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医療における安全な電磁環境の創造と無線通信の安全な導入に関する研究

1.医用電子機器と無線通信機器の電磁両立性調査病院内における電磁環境について次の点について調査した。(1)無線LAN機器と医用電子機器の電磁的両立性電波暗室内で医用電子機器に対し無線LAN機器から電波を照射して影響を観測すると共に、医用電子機器等が発する電磁的ノイズによる無線LAN通信への影響について調査した。本成果は論文発表と共に2つの国際学会において発表した。(うち1つは招待講演)(2)商用周波数磁場病院内で発生していた低周波交流磁場を測定し発信源を特定した。本成果は論文発表と共に学会発表した。(3)電源に重畳するノイズ2つの病院において様々な条件下で電源波形を調べ、重畳ノイズの量と発生源を調査すると共に、電圧不足による誤動作発生の可能性を探った。その結果、供給電源の乱れによる医用電子機器の障害発生を観測し、設備上の対策について取りまとめた。この成果は2004年日本エム・イー学会秋季大会において主催したオーガナイズドセッションにおいて発表した。2.電界強度分布予測のためのシミュレーションシステム開発電波発信体が置かれた部屋や建物内の電界強度分布を容易に予測可能とする2次元電磁界シミュレーションプログラムを作成し、実環境における簡易測定実験と比較することで有効性を確認した。本成果は学会において発表した。3.医療機関における無線通信使用解禁の可能性とその施策・対策の検討医療機関の中で携帯電話による通信が可能な区域を設定可能かどうかについて、本研究期間を通して得られた知見を元に検討し、汎用的に設定可能な手順私案を作成し、国内学会において発表し、来年度国際学会において発表予定である。本年度は、まず電磁界・静磁界と電磁両立性に関する国内外の規格・規格改訂の進捗について資料を収集した。次に、病院内における電磁環境について、医用電子機器に悪影響を与える原因とその度合いを把握するため、詳細な測定と医用電子機器・一般家電機器へ与える影響について調査した。具体的には次のような電源および磁界の強度測定を行った。九州大学医学部附属病院の新病院建物において、様々な条件下で電源の波形を調べ、重畳しているノイズの量とその発生源を調査すると共に、電圧不足による機器停止などの誤動作が発生する可能性について探った。この成果は論文として発表するとともに、来年度の日本エム・イー学会においても発表する予定である。また、島根医科大学医学部附属病院内の2ヶ所の電気室周辺において発生している低周波交流地場の分布について、詳細な測定を行った。上記と並行して、既存の無線LANと医用電子機器との間の相互干渉の有無について調べた。無線LANには赤外線を利用するもの、電波を利用するもの、レーザー光線を使用するものがあるが、今回は電波を利用するものを対象とした。具体的には、運搬が容易な医用電子機器については電波暗室内で無線LANが使用する電波を照射して医用電子機器に与える影響を調査すると共に、医用電子機器が発する電磁的ノイズによって無線LAN機器や無線LANを利用した通信が受ける影響について調査し論文として発表した。さらに、電波発信体が置かれた場合の部屋内や建物内の電界強度分布をコンピュータで容易に予測可能とする、電場シミュレーションプログラムを開発するべく、ハードウエアとソフトウエアを購入したが、ソフトウエアの納入が年度末となったため、具体的な開発は来年度に行う。本年度は、病院内における電磁環境について、医用電子機器に悪影響を与える原因とその度合いを把握するため、詳細な測定と医用電子機器・一般家電機器へ与える影響について調査した。病床30床の一般外科病院建物において、様々な条件下で電源の波形を調べ、重畳しているノイズの量とその発生源を調査すると共に、電圧の過不足による機器停止などの誤動作が発生する可能性について探った。この成果は論文として発表するとともに、昨年行った九州大学医学部附属病院の新病院における計測結果とあわせて、今年度の医療情報学連合大会において発表した。次に、無線LANの国際規格に従った電波照射による医用電子機器への干渉の有無について調べた。

無線LANには赤外線を利用するもの、電波を利用するもの、レーザー光線を使用するものがあるが、電波を利用するIEEE802.11規格に準じた無線LAN周波数の電波を対象とした。具体的には、運搬が容易な医用電子機器について電波暗室内で無線LANが使用する電波を照射して医用電子機器に与える影響を調査し、論文として投稿するとともに2004年度に開催される国際学会に投稿し、受理された。さらに、電波発信体が置かれた場合の部屋内や建物内の電界強度分布をコンピュータで容易に予測可能とする2次元電磁界シミュレーションプログラムを作成し、無線LAN(IEEE802.11b)アクセスポイントとノートパソコンを利用した簡易測定実験を行い、その有効性を確認した。本年度は、研究の最終年度として、これまで2年間で得られた病院内における電磁環境に関する知見に基づいて、医用電子機器に悪影響を与える携帯電話や無線LANが発する浮遊電界強度と電源電圧の乱れについて追加的に調査を行い、病院がとるべき対策と安全基準の私案の作成を行った。これらの結果は国際・国内のいくつかの学会において発表し、来年度の国際・国内学会において発表予定である。これと並行して、電波発信体が置かれた場合の部屋内や建物内の電界強度分布をコンピュータで容易に予測可能とする電場シミュレーションプログラムを開発し、実際に電波を発した場合の分布との比較を行なってシミュレーションの精度向上を図った。この成果は国内における学会において発表し、また来年度の学会において発表予定である。これらの測定結果および結果に基づく検討の結果、病院建物における供給電源の乱れによって起き得る医用電子機器の障害についてその可能性を明らかにすると共に、病院がとるべき施策と、建築上取りえる対策について検討し取りまとめ、2004年11月に開催された日本エム・イー学会秋季大会においてオーガナイズドセッションを主催し、成果として発表した。また、病院建物の中とその周辺で、携帯電話が発する電波をはじめとする電磁波によってもたらされる電界によって起き得る医用電子機器の障害についてその可能性を明らかにすると共に、病院がとるべき施策と病院内において携帯電話の使用可能な範囲を定める基準私案を取りまとめた。これらについては、国内学会において発表し、来年度国際学会において発表予定である。また、これまでの成果について国際学会から招待講演を依頼され、これまでの成果をまとめて発表した。
ERK経路のシステム生物学

