hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
家電エコポイント制度による省エネルギー効果：需要サイドからの経済学的研究

本研究は、2009年5月から2011年3月まで実施された「家電エコポイント制度」による家庭部門の省エネ効果を検証するため、消費電力の多いエアコンを対象に分析を行った。約700世帯を対象にアンケート調査を行い、過去2年分の電気使用量明細データから、買替による節電効果を月ごとに検証した。その結果、季節ごとに節電効果の有無や大きさが異なった。春や秋などの比較的穏やかな気候の季節では、節電効果が見られたが、夏と冬にはリバウンド効果の影響で、買替による節電効果が相殺される結果となった。本研究課題は、家庭部門において電気使用量に占める割合の高いエアコンを対象に、省エネエアコンのエネルギー削減効果について、質問表調査と実際の電力使用量データを用い、需要サイドから評価を試みる取組みである。「家電エコポイント制度」のような省エネ家電の普及政策は、これまで、販売量と性能から理論的な省エネ効果を算出する、供給サイドからの評価がほとんどあった。しかし、実際の使用実態は、買替や追加購入、世帯属性、住宅属性、環境意識、利他心などによって大きく変動することが予想される。さらに、リバウンド効果の影響も考えれば、供給サイドの評価は過大である可能性が高い。そこで、本研究では、対象家計から過去25カ月分の電気使用量明細データを提出してもらい(関西電力管内の世帯は、ホームページから簡単な登録により、Excel形式でのデータの入手が可能)、過去2年以内に省エネエアコンを購入した世帯と、未購入世帯のデータから、実際にどの程度の省エネ効果があったのかを、需要サイドから検証する。その際、購入世帯と未購入世帯の比較や、購入世帯内でも、購入形態(買替・追加購入)の違いに注目した検証を行うことで、今後の省エネ家電普及政策に対する提言を行うことができる。本年度は、前半に家計の省エネ投資行動に関する先行研究の整理を行い、後半は、1回目の質問表調査の準備・実施を行った。調査は、Web調査会社を利用して、関西電力管内の539世帯から、過去25か月分の電気使用量明細の提出と、質問表調査の回答を得ることが出来た。今年度調査は、調査計画にあるように、次年度の2回目調査の回収世帯とあわせ、統計分析を実施するため、本年度回収分はデータの整理や、他の公表データ(電気使用量に関係する気象データなど)との関連付けまで終了している。また、次年度調査を平成27年4月に実施するため、Web調査会社とその準備を完了した。本研究課題は、家電エコポイント制度の対象製品のような、エネルギー効率の高い製品に買い替えた場合のエネルギー削減効果について、需要サイドからの評価を試みる取組みである。特に家庭内で夏場や冬場に使用頻度が高く、電気使用量に占める割合も高い、エアコンに注目し、その買替効果を、実際の電気使用量データと質問表調査により検証を行うものである。本年度は、4月にWebアンケート調査会社に依頼し、関西電力管内の539世帯から、過去25か月分の電気使用量データの提出と、質問表調査の回答を得た。さらに、前年度の調査世帯を加えて、約800世帯のデータを利用して、省エネエアコン買替へによるリバウンド効果の推定を行った。その結果、季節ごとに異なるリバウンド効果の結果が得られた。特に夏場や冬場にはリバウンド効果はプラスとなり、それ以外の季節では、マイナスのリバウンド効果が推定された。本年度は、前年度の結果を6月にスイスのチューリッヒ大学で開催されるEAERE2016で報告予定であり、さらに、学会後に修正を加えて、英文ジャーナルに投稿する予定である。また、本年度は、より正確なエアコンのリバウンド効果を推定するため、家電ごとのエネルギー使用量を管理できる、Home Energy Management System (以下、HEMS)を導入している世帯を対象に、調査を実施する予定である。平成27年度は、4月に26年度と同様に、省エネエアコンの節電効果を検証するため、関西電力管内の家計に、過去25か月分の電気使用量を提出してもらい、さらに質問表調査にも回答してもらった。前年度調査のデータとあわせて、約800世帯分のデータを揃え、このうち、2年以内に省エネエアコンを買替えた世帯と、未購入世帯のデータを利用して、買替による節電効果と、リバウンド効果の推定を行った。買替による節電効果については、省エネエアコンに買い替える世帯と、買い替えない世帯には、そもそも社会経済属性が異なると予想される。実際に、質問表調査結果から、2つの世帯の基本統計量に差が生じていた。そこで傾向スコアマッチングの手法を用いて、未買替世帯から、買替世帯と同様の世帯と抽出して分析に用いた。さらに、観測不可能な要因を除去するため、Difference-in-difference法を用いた。結果として、節電効果は主に夏場に観測された。さらに、買替前のエアコンの使用年数から、技術的な削減予想量を算出し、買替によるリバウンド効果の推定も行った。結果として、夏場や冬場にはリバウンド効果は発生していることが明らかになった。一方で、それ以外の月では、マイナスのリバウンド効果が観察された。また、この結果を9月に京都大学で開催された環境経済・政策学会で報告を行い、多くのコメントを頂いた。現在はコメントに基づいて論文を修正し、平成28年6月の国際学会での報告と、英文ジャーナルへの投稿準備を行っている。本研究課題は、家庭部門において電気使用量に占める割合の高いエアコンを対象に、省エネエアコンのエネルギー削減効果において、質問表調査と電気使用量明細データを使い、家計部門の需要サイドから評価する取組みである。

