hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シリルスタナンを用いるケイ素ーケイ素インターエレメント結合の新規構築反応

昨年までの知見をもとに当該科目の研究を行った。得られた成果を以下にまとめた。(1)シリルスタナンと有機金属化合物の反応における機構の解明シリルスタナンを用いたケイ素ーケイ素インターエレメント結合の新しい構築方法を確立するため、有機金属化合物とシリルスタナンの反応機構を解明し、さらにシリルリチウムの簡便な調製法として利用可能であるかについて検討した。(a)パラジウム錯体とシリルスタナンの不均化反応におけるスズ原子上のメチル基転移反応の構築(スタニレンの捕捉) :捕捉剤として種々の不飽和化合物を共存して検討したが、不均化反応よりも不飽和化合物へのシリルスタニル化反応が優先して進行したので、目的とするスタニレンの捕捉は達成できなかった。(b)有機リチウム化合物とシリルスタナンとの反応において発生するシリルリチウム種の捕捉および安定なシリルリチウムの調製法の確立:ケイ素上の置換基に2個のメシチル基を導入した場合、初めてシリルリチウム種の捕捉に成功した。実際には求電子試薬との反応で捕捉した。(2)オリゴシラン、ポリシラン、およびポリカルボシランの新しい合成法の開発とその性質有機リチウム化合物とシリルスタナンとの反応を用いてオリゴシラン、ポリシラン、およびポリカルボシランの新しい合成法の検討を行った。(a)ビス(スタニル)シリル化合物を用いてビス(スタニル)ジシランの合成に成功した。(b)ビス(スタニルシリル)化合物を用いてビス(スタニル)オリゴシランの合成に成功した。(c)物性について:シリル基よりもスズ基の方がオリゴシラン類のUVのλ_<max>をより長波長シフトした。
プロトプラスト融合法により作成した異属間雑種糸状菌のDNA構成と表現型

クエン酸は食品における酸味料や洗剤のビルダーとしての用途があり、糸状菌Aspergillus nigerを用いて工業的に発酵生産されている。本研究においては、セルロース系原料からのクエン酸生産を目的として、セルラーゼ生産糸状菌Trichoderma virideとA.nigerプロトプラスト融合を行い、異属間雑種糸状菌を作成した。A.nigerとT.virideの異属間雑種株は、ヘテロカリオン型と半数体型の2群に分類された。これらの雑種株と親株のA.nigerとT.virideの染色体DNAについてSmaI等の制限酵素による切断分析を行い、雑種株染色体DNAの構成に関して検討した。ヘテロカリオン型の雑種株ではA.nigerとT.virideの染色体DNAの両者についてのSmaI切断パターンが合わせて観察された。半数体型の雑種株ではA.nigerと極めて類似したパターンが観察された。染色体DNAとミトコンドリアDNAに関する他の制限酵素を使用した切断分析においても同様の結果が得られた。分生子の核当たりのDNA含有は両雑種株とも両親株のものと同等であった。従って、ヘテロカリオン型の雑種株ではA.nigerとT.virideの両者の染色体およびミトコンドリアDNAが保存されていることが確認され、DNAレベルで雑種性が明らかになった。一方、半数体型の雑種株ではA.nigerの染色体に部分的にT.virideの遺伝子が組み込まれていたことが考えられた。雑種株についてクエン酸およびセルラーゼの生産性を調べたところ、半数体型の融合株ではA.nigerと同様のクエン酸生産性を有していたがセルロース分解性は認められなかった。ヘテロカリオン型の融合株では、クエン酸生産性とともにT.virideと同等のセルラーゼ生産性が認められ、セルロースを炭素源とした場合にも収率は低いもののクエン酸が生産された。
放電プラズマ焼結と熱時効による遷移金属基炭窒化物の相分離機構の解明とナノ構造制御

TiC-ZrCおよびTiCN-ZrCN系などの遷移金属炭化物、窒化物および炭窒化物は全率固溶系であり、これらの全率固溶体は高温における熱時効によって相分離する。この相分離を用いることによりナノ領域で第二相が微細に分散したセラミックスを開発することができる。本研究では、放電プラズマ焼結(SPS)法によりTiC-ZrCおよびTiCN-ZrCN系固溶体を作製し、その後の熱時効による相分離させ、第二相の微細分散を用いて高硬度・高靱性・高強度セラミックスを開発した。SPSを用いることにより、二相分離する前に緻密化させ、準安定な固溶体を作製した。TiC-ZrC系では、組成によっては、TiC-リッチ相とZrC-リッチ相の二相の固溶体になるか、あるいは全体に一様な固溶体になる。遷移金属炭化物系では、二相分離温度が2000K以上で実用材料の開発には難点であったが、CをNに置換することによって、焼結温度および二相分離温度が顕著に低下することがわかった。また、二相分離によって、ナノメーターレベルの微細分散組織が得られ、硬度・破壊靱性も同時に向上できることを見出した。これらの系の固溶体の相分離が、組成により、核発生・成長による二相分離からスピノーダル分解に遷移することを見出し、スピノーダル分解に特有の変調構造を見出した。本研究により、高融点遷移金属炭窒化物において、スピノーダル分解が起こることを初めて実験的に明らかにするとともに、CのNの置換により焼結温度・二相分解温度が著しく低下できることから、スピノーダル分解による組織制御が高硬度・高靱性の実用セラミックスの開発にとって有効な方法であることを見出した平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の最終目的は、放電プラズマ焼結(SPS)法による遷移金属基非酸化物の完全焼結と、熱時効にともなう相分離機構を明らかにし、高融点セラミックス材料の自己組織化によるナノ構造制御プロセスを開発することである。このために、「TiC-ZrCの焼結固溶挙動」、「熱時効による相分離メカニズム」、「遷移金属置換と窒素置換の影響」および「ナノ構造と機械的特性の相関」の4点を重点課題とする。これらの課題に対し、SPSによる高速焼結と微細構造の直接観察を通して、TiC-ZrC系を主軸とした一連の遷移金属基炭窒化物の固溶-相分離ダイナミクスを解明する。平成28年度はTiC-ZrCの焼結・固溶挙動に焦点を当て、金属助剤を使用せずに高密度化するための焼結条件や相分離を生じるための熱時効条件を明らかにしてきた。TiC-ZrCにおいて幅広い組成や焼結条件が格子定数や構成相、微細組織、密度、機械的特性に及ぼす影響を詳細に調べた。TiCリッチ組成では、比較的低温(2000 K)のSPSで相対密度95%以上に高密度化するのに対し、ZrCリッチ組成では2373 Kでも相対密度は90%に達しなかった。焼結過程において、緻密化が著しく進行する温度領域では、TiCやZrCの格子定数も変化し、焼結と同時に固溶を進行することが示唆された。相対密度が95%以上のTiZrC固溶体のビッカース硬さは20 GPaを超え、仕込みTiC組成が80mol%以上で高密度化したTiZrC固溶体のビッカース硬さは最大26 GPaに達した。また、高密度化したTiZrC固溶体を熱時効処理することで、Tiリッチ組成とZrリッチ組成の二相に分離することを実験的に明らかにした。平成28年度は当初より重点課題の一つとして挙げた「TiC-ZrCの焼結固溶挙動」に焦点を当てる予定であり、TiC-ZrCの幅広い組成域および焼結条件を精査することで、焼結挙動と固溶体形成過程の詳細を明らかにし、それらの相関を検討した点は、本研究課題が順調に進行したものと考える。また、2番目の重点課題として挙げた「熱時効による相分離メカニズム」についても、既にTiZrC固溶体における熱時効による相分離を実験的に捉えており、29年度も当初の計画通りに進行する目途を立てている。TiC-ZrC系などの遷移金属炭化物は全率固溶系であるが、これらの全率固溶体は高温における熱時効によって相分離する。この相分離を用いることによりナノ領域で第二相が微細に分散したセラミックス材料を開発することができる。本研究では、放電プラズマ焼結(SPS)法によりTiC-ZrC系固溶体を作製し、その後の熱時効により相分離させ、第二相の微細分散を用いて高硬度・高靱性・高強度セラミックス材料を開発した。SPSを用いることにより、二相分離する前に緻密化させ、準安定な固溶体を作製することができる。本研究により、SPSにおける最適焼結条件を見出し、緻密な一様な組成のTiC-ZrC系固溶体を作製した。それらのセラミックス材料のSPSにおける焼結挙動を明らかにするとともに、機械的性質を調べた。得られたTiC-ZrC系固溶体を高温で熱時効することにより、二相分離する条件を見出した。

