hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高次元多峰性問題における山谷構造と分布タイプ推定を利用した効率的な集団的最適化

3変数間依存性の高い最適化問題は,探索点の分布が偏った形状を持ち,特定の方向へ探索を進める必要のある難しい問題である.このような問題に対して,斜交座標系を構成し,斜交座標上で子個体を生成する交叉方法を提案した.実数値遺伝的アルゴリズムと粒子群最適化(Particle Swarm Optimization)を用いて,通常の交叉と提案した交叉を併用することで,変数間依存性の高い回転問題を解き,通常の交叉と比較して,優れた結果が得られることを示した.本研究では,下記の14の項目について研究を進めている.3は予定以上に順調に進んでおり,1,4は予定通り進んでいる.2は当初の予定とは異なる方法ではあるが進展しているため,おおむね順調に進展していると言える.各項目の進捗状況は以下の通りである.1探索点の隣接関係および山谷構造の推定:Gabrielグラフ(GG)を利用した場合,探索の初期段階や高次元問題では完全グラフに近い状態になり山谷構造の推定が困難になるという問題がある.これに対して,相対近傍グラフ(RNG)を利用することで初期段階や高次元関数に対応しやすくなることを確認した.また,GGとRNGを併用する方法として,両方のグラフで谷点となる探索点を支配者,片方のグラフのみで谷点となる探索点を準支配者とし,山谷構造の推定精度を向上する方法を検討した.2探索点分布タイプの推定:探索点分布タイプの推定は,変数間依存性の高い問題を解くために導入を予定しているが,今年度はそれに代わる方法として,斜交座標系を構成し,斜交座標上で子個体を生成する交叉方法を提案し,変数間依存性の高い回転問題が解けることを確認した.斜交座標を用いる方法を優先して研究したため,相関行列に基づく分布タイプの推定についてはあまり進展していない.3探索点のグループ化:目的関数値によるグループ化とK-means法によるグループ化を中心に検討し,目的関数値によって上位・中位・下位の3グループに分ける方法の有効性を確認した.4生成・置換戦略とアルゴリズムパラメータの制御:目的関数値によるグループ化において,グループ毎にパラメータを適応的に調整する方法の有効性を確認した.極端な個体を考慮したグループ化において,最良探索点群と最悪探索点群については特定のアルゴリズムパラメータを使用し,その他の個体群はアルゴリズムパラメータを適応的に調整する方法の有効性を確認した.本研究の目的は,進化的計算などの集団的最適化アルゴリズムにおいて,探索点の隣接関係から山谷構造を求め,探索点の分布タイプを推定し,探索点をグループ化してグループ毎に探索点の生成・置換戦略やアルゴリズムパラメータを動的に制御することにより,高次元多峰性問題を効率的に解くことである.本年度の主な研究成果は以下の通りである.1高次元問題では完全グラフになりやすいという課題があるGabrielグラフ(GG)に対して,相対近傍グラフ(RNG)を併用する方法について検討を継続した.
北半球および南半球からの同時観察を利用した小・中学校の学習プログラム作成

本研究の目的は、北半球および南半球から見た月の満ち欠けや月の日周運動を同時観察する装置を国内外に設置すること、そしてそれを用いた児童・生徒の科学的理解の向上を図る学習プログラムを完成させることであった。本研究の成果として、以下の3つがあげられる。第1の研究成果は、20万円程度の低予算で作成可能な月カメラを開発したことである。本研究以前に低予算型の星空カメラを開発していたが、本研究ではワンボードマイコンの主流となっているRaspberry Pi(ラズベリーパイ)を用いることで、遠隔操作をより低予算で実現することができた。第2の研究成果は、今回開発した月カメラを北半球(秋田大学)および南半球(インドネシア・バリ島)に設置したことである。海外ではインターネット環境が日本国内ほど整備されていない地域が多く、特に南半球地域での設置は難航した。特に固定IPが取得できなかったため大きな困難にぶつかったが、月カメラに追加の仕様変更をおこなうことで、問題を回避した。第3の研究成果は、南北に設置されている月カメラでの同時観測の結果を用いた教育プログラムの開発である。小学校では「天動説」をもとにした説明が、中学校では「地動説」をもとにした説明にさりげなく変化するのだが、本研究ではこのギャップをなくすような教育プログラムとなるようなものを作った。なお現在は、このプログラムを用いた教育実践を行っており、その結果をいずれ論文としてまとめるつもりである。今年度の研究実績としては、以下の2点がある。1星空カメラの改良星空カメラの試作品を用いて、夏季に運用実験を行った。その結果、試作品は耐久性に難があり、長期間の設置に耐えることができないことが判明した。そのためシステムを抜本的に見直し簡素化を図ると同時に、システム全体を覆う壁をプラスチック製のものから金属製のものへ、変更することにした。またそれに伴い全体の重量も増やし、暴風雨の下でも安定して動作するような仕様に変更した。2北半球・南半球からの同時観察を利用した教育プログラムの開発星空カメラなどのインターネット経由で観測するシステムを利用して、月の観察を行う教育プログラムを作成した。その一部は、『インターネット望遠鏡で観測!ー現代天文学入門ー』(慶応義塾大学インターネット望遠鏡プロジェクト編・森北出版・2016年)に掲載された。大きく見ると順調に進んでいるが、星空カメラの南半球における設置場所まで決めることができなかった点が、やや心残りである。その理由は、試作品が思いのほか脆弱であったためである。大幅に耐久性を挙げなければ、野外での長期間にわたる厳しい気候条件のなかで、研究遂行が困難になると予想されたからである。ただし耐久性の問題はほぼ解決したといってよいので、来年度は速やかに設置場所の選定に取り掛かる予定である。1)月カメラの機器及びソフトウェアの更新平成28年度の第1の研究成果は、Raspberry Piを用いた超小型経緯台のネットワーク制御に成功したこと、そしてそれを用いた月カメラの更新である。具体的には制御器をRaspberry Pi 2 Model Bにしたこと、カメラWatec WAT-250D2にしたこと、レンズをCBC M3514-MP (f:35mm)にしたことである。これにより、月カメラの特性を月に特化させ、より月を鮮明にとらえられるようにした。またこれに関連して、経緯台の制御Webページについても作成した。2)月の観測の実施について月カメラの完成に伴い、大学内に長期にわたり設置し、観測を続けている。月は満ち欠けにより明るさを大きく変えるが、今回の長期設置により、どのような形の月でも鮮明にとらえられることを確認した。3)教育プログラムの作成平成28年度の半ばから、月カメラを利用した今日行くプログラムの作成に取り掛かって入る。現時点で小学生用の教育プログラムは、ほぼ完成した。28年度は長期観測体制を構築しなければならなかったが、それについてはクリアできたため、おおむね順調に推移していると考えている。ただし海外への設置については、当初予定より若干遅れている。これは研究代表者が副学部長となり、その業務が多忙を極めたためである。29年度も同様の状況が予想されるが、何とか海外設置までこぎつけたいと考えている。平成29年度は最終年度であったため、本来であれば星空カメラの設置と教育プログラムの実践をおこなう計画であった。ただし本計画実施者が副学部長および副学長となり多忙を極めたため、海外への設置については平成30年度におこなうことにした。平成29年度おこなったことは、以下の3点である。1)星空カメラの耐久性の実験:星空カメラは長期間にわたり野外に設置する計画なので、海外への設置の前に夏の暑さや冬の寒さに本当に耐えることができるかを、十分に調査研究しておく必要があった。そのためほぼ1年かけて、これらの調査をおこないその対策を練った。星空カメラ内は夏には60度程度の高温になり、また冬場には雪に覆われてしまうが、我々の開発した星空カメラはほとんど改良なしに通年にわたって野外設置しても良いという結論を得た。2)教育プログラムの開発::星空カメラの海外への設置の前に、月の満ち欠けを中心とする教育プログラムを作成した。特に現行の小・中学校の学習指導要領を十分に考慮に入れたうえで、小学校・中学校間に存在したギャップを埋めるようなものを考えた。その一部については秋田大学で実施している観望会等で紹介した。

