hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高効率な海水中ワイヤレス電力伝送を実現する電気二重層結合器の研究

電界方式ワイヤレス電力伝送はシンプルな結合器からなり、システムの軽量化に適しているため主に移動体への給電技術として研究が進められているが、海水中に適用した場合、その高い導電率のため海水のQ値が低く高効率化が困難である。そこで、本研究は海水中での電界方式ワイヤレス電力伝送の実現を目的とし、平成30年度は伝送効率向上のキーとなる海水のQ値を電気二重層効果によって向上できるかという問いの解決を図った。具体的には、円形の銅電極とアクリルの筐体からなる測定セルにおいて、銅電極間距離を一定にして電極半径を変えた場合と、銅電極半径を一定にして電極間距離を変えた場合のセルを作製し、海水を充填したときのアドミタンスを測定した。次に空気を充填した場合と純水を充填した場合から得られるアドミタンスを用いてセル定数と寄生容量を算出して海水の結果からディエンベディングすることで海水の複素誘電率を導出し、電気二重層の発生とQ値の変化を調べた。結果、RF帯でも複素誘電率の実部が大きく向上することが確認され、電気二重層が形成されていることを明らかにした。同時に複素誘電率の虚部も大きく増加したが、複素誘電率の実部の増加量の方が大きく、海水のQ値向上が確認された。また、実験結果から面積に対してQ値は対数関数的に向上することを見出した。一方で電極間距離に対しては、Q値は二次関数的に減少することを発見した。この結果をもとに結合器のプロトタイプ作製と測定を行い、理論最大伝送効率を算出したところ、電気二重層効果を考慮していないシミュレーションから得た理論最大伝送効率よりも大幅に改善することが明らかとなった。そこで、測定セルで得られた結果から電磁界解析に用いる材料パラメータを作成し、電磁界解析にて結合器の設計に取り掛かっている。平成30年度に実施を予定していた研究はすべて計画通り進み、少なくとも海水のQ値は電気二重層効果により30倍以上向上することを発見した。本結果をもとに査読付き学術論文としてIEEE transaction on Microwave Theory and Techniques 1件、マイクロ波の分野で最も権威ある国際会議の1つである査読付き国際会議論文IEEE Int. Microwave Symp. 1件という大きな成果を得た。次年度から行う送受電器設計における基礎データも取得できたことから、本年度の目標を概ね達成したと判断できる。電気二重層によってQ値を大幅に向上できることを明らかした。これにより海水中での電界方式結合器の等価回路を明らかにできることから、まず等価回路解析から結合器のどのような電気的効果により効率が低下・向上するのかという物理的意味と、その電気的効果は構造的にどこをどのように改良することで制御できるのかを明らかにしていく。
重防食コーティングの余寿命評価及び劣化機構解明に資する新劣化加速手法の確立

重防食コーティングの一つである、ビニルエステル樹脂系ガラスフレークコーティングの余寿命評価指標決定や劣化メカニズム解明に資するコーティングバルクの劣化促進手法確立を目指し、いくつかの劣化促進試験法の劣化効果について、現場適用可能な非破壊計測手法である電気化学インピーダンス(EIS)法を用いた定量的評価と外観観察により検証した。電解促進法は、塗装試験片を接液させ、還元反応を呈するように不活性板との間に直流電圧を印可する方法である。塗装鋼板と不活性板の間に3 wt.%食塩水を介して3060 V程度の直流電圧を印可し続け、低周波数領域のインピーダンスの絶対値|Z|から換算した電気抵抗率ρ(電気のながれにくさの指標)の時間変化をモニタリングしたところ、ある時点で急激な電気抵抗率の低下が生ずるとともに、貫通孔の形成とそこからの気泡の発生を視認できた。つまり本手法は、ピンホールのような局所的な劣化を、積極的に引き起こすものであることが明らかとなった。熱冷衝撃試験は、試験片を高温水及び冷却水に交互にさらすことを繰り返す方法である。高温側は60 °C96 °Cの水へ、低温側は液体窒素(-196 °C)へ、60秒ごと30回の交互浸漬を繰り返し、試験前後のインピーダンス特性の変化を評価した。その結果、わずか数時間の試験により、電気抵抗率ρは緩やかながら低下することが分かったが、その変化は、常温の食塩水への浸漬で得られた電気抵抗率の範囲にとどまった。サイクル数を増やせば劣化促進効果は高まると期待される。一方、熱冷衝撃試験と同時に、8090 °C程度の水への数時間の浸漬を行ったところ、高温浸漬の方が熱冷衝撃と比べ、電気抵抗率の低下が大きかった。以上のことから、熱冷の繰り返しというよりは、高温側の温度が、コーティングバルクの劣化に影響を及ぼしている可能性を見出した。高温条件において劣化促進効果が期待されること、高電圧印可時は局所的な劣化が生ずることなど、いくつかの劣化条件・形態を明らかにすることができた。本年度、得られた研究成果について、外部発表を鋭意行っていく予定である。また、公表に資するほどのデータまでは得られていないが、次年度予定の物理化学分析に関する予備的な検討を行い、データの採取条件を見出したため、次年度での効果的な検証が行えると期待できる。各種劣化促進試験を引き続き行うとともに、劣化促進試験と現実の経年劣化との対応を調べるために、劣化メカニズムに関する検討に着手する。膜のみの試験片について、促進劣化試験に伴う重量・体積変化を追跡し、電気化学インピーダンス法で得た定量的指標との関係を調べる。樹脂の劣化に伴う化学構造の変化を調べるため、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を用いて、劣化促進試験前後のスペクトルの違いや長期供用したサンプルのスペクトル評価を行う。デジタルマイクロスコープによる断面観察などにより、劣化促進試験前後の試験片の膜状態の変化を観察する。これらの得られたデータを整理し、定量的指標と塗膜の劣化状況の関係を明らかにする。

各種劣化促進試験を引き続き行うとともに、劣化促進試験と現実の経年劣化との対応を調べるために、劣化メカニズムに関する検討に着手する。膜のみの試験片について、促進劣化試験に伴う重量・体積変化を追跡し、電気化学インピーダンス法で得た定量的指標との関係を調べる。樹脂の劣化に伴う化学構造の変化を調べるため、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を用いて、劣化促進試験前後のスペクトルの違いや長期供用したサンプルのスペクトル評価を行う。デジタルマイクロスコープによる断面観察などにより、劣化促進試験前後の試験片の膜状態の変化を観察する。これらの得られたデータを整理し、定量的指標と塗膜の劣化状況の関係を明らかにする。経費の多くは、実験を円滑に遂行するための実験業務の補助に使用したが、劣化促進試験の実施が十分にできたとともに、次年度以降有効なデータが取れるように物理化学分析に関する条件設定を見出す検討を行い、概ね目途をつけることができた。そのため、それ以上の検討は次年度へ持ち越して、集中的に行った方が効果的と判断した。繰り越し分は、実験に必要な消耗品に一部に回す予定である。
プラズモンを介した励起子間巨大相互作用に基づく新奇上方変換発光機構の研究