前年度までに実施した2回の質問表調査と電気使用量明細データの収集により、約800世帯のデータから、省エネエアコンの買替による、電気使用量削減効果を推定した結果、春や夏に有意な節電効果が確認された。また、月ごとのリバウンド効果の推定から、季節によって、リバウンド効果に大きな変動があることを明らかにした。このような月別の推定はこれまでにほとんど例がないため、リバウンド効果の分野において、非常に興味深い結果となった。最終年度では、前年度までの結果を6月にスイスのチューリッヒ工科大学で開催された、ヨーロッパ環境資源経済学会において、報告を行い、そのコメントなどをもとに論文を修正して、現在英文ジャーナルに投稿中である。また、同時に3回目の質問表調査を、約700世帯に対して実施した。ただし、当初はHome Energy Management System (HEMS)導入世帯を対象として、家電ごとのリバウンド効果を推定する予定であったが、思ったよりサンプルサイズが確保できない予測であったため、冷蔵庫、テレビ、エアコンの3種類に絞って、買替によるリバウンド効果を、前年度までと同様の方法で評価することにした。急な変更と準備に時間がかかり、1月に実施したことから、年度内には、データの加工と簡単な推定のみまでとなり、本格的な論文執筆はこれからである。研究期間である3年を通して実施した結果、家電の省エネ効果は、世帯属性や季節、リバウンド効果などに大きく影響することが明らかになった。今後は、単なる省エネ機器の普及だけでなく、季節ごとやリバウンド効果を考慮した追加的な対策が求められる。本研究は、2009年5月から2011年3月まで実施された「家電エコポイント制度」による家庭部門の省エネ効果を検証するため、消費電力の多いエアコンを対象に分析を行った。約700世帯を対象にアンケート調査を行い、過去2年分の電気使用量明細データから、買替による節電効果を月ごとに検証した。その結果、季節ごとに節電効果の有無や大きさが異なった。春や秋などの比較的穏やかな気候の季節では、節電効果が見られたが、夏と冬にはリバウンド効果の影響で、買替による節電効果が相殺される結果となった。平成26年度は、省エネ家電の効果を検証するための現状調査として、1回目の質問表調査を実施した。調査内容としては、省エネ家電をエアコンに絞り、過去2年以内に省エネエアコンを購入したかどうかに注目し、購入世帯と未購入世帯の標本を入手した。また、回答対象を関西電力管内の世帯にすることで、回答者には関西電力のホームページから過去25カ月分の電気使用量データを入手し、提出してもらった。これにより、購入前後での省エネ効果や、購入者と未購入者で、夏場の節電時期にどの程度節電効果に差があったかなどを検証出来る。集まった標本のサイズは約500世帯で、そのうち、110世帯が過去2年以内に省エネエアコンを購入していた。この標本サイズは当初予定していた通りである。また、質問表調査において、エアコンの所有台数、使用年数、購入エアコンの購入形態(買替・追加購入)、世帯属性、住宅属性などの情報も入手出来ており、計画していた情報はほぼ入手できた。
版本・錦絵・古文書に用いられた紙の材質に関する基礎的研究

本研究の目的は、史・資料として遺された近世から近代にかけての版本・錦絵・古文書を対象に、材質および特性を明らかにして、科学的類別を行うことにある。本研究は、史料として遺された紙資料群を対象に、材質および特性を明らかにして、科学的類別を行うことにある。そのため、顕微レンズを用いた測定装置(CCD拡大画像)により紙質測定の技術に関する研究、加えて、史料への影響を最小限にとどめた調査により、紙の特質をどこまで把握できるか、紙質画像を入力して比較する研究を継続して行った。『手漉和紙』を標本として、各種の科学的調査と調査技術の検討を行い、実際の史料に用いられた資料の科学的類別のための調査を、下記の(1)(2)(3)を対象として開始した。(1)版本の場合、実際的に江戸版の紙質を出版元や年代ごとに分析を行い、紙質の特徴を調査した。(2)錦絵の場合、明和初年の錦絵期になると色版を摺り重ねるため、耐久性のある奉書紙を用いるようになる。錦絵に用いられた紙質を比較検討し、識別の指針となる紙質情報を調査した。(3)古文書については、その原料、抄紙・色・用途・産地等によって、檀紙・奉書紙等々様々な名称が付されている。また、文書の発給者や使用者が文書料紙を使い分けており、その相違は史料の発生と機能を研究する上で、重要な手掛かりとなるものである。各紙質についての分析を行い、版本・錦絵の紙質データと比較検討し、(1)(3)の紙質の特質を調査した。科学的調査を調書としてまとめるため、データシートのフォームを整理し、データを入力し、処理する作業を実施した。最終年度、測定結果から紙質の特定パターンを整理した「紙質類別基準試案」のデータの累積と分析の成果を報告書としてまとめた。本研究では、顕微レンズを用いた測定装置により版本・錦絵・古文書(アーカイブズ)の紙質測定の技術に関する基礎的研究を行う。加えて、紙への影響を最小限にとどめた調査により、紙の特質を把握し、それらの結果を用いて紙資料群の類別を行う。平成14年、海外の研究状況について、アーカイブズにおけるコンサバターによる詳細で豊富な紙資料分析の成果に基ずく類別事例の蓄積があるアメリカ・カナダにおける紙質分析の研究状況を調査した。その成果により、紙質分析データの効率的な解析を実行し、研究の質をより向上させた。史料への影響を最小限にとどめた調査により、紙の特質をどこまで把握できるか、紙質画像を入力して比較研究するための準備作業を行った。本年度は、『手漉和紙』を標本として、次の科学的調査と調査技術の検討を行った。1.顕微レンズを用いた測定装置としてCCD顕微鏡(ピコスコープマン:モリテックス(株))を購入し、コンピュータ入力画像で90万画素による鮮明な拡大映像をデータ集積することが可能となった。分析対象紙面にそのレンズを近接させてモニター画面に写しだし、繊維の長さや交差状態を観察の上、画面をデータとして集積した。それらを個別名称の紙質ごとの「繊維表面サンプル」とした。2.化学パルプと機械パルプの混入を識別するため、フロログレシン(JIS P8120による)による呈色反応分析の研究を進めた。3.標本より採取した試料をもとにC染色法(JIS P8120)による紙の繊維試験を行った。わら・亜麻・楮・三椏・雁皮などの紙原料の呈色状況により識別した。