これにより、平成30年度には実際に小学校・中学校において授業実践をおこなう準備が完全に整った。本計画は平成27年度からスタートしたが、本計画実施者が平成28年29年度にかけて副学部長および学長補佐を兼務する立場になってしまった。そのため特に学内業務について多忙を極め、研究時間が十分に取れなかったことが研究の遅れにつながった。ただし星空カメラの海外設置と教育実践以外の計画は達成済みの状態にあるので、平成30年度で残りの計画をすべて実施し、研究を完成させる予定でいる。本研究の目的は、北半球および南半球から見た月の満ち欠けや月の日周運動を同時観察する装置を国内外に設置すること、そしてそれを用いた児童・生徒の科学的理解の向上を図る学習プログラムを完成させることであった。本研究の成果として、以下の3つがあげられる。第1の研究成果は、20万円程度の低予算で作成可能な月カメラを開発したことである。本研究以前に低予算型の星空カメラを開発していたが、本研究ではワンボードマイコンの主流となっているRaspberry Pi(ラズベリーパイ)を用いることで、遠隔操作をより低予算で実現することができた。第2の研究成果は、今回開発した月カメラを北半球(秋田大学)および南半球(インドネシア・バリ島)に設置したことである。海外ではインターネット環境が日本国内ほど整備されていない地域が多く、特に南半球地域での設置は難航した。特に固定IPが取得できなかったため大きな困難にぶつかったが、月カメラに追加の仕様変更をおこなうことで、問題を回避した。第3の研究成果は、南北に設置されている月カメラでの同時観測の結果を用いた教育プログラムの開発である。小学校では「天動説」をもとにした説明が、中学校では「地動説」をもとにした説明にさりげなく変化するのだが、本研究ではこのギャップをなくすような教育プログラムとなるようなものを作った。なお現在は、このプログラムを用いた教育実践を行っており、その結果をいずれ論文としてまとめるつもりである。平成28年は、国内外への星空カメラの設置を考えている。星空カメラの設置場所を確定させたうえで、28年度中に現地に行き、実際に装置一式を設置する。具体的には国内に1台、海外に1台の設置を考えている。星空カメラについては耐久性を高めたため、現時点で問題となる課題はほぼなくなった。またそれと同時に、教育プログラムの実施に向けた計画も進める。平成29年度は、星空カメラを用いた教育プログラムの実践とその効果の検証をおこなう。完成したシステムおよび教育プログラムを利用して、平成29年度には実際に小学校・中学校において授業実践をおこないたいと考えている。また月の満ち欠け・星の日周運動をWeb上でシミュレーションする補助教材も作成する。そして最終的には、これまで作り上げたシステムと教育プログラムを無料で公開したいと思っている。平成29年度が最終年度となるため、月カメラの海外設置を行う予定である。
分裂酵母AP-1様転写因子papl^+の構造・機能解析

分裂酵母papl蛋白質は、7残基毎にロイシンが5回繰り返し、さらにその直前に塩基性アミノ酸に富む領域が存在する“ロイシンジッパー"構造をもつ。544アミノ酸よりなる蛋白質で、細胞内では電子量75kdのリン酸化蛋白質として存在している。大腸菌で産生させた2種類の融合papl蛋白質(50kdのpap50と7kdのpap7:後者は阪大、蛋白研の白川、京極両博士、阪大、薬学部、箱島博士との共同研究)は、in vitoでAP-1配列(TTIG AGTCA)に特異的に給合することが示された。さらに溶液中でpapl蛋白質は二量体で存在する。今回、paplのターゲット置伝子の1つp25(25kdの蛋白質をコードする)を同定した。papl置伝子の過剰発現により細胞内P25蛋白質及びmRNA量は少なくても数倍上昇した。逆にpapl破壊欠損細胞ではP25の発現は全くみられなかった。置伝学的解析から、p25は核蛋白質crml変異細胞で大量に蓄積することが知られていた。今回我々は、crml変異細胞でp25蛋白質が蓄積するのは、popl依存性の現象であり、しかもpapl欠存がcrml変異を抑制することを見い出した。すなわち、crmlはpapl転写因子を員に制御する新しい核蛋白であることが示された。crml変異ではp25蛋白質蓄積のみならず、クロマチン構造が大きく変化する。従って転写因子paplは、真核生物のクロマチン構造権持にも重要な役割を果すことが示唆された。
カロリー制限の抗老化機構:Neuropeptide Yと受容体サブタイプの解析