ERK経路は極めて多彩な生命現象を制御する。このように同じ分子ネットワークを用いて異なる作用を制御する点がシグナル伝達機構の本質的な特徴である。例えば、PC12細胞では同じERK分子が一過性あるいは持続性に活性化することで、それぞれ細胞の増殖あるいは分化という異なる細胞運命を導く。本研究では、ERK経路のシステム生物学に関して、ERK経路による細胞の増殖と分化のスイッチ機構を、実験と数理モデルのどちらも踏まえてシステム生物学手法により解析を行った。まず、PC12細胞におけるNGFの刺激パターンによる分化応答の計測を行い、PC12細胞の神経突起伸張過程は、およそ12時間の突起伸張準備期間とその後の突起伸張期間にわけられることを見出した(プライミング現象)。このプライミング現象にかかわるシグナル伝達経路の同定およびプライミング期間中に誘導される遺伝子の同定を行った。突起伸張準備機構は、ERKの活性と転写活性を必要とし、突起伸張機構は、ERKとPI3Kの活性を必要とすることを見出した。PC12細胞の神経細胞への分化は、時間的に分離された、非連続的なプロセスにより誘導されることを初めて明らかにした(Chung,J.et al,2010)。以上から、突起伸張準備機構は、持続的ERK活性化のデコーディング機構に該当すると考えられ、関連遺伝子の同定を試みた。その結果、マイクロアレイ実験により、約50の遺伝子が同定された。その内約30の遺伝子を、siRNA実験により調べた結果、3つの遺伝子が突起伸張に重要と思われた。これら遺伝子は持続的ERK活性化に特異的に応答し、神経分化の初期過程である、突起伸張準備にかかわると期待される。現在、これらの遺伝子群を応答としたモデル化を行っている。また、遺伝子群の時間波形を取得している過程で手動を自動化することができる可能性が判明したため、ERKによる下流の遺伝子群の時間波形計測を自動的に高速に計測する手法を開発に成功した(Ozaki,Y.et al,2010)。この計測手法を用いてERKとその下流の初期応答遺伝子群産物の時間波形を計測して、自己回帰モデルによる解析して、準備的に時間情報コーディングメカニズムを明らかにしつつある。私たちは、すでに増殖因子刺激の投与速度と濃度情報がそれぞれ一過性および持続性のERKの活性化に変換されることを見出している。本研究では、上記概念を発展させて、刺激の時間パターン情報を、ERKの活性化へ変換して細胞の増殖や分化といった異なる応答を制御するコードメカニズムを明らかにすることを目的とした。通常、NGF刺激実験は、一定の濃度のNGF刺激を与え続けるstep刺激を用いるが、step刺激によるERK活性化は一過性、持続性の両方の波形を持つため、それぞれの波形特異的な遺伝子発現を観察できない。

そこで、NGF刺激を短時間加え、一定時間後に刺激を抜くimpulse刺激(一過性ERKに対応)を、また入力刺激を徐々に上昇させてゆくramp刺激(持続性ERKに対応)を用いて細胞分化の指標である神経様突起伸展を計測した。NGF impulse刺激では、刺激時間を短縮するにつれ神経様突起の伸展が見られなくなった。NGF ramp刺激では、同終濃度のstep刺激の結果と比較して、検討した全ての濃度条件で伸展が低くなった。また、impulseおよびramp刺激で、それぞれ一過性、持続性のみのERK波形も確認した。したがって、これらの結果は、細胞分化にはERKの一過性と持続性の両方が重要であることを示唆しており、従来考えられていたより複雑なデコードシステムの存在が示唆された。ERK経路は極めて多彩な生命現象を制御する。このように同じ分子ネットワークを用いて異なる作用を制御する点がシグナル伝達機構の本質的な特徴である。例えば,PC12細胞では同じERK分子が一過性あるいは持続性に活性化することで,それぞれ細胞の増殖あるいは分化という異なる細胞運命を導く。私たちは,すでに増殖因子刺激の投与速度と濃度精報がそれぞれ一過性および持続性のERKの活性化に変換されることを見出している。本研究では,上記概念を発展させて,刺激の時間パターン情報を,ERKの活性化へ変換して細胞の増殖や分化といった異なる応答を制御するコードメカニズムを明らかにすることを目的とした。EGFによる増殖の効果は当初期待されていたほど顕著でなく,細胞周期の同調がうまく行っていないためであることが明らかとなった。そこで,本年は,細胞周期の厳密な同調の系の開発を試みた。その結果,EGFによるERKの一過性活性化と細胞増殖の関係を明確にできる系の開発に成功しつつある。この系を用いれば,一過性,持続性単独およびその両方のERKの活性化によりそれぞれ特異的に誘導される遺伝子群をマイクロアレイを用いてスクリーニングが可能となる。また,NGFramp刺激では,同終濃度のstep刺激の結果と比較して,検討した全ての濃度条件で伸展が低くなった。また,impulseおよびramp刺激で,それぞれ一過性,持続性のみのERK波形も確認した。したがって,これらの結果は,細胞分化にはERKの一過性と持続性の両方が重要であることを示唆しており,従来考えられていたより複雑なデコードシステムの存在が示唆された。したがって,従来の微分方程式モデルでなく,時間波形に基づいたモデル化手法である統計モデルの構築を試みている。例えば、PC12細胞では同じERK分子が一過性あるいは持続性に活性化することで、それぞれ細胞の増殖あるいは分化という異なる細胞運命を導く。本研究では、ERK経路のシステム生物学に関して、ERK経路による細胞の増殖と分化のスイッチ機構を、実験と数理モデルのどちらも踏まえてシステム生物学手法により解析を行った。まず、PC12細胞におけるNGFの刺激パターンによる分化応答の計測を行い、PC12細胞の神経突起伸張過程は、およそ12時間の突起伸張準備期間とその後の突起伸張期間にわけられることを見出した(プライミング現象)。
災害時における学校給食のリスク対応機能に関する研究-地産地消の実践に着目して-