4.地色の違いを視覚的に判断するのを数値に置き換えるため、各社色差計の性能を調査し、特に白色度・黄色度を測定に対して性能の高い機器の評価を行った。5.紙の水分量を紙水分計(京浜ケット製)を使い測定し、紙表面の導電性に関する水分量のデータ調査を行った。6.pHメータにより紙の酸性度を測定すため、pHメータの性能を調査した。7.紙の製造年月のあるものは、経年数を計算しながらデータを採取した。以上の科学的調査を行うと共にその他にも標本数種を用いて、個別名称の紙質ごとに17の一連の調査を行い、これらのデータを全てコンピュータで画像処理し、解析データを蓄積した。今後は、これらの測定結果から紙質の特定パターンを整理し、「紙質類別基準試案」を作成する。本研究の目的は、史・資料として遺された近世から近代にかけての版本・錦絵・古文書を対象に、材質および特性を明らかにして、科学的類別を行うことにある。本研究は、史料として遺された紙資料群を対象に、材質および特性を明らかにして、科学的類別を行うことにある。そのため、顕微レンズを用いた測定装置(CCD拡大画像)により紙質測定の技術に関する研究、加えて、史料への影響を最小限にとどめた調査により、紙の特質をどこまで把握できるか、紙質画像を入力して比較する研究を継続して行った。昨年度は『手漉和紙』を標本として、各種の科学的調査と調査技術の検討を行ったが、今年度は実際の史料に用いられた資料の科学的類別のための調査を、下記の(1)(2)(3)を対象として開始した。(1)版本の場合、実際的に江戸版の紙質を出版元や年代ごとに分析を行い、紙質の特徴を調査した。(2)錦絵の場合、明和初年の錦絵期になると色版を摺り重ねるため、耐久性のある奉書紙を用いるようになる。錦絵に用いられた紙質を比較検討し、識別の指針となる紙質情報を調査した。(3)古文書については、その原料、抄紙・色・用途・産地等によって、檀紙・奉書紙等々様々な名称が付されている。また、文書の発給者や使用者文書料紙の使い分けによるその相違は史料の発生と機能を研究する上で、重要な手掛かりとなるものである。各紙質についての分析を行い、版本・錦絵の紙質データと比較検討し、(1)(3)の紙質の特質を調査した。調査内容は、史料を非破壊的に分析することを原則とし、劣化状態調査の作成、和紙原型寸法の計測から開始し、顕微レンズを用いた測定装置を用い、紙面を画像解析ソフトによって画像入力処理を試みた。画像を良質に取り込むため、繊維の長さや交差状態を観察の上、画像に入力し、「版本・錦絵・古文書の繊維表面サンプル」を作成するための手順を試行した。科学的調査を調書としてまとめるため、データシートのフォームを整理し、パソコンを使用してデータを入力し、処理する作業を併せて継続した。本年度の成果は、測定結果から紙質の特定パターンを整理した「紙質類別基準試案上の検討を始めたところであり、以後データの累積と分析を実施していく。昨年度は『手漉和紙』を標本として、各種の科学的調査と調査技術の検討を行ったが、今年度は実際の史料に用いられた資料の科学的類別のための調査を、下記の13を対象として開始した。
革新的ゲルマニウム光電子融合素子の実証とそのシミュレーション技術開発