全率固溶体の相分離には、スピノーダル分解か、核発生・成長による相分離のいずれかである。二相分離の組成依存性および時間依存性、二相間の結晶の整合性を調べることにより、この二相分離がスピノーダル分解に起因することを実験的に初めて明らかにした。また、二相分離にともなう機械的性質の変化を詳細に調べた。一般に硬さと靱性は相反する性質であるため、硬さが上昇すると靱性は低下する。本研究により、スピノーダル分解を用いることにより、TiC-ZrC系では硬さと靱性が同時に向上することを見出した。TiC-ZrC系の放電プラズマ(SPS)焼結における焼結機構、固溶体の生成機構、固溶体の機械的性質、固溶体の相分離挙動を調べた。TiC-ZrC系超高温セラミックスのSPS焼結を行い、2173K以下では、TiC-リッチ相とZrC-リッチ相からなる固溶体になるが、2223K以上では、単一相のTiC-ZrC固溶体になった。TiC組成の多い方がZrC組成の多い組成よりも焼結しやすかった。TiC組成が60mol%以上で相対密度が95%以上に緻密化した。2073K以上で作製したTiC-ZrC固溶体は27.2から29.3GPaのビッカース硬さを示した。破壊靱性は2.5から3.8 MPam1/2であり、ZrC組成が10mol%付近が最も優れた機械的特性を示した。10から70mol%の単一相TiC-ZrC固溶体は、1473から2273K、0.6から180ksの熱時効によって、TiC-リッチ相とZrC-リッチ相に分解した。熱時効によって、数十nmの第二相が生成し、ZrC組成の増加とともに、ノジュール状組織からラメラー状組織に変化した。TiC-リッチ相とZrC-リッチ相は整合界面を形成し、TiC-リッチ相{100}//ZrC-リッチ相{100}の関係があった。詳細な電子顕微鏡観察結果から、この二相分離はスピノーダル分解であることがわかった。二相分離は粒界から発生し、粒内に広がった。熱時効温度および時間の上昇とともにビッカース硬さは25から26GPaに上昇し、破壊靱性(KIC)は2.5から3.3MPam1/2に上昇した。2073K、60 mol%TiCの組成で最も優れた機械的特性(ビッカース硬さ;25.2GPa、破壊靱性3.0MPam1/2)を示した。TiC-ZrCおよびTiCN-ZrCN系などの遷移金属炭化物、窒化物および炭窒化物は全率固溶系であり、これらの全率固溶体は高温における熱時効によって相分離する。この相分離を用いることによりナノ領域で第二相が微細に分散したセラミックスを開発することができる。本研究では、放電プラズマ焼結(SPS)法によりTiC-ZrCおよびTiCN-ZrCN系固溶体を作製し、その後の熱時効による相分離させ、第二相の微細分散を用いて高硬度・高靱性・高強度セラミックスを開発した。SPSを用いることにより、二相分離する前に緻密化させ、準安定な固溶体を作製した。TiC-ZrC系では、組成によっては、TiC-リッチ相とZrC-リッチ相の二相の固溶体になるか、あるいは全体に一様な固溶体になる。遷移金属炭化物系では、二相分離温度が2000K以上で実用材料の開発には難点であったが、CをNに置換することによって、焼結温度および二相分離温度が顕著に低下することがわかった。また、二相分離によって、ナノメーターレベルの微細分散組織が得られ、硬度・破壊靱性も同時に向上できることを見出した。これらの系の固溶体の相分離が、組成により、核発生・成長による二相分離からスピノーダル分解に遷移することを見出し、スピノーダル分解に特有の変調構造を見出した。
ブレイクの複合芸術における「足」――医学的、ジェンダー的研究