本研究は、学校給食のリスク対応機能に着目し、災害時のセイフティネットとしてどの程度有効に機能したかを過去のデータから検証し、今後の災害に備え、学校給食に求められるリスク管理の在り方を明らかにすることを目的としたものである。具体的には、東日本大震災後の計画停電時に首都圏の学校給食はどのような対応を取ったのか、これまでのデータを記録収集し、災害時における学校給食の課題を分析した。研究の結果、調査対象の7割の自治体で災害時の記録が残されていないことが明らかになり、災害時には、物資運搬の燃料確保、専門技術調理員の確保、調理洗浄の熱源と水の確保などの災害時不稼働リスクがあることが明らかになった。本研究は、学校給食のリスク対応機能に着目し、とりわけ、学校給食の食材供給構造における地場農産物の活用の取り組みが、国産農産物の利用推進という側面だけでなく、災害などのいざというときのセイフティネットとして、どの程度有効に機能したかを過去のデータから検証し、今後の災害に備え、学校給食に求められるリスク管理のあり方を明らかにすることを目的とする。具体的には、東日本大震災後の計画停電時に学校給食がどのような対応を取ったのか、これまでのデータをアーカイブし、災害時における現在の学校給食システムの優位性(あるいは虚弱性)を明らかにした上で、学校給食の食材供給構造におけるリスク対応機能の類型化を図るものである。本研究は3カ年計画で実施し、1年目である平成25年度は、震災の直後、特に計画停電実施の際に、学校給食の現場ではどのような応急給食が実施されたのか、東日本大震災直後の経験を踏まえて全国の応急給食の対応実態を収集した。具体的には、学校給食の供給体制や災害時の対応事例に関する国内のこれまでの先行研究レビューに漏れがないか、電子ジャーナルを活用した文献サーチを行い、さらに、東日本大震災後の計画停電実施に伴う学校給食の対応に関して、新聞記事やインターネットによるデジタル検索を行い、各地域の学校給食運営審議会の議事録を調べる等、関連資料を収集した。また、東日本大震災後の学校給食の対応について、計画停電の影響により臨時献立や弁当持参、午後休校など地域により対応が分かれたが、応急給食の実施状況について、文部科学省は把握していなかった(スポーツ・青少年局学校健康教育課学校給食係に照会)。現場の記憶が風化する前に、過去の貴重な経験を収集分析し、研究成果を社会や国民に発信し広く共有することは喫緊の課題である。平成26年度は、申請者の出産に伴い産休・育休を取得したため、本研究課題について資料収集を中心に行い、その後、一時的に研究を中断した。平成27年4月に復職し、今年度は研究計画を再度調整し、研究を進める予定である。本研究は、学校給食のリスク対応機能に着目し、学校給食の食材供給構造における地場農産物の活用の取り組みが、国産農産物の利用促進という側面だけでなく、災害時のセイフティネットとして、どの程度有効に機能したかを過去のデータから検証し、今後の災害に備え、学校給食に求められるリスク管理の在り方を明らかにすることを目的とする。具体的には、東日本大震災後の計画停電時に学校給食はどのような対応を取ったのか、これまでのデータを記録収集し、災害時における学校給食の優位性(あるいは虚弱性)を明らかにする。さらには、学校給食の食材供給構造の違いによるリスク対応機能の類型化を図るものである。本研究は、平成25年度から3か年計画で平成28年度まで実施するものである(育児休業の取得に伴い平成28年度まで補助事業期間延長承認)。平成27年度は4月に育児休業から復帰し、研究を再開した。平成27年度は、これまでに実施してきた下記の調査についてデータの検証と更新を中心に研究を行った。具体的には、1、震災後の計画停電実施の際に、学校給食の現場ではどのような応急給食が実施されたのか、関東首都圏を中心に応急給食の対応事例を収集したデータの更新。2、学校給食の供給体制や災害時の対応事例に関する国内のこれまでの先行研究レビューに漏れがないか、電子ジャーナルを活用した文献サーベイを行ったデータの整理。3、東日本大震災後の計画停電実施に伴う学校給食の対応について、新聞記事やインターネットによるデジタル検索の更新作業、4、全国応急給食アンケート調査の実施準備等である。平成27年度4月に育児休業から復帰し研究を再開したが、当初の計画していた全国市区町村教育委員会を対象とした「計画停電時の学校給食の対応方法と地場農産物の活用状況についてのアンケート調査」実施の準備が想定した以上の作業量となった為、平成27年度は、調査票の配布までには至らず、配布回収を効果的に行うための体制の整備を行った。具体的には、大量受信できるファックス機を整備し、調査票を回収しやすい体制を整えた。当初のスケジュールと照らし合わせると調査票の配布回収が次年度に持ち越しとなり、全体としての研究計画からやや遅れている状況である。具体的には、東日本大震災後の計画停電時に学校給食はどのような対応を取ったのか、これまでのデータを記録収集し、災害時における学校給食の優位性(あるいは虚弱性)を明らかにした。本研究は平成25年から平成28年度まで実施され(育児休業の取得に伴い補助事業期間延長承認)、平成28年度は研究最終年度として、文献および収集したデータの整理と研究結果の取りまとめ作業を中心に研究を行った。

具体的には、1.東日本大震災後の計画停電実施の際にどのような応急給食が実施されたのかについて関東首都圏自治体の議会議事録の資料を中心に収集した事例の最終取りまとめを行った。2.関東1都4県の教育委員会を対象に「東日本大震災後の計画停電実施下における学校給食実施状況アンケート調査」を実施し、結果をとりまとめた。3.教育委員会を対象に個別に災害時の対応についてヒアリング調査を実施した。4.これらの研究により収集したデータを整理し、学校給食アンケート調査および計画停電実施に関する当時の資料を収録した研究成果報告書を作成した。研究の結果、アンケート調査からは7割の自治体で災害時の記録が残されていないことが明らかになり、学校給食の災害対応機能では、物資運搬(燃料確保)、給食調理(調理員の確保)、調理・洗浄(熱源と水の確保)の各要素から災害時不稼働リスクがあることなどが明らかになった。5.また、学校給食関係者および一般市民にもわかりやすく研究成果を公表するために、計画停電実施下における学校給食対応の記録をまとめたパンフレットを作成した。本研究は、学校給食のリスク対応機能に着目し、災害時のセイフティネットとしてどの程度有効に機能したかを過去のデータから検証し、今後の災害に備え、学校給食に求められるリスク管理の在り方を明らかにすることを目的としたものである。具体的には、東日本大震災後の計画停電時に首都圏の学校給食はどのような対応を取ったのか、これまでのデータを記録収集し、災害時における学校給食の課題を分析した。研究の結果、調査対象の7割の自治体で災害時の記録が残されていないことが明らかになり、災害時には、物資運搬の燃料確保、専門技術調理員の確保、調理洗浄の熱源と水の確保などの災害時不稼働リスクがあることが明らかになった。申請者の出産に伴い、平成26年度は産休・育休を取得したため、当初の計画よりもやや遅れている状況である。今後は、全国市区町村教育委員会等へのアンケート調査表の配布と回収を7月までに行い、夏休み期間中の8月から9月にかけてデータを分析し、11月末を目標に分析結果を論文に取りまとめる計画である。さらには、文献サーベイや事例収集等による調査研究結果から得られた学校給食における応急給食の対応についての類型化の結果についても取りまとめ、本年度中に公表できるように研究を進める予定である。食料経済平成26年度に実施予定だった作業に順次着手し、研究計画を再度調整しフォローアップを図る事とする。具体的には、平成26年度に実施予定であった全国市区町村教育委員会等へのアンケート調査を実施し、震災後の学校給食の現場において、実際にどのような対応がなされたのか、計画停電時の学校給食の対応方法と地場農産品の活用状況についてのデータを収集する。
蛋白キナ-ゼによるトランスミッタ-放出の調節機構