本研究は光と物質の空間相関が誘起する新奇発光機構を理論・実験の両面から明らかにすることを目的としている。前年度ではストリークカメラによる時間分解発光測定から、時間分解能10 psを切る超高速発光が生じることを明らかにした。CuClの励起子発光寿命として過去に実験で報告されているものよりも速い発光であるため、得られた発光寿命は光と物質の空間相関が誘起する超高速発光現象であることを強く示唆している。そこで今年度は、CuCl薄膜において100 fsを切る励起子発光モードの存在を発光スペクトルの温度依存性の測定と理論計算との対応から評価した。結果として、高温領域での輻射緩和レートの速いモードの生き残りと室温で超高速輻射モードのみが生き残ることを理論計算との対応から確認した。また発光の膜厚・温度依存性を測定した。10 fs秒台の輻射緩和の速いモードが存在する膜厚では室温でも励起子発光が生き残ることがわかった。この成果で「第78応用物理学会秋季学術講演会Poster Award」、「第28回光物性研究会奨励賞」を受賞した。次に室温近辺において実時間領域の励起子輻射緩和特性を評価するために、3パルス縮退4光波混合法を用いて測定を試みた。この分光法はポピュレーション緩和を観測する手法であるため、室温位相緩和が緩和特性に現れないことが知られている。この実験結果から、室温領域でも10 fs台の超高速輻射モードが実時間領域においても観測された。さらに励起子効果が顕著なZnOでも超高速輻射緩和が生じるか検討し、原理の多様性の追求を行った。低温における3パルス縮退4光波混合法によって100 fs秒級の輻射緩和が生じていることが明らかとなり、またこの実験結果は理論計算と良い一致を示した。これらの成果は現在、論文として投稿準備中である。以上のように、29年度は研究実施計画に基づいて順調に研究を進めることができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究で「光場を介した励起状態間強結合」が異なる励起状態のコヒーレントな重ね合わせを産み出し,その超高速1光子上方変換発光が生じるという発光機構としても波長変換機構としても新奇現象が生じることを明らかにした.この成果は学術雑誌において掲載された.平成28年度の研究目的としては,まずその超高速1光子上方変換発光を実験実証することであった.一方で,そもそも理論的に予言している100 fs級の超高速発光の存在を実験実証する,という優先度の高い課題が浮上した.したがって,まずその課題解決を優先的に進めた.それと並行し当初の研究目的に向かって研究を進めた.本年度はCuCl半導体薄膜中の励起子と光場の強い非局所相関が誘起する,100 fs級超高速発光の存在を実験的に明らかにすることに力点を置いた.具体的には(1)時間分解能が10 ps程度のストリークカメラによる時間分解発光測定や(2)励起子発光強度の温度依存性の観測を試みた.(1)に関して測定結果から時間分解能を切る発光緩和を観測することに成功した.これはCuClの励起子発光寿命として過去に実験で報告されているものよりも速い発光であり,得られた発光寿命は装置の時間分解能を切っているため,それを下回る超高速発光緩和を示している.(2)に関して励起子発光スペクトルの温度変化を見てみると,輻射緩和率の速いモードが生き残り,それに応じて温度上昇に伴う発光強度減衰も抑えられる傾向を現在観測している.また上記実験研究と並行して研究計画通り光場を介した励起状態間強結合が実現する系として,異なる薄膜に広がった励起状態を表面プラズモンポラリトンで媒介する系の可能性を理論的に模索した.結果として構造等をうまく設計することで光エネルギー捕集と発光の双方が高効率化することが明らかとなった.平成28年度の成果は主に次の三点である.(1)CuCl半導体薄膜中の励起子と光場の強い非局所相関が誘起する超高速発光緩和を実験的に捉えることに成功し,理論予測の一部を検証した.この成果で「第2回日本物理学会領域5学生ポスター優秀賞」を受賞している.(2)上記励起子発光スペクトルの温度変化から,高温域での輻射緩和率の速いモードの生き残りと温度上昇に伴う発光強度減衰の強い抑制効果を確認し,100 fs級の超高速発光の存在が確からしくなった.(3)また上記実験研究と並行し光場を介した励起状態間強結合が実現する系として,異なる薄膜に広がった励起状態を表面プラズモンポラリトンで媒介する系を想定し,特定条件において光エネルギー捕集と発光の双方が大幅に高効率化することを理論的に明らかにした.(1)(2)に加え,(3)においても精力的に取り組んだことから平成28年度は期待以上の研究の進展があった言える.本研究は光と物質の空間相関が誘起する新奇発光機構を理論・実験の両面から明らかにすることを目的としている。

そこで今年度は、CuCl薄膜において100 fsを切る励起子発光モードの存在を発光スペクトルの温度依存性の測定と理論計算との対応から評価した。結果として、高温領域での輻射緩和レートの速いモードの生き残りと室温で超高速輻射モードのみが生き残ることを理論計算との対応から確認した。また発光の膜厚・温度依存性を測定した。10 fs秒台の輻射緩和の速いモードが存在する膜厚では室温でも励起子発光が生き残ることがわかった。この成果で「第78応用物理学会秋季学術講演会Poster Award」、「第28回光物性研究会奨励賞」を受賞した。次に室温近辺において実時間領域の励起子輻射緩和特性を評価するために、3パルス縮退4光波混合法を用いて測定を試みた。この分光法はポピュレーション緩和を観測する手法であるため、室温位相緩和が緩和特性に現れないことが知られている。この実験結果から、室温領域でも10 fs台の超高速輻射モードが実時間領域においても観測された。さらに励起子効果が顕著なZnOでも超高速輻射緩和が生じるか検討し、原理の多様性の追求を行った。低温における3パルス縮退4光波混合法によって100 fs秒級の輻射緩和が生じていることが明らかとなり、またこの実験結果は理論計算と良い一致を示した。これらの成果は現在、論文として投稿準備中である。以上のように、29年度は研究実施計画に基づいて順調に研究を進めることができた。今後の研究計画として,大きく分けて以下の3点が挙げられる.(1)CuClやZnOを用いた,理論的に予測した上方変換発光の観測(2)プラズモン効果が誘起する上記上方変換発光における高効率化の探索(3)アップコンバージョン法を用いた超高速発光緩和の観測29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
半導体レーザー干渉系における干渉縞ロック現象の解明およびその光干渉計測への応用