カロリー制限(CR)の抗老化効果におけるNeuropeptide Y (NPY)の役割を実証するために、NPYノックアウト(KO)マウスを自由摂食(AL)、CR下で飼育し、寿命や酸化ストレスに対する耐性をテストした。1)寿命: NPY-koマウスの生存率はAL, CRいずれの条件でも野生型マウスよりも低かった。2)酸化ストレス耐性: NPY-KOマウスでは、CRの効果(ストレス耐性)が減弱した。以上の結果から、CRの抗老化効果には、NPYが重要な役割を果たしていることが示唆された。カロリー制限による抗老化、寿命延長効果は、摂取カロリー低下にともなう神経内分泌系の適応とそれに引き続くエネルギー代謝の変化、ストレス耐性が重要なメカニズムと考えられる。この適応におけるNeuropeptide Y(Npy)の役割を実証するために、Npyノックアウト(KO)マウスを用いて、以下の実験を行った。2、グルコース-インスリン系の解析:CRはエネルギー(グルコース)摂取時、グルコースの組織取り込みとインスリンシグナルの活性化を変化させる。本年度は、6ヶ月齢において採血し、血中インスリン、グルコース濃度を計測した。Npy-ko(-/-)では、摂食後、インスリン濃度が高いにもかかわらず、血中グルコース濃度が高く、CR下におけるグルコース-インスリン系制御におけるNpyの役割が示唆された。3、酸化ストレス耐性:CRの特徴である酸化ストレス耐陸に着目し、ミトコンドリア呼吸鎖の複合体IIの阻害剤(3-NPA)を投与し、肝臓や脳における酸化ストレス誘導MAPKや遺伝子発現の変化について、現在、検討している。今年度は、6日月齢(若年)マウスの解析は主体であったが、来年度は中、高齢マウスの解析が可能となり、CRにおける神経内分泌系の適応とNpyの役割がさらに検討できると考えられる。また、Npy受容体KOマウスを導入し、さらにNpy受容体サブタイプ特異性を明らかにする。カロリー制限(CR)の抗老化、寿命延長効果は、摂取カロリーの低下にともなう神経内分泌系の適応とそれに引き続くエネルギー代謝の変化、ストレス耐性が重要なメカニズムと考えられる。このメカニズムにおけるNeuropeptide Y (Npy)の役割を実証するために、Npyノックアウト(KO)マウスを自由摂食(AL)、CR下で飼育し、寿命や酸化ストレスに対する耐性をテストした。1)寿命:現在、寿命集団は、120週齢を超えたが、Npy-koマウスの生存率はAL,CRいずれの条件でも野生型マウスよりも低かった。2、グルコースーインスリン系の解析:CRはエネルギー(グルコース)摂取時、グルコースの組織取り込みとインスリンシグナルの活性化を変化させる。6ヶ月齢において採血し、血中インスリン、グルコース濃度を計測した。Npy-ko (-/-)では、摂食後、インスリン濃度が高いにもかかわらず、血中グルコース濃度が高く、CR下におけるグルコースーインスリン系制御におけるNpyの役割が示唆された。3、酸化ストレス耐性:CRの特徴である酸化ストレス耐性に着目し、ミトコンドリア呼吸鎖の複合体IIの阻害剤(3-NPA)を投与し、肝臓や脳における酸化ストレス誘導MAPKや遺伝子発現の変化について、現在、検討している。3-NPA高濃度投与による生存率は、CRで高まるが、koマウスではその効果が消失した。以上の結果から、CRの抗老化効果には、Npyが重要な役割を果たしていることが示唆された。
状態機械のメタモル・モデルの研究

本研究では、未知の状態機械の構造を推定するという問題に対し、人間がとう対処するかを仔細に観察する分析的方法と、この問題を解くことのできる人工知能プラグラムを作る合成的方法とを併用している。分析的方法については、既に、実験とその結果の解析が行われている。63年度は、その結果を参考にして、主に、合成的方法を以下のように進めた。自動的に生成される未知の状態機械推定問題に対して、解答を与えられるようなプログラムをワーク・ステーション上で、LISPを用いて作成した。この推定問題の解法はいくつもあり、したがって、それを解くプログラムをいくつも作成することができる。ある1つの解法が、状態機械を理解する1つのメンタル・モデルに対応するとも言える。例えば、単純に、状態遷移に対応する人力値を憶えていくモデルや、状態機械の特徴的なパターンを手がかりとして理解するモデルや、以前に理解した状態機械を憶えておき、それを参照して、推定しながら理解するモデルなどを作成した。その結果、[1]状態機械の状態数や、入力値の個数が増加することによって、どの程度状態機械の理解の難易度が大きくなるか、[2]状態機械の特徴的なパターンに着目して理解することによって、どの程度記憶のチャンク数が少なくて済むか、[3]以前に理解した状態機械に基づく推定の効果、[4]忘却のパフォーマンスへの影響などが、定量的に明らかにされた。また、応用の一例として、市販されているいくつかのエディタ・ソフトのコマンド構造を状態機械に置き換え、構成したモデルを用いて、エディタ・ソフトの使用容易性の評価を試みた。
特殊教育において情報手段の活用を推進するための教員研修教材の充実に関する研究

1、最近の調査資料を総合して、特殊教育諸学校等における情報手段(特にコンピュ-タ)の利用について、1)その特徴、2)ハ-ドウェアとソフトウェアの整備状況、3)市販のソフトウェア、4)自作のソフトウェア等の視点から、また教師が自作して児徒生徒の指導に使用した学習用ソフトウェア(104本)や「第1回特殊教育学習ソフトウェアコンク-ル」に応募された作品(99本)を、1)障害種別、2)教科領域、3)拡張入出力装置等の視点から整理し、情報手段の活用の概況を分析し報告した。2、上肢の障害のある児童生徒が情報手段を活用するときに不可欠な「操作スイッチとコンピュ-タの接続」について、操作スイッチの作製例やその制御プログラムについて、最も有効な方法を実験により確認し、手引書として詳細に報告した。3、養護学校等における上肢運動機能障害児のコンピュ-タの操作環境の現状と養護学校で実現できる操作環境の改善方法を検討した。そのなかで、個々の児童生徒に要求される操作環境の改善に貢献できるキ-ボ-ド・マウスエミュレ-タを構想し、これを開発した。障害の状態への適合をめざして作成したキ-ボ-ド・マウスエミュレ-タは、これを使用した2人の障害児によって彼らのニ-ズに応える有効な手法であることを確認し、発表した。4、以上の研究成果を、本研究所第1回短期教員研修講座(教育工学コ-ス)の講義で教材として使用したところ好評であり、教師研修教材として有効であることを確認した。今後、これらをさらに発展させ特殊教育における実際的・総合的な情報手段の活用に関する教員研修教材として提供したい。
光増幅機能素子の開発研究