次世代LSI(大規模集積回路)の高速・低消費電力化のための革新的デバイスとして、Si基板上Ge光電子融合デバイスの実現へ向けた基盤技術を、シミュレーション技術開発とともに確立した。従来とは異なる新規な歪みGeチャネル形成、絶縁層上歪みGe(Ge-on-Insulator)基板作製に成功し、また、量子ドットを有する、フォトニック結晶やマイクロディスク等の微小共振器構造を組み込んだ電流注入発光デバイスを作製し、室温における強い電流注入発光、導波路とのカップリングに成功した。電子デバイス開発として、高速歪みGeチャネルMOSFET実現に重要となる表面近傍構造の最適化を進めた。特に高誘電率ゲート絶縁膜特性に与えるSiキャップ層の効果を調べた。X線光電子分光法(XPS)によって、Si層を2nm以上挿入することで、歪みGe層の酸化を抑制でき、良質なゲート界面が形成されることが分かった。さらにSi層によりGeチャネルの歪み安定性が向上することが分かり、高速デバイス化へ向けて大きく前進することができた。電子デバイス設計として、ドリフト拡散モデルとモンテカルロ法に基づいたシミュレータを別個に立ち上げ、Siデバイスのシミュレーションを進めた。今後Geチャネルデバイスへと適用する。これまでに室温発光を達成している、Ge量子ドット微小共振器構造をベースに、電流注入型ELデバイス構造の開発を進めた。p-i-n接合を有するマイクロディスク(MD)、フォトニック結晶構造作製プロセスを確立した。EBリソグラフィーの合わせマークとして、熱安定性を考慮してHfO_2膜を採用するなどのプロセス最適化を通して、室温エレクトロルミネッセンスを得ることに成功した。得られた発光ピークはMDの共振モードである、Whispering galleryモードであることが、FDTDシミュレーションにより確認された。得られたQ値は60から100であったが、これはPL構造の発光よりも小さく、改善に向け現在原因を特定中である。また、PLと同様に、発光強度は注入電流に対し非線形的な振る舞いを示し、MD中のキャリア密度増大が要因と考えられる。これらの結果は、高Q値(>2000)、単一モード発光デバイス実現へ向けた大きな前進を示すものと言える。歪みGeデバイス開発として、ソースドレイン(SD)コンタクトの極浅化かつ低抵抗化を目指し、不純物のデルタドーピングによるSD形成技術を開発した。不純物の表面偏析現象を系統的に調べることで、基板面方位、結晶成長温度に強く依存した偏析現象を解明し、数nmという非常に急峻なSb不純物原子のドーピングに成功した。これにより、通常オーミック接触を得るのが非常に困難であるn型Geへの、非常に良好なオーミック接触を得ることに成功し、極浅SD実現へ大きな前進となった。また、チャネル構造の開発として、より量産化に適したガスソースMBEによる低温成長を実現し、結晶性の高い歪みGeチャネル形成に成功し、よりデバイス特性に近いドリフト移動度として、Siデバイスをはるかに超え、半導体の正孔移動度としては最高値となる、3120cm^2/Vsという超高移動度を得た。また並行して、更なる移動度向上を可能とする、一軸歪みデバイス実現へ向けて、「選択的イオン注入法」を開発した。基板面内で選択的にイオン注入による欠陥を導入することで、歪み緩和を局所的に生じさせ、その結果非対称な一軸性歪みを誘起する手法である。今年度は、注入領域の幅を系統的に変化させることで、一軸性を高め、より高移動度化を図る指針を得た。さらに、表面構造を詳細に評価することにより、異方的な転位の発生が歪み状態の起源であることを明らかにし、熱的に安定かつ均一な一軸性歪みを導入できていることが示された。光デバイス開発として、Geドットフォトニック結晶EL素子を開発し、共振EL発光を得た。PL発光特性との比較から、ELデバイス化による発光幅のブロード化が顕著に見られ、プロセスの改良が望まれるものの、各モードに対応した良好なEL発光スペクトルが得られていることは画期的であり、今後のGeドット発光素子実現が大いに期待できる。歪みGeチャネルデバイスの集積化へ向けて、微細化に重要となる要素技術の開発を進めた。具体的には、チャネル移動度の高速化として、ガスソースMBEによる結晶高品質化により、3,000cm2/Vsを超える超高移動度を実現し、そのパラレル伝導の解析、結晶構造、転位などの詳細な評価を進めた。さらに低消費電力デバイス化へ重要となる、GOI(Ge-on-Insulator)基板の開発を進め、エピタキシャル成長と張り合わせ技術を駆使することにより、欠陥密度の低い膜厚300nmのGOI基板の作製に成功した。また、一軸歪みGeチャネルデバイスに向け、選択的イオン注入法の開発を継続し、これまでよりもGe組成を大きく向上させた、Ge組成50%に近いSiGe一軸歪みバッファー層を実現した。さらにSi集積回路における光配線実現へ向けて、SOI(Si-on-Insulator)基板上に、Ge量子ドット/Siの多層膜を形成した後、不純物ドーピングによりp型領域とn型領域を形成し、外部から電流を量子ドット領域に注入可能な構造を作製した。

さらにGe量子ドットで生じた発光を閉じ込め、共振させるため、フォトニック結晶微小共振器を作製した。今回は、光が横方向に漏れないように、円柱形状をもつ空気孔を三角格子状に周期的に加工、配置し、未加工の領域を残し、その部分で光を共振させた。具体的には、空気孔3個分の寸法をもつL3共振器構造を採用し、通信波長帯の領域で、高Q値(1500以上)の発光に成功した。シミュレーション開発として、密度傾斜法を組み込んだデバイスシミュレータを開発し、歪みチャネルデバイスでの移動度計算を行い、実験結果と比較をすることで、構造最適化を進めた。ほぼ理想通りのデバイス特性が得られ、散乱要因などの特定化に有効となる。また、第一原理計算により不純物元素の偏析現象について詳細に調べ、微細デバイスでの低抵抗コンタクト形成に重要な知見を得た。超高速歪みGeチャネルデバイスの実現へ向けて、Geチャネルの結晶高品質化により、3,120 cm2/Vsという世界最高正孔移動度を実現するとともに、そのパラレル伝導の解析、散乱要因を解明した。また微細デバイスにおいて重要となるGe低抵抗コンタクト形成技術として、不純物のデルタドーピング技術の開発を進め、GeへSiを添加することにより偏析を抑制し、より高濃度なドーピング密度を達成した。さらに、GeCMOS技術において究極的に求められる基板として、GOIの開発を進めた。2段階成長法と貼り合わせ技術により、無欠陥でかつ50nmと極薄のGOI基板の作製に成功した。さらに移動度増大手法として、選択的イオン注入法の開発を継続し、一軸歪みGeチャネル形成を可能とする、Ge組成80%のSiGe一軸歪みバッファー層を実現した。さらにSi集積回路における光配線実現へ向けて、SOI基板上に、Ge量子ドット/Siの多層膜を形成した後、パーセル効果による発光効率増大のため微小光共振器構造を作製、さらに電流注入発光のためp-i-n構造を形成した。デバイス構造最適化、ドーピング技術の最適化により、Si系発光デバイスとしては世界最高のQ値(=2200)を持つELを得ることに成功した。さらにフォトニック結晶による光導波路を形成し、共振器との強い結合を実証し、Siプラットフォーム上の光配線実現に向けた有望な成果を得ることができた。さらに、FDTD法計算により、新規ダブルヘテロ接合型フォトニック結晶共振器のバンド構造の解析によって、上記実験結果を再現するとともに、さらに10万を超える高Q値が得られる構造を見出し、デバイス設計にさらなる高性能化へ向けた指針を与えた。以上、電子デバイス、光デバイス、シミュレーション技術開発を相互に連携させ、光電子融合集積回路の実現へ向けて非常に有用な技術を確立したものといえる。電子デバイス開発に関しては、まだ微細デバイス移動度評価には達していないものの、別手法(ホール測定)による移動度評価では大幅な移動度増大を達成し、構造の非常に高いポテンシャルを示すことができている。さらに一歩進んだ、GOI構造開発にも成功している。
超軽微低体温(35℃)の神経保護作用のメカニズムの解明-脳保護薬との併用療法-