半導体レーザーを用いたMichelson干渉計において、干渉計からの戻り光を防ぐために、レーザーの前にアイソレーターを插入することが普通であるが、このアイソレーターを取り外して、戻り光をレーザーに注入す場合、干渉計の一つのミラーをPZTで振動させても、干渉縞がロックされることを見つけた。これは明らかに、干渉計からの戻り光とレーザーとの相互作用によるものだと考えられる。本研究はこの現象の理論解明と応用を目的とする。この現象を解明するために、等価的ファブリ・ペロー共振器でモデリングした。等価的ファブリー・ペロー共振器モデルは干渉計を外部に持つレーザー共振器を一つの共振器にまとめることである。このモデルでレーザー発振波長の半導体レーザーの注入電流に対する依存性を求めた。この結果から、干渉縞がロックされる時、外部反射光により、レーザーの発振が外部共振器モードになり、この場合の干渉縞の位相は2πの整数倍ごとに変化することがわかった。この現象を利用して、光学定盤外での光干渉計測を試みた。レーザーと参照鏡およびビーム・スプリッターを一つの台にまとめて一つの机に置き、サンプルと対物レンズをもう一つの台にまとめて、もう一つの机に置く。この場合、電気的なフィードバックでロックできない干渉縞がロックされることが分かった。このような縞を使って、画像処理を行い、表面形状を定盤上の測定結果と同じ精度で測定できた。上述の実験データに基づき、光フィードバック干渉計ヘッドを作った。それは半導体レーザーとマイケルソン干渉計の組み合わせであり、干渉縞はCCDカメラで記録する。干渉計ヘッドは被検サンプルの状態に応じて横向き、縦向きとも設置できる。半導体レーザーを用いた二光束干渉計における戻り光による干渉縞のロック現象を見出し、この現象の理論解析を行った。理論解析の際、干渉計と半導体レーザーをまとめて、等価的ファブリ・ペロー共振器モデルを建て、共振器の共振条件を考慮した。理論解析の結果により、干渉計から半導体レーザーに戻った光が半導体レーザーの発振強度や波長に影響を与え、半導体レーザーの発振モードが外部共振器モードになる。干渉計の光路差の変化はレーザーにモードホップを引き起こすが、モードホップは干渉縞の位相変化が波長の整数倍に近くなるように生ずる。従って、干渉縞の位相が外部ミラーの移動と関係なくなり、縞がロックされることが分かった。また、干渉縞がロックされた時の位相変動幅が光路差の変化に対して、周期的に減衰することが分かった。その周期はちょうどレーザー共振器の光学長である。また、半導体レーザーの注入電流を変調する場合では、干渉縞ロック現象も起こることが分かった。この場合の理論解析を行い、理論と実験は良く一致した。この現象を利用した定盤外での干渉計測を試みた。木の机に置かれた凹面鏡を測定するために、まず、干渉縞を光のフィードバックでロックし、そしてロックされた干渉縞を実時間縞解析装置に転送し、そこで干渉縞の位相を求める。測定した結果は定盤上での結果と較べると、ほぼ一致している。測定の繰り返し精度も定盤上と同じくらいである。これらの結果によって、干渉縞ロック現象を利用した定盤不要の光干渉計測が期待される。
エネルギーアシスト記録及び瓦記録方式ハードディスク対応超高速サーボ信号転写の研究

本研究においては,エネルギーアシスト及び瓦記録方式などの次世代ハードディスクに対応できる超高速サーボ信号転写法を実現すべく,実験及び計算機シミュレーションにより研究を推進し次の成果を得た.転写された信号の遷移ノイズを低減するためには,ハードディスクの記録層構造にかかわらず,できる限り面内成分を多く含む転写磁場で記録することが望ましい.マスター媒体用磁性層として適している高垂直磁気異方性CoPt膜の消磁磁区構造は磁場印加方向に依存し,面内印加に比べて垂直印加の場合に磁区サイズが大きくなる.転写特性は積層構造記録層の層間交換相互作用の強さに大きく依存する.エネルギーアシスト及び瓦記録方式等の次世代ハードディスクに対応できる超高速サーボ信号記録法を実現すべく研究を推進し,本年度は以下の成果を得た.1.磁気転写法を次世代ハードディスクに対応できる性能にするためには,ノイズ低減が重要である.平成25年度は転写されたビット間の磁化遷移領域の直線性に起因するトランジションノイズに着目して,転写実験及びマイクロマグネティックシミュレーションを推進した.その結果,トランジションノイズの観点からは,ビット転写法よりもエッジ転写法が優れていることがわかった.また,スレーブ媒体の特性とトランジションノイズとの関連についても検討した.2.マスター媒体用磁性層としては,高い垂直磁気異方性を有する膜厚10 nm前後のCoPt薄膜が適している.そこで,今回は膜厚10 nm以下の極薄CoPt膜を作製して,その磁気特性,磁区構造及び経時変化を調べた.その結果,10 nm以下では不規則磁区構造が主となり,経時変化によって不規則磁区構造がより強調されることが明らかになった.また,また膜厚が薄いほど磁区サイズ及び保磁力は大きくなった.3.転写特性はスレーブ媒体の特性に大きく依存する.そこで,次世代ハードディスクの記録層を想定した高い垂直磁気異方性と高保磁力を有する膜の作製検討を実施した.CoCrPt-SiO2ターゲット及びFePt-Cターゲットを用いてスパッタリング法による成膜を行ったが,まだ望ましい膜は得られていない.4.次世代ハードディスク用記録層としては積層構造媒体が適しているものと考えられている.そこで,積層構造媒体の磁気特性と磁区構造について,層間の磁気的相互作用に着目して,実験とマイクロマグネティックシミュレーションを用いて検討した.その結果,静磁相互作用が大きな影響を及ぼしていることが明らかになった.本研究においては,エネルギーアシスト及び瓦記録方式などの次世代ハードディスクに対応できる超高速サーボ信号転写法を実現すべく,実験及び計算機シミュレーションにより研究を推進し次の成果を得た.転写された信号の遷移ノイズを低減するためには,ハードディスクの記録層構造にかかわらず,できる限り面内成分を多く含む転写磁場で記録することが望ましい.マスター媒体用磁性層として適している高垂直磁気異方性CoPt膜の消磁磁区構造は磁場印加方向に依存し,面内印加に比べて垂直印加の場合に磁区サイズが大きくなる.転写特性は積層構造記録層の層間交換相互作用の強さに大きく依存する.エネルギーアシスト及び瓦記録方式等の次世代ハードディスクに対応できる超高速サーボ信号記録法を実現すべく研究を推進し,本年度は以下の成果を得た.1.磁気転写法を次世代ハードディスクに対応できる性能にするためには,これまでに得られている転写特性を更に向上させなければならない.そのために,S/N改善,特にノイズ低減を目的として,ハードディスクの消磁状態におけるドメイン構造を調べた.その結果,面内に磁場を印加して消磁した場合に,垂直に磁場を印加した場合と比べてノイズが低くなることが明らかになった.これはS/N的に,ビット転写法よりもエッジ転写法が優れていることを示している.2.マスター媒体用磁性層の基礎検討として,CoPtスパッタ膜の磁気特性の膜厚依存性を詳細に調べた.その結果,CoPt膜の磁気特性は膜厚によって大きく依存することが明らかになった.膜厚が薄い場合には磁気転写に適した角型比1.0の垂直膜が得られるが,膜厚の増加に伴って垂直磁気異方性が低下する.3.次世代ハードディスクは10kOe程度の高保磁力を有する積層構造からなることが推測されるので,そのような媒体に対する転写特性を計算機シミュレーションを用いて明らかにした.計算においては,磁気転写過程における,積層構造を有する記録層のソフト層とハード層の磁化の時間変化に着目した.転写磁場を印加すると,まずソフト層の磁化が反転し,次にハード層が反転すること,さらに,ハード層の磁化がソフト層の磁化に影響を及ぼすことが明らかになった.4.ハードディスク記録層のドメイン構造のマイクロマグネティック計算を行った.その結果,1.で述べた,面内消磁の場合にノイズが低くなる原因はサブドメイン構造にあることが示された.エネルギーアシスト及び瓦記録方式などの次世代ハードディスクに対応できる超高速サーボ信号記録法を実現すべく研究を推進し,本年度は以下の成果を得た.1. 1 Tbit/inch2以上の記録密度を達成するためには,所望の位置に直線的なトランジションを形成することが要求される.磁気特性や構造の異なるスレーブ媒体に対して信号を転写し,磁気力顕微鏡を用いてトランジションの状態を解析した.その結果,スレーブ媒体の磁性層構造にかかわらず,転写磁場が面内成分を多く含むほど直線的なトランジションが得られることが明らかになった.また,トランジションノイズには消磁ドメイン構造が反映されていた.2.マスター媒体用磁性層として適している高垂直磁気異方性CoPt膜に関する検討を行った.