本研究が対象とするのは、イギリス・ロマン主義期の詩人・画家・彫版画師ウィリアム・ブレイク(William Blake)の「彩飾詩」(Illumina ted Poetry)とよばれる複合芸術(詩+絵の芸術)の全作品である。研究目的は、彼の作品に頻出し、彼が人間関係のゴールとした「交じり合い」(comingling)の拠点となる「足」(「足」「脚」を厳密に区分せず、総体を「足」と把握する)の意味を、18世紀の医学的ディスコースに関連づけながら、また同時代のゴシック文学/エロティック文学における「足」の描写と比較しながら、解明することである。本研究の独創的な点は、従来のブレイク研究ではすっぽりと抜け落ちていた「セクシュアルな足」の存在を明らかにすることである。言い換えれば、従来考察されてきた「男の足」とは異なる独特な「女の足」が、ブレイク複合芸術において有する意味を解明することである。3年計画の2年度目の本年度に実施した研究内容は、ブレイクが生きた18世紀の医学的・ジェンダー的資料のなかに「足」の意味を突き止め、ブレイク作品における「足」の意味と比較考察することであった。18世紀の「足」には、解剖学的な意味のほか、多種多様な比喩的意味が認められたが、ブレイクが「女の足」に付与した独特な意味は、それら18世紀資料のなかには見当たらなかった。ブレイクの「女の足」は、自己中心性(selfhood)を粉砕するために未知の闇に踏み込んでいくための足ではなく、男を踏みつけ、自己を守るための足であることは、初年度の研究から明らかになっていたのであるが、そうした「女の足」はブレイクが独自に考案した表象であろうことが結論づけられた。こうしてブレイクが「足」という体の部位に与えた意味を解明しようとする本研究の目的は、着実に達成されつつある。3年計画の本研究は、これまでの進捗状況が良好であり、実施すべき外国(イギリスなど)における資料の調査・分析や国際会議(ハワイ国際会議など)での成果発表をほぼ終えることができ、結論(解釈)を導き出すという最終段階へ進む準備が整っている。最終段階の次年度には、これまで収集した資料や分析した膨大なデータに基づいて、研究テーマについての最終的な結論(解釈)を導き出す計画である。本研究によって、18世紀イギリスに活躍したロマン主義詩人・画家のウィリアム・ブレイクの複合芸術に描き出された「足」に関して、本格的な表象研究を提示できるであろうことが、期待される成果である。本研究が対象とするのは、イギリス・ロマン主義期の詩人・画家・彫版画師ウィリアム・ブレイク(William Blake)の「彩飾詩」(Illuminated Poetry)とよばれる複合芸術の全作品である。研究目的は、彼の作品に頻出し、彼が人間関係のゴールとした「交じり合い」(comingling)の拠点となる「足」の意味を、18世紀の医学的ディスコースに関連づけながら、また同時代のゴシック文学/エロティック文学における「足」の描写と比較しながら、解明することである。初年度の平成29年度には、ブレイク彩飾詩作品そのものにおいて頻出する「女の足」の意味を解明することに努めた。「男の足」の研究は、デイヴィッド・アードマンやS・フォスター・デイモンたちの先行研究が解明したとおり、理想的な人間関係を達成するために不可欠な人体部位である。しかし、「女の足」の考察はこれまでのブレイク研究からすっぽりと抜け落ちていたことに着眼して、ブレイクが詩文と絵画において「女の足」に付与した意味を明らかにしようとしたのである。一年間の研究の結果、ブレイクの「女の足」は、「男の足」とは正反対の意味と役割を付与されていることが突き止められた。ブレイクにとって「足」という人体部位は、人と人が交わる理想的関係への第一歩を踏み出す重要なものである、という理解が一般的に定着しているが、じつはそれは「男の足」にだけ通用することであり、「女の足」は逆の働きをすることが明らかになった。具体的にいえば、「女の足」が男に向かって開かれると、そこにはセックス器官が露出し、男を魅惑して堕落させる道具となる。さらに、「女の足」は相手(男であれ女であれ)を踏みつけ、支配下に置くための道具ともなる。そうした「女の足」の全貌が明らかにできたのである。研究は計画どおりに実行されているため、順調に進展していると言えよう。

3年計画の2年度目の本年度に実施した研究内容は、ブレイクが生きた18世紀の医学的・ジェンダー的資料のなかに「足」の意味を突き止め、ブレイク作品における「足」の意味と比較考察することであった。18世紀の「足」には、解剖学的な意味のほか、多種多様な比喩的意味が認められたが、ブレイクが「女の足」に付与した独特な意味は、それら18世紀資料のなかには見当たらなかった。ブレイクの「女の足」は、自己中心性(selfhood)を粉砕するために未知の闇に踏み込んでいくための足ではなく、男を踏みつけ、自己を守るための足であることは、初年度の研究から明らかになっていたのであるが、そうした「女の足」はブレイクが独自に考案した表象であろうことが結論づけられた。こうしてブレイクが「足」という体の部位に与えた意味を解明しようとする本研究の目的は、着実に達成されつつある。3年計画の本研究は、これまでの進捗状況が良好であり、実施すべき外国(イギリスなど)における資料の調査・分析や国際会議(ハワイ国際会議など)での成果発表をほぼ終えることができ、結論(解釈)を導き出すという最終段階へ進む準備が整っている。今後は予定どおり、初年度に実施したブレイク彩飾詩の「女の足」の分析データを分類し保存する作業からスタートしたい。データを分類保存したあと、それらのデータを駆使しながら、「足」にたいするブレイクの特異な考え方を、彼が活躍した18世紀の医学書における「足」の記述、およびゴシック文学/エロティック文学や絵画における「足」の描写に照らし合わせながら、明らかにしていきたい。昨年度までに完成した分析作業と今後の研究が異なる点は、ブレイク彩飾詩のオリジナルや18世紀の医学文献や絵画(オリジナル)を調査するため、イギリス・ロンドンのテイト美術館と大英博物館およびケンブリッジ大学のフィッツウィリアム美術館を目的地とした現地調査が実施すべき項目として含まれることである。たとえば、ブレイクと同時代の画家で、ロイヤルアカデミー初代会長ジョシュア・レノルズは、女性肖像の定番スタイル「胸は出しても、足は重厚なスカートで隠す」を実践して肖像画を描いていたが、そうした当時主流の「(隠された)女の足」とブレイクの完全に露出した「女の足」の比較を行いたいのである。とうぜん絵画だけでなく、医学書とゴシック文学/エロティック文学のおける「女の足」の表象を検出し、分析したすべてを活用しながらブレイクの「女の足」の特性を明らかにしたい。つまり18世紀というコンテクストにブレイクの「女の足」を据えることによって、足という人体部位にたいする彼の独創的な想像力を解明する方向へ進んでいきたいのである。最終段階の次年度には、これまで収集した資料や分析した膨大なデータに基づいて、研究テーマについての最終的な結論(解釈)を導き出す計画である。本研究によって、18世紀イギリスに活躍したロマン主義詩人・画家のウィリアム・ブレイクの複合芸術に描き出された「足」に関して、本格的な表象研究を提示できるであろうことが、期待される成果である。
ニューロン形態と生存における樹状突起局在性転写因子MALの役割