本研究の光増幅機能素子は、光増幅、光双安定、光一方向性等のように、光電子工学における能動素子として、必要なほとんどの機能を実現できるデバイスである。しかし、性能面においては、応答速度の改善、光帰還の制御、素子動作の安定化、動作入力光の低電力化などが課題として残されている。これらに対しデバイス構造の微小化を計るため、有機金属気相エピタキシャル成長による結晶作製、入出力部を偏位させ光帰還を低減した構造の考案、ポリイミド膜による保護膜の実験と理論的検討を行った。1.有機金属気相エピタキシャル成長装置完成後、GaAs結晶層の成長を行い室温でキャリア濃度7.5×【10^(15)】【cm^(-3)】、電子移動度5274【cm^2】/V・Sの結果を得た。この成果を基にして今後AlGaAs、AlInAs、InGaAs等、機能素子に必要な結晶層成長が可能である基礎的知見を得た、なお本方法は通常の有機金属気相エピタキシャル成長法に比べて、安全度が非常に高く、実用化への期待が強い。2.素子特性の経時劣化に対しては、入力部の異種接合ホトトランジスタの接合端面をポリイミド膜で被覆するプロセスを開発した。これにより従来一週間程で光電変換利得が半分以下に劣化するのが、2ケ月経ても利得に変化が見られなくなった。3.従来、光帰還率が大きかったものを、抑制することにより、入出力の波長を一致させた場合でも安定に増幅動作が得られるようになった。4.上記成果を基にして、入力光の波長が0.91.2μmに対して、一定波長1.1μm以上の出力光を得ることができる見通しを得た。これは光多重通信にとって重要な機能と考えられている。5.光帰還率の抑制により、光増幅特性において線形性向上の改善策を得た。動作入力光の低電力化を除いて、動作特性に幾多の改善が得られた。今後引続き残された課題に取組んでいく。本研究の光増幅機能素子は、光増幅、光双安定、光一方向性を備えたデバイスにて、光エレクトロニクスにおける能動素子として必要なほとんどの機能を単一のデバイスで実現できるものである。しかし、特性面においては、応答速度の改善、光帰還の制御、動作入力光の低電力化などが、課題として残されている。このため、新しい成長方法によるデバイス構造の微細化を計るため、有機金属エピタキシアル成長装置の組立てと、液相エピタキシアル法による新デバイス構造の作製と光帰還制御に関する実験と解析を行なった。1.有機金属気相エピタキシアル成長装置反応系を、特に高真空性による成長層の高純度化の観点から、設計・組立てを行なった。2.光増幅機能素子の入力部である異種接合光トランジスタのコレクタ層にInPを採用し、素子耐圧の改良を行なった。3.異種接合光トランジスタのベース層の混晶組成を、二結晶法X線回折により精密に測定し、制御することにより、漏れ電流の改善されたデバイスを再現性よく得た。4.光増幅機能素子の出力部であるストライプ型発光ダイオードの最適設計により、0.5%を越える発光効率を得た。5.入出力部の空間的分離集積構造により、1.9の光増幅率、光双安定、光スイッチ特性を得た。6.光増幅機能素子に測定端子を設けることにより,入出力部の特性を分離して行ない、光帰還の定量的解析と帰還機構の解明を行なった。7.これに基づき、光吸収層の一層挿入により、10を越える光増幅と光双安定、光スイッチ動作を実現した。8.入力光部異種接合光トランジスタの小形化により100nsの応答速度を得た。ディジタルボックスカーインテグレータによる測定系の整備により高速応答特性の測定を可能にした。

4.上記成果を基にして、入力光の波長が0.91.2μmに対して、一定波長1.1μm以上の出力光を得ることができる見通しを得た。これは光多重通信にとって重要な機能と考えられている。5.光帰還率の抑制により、光増幅特性において線形性向上の改善策を得た。動作入力光の低電力化を除いて、動作特性に幾多の改善が得られた。今後引続き残された課題に取組んでいく。
細胞認識因子を組み込んだインテリジェント型細胞分離基材の開発

本研究課題では、再生医療への応用を目的とし、細胞治療に用いる細胞を温度変化のみで分離するインテリジェント型分離基材の設計を行なった。ガラス基板、微細加工基板、マイクロファイバーの表面に温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)を修飾し、37°Cで細胞を接着させて20°Cで細胞を脱着させる基板表面を作製した。この際、細胞種ごとの接着性の差を大きくする基材設計を行なう事で細胞の分離効率の向上を試みた。本研究課題では細胞を選択的に接着させる温度応答型インテリジェント界面の設計を目的としている。平成26年度の研究期間において以下の検討をおこなった。温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)に三級アミンの正荷電を有するモノマーであるN,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(DMAPAAm)、および4級アミンの正荷電を有する(3-アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド(APTAC)を、疎水性のモノマーであるtert-ブチルアクリルアミド(tBAAm)と共重合した三元共重合体P(IPAAm-co-DMAPAAm-co-tBAAm)、P(IPAAm-co-APTAC-co-tBAAm)の高分子ブラシをガラス基板上に作製した。これらの高分子ブラシにヒト骨髄由来間葉系幹細胞hbmMSCとヒト皮膚線維芽細胞(NHDF)およびヒト骨髄由来細胞群を播種したところ、37°Cにおいて、hbmMSCのみ強い接着挙動を示し、他の細胞は弱い接着挙動、もしくは非接着の挙動を示した。また、温度を20°Cに下げたところ、接着していたhbmMSCが高分子ブラシから脱着し回収することができた。これにより作製したP(IPAAm-co-DMAPAAm-co-tBAAm)ブラシ、およびP(IPAAm-co-APTAC-co-tBAAm)ブラシを用いることで、hbmMSCと他の細胞との温度変化のみによる分離が可能であることが示された。平成27年度の研究期間において以下の検討をおこなった。ポリビニルベンジルクロライド(PVBC)のマイクロファイバーをエレクトロスピニングにより紡糸し、ファイバー表面の開始基から温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)を原子移動ラジカル重合(ATRP)により修飾した。数種のヒト由来細胞を用いて37°Cにおける接着性、20°Cにおける脱着性を検討したところ、37°Cでは、細胞種によって接着性が強い細胞と接着しない細胞が存在し、また、温度を20°Cに下げたところ、接着していた細胞が脱着することが確認できた。これにより、PIPAAm修飾マイクロファイバー表面への細胞接着性の違いと温度変化による細胞脱着を利用した細胞分離システムを提案した。また、ビニルベンジルクロライド(VBC)とスチレン(St)の共重合体P(St-co-VBC)のキャスト薄膜を作製し、ナノインプリントリソグラフィーを用いて表面に凹凸構造を作製した。さらにATRPにより凹凸表面にPIPAAmを修飾する事で、温度変化による濡れ性変化を増強する表面を作製した。この表面への細胞種ごとの細胞接着性の違いによる細胞分離への検討をおこなう。さらには、細胞外マトリクスなどのタンパク質を強固に接着させる目的で強イオン性のポリ(3-アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド(PAPTAC)セグメントと温度応答性のPIPAAmのセグメントを有するブロックコポリマーブラシ表面を作製した。これらは、前年度に検討したランダム共重合体表面と比較して、強固にタンパク質を接着させる事が確認できたため、細胞接着性材料、細胞分離材料への応用をおこなう予定である。平成27年度の検討により温度応答性マイクロファイバーの作製と細胞分離への検討、ナノインプリントリソグラフィーを用いた温度応答性凹凸基板の作製と細胞接着性の検討、強イオン性ブロックコポリマーブラシ構築によるタンパク質の吸着制御を行っており、これらにより様々な方法で各種細胞の分離・精製の可能性を示せた。また、温度応答性界面への細胞認識リガンドの導入にも着手しており、現在までの検討よりも精度の高い細胞分離が行える事が期待されるため。平成28年度の研究期間において以下の検討をおこなった。平成27年度の検討から継続して温度応答性マイクロファイバーを作成した。また、温度応答性マイクロファイバーへの脂肪由来組織の細胞の細胞接着・脱着挙動の詳細検討を行った。その結果、脂肪由来間葉系幹細胞(ADSC)がマイクロファイバーに選択的に接着する事を発見した。これにより、作製したマイクロファイバーを用いて脂肪組織から、ADSCの精製が可能である事を示した。また、平成27年度に引き続き、ビニルベンジルクロライド(VBC)とスチレン(St)の共重合体P(St-co-VBC)のキャスト薄膜を作製し、ナノインプリントリソグラフィーを用いて表面に凹凸構造を作製した。さらにATRPにより凹凸表面にPIPAAmを修飾した。