膜厚10 nm未満のCoPt膜の消磁磁区サイズは磁場印加方向に依存し,垂直印加の場合のサイズは面内印加に比べて大きいことが明らかになった.3.転写特性を向上させるためには,媒体に磁場が印加された際の磁化反転プロセスの理解が必須であるため,磁化の動的振る舞いをシミュレーションにより解析した.また,層厚比の異なる積層構造記録媒体における層間交換相互作用の最適値を明らかにした.4.次世代ハードディスク用記録層は積層構造を有する可能性が高い.そこで,組成や膜厚,構造,中間非磁性層厚などを変えて積層膜をスパッタリング法により作製し,その磁気特性や磁区構造を調べた.また,この実験に対応したマイクロマグネティックシミュレーションを行った.その結果,これらの種々のパラメータが磁気特性及びトランジションの直線性に及ぼす影響が明らかになった.工学従来の転写特性を飛躍的に向上させエネルギーアシスト及び瓦記録方式ハードディスクへの超高速サーボ信号記録法を実現する,という本研究の最終目的に対して,概ね順調に進展していると考えられる.以下に概略を説明する.1.マスター媒体用単層垂直磁気異方性膜及び積層膜の作製,これらをのマスター媒体を用たハードディスクへの転写実験実施:トランジションノイズに着目して,転写実験及びマイクロマグネティックシミュレーションを推進し,ハードディスクの記録層に印加される記録磁場が面内成分を多く含むほどトランジションノイズが低くなることを明らかにした.2.積層マスター媒体用高垂直磁気異方性薄膜の検討:膜厚10 nm以下の極薄CoPt膜を作製して,その磁気特性,磁区構造及び経時変化を調べ,10 nm以下の垂直磁気異方性膜では磁区構造は不規則磁区構造が主となり,膜厚が薄いほど磁区サイズ及び保磁力が大きくなることを明らかにした.また,経時変化によって不規則磁区構造がより強調されることを明らかにした.3.エネルギーアシスト記録対応あるいは瓦記録対応のハードディスクの記録層を想定した磁性膜の作製検討:CoCrPt-SiO2ターゲット及びFePt-Cターゲットを用いてスパッタリング法による成膜を行ったが,まだ望ましい膜は得られていない.4.積層構造媒体への転写に関するマイクロマグネティックシミュレーション解析:種々の積層構造媒体を想定して転写シミュレーションを行い,それぞれの要因と転写特性との関連を明らかにした.また,上記研究実績の概要1に記載したようなトランジションノイズについての知見も得られた.さらに,積層構造媒体の磁気特性と磁区構造についても,実験とマイクロマグネティックシミュレーションを用いて検討し,層間相互作用として,交換相互作用ばかりでなく静磁相互作用も大きな要因になっていることを明らかにした.
非平衡プラズマによる希薄予混合気の着火特性改善と初期燃焼機構の解明に関する研究

本研究では,新たな自動車用点火装置として,小型のIES(誘導エネルギー蓄積)式パルス電源の適用可能性を調べた.本点火装置は,パルス幅10ns100ns程度の繰り返しパルスを生成することが可能であるため,最初に非平衡プラズマ放電により活性化学種を生成した後,短パルスアーク放電によりエネルギーを供給することで,希薄燃焼時の着火特性の改善が期待できる.結果,本点火装置は希薄点火特性を向上させるとともに,初期燃焼を促進することが分かった.本研究では,新たな自動車用点火装置として,小型のIES(誘導エネルギー蓄積)式パルス電源の適用可能性を調べた.本点火装置は,パルス幅10ns100ns程度の繰り返しパルスを生成することが可能であるため,最初に非平衡プラズマ放電により活性化学種を生成した後,短パルスアーク放電によりエネルギーを供給することで,希薄燃焼時の着火特性の改善が期待できる.結果,本点火装置は希薄点火特性を向上させるとともに,初期燃焼を促進することが分かった.現在の内燃機関技術には地球規模での環境問題やエネルギー資源枯渇問題の観点から,高効率・低公害な燃焼技術の開発が求められている.高効率,低公害な燃焼技術の1つとして希薄燃焼技術が知られているが,一方で希薄燃焼領域では,着火特性が悪化し,燃焼速度は低下する.このような希薄燃焼時の着火特性悪化と初期燃焼速度低下は,エンジン稼働時に出力の低下,燃費の悪化,排気特性の悪化,騒音の発生など,さまざまな問題を引き起こす.本研究では,新たに開発する小型のIES(誘導エネルギー蓄積)式パルス電源により生成した非平衡プラズマを利用して,希薄燃焼時の着火特性の改善を目指す.今年度は定容燃焼器を用いて,実用燃料である,イソオクタンに対する希薄着火特性改善効果の確認を行った,IESの単パルス放電と,市販の自動車用点火回路を点火率及び点火遅れに関して比較したところ,IES点火回路は,少ないエネルギーであるにも関わらず,希薄可燃限界が拡大し,点火遅れは減少した.このことからIESの単パルスの希薄点火特性は,既存の自動車回路に比べて良好であり,また,初期燃焼を促進する効果があることが分かった本研究では初期火炎核形成の可視化により,このメカニズムについても検討した.この結果,IES回路により形成される火炎核は市販の自動車回路により形成される火炎核に比べて大きくなることが分かった.現在の内燃機関技術には地球規模での環境問題やエネルギー資源枯渇問題の観点から,高効率・低公害な燃焼技術の開発が求められている.高効率,低公害な燃焼技術の1つとして希薄燃焼技術が知られているが,一方で希薄燃焼領域では,着火特性が悪化し,燃焼速度は低下する.このような希薄燃焼時の着火特性悪化と初期燃焼速度低下は,エンジン稼働時に出力の低下,燃費の悪化,排気特性の悪化,騒音の発生など,さまざまな問題を引き起こす.本研究では,新たに開発する小型のIES(誘導エネルギー蓄積)式パルス電源により生成した非平衡プラズマを利用して,希薄燃焼時の着火特性の改善を目指す.今年度は定容燃焼器を用いて,市販の自動車プラグに対する希薄着火特性改善効果の確認を行った. IESの単パルス放電と,市販の自動車用点火回路を点火率及び点火遅れに関して比較したところ,希薄可燃限界が拡大し,点火遅れは減少した.このことからIESの単パルスの希薄点火特性は,既存の自動車回路に比べて良好であり,また,初期燃焼を促進する効果があることが分かった.本研究では初期火炎核形成の可視化により,このメカニズムについても検討した.この結果, IES回路により形成される火炎核は市販の自動車回路により形成される火炎核に比べて大きくなることが分かった.現在の内燃機関技術には地球規模での環境問題やエネルギー資源枯渇問題の観点から,高効率・低公害な燃焼技術の開発が求められている.高効率,低公害な燃焼技術の1つとして希薄燃焼技術が知られているが,一方で希薄燃焼領域では,着火特性が悪化し,燃焼速度は低下する.このような希薄燃焼時の着火特性悪化と初期燃焼速度低下は,エンジン稼働時に出力の低下,燃費の悪化,排気特性の悪化,騒音の発生など,さまざまな問題を引き起こす.本研究では,新たに開発する小型のIES(誘導エネルギー蓄積)式パルス電源により生成した非平衡プラズマを利用して,希薄燃焼時の着火特性の改善を目指す.今年度は定容燃焼器を用いて,イソオクタンを燃料にして希薄着火特性改善効果の確認を行った.IESの単パルス放電と,市販の自動車用点火回路を点火率及び点火遅れに関して比較したところ,希薄可燃限界が拡大し,点火遅れは減少した.このことからIESの単パルスの希薄点火特性は,実用燃料であるイソオクタンにおいても既存の自動車回路に比べて良好であることが分かった.さらに本研究では初期火炎核形成の可視化により,このメカニズムについても検討した.この結果,IES回路により形成される火炎核は市販の自動車回路により形成される火炎核に比べて大きくなることが分かった.
骨形成過程における血管内皮増殖因子(VEGF)の免疫細胞化学的検索