神経突起の形態制御は、神経ネットワーク構築や再編成に不可欠な記憶学習の基盤であり、転写因子で駆動される遺伝子発現制御がその一端を担っていることは否定できない。本研究では、アクチン結合モチーフを持ち、かつ転写活性化ドメインを有するMegakaryocytic acuteleukemia(MAL)に焦点を当て、細胞骨格動態センサーとしての機能がどのように核内遺伝子発現とリンクしているのか明らかにするとともに、突起形態異常を来す神経疾患発症との関わりについて解析している。本年度は、前年度の続きであるsiRNA実験にとりくみ、神経突起形態への影響について論文としてまとめた(J. Neurochem. 2006).また、MALの細胞内局在性と細胞内動態を明らかにする取り組みを行った。まず後シナプス部位のシナプス形態を微細に解析するための実験系の確立にとりくみ、大学院生とともに長期海馬ニューロン培養によるスパイン形態観察を行うことにようやく成功した。そして、その海馬ニューロンにおけるMALの細胞内局在について調べた結果、スパインには比較的少なく、樹状突起内にドット状染色像が得られた。また、MAL過剰発現ニューロンでは、スパインの形態異常が認められた(以上、論文準備中)。さらに、siRNAの用いてMAL発現をノックダウンする、あるいはMAL変異体を発現すると、樹状突起スパインよりもシャフト部の長さの短縮が著しかった。以上の結果は、MALがアクチン細胞骨格系を破綻させたことに起因すると予想された。今後は、この形態変化が、核内遺伝子発現制御に依存的であるのか、非依存的であるのかを明らかにして、核とシナプスとの情報交換機構を明らかにしていく予定である。細胞骨格再構成を基盤とした細胞移動や形態変化は、ニューロンにおける適切なネットワーク形成やシナプス形成に不可欠である。申請者は、アクチン細胞骨格の再構成によって、その活性が調節される転写因子MAL(megakaryocytic acute leukaemia)に着目し、ニューロンの形態変化や生存におけるMALの役割を明らかにすることに取り組んでいる。本年度は、MALがニューロンの形態に影響を及ぼすかどうかについて検討した。まず、内在性MALの発現を抑制するため、small inteferring RNAを発現するベクター(pSUPER-mrMAL : MAL siRNA)を構築した。免疫染色、ウェスタンブロットによる検討の結果、MAL siRNAが特異的にMALの発現を抑制していることが明らかとなった。また、転写因子SRF (serum response factor)が駆動する転写活性をルシフェラーゼアッセイによって解析したところ、MAL siRNAがその転写活性を抑制することが分かった。MALは、転写因子SRF(serum response factor)のコアクチベーターである。したがって上記の結果は、構築したベクターが予想通り適切に機能していることを示唆している。また、このベクターに変異導入したコントロールベクターpSUPER-mrMAL mut (MAL siRNA mut)は、全く影響を及ぼさなかった。次に、この2つのベクターを大脳皮質ニューロンに導入したところ、MAL siRNAが樹状突起の数を減少させていることが明らかとなった。また、MAL siRNA mutでは影響はなかった。以上のことから、MALは、樹状突起の形成、あるいは維持に必要であることが示された。
酸素活性種を含む金属錯体の創製と反応場による機能制御

本研究では,様々な架橋基を持つ二核化配位子を含む(μ-η^2-η^2-peroxo)Cu(II)_2,bis(μ-oxo)Ni(III)_2および(μ1,2-peroxo)Fe(III)_2錯体の合成に成功した。その結果,銅錯体は様々なC-H結合エネルギーを持つ脂肪族化合物の酸化能を持つことを見出した。またニッケル錯体は架橋キシリル基の水酸化能を持つことが明らかとなった。さらに鉄錯体でも配位子に組込んだメチル基の水酸化および様々な外部基質の酸化反応に成功した。生体系にある金属酵素は,活性部位である金属中心と,そのまわりの蛋白質が作りだす反応場との共同効果により,高効率かつ選択的な特異的機能を発現している。特に金属酵素は,酸素分子の代謝に深く関わっており,酸素分子の運搬や酸化反応による物質変換,水への還元によるエネルギー獲得,さらにはその逆反応である水の酸化による酸素発生で重要な役割を果たしている。このような特異機能を有する物質の創製は,合成化学の重要な課題であるが,まだこの様な酵素類似機能を持つ物質群の創製は難しい。本研究では,金属イオンの基本的性質である酸化還元能および多様な立体化学を分子レベルで制御して非ヘム鉄型金属蛋白質や酵素(本研究ではヘム鉄以外の金属蛋白質や酵素を示している)の機能モデル錯体の創製を目指す。すなわち,反応中間体の機能モデルとなる活性中心と,反応基質の取込みが可能な反応場を構築して,様々な酸化能を有する酸素活性種を自在に創製する。さらにその構造及び電子状態と反応性相関を明らかにして,機能発現機構を分子レベルで解明する。生体系には,areneであるチロシンを水酸化するtyrosinaseやalkaneであるメタンを水酸化する二核或いは多核銅活性中心を有する酸素活性化銅酵素が存在している。現在のところalkane類の水酸化反応はラジカル的な水素原子引抜き反応で,arene類の水酸化反応は,親電子的置換反応で進行すると推定されている。本研究ではこれら酸素活性二核銅酵素の機能モデルとして,これまでにない多様な酸化反応性を持つ(μ-η^2:η^2-peroxo)Cu_2(II)錯体の合成と機能発現機構の解明を目指した。Areneやalkaneの金属錯体による水酸化反応は,生体系にある様々な金属酵素の機能発現機構の解明や,工業的な酸化反応,さらにグリーンケミストリーの観点からも重要な課題となっている。これらarene及びalkaneの水酸化反応は異なった反応機構で進行すると考えられている。すなわちarene類の水酸化反応は芳香環のπ電子への酸素活性種による親電子的反応で進行すると推定されている。一方,alkane類の水酸化反応はラジカル的な水素原子引抜き反応で進行すると推定されており,本研究ではこうした様々な酸化能を持つ酸素活性種を含む金属錯体の分子設計を目的としている。その結果,二核化配位子1, 3-bis[bis(6-methyl-2-pyridylmethyl)aminomethyl]benzene(L)及びその誘導体を含む新規高原子価bis(μ-oxo)二核ニッケル(III)錯体の合成に成功し,それらが配位子組み込んだキシリル基を水酸化することを世界に先駆けて見出した。また,水酸化反応の速度論的研究から,水酸化反応はキシリル基に組み込んだ置換基の電子供与性が強いほど早くなることから,この水酸化反応はオキソ基の芳香環に対する親電子的置換反応で進行していることが明らかとなった。また,これまでの研究で同じ配位子を含む銅錯体では(μ-η^2:η^2-peroxo)二核銅(II)錯体が得られることを見出しており,この銅錯体もキシリル基の水酸化能を持つことから,これらbis(μ-oxo)基及び(μ-η^2:η^2-peroxo)基はよく似た酸化能を持つという興味ある結果が得られた。Areneやalkaneの金属錯体による水酸化反応は,生体系にある様々な金属酵素の機能発現機構の解明や,工業的な酸化反応,さらにグリーンケミストリーの観点からも重要な研究課題となっている。本研究ではこれらAreneやalkaneの水酸化能を有する(μ-peroxo)二核鉄(III)及び銅(II)錯体,さらにこれまでほとんど研究されていない高原子価bis(μ-oxo)二核ニッケル(III)及びコバルト(III)錯体の創製とその酸化反応性の検討を目的としている。先に我々は,二核化配位子1,3-bis[bis(6-methyl-2-pyridylmethyl)-aminomethyl]benzene(L)及びその誘導体を含む高原子価bis(μ-oxo)二核ニッケル(III)錯体は配位子に組み込んだキシリル基を水酸化することを世界に先駆けて見出し,この水酸化反応はオキソ基の芳香環に対する親電子的置換反応で進行していることを明らかにした。