血管内皮細胞(HUVEC)、繊維芽細胞(NHDF)、骨格筋筋芽細胞(HSMM)の接着脱着挙動を確認したところ、穴の開いた形状の基板では、37°CでNHDF、HSMMは接着し、HUVECは接着しない傾向が見られた。また、温度を20°Cに下げると、接着していたNHDFが脱着し、HSMMは脱着しなかった。これにより、温度変化のみで細胞を分離する凹凸基板の作製指針を示した。さらには、細胞外マトリクスなどの細胞接着に関与するタンパク質を接着・脱着させる目的で、強イオン性のポPAMPSセグメントと温度応答性のPIPAAmのセグメントを有するブロックコポリマーブラシ表面を作製した。平成28年度の検討により温度応答性マイクロファイバー、温度応答性凹凸基板の作製と細胞分離への応用を示せた。また、温度応答性マイクロファイバーの細胞分離への検討は当該年度内に投稿論文が公開されており、温度応答性凹凸基板については論文投稿準備の段階まで至っている。また、新たな温度応答性の機能性表面として強酸性官能基を有するブロックコポリマーブラシの作製も行い、タンパク質を強固に接着させることを見出している。加えて細胞認識リガンドを基板表面への導入にも着手しており、より高精度な細胞分離が行える事が期待できる。本研究課題では細胞を選択的に接着させる温度応答型インテリジェント界面の設計を目的としている。平成29年度の研究期間において以下の検討をおこなった。細胞分離を目的とした微細構造を有する温度応答性のガラス基板の作製を行なった。熱可塑性のスチレン(St)と原子移動ラジカル重合の開始基を有するビニルベンジルクロライド(VBC)の共重合体P(St-co-VBC)をラジカル重合により作製し、疎水性のガラス基板表面にP(St-co-VBC)のキャスト膜を作製した。さらに熱ナノインプリントリソグラフィーにより、キャスト膜表面に微細構造を作製した後、原子移動ラジカル重合(ATRP)により温度応答性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PIPAAm)を修飾した。この基板への、繊維芽細胞(NHDF)、血管内皮細胞(HUVEC)、骨格筋筋芽細胞(HSMM)の温度37°Cでの細胞接着性の違い、および温度20°Cでの細胞脱着性の違いを用いた細胞分離を達成した。表面開始可逆的付加-開裂連鎖移動(RAFT)重合を用いてPIPAAmブラシ修飾基板を作製し、細胞接着を促すペプチドを基板に修飾することで、細胞種ごとの細胞接着性の差を大きくし、細胞分離に応用する検討を行った。環状RGDペプチドをRAFT重合により作製したPIPAAmブラシに修飾し、NHDFや間葉系幹細胞(MSC)を播種し接着性を確認したところ、細胞種により接着性が異なる結果が得られた。また、シリカビーズにPIPAAmとカチオン性のN,N- Dimethylaminopropyl acrylamide (DMAPAAm)の共重合体を修飾し、カラムに充填する事で細胞分離カラムの検討を行った。カチオン性のDMAPAAmの導入量の増加により、細胞の保持が促進されることがわかった。
銀ナノ粒子によるオートファジー阻害と細胞毒性の分子メカニズム

銀ナノ粒子は、抗ガン剤や抗病原微生物薬など医療応用への開発が最も期待されている金属ナノ粒子である。しかしながら、細胞毒性も強いことから、医療応用への安全性を確立するために、生体内挙動と毒性発現機構を明らかにする試みがなされている。二年目の研究実施計画に従い、オートファジー・リソソーム系のマスターレギュレーターとして知られている転写因子TFEBに着目して実験を行った。通常、転写因子TFEBは、リソソームの機能を維持することで、オートファジー・リソソーム系が担う細胞内消化やprogram cell death、栄養飢餓からの生理機能維持を行うと考えられてきた。したがって、銀ナノ粒子の毒性が発揮されるためには、銀ナノ粒子が直接、TFEBの機能を阻害するためと仮定し実験を行った。リソソーム内に銀ナノ粒子が蓄積すると、pH上昇の結果、リソソーム機能が破綻する。このとき、TFEBの発現は、銀ナノ粒子の曝露濃度依存的に減少することが分かった。TFEBは転写因子として機能することから、細胞分画を行い、細胞質内と核内のTFEBの発現を調べたが、両方の画分において、TFEBの発現の減少が認められた。この結果から、銀ナノ粒子は、オートファジー・リソソーム系の機能破綻にTFEBの発現減少を引き起こして毒性を起こすとも考えられた。さらに、銀ナノ粒子の毒性とTFEBの発現との関連性を調べるため、TFEBの減少をプラスミド導入によって意図的に補充したが、オートファジーの阻害や毒性に変化は認められなかった。以上の事から、銀ナノ粒子は、TFEBの発現をも減少させ、オートファジー・リソソーム系を阻害するが、それは毒性を決定する主要なメカニズムではなく、リソソームpHの破綻に並行して起こる二次的な現象の結果であることが明らかとなった。銀ナノ粒子の毒性メカニズムとオートファジー・リソソーム系の関連性が見出されたことから、二年目は研究実施計画に沿って、オートファジー・リソソーム系のマスターレギュレーターであるTFEBに着目して実験を進めた。銀ナノ粒子の曝露の結果、リソソーム内pHの破綻とオートファジー・リソソーム系の阻害を引き起こすが、そのメカニズムにTFEBの関連性という問題を解決するに至った。一方で、身内の体調不良により、介護の必要が生じたため、所属機関では助教ではなく非常勤講師として、研究活動を継続せざるをえなかった。そのため、当初計画の遅延が生じたことから、本年度の研究は、やや遅れていると判断し、研究期間を1年延長して研究を遂行する予定である。今後は、銀ナノ粒子によるリソソームpHの破綻と細胞死を制御する機構について調べることを想定している。あわせて、TFEBの減少によって生じるリソソームpHに関わる遺伝子の転写レベルも解析していく予定である。なかでも、ATP6V0E1、CTSA、CTSBなどの遺伝子は、リソソームのpH維持に関わる重要な因子として知られている。銀ナノ粒子によるTFEBの発現症の結果、これらのリソソームに関連する遺伝子の発現がどのように変化するかも調べていく。初年度の研究実施計画に従い、リソソームH+輸送体の阻害実験を行った。最初に、リソソームのpH維持に最も寄与が大きいと想定されているH+輸送体V-ATPaseに着目した。ヒト肺胞上皮細胞A549に、銀ナノ粒子とV-ATPase阻害剤であるバフィロマイシンA1をそれぞれ曝露した後、リソソームのpH変化を共焦点レーザー顕微鏡によるライブセルイメージングによって評価した。ここでは、酸性オルガネラ下で蛍光を発するon-target型の蛍光プローブを用いた。その結果、銀ナノ粒子は、リソソームに分布し、蓄積するのみならず、バフィロマイシンA1と同様にリソソームpHを上昇することで毒性に関与する可能性が示唆された。次に、銀ナノ粒子のリソソームpH上昇が、オートファジー・リソソーム系に影響すると仮定し、オートファジーを評価した。オートファジーの代表的なマーカーであるp62/SQSTM1とLC3B-IIをwestern blottingで評価したところ、いずれも銀ナノ粒子曝露により上昇した。同時に、共焦点レーザー顕微鏡を用いて、オートファゴソームを特異的に標識する蛍光プローブを用いたところ、蛍光が上昇することが分かった。さらに、銀ナノ粒子がオートファジーを阻害するのか誘導するのかを明らかにするため、flux assayを用いてLC3B-IIの挙動を評価したところ、銀ナノ粒子は、オートファジーを誘導するのではなく阻害することが明らかとなった。初年度は研究実施計画通りに、リソソームH+輸送体の評価とオートファジーの評価を遂行することができた。リソソームH+輸送体の実験においては、V-ATPaseの特異的阻害剤であるバフィロマイシンA1と銀ナノ粒子の比較実験を優先させたことが、ほかのリソソームH+輸送体の阻害実験の結果を得るよりも早く、リソソームpH変化と銀ナノ粒子の細胞内分布との関連性を詳細に追求することにつながった。