分子量8万の酸性蛋白(80K蛋白)は、プロテインキナ-ゼCの顕著な細胞内基質として知られ、神経伝達係にも関与していると推定されている。本年はこの蛋白質の精製、一次構造の解析、モノクロ-ナル抗体の作製、cDNAのクロ-ニングなどを行った。まずヒト扁平上皮癌細脳Ca9ー22株から80K蛋白を精製した結果、分子量を若干異にする2種類の分子種があることを見出し80kーL、80kーH蛋白と命名した(Hirai and Shimizu,1990)。2種の精製蛋白質のアミノ酸配列を部分的に決定し予想される塩基配列でヌクレオチドを合成してλgt10ヒトA431細胞cDNAライブラリ-から各々のcDNAを得た。このcDNAの塩基配列を決定しアミノ酸配列を推定した結果、80kーHは513アミノ酸からなる分子量57kDaの蛋白、80kーLは332アミノ酸からなる分子量32kDaの蛋白であった。前者にはグルタミン酸の非常に多い領域があり、相同配列をもつ既存の蛋白質はなかった。後者はアラニンに富みウシMARCKS蛋白と相同していた。得られたアミノ酸配列から20アミノ酸のペプチドを合成し、抗原に用いてマウスから抗血清・ハイブリド-マを作製した。この抗血清は80K蛋白を含む数種の蛋白質を認識し、モノクロ-ナル抗体は2種の80K蛋白各々に特異的に反応した。この抗体を用いて2種の80K蛋白の細胞内の局在を検索した結果、80kーH蛋白は細胞質にドット状に分布しオルガネラに特異的に結合していると推測され、80kーL蛋白は繊維状に分布し細胞骨格に結合していると推測された。
パーフルオロカーボンを用いた新奇磁気アルキメデス法の開発

本研究において、反磁性を示す医用有価物の磁気分離装置の設計を検討した。従来の磁気アルキメデス分離法は媒質として、塩化マンガン等の遷移金属のハロゲン化合物の水溶液を用いるため、装置の腐食や後工程で分離物質に付着した遷移金属塩を除去する必要がある。そこで残存物質が残らない溶存酸素パーフルオロカーボンを作業媒体を用いることを検討した。分離に必要とされる磁気力は計算から見積り、圧力と印加磁場を制御し、模擬試料としたプラスチックや水溶性物質の分離は成功した。実験結果より、溶存酸素パーフルオロカーボンを用いた分離法は選択的な分離に有効な方法であることが示された。本研究では作業媒体に溶存酸素を利用し、物質の磁化率、密度の差によって浮揚場所が異なることを利用する分別方法として、磁気アルキメデス分離法により食品や有価物の分画の検討を行っている。しかしながら、塩化マンガン等の遷移金属のハロゲン化合物を水に溶解させた常磁性液体を用いるため、後工程で分離物質に付着した遷移金属塩の除去などが必要である。付着したハロゲン化合物を除去することは、分離物質として食品や医薬品等を扱う場合には弊害となり、その安全性を確保するという意味で実用化において重要である。そこで、酸素を加圧溶解させ常磁性を示す作業媒体として用いれば、酸素と有機溶媒に再生でき、分離後の分離物質あるいは装置表面にハロゲン化合物は残存することはない。そこで本研究では酸素をパーフルオロヘキサンに加圧溶解させた媒質を用いた磁気アルキメデス法を検討した。初年度は作業媒体の磁化率の制御および超伝導ソレノイドコイルを磁場発生源として利用した分離の可能性について検証した。最終年度は、効率良く分離するための分離方法について検討し、磁場発生源に高温超伝導(HTS)バルク磁石を用い、鉛直方向と垂直方向の作用力を利用する分離法を検討した。HTSバルク磁石はソレノイド磁石の磁場分布とは異なり、径方向にも高磁場勾配磁場を形成しているため、媒質および粒子には水平方向への大きな磁気力が働くので水平方向にも分離対象物を移動させることができる。分離プロセスとして、粒子を一度わずかに浮遊させ水平方向に粒子を移動させることで分離する方法を検討した良好な分離方法の提案を行うことができた。本研究の特色は、反磁性物質を磁気アルキメデス力(磁気力)を用いて、化学的な処理なしに分離可能とすることである。従来法では作業媒体に塩化物の常磁性溶液を用いていたため、分離対象物質や装置の腐食の問題があったが、溶存酸素パーフルオロカーボンを作業媒体に用いるため、その問題を解決可能である。本分離手法において作業媒体の磁化率は重要な項目となり、常磁性溶液を作業媒体として行なう場合、作業媒体の磁化率を制御するために溶液の濃度を調整する必要があり、分離対象物質と作業媒体の磁化率差を作業工程内で制御することが難しい。一方本手法では加圧し溶存酸素量を制御するため、分離作業工程内で作業媒体の磁化率を制御することが可能である。それによりさらに詳細な分離条件の検討が可能であり、分離のみならず、分離対象物質の磁化率差による制御も可能であり、その応用の範囲は広く、意義深い課題である。本課題では、磁気力により、溶存酸素パーフルオロカーボン(常磁性を示す液体)中で、反磁性物質を浮上させ分離を行なう。分離プロセスには、粒子と流体の磁化率の差、粒子と流体の比重差、そして印加する外部磁場の強度と磁場勾配の積が重要な項目となる。よって作業媒体の磁化率について溶存酸素濃度と磁化率の関係を確認し、分離対象粒子との磁化率の差を検討し、計算により求められた磁化率の差に対応して、分離が実現可能な磁場発生源を用いた場合での分離可能な粒子と作業媒体の比重差を検討することを目的とした。そして溶存酸素量と媒体の磁化率の基礎データを取得し、溶存酸素量を圧力制御することによって、磁化率を制御し、対象物の位置制御および分離の可能性が示された。研究の進行度は順調であると考えます。本年度では作業媒体(常磁性液体)の溶存酸素濃度と磁化率の関係を調査し、その作業媒体の磁化率に対する分離対象粒子の分離条件を計算と実験により検討した。同時にその実験に使用するための装置の作製を検討した。次年度では具体的な装置を設計し、複数の物質の分離を進める予定と申請時に設定していた。現段階で溶存酸素量と作業媒体の磁化率の関係は、実験と計算より、把握および確認できている。そして簡易的な実験装置を作製し、完全な最適化には至ってはいないが、分離対象物質を単離することにも成功している。