さらに本研究によりbis(μ-oxo)二核コバルト(III)錯体も同様にキシリル基に対する水酸化能を持つことが明らかとなった。しかし,これら錯体は外部基質に対す酸化能を持だないが,架橋基をキシリル基からブチル基に変えたbis(μ-oxo)二核ニッケル(III)錯体は,酸化収率は低いがスチレンをスチレンオキシド及びベンズアルデヒドに酸化されることが明らかとなった。さらに(μ-η^2:η^2-peroxo)二核銅(II)錯体及びcis-(μ-1,2-peroxo)二核鉄(III)錯体では,トルエンのメチル基やアダマンタンの水酸化反応にも成功しており,更なる酸化能の向上と反応機構の解明を行う予定である。
宇宙環境での金属、合金及び宇宙基地構造材の熱輻射率の測定

極低温、超高真空状態の宇宙環境で構造物の熱設計をする場合、熱輻射率デ-タが必要となるが、低温域での各種材料のデ-タは、高温域に比べて非常に少なく、また、それらは大きく異なるのが現状である。本研究の目的は、低温域での熱輻射率の高精度・短時間測定法の開発と、金属、合金及び宇宙基地構造材の全半球輻射率デ-タの収集である。研究では、始めに現有の熱輻射率測定装置を改造し、温度計測システムの校正、熱輻射率測定システムの半自動化を実施した。次に、熱輻射率の高精度・短時間測定法を開発し、測定部の熱的最適設計法を詳述した。また低温域での銅の熱輻射率を測定し、従来の公表デ-タと比較、検討した。さらに真空焼鈍による熱輻射率の変化も調べた。得られた成果を下記の如く要約する。1.低温域での熱輻射率の高精度測定法の開発(1).ガ-ドヒ-タによる測定試片からの熱損失の制御理想的な熱輻射率測定法として、極細線熱電対で試片を吊し、測温すると共に、試片から熱電対を通した熱損失を極小にするためガ-ドヒ-タを使用し、前記の条件を満足させた。この結果、低温域で輻射率の高精度測定が可能になった。(2).測定時間の短縮化過去の研究では、測定が数日間かかったが、薄板、細線試片(直径、厚さ1mm以下)と、前述のガ-ドヒ-タを逆の目的で使用すれば、1日以下と大幅に短縮できることも分かった。2.低温域での銅の全半球輻射率の測定約130Kから350Kまでの輻射率の高精度デ-タを収集し、諸家のデ-タ、我々の高温域デ-タと比較、検討した。200K以下のデ-タ間の大きな差は、測定精度によること、焼鈍処理でデ-タが最大50%小さくなり、合理的な温度依存性を示すこと、などが分かった。極低温,超高真空状態の宇宙環境で構造物の熱設計をする場合,熱輻射率デ-タが必要となるが,低温域での各種材料のデ-タは,高温域に比べて非常に少なく,また,それらは大きく異なるのが現状である。従って,今年度は,低温域での熱輻射率の高精度測定法の開発を試み,高純度金属(銅)で実験し,問題点を検討することにした。研究実施計画を2つに大別し,得た成果などを下記に列記する。1.低温域での熱輻射率の高精度測定法の開発(1).ガ-ドヒ-タによる測定試片からの熱損失の制御理想的な熱輻射率測定法は,輻射率未知の材料から作製した測定試片を低温,真空槽内に熱的,空間的に孤立して置き,輻射熱量と温度を非接触で測定することであるが,現実には困難である。

従って本研究では,極細線熱電対で試片を吊し,測温すると共に,試片から熱電対を通した熱損失を極小にするためガ-ドヒ-タを使用し,前記の条件を満足させた。この結果,低温域で輻射率の高精度測定が可能となった。(2).測定時間の短縮化過去の研究では,測定が数日間に及んでいたが,薄板,細綿試片(直径,厚さ1mm以下)と,前述のガ-ドヒ-タを逆の目的で使用することで,1日以下と大幅に短縮できることも分かった。2.低温域での銅の全半球輻射率の測定約130Kから350Kまでの輻射率の高精度デ-タを収集し,諸家のデ-タ,我々の高温域のデ-タと比較,検討した。200K以下のデ-タ間の大きな差は,測定精度によること,焼鈍処理でデ-タが最大50%小さくなり,合理的な温度依存性を示すこと,などが分かった極低温、超高真空状態の宇宙環境で構造物の熱設計をする場合、熱〓射率デ-タが必要となるが、低温域での各種材料のデ-タは、高温域に比べて非常に少なく、また、それらは大きくなるのが現状である。本研究の目的は、低温域での熱〓射率の高精度・短時間測定法の開発と、金属、合金及び宇宙基地構造材の全半球〓射率デ-タの収集である。昨年度は、前記の高精度・短時間測定法を開発し、ガ-ドヒ-タの使用による測定試片からの熱損失に関して、(1)高精度測定では、この熱損失を減少させる抑制制御、(2)短時間測定では、同じ熱損失を、逆に増大させる促進制御すれば良いことを明らかにした。また高純度の銅の全半球〓射率デ-タを温度範囲130K350Kで収集し、我々の室温以上の高温域デ-タの延長線に乗る合理的温度依存性を示すことが分かった。さらに銅の真空焼鈍処理により、熱〓射率が最大の50%小さくなることも解明した。本年度は、昨年度に得られた上記の成果を追試し、デ-タの再現性を確かめた。試片作製、実験者が異なる場合、熱〓射率が数十%、相違してもおかしくないことを明らかにした。また焼鈍による熱〓射率の減少に関連して、非焼鈍及び焼鈍試料を作製し、その表面粗さを測定し、X線応力解析し、超音波顕微鏡により表面加工層厚さを計測した。現在、試料の結晶粒の寸法測定を準備中である。さらに銅の表面を電解研磨した場合の熱〓射率デ-タ収集に関連して、電解研磨処理の最適条件を調べ、〓射に関して理想的な表面を得た。電解研磨した銅の実験を現在進めている。本年度の研究実施計画で、アルミニウムの熱〓射率に関する部分は、現在、過去の熱〓射率デ-タの整理、検討が終了した段階で、これから実験準備に入るところである。
肝細胞移植が障害肝および外科侵襲に与える影響に関する研究