ラット一過性局所脳虚血モデルを用い以下の実験を行った。雄性Sprague-Dawley Ratを用い、1.5%ハロセン麻酔下に4-0外科用ナイロン糸を中大脳動脈起始部まで挿入することによって脳虚血を導入し、虚血負荷を均一化するため虚血中の直腸温および頭蓋温度は37.0±0.5°Cに維持した。実験動物は、I : Vehicle群(対照群、n=6)、II : Hypothermia(35°C)群(n=6)、III:脳保護薬群(n=6)、IV:脳保護薬+Hypothermia(35°C)群(n=6)の4群に分類した。IおよびIII群は常温群で、体温コントロールは虚血開始時より導入し、虚血中脳温および直腸温を37°Cに保った。脳保護薬群は免疫抑制薬(FK506)、選択的抗トロンビン薬(argatroban)を用い、対照群には同量のVehicleを投与した。IIおよびIV群は低体温群で、虚血中脳温および直腸温を35°Cに維持し、虚血作成直後にHypothermia(35°C)群(II群)ではvehicle、脳保護薬+Hypothermia(35°C)群(IV群)ではFK506、argatrobanを各々投与した。2時間の脳虚血後再開通を行い、再開通24時間後断頭し、直ちに脳を摘出・凍結し、脳梗塞体積および脳浮腫体積を測定した。免疫抑制薬(FK506)と超軽微低体温の併用による神経保護作用の増強効果の検討では、常温(37°C)群では、FK506群(III群)は対照群(I群)に比し皮質梗塞、線条体梗塞では両群間に差異を認めなかった。しかしFK506に低体温(35°C)を併用する群(IV群)では、常温でのFK506群(III群)に比し、有意に皮質および線条体梗塞体積を縮小した(p<0.05)。脳浮腫体積の検討でも、FK506+Hypothermia(35°C)群(IV群)は、他の3群に比し皮質および線条体にて有意な脳浮腫縮小効果を認めた(p<0.05)。選択的抗トロンビン薬と超軽微低体温の併用による神経保護作用の増強効果の検討に関しては、昨年報告した。雄性Sprague-Dawley Rat(体重200-250g)を用い、1.5%ハロセン麻酔下にシリコンを先端に付着した4-0外科用ナイロン糸を左総頚動脈から内頚動脈を経て中大脳動脈起始部まで挿入することによって脳虚血を導入し、虚血負荷を均一化するため虚血中の直腸温および頭蓋温度は37.0±0.5°Cに維持した。

IおよびIII群は常温群で、体温コントロールは虚血開始時より導入し、虚血中脳温および直腸温を37°Cに保った。脳保護薬群は免疫抑制薬(FK506)、選択的抗トロンビン薬(argatroban)を用い、対照群には同量のVehicleを投与した。IIおよびIV群は低体温群で、虚血中脳温および直腸温を35°Cに維持し、虚血作成直後にHypothermia(35°C)群(II群)ではVehicle、脳保護薬+Hypothermia(35°C)群(IV群)ではFK506、argatrobanを各々投与した。2時間の脳虚血後、ナイロン糸を抜去し再開通を行った。再開通24時間後断頭し、直ちに脳を摘出・凍結し、Cryostatにて厚さ20μmの冠状断切片を作成した。ヘマトキシリン・エオジン(H-E)染色を行い、image analyzerを用いて脳梗塞面積を皮質と線条体に分けてそれぞれ測定し、積算することにより、脳梗塞体積および脳浮腫体積を算出した。常温(37°C)群では、アルガトロバン群(III群)は対照群(I群)に比し皮質梗塞体積の縮小を認めたが、線条体では両群間に差異を認めなかった。さらにアルガトロバンに低体温(35°C)を併用する群(IV群)では、常温でのアルガトロバン群(III群)に比し、有意に皮質梗塞体積は縮小した(p<0.05)。脳浮腫体積の検討でも、アルガトロバン+Hypothermia(35°C)群(IV群)は、他の3群に比し皮質にて有意な脳浮腫縮小効果を認めた(p<0.05)。FK506に関しては、現在実験を遂行中である。ラット-過性局所脳虚血モデルを用い以下の実験を行った。雄性Sprague Dawley Rat(体重200-250g)を用い、1.5%ハロセン麻酔下にシリコンを先端に付着した4-0外科用ナイロン糸を左総頚動脈から内頚動脈を経て中大脳動脈起始部まで挿入することによって脳虚血を導入し、虚血負荷を均一化するため虚血中の直腸温および頭蓋温度は37.0±0.5°Cに維持した。実験動物は、I:Vehicle群(対照群、n=6)、II:Hypother mia(35°C)群(n=6)、III:脳保護薬群(n=6)、IV:脳保護薬+Hypothermia(35°C)群(n=6)の4群に分類した。脳保護薬群は免疫抑制薬(FK506)、選択的抗トロンビン薬(ar gatr oban)を用い、対照群には同量のVehicleを投与した。IIおよびIV群は低体温群で、虚血中脳温および直腸温を35°Cに維持し、虚血作成直後にHypothermia(35°C)群(II群)ではvehicle、脳保護薬+Hypothermia(35°C)群(IV群)ではFK506、argatr obanを各々投与した。ヘマトキシリン・エオジン(H- E)染色を行い、image analyzerを用いて脳梗塞面積を皮質と線条体に分けてそれぞれ測定し、積算することにより、脳梗塞体積および脳浮腫体積を算出した。免疫抑制薬(FK506)と超軽微低体温の併用による神経保護作用の増強効果の検討では、常温(37°C)群では、FK506群(III群)は対照群(I群)に比し皮質梗塞、線条体梗塞では両群間に差異を認めなかった。しかしFK506に低体温(35°C)を併用する群(IV群)では、常温でのFK506群(III群)に比し、有意に皮質および線条体梗塞体積を縮小した(p<0.05)。脳浮腫体積の検討でも、FK506+Hypothermia(35°C)群(IV群)は、他の3群に比し皮質および線条体にて有意な脳浮腫縮小効果を認めた(p<0.05)。
小型魚類を用いた器官サイズ制御を司るHippoシグナル伝達系の解析