さらに、銀ナノ粒子によるオートファジーへの影響についても、先行するナノ粒子研究では、明らかにされることのなかった問題、すなわち、ナノ粒子がオートファジーを阻害しているのか誘導しているのかという矛盾を解決するに至った。特にこの成果は、既存のオートファジーマーカーの定量やオートファゴソームの観察のみならず、flux assayによる評価を組み合わせた多面的な研究方法に取り組んだことで、銀ナノ粒子がオートファジーを誘導するのではなく阻害するという結論に至ることができた。以上の理由から、本研究は研究実施計画に沿って遂行していると判断している。銀ナノ粒子は、抗ガン剤や抗病原微生物薬など医療応用への開発が最も期待されている金属ナノ粒子である。しかしながら、細胞毒性も強いことから、医療応用への安全性を確立するために、生体内挙動と毒性発現機構を明らかにする試みがなされている。二年目の研究実施計画に従い、オートファジー・リソソーム系のマスターレギュレーターとして知られている転写因子TFEBに着目して実験を行った。通常、転写因子TFEBは、リソソームの機能を維持することで、オートファジー・リソソーム系が担う細胞内消化やprogram cell death、栄養飢餓からの生理機能維持を行うと考えられてきた。したがって、銀ナノ粒子の毒性が発揮されるためには、銀ナノ粒子が直接、TFEBの機能を阻害するためと仮定し実験を行った。リソソーム内に銀ナノ粒子が蓄積すると、pH上昇の結果、リソソーム機能が破綻する。このとき、TFEBの発現は、銀ナノ粒子の曝露濃度依存的に減少することが分かった。TFEBは転写因子として機能することから、細胞分画を行い、細胞質内と核内のTFEBの発現を調べたが、両方の画分において、TFEBの発現の減少が認められた。この結果から、銀ナノ粒子は、オートファジー・リソソーム系の機能破綻にTFEBの発現減少を引き起こして毒性を起こすとも考えられた。さらに、銀ナノ粒子の毒性とTFEBの発現との関連性を調べるため、TFEBの減少をプラスミド導入によって意図的に補充したが、オートファジーの阻害や毒性に変化は認められなかった。以上の事から、銀ナノ粒子は、TFEBの発現をも減少させ、オートファジー・リソソーム系を阻害するが、それは毒性を決定する主要なメカニズムではなく、リソソームpHの破綻に並行して起こる二次的な現象の結果であることが明らかとなった。銀ナノ粒子の毒性メカニズムとオートファジー・リソソーム系の関連性が見出されたことから、二年目は研究実施計画に沿って、オートファジー・リソソーム系のマスターレギュレーターであるTFEBに着目して実験を進めた。銀ナノ粒子の曝露の結果、リソソーム内pHの破綻とオートファジー・リソソーム系の阻害を引き起こすが、そのメカニズムにTFEBの関連性という問題を解決するに至った。一方で、身内の体調不良により、介護の必要が生じたため、所属機関では助教ではなく非常勤講師として、研究活動を継続せざるをえなかった。そのため、当初計画の遅延が生じたことから、本年度の研究は、やや遅れていると判断し、研究期間を1年延長して研究を遂行する予定である。今後は、オートファジーリソソーム系のマスターレギュレーターと位置づけられているTFEBに着目し、研究を遂行する計画である。すなわち、TFEBを細胞内在的に発現するヒト
全球雲解像モデルが再現するマッデン・ジュリアン振動の時空間構造分析