血管内皮増殖因子(VEGF)は,腫瘍組織において産生・分泌される一方,器官形成初期には多くの器官に発現する血管系の構築に重要な因子である.しかし,骨形成時におけるVEGFの検索は少なく,大腿骨頭部における血管形成過程に,VEGFが関与するとの報告が一例あるのみである.そこで申請者は,ラットを用い,大腿骨形成時におけるVEGFの発現を大腿骨頭を含め,それ以外に骨幹部や遠位端部についても免疫細胞化学的に解析した.その結果,胎生期より,大腿骨周囲の間葉細胞や大腿骨頭及び遠位端周囲の軟骨膜細胞や未分化な軟骨細胞,骨幹部の骨芽細胞や破骨細胞,骨膜細胞にもVEGFの存在が認められ,VEGFが初期の血管形成に重要な役割をはたしている可能性が示唆された.また,大腿骨の成長に伴い,両骨幹端の軟骨細胞にVEGFが確認されたことは,骨幹部髄腔側から末端部に向けての血管系の形成にVEGFが重要であることを示している.さらに,これらに続き,生後7日には,大腿骨遠位端内部にVEGFが確認され,血管系の構築も始まっていることが確認された.また,生後15日には大腿骨頭窩近傍の軟骨細胞にVEGF陽性反応が認められ,以降生後60日までに,この領域へ,大腿骨頭靱帯からの栄養血管の侵入が見られた.これらのことは,VEGFが大腿骨形成過程において重要な役割を果たしていることを示していると考えられる.また,本研究の結果は,我々の研究室にて新たに実施しているVEGF発現との関与が示唆されているパラサイロイドホルモンレセプターの検索とあわせて第6回日米組織細胞化学会議(2002,シアトル)において発表した.本年度は2カ年の研究の初年度にあたり,まず,計画に従い,胎生期から新生仔期までのwistar系ラットを発生段階ごとに数個体づつ準備した.大腿骨を摘出,固定の後,常法通り,パラフィン切片を作製した.サンプルは一般染色とVEGF抗体を用いた免疫細胞化学的染色を行い,骨形成過程と血管新生過程やVEGF抗体に陽性反応を示す細胞との関連を解析した.また,VEGF陽性細胞におけるVEGFの産生を確認するためにin situハイブリダイゼーション法を用いた解析を行う準備をほぼ整えたところである.免疫細胞化学的染色による解析の結果,ラット大腿骨においては,胎生期より,大腿骨頭近傍の間葉細胞や大腿骨頭周囲の未分化な軟骨細胞,骨幹部の骨芽細胞や破骨細胞,骨膜細胞にもVEGFの存在が認められ,VEGFが初期の血管形成に重要な役割をはたしている可能性が示唆された.また,大腿骨の成長に伴い,骨幹端の軟骨細胞にVEGFが確認されたことは,骨幹部髄腔側から末端部に向けての血管系の形成にVEGFが重要であることを示していると思われた.さらに,発生が進行した生後15日には,新たに大腿骨頭窩近傍の頭頂部内側の軟骨細胞にVEGF陽性反応が認められた.この領域へは,以降生後60日までに,大腿骨頭靱帯からの栄養血管の侵入が観察されたため,この血管侵入には,大腿骨頭内部の軟骨細胞が産生するVEGFが重要な役割を果たしていると考えられる.以上,総合すると,胎児期の骨形成初期から,生後に至るまで,大腿骨形成にともなう血管系の構築にVEGFが重要な役割を果たしていることが示唆された.現在,免疫細胞化学的に証明したVEGFの存在をin situハイブリダイゼーション法を用いて遺伝子レベルでの発現の解析を開始したところである.血管内皮増殖因子(VEGF)は,腫瘍組織において産生・分泌される一方,器官形成初期には多くの器官に発現する血管系の構築に重要な因子である.しかし,骨形成時におけるVEGFの検索は少なく,大腿骨頭部における血管形成過程に,VEGFが関与するとの報告が一例あるのみである.そこで申請者は,ラットを用い,大腿骨形成時におけるVEGFの発現を大腿骨頭を含め,それ以外に骨幹部や遠位端部についても免疫細胞化学的に解析した.その結果,胎生期より,大腿骨周囲の間葉細胞や大腿骨頭及び遠位端周囲の軟骨膜細胞や未分化な軟骨細胞,骨幹部の骨芽細胞や破骨細胞,骨膜細胞にもVEGFの存在が認められ,VEGFが初期の血管形成に重要な役割をはたしている可能性が示唆された.また,大腿骨の成長に伴い,両骨幹端の軟骨細胞にVEGFが確認されたことは,骨幹部髄腔側から末端部に向けての血管系の形成にVEGFが重要であることを示している.さらに,これらに続き,生後7日には,大腿骨遠位端内部にVEGFが確認され,血管系の構築も始まっていることが確認された.また,生後15日には大腿骨頭窩近傍の軟骨細胞にVEGF陽性反応が認められ,以降生後60日までに,この領域へ,大腿骨頭靱帯からの栄養血管の侵入が見られた.これらのことは,VEGFが大腿骨形成過程において重要な役割を果たしていることを示していると考えられる.また,本研究の結果は,我々の研究室にて新たに実施しているVEGF発現との関与が示唆されているパラサイロイドホルモンレセプターの検索とあわせて第6回日米組織細胞化学会議(2002,シアトル)において発表した.
ハイダ語スキドゲイト方言の記述的・類型論的研究