現状では分離対象物が、プラスチックなどの廃棄物系であり、有価物(申請時には次年度予定)までは着手できていないという点を考えると(2)のおおむね順調であるとし、(1)の予定以上とは評価しなかった。ただし、装置設計概念などに関しては、浮上方向である縦方向の分離だけではなく、水平方向の磁気力も利用した分離方法を検討しており、(1)の予定以上の進行度であると考えます。今後は、前年に得られたデータをベースとして、分離槽の作製と調整に重点を置く。磁場発生源にはソレノイド型超伝導磁石を想定していたが、現在横方向への分離も検討しており、容器形状によっては超伝導バルク磁石での検討をしている。横方向への分離を利用したほうが物質の位置制御がしやすくなる可能性が知見として得られている。また分離領域は強磁場が発生する超伝導磁石内にて分離結果の観察が必要となるため、磁石付近でも安定した結果を取得するための装置の調整なども必要と考えられる。磁場発生源からの距離(近いほど良い)を保ちながら、圧力容器の安全性も確保した装置設計が必要であるため、装置設計については、複数製作することが想定される。平成25年9月までに最終的な装置構造を確定する予定である。平成25年度は、複数の粒子が混在した状態からの分離実験を中心に検討し、分離対象についても有価物を検討してゆく予定である。本実験条件では粒子径に分離能力は依存しないとされているが、粒子径を小さくすることで粒子間の相互作用なども影響する可能性がある。本分離装置における分離の粒子径依存性についても検討を行なう。また最終年度となるため報告書の作成を行う。平成24年度の研究調査内容について、溶存酸素パーフルオロカーボンの磁化率が今後重要であることを考慮し、圧力と酸素濃度および磁化率についての基礎データの収集および検討が中心となった。その際に、磁化率を検討するための圧力容器や作業媒体については、複数回の使用が可能であり、実験結果に影響が見られない知見を得た。よって、それらの調達において今年度は研究費を抑えることが可能であった。しかし平成25年度は装置の設計と製作が複数にわたり、検討が必要となり、かつ作業媒体も毎回新しい状態でデータを取得する。複数の混在する試料からの分離、場合によっては有価物の分離の検討も予定しており、平成25年度では研究を遂行する上で試料および装置設計の予算が多く必要になると考えられる。
自己組織能を有する液晶性有機半導体材料の創製と機能開拓

液晶のもつ異方性や動的特性を利用した機能性ソフトマテリアルの構築が近年注目を集めている。本研究では、π共役分子のもつ優れた電子・光・レドックス機能と液晶の特性を融合することにより、高次の秩序構造を保持した機能性有機半導体材料を構築することを目的とした。拡張π共役構造を有するオリゴチオフェンをモチーフにした機能性液晶分子の自己組織化ナノ構造の制御と電子・光機能について検討を行った。分子両末端に複数のアルキル基を導入したπ共役ポリカテナーオリゴチオフェンを有機金属カップリング反応を用いて合成した。得られたオリゴチオフェンのサーモトロピック液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量測定およびX線回折測定により調べたところ、スメクチック相、カラムナー相、キュービック相などの多様な液晶相を発現した。これらの液晶ナノ構造はπ共役部位とアルキル部位の体積比の違い基づいて、自己組織的に形成することがわかった。π共役部位の集合構造に基づく特異的な電子・光機能の発現を指向し、液晶状態における電荷輸送特性を調べた。その結果、拡張π共役部位からなるレイヤーおよびカラム状構造が、有効な電子伝導パスとして機能することが明らかとなった。また、これらのポリカテナーオリゴチオフェン液晶を一軸的に配向させて作製した薄膜は、高い偏光発光特性を示した。偏光比は約11であり、赤色発光が観測された。さらに、オリゴチオフェンの薄膜は、電気化学的酸化還元に伴い顕著な色調変化(エレクトロクロミズム)を示すことがわかった。また、オリゴチオフェン以外にもレドックス活性π共役分子であるテトラシアノアントラキノジメタンや双安定性[2]ロタキサンの液晶化および物性評価についても検討を行った。特に、液晶性[2]ロタキサンにおいては、レドックス刺激によって環状部位が軸部位を可逆的に移動(シヤトリング)することをサイクリックボルタンメトリーおよび紫外可視吸収スペクトルにより明らかにした。非共有結合性相互作用や分子のトポロジーを制御し、超分子化学的な特性を利用することにより、分子のバルク状態における集合構造を制御し、その諸物性を明らかにすることができた。液晶は、秩序構造と動的特性を併せ持つ機能性ソフトマテリアルである。π共役分子に液晶性を付与することで、高い配向秩序と異方的な光・電気特性を有する新しい有機半導体材料となることが期待される。本研究ではオリゴチオフェン分子に着目し、一次元的なキャリヤ輸送を指向して新規カラムナー液晶性オリゴチオフェンを開発した。両末端に扇状のアルキル部位を導入したオリゴチオフェン分子を有機金属カップリング反応を用いて合成した。得られた化合物のサーモトロピック液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量測定およびX線回折測定により調べたところ、ヘキサゴナルカラムナー液晶相を示すことが明らかとなった。これらの化合物は、オリゴチオフェン誘導体においてカラムナー液晶相を発現した初めての例である。紫外可視吸収スペクトルおよび蛍光スペクトル測定の結果から、液晶状態においてオリゴチオフェン分子はカラム軸方向に沿って積層し、H会合状態を形成しているものと推察された。カラムナー液晶相の発現には、オリゴチオフェンコアの分子間π-π相互作用およびコアとアルキル部位のナノ相分離が重要であると考えられる。また、サイクリックボルタンメトリーによりオリゴチオフェンの電気化学的特性を評価したところ、酸化、還元ともにレドックス活性を示すことがわかった。本研究ではπ共役分子に液晶性を付与するとともに、非共有結合性相互作用や分子のトポロジーを制御し超分子化学的な特性を利用して、分子の新しい集合構造の創製とその物性解明、機能化について検討することを主な目的としている。超分子化学の分野において幅広く研究されているロタキサンやカテナンなどのトポロジカル分子に液晶性を付与することができれば、高い分子配向性と動的機能をもった新しい材料となることが期待される。双安定性[2]ロタキサンの両末端に液晶性発現およびストッパーとしての役割を担う樹状メソゲンを導入した分子を合成した。得られた化合物のサーモトロピック液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量測定およびX線回折測定により調べたところ、広い温度範囲において分子が層状に配列したスメクチック液晶相を示すことがわかった。X線測定における層間距離と分子モデリングの結果はよい整合性を示した。また、レドックスによる分子のシトリング挙動をサイクリックボルタンメトリーおよび紫外可視吸収スペクトルにより明らかにした。一方、代表的なレドックス性分子であるビオローゲンの液晶化も行った。ビオローゲン子の両末端に扇状のアルキル部位を導入することで、カラムナー液晶相を発現した。ビオローゲン誘導体は、酸化還元に伴い顕者な色調変化(エレクトロクロミズム)を示した。

