STAPSに投稿する予定である。本研究は2018年度で終了することが予定であったが、研究分担者の個人的な都合により予定していた調査をキャンセルせざるを得なくなってしまい、予算を使い切ることができなかった。そこで、研究期間を一年延長し、その間に使い切れなかった予算を、2019年2月に行ったシンポジウムの発表原稿を、論文として書き直してフランスの学術雑誌に投稿するための、仏文校閲の費用に充てることとなった。平成29年度は、平成28年度の成果を受けて、次のような本格調査を行う予定である。・埼玉大学においてボランティ実習のフィールド調査を行う。・埼玉大学と早稲田大学において、引き続き体育教育の場におけるSNSと映像使用についての調査を行う。・NGOアルシュのボランティア活動における身体活動、SNSと映像使用についての調査を行う。次年度は、本プロジェクトの最終年度に当たる。そこで、仕上げのための調査を行うとともに、成果発表のためのシンポジウムおよび国際ジャーナル発表を目指す。
レーザーとプラズマの相互作用におけるイオンビームの輸送と追加速方法の探索

本研究では,レーザーとプラズマの相互作用におけるイオンビームの輸送と追加速方法の探索を目的とした。高強度短パルスレーザー技術の進展により,レーザー加速のイオンビームの研究・利用が現実味を帯びてきた。レーザー加速のイオンビームの制御を行うことに研究が移行しつつある。イオンビームを,粒子線がん治療・材料改変や基礎研究他の実用に供するためには,様々な制御が必要であり,目的に合った粒子エネルギー,エネルギースペクトル,ビーム長,イオンビーム広がりなどの制御の高度化が欠かせない。本研究では,このレーザー生成イオンビームの輸送と追加速方法を探索し,近い将来における実用への道につなげる新たな方法を見つけた。本研究では,レーザーとプラズマの相互作用におけるイオンビームの輸送と追加速方法の探索を目的としている。レーザー生成のイオンビームを,粒子線がん治療や基礎研究他の実用に供するために様々な制御が必要であり,目的に合った粒子エネルギー,エネルギースペクトル,ビーム長などの制御の高度化が欠かせない。本年度は,イオンビームのコリメーションとバンチング方法について研究を行った。レーザーとターゲットとの相互作用において生成される電場と磁場のレーザーパラメータおよびターゲットへの依存性を調べた。この際,現実的に利用しやすくターゲット作製のしやすさを考慮して,固体薄膜ターゲットとガスプラズマを想定し,生成される電場磁場の各パラメータ依存性を調べた。まず,レーザー照射側から見て固体ターゲットの背面に,ビームスポットサイズオーダーの無数の穴を開けることで,すでに加速されたプロトンビームのコリメーションの研究を行った.レーザー生成のイオンビームは一般に横方向の発散角を持つ.この発散角を各穴の側面に形成される横方向の電場を用いることで,大きく改善することに成功した.例えば,レーザー生成イオンビームが生成直後には約10度程度の発散角を持っていたものが,コリメーションデバイスを用いることで数度程度まで大きく減少させることができた.一方,イオンビームが複数の穴にかかる場合,イオンビームはうまくコリメーションされるが,複数のイオンビームに分割されることも新たに分かった.この点についても今後研究を進めたい.次に,レーザー生成のイオンビームに見られるイオンの進行方向の速度差によるビームの縦方向の広がりの抑制(バンチング)について研究を行った.このため,臨界密度近傍の密度を持つガスターゲット中にレーザーにより生成された誘導電場を用いる方法を試し,ある程度のビームの速度差を解消できた.初年度は,既に加速されたイオンビームの縦方向と横方向の広がりを制御する方法を探ることが目的であった.イオンビームの縦と横方向の広がりは,レーザー生成のイオン源には共通に見られる.横方向の広がりは,薄膜ターゲットの背面に無数の穴を開けた構造の側面に形成される横方向の電場を用いることで,上手く制御できた.これは今年度の大きな成果であった.加えて,ターゲットのアラインメントエラーのイオンビームコリメーションへの影響についても調べた.イオンビームとレーザー照射側から見て,ターゲット背面の無数の穴の位置をレーザー軸に合わせることは難しい.そこで,イオンビームやレーザーが背面の複数の穴にかかるような場合についても研究を行った.その結果,イオンビームが複数に分割されるものの,分割幅は数ミクロンメートル程度であること,分割されたそれぞれのイオンビームは充分小さな発散角に抑えられていることが分かった.将来に向けて,複数に分割されたイオンビームを再度一つにスタッキングさせる必要が出る可能性もある.その場合のために,次年度以降にはイオンビームのスタッキング方法についても検討したい.また,イオンビームのバンチングについては,近臨界密度プラズマ中にレーザーで形成される誘導加速電場でイオンビームのテールを加速するビームバンチングをまず研究した.ある程度のイオンビームの縦方向の広がりを抑えることに成功した.加えて,2枚の固体薄膜ターゲットと一つのレーザーパルスを用いて,生成された薄膜面に垂直方向の加速と減速電場を組み合わせることでも,よくバンチングができることも見つけた.後者については,次年度に継続して研究を進める予定である.一方,近臨界密度プラズマ中に形成される移動する進行方向の誘導電場をうまく利用することで,イオンビームの追加速方法の研究にも着手した.このように本研究計画は順調に進んでいる.本研究では,レーザーとプラズマの相互作用によるイオンビームの輸送と追加速方法の探索を目的としている。レーザー生成のイオンビームを,粒子線がん治療・材料改変や基礎研究他の実用に供するためには,様々な制御が必要であり,目的に合った粒子エネルギー,エネルギースペクトル,ビーム長,イオンビーム広がりなどの制御の高度化が欠かせない。本研究では,コンピュータシミュレーションにより,このレーザー生成イオンビームの輸送と追加速方法を探索し,近い将来における実用への道につなげることを目指している。本年度は、昨年度から引き続き、まずビームバンチングの制御性を高めるため、複数枚の薄膜ターゲットを配置し、それぞれの薄膜前後に生成される電場を用いることを考えた。レーザーで生成されたイオンビームは、多くの場合、ビームの前方のイオン速度が大きく、後方が遅く、一つのイオンビームバンチ内で、大きな速度さを持つ。したがって、生成されたままのイオンビームを輸送すると、イオンビームは大きく広がってしまう。昨年度はこの速度さを無くすことに成功したが、前方と後方の速度を逆転するまでには至らなかった。