本研究課題は,カナダのブリティッシュ・コロンビア州クィーンシャーロット諸島スキドゲイトで話されるハイダ語スキドゲイト方言(以下,ハイダ語とする)の形態統語法を中心とした記述研究と,言語類型論的観点からみたハイダ語の特質を考察することを主たる目的とするものである.本年度の研究成果は以下のようにまとめられる.(1)2002年8月初旬より同年9月初旬まで上記の地に滞在し,ハイダ語話者4名の協力を得て,形態統語法を中心とした調査を行なった.調査の概要は以下の通りである.1)動詞形態法に関わるものとして,派生接辞の機能と承接順序,更にテンス・アスペクトを表わす語尾の機能について調査を行なった.2)統語法の解明のために,ハイダ語の談話資料の蒐集と分析を行なった.3)辞書整備のための基礎作業として,主に動詞と名詞の語彙調査を行なった.尚,調査の音声資料は,永年保存に耐えられるように,デジタル・オーディオ・テープ(DAT)やCD-Rなどのデジタル媒体に記録した.(2)ハイダ語の言語類型論的特質の1つとして,同言語がいわゆる活格タイプに属することを取り上げ,自動詞を分かつ意味特徴として[作動性]と[制御性]の2つがあることを明らかにし,更に,代名詞の人称も関与することを指摘した.(3)アメリカ哲学会(ペンシルベニア州フィラデルフィア市)に所蔵されるポアズ・コレクションのうち,主にスワントン(John R. Swanton)やサピア(Edward Sapir)による20世紀初頭のハイダ語調査資料を蒐集し,その整備を行なった.(4)これまでの調査で得たアナログ媒体によるハイダ語の音声資料をデジタル媒体に変換する作業を行なった.(5)ハイダ語の言語類型論的特質を考察するために,北アメリカ北西海岸地域諸言語に関する文献の蒐集を行なった.本研究課題は,カナダのブリティッシュ・コロンビア州クィーン・シャーロット諸島スキドゲイトで話されるハイダ語スキドゲイト方言(以下,ハイダ語とする)の形態統語法を中心とした記述研究と,言語類型論的観点からみたハイダ語の特質を考察することを主たる目的とするものである.本年度の研究成果は以下のようにまとめられる.(1)2001年7月末より同年9月初旬まで,上記の地に滞在し,ハイダ語話者5名の協力を得て,形態統語法を中心とした調査を行なった.調査の概要は以下の通りである.1)動詞形態法に関わるものとして,派生接辞の機能と承接順序,更にテンス・アスペクトを表わす語尾の機能について調査を行なった.2)統語法の解明のために,ハイダ語の談話資料を蒐集した.3)辞書整備のための基礎作業として,主に動詞と名詞の語彙調査を行なった.尚,調査の音声資料は,永年保存に耐えられるように,デジタル・オーディオ・テープ(DAT)やCD-Rなどのデジタル媒体に記録した.(2)ハイダ語の言語類型論的特質を考察するために,北アメリカ北西海岸地域で話される他の先住民諸言語に関する文献の蒐集を行なった.(3)これまでの調査で得たハイダ語の音声資料をアナログ媒体からデジタル媒体に変換する作業を行なった.(4)これまでの調査資料(ノートなど)をPDFファイルなどの電子媒体に変換するための基礎作業を行なった.ハイダ語の話者が高齢者に限られている現状をみれば,現地調査において話者から資料を直接得るのが今後ますます困難になることが予想され,現地調査の缺を補うためにも,過去の資料を整備していくことを検討していなくてはならないであろう.本研究課題は,カナダのブリティッシュ・コロンビア州クィーンシャーロット諸島スキドゲイトで話されるハイダ語スキドゲイト方言(以下,ハイダ語とする)の形態統語法を中心とした記述研究と,言語類型論的観点からみたハイダ語の特質を考察することを主たる目的とするものである.本年度の研究成果は以下のようにまとめられる.(1)2002年8月初旬より同年9月初旬まで上記の地に滞在し,ハイダ語話者4名の協力を得て,形態統語法を中心とした調査を行なった.調査の概要は以下の通りである.1)動詞形態法に関わるものとして,派生接辞の機能と承接順序,更にテンス・アスペクトを表わす語尾の機能について調査を行なった.2)統語法の解明のために,ハイダ語の談話資料の蒐集と分析を行なった.3)辞書整備のための基礎作業として,主に動詞と名詞の語彙調査を行なった.尚,調査の音声資料は,永年保存に耐えられるように,デジタル・オーディオ・テープ(DAT)やCD-Rなどのデジタル媒体に記録した.(2)ハイダ語の言語類型論的特質の1つとして,同言語がいわゆる活格タイプに属することを取り上げ,自動詞を分かつ意味特徴として[作動性]と[制御性]の2つがあることを明らかにし,更に,代名詞の人称も関与することを指摘した.(3)アメリカ哲学会(ペンシルベニア州フィラデルフィア市)に所蔵されるポアズ・コレクションのうち,主にスワントン(John R. Swanton)やサピア(Edward Sapir)による20世紀初頭のハイダ語調査資料を蒐集し,その整備を行なった.(4)これまでの調査で得たアナログ媒体によるハイダ語の音声資料をデジタル媒体に変換する作業を行なった.(5)ハイダ語の言語類型論的特質を考察するために,北アメリカ北西海岸地域諸言語に関する文献の蒐集を行なった.
急性下肢虚血に対するナノ粒子を活用した新規治療戦略の構築