得られたオリゴチオフェンのサーモトロピック液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量測定およびX線回折測定により調べたところ、スメクチック相、カラムナー相、キュービック相などの多様な液晶相を発現した。これらの液晶ナノ構造はπ共役部位とアルキル部位の体積比の違い基づいて、自己組織的に形成することがわかった。π共役部位の集合構造に基づく特異的な電子・光機能の発現を指向し、液晶状態における電荷輸送特性を調べた。その結果、拡張π共役部位からなるレイヤーおよびカラム状構造が、有効な電子伝導パスとして機能することが明らかとなった。また、これらのポリカテナーオリゴチオフェン液晶を一軸的に配向させて作製した薄膜は、高い偏光発光特性を示した。偏光比は約11であり、赤色発光が観測された。さらに、オリゴチオフェンの薄膜は、電気化学的酸化還元に伴い顕著な色調変化(エレクトロクロミズム)を示すことがわかった。また、オリゴチオフェン以外にもレドックス活性π共役分子であるテトラシアノアントラキノジメタンや双安定性[2]ロタキサンの液晶化および物性評価についても検討を行った。特に、液晶性[2]ロタキサンにおいては、レドックス刺激によって環状部位が軸部位を可逆的に移動(シヤトリング)することをサイクリックボルタンメトリーおよび紫外可視吸収スペクトルにより明らかにした。非共有結合性相互作用や分子のトポロジーを制御し、超分子化学的な特性を利用することにより、分子のバルク状態における集合構造を制御し、その諸物性を明らかにすることができた。
多極子が示す局在－遍歴二重性と秩序の観測

Ce系化合物CeB6は反強四極子(AFQ)秩序を示す典型物質と考えられてきたが、その秩序機構が明らかになっているのは磁場下での状態であり、ゼロ磁場や極弱磁場下での秩序状態については実験的証拠が少ないために不明な点が多い。申請者らは、この物質のゼロ磁場下AFQ相について調べるため、まずは測定周波数が非常に低いために困難な11B-核四重極共鳴(NQR)測定を世界で初めて成功させ、AFQ秩序による局所電荷分布の変化を調べた。これまでゼロ磁場下AFQ状態については、磁場下での結果を延長させることによって類推されてきた部分が大きく、もしそれが正しければNQRスペクトルに分裂が生じるはずであるが、本研究では実際にはそうならないことが示された。この結果についてさらなる検証を行うため、申請者らは磁場中でのAFQ秩序構造同定に用いられた11B-核磁気共鳴(NMR)測定を超弱磁場下で行った。その結果、NMR測定で観測されるAFQ状態に特有の内場の発生が、有限の0.06T程度以下で消失することが明瞭に観測され、ゼロ磁場下での状態が磁場中状態とは異なることがさらに確認された。本研究の重要性は、NQR/NMR測定に特有の低周波プローブによってAFQ状態の動的情報を得たことである。つまり、NQR/NMR測定によってAFQ秩序が観測されなくなることは、AFQモーメントがこれらの測定周波数より速く揺らいでいることを示唆しており、AFQモーメント液体状態という新しい相状態が実現している可能性がある。また、本研究では、過去に例の無い1MHzを大きく下回る超低周波数領域にてNQR測定に成功しており、これまでの測定領域を大きく拡大したという技術的側面からも意義が大きい。本研究では、価数揺動物質SmSの3GPa超高圧下での33S-NMR測定にも成功している。伊賀教授(茨城大学)からCeB6の粉末試料の提供を受け、11B-核磁気共鳴(NQR)信号の観測に世界で初めて成功した。その温度依存性(2.54K)を測定した結果、反強四極子(AFQ)秩序温度(TQ=3.3K)以下で、NQR周波数がシフトする傾向は観測されたものの、形状には実験精度の範囲内で変化が検出されなかった。この結果は、磁場中で予想されているAFQ秩序構造とは相容れないものである。上記の結果を検証するため、磁場中で行う11B-核磁気共鳴(NMR)測定を0.1T以下の弱磁場下で行い、磁場を下げていった。現段階では約0.05Tまで磁場を下げることに成功し、AFQ秩序を特徴づける内場が有限の磁場(0.06T近傍)で消失する様子を確認した。以上の二つの実験結果は、ゼロ磁場下と磁場下ではAFQの秩序状態が異なることを示唆している。これらの結果について、多極子秩序に関する理論の専門家(倉本教授(高エネルギー加速器研究機構)、播磨教授(神戸大学)、大槻准教授(岡山大学))とも議論を行った。価数揺動物質SmSの圧力誘起半導体(非磁性)ー金属(磁性)転移をNMR測定によって調べるため、33S濃縮した試料の作製を芳賀研究主幹(日本原子力研究開発機構)に依頼し、高圧下NMR測定に成功した。特に、北川講師(東京大学)の協力を得て、3GPaの超高圧測定を実現させた。33S-NMRスペクトルの測定の結果、3GPaの低温下(10K以下)では試料の殆どの割合が圧力誘起磁気秩序状態にあることが分かった。また、NMR信号強度は一般に温度上昇に反比例して減少し、また今回の超高圧下での測定に用いている試料量が非常に微量であるため、高温下での測定が行えるかどうかが不安であったが、少なくとも約100Kでも十分な信号強度が得られることが確認された。CeB6に関する低周波核四重極共鳴(NQR)/低磁場核磁気共鳴(NMR)測定について、より好条件で測定を行うために測定条件の最適化を行っており、信頼性の高い測定データに置き換えていく。また、得られた測定データを適切に解析するための手法を確立する。必要に応じて、理論家に協力を求めていく。本研究の初年度までに行った測定は粉末試料を用いたものであったが、11B-NMR測定を行うにあたり、内場の出現には結晶異方性があるために解析が複雑になる点が問題である。そこで、単結晶試料を用いた測定を計画するが、単結晶試料を用いた場合信号強度が大幅に減少することが予想されるため、薄板上の試料を重ねる等、試料成型について工夫が必要になる。試料提供者である伊賀教授(茨城大学)と連絡を密に取りながら、計画を進めていく。加えて、これまでの測定は外部磁場を掃引する手法で行ってきたが、誘起される内場には磁場依存性があるため、固定磁場下での測定(周波数掃引)が理想的である。従って、周波数掃引測定を自動化するシステムの開発を行う。SmSについて、3GPa下での33S-NMRスペクトル測定を詳細に行い、圧力下発生する磁気秩序構造について考察を行う。また、核スピン格子緩和率の温度依存性を測定し、磁性の起源となる4f電子状態について微視的な情報を得る。その後、北川講師(東京大学)との協力のもと、圧力を段階的に上昇させ(6GPaまで)、磁気秩序構造と4f電子状態の圧力変化について調べる。上記以外に、新たな物質の測定を計画する。