本研究において解析対象としている全球雲システム解像モデルNICAMによるマッデン・ジュリアン振動(MJO)のシミュレーション結果のうち、2011年に行われた国際的なMJO集中観測プロジェクトCINDY2011/DYNAMOで捉えられた事例を再現したものについて、combined-Fourier-wavelet-transform法を適用することにより、MJOの対流活発域内においてどのような赤道波が卓越していたかを調べた。解析の結果、水平14 kmシミュレーションにおいては観測に比べて赤道ケルビン波のシグナルが過少となっていることが明らかになった。一方で、MJOの対流活発域自体の東西スケールや東進のタイミングは観測と水平14 km解像度のシミュレーションでとてもよく一致している。MJOの東進の性質は、その内包する赤道波の性質に大きく依存するとする説と、MJOと同等の水平スケールにおける熱や水蒸気の収支が主たる決定要因であり、内部の細かい構造には大きく依存しないとする説があるが、上述の結果は後者をサポートするものとなっている。さらに水平解像度の異なるシミュレーション(3.5 km, 7 km)との比較を行ったところ、いずれの解像度においても赤道ケルビン波は同程度に過少となっていたが、3.5 km実験においてはMJOの東進が観測とよく一致していたで一方で、7 km実験においては東進が不明瞭であった。7 km実験においては対流活発域西部において海洋からの潜熱供給が過大となっており、大きな水平スケールにおける熱・水蒸気の収支が現実と異なったことによって東進が阻害された可能性がある。この結果もまた、MJOの東進は対流活発域の内包する赤道波よりも、大規模の熱・水蒸気収支に大きく依存するとする説をサポートするものとなっている。予定通りに、解析対象としている実験データにCombined-Fourier-wavelet-transform法を適用してMJO対流活発域内の赤道波成分の解析を実施した。またこれにより、時間方向に限られた実験データに対して従来以上に詳細な考察をすることが可能になり、解析結果を元にMJOの東進について存在している相反する議論の一方をサポートすることができた。作業が予定通りに進むとともに、解析結果がMJOを理解する上で有益であることを示すことができていることから、本研究は順調に進展していると判断する。本研究において解析対象としている全球雲システム解像モデルNICAMによるマッデン・ジュリアン振動(MJO)のシミュレーション結果のうち、2011年に行われた国際的なMJO集中観測プロジェクトCINDY2011/DYNAMOで捉えられた事例を再現したものについて、水平解像度14km, 7km, 3.5 kmの3種類の設定での実験結果にcombined-Fourier-wavelet-transform法を適用にすることにより得られた知見について論文にまとめた。現在は共著者の菊池氏(上記解析手法の考案者)と投稿のための調整を進めている。また、菊池氏にNICAMによるMJO54事例のデータを提供するなど緊密に連携して、NICAMが再現するMJOにおける赤道波(特にケルビン波,ロスビー波,混合ロスビー重力波)の性質についての解析を進めている。さらに、より理想化した条件での追加実験を行うことによりMJOの本質的な構造を明確に抽出しやすくすることを目的として実施された、海惑星条件のもとで熱帯に東西波数1の海面温度(SST)偏差を与えたMJO実験のデータの解析を進めている。SSTの東西傾度がMJOの東進や構造の維持に重要な役割を持つとの仮説が近年支持されていることから、SST偏差の振幅を08度の幅で変えることによって東西傾度を変化させた複数の設定の実験結果を解析している。また、理想化した状況での解像度依存性も併せて調査するために行われた、水平3.5 kmから220 kmまでの範囲で解像度を変化させた海惑星でのMJO実験の解析を進めている。さらに、NICAMと3次元の力学海洋モデルを結合させた新モデルNICOCOを用いたMJO実験の結果の解析も行っている。解析の自動化に関しては予定より若干遅れている一方で、菊池氏の協力によりMJO多数事例の解析において着目すべき切り口について追加の知見が得られたことや、よりMJOの本質的な性質に迫りやすい海惑星実験の結果が手に入るなどの想定外の収穫もあり、全体としては順調に進展していると考えている。本研究において解析対象としている全球雲システム解像モデルNICAMによるマッデン・ジュリアン振動(MJO)のシミュレーション結果のうち、2011年に行われた国際的なMJO集中観測プロジェクトCINDY2011/DYNAMOで捉えられた事例を再現したものについて、水平解像度1 4km, 7km, 3.5 kmの3種類の設定での実験結果にcombined-Fourier-wavelet-transform法を適用にすることにより得られた知見について共著者の菊池氏(上記解析手法の考案者)とともに論文にまとめ投稿した(現在Scientific Reports誌にてrevise版の査読中)。また、菊池氏にNICAMによるMJO54事例のデータを提供するなど緊密に連携して、NICAMが再現するMJOにおける赤道波(特にケルビン波,ロスビー波,混合ロスビー重力波)の性質についての解析を引き続き進めている。さらに、より理想化した条件での追加実験を行うことによりMJOの本質的な構造を明確に抽出しやすくすることを目的として実施された、海惑星条件のもとで熱帯に東西波数1の海面温度(SST)偏差を与えたMJO実験のデータの解析を昨年度に引き続いて進めている。

SSTの東西傾度がMJOの東進や構造の維持に重要な役割を持つとの仮説が近年支持されていることから、SST偏差の振幅を08度の幅で変えることによって東西傾度を変化させた複数の設定の実験結果を解析している。また、理想化した状況での解像度依存性も併せて調査するために行われた、水平3.5 kmから220 kmまでの範囲で解像度を変化させた海惑星でのMJO実験の解析を進めている。NICAMと3次元の力学海洋モデルを結合させた新モデルNICOCOを用いたMJO実験の結果の解析も行っている。MJOの本質に迫りやすい水惑星実験の解析において、オンセット時に混合ロスビー重力波が引き金となる場合があることが明らかになる(高須賀氏による解析)など、MJO内部の波動の役割について着々と新たな知見が得られており、順調に進展していると考えている。おおむね順調に進展しているため、基本的に当初予定通りに沿って研究を進める。おおむね順調に進展しているが、海惑星実験や海洋結合実験のデータが手に入ったことなど、解析可能な範囲が当初予定より広がりつつある。全体としては概ね当初予定に沿って進めつつ、無理の生じない範囲で発展的な調査を加えて成果を積み増していく。おおむね順調に進展しており、海惑星実験や海洋結合実験のデータなど当初予定よりも拡大した解析範囲についても成果が出つつある。ウェーブレット解析の導入にあたって考案者の菊池氏(ハワイ大学)と直接打ち合わせが必要であると考えていたが、導入段階ではメールなどの通信手段を用いて、解析が進んだ段階で直接議論を行う方が研究成果をあげる上で効果的であると考え直したため。当初は物品の追加購入を想定していたが、すでに購入済みのもので済ませて代わりに学会への参加を増やしたために差額が生じた。菊池氏との打ち合わせのための旅費として使用することを想定している。三浦氏主催のMJO研究会に参加して情報交換を行うための費用として想定している。
九州中部地区の熱水系資源開発のための断層分布調査

本研究で得られた成果を要約すると以下のとおりである。(1)ラドン濃度のトータルカウント数とラドンの壊変数DELTA^<222>Rnとの相関係数は高く、また、噴気が活発な所ほど相関性は高くなることがわかった。(2)gamma線強度とDELTA^<222>Rnとの間には明瞭な相関性は見出せなかった。gamma線強度は岩盤が露出する所ほど高い傾向にあるので、地下構造よりもむしろ環境gamma線が測定値に影響していることがわかった。また、セミバリオグラムと傾向面解析法を適用して比較した結果、gamma線強度の差は小さく、gamma線強度を地下構造の解明に用いるのは好ましくない。(3)表層部におけるラドン濃度分布を地下構造との関係から検討するために、拡散方程式に基づき、ラドンの3次元的な移動に関するシミュレーション法を確立した。これによって、断層の方向・傾斜,ガスの移動速度、拡散係数を与えると、地表面下のラドン濃度を予測することが可能になった。(4)これまでに用いられてきたラドンの壊変数の算出式に基づくと、^<222>Rnの壊変数が0になる測点が多く現れた。本研究で提案した^<222>Rn、^<218>Po、^<220>Rnの原子数とラドンガスの年齢を算出する理論から予想される単位時間当たりの壊変数の時間的変化は測定結果と良く一致した。
次世代真空紫外レーザ励起とプラズマによりアシストされた電極材料の長寿命化