急性下肢虚血モデル作成24時間後に径30nmと100nmの蛍光ナノ粒子を静注し、内転筋等に粒子が集積するかを確認した。ナノ粒子はポリイオン複合体型中空粒子(PICsome)を用いた。径100nmのPICsomeを投与した群では、投与24時間後・72時間後において内転筋・恥骨筋で健側より有意に強い蛍光集積が認められた。径30nmのPICsomeを投与した群では、いずれの筋肉にも有意な集積の差は認められなかった。次にナノミセル化する薬剤を選定した。血管新生を誘導する物質としてサイトカインを用いることとした。各種のサイトカインを机上でシミュレーションしたところ、IL-1bが最も安定してミセルを形成する可能性高かったため、IL-1bのミセル化を行った。無水シトラコン酸(Cit)と2,5-dihydro-4-methyl-2,5-dioxo-3-furanpropanoic acid(FP)の2種類の低分子を用いて表面電荷の調節を行い、ポリエチレングリコール鎖とポリ陽イオンの複合ポリマーを用いてPICmicelleを作成することに成功した。一方、低分子を表面に結合させたペプチドは表面構造が変化することから活性を失うことがあるため、その検証を行った。修飾前のIL1b・Cit, FPをそれぞれ結合させた計3種類のIL-1bを、予め培養した線維芽細胞に投与した。投与24時間後に培養液を回収し、産生されるIL-8の量を定量することでそれぞれのIL-1bの生理活性を評価した。Citを結合させたIL-1bはほぼ完全に活性を失っていたが、FPを結合させたIL-1bは修飾前の1/2程度の活性を有していた。昨年からの進捗は、径100nmの径より大きいものを検証することが最適化には必須であることを指摘され、その追加実験を行ってきた。その結果、100nmで最も効率的に取り込まれることが確認された。今回我々は、急性下肢虚血に対して側副血行路の発達を促進する新たな治療法を構築するべく研究を行った。ラットの左大腿動脈を種々の範囲で切除し、動脈造影で側副血行路のできる部位を確認した。下腹壁動脈;浅腹壁動脈分岐部の大腿動脈を切除すると、内転筋>恥骨筋>半膜様筋内に側副血行路が形成されることがわかった。続いて、上記急性下肢虚血モデル作成24時間後に径30nmと100nmの蛍光ナノ粒子を静注し、上記内転筋等に粒子が集積するかを確認した。無水シトラコン酸(Cit)と2,5-dihydro-4-methyl-2,5-dioxo-3- furanpropanoic acid(FP)の2種類の低分子を用いて表面電荷の調節を行い、ポリエチレングリコール鎖とポリ陽イオンの複合ポリマーを用いてPICmicelleを作成することに成功した。修飾前のIL-1b・Cit, FPをそれぞれ結合させた計3種類のIL-1bを、予め培養した線維芽細胞に投与した。Citを結合させたIL-1bはほぼ完全に活性を失っていたが、FPを結合させたIL-1bは修飾前の1/2程度の活性を有していた.表面を修飾したIL-1bの活性確認実験において、当初はマウスTリンパ球(D10.G4.1株)を用いて細胞増殖能を評価する方法で行う予定であった。しかし同細胞株の培養に難渋し、線維芽細胞を用いる方法に切り替えた。しかしそちらの系においても、投与するIL-1bの濃度設定や採取する培養液の希釈率を適切に設定することが困難であり、またIL-8の定量方法(ELISA法を用いた)にも再現性がなかなか得られず、複数回の実験を重ねる必要が生じた。そのため計画より進捗が遅延している。

各種のサイトカインを机上でシミュレーションしたところ、IL-1bが最も安定してミセルを形成する可能性高かったため、IL-1bのミセル化を行った。無水シトラコン酸(Cit)と2,5-dihydro-4-methyl-2,5-dioxo-3- furanpropanoic acid(FP)の2種類の低分子を用いて表面電荷の調節を行い、ポリエチレングリコール鎖とポリ陽イオンの複合ポリマーを用いてPICmicelleを作成することに成功した。一方、低分子を表面に結合させたペプチドは表面構造が変化することから活性を失うことがあるため、その検証を行った。修飾前のIL-1b・Cit, FPをそれぞれ結合させた計3種類のIL-1bを、予め培養した線維芽細胞に投与した。投与24時間後に培養液を回収し、産生されるIL-8の量を定量することでそれぞれのIL-1bの生理活性を評価した。Citを結合させたIL-1bはほぼ完全に活性を失っていたが、FPを結合させたIL-1bは修飾前の1/2程度の活性を有していた。昨年からの進捗は、径100nmの径より大きいものを検証することが最適化には必須であることを指摘され、その追加実験を行っていることである。より大きな粒子での最適化が遅れており、この追加実験に時間がかかっている。また、内包粒子の選定にIL-1bが候補となったが、内包の安定性にかけるきらいがあり他物質の再選定を行っている。急性下肢虚血モデル作成24時間後に径30nmと100nmの蛍光ナノ粒子を静注し、内転筋等に粒子が集積するかを確認した。ナノ粒子はポリイオン複合体型中空粒子(PICsome)を用いた。径100nmのPICsomeを投与した群では、投与24時間後・72時間後において内転筋・恥骨筋で健側より有意に強い蛍光集積が認められた。径30nmのPICsomeを投与した群では、いずれの筋肉にも有意な集積の差は認められなかった。次にナノミセル化する薬剤を選定した。血管新生を誘導する物質としてサイトカインを用いることとした。無水シトラコン酸(Cit)と2,5-dihydro-4-methyl-2,5-dioxo-3-furanpropanoic acid(FP)の2種類の低分子を用いて表面電荷の調節を行い、ポリエチレングリコール鎖とポリ陽イオンの複合ポリマーを用いてPICmicelleを作成することに成功した。修飾前のIL1b・Cit, FPをそれぞれ結合させた計3種類のIL-1bを、予め培養した線維芽細胞に投与した。昨年からの進捗は、径100nmの径より大きいものを検証することが最適化には必須であることを指摘され、その追加実験を行ってきた。その結果、100nmで最も効率的に取り込まれることが確認された。FPで表面を修飾したIL-1bを内包した径100nmの蛍光ナノミセルを現在量産中である。今後はこのナノミセルを虚血モデルに投与し、PICsomeと同様の集積を示すか・下肢の血流の改善が得られるかを検討する予定。下肢血流の評価はLaser Doppler
TGF-βによる破骨細胞分化に関わる遺伝子群の解明

予備実験でTGF-β刺激により破骨細胞は分化し、TGF-β下流のSmad回路が活性化して分化を誘導することを確認した。Smad抗体(Smad2/3)を用いてChIPシーケンスの手法により、破骨細胞分化関連のSmad標的遺伝子を903個抽出した。抽出したSmad2/3標的遺伝子の中で、ヒストンH3の4番目のリジン(H3-K4)のと27番目のリジン(H3-K27)のトリメチル化修飾の変化を調べた。遺伝子の発現はH3-K27が脱メチル化されることが正に制御され、細胞を特定の分化方向へ向かわせる制御を担っていると考えられている。ゲノム上のどの領域に"bivalent mark"(H3K4me3、H3K27me3)をるいは"monovalent mark"(H3K27me3)が入っているかをChIPシーケンサを用いて確かめた。破骨細胞前駆細胞においてTGFβの刺激により"bivalent mark"から"monovalent mark"に変わるSmad標的遺伝子を抽出できれば、破骨細胞関連のTGFβ標的遺伝子が抽出できると考えた。現在この"bivalent mark"から"monovalent mark"に変わるSmad標的遺伝子の抽出を行い、標的遺伝子を7つまで絞りこむことができた。このうちいくつかの遺伝子は実際に破骨細胞分化に影響を及ぼすと考えられた。今後これらの候補遺伝子にこついて、抑制あるいは過剰発現を行った際に破骨細胞形成に変化がでてくるかどうか調べていくことが必要な状況である。本研究によって、TGFβで発現が誘導される、破骨細胞関連の遺伝子を抽出することができたことは大きな成果であると考えている。
イットリウム系高温超伝導線材の通電特性の解明と最適導体設計法の研究

イットリウム系高温超伝導体(YBCO)を金属基材上に堆積したYBCO線材は、優れた超伝導特性を有することが知られており、現在、日米欧で実用線材開発を目指した熾烈な競争が繰り広げられている。本研究は、先進超伝導パワー応用機器の開発を支援することを目的に、温度、磁界、試料の微細組織等によって複雑に変化するYBCO線材の通電特性を明らかにすると共に、素線の電界-電流密度特性の定式化・推定法を確立し、計算機援用による素線の最適構造の解明ならびに大電流容量導体開発のための工学的設計基盤を確立しようとするものである。本研究課題において得られた主な成果は次の通りである。(1)局所的電磁特性計測法の開発とYBCO線材における損失発生機構の解明高磁界下における線材内の局所的損失発生過程を可視化する手法を新たに開発し、局所的損失発生、電流分布、結晶欠陥との関係を明らかとすることによって、線材内の電流制限機構を解明した(2)工業材料としての通電特性の定式化・推定法の開発前記の知見を基に、巨視的通電特性のモデルを確立し、通電特性を解析的に記述する評価式を導出すると共に、限られた測定結果より任意の温度、磁界環境下における特性を推定する手法を確立した。また、実測との比較によりその定量性の検証を行った。(3)解析的通電特性を用いた数値シミュレーションによるコイル特性解析への適用素線の通電特性を基に、伝導冷却下における直流通電コイルの電熱特性を数値シミュレーションによって解析し、実験との比較により、コイル導体設計への適用可能性について検証した。すなわち、本研究で導出した非線形通電特性に関する解析式を用いて巻線内の損失分布を評価し、磁界分布、熱伝導を考慮した練成解析によって、コイル内温度の時間発展を求め、実測結果との比較によりその定量性を明らかとした。本研究は、温度、磁界、磁界印加角度、試料の微細組織等によって複雑に変化するイットリウム系(YBCO)高温超伝導線材の通電特性を明らかにすると共に、素線の電界-電流密度特性の定式化・推定法を確立し、計算機援用による素線の最適構造の解明、並びに大電流容量導体開発のための工学的設計基盤を確立しようとするものである。本年度の主な成果は次の通りである。(1)各種製法によるYBCO線材の通電特性評価パルスレーザ蒸着法、塗布熱分解法等、異なる製法で作製されたYBCO高温超伝導線材の電界-電流密度特性を、広い温度・磁界領域に亘り測定すると共に、筆者等の提出したパーコレーションモデルを用いて定式化した。さらに、得られた評価式の定量性に関して、30T近傍の超高磁界領域においても適用可能であることを実験によって検証した。これらのYBCO線材の通電特性は、応用機器設計のための基礎データとして高く評価された。(2)YBCO線材中の損失発生の可視化筆者等の開発した低温レーザ走査顕微鏡システムを用いて、線材内部の局所領域における損失発生を可視化すると共に、巨視的スケールにおける通電特性との関係並びに各種製法による特性分布の差異を明らかとした。本測定により臨界電流を制限している空間領域を特定できるため、結晶組織レベルでの制限因子解明への展開が期待できる。本年度得られた結果を基に、局所的組織観察との比較検証を行う準備を進めている。(3)損失の空間局在に伴うホットスポットによる熱的不安定性の検討

損失分布の測定結果より、微少欠陥近傍において電界集中が起き、ホットスポットによる熱的不安定性が素線の安定性を左右することを明らかとした。レーザ光を用いた局所加熱法によりYBCO層のクエンチ現象を実験的に調べると共に、定式化した電界-電流密度特性をもと、クエンチにおける温度分布の時間発展の数値シミュレーションを行った。本研究は、先進超伝導電力機器の開発を支援することを目的に、温度、磁界、磁界印加角度、試料の微細組織等によって複雑に変化するイットリウム系(YBCO)高温超伝導線材の通電特性を明らかにすると供に、素線の電界-電流密度特性の定式化・特性推定法を確立し、素線の最適構造の解明ならびに大電流容量導体開発のための工学的設計基盤を確立しようとするものである。平成16年度の主な成果は次の通りである。(1)従来法における空間分解能を飛躍的に向上させた、低温レーザ顕微鏡法を用いて局所的な電磁気的評価を行い、線材内のウィークポイントにおいて臨界電流密度J_cが制限されることを明らかとした。(2)PLD法、TFA-MOD法、CVD法など各種プロセスによる線材の、低温、高磁界領域を含む広い条件下での通電特性を評価し、プロセス間のJ_c特性の差異について定量的に示した。(3)J_cの角度依存性に対するスケール則により渦糸のピン止め機構について調べ、ランダムポイントピン、c軸方向の相関ピン、ab面方向の相関ピンの寄与を定量的に評価できる事を示した。さらに、温度依存性に対するスケール則を用いて、任意の温度、磁界、角度の条件下の特性を推定する基礎特性を明らかとした。(4)電磁気的特性と並んで導体応用の基礎となる素線の機械歪み特性に関して、一軸引張り・圧縮特性試験装置を開発すると共に、機械歪みによるJ_cの可逆変化を明らかとした。(5)低交流損失化のための素線構造の基礎となるフィラメント加工について、線幅のJ_cへの影響について示すと共に、低温レーザ顕微鏡法により、並列マルチフィラメント内のJ_c不均一性の評価が可能であることを明らかとした。平成17年度の主な成果は次の通りである。(1)新たに、高磁界型低温走査レーザ顕微鏡を開発し、磁界下におけるYBCO高温超伝導線材面内の磁束フロー損失分布を詳細に調べた。磁界の増大に伴い粒内の超伝導特性が支配的となり、磁束フロー損失分布が広くなることが明らかとなった。(2)走査SQUID顕微鏡を用いた磁気イメージングを基に、電流分布の評価を行うとともに、走査レーザ熱電顕微鏡による欠陥分布の可視化を行った。電流が欠陥を迂回するように流れる様子の可視化に成功するとともに、欠陥近傍では電流-電圧特性の非線形製を反映して、電流が集中していることを明らかとした。(3)上記(1)、(2)の相補的な実験結果を基に、局所的な電流-電圧特性の評価を行ったところ、現在開発されているYBCO高温超伝導線材においては、線材内部に局在する微小欠陥が電流の集中を誘起し、線材全体の損失発生に影響を与えていることが明らかとなった。(4)応用機器設計の基礎データとして重要な、磁界下の一軸引張り・圧縮歪特性を、実験により詳細に調べるとともに、臨界電流が可逆である領域において任意条件下の特性を定式化できることを明らかとした。