近年の肝細胞癌治療においては非ウイルス性肝炎・肝硬変を背景とした外科治療が課題になっている。肝再生置換の臨床応用に向けた基礎研究にむけて、ヒトNASH/NAFLDに近似したラットモデルを作成し、肝細胞移植による肝再生置換モデルを作成した。肝幹細胞と成熟肝細胞による再生置換率は、成熟肝細胞の方が良かった。また、胆管系細胞への影響を細胞生物学的に明らかにした。NASHによる肝硬変モデルの生存率を高めることに成功した。臨床研究では、ドナー細胞の採取法に関する利点と欠点に関して報告した。BTR, ATIII, GSAの臨床意義や様々な肝機能因子をクラスタリングすることで分類を明らかにした。平成24年度は昨年度の研究成果を踏まえてその成果を英文論文として作成し、現在投稿中である。1.昨年度に確立したコリン欠乏メチオニン低減アミノ酸食(以下CDAA食)投与によるラット肝硬変モデルに対して新鮮肝細胞を移植することによって、肝切除後のラットの生命予後の延長を認めた。2.上記移植モデルの組織解析において、肝細胞移植を行うことにより、細胞増殖関連蛋白であるKi67、PCNAおよびNFκBの発現は移植群で多く、これに対して、アポトーシス関連蛋白であるTUNEL陽性細胞数、Cleaved caspase-3、Annexin Vの発現は非移植群で多くなるという結果を得た。これらのpathwayについて明らかにすべく実験を進めたが、今のところ仮説を実証する実験結果を得ることができておらず、今後更に研究を進めていきたいと考えている。論文要旨は以下の通りである。1.平成23年度に確立したコリン欠乏メチオニン低減アミノ酸食(以下CDAA食)投与によるラット肝硬変モデルに対して新鮮肝細胞を脾臓に移植することによって、肝切除後のラットの生命予後の延長を認めた。3.長期生存を得たラットの解析で、肝細胞の50%以上が移植細胞由来の細胞に置換されており、慢性炎症下の肝臓に対して肝細胞を移植することにより細胞置換が可能となることを見出した。移植細胞群の生存が長期化した理由について明らかにすべく実験を進めたが、今のところ仮説を実証する実験結果を得ることができておらず、今後更に研究を進めていきたいと考えている。平成23年度は脂肪性肝炎より肝硬変に至った病態に対して肝細胞移植が有用であること、更には肝細胞移植が生体肝移植もしくは脳死肝移植を代替する可能性を探る研究を行った。研究成果は学会で口頭発表し、更にはこの発表に基づいた英文論文を作成し、現在投稿中である。1.上記の可能性を探るべく、まず肝硬変モデルの検討を行い、ヒトNASH/NAFLDの病態に近いと考えられたコリン欠乏メチオニン低減アミノ酸食(以下CDAA食)投与モデルを作成した。これはF344ラットに5週齢より12週この食餌を投与することにより得られるものであり、68%肝切除を加えることにより7日目の生存率が7.7%と致死的となることを見出した。2.「Hepatocyte transplantation promotes cell proliferation and impedes apoptosis after hepatectomy in non-alcoholic steatohepatitis related cirrhosis.」という論文をcell transplantation誌に投稿中である。これは、上記肝硬変モデルに対して肝細胞移植を行うことにより、肝切除後の予後の延長を認め、組織解析では、肝細胞移植を行うことにより、細胞増殖関連蛋白であるKi67、PCNAおよびNFκBの発現は移植群で多く、これに対して、アポトーシス関連蛋白であるTUNEL陽性細胞数、Cleaved caspase-3、Annexin Vの発現は非移植群で多くなるという結果を得ることができ、これが予後の延長に寄与したものと考えられた。また、細胞移植後長期生存例の検討では、移植6か月後に肝臓において広範に移植細胞の置換性増殖を認めたという結果をまとめたものである。肝細胞移植を行うことにより、肝硬変ラットモデルにおいて肝切除後の予後を改善するという結果ならびに肝細胞移植がレシピエント肝細胞に対して肝再生の誘導更には抗アポトーシス作用を発現するという結果が得られたことは、当初の目的の一つが達成されたものである。24年度にはこれらのメカニズムについて検討および解析を行い、蛋白発現までの経路およびその受容体について明らかにすることを目的としたが、これについて完全に明らかにすることはできていない。また、移植細胞の定着についてもその接着因子などの発現について一部は明らかになってきたものの、いまだ不十分である。

肝細胞移植を行うことにより、肝硬変ラットモデルにおいて肝切除後の予後を改善するという結果ならびに肝細胞移植がレシピエント肝細胞に対して肝再生の誘導更には抗アポトーシス作用を発現するという結果が得られたことは、当初の目的の一つが達成されたものである。更に細胞移植6か月後という時期においてレシピエント肝組織に移植細胞の置換が広範にみられたことは、このモデルが肝細胞移植に適したものであることを示すものである。過去においてこのような広範な置換を認めたモデルは、遺伝子改変を行い高度の免疫抑制ならびに持続的炎症をきたすNOGマウスもしくは全肝に50Gyという高線量の放射線を照射したモデルへの移植のみであることを考えると、このようにwild typeの動物を用いて食餌を投与するのみでこのようなモデルを作成することができたことは、今後肝細胞移植の研究を進めるにあたり、大変有用なモデルを確立したと考えている。平成24年度に、細胞移植の効果の分析として、肝移植後の組織より増殖因子、肝特異的転写因子、炎症関連蛋白質、および細胞周期関連蛋白質の発現解析を行い、その結果を基に細胞移植の効果として、炎症抑制と増殖能の再獲得の2つの結果が得られ、これを国際学会において発表する予定であったが、今年度のほとんどを費やした炎症関連蛋白質分析の結果が有意な差を認めないものであったため、計画を変更し細胞生着にかかわる因子の解析を行うこととした。このため、移植細胞の生着についての解析と因子の究明、更にはこれらの結果発表を次年度に行うこととしたい。現在投稿中の論文については、掲載まで更なるデータの積み重ねを行う。肝前駆細胞と考えられる小型肝細胞の移植については、現状で成熟肝細胞の移植ほどの成績は得られていないが、これは小型肝細胞移植の際に、成熟肝細胞移植と同量の細胞を得ることができていないことが原因として考えられ、今後より多くの小型肝細胞を移植することにより、再生置換効率の更なる向上を図りたいと考えている。また、肝細胞移植と生着にかかわる因子について、生着した細胞周囲にtight junction関連蛋白であるclaudin-3、claudin-14、occludin、tricellulinが発現していることを見出した。これは生着後早期より長期にわたり発現が認められ、移植細胞の生着に強く寄与しているものと考えられる。これらの蛋白が発現するに至ったメカニズムを解析することにより、より高い移植細胞の置換効率を得られる方法を見出し、肝細胞移植とその生着に至るメカニズムについて細胞源と接着因子の双方の観点から解析した結果を論文化することを目標としたい。移植細胞の生着についての解析と因子の究明を目的に、未使用額はその経費に充てることとしたい。具体的には、抗体、試薬の購入に600000円、学会発表の準備、英文校正および出張旅費として300000円、その他人件費、謝金として200000円を予定している。平成24年度は移植効率の改善のための動物実験を継続して行う予定である。
ナノ粒子のレーザー誘起凝集を利用した球状サブミクロン粒子の作製