1.高気圧(安定)放電達成のための電源の開発に関する基礎的な調査。および試作電源に半導体開放スイッチ(SOS)を用いた時の諸動作の把握。高繰り返しパルスパワー電源の効率を悪化させることなく、レーザ装置の高効率化が期待できる電源として、半導体開放スイッチを用いた誘導性エネルギー蓄積型パルスパワー電源が挙げられえる。この形式の電源は,数十ナノ秒オーダーの短パルス励起と数百ナノ秒オーダーのエネルギー注入が可能である。また,動作回路にオープニングスイッチとして半導体開放スイッチ(Semiconductor Opening Switch : SOS)を用いることによって高繰り返し動作が期待できる。パルスパワー応用においては、特にナノ秒オーダーのパルス電圧印加の応用があり、半導体開放スイッチは重要なデバイスとして位置付けられる。しかしながら、SOSダイオードは非線形素子であるため、電源に搭載するためにはその特性を実験的に調べる必要がある。(ロシア製のSOSダイオードを用いた電源の特性はすでに取得済みであり、実際にロシア製のSOSダイオード(SOS-50-2)を用いた電源で、KrFエキシマレーザの発振に成功し、レーザ出力エネルギーが24.8mJ、発振効率が1.08%、パルス幅が47nsという結果が得られている)。しかし、ロシア製SOSダイオードの入手性、コスト面において問題があるため、本研究ではロシア製SOSダイオードの代わりに汎用ダイオードを用いる。ここでは、汎用ダイオードをSOSダイオードとして用いた電源の特性および放電リアクター(レーザ用放電管など)に負荷を接続した時の高気圧動作下での放電の安定性を得るための諸特性などを調べる。(結果1)逆方向充電電圧を増加させることにより,逆方向電流ピーク値,出力電圧が共に増加した。(結果2)逆方向インダクタンスの値を増やすことにより,立ち上がり60ns,-25kVの出力電圧を得た。これは,リソグラフィー用電源としての要求を満たしている。(結果3)順方向回路通電開始から逆方向回路の通電開始までの遅れ時間T_dを増加させることにより,逆方向電流ピーク値I_<rp>は増加傾向にあるが,T_dが順方向電流の1/2周期よりも大きくなるとI_<rp>は急激に減少する。1/2周期のところが最適である。3.負荷を接続した時のシステム全体の特性調査。(結果4)負荷として同軸円筒型リアクターを接続した時のオゾン生成特性において,順方向回路だけの場合,オゾン濃度4[g/Nm^3],オゾン生成効率250[g/kWh]が得られ,逆方向回路を接続した場合1.06[g/Nm^3],250[g/kWh]が得られた。(結果5)別の放電リアクター(予備放電方式)を用いて最大動作5atmまでの放電特性を測定した。最大入力電力90MW(5atm Ar中),注入エネルギー密度1.4MW/cm^3が得られた4.動作圧力を変化した時の予備放電と主放電の時間関係と主放電への影響について調べる。(結果6)予備放電回路のC_<pr>および最大注入電力密度を制御することにより均一な主放電が得られた(結果7)電極近辺の電界強度分布を計算し,実際に得られた放電写真との対応を調べほぼ一致した。1.容量移行型二重放電回路を用い、初段充電電圧を20KV一定(キャパシタ容量36nF)にして実験を行なった。2.ガスはアルゴンガスを用い、動作圧力は1atm-5atmの範囲で放電実験を行った。この動作圧力範囲において、主放電の様子を予備放電回路のキャパシターの有無の場合について放電写真および放電電流波形をもとに比較検討した。3.予備放電回路にキャパシターが接続されている場合、動作圧力5atmにおいて最大放電入力電力90mm(1.4MW/cm^3)が得られた。4.予備放電回路にキャパシターが接続された場合とされていない場合で放電波形の初期の時間領域で違い(電流波形の振幅の大きさが異なること)が確認された。5.汎用ダイオードを開放スイッチとして用いたパルスパワー電源について、その動作特性を取得する目的で動作実験を行った。その結果、12KV充電電圧に対して立ち上がり時間60ns,ピーク電圧25KVの出力が得られた。

(ロシア製のSOSダイオードを用いた電源の特性はすでに取得済みであり、実際にロシア製のSOSダイオード(SOS-50-2)を用いた電源で、KrFエキシマレーザの発振に成功し、レーザ出力エネルギーが24.8mJ、発振効率が1.08%、パルス幅が47nsという結果が得られている)。しかし、ロシア製SOSダイオードの入手性、コスト面において問題があるため、本研究ではロシア製SOSダイオードの代わりに汎用ダイオードを用いる。ここでは、汎用ダイオードをSOSダイオードとして用いた電源の特性および放電リアクター(レーザ用放電管など)に負荷を接続した時の高気圧動作下での放電の安定性を得るための諸特性などを調べる。(結果1)逆方向充電電圧を増加させることにより,逆方向電流ピーク値,出力電圧が共に増加した。(結果2)逆方向インダクタンスの値を増やすことにより,立ち上がり60ns,-25kVの出力電圧を得た。これは,リソグラフィー用電源としての要求を満たしている。(結果3)順方向回路通電開始から逆方向回路の通電開始までの遅れ時間T_dを増加させることにより,逆方向電流ピーク値I_<rp>は増加傾向にあるが,T_dが順方向電流の1/2周期よりも大きくなるとI_<rp>は急激に減少する。1/2周期のところが最適である。3.負荷を接続した時のシステム全体の特性調査。(結果4)負荷として同軸円筒型リアクターを接続した時のオゾン生成特性において,順方向回路だけの場合,オゾン濃度4[g/Nm^3],オゾン生成効率250[g/kWh]が得られ,逆方向回路を接続した場合1.06[g/Nm^3],250[g/kWh]が得られた。(結果5)別の放電リアクター(予備放電方式)を用いて最大動作5atmまでの放電特性を測定した。最大入力電力90MW(5atm Ar中),注入エネルギー密度1.4MW/cm^3が得られた4.動作圧力を変化した時の予備放電と主放電の時間関係と主放電への影響について調べる。(結果6)予備放電回路のC_<pr>および最大注入電力密度を制御することにより均一な主放電が得られた(結果7)電極近辺の電界強度分布を計算し,実際に得られた放電写真との対応を調べほぼ一致した。