細胞周期可視化プローブFucciを組み込んだメダカを用いて、形態形成過程における細胞周期の時空間的パターンを解析した。その結果、形態形成後期に網膜と脳組織の一部において細胞増殖が盛んであることを確認できた。そこで、モルフォリノを用いてHippoシグナル関連分子のノックダウン解析を行い、Hippoシグナルが形態形成過程に及ぼす影響を精査した。その結果、網膜組織において顕著な形態異常が認められたことから、Hippoシグナルが形態形成期の網膜組織の増殖分化制御に関与する可能性が示唆された。Hippoシグナル伝達系は、隣接細胞間の接触情報に基づいて細胞増殖と細胞死の双方を制御することにより、組織や器官のサイズを規定する新しいシグナル経路として近年注目を浴びている。Hippo系の下流標的分子Yapの変異メダカは、初期形態形成期より胚の厚みが扁平であり、組織の構築不全と維持不全という特徴的な表現型を示す。この表現型は、組織を構築する個々の細胞の増殖や細胞死の観点だけからでは説明がつかず、組織化された臓器を形成するために必要な細胞間張力の統御機構の理解が急務である。本研究では、生きた個体全体の中で、細胞周期・細胞死に加え細胞張力をリアルタイムに可視化し、Hippoシグナル活性化の形態形成過程における役割を明らかにすることを目的として研究を進めた。まず、既に作出済みのFucciメダカを用いて、形態形成過程における細胞周期の時空間的パターンを解析した。一方、細胞張力の可視化システムの構築に向け、張力のセンサープローブ(VinTS)をメダカ胚に導入し、蛍光タイムラプス顕微鏡により細胞-細胞間張力の組織分布をFRETの蛍光強度の変化として捉えられるか否かを検討した。現在までのところ、期待どおりのFRET効率が得られていないが、リンカーの種類や長さの変更による改良型張力センサー分子の作製を進行させており、今後FRET効率の最適化を培養細胞にて検討する予定である。本研究では「Hippoシグナル伝達系による組織・器官サイズの制御機構を細胞増殖と細胞死の視点に加えて新たに細胞張力の観点から個体レベルで解明すること」を目的としている。すなわち、可視化技術に適した小型魚類を用いて、Hippoシグナル伝達系が関与する細胞増殖・細胞死とともに細胞間張力をin vivoで解析することを目標とする。これまでに形態形成期のHippoシグナルが網膜細胞の増殖分化制御に関与する可能性を見出しており、この解析を次年度にてさらに推進することにより最終的なマクロスケールの網膜組織構築を個体レベルで理解できると考えている。

一方、個体内での細胞内張力の解析にあたり、現在までに一過的な発現系において細胞-細胞間張力の組織分布をFRET法により検出するための予備実験を遂行した。細胞内張力をFRETの蛍光強度の変化として捉えるための最適化条件を決定するため、改良型張力バイオセンサーの作製などを同時進行で進めている。今後は、傷害組織再生過程におけるHippoシグナル活性化の意義解明も発展的目標として推進したいと考えているが、当初の研究目的はおおむね順調に進行していると考えている。平成23年度の研究を発展的に継続するとともに、最終年度の総括を行う。これまでの一過的な発現解析に加え、全身に蛍光プローブを発現したトランスジェニック・メダカをYap変異体メダカと掛け合わせた解析を行い、全身組織の細胞増殖、細胞死および細胞張力の様式を隈なくタイムラプス観察する。これにより発生期のHippoシグナル伝達系による組織構築とその破綻による組織崩壊の詳細を胚全体において精査する。トランスジェニック動物を作出するうえで考えられる問題点は、高すぎる蛍光のバックグラウンド、あるいは、検出限界以下の弱すぎる蛍光シグナルである。これらの問題点に対処するために、必要に応じてインジェクションする発現ベクター量などの条件検討や、発現量を調節可能な(低発現型、高発現型)プロモータの検討を行う。魚類はひれはもとより心臓や脊髄を含め多くの内臓器官が再生可能である。この魚類の高度の組織修復能力のメカニズムにHippoシグナル伝達系がどの程度寄与しているかどうかを検討するため、樹立したトランスジェニック・メダカとYap変異メダカとの掛け合わせによる解析を行う。具体的には、Yap変異メダカのひれもしくは内臓組織の一部を切除し、切断部位組織付近における細胞増殖能、アポトーシス細胞の出現様式、および細胞-細胞間の張力変化をリアルタイムで検出し、野生型メダカの組織再生過程との比較解析を行う。次年度の研究課題を遂行する上で、小型魚類飼育代、培養細胞関連試薬、プラスチック製品および遺伝子工学関連試薬などの消耗品費を主たる研究費として使用する計画である(今年度3月末までに支払いができなかった残額については、4月中に支払いを完了しています)。
超高圧高温実験に基づくコアーマントル境界の物質科学的研究

本研究では、地球のコアーマントル境界付近で起きていると考えられる様々な現象の解明を目的として、100GPa(100万気圧)領域下におけるケイ酸塩や金属の相転移や反応、およびその粘弾性的性質を明らかにするための実験技術を開発し、その技術を駆使して様々な研究を展開した。本研究で新たに開発された実験技術としては、(1)ダイヤモンドアンビルの加圧軸と直角方向からX線を入射して回折パターンをとり、一軸応力場における物質の粘弾性的性質を明らかにするradial diffraction法、(2)収束イオンビームによる極微小試料の切断整形技術を、ダイヤモンドアンビル回収試料に応用するための技術、(3)アルゴンや窒素などの気体試料の中でケイ酸塩や金属を融解させ、これらの物質中への希ガスの融解度を測定したり、新物質を合成する技術、および(4)新型のマイクロマニピュレーターを利用しての極微小試料の精密なサンプリング法、の4つが挙げられる。これらの実験技術を用いて、コアーマントル境界に存在すると考えられるポストペロフスカイト相の塑性変形に伴う選択配向の様子を明らかにしたほか、下部マントル最下部条件下でのポストペロフスカイト相,ペロフスカイト相、およびマグネシオウスタイト相間の鉄の分配も明らかとなり、コア-マントル境界におけるケイ酸塩の挙動に関して新たな知見を得ることができた。さらに、コアに溶解している希ガス濃度を推測する実験的研究として、シリカへのアルゴンの溶解度を約10GPaまで測定し、従来類似の実験で測定され大きな問題となっていた6GPa付近の溶解度の急激な減少が、実験技術上の問題に起因する見かけ上のことであり、本質的にはそのような減少が起こらないことを明らかにした。またマイクロマニピュレーターの利用により、今後コアの内部における研究を可能にするマルチメガバール領域の実験技術も大きく進展した。本研究は、コア-マントル境界領域におけるコア物質とマントル物質の物性や反応を明らかにすることを目的としており、本年度は主として実験技術の改良と、それを用いた予備的実験を行った。まずダイヤモンドアンビルと組み合わせて超高圧高温環境を作り出すレーザー加熱システムに新たに輻射スペクトル測定装置を一式組み込み、既存の装置と併せて加熱中の試料の両面の温度を同時に測定できるようにし、温度測定の精度を向上させた。設備備品費のほとんどはこの測温システムの導入に使われた。このシステムを用いて、FeO単体、およびFeO-Fe混合系の試料をNaClやAl_2O_3を圧力媒体として15-100GPa領域まで加圧し、融解するまで様々な温度に加熱した。一部の加熱実験は筑波の放射光実験施設PFのBL13ビームラインで行ない、高温高圧下のX線その場観察も行なった。また加熱後の試料は回収して1気圧下で研磨処理を行い、電子顕微鏡による組織や組成の観察を行った。これらの実験を通して、従来さまざまな矛盾した結果が報告されて実態がまだよく分かっていないFeOの超高圧高温領域における相平衡関係の全貌が明らかにされつつある。またFe-FeO系の実験からは、この系における共融点の圧力に伴う組成や温度変化の様子が明らかにされつつある。これらの情報はいずれもコア-マントル境界におけるFeとケイ酸塩の反応の様子を解明していく上で重要となるものである。これらの予備的実験を通して、基本的には予定された手法により目的が達成される見通しが立ったが、温度の安定度や試料と圧力媒体の化学反応など細かい実験技術上の問題がいくつか明らかになり、それらを解決すべく、さまざまな試みが繰り返されている。

本研究は、コア-マントル境界領域におけるコア物質とマントル物質の物性や反応を明らかにすることを目的としており、本年度は昨年度積み上げられた実験技術の改良に基づいて、さまざまな条件下での実験を行った。まずFeO単体、およびFeO-Fe混合系の試料をNaClやAl_2O_3を圧力媒体として15-100GPa領域まで加圧し、融解するまで様々な温度に加熱した。一部の加熱実験は筑波の放射光実験施設PFのBL13ビームライン、およびSPring-8で行ない、高温高圧下のX線その場観察も行なった。また加熱後の試料は回収して1気圧下で研磨処理を行い、さらにFIB (Focued Ion Beam)を用いて任意の極微小部分を切り出し、電子顕微鏡による組織や組成の観察を行った。これらの実験を通して、従来さまざまな矛盾した結果が報告されており実態がまだよく分かっていないFeOの超高圧高温領域における相平衡関係の全貌が明らかにされつつある。またFe-FeO系の実験からは、この系における共融点の圧力に伴う組成や温度変化の様子が明らかにされつつある。これらの情報はいずれもコア-マントル境界におけるFeとケイ酸塩の反応の様子を解明していく上で重要となるものである。これらの実験を通して、基本的には予定された手法により目的が達成される見通しが立ったが、まだ温度の安定度や試料と圧力媒体の化学反応など細かい実験技術上の問題がいくつか未解決のまま残されており、それらを解決すべく、さまざまな試みが繰り返しながらさらに研究を続けている。本研究は、コア-マントル境界領域におけるコア物質とマントル物質の物性や反応を明らかにすることを目的としており、最終年度となる本年度は、昨年度までの間に積み上げられた実験技術の改良に基づいて、さまざまな条件下での実験を行うと共に、下部マントル最下部における種々の物質の安定相に関する研究を行った。FeO-Fe系に関しては、昨年度までのNaClやAl_2O_3を圧力媒体として15-100GPa領域まで加圧し、融解するまで様々な温度に加熱する実験を繰り返し、さらに情報の蓄積を行った。また加熱後の試料を回収して1気圧下で研磨処理を行い、さらにFIB(Focued Ion Beam)を用いて任意の極微小部分を切り出し、電子顕微鏡による組織や組成の観察も行った。それ以外の系としては、沈み込むスラブ中で重要な役割を果たすと考えられているシリカの高圧相転移に関連して、AX2型化合物の相転移や、スラブ中のアルカリ金属の振る舞いを考える上で重要となるNaAlSiO_4の超高圧下での振る舞いに関する研究も行った。また、下部マントル最下部で重要となるポストペロフスカイト相の粘弾性的性質に関する実験も、モデル物質を用いて行った。これらの実験を通して、基本的には予定された研究目的に添ったさまざまな新しい知見が得られ、これらを総合すべくさらに解析を続けている。
法医剖検脳における神経細胞骨格蛋白および局在酵素の免疫組織化学的研究

法医剖検脳についてグリア細胞を免疫組織化学的に観察して検討を行なった。[1]低酸素性及び虚血性脳傷害の症例では障害の経過及びその程度により中枢神経細胞の動態を4形に分類することができた。即ち、急性の低酸素障害の場合、その障害の発生から死に至るまでの経過に従い、(1)即死症例では明かな中枢神経細胞の変化は認められない。(2)短時間(せいぜい20分以内)生存の症例からアストロサイとの膨化が始まる、(3)34時間以上生存した症例では前記アストロサイトの膨化に加えて、神経細胞の萎縮が認められた。(4)障害後長期間生存した症例(18、120日間)では神経細胞の脱落が著明となり、アストロサイトは増殖し、ミクログリアも増殖してした。この傾向は生存期間が延びるほど著明となり、特にアストロサイトは増殖とともに線維性アストロサイトが出現していた。以上の結果から、急性の低酸素障害では、アストロサイトが最も早期に変化を生じ、これに続き神経細胞、ミクログリアの変化が生じてくることが明らかになった。一方、慢性の低酸素障害の場合は、直接の死因となった障害による急性の変化とともに慢性の障害による変化が同時に観察され、その変化の程度は生前の病態をよく反映していた(気管支喘息重積発作を繰り返していた症例等)。[2]レスピレ-タ-ブレインの症例(5例)では、人工呼吸器の装着期間と神経細胞変化の程度(萎縮・脱落)はよく相関していた。さらに免疫組織化学的に検討した結果、アストロサイトは比較的保持されており、起因した障害が低酸素障害の場合、アストロサイトの変化はその障害の程度の推定に有意義であった。[3]アルコ-ル依存症または常用者の剖検脳では海馬領域を中心としてグリア細胞の形態的変化(線維性アストロサイトの出現)が認められた。これらの症例についてADH並びにALDHに対するモノクロ-ナル抗体を既に作製しており、これらの酵素の分布について検討中である。
ホワイトノイズ解析と量子確率論

近年、ホワイトノイズ解析は無限次元空間(ガウス空間)上のシュヴァルツ型超関数論として枠組みの確立ととも、研究代表者はホワイトノイズ超関数に働く作用素の統一理論の確立と応用を研究してきた。従来、その研究はスカラー値の超関数を対象としてきたが、本年度の研究では、理論をベクトル値の場合に拡張することについて一定の成果を得た。すなわち、「標準的な」可算ヒルベルト空間という概念を導入し、その空間に値をとるホワイトノイズ(超)関数に対して、これまでの結果を拡張した。特に、ベクトル値ホワイトノイズ(超)関数に働く有界とは限らない作用素の生成・消滅演算子による一般展開定理を得た。この一般化は、量子確率論の主題の一つである開放系の問題や、ボゾン・フェルミオン空間上の解析(ディラク作用素等)などへの応用にむけて重要になると思われる。量子確率論との関わりでは、量子的伊藤公式の超関数論的な再定式化・ある種のフィルトレイションに適合した確率過程の表現を、我々の作用素論の直接的な応用として研究した。さらに、マルチンゲール表現定理について研究中である。また、古典的な確率過程に対しても、その種の表現定理が作用素論から導けると思われるが、これについても現在研究中である。関連する成果は、論文によって公表するが、それに先立ち京大数理研等の研究集会における発表・他大学のセミナーなどにおける討論も重要であった。特に、非平衡系の統計物理において、別の立場から、量子的確率過程が議論されているのを知り、相互の興味が増大している。今後は、この分野をはじめ、量子情報理論の研究者とも交流を図って研究を進める予定である。
NMDを介した小胞体ホメオスタシス制御因子の細胞内局在メカニズムの解明

小胞体ストレス応答(UPR)は、細胞内における分泌タンパク質の製造工場である小胞体の恒常性維持(小胞体ホメオスタシス)に重要と言われており、その破綻は糖尿病など数多くの疾患と深く関連することが知られている。近年、不良RNAを分解するナンセンス依存RNA分解(NMD)がUPRの活性調節に重要であることが明らかとなってきた。本研究では、NMDによるUPR活性調節において中心的な役割を果たすと目される遺伝子に着目し、その細胞内局在化のメカニズムとUPR活性化との関係を明らかにすることで、「NMDを介した小胞体ホメオスタシス」の分子メカニズムの解明を目指す。
補償器の選択機構を統合化した反復試行型制御の研究

パワーショベルの掘削や台車の連結・分離のように,対象システムの動的モデルが大きく変化する場合を想定し,反復試行をする中で与えられた動作・軌道に追従できる制御系設計手法に関する研究開発を行った.本研究課題では対象とする系の変化に応じて補償器を選択する機構と反復試行型補償器設計法を統合化した設計手法を与えた.また対象システムの持つ物理パラメータの確率分布を事前情報として得られた場合に反復回数を評価する手法を与えた.パワーショベルの掘削や台車の連結・分離のように,対象システムの動的モデルが大きく変化する場合を想定し,反復試行をする中で与えられた動作・軌道に追従できる制御系設計手法に関する研究開発を行った.本研究課題では対象とする系の変化に応じて補償器を選択する機構と反復試行型補償器設計法を統合化した設計手法を与えた.また対象システムの持つ物理パラメータの確率分布を事前情報として得られた場合に反復回数を評価する手法を与えた.本年度は下記の問題について検討を行った。アクチュエータを有する能動台車の軌道追従制御において,目標軌道の経路上,未知の位置に置かれているアクチュエータを持たない受動台車と結合して動作する場合を考える。ここで能動台車の目標軌道は事前に与えられ,受動台車の目標軌道は予め与えられた運動学モデルから算出可能であるとする。ただし,どの時点で結合するかは未知であるので,モデル構造の変動時点を事前に知ることはできない。このときにどちらの状態においