hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気流体シミュレーションを用いた太陽ダイナモの物理機構の解明

平成24年度(採用1年目)に、自身で開発した「音速抑制法」を用いて非常に高解像度で現実の太陽に忠実な熱対流をシミュレートした。太陽内部角速度の未解決の問題として、「表面勾配層」があった。日震学の成果により、太陽の表面直下に回転角速度の大きい層があるということが明らかになっておりこの層のことを表面勾配層と呼んでいる。この層の物理機構は、我々の研究の前までは明らかになっていなかった。観測困難な太陽内部の現象なので、その解決は数値計算に頼らざるを得ないが、表面勾配層の数値計算による再現は困難と考えられていた。表面勾配層は、太陽の中で回転の影響をあまり受けない小空間スケール・短時間スケールの乱流が維持しているだろうとこれまでに予測されていた。しかし、太陽の中で小スケールの乱流を分解するには多量の解像度を必要とするので、コストの高い計算となるのである。私の開発した「音速抑制法」では、並列計算機を効率よく使えるためにこれまでに比べ飛躍的に解像度をあげる事が可能になった。この方法を用いて高解像度の太陽対流層計算をおこない世界で初めて、表面勾配層を数値計算によって再現した。また、詳細な解析によってその維持機構を明らかにした。その結果は以下のようであった。回転の影響を受けた乱流が角運動量を運び差動回転を作る。そのことによる平均的なコリオリ力が子午面還流を誘起する。この子午面還流の動径方向の勾配により乱流の性質が変化する。性質の変化した乱流によって運ばれた運動量が表面勾配層の力のバランスに働いているというものである。この成果については、The Astrophysical Journalに投稿した。(抄録なし)私は、平成23年度中に2本の主著論文を国際雑誌に発表し、現在は1本を投稿中、また別の1本を準備中である。以下でこれらを簡潔にまとめる。1.平均場モデルを用いた回転角速度の大きい恒星の差動回転:太陽以外での恒星でも、磁場活動は確認されているが、その物理を理論的に理解するためには恒星内部の差動回転が、回転角速度に対してどのような依存性を示すか理解する必要がある。平均場モデルで、回転の速い恒星の数値シミュレーションをおこなった。太陽でおこる対流層と放射層の相互作用の効果は回転が速くなったときにはその効果は効かなくなっていくこと、またその物理機構を解明した。2.音速抑制法を用いた太陽内部対流数値計算:太陽内部は、対流速度に対して音速がとても速いために数値計算が困難である。これを解決するために「音速抑制法」を提案し、その妥当性を検証した。3.直接計算を用いた乱流拡散強度評価:平均場モデルにおいて重要なパラメータである乱流拡散の値を直接計算により導く方法を提案した。実際にその方法を用いることで、乱流拡散係数を求めた。結果として、系のサイズと速度の積によって乱流拡散の値が決まっていることを明らかにした。4.太陽対流層底の磁場増幅機構「エクスプロージョン」の研究観測に合う黒点の統計性を実現するためには従来考えられている差動回転による引き延ばしのみでは、エネルギーが足りないことが知られている。そこで、これまでに「エクプロージョン」という機構でさらなる磁場増幅をすることが提案されている。私は3次元の状況下において、世界で初めて「エクスプロージョン」の実現に成功した上で、その成功条件から太陽対流層の状況についての推察をおこなった。私は、平成24年度中に3本の主著論文を国際雑誌に発表し、1本を準備甲である。そのうち出版論文2本に関しては、これまでの報告書でまとめられているので、本報告書では、24年度中に中心的におこなった研究について報告する。音速抑制法を用いた太陽対流層高解像度の数値計算23年度に、自身で開発した「音速抑制法」を用いて非常に高解像度で現実の太陽に忠実な熱対流をシミュレートするための数値計算コードを開発し、現在のところ世界最高解像度の太陽熱対流計算に成功した。これまでの太陽全球殻熱対流計算では、アネラスティック近似を用いていたために、表面付近を取り扱えない・解像度をあげられないという問題点があったのだが、それらの問題点を解決可能な「音速抑制法」を取り入れた計算をおこなったためにこのような成果があげられたと考えている。また、これまで取り扱っていなかったので問題にならなかったのであるが、表面近くの領域は水素・ヘリウムの電離が解ける領域であり、その効果を正しく取り入れなければ熱対流を現実の太陽に合うようにシミュレートできない。そこで、全球殻計算用にあたらしく電離の効果を取り入れる方法を開発した。その結果、これまでの熱対流計算では100Mmほどの熱対流構造が卓越していたのであるが、本研究では10Mmほどの対流セルが実現できた。これは、表面で観測される「超粒状斑」にほぼ対応するものであり、世界ではじめて全球スケールの計算で、実際に観測可能なものを再現できた。また、物理的にも興味深い現象が発見されている。表面で生成されたしい小さいスケールの熱対流はある程度まで太陽内部に侵入し、内部でも小スケールの乱流を励起する事。下降流の内部には微細構造があり、その中で乱流的な場がダイナモ作用により強く小さな磁場を生成している事がわかった。この成果は、論文投稿の準備をしているところである。

平成24年度(採用1年目)に、自身で開発した「音速抑制法」を用いて非常に高解像度で現実の太陽に忠実な熱対流をシミュレートした。太陽内部角速度の未解決の問題として、「表面勾配層」があった。日震学の成果により、太陽の表面直下に回転角速度の大きい層があるということが明らかになっておりこの層のことを表面勾配層と呼んでいる。この層の物理機構は、我々の研究の前までは明らかになっていなかった。観測困難な太陽内部の現象なので、その解決は数値計算に頼らざるを得ないが、表面勾配層の数値計算による再現は困難と考えられていた。表面勾配層は、太陽の中で回転の影響をあまり受けない小空間スケール・短時間スケールの乱流が維持しているだろうとこれまでに予測されていた。しかし、太陽の中で小スケールの乱流を分解するには多量の解像度を必要とするので、コストの高い計算となるのである。私の開発した「音速抑制法」では、並列計算機を効率よく使えるためにこれまでに比べ飛躍的に解像度をあげる事が可能になった。この方法を用いて高解像度の太陽対流層計算をおこない世界で初めて、表面勾配層を数値計算によって再現した。また、詳細な解析によってその維持機構を明らかにした。その結果は以下のようであった。回転の影響を受けた乱流が角運動量を運び差動回転を作る。そのことによる平均的なコリオリ力が子午面還流を誘起する。この子午面還流の動径方向の勾配により乱流の性質が変化する。性質の変化した乱流によって運ばれた運動量が表面勾配層の力のバランスに働いているというものである。この成果については、The Astrophysical Journalに投稿した。4つの研究について、ほぼ完成をすることができたこと。24年度以降の研究について、充分に準備ができていることから。二つの研究について、ほぼ完成できた事。25年度以降の研究について、充分に準備ができていること23年度に作成した数値計算コードを用いて、太陽対流層の底から表面までの一貫した研究をおこなう。通常ならば、不可能な研究であるが、23年度に考案した方法であれば可能になる。24年度に実行した数値計算のより詳細な解析をおこなうこと。太陽に回転をいれることで、特徴的な磁気活動がみられないか調べる。(抄録なし)
蛍光体セラミックスを用いた高輝度・直流低電圧駆動EL素子の開発

本年度は各種発光色を示すセラミックスの作成技術の確立並びに赤、緑、青並びに白色ELパネルとして最適な蛍光体セラミックスを決定するとともに、セラミックス形EL素子構造の最適化を踏まえ、種々の発光色を持つ大面積平面形ELパネルの試作をし、現在のニ-ズに十分対応できる輝度、発光色並びにコストを達成するマルチカラ-光源およびコンピュ-タ端末等の平面形ディスプレイの実現を目指した。前年度において、緑色発光用EL蛍光体としてはZnS:Tb,Fが有望であることがわっかた。しかしながら、この段階で実用的な寿命を確保するには本素子の構造では不十分であることが判明したので、何らかの素子保護対策の必要が出て来た。そこで、当年度は素子の保護(パッシベ-ション)対策に力点をおいた。その結果、本素子を130°C90分間脱水処理を行い、フォ-ミング処理を施した後、真空中ベ-ク、真空脱泡処理、エポキシ樹脂注入、真空脱泡処理、120°Cでの加熱硬化を経て作成することは、未保護の素子に比べて格段に有効であることが分かった。未保護の素子表面には黒点が発生するが、パッシベ-トした素子ではほとんど認められなかった。本パッシベ-ション法は素子への水分の遮断に対して有効であることをつきとめた。本成果と初年度において得られた成果、すなわちZnS:Mn系における素子駆動方法を組み合わせることにより、実用素子として十分対応できるセラミックス形EL素子を提供することができる。高輝度蛍光体として知られているZnS:Mn粉末をその輝度を低下させることなくセラミック化し、これを基板兼発光層として用いた蛍光体セラミックEL(PCEL)素子の開発に成功して以来、数々の成果が生み出されている。特性的にはほぼ実用域に達している。本研究は、上記の成果を基に各種蛍光体セラミックスと我々が既に開発した安価なZnO系透明導電膜を組み合せたセラミックス形ELパネルを作成し、直流低電圧駆動により高輝度な赤、緑,青および白色発光を示す大面積平面パネル形光源を実現し、自動車等の各種表示装置や液晶ディスプレイのバックライト用光源として応用すること、さらにコンピュ-タ端末のカラ-ディスプレイをこのセラミックELパネルで実現することを目的としている。当年度目標は、該セラミックEL素子の大面積化と長寿命化を図ることであるが、大面積化については、今回、新たに該セラミックス板の片面上にのみ透明電極と対向電極を形成した片平面形セラミックEL素子を提案した。この形は全くユニ-クなものであり、これを採用したセラミックEL素子では、容易に大面積化出来る可能性を持つことと、素子の長寿命化に対しても有利な構造を有していることが明らかになった。一方、従来形の、すなわちセラミックスを透明電極と対向電極で挾むタイプのEL素子においても、駆動方式を連続直流駆動を、直流パルス駆動方式にすることによって、素子寿命を飛躍的に延せることが判った。これまでのところ、8000時間経過しても全く安定した発光を維持している。又、当研究は、別途予算により購入した大型焼結炉と、当年度完成した連続フォ-ミング装置により能率良く進められ、所期の目的をクリヤできた。本研究は上記の成果を基に各種蛍光体セラミックスと我々が既に開発した安価なZnO系透明導電膜を組み合わせたセラミック形ELパネルを作成し、直流低電圧駆動により高輝度な赤、緑、青および白色発光を示す大面積平面パネル形光源を実現し、自動車等の各種表示装置や液ディスプレイのバックライト用光源として応用すること、さらにコンピュ-タ端末のカラ-ディスプレイをこのセラミック形ELパネルで実現することを目的としている。当年度は、ZnS系、CaS系、SrS系およびZnO系の各種蛍光体粉末をその発光輝度を低下させることなくセラミックス化する技術を確立すると共に、赤、緑、青の光の三原色および白色発光を示す最適な蛍光体材料をそれぞれ明らかにする事、および実際にELパネル形光源を実現することを目標として研究をすすめた。その結果、緑色発光用EL蛍光体としてはZnS:Tb,Fが有望であることがわかった。しかし、このZnSTb,F粉末をCuコ-トして焼結体発光層兼基板としても5cd/m^2の輝度しか得られなかった。原因としてはド-パントであるTbF_3が母体中に効率良く取り込まれなかったためと考えられる。そこで、ZnSセラミックスの上にZnS:Tb,Fスパッタ膜を作成したEL素子を作成し、直流電圧駆動した結果、印加電圧100Vで輝度5000cd/m^2の緑色発光を実現できた。EPMAでTbの同定を行ったところこの素子では適度にTbが取り込まれていることが分かった。同様の構造でZnS:Mn膜を形成した素子では100V印加時で410cd/m^2が得られた。他の発光色に対する蛍光体については現在検討中である。またELパネル形光源についても試作中である。

しかしながら、この段階で実用的な寿命を確保するには本素子の構造では不十分であることが判明したので、何らかの素子保護対策の必要が出て来た。そこで、当年度は素子の保護(パッシベ-ション)対策に力点をおいた。その結果、本素子を130°C90分間脱水処理を行い、フォ-ミング処理を施した後、真空中ベ-ク、真空脱泡処理、エポキシ樹脂注入、真空脱泡処理、120°Cでの加熱硬化を経て作成することは、未保護の素子に比べて格段に有効であることが分かった。未保護の素子表面には黒点が発生するが、パッシベ-トした素子ではほとんど認められなかった。本パッシベ-ション法は素子への水分の遮断に対して有効であることをつきとめた。本成果と初年度において得られた成果、すなわちZnS:Mn系における素子駆動方法を組み合わせることにより、実用素子として十分対応できるセラミックス形EL素子を提供することができる。
ANCA関連血管炎性中耳炎における診断法、治療法の開発

2013年のANCA関連血管炎性中耳炎に関する全国調査(後ろ向き調査)で登録症例の多い22施設を対象として症例を集積した。エクセル表に臨床情報を入力してもらい各自でDrop Boxに入れる形で集積した。また、これら登録された症例については、前向き調査で定期的にエクセル表に臨床情報を入力し、再燃、経過について登録後の症例をフォローしている。現在130症例が集積されている。この130症例について簡単に検討した。ANCA型では、PR3-ANCA陽性が18例(14%)、MPO-ANCA陽性が91例(71%)、両ANCA陽性が4例(3%)、両ANCA陰性が15例(12%)であった。これまでの報告通り、MPO-ANCA陽性が最多であった。また、どの臓器から初発したかを検討したところ、中耳初発型が88例(72.7%)と最多であったが、中耳炎を伴わない内耳炎初発型を11例(9%)に認め、他臓器から初発した他臓器初発型も16例(13%)に認めた。また、側頭骨以外の上気道から初発した例は6例(5%)であった。よって、中耳炎以外から初発する症例を27%に認めた。また、ANCA関連血管炎性中耳炎に特徴的な肥厚性硬膜炎の合併は17例(13%)に認めた。これら症例につき、今後も経過をフォローしていく。また、新規の症例も集積していく予定である。また、自施設症例では7例で、初診時血清、再燃時の中耳貯留液を採取、集積した。これらを用いて、新たな疾患マーカーの同定などを検討する予定である。症例の登録が遅れているため。症例の全国からの集積を速やかに行う。本年度の学会等で協力施設に依頼する予定。現在72症例が集積されている。この72症例について簡単に検討した。ANCA型では、PR3-ANCA陽性が10例(13.9%)、MPO-ANCA陽性が55例(76.4%)、両ANCA陽性が0例、両ANCA陰性が5例(6.9%)であった。また、どの臓器から初発したかを検討したところ、中耳初発型が46例(63.9%)と最多であったが、中耳炎を伴わない内耳炎初発型を10例(13.9%)に認め、他臓器から初発した他臓器初発型も13例(18%)に認めた。また、側頭骨以外の上気道から初発した例は3例(4.2%)であった。よって、中耳炎以外から初発する症例を36.1%に認めた。また、ANCA関連血管炎性中耳炎に特徴的な肥厚性硬膜炎の合併は10例(13.9%)に認めた。また、自施設症例では5例で、初診時血清、再燃時の中耳貯留液を採取、集積した。

症例の全国からの集積を速やかに行う。本年度の学会等で協力施設に依頼する予定。症例登録に遅れが生じているため。
オートファジー活性化とゲノム変異、エピゲノム異常の連携によるがん細胞の選択的淘汰

オートファジー活性化細胞のマルチオミクス解析を行うために、以下の条件設定と試料の調整を行った。1)飢餓応答時(栄養欠乏培地:アミノ酸とグルコース欠乏させる栄養飢餓培地を使用する)と非飢餓時の細胞を作製した。実験に用いた細胞は、RAS、BRAF、TP53の変異の有無が異なる4種の大腸癌細胞株(HT-29、SW480、HCT116、DLD-1)である。3)オンコメタボライトを含む代謝産物の変化、オートファージーの活性化の有無、遺伝子変異の有無と関係を解析するために、メタボローム解析用試料を調整した。4)エピゲノム異常の導入、または消去によるオートファジー活性化と生存表現型が連動を明らかにするため、表現型の指標を増殖能と浸潤能に設定し、その条件検討を終了した。大規模な網羅的な解析を行うための条件設定、試料調整が終了し、本年度はそれらの解析を行うことができるため。調整済みの試料を用い、本年度はオートファジー活性化とゲノム変異、エピゲノム異常の連携について、解析をさらに進めていく予定である。本年度は、解析方法の条件設定と試料の調整に研究費を使用し、来年度に本解析を行うことにしたため。
電動車両のバッテリストレス制御技術

電動車両の主要動力源であるバッテリは、設計寿命を大幅に下回る場合が数多く発生し、マーケットから返却されるバッテリの扱いに完成車メーカも困り果てている状況である。一般に、バッテリの負荷試験は、定電流、定電圧負荷をステップ状に変化させるのに対して、実際の自動車走行時の電流負荷はスパイク状であり、しかも長期に渡って繰り返されるため、バッテリには確実にストレスが加わることになる。これが劣化を早めていることは容易に想像できる。また、バッテリ制御はエネルギー制御が主流であり、負荷の入力がスパイク状であれば、材料のストレス試験と同じように頻度解析を行い、バッテリへの寿命ストレスを推測し、これを適切に制御することが現実に則している。本研究は、スパイク状電流が与えるバッテリへのストレスに着目した寿命制御システムを構築し、さらに弱った交換済バッテリでも電動車両用として再利用の道を開く新技術の構築も研究目的とする。(1)走行モード負荷(スパイク電流)がバッテリストレスへ及ぼす影響度の定量化技術課題:スパイク状の電流負荷が電動車両の走行モード負荷パターンであることが判明した。このスパイク状電流負荷がバッテリストレスへ与える影響度を明確にした。(2)負荷電流積算制御から負荷電流頻度制御へのバッテリ制御方法の適正化技術課題:現在の負荷電流制御は、積算制御でありバッテリ容量位置を規定範囲に制御するSOCコントロールをはじめとして、負荷制御の骨格をなしている。スパイク状の電流頻度を見る頻度制御を主体とした方式に見直した。負荷電流頻度制御を新たに構築してバッテリ制御方法を適正化した。(3)スパイク状電流を一定電流に変換する周辺ハードとその制御システムの構築技術課題:スパイク状電流を一定電流へと負荷パターン自体を変えて、ストレスレベルを抑え込むことができれば、本質的な解決策となる。この課題に挑戦した。バッテリセルにバラつきが起こりリアルワールドでは設計寿命に届かない問題を解明し、対策手法を産業界などへ提案することを目的として研究に取りかかった。(1)サイクル寿命が確保できるバッテリの技術課題:平成27年度は、セルバラつきは必然的か、イレギュラー的な問題かを明確にする。量産品質バッテリを複数用意し、単セル毎に同一条件でサイクル試験の実施を推進した。電池のバラつきは、容量ばらつきを指すが、サイクルが十分経過した状況にない場合は、劣化進展が少なく、顕著な容量バラつきは発生しない。このため、電池の容量バラつきに至る前に進展する、電池の電圧バラつきに着目して確認を進めた。サイクル試験結果に対して、統計処理を加えてバラつき範囲を特定させた。サンプルバッテリは、電動車両用で最も市場実績のあるニッケル水素式2次電池を用いた。ニッケル水素式2次電池は、電極の結晶構造の違いにより、一般的なAB5型と、これの改良版である超格子合金型の2種類について、各型式とも複数本数用意して実験を進めた。サイクル試験では、AB5型では、通常発生範囲内のバラつきに収まった。超格子合金型では、1サンプルのみ大幅なバラつきが発生した。電池は、0/100%の充放電により活性化させて容量確認し、初期状態を揃えてからサイクル試験を開始した。しかし量産品質バッテリでも、サイクル経過すれば、一部でセルバラつきが起こることを確認した。(2)カレンダー寿命が確保できるバッテリの技術課題:平成27年度は、長期放置した実験用セルサンプルを必要数用意するため、長期放置させる環境条件を定めて、放置試験を行い、サンプルを必要本数用意できるようにした。(1)サイクル寿命が確保できるバッテリの技術課題充放電サイクルが経過するにつれて、容量バラつきや電圧バラつきが発生し拡大するかどうかを検証する。試験方法は、量産品質バッテリ(ニッケル水素式2次電池)を使い、単セルのサイクル試験を実施した。サイクル試験は、次に示す同一の設定条件により複数セルで実施した。1試験負荷は、わが国のエミッション評価モードのJC08を用いた。ハイブリッド電気自動車のJC08モード走行の入出力電流パターンを、試験するセルのバッテリ容量へ電流負荷レベルをシェイクダウンして設定した。2容量使用範囲は、過放電・過充電を避け、かつバッテリの容量劣化を考慮して、バッテリセルの満充電容量基準で上限(75%)下限(25%)内に収まる領域で設定した。1サイクルは、設定容量上限⇒設定容量下限⇒設定容量上限までとした。3環境温度は常温25°Cとした。(2)カレンダー寿命が確保できるバッテリの技術課題常温環境(25°C)において長期放置した実験用セルサンプルを必要数用意した。長期放置条件の違いの影響を明確にするための実験用サンプルを用意する予定であったが、クールインキューベータ(恒温槽)の入荷遅れのため(2016年6月発注、2017年1月入荷)、常温のサンプルバッテリのデータから寿命を温度補正することに変更する。試験方法は、1長期放置サンプルの準備は、恒温槽を高温(4050°C)に設定して、劣化促進させる考えであったが、常温環境のセルサンプルとする。2長期放置条件の差異を把握するため、環境温度を3水準(高温、常温、低温)、セル容量を3水準(低充電容量、中間充電容量、高充電容量)それぞれ設定してサンプルを作る予定であったが、各試験条件でのバッテリの自己放電量を求め、常温環境(25°C)で長期放置した実験用セルサンプルから補正する方法を取る。(1)走行モード負荷(スパイク電流)がバッテリストレスへ及ぼす影響度の定量化技術課題:電流負荷パターンの違いによりバッテリ

ストレスへ与える影響度を定量化する。電流負荷パターンは、スパイク状とステップ状(一定電流に相当)とし、各影響度をサイクルモード試験により定量化する。平成29年度はバッテリ方式を変更して試験を実施する。試験は、電動車両用で急速に普及しているリチウムイオンバッテリ(量産品質品)のサイクル試験を単セルで実施した。次の試験条件で複数個のセルで行った。1試験負荷は、世界を代表する燃費評価モードであるJC08(日本)、FUDS・US06(米国)、ECE15(欧州)を用いる。2容量範囲は、満充電容量基準で上限(75%)下限(25%)の領域とする。1サイクルは、放電(燃費評価モード)、充電(0.5C定電流)として実施した。(2)負荷電流積算制御から負荷電流頻度制御へのバッテリ制御方法の適正化技術課題:電流負荷制御の違いによりバッテリストレスへ与える影響度を定量化する。電流負荷制御は、積算制御方式と、今回提案する頻度制御方式とし、各影響度をサイクルモード試験により定量化する。平成29年度は、前年度に構築した制御システムを持いてサイクルモード試験を実施する。試験は、1従来の積算制御のみ、2頻度制御のみ、3積算と頻度を組み合わせた統合制御の3方式からなるシステムで、バッテリストレスに対する寿命効果をサイクル試験により評価した。(3)スパイク状電流を一定電流に変換する周辺ハードとその制御システムの構築技術課題:負荷パターン自体をスパイク状電流から一定電流へと変換できる周辺ハードウエアシステムを構築する。平成29年度は、バッテリと周辺システムとして追加するエネルギーストレージとの負荷バランスが、制御できるシステムへアップグレードして寿命効果を確認する。(1)走行モード負荷(スパイク電流)がバッテリストレスへ及ぼす影響度の定量化技術課題:電動車両用で急速に普及しているリチウムイオンバッテリ(量産品質品)のサイクル試験を単セルで実施している。次の試験条件で複数個のセルで実施中である。1サイクルは、放電(燃費評価モード)、充電(0.5C定電流)とする。評価に関しては、1100サイクル毎にチェックし劣化度合いを評価した。2初期容量から2割低下した時点で劣化判定試験を行い寿命判定する予定である。判定は、高出力放電試験(バッテリ電圧特性も評価)、ACインピーダンス計による周波数特性試験(内部抵抗上昇確認)により評価する。以上から、電流負荷パターンの違いによりバッテリストレスへ与える位置関係が明確に定量化するため、解析評価手法を検討中である。(2)負荷電流積算制御から負荷電流頻度制御へのバッテリ制御方法の適正化技術課題
COPD増悪病態におけるretinoic acid receptorの関与の検討

ビタミンAの誘導体であるレチノイン酸は、タバコ煙が引き起こす肺の組織傷害に対し保護的に働くことが明らかとなっている。近年では、レチノイン酸受容体(Retinoic acid receptor β: RARβ)が気道上皮におけるウイルス感染の制御にも関与している可能性が示唆されている。しかし、ウイルス感染を契機とした慢性閉塞性肺疾患(COPD)増悪病態における、RARの役割については未だ不明である。本研究の目的は、COPD患者の気道上皮培養細胞や疾患マウスモデルを用いて、増悪病態におけるRARの活性化経路およびメディエーター放出機序との関連について明らかにすることである。
磁性薄膜のスピン偏極に関する研究

スピン工学で注目される高い磁気抵抗比を実現するには、Fermi準位の電子状態密度が100%偏極した、いわゆるハーフメタルが最も望ましい。しかし、バルクとしてハーフメタルであることが確認されていても、スピン素子の磁性・非磁性体複合構造において界面近傍まで、ハーフメタルであるかは必ずしも明らかではない。最も簡単な界面である清浄表面でさえ結晶構造の不連続性によって電子状態がバルクと大きく異なり、スピン偏極率もバルクの100%に達しない可能性が高い。マグネタイト表面については、スピン偏極光電子分光法を用いてスピン偏極率が40%から80%と見積もられている。しかしながら、光電子分光法ではバルクの寄与があるため、最外層の偏極率はさらに小さい値であることを昨年度、表面敏感性が極めて高い準安定ヘリウム原子線を用いるスピン偏極準安定脱励起分光法により検証した。今年度はさらにこれを発展させるべく、マグネタイト表面に吸着した有機分子に誘起されるスピン偏極を観測した。具体的には、昨年度開発した超高真空化学蒸着技術によりマグネタイト薄膜をエピタキシャル成長させ、その上に今年度開発した有機分子蒸着源を用いてベンゼン分子とAlq3分子を吸着させたところ、分子にスピン偏極が誘起されることを見出した。さらに水素原子線に曝すことで水素終端した表面においても、ほぼ同じスピン偏極が誘起されることが分かった。この成果は、有機スピントロニクスにおけるマグネタイトの可能性を示唆する。しかしながら、光電子分光法ではバルクの寄与があるため、最外層の偏極率はさらに小さい値であることになる。これを検証するには、最外層のみのスピン偏極を計測することが必要である。そこで表面敏感性が極めて高い、熱エネルギーレベルで運動する準安定ヘリウム原子線を用いるスピン偏極準安定脱励起分光法により、これを検証した。具体的には、物質・材料研究機構に既設の装置を改造して酸素ビーム源を追加することにより、反応性蒸着法で超高真空中でMgO基板上にマグネタイトを成長させ、スピン偏極準安定脱励起分光法により、表面最外層のスピン偏極を、試料を真空外に取り出すことなく、その場測定した。その結果、最表面のスピン非対称率がFermi準位近傍で数%程度に低下していることを検証した。さらに、原子状水素を照射して水素化することにより、Fermi準位近傍のスピン非対称率が劇的に回復することを見出した。このスピン偏極の回復現象は、磁性・非磁性界面でのスピン偏極制御技術の出発点になる極めて重要な発見である。
先天性銅代謝異常症における銅輪送障害および臨床症状の発現機構に関する研究

日本人Wilson病症例40例に対して,ATP7B遺伝子の構造解析を行った.日本人症例における異の型と頻度は,欧米人症例と明らかに異なっていた.R778L変異(exon8),A874V変異(exon11)および2871delC(exon13)変異が高い頻度にて認められ,これらで全体のアリルの50%以上を占めていた.R778L変異をhomozygousに有する発症後症例は全例神経型症例であり,この変異は神経型に特徴的な変異である可能性が示唆された.また,この変異を有する症例は,血清セルロプラスミン値が低値であり,銅特異的ATPase活性も低い値を示した.この変異部位は,ATP7B蛋白において4番目の膜透過部位に含まれる.4番目の膜透過部位あるいは778番目のアミノ酸は,ATP7B蛋白の機能において重要な部位であり,この変異はその構造あるいは機能を著しく障害する変異である可能性が示唆された.さらに,2871delC変異をhomozygousに有する症例の臨床経過より,この変異は重篤な肝障害をもたらす変異であることが推察された.古典型Menkes病症例2例に対し,原因遺伝子ATP7A遺伝子の構造解析を行った結果,1例はエクソン・スキッピングである2317+5 g toc変異(intron9)であり,もう1例は1塩基挿入2491insA変異(exon10)であった.特に2491insA変異は今まで報告のない変異であり,また患児の母親に対する解析の結果,突然変異にて生じた新しい変異であることが確認された.古典型Menkes病症例,その母親(保因者)およびWilson病症例の培養リンパ球に対し銅特異的ATPaseの活性測定を行った.本法によりATP7Aあるいは7B蛋白の機能を解析することが可能であると考えられた.また,リンパ球における銅代謝にはATP7A蛋白がより強く機能していると推察された.日本人Wilson病症例40例に対して,ATP7B遺伝子の構造解析を行った.日本人症例における異の型と頻度は,欧米人症例と明らかに異なっていた.R778L変異(exon8),A874V変異(exon11)および2871delC(exon13)変異が高い頻度にて認められ,これらで全体のアリルの50%以上を占めていた.R778L変異をhomozygousに有する発症後症例は全例神経型症例であり,この変異は神経型に特徴的な変異である可能性が示唆された.また,この変異を有する症例は,血清セルロプラスミン値が低値であり,銅特異的ATPase活性も低い値を示した.この変異部位は,ATP7B蛋白において4番目の膜透過部位に含まれる.4番目の膜透過部位あるいは778番目のアミノ酸は,ATP7B蛋白の機能において重要な部位であり,この変異はその構造あるいは機能を著しく障害する変異である可能性が示唆された.さらに,2871delC変異をhomozygousに有する症例の臨床経過より,この変異は重篤な肝障害をもたらす変異であることが推察された.古典型Menkes病症例2例に対し,原因遺伝子ATP7A遺伝子の構造解析を行った結果,1例はエクソン・スキッピングである2317+5 g toc変異(intron9)であり,もう1例は1塩基挿入2491insA変異(exon10)であった.特に2491insA変異は今まで報告のない変異であり,また患児の母親に対する解析の結果,突然変異にて生じた新しい変異であることが確認された.古典型Menkes病症例,その母親(保因者)およびWilson病症例の培養リンパ球に対し銅特異的ATPaseの活性測定を行った.本法によりATP7Aあるいは7B蛋白の機能を解析することが可能であると考えられた.また,リンパ球における銅代謝にはATP7A蛋白がより強く機能していると推察された.1. Wilson病症例における原因遺伝子の構造解析Wilson病症例24例に対し,原因遺伝子ATP7B遺伝子の構造解析を行い,変異を同定した.日本人Wilson病症例におけるATP7B遺伝子変異の型と頻度は欧米人症例と明らかに異なっていた.点突然変異によるmissense mutationであるArg778Leu,1塩基欠失の2874delCおよび1塩基挿入2302insCが高い頻度にて認められた.本症の遺伝子診断を行う場合には,これらを含む9種類の変異,あるいは7つのエクソンを解析することにより,全alleleの約70%の変異が検出可能であると考えられた.2. Menkes病およびWilson病における銅特異的ATPase活性の測定古典的Menkes病症例1例とその母親(保因者)およびWilson病症例5例に対し銅特異的ATPaseの活性測定を行った.上記した対象症例の培養リンパ球のcell membraneにおいて,銅負荷により上昇するATPase活性をATPの酸化的リン酸化の変化により測定した.その結果,古典的Menkes病症例の培養リンパ球における銅投与によるATPase活性の上昇はコントロールの30%程度,本症保因者は約50%であった.Wilson病症例においては,コントロールの45-60%程度であった.先天性銅代謝異常症とその保因者の培養リンパ球において,銅特異的ATPase活性は低下しており,本法によりATP7Aあるいは7B蛋白の機能を解析することが可能であると考えられた.

銅刺激による活性上昇の程度がMenkes病症例にて正常の約30%程度,Wilson病症例にて45-60%であったことより,リンパ球における銅代謝にはATP7A蛋白がより強く機能していると推察された.1.Wilson病における遺伝子変異と臨床症状との関連臨床病型が明らかなWilson病症例20例に対し,遺伝子構造解析を行い,遺伝子変異と発現している臨床症状との関連について検討を行った.その結果,1塩基欠失を両方のaleleに有する症例は,劇症肝炎型症例あるいは肝障害の進行が早い症例であった.また,R778L変異をtomozyogoteに有している発症後症例は,全例神経型症例であった.これらの結果より,遺伝子変異の型は,発現する臨床症状を決定する上において重要な役割を担っていると考えられた.2.Menkes病の遺伝子解析古典的Menkes病症例2例に対して,ATP7A遺伝子の構造解析を行った.その結果,1例はexonskipping(2317+5gtoc)が,もう1例には1塩基挿入(2491insA)が認められた.特に1塩基挿入は今までに報告のない変異であり,また患者の母親に対する解析の結果,突然変異により生じた新しい変異であることが確認された.3.Wilson病における遺伝子変異とATP7B活性との関連遺伝子変異が明らかなWilson病患者のリンパ球を培養し,銅特異的ATPase活性を測定した.その結果,R778L変異をhomozyogoteに有する症例の活性が他の変異を有する症例に比べ低い値を示していた.この結果より,778番目のアミノ酸あるいはこのアミノ酸が存在する5番目の膜透過部位はATP7B蛋白の構造あるいは機能上重要な部位であることが推察された.先天性銅代謝異常症の代表的疾患であるWilson病の日本人症例30例に対して,原因遺伝子ATP7B遺伝子の構造解析を行い,臨床症状・経過,血清セルロプラスミン値などの検査所見および銅特異的ATPase活性との関連について検討した.本症は常染色体劣性遺伝性疾患であり,血族結婚の家系が存在しないにもかかわらず,15例(50%)の症例が変異をhomozygousに有していた.興味深い結果であるとともに,遺伝子変異と病型・病態とを比較検討する上において有用な結果であると考えられた.日本人に比較的多く見られるR778L変異をhomozygousに有する症例は,7例中5例が神経型症例であった.残り2例は発症前型であったが,そのうち1例は,後に神経症状と精神症状が出現した.R778L変異は,神経型に特徴的な変異である可能性が示唆された.この変異を有する症例の銅特異的ATPase活性は,他の変異を有する症例に比べ低値を示していた.また,血清セルロプラスミン値においても,この変異をhomozygousに認めた症例は全例極めて低い値を示していた.なお,この部位はATP7B蛋白において4番目の膜透過部位に含まれると考えられている.これらの結果より,4番目の膜透過部位あるいは778番目のアミノ酸は本蛋白の機能において重要な部位である可能性が示唆された.日本人症例において,やはり高頻度に認められる2871delC変異をhomozygousに有する症例は,4例中3例が劇症肝炎型あるいは治療抵抗性・進行性の肝型症例であった.残りの1例は神経症状を呈していたが,診断時に肝機能障害を指摘され,その後肝不全が急速に進行した.2871
負荷付き自発運動による海馬機能向上の分子基盤の解明

距離より仕事量を増大させ筋肥大を誘導できる負荷付き運動が,海馬の神経新生や空間認知機能にも効果的であり,その背景として少なくともBDNFを介して情報伝達の介在を明らかにして来た.しかし,その分子基盤の全体像はいまだ明らかではなく,網羅的な検証が必要である.そこで本研究では,マイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析を行い,分子基盤の全体像を海馬で明らかにすることを目的とした.実験には,10週齢のWistar系雄ラットを安静(Sed)群・負荷なし(WR)群・体重30%負荷(RWR)群の3群に分け,4週間の運動終了後,海馬を取り出し,マイクロアレイ解析(増強:>1.5倍,抑制:< 0.75倍)とIPA解析(機能分類と遺伝子のネットワーク構築)を行った.また,海馬の炎症因子の遺伝子発現は定量的realtime PCRにより測定した.その結果,WR群(増強128個,抑制97個)と比較して,RWR群(増強169個,抑制468個)では,より多くの遺伝子の抑制が確認された.これらの遺伝子をIPA解析により体系化した結果,RWRでは,炎症免疫反応,タンパク質合成,細胞移動に関連する遺伝子群の変動が最も大きかった.特にRWRでは,炎症因子(IL1B, CXCL1, CXCL9, CCL13, TNF, IL2RAなど)の抑制が顕著にみられた.負荷付き自発運動が負荷無しに比べて,海馬の適応や認知機能向上に強い効果をもたらすかについて,遺伝子発現の網羅的解析から検討した結果,炎症反応に関わる遺伝子群が大きく抑制される特性が明らかになった.炎症因子の多くは海馬の神経可塑性に抑制的に働くことから,炎症因子の脱抑制的なポジティブな効果とBDNFなどによるポジティブな相乗効果が負荷付き輪回し運動条件で強化され,より効果的な海馬の可塑性を高める効果が示唆された.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。距離より仕事量を増大させ筋肥大を誘導できる負荷付き運動が,海馬の神経新生や空間認知機能にも効果的であり,その背景として少なくともBDNFを介した情報伝達の介在を明らかにしてきた.しかし,その分子基盤の全体像はいまだ明らかではなく,網羅的な検証が必要である.そこで本研究では,マイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析を行い,分子基盤の全体像を海馬で明らかにすることを目的とした.実験には,10週齢のWistar系雄ラットを安静(Sed)群・負荷なし(WR)群・体重30%負荷(RWR)群の3群に分け,4週間の運動終了後,海馬を取り出し,マイクロアレイ解析(増強:≧1.5倍,抑制:≦0.75)とIPA解析(機能分類と遺伝子のネットワーク構築)を行なった.その結果,RWRの走行距離がWR群の半分を示す一方,仕事量は8倍に増加.更に,速筋型の足底筋の肥大やミトコンドリア酵素活性(CS)が増加することなどからRWRの妥当性を確認した.また,WR群(増強128個,抑制97個)と比較して,RWR群(増強169個,抑制468個)では,より多くの遺伝子の抑制が確認された.これらの遺伝子をIPA解析により体系化した結果,RWRでは,炎症免疫反応,タンパク質合成,細胞移動に関連する遺伝子群の変動が最も大きかった.特にRWRでは,炎症因子(IL1B, CXCL1, CXCL9, CCL13, TNF, IL2RAなど)の抑制が顕著にみられた.負荷付き自発運動が海馬にもたらす遺伝子発現の網羅的解析により,炎症免疫反応,タンパク質合成,細胞移動に関わる遺伝子群が大きく変動される特性が明らかになった.特に,炎症因子の多くは海馬の神経可塑性に抑制的に働くことから,BDNF作用に加え炎症因子の脱抑制的な効果が負荷付き輪回し運動で強化され,より効果的な海馬の可塑性を産み出している可能性がある.距離より仕事量を増大させ筋肥大を誘導できる負荷付き運動が,海馬の神経新生や空間認知機能にも効果的であり,その背景として少なくともBDNFを介して情報伝達の介在を明らかにして来た.しかし,その分子基盤の全体像はいまだ明らかではなく,網羅的な検証が必要である.そこで本研究では,マイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析を行い,分子基盤の全体像を海馬で明らかにすることを目的とした.実験には,10週齢のWistar系雄ラットを安静(Sed)群・負荷なし(WR)群・体重30%負荷(RWR)群の3群に分け,4週間の運動終了後,海馬を取り出し,マイクロアレイ解析(増強:>1.5倍,抑制:< 0.75倍)とIPA解析(機能分類と遺伝子のネットワーク構築)を行った.また,海馬の炎症因子の遺伝子発現は定量的realtime PCRにより測定した.その結果,WR群(増強128個,抑制97個)と比較して,RWR群(増強169個,抑制468個)では,より多くの遺伝子の抑制が確認された.これらの遺伝子をIPA解析により体系化した結果,RWRでは,炎症免疫反応,タンパク質合成,細胞移動に関連する遺伝子群の変動が最も大きかった.特にRWRでは,炎症因子(IL1B, CXCL1, CXCL9, CCL13, TNF, IL2RAなど)の抑制が顕著にみられた.負荷付き自発運動が負荷無しに比べて,海馬の適応や認知機能向上に強い効果をもたらすかについて,遺伝子発現の網羅的解析から検討した結果,炎症反応に関わる遺伝子群が大きく抑制される特性が明らかになった.

炎症因子の多くは海馬の神経可塑性に抑制的に働くことから,炎症因子の脱抑制的なポジティブな効果とBDNFなどによるポジティブな相乗効果が負荷付き輪回し運動条件で強化され,より効果的な海馬の可塑性を高める効果が示唆された.当初の計画通り実験を実施し,1年目に,海馬神経可塑性・機能に違いが生じる4週間の負荷付き自発運動を用いて,マイクロアレイよる遺伝子発現の網羅的解析を行い,運動で高まる海馬神経可塑性の分子基盤を明らかにすることができた.また,マイクロアレイで得られた遺伝子リストを基に,Ingenuity Pathways Analysis(IPA)によるネットワーク及びパスウェイ解析(各遺伝子間の相互作用に基づくネットワーク構築)を行い,各因子のヒエラルキーや運動時の海馬適応に関わる重要な機構の解明した.これらの研究成果は既に国際誌(Lee et al., Physiol Rep, 2014)掲載されており,当初の計画以上に研究が進展したといえる.27年度が最終年度であるため、記入しない。1年目に見出した, 4週間の負荷付き自発運動を用いて,マイクロアレイによる遺伝子発現のメカニズムを解明していくと同時に,検討課題3である,負荷付き自発運動による脳内モノアミンを高めるかを検討していく.27年度が最終年度であるため、記入しない。
アーク作動中タングステン電極のin-situ診断によるプラズマ・陰極系の現象解析

本研究は,波長可変レーザによる光電効果を利用してアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定すると同時に,作動中の陰極表面を観察することにより,多方面からプラズマ・陰極系をin-situに診断・解析することを目的としたものである.波長可変レーザによる光電効果を利用したアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定した.その結果,アーク電流200Aの条件において,W電極,2%ThO_2-W電極および2%La_2O_3-W電極の各実効仕事関数がそれぞれ4.6eV, 2.8eV, 3.0eVと導出された.これらの値は文献値とよく一致していることが明らかになり,エネルギー入力が大きく十分に熱的に満たされた場合には,タングステン電極の実効仕事関数は電極物質あるいは添加エミッターの仕事関数に一致することが結論づけられた.さらに,実効仕事関数に与えるエミッター添加量の影響について調査した結果,エミッター添加量の低下は実効仕事関数を上昇させると共に電極の作動表面温度も上昇させ,徐々に純タングステン電極化させることが明らかになった.また,デジタルマイクロスコープを導入して作動中のタングステン電極表面の静的な様子を高解像度に観察するとともに,高速度デジタルビデオカメラによる動的な観察を加えることにより,電子エミッターが溶融した状態でごく薄く電極表面を覆っていることを確認した.なお,その厚さについては未だ不明である.これを受けて,これまでに得られた実効仕事関数と文献調査によって得られた電子エミッターの融点を大気圧アークプラズマの数値解析モデルに反映させることにより,タングステン電極からアークプラズマに亘る作動状態の数値計算シミュレーションを実行した.これにより,今まで経験的に知られていたタングステン電極の種類によるアーク放電のプラズマフレーム形態の相違を定量的に説明することに成功した.本研究は,波長可変レーザによる光電効果を利用してアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定すると同時に,作動中の陰極表面を観察することにより,多方面からプラズマ・陰極系をin-situに診断・解析することを目的としたものである.波長可変レーザによる光電効果を利用したアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定した.その結果,アーク電流200Aの条件において,W電極,2%ThO_2-W電極および2%La_2O_3-W電極の各実効仕事関数がそれぞれ4.6eV, 2.8eV, 3.0eVと導出された.これらの値は文献値とよく一致していることが明らかになり,エネルギー入力が大きく十分に熱的に満たされた場合には,タングステン電極の実効仕事関数は電極物質あるいは添加エミッターの仕事関数に一致することが結論づけられた.さらに,実効仕事関数に与えるエミッター添加量の影響について調査した結果,エミッター添加量の低下は実効仕事関数を上昇させると共に電極の作動表面温度も上昇させ,徐々に純タングステン電極化させることが明らかになった.また,デジタルマイクロスコープを導入して作動中のタングステン電極表面の静的な様子を高解像度に観察するとともに,高速度デジタルビデオカメラによる動的な観察を加えることにより,電子エミッターが溶融した状態でごく薄く電極表面を覆っていることを確認した.なお,その厚さについては未だ不明である.これを受けて,これまでに得られた実効仕事関数と文献調査によって得られた電子エミッターの融点を大気圧アークプラズマの数値解析モデルに反映させることにより,タングステン電極からアークプラズマに亘る作動状態の数値計算シミュレーションを実行した.これにより,今まで経験的に知られていたタングステン電極の種類によるアーク放電のプラズマフレーム形態の相違を定量的に説明することに成功した.本研究は,波長可変レーザによる光電効果を利用してアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定すると同時に,作動中の陰極表面をマクロからミクロまで観察することにより,多方面からプラズマ・陰極系をin-situに診断・解析することを目的としたものである。本年度は波長可変レーザによる光電効果を利用したアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定することに重点を置き,同時にデジタルマイクロスコープを導入して作動中のタングステン電極表面の静的な様子を高解像度に観察する試みを開始した.なお,実効仕事関数の測定には物質の仕事関数の測定手法として古くから実績のあるFowlerプロット法を応用した.具体的には,可視から紫外にわたる波長可変レーザを作動中のタングステン電極表面に照射し,単位時間あたりに電極に吸収された光子の数Sと,それに伴い光電効果によって単位時間あたりに電極から放出された電子の数Nとの比である光電子利得Yを実験的に求め,その実験プロット値に対してFowlerの理論式をフィッティングさせることにより,実効仕事関数を導出することに成功した.その結果,アーク電流200Aの条件において,W電極,2%ThO_2-W電極および2%La_2O_3-W電極の各実効仕事関数がそれぞれ4.5eV,2.7eV,3.1eVと導出された.これらの値を文献値(Wの場合は4.52eV, ThO_2の場合は2.65eV, La_2O_3の場合は3.13eV)と比較した結果,双方とも極めてよく一致していることが明らかになった.以上より,エネルギー入力が大きく十分に熱的に満たされた場合には,タングステン電極と言えども,その仕事関数は電極物質あるいは添加エミッターの仕事関数に一致することが結論づけられた.

本研究は,波長可変レーザによる光電効果を利用してアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定すると同時に,作動中の陰極表面をマクロからミクロまで観察することにより,多方面からプラズマ・陰極系をin-situに診断・解析することを目的としたものである.本年度は,昨年度に引き続き,波長可変レーザによる光電効果を利用したアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定した.特に,昨年度において電子エミッターを2%と十分に添加した場合にタングステン電極の実効仕事関数は添加エミッターの仕事関数に一致することが結論づけられたが,本年度はエミッター添加量が実効仕事関数に与える影響について調査した.その結果,アーク電流100Aの条件において,W電極,0.5%La_2O_3-W電極,1%La_2O_3-W電極および2%La_2O_3-W電極の各実効仕事関数がそれぞれ2.9eV,2.3eV,2.3eV,2.0eVと導出された.また,それぞれの電極表面温度は,980nmおよび950nmの狭帯域透過の光干渉フィルターを装着したデジタル高速度ビデオカメラの観察により4061K,3894K,3688K,3352Kと測定された。以上より,エミッター添加量の低下は実効仕事関数を上昇させると共に電極の作動表面温度も上昇させ,徐々に純タングステン電極化させることが明らかになった.一方,デジタルマイクロスコープを導入して作動中のタングステン電極表面の静的な様子を高解像度に観察する試みを開始した.本研究は,波長可変レーザによる光電効果を利用してアーク作動中タングステン電極の実効仕事関数を測定すると同時に,作動中の陰極表面を観察することにより,多方面からプラズマ・陰極系をin-situに診断・解析することを目的としたものである.前年度までの成果により,電子エミッターを添加することによりタングステン電極の実効仕事関数が純タングステン電極に比べて低下することが明らかになったが,わずか2%程度しか添加していないにも関わらずこの現象が見られるのは,電子エミッターが電極表面に移動して表面を覆っていることを示唆するものと考えられた.そこで本年度では,まず,デジタルマイクロスコープを導入して作動中のタングステン電極表面の静的な様子を高解像度に観察するとともに,高速度デジタルビデオカメラによる動的な観察を加えることにより,電子エミッターが溶融した状態でごく薄く電極表面を覆っていることを確認した.なお,その厚さについては未だ不明である.これを受けて,これまでに得られた実効仕事関数と文献調査によって得られた電子エミッターの融点を大気圧アークプラズマの数値解析モデルに反映させることにより,タングステン電極からアークプラズマに亘る作動状態の数値計算シミュレーションを実行した.電子エミッターの融点以上に高温になったタングステン電極の表面領域においてのみ測定された実効仕事関数を反映させるとともに,融点以下の領域は純タングステンの仕事関数を仮定することにより,今まで経験的に知られていたタングステン電極の種類によるアーク放電のプラズマフレーム形態の相違を定量的に説明することに成功した.また,予測されたタングステン電極表面温度は従来の測定値とよく一致し,本研究による解析の妥当性が示された.
迷惑施設の多目的計画配置問題に関する理論研究

本研究では,迷惑施設配置モデルを構築し,理論的に分析を加えることである。得られた成果は少なくとも以下の3点である。第一に、迷惑施設配置を多目的計画法として定式化し,迷惑施設の配置場所候補となる,パレート最適集合やトレードオフ曲線の導出方法を示す.楕円距離マクシミニ型レクティリニアー距離ミニサム型モデル、レクティリニア距離ミニサム型マクシミニ型モデル、レクティリニア距離ミニマックス型マクシミニ型モデルなどを解く一般的解法を提示した。さらに、移転を考慮した場合、k次距離ボロノイ図を利用して有効集合やトレードオフ曲線を解析的に導けることを明らかにした。第二に、分枝限定法を利用した数値解法を用いて、より一般的な状況の下での、ミニマックス距離制約やマクシミニ距離制約での配置場所を数値的に求め、パレート最適集合を近似する方法を示した。茨城県、山形県の人口分布を事例対象とした。第三に、旧厚生省から各都道府県に対しごみ処理圏域広域化促進の指導があった。広域化はごみ焼却から発生するダイオキシン類を大幅に減少させるが、一方でごみ収集車からの排気ガスを増加させる。そこで、このトレードオフ関係に着目し、ダイオキシン類及び排気ガスをともに減少させる広域化計画を数理計画法により求め、現在の茨城県案を評価した。ダイオキシン類発生量を基準値及びごみ発生予測値から求め、排気ガス量を茨城県内のごみ収集車走行実距離と道路網距離から推定した。そして、茨城県案よりパレート最適の点で優れた多くの代替案を提示した。さらに、広域化計画にて、現存の市町村間ごみ処理協力関係への配慮がどの程度足かせになるのかをも数値的に示した。本年度の主たる研究成果は以下の3点である。1)ミニ・サム型対ミニ・マックス型2目的配置問題を拡張し,用地買収による居住者の移転や代替サービスによる補完を考慮するモデルを開発した.また,このような状況の下でのパレート最適集合をk次隣接ボロノイ図などを利用して特徴付けた.特に,パレート最適集合の導出、トレードオフ曲線の導出、パレート最適集合から最適点へ絞るためのスカラー化最適手法について多項式オーダー時間の解法を開発した.2)政治力として投票行動を考慮した輸送施設配置モデルを開発した。投票による均衡解を導出し、社会的最適解との比較を行うなどして、投票と計画との差異を明示した。また、料金の導入が投票解を社会的解に近づけるという知見を得た。さらに、間接投票と直接投票との差異についてモデルを構築中である。研究成果を、2000年12月9日バルセロナ(スペイン)で開かれた欧州立地解析会議、2000年12月2日つくば(茨城)で開催された応用地域学会にて発表を行った。3)迷惑施設の影響度を定量的に捉えるために重力モデルを用いるとともに、数値結果を分かり易く表現するために地域構造の視覚化の研究を行った。本成果は、つくば(茨城)で開催された応用地域学会にて2000年12月3日に発表を行った。第一に、迷惑施設配置を多目的計画法として定式化し、迷惑施設の配置場所候補となる、パレート最適集合やトレードオフ曲線の導出方法を示す。楕円距離マクシミニ型レクティリニアー距離ミニサム型モデル、レクティリニア距離ミニサム型マクシミニ型モデル、レクティリニア距離ミニマックス型マクシミニ型モデルなどを解く一般的解法を提示した。