(1)レーザー誘起凝集過程の定量的解析と制御本年度は,昨年度後半から始めた,サブミクロン粒子粒径および粒径分布の保護剤濃度依存性の解明に取り組んだ。具体的には,保護剤濃度が高い場合にレーザー照射後の試料に残留するナノ粒子が,これまで考えてきたような,レーザー照射中に沈殿が起きて残留したものではなく,加熱効率が低いことによって保護剤が外れないために残留したものであることを,実験及びシミュレーションによって明らかにした。(2)白金サブミクロン粒子の作製とレーザー誘起凝集過程の比較金サブミクロン粒子作製で用いた手法が他の金属種にも適用可能であるか,またレーザー誘起凝集過程の金との違いを,白金を用いて調べた。実験の結果,金と同様にクエン酸ナトリウムを保護剤にしてレーザーアブレーションによって白金ナノ粒子を作製し,これに波長266 nmのレーザー光を照射すれば,白金サブミクロン粒子が得られることを明らかにした。また,白金サブミクロン粒子の生成は,金と同様にレーザー誘起凝集を経て起きることを明らかにした。一方,原料白金ナノ粒子の最大光吸収効率波長が粒径によって金ナノ粒子よりも大きく変化することから,(1)で述べたような,加熱効率の違いの粒径依存性が,レーザー波長によって異なるという興味深い知見が得られつつある。・概要で述べたように,金サブミクロン粒子粒径,および粒径分布の保護剤濃度依存性のメカニズムを明らかにすることが出来た。これは,本研究課題を提案する重要なモチベーションでもあった課題であり,得られた概念は今後の液中レーザー溶融法によるサブミクロン粒子の粒径制御において極めて重要な役割を果たすものである。さらに,この成果はインパクトファクターの高いジャーナルに掲載された。・白金サブミクロン粒子は金サブミクロン粒子よりも高い融点を持つことなどから導電材料として注目されている物質であるが,現在化学還元法を用いて作製することが困難である。本研究では,金サブミクロン粒子作製に関する研究から得られた知見を応用し,初めてこれを作製可能にした。(1)白金サブミクロン粒子の作製:他の方法で作製困難な物質を,これまでに得られた知見を応用して作製することに意義があると考えられるので,引き続き取り組むことにする。特に,白金ナノ粒子の温度上昇のシミュレーションのように,定量的な手法を取り入れて,粒径のレーザー強度依存性や,レーザー波長依存性を明らかにし,粒径制御の方針を提案する。(2)生成量増加:フローシステムを用いた作製方法を構築する。まず,セル中で超音波振動による凝集促進効果,サブミクロン粒子が生成するために必要な最低レーザーパルス数について調べた後,フローセルに流すコロイド溶液の量,流量を制御し,連続的なサブミクロン粒子の作製が可能になる条件を探索する。(1)レーザー誘起凝集過程の定量的解析と制御本年度は,a)粒子サイズ変化の見積もり,b)保護剤の吸着速度の実験的見積もり,c)保護剤種による脱離効率の違いの観察,を行うことを計画した。a)については,Mieの散乱理論によってコロイドの吸収スペクトルをシミュレーションする方法を取り入れる所まで出来た。b)については,保護剤の吸着速度を,レーザーアブレーションによるナノ粒子の作製からレーザー溶融を行うまでの時間の調節とレーザー誘起凝集の速度から見積もる方法を確立し,ハロゲン化物イオン,クエン酸ナトリウムとの間に著しい吸着速度の違いがあることを実験的に明らかにした。c)については,実験的にはb)との区別を実験的に行うことが困難であることが分かったため,理論計算による金ナノ粒子と保護剤の結合エネルギーの比較を行うことにし,計算を行うためのモデル系を確定したところである。(2)絶対的生成量向上ための作製プロセスの構築(フローシステム構築の準備)本年度は,a)遠心分離によるナノ粒子の濃縮・保護剤濃度の調整,を行うことを計画し,手法を確立した。一方,遠心分離やフローシステムを用いずとも,ナノ粒子,およびサブミクロン粒子の作製方法(主に容器,コロイド溶液体積,レーザービーム径)を改良することによって,従来の3倍以上の効率でサブミクロン粒子を作製することが出来ることが分かった。・その他:(2)の研究を行う過程で,これまで不明であったレーザー誘起凝集の速度と生成するサブミクロン粒子の粒径分布との間の相関を,かなり明確に説明できるメカニズムを考えだすことが出来た。「概要」示したように,当初計画していたことを概ね実施することが出来た。これらの研究成果を国際学会1件,国内学会5件(内3件は招待講演),で報告し,関連する情報も含めて論文3件で報告した。

また,白金サブミクロン粒子の生成は,金と同様にレーザー誘起凝集を経て起きることを明らかにした。一方,原料白金ナノ粒子の最大光吸収効率波長が粒径によって金ナノ粒子よりも大きく変化することから,(1)で述べたような,加熱効率の違いの粒径依存性が,レーザー波長によって異なるという興味深い知見が得られつつある。・概要で述べたように,金サブミクロン粒子粒径,および粒径分布の保護剤濃度依存性のメカニズムを明らかにすることが出来た。これは,本研究課題を提案する重要なモチベーションでもあった課題であり,得られた概念は今後の液中レーザー溶融法によるサブミクロン粒子の粒径制御において極めて重要な役割を果たすものである。さらに,この成果はインパクトファクターの高いジャーナルに掲載された。・白金サブミクロン粒子は金サブミクロン粒子よりも高い融点を持つことなどから導電材料として注目されている物質であるが,現在化学還元法を用いて作製することが困難である。本研究では,金サブミクロン粒子作製に関する研究から得られた知見を応用し,初めてこれを作製可能にした。(1)レーザー誘起凝集過程の定量的解析と制御「概要」でも述べたように,ごく最近,これまで不明であったレーザー誘起凝集の速度と生成するサブミクロン粒子の粒径分布との間の相関を,かなり明確に説明できるメカニズムを考えだすことが出来た。そのメカニズムでは,これまであまり考慮してこなかったナノ粒子の加熱温度の違いが重要な因子になる。本年度はまず,これを定量的に示すことを行い,これによって保護剤種によるサブミクロン粒子粒径の違いを説明することを試みる。(2)絶対的生成量向上ための作製プロセスの構築フローシステムの必要性をフローセルを試作して検証する。また,凝集を超音波印加によって促進する方法を導入する。さらに,加熱効率の向上をパルスレーザーではなく,連続発振のレーザーを用いて行うことが出来ないか,確かめる。(1)白金サブミクロン粒子の作製:他の方法で作製困難な物質を,これまでに得られた知見を応用して作製することに意義があると考えられるので,引き続き取り組むことにする。特に,白金ナノ粒子の温度上昇のシミュレーションのように,定量的な手法を取り入れて,粒径のレーザー強度依存性や,レーザー波長依存性を明らかにし,粒径制御の方針を提案する。(2)生成量増加:フローシステムを用いた作製方法を構築する。まず,セル中で超音波振動による凝集促進効果,サブミクロン粒子が生成するために必要な最低レーザーパルス数について調べた後,フローセルに流すコロイド溶液の量,流量を制御し,連続的なサブミクロン粒子の作製が可能になる条件を探索する。研究計画に記述したように,レーザー加熱効率について調べるため,H30年度に連続光発振のレーザーを導入することを計画したため,本年度分を少し残すこととした。予定していた研究会が中止になったため,旅費分が余ることになった。
加速器設計・ビーム運転・ビーム物理学のための総合計算コードSADの開発

現在、計画・建設・ビーム稼動中の高エネルギー粒子加速器においては、ビーム性能に対する高い要求を実現するために加速器計算コードが果すべき役割は極めて大きい。本研究では、ビーム物理学に立脚し、多様な粒子加速器のビーム現象を統一的に取り扱えるような汎用性を備えることを目指して、加速器設計からビーム運転に至る加速器研究の全過程において有用な、総合計算コードSAD(Strategic Accelerator Design)の開発を進めている。KEKBBファクトリーを始め、国際リニア・コライダー(ILC)、LHC、J-PARC、BEPCII、スーパーB-ファクトリーなど、様々な加速器の設計・シミュレーション・運転にSADは広く活用されており、ビーム運転の現場から発生するコード利用者の要求を満たすため、常に改良が続けられている。世界最高ルミノシティで稼動中のKEKBにおいて、SADは既に不可欠の存在であり、SADに基づいたビーム光学系のオンライン・モデルとビーム制御の統合環境によって初めて、高ルミノシティを実現する精密なビーム調整が可能になっている。2007年に開始されたクラブ交差方式においては、シミュレーションで予想されるビームビーム・パラメタの飛躍的な向上を目指すにあたって、より精密なビーム制御が要求されており、SADの重要性が増々高まっている。また、ILCダンピング・リングの空間電荷効果の評価・力学口径評価、ナノビーム型スーパーBファクトリーの力学口径評価、などにより、これらの加速器の設計研究にSADは貢献し、エネルギー・フロンティアで稼動間近のLHCへの応用(例えば光学系の誤差解析・補正)も検討が進んでいる。2006年にKEKで開催されたワークショップSAD2006において、様々な加速器におけるSADの有用性が報告されているが、さらに将来の加速器における広範かつ高度なビーム要求を満たすため、加速器国際会議や短バンチ・ビーム、LHC増強計画などのワークショップに参加して積極的な議論・情報収集を行っている。近年新たに計画・建設・ビーム稼働中の高エネルギー粒子加速器おいては、それらを利用する自然科学諸分野の研究フロンティアを切り拓くため、要求されるビーム性能が増々高度化している。高エネルギー粒子加速器には、加速粒子の種類や形式(線型・円型等)により多種多様なカテゴリーが存在するが、今後の加速器科学・ビーム物理学の展開のためには幅広いタイプの加速器を横断して、ビーム現象を統一的に取り扱うことが重要である。このような状況を前提に、本研究では総合加速器計算コードSADの開発を進めている。加速器研究における計算コードの役割はきわめて重要であり、1)加速器設計、2)ビーム現象のシミュレーション、3)ハードウェア最適設計・機器誤差のビームへの影響評価,4)ビーム運転のためのソフトウェア開発など、加速器全般にわたる必須な役割を担っている。今年度は、世界最高ルミノシティで稼働中のBファクトリーKEKBにおいて、コミッショニング・グループと協力してKEKBの性能向上を目指すとともに、1)各種ビームパラメタの予想値と測定値の比較、2)ビーム光学系測定・補正方法の精密化、3)安定な運転パラメタの探索、4)ビームを使った加速器構成要素の誤差測定・較正方法の探索、等を行った。ビーム光学系の測定・補正はルミノシティ性能を左右するものであり、SAD開発用のプラットフォームを導入し、SADによるオンライン・モデルの精密化、補正システムの更なる精密化・高速化が進行中である。超伝導国際リニアコライダー(ILC)に関しては、ダンピング・リングにおける空間電荷効果とウィグラー電磁石の非線形性に伴う力学口径の評価などを行い、ダンピング・リングの設計に貢献した。

また、2005年粒子加速器国際会議、スーパーBファクトリー・短バンチビーム等に関する国際研究集会に参加し積極的議論を行った。国際リニア・コライダー(ILC)、KEKB、スーパーBファクトリー、LHC、J-PARC、など現在計画・建設・ビーム稼働中の高エネルギー粒子加速器おいて、ビーム性能に対する高い要求を実現するために加速器計算コードが果すべき役割は極めて大きい。本研究では、設計からビーム運転にわたる加速器研究の全過程において有用な総合計算コードSAD(Strategic Accelerator Design)の開発を進めている。世界最高ルミノシティで稼働中のBファクトリーKEKBにおいて、SADは既に不可欠の存在である。ビーム光学系の制御はSADのオンライン・モデルに基づいてなされており、モデルの精密化、光学系補正の高度化などにより、高ルミノシティを達成するために必要な半整数共鳴線近傍での安定なビーム運転が可能となっている。KEKBのビーム光学系は多自由度を有しているが、その特徴を充分に生かすには光学系パラメタの最適化が重要である。2005年度に導入した専用プラットフォームを活用して、力学口径を拡大するための6極磁場(54自由度)最適化法が開発されている。KEKBでは2007年2月にクラブ空洞が設置され、世界初のクラブ交差方式による衝突実験が始まっている。クラブ衝突の原理を実証し、ビームビーム・チューンシフト・パラメタを大幅に向上させるには、より精密なビーム・パラメタ制御が必要である。コミッショニング・グループと協力して、水平エミッタンスやシンクロトロン・チューンを変えた様々な条件下でのビーム計測、広範囲のパラメタ探索、ビーム光学系測定・補正方法の更なる精密化・高速化が進行中である。SADは様々な加速器のビーム現象を統一的に取り扱うことを目指している。ILCダンピング・リングの空間電荷効果の評価・力学口径評価、ナノビーム型スーパーBファクトリーの力学口径評価、などによりこれらの加速器の設計研究に貢献し、また、エネルギー・フロンティアで稼働間近のLHCへの応用(例えば光学系の誤差解析・補正)も積極的な検討が始まっている。2006年にKEKで開催されたワークショップSAD2006において、様々な加速器におけるSADの有用性が報告されており、汎用コードとして保守性・移植性・可塑性を高めるよう開発が進められている。ビーム物理学に立脚し、多様な粒子加速器を統一的に取り扱えるような汎用性を備えることを目指して加速器計算コードSADの高度化を進めている。KEKB B-ファクトリーを始めとし、ILC、LHC、J-PARC、スーパーB-ファクトリーなど、様々な加速器の設計・シミュレーション・運転にSADは活用されており、ビーム運転の現場から発生するコード利用者の要求を満たすため、常に改良が続けられている。特にKEKBおいては、2007年以降世界初のクラブ空洞を用いたビーム運転が始まっており、KEKBコミッショニンググループと協力し、クラブ交差方式におけるビーム現象の理解とビームビームパラメタの飛躍的な向上を目指して、SADを活用した精密なビーム調整が行なわれている。