Sm系化合物の候補物質として、11B-NQR技術が適応できる価数揺動物質SmB6のNQR測定、価数秩序が生じている可能性が高いジグザグ鎖構造を有するSm3TiBi5等を挙げる。Ce系化合物CeB6は反強四極子(AFQ)秩序を示す典型物質と考えられてきたが、その秩序機構が明らかになっているのは磁場下での状態であり、ゼロ磁場や極弱磁場下での秩序状態については実験的証拠が少ないために不明な点が多い。申請者らは、この物質のゼロ磁場下AFQ相について調べるため、まずは測定周波数が非常に低いために困難な11B-核四重極共鳴(NQR)測定を世界で初めて成功させ、AFQ秩序による局所電荷分布の変化を調べた。これまでゼロ磁場下AFQ状態については、磁場下での結果を延長させることによって類推されてきた部分が大きく、もしそれが正しければNQRスペクトルに分裂が生じるはずであるが、本研究では実際にはそうならないことが示された。この結果についてさらなる検証を行うため、申請者らは磁場中でのAFQ秩序構造同定に用いられた11B-核磁気共鳴(NMR)測定を超弱磁場下で行った。その結果、NMR測定で観測されるAFQ状態に特有の内場の発生が、有限の0.06T程度以下で消失することが明瞭に観測され、ゼロ磁場下での状態が磁場中状態とは異なることがさらに確認された。本研究の重要性は、NQR/NMR測定に特有の低周波プローブによってAFQ状態の動的情報を得たことである。つまり、NQR/NMR測定によってAFQ秩序が観測されなくなることは、AFQモーメントがこれらの測定周波数より速く揺らいでいることを示唆しており、AFQモーメント液体状態という新しい相状態が実現している可能性がある。また、本研究では、過去に例の無い1MHzを大きく下回る超低周波数領域にてNQR測定に成功しており、これまでの測定領域を大きく拡大したという技術的側面からも意義が大きい。本研究では、価数揺動物質SmSの3GPa超高圧下での33S-NMR測定にも成功している。伊賀教授(茨城大学)からCeB6の粉末試料の提供を受け、11B-核磁気共鳴(NQR)信号の観測に世界で初めて成功した。その温度依存性(2.54K)を測定した結果、反強四極子(AFQ)秩序温度(TQ=3.3K)以下で、NQR周波数がシフトする傾向は観測されたものの、形状には実験精度の範囲内で変化が検出されなかった。この結果は、磁場中で予想されているAFQ秩序構造とは相容れないものである。上記の結果を検証するため、磁場中で行う11B-核磁気共鳴(NMR)測定を0.1T以下の弱磁場下で行い、磁場を下げていった。現段階では約0.05Tまで磁場を下げることに成功し、AFQ秩序を特徴づける内場が有限の磁場(0.06T近傍)で消失する様子を確認した。以上の二つの実験結果は、ゼロ磁場下と磁場下ではAFQの秩序状態が異なることを示唆している。これらの結果について、多極子秩序に関する理論の専門家(倉本教授(高エネルギー加速器研究機構)、播磨教授(神戸大学)、大槻准教授(岡山大学))とも議論を行った。価数揺動物質SmSの圧力誘起半導体(非磁性)ー金属(磁性)転移をNMR測定によって調べるため、33S濃縮した試料の作製を芳賀研究主幹(日本原子力研究開発機構)に依頼し、高圧下NMR測定に成功した。特に、北川講師(東京大学)の協力を得て、3GPaの超高圧測定を実現させた。33S-NMRスペクトルの測定の結果、3GPaの低温下(10K以下)では試料の殆どの割合が圧力誘起磁気秩序状態にあることが分かった。
高機能バイオベースプラスチックの実用化に向けた新戦略

ポリ乳酸(PLA)をはじめとするバイオベースポリマー合成への新たなアプローチの可能性を探るため、米国Stanford大学とIBM Almaden Research Center(ARC)において有機触媒開環重合の技術を学び、その応用展開について検討した。Stanford大学のWaymouth教授とIBM ARCのHedrick博士らのグループでは最近、脂肪族カーボネートポリマーに重点を置いて有機触媒重合反応を利用した機能性材料、特に生体適合性材料の設計に取り組んでいる。同グループで開発された、非常に安価かつ生体適合性が確認されている2,2-bis(methylol)propionic acid(bis-MPA)を出発物質とした機能性六員環カーボネートモノマー(MTC)の合成法を利用して、重合・脱保護後に開環重合の開始剤となる水酸基を与えることが出来るMTC型モノマーを新規に合成し、脂肪族カーボネートを基本骨格としたPLAグラフト共重合体を合成し、そのステレオコンプレックス(sc)形成について検討した。MTC、ラクチドの開環重合は有機触媒によって行なわれ、最終的にグラフトポリマーでありながら多分散度が1.3以下のポリマーが得られた。グラフト化率50%以下ではカーボネートポリマー側鎖の各OHからラクチドが精度よく生長する。PLA鎖の結晶性はグラフト数とともに増加するが、L-体グラフトポリマーとD-体グラフトポリマー間のsc形成は一定以上増加しないことが確認された。これは高いグラフト密度では結晶形成が抑制されるためであると考えられ、ホモポリマーの結晶形成が確認されることはなかった。このため、完全sc化状態を維持したまま容易に高分子量化が達成でき、新たな機械物性の発現も期待される。さらにポリエチレングリコール(PEG)をMTC重合の開始剤とした場合、scを利用した自己会合ミセルを形成する両親媒性くし型高分子としても有望である。
液体金属噴流の革新的制御方法に関する基礎研究

IFMIFなど加速器中性子源でビームターゲットとして用いられる液体金属リチウム噴流に対して、磁場による制御を可能とする革新的な磁気誘導液体金属ターゲット(MGLT)の概念を提案し、シミュレーションを用いて性能を実証した。この中で、噴流を磁場で湾曲させる条件を得るのに、慣性力と電磁力の比である無次元数、相互作用係数を用いることが有効であることを示した。実証実験で用いる代替液体金属のガリウム噴流向けにMGLTのサイズと形状を最適化し、計算によりガリウム実験のパラメータの検討とその性能を実証した。これらの計算を基に、ガリウム試験ループを設計、製作した。昨年度までの数値解析結果を踏まえ、電磁石用鉄心の設計を完了、製作した。具体的な作業を以下に示す。液体金属噴流を湾曲させるのに必要な磁場(1テスラ程度)を考慮した従来設計においてはその重量が1トンを超えるものとなってしまい、製作にあたってはその材料費などから現時点では実現が困難であった。そこで、重量を下げ、コスト低減を図るために、鉄心の設計を見直した。鉄心を単に小さくするだけでは磁場も弱くなってしまい、所定の目標磁場には遠く及ばなくなる。本研究では、従来設計よりも幅を広く、かつ高さを短くしつつ、コイル断面形状を最適化し、重量を下げつつ、磁場の低下を最小限に抑えるノズル一体型電磁石の形状を新たに考案した。それに基づいて、電磁軟鉄を用い、鉄心を製作した。次に必要なのは、ノズル一体型電磁石を設置し、観察を行う試験部の製作である。試験部については、これら電磁石を支える架台が必要となる。当初に比べると大幅な重量低下を実現できてはいるが、それでも総重量は300kg程度となってしまう。そのため、それら重量物を支えつつ、試験を可能とするような架台が必要となる。また、試験部は基本的に開放空間となっているため、逸れて流れる液体金属を回収する構造も必要である。そこで、それらを考慮した専用の架台を設計した。また、架台は磁場に影響を与えてはならないため、材質として非磁性体であるSUSとアルミを用い、設計・製作した。最後に、ループ設計を行った。ループはガス圧を用いた水頭圧駆動とし、作動流体には液体金属ガリウムを用いる。来年度は、この設計に基づき、ループを製作、試験を行う予定である。今年度はまずシミュレーションにより、液体金属噴流を湾曲させるために必要な磁場条件を明らかにした。主な対象としている国際核融合材料照射施設(IFMIF)向け磁場制御型液体金属リチウムターゲットについてシミュレーションを実施し、目的の湾曲噴流ターゲットが実現可能であることを明らかにした。その際、リチウムターゲットを磁場で制御するためのノズル一体型電磁石の概念構造を提案し、シミュレーションでその成立性を実証することができた。一方で、本研究で計画している実験は、最終的な目的である液体金属リチウムの代わりに液体金属ガリウムの使用を想定している。これは、リチウムが危険物で扱いが難しく、装置が大掛かりなものになるため、実験のコストダウンを考慮してのことである。ガリウムとリチウムの物性値を比較し、電磁流体において重要となる無次元パラメータ(磁気レイノルズ数、相互作用係数)を合わせるように実験条件の検討を行い、ガリウム実験用のノズル一体型電磁石の設計を行った。また、当研究室が保有する電源の容量の関係より、当初の電磁石設計からの大幅な変更が余儀なくされたが、シミュレーションを用い、ガリウム実験の成立性を検証、ノズル一体型電磁石の設計を決定した。それに伴い、今年度は各部位の電磁石について製作を行った。今年度はループの設計・制作、および数値計算によるガリウム噴流の軌道予測、および3次元電磁流体解析コードの整備・検証を行った。ループの設計としては、二つのタンクを用いたブローダウン方式によるループを考え、配管系の配置を設計した。タンクには当研究室が保有するものを用い、配管は3/4インチとした。試験部となるノズル一体型電磁石のコイル容器にコイルを設置、電源系を配置した。コイル容器には、コイル冷却用に用いる液体窒素を導入する管を設けた。ブローダウン用のガスにはアルゴンガスを用いる。電源は最大80V、200Aを流せるものを用いた。数値計算では、運動量方程式をルンゲ・クッタ法を用いてラグランジュ的に解き、ガリウム噴流の軌道を計算した。最終的な目標であるリチウム噴流と電磁場的なパラメータを合わせるため、流速は0.5m/s程度と非常に小さくする必要があるが、この場合、ガリウムが重いため、重力による加速が無視できなくなる。そのため、ガリウムは加速し、磁場に対する追従性が同条件(電磁場)のリチウムに比べて悪くなることが確認された。3次元電磁流体解析コードの整備では、CIP法に電磁力を計算するルーチンを追加した。

ただし、ここでは簡単なため外部磁場からの電磁力のみとし、ガリウム内に生じる誘導電流に起因する誘導磁場を計算するルーチンは追加していない。外部磁場は、ポアソンSuperFishというフリーの磁場計算コードにて計算したデータを読み込む形式とした。また、液体金属噴流、周辺雰囲気ガス、磁場制御用金属板の全てを取り扱えるよう、CIP法を用いた固気液三相流コードをベースとして開発した。ただし、計算の安定性に課題があり、長い時間の計算ができておらず、これは今後の課題として残る。熱流動工学ノズル一体型電磁石向け鉄心の製作に時間とコストが思ったよりかかってしまったため、その後の計画と工程に大きく影響した。また、ノズル一体型電磁石を設置する架台の設計に苦慮した。その大きな原因は、300kgに及ぶ重量物を支えつつ、試験観察用の大きな開口を設け、コスト低減で材料費を抑えるためにフレーム構造とせねばならないことが挙げられ、これらを全て満たす設計が非常に難しく、時間がかかってしまった。そのため、本来であれば今年度からループの製作を始める予定であったが、大きくずれ込み、来年度の製作となってしまった。前年度はシミュレーションによる検証とノズル一体型電磁石設計・製作を行うことを目標としていた。製作自体は、設計の遅れ(検証に伴う設計改良)があったため、若干の遅れがあるが、鉄心製作は終了したため、その遅れは概ね取り戻していると考えている。ループ製作における大きな課題は、ガス圧駆動にするために水頭圧を稼がねばならず、タンクを比較的高い位置に置かなければならないことである。回収した作動流体を高い位置に設置したタンクに戻すためには、ガス系を工夫しなければならない。簡単なのはもう一つタンク(回収用タンク)を製作することであるが、予算の都合からそれは難しい。そこで、回収側にもガス系を取り付け、上部タンクに戻すループを計画している。これらを含め、想定以上にかかっているコストを抑えつつ、実験可能なループを製作していく。今後は実験ループ設計を行い、製作を実施する。ノズル一体型電磁石の設置架台やタンク、配管系の設計・製作を行い、来年度の実験実施に向けて準備を行う。また、コイルを購入し、磁場の生成実験を実施する。一方で、前年までのシミュレーションは2次元の簡易シミュレーションであった。そこで、3次元電磁流体解析コードの作成に向け、今年度はそのベースとなる流体解析コードの整備と基本的な電磁場解析コードの基本設計、整備を行っていく。当初製作予定であったコイルを見合わせたため。見合わせた理由としては、製作する電磁石(主に鉄心)を支える架台の設計に手間取り、ギリギリまでその額が確定できず、架台のコストが跳ね上がった際の追加予算として残しておいたためである。しかし、架台のコスト増がある程度で抑えられたため、結果として残ってしまった。当初の計画通り、コイルを製作するのに生じた差額分を用いる予定である。次年度の研究費は、主にループ製作に使用する。ノズル一体型電磁石用架台製作、コイル製作、ループ配管系製作、タンク系製作に使用するが、それらと共に、情報収集のための学会参加にも使用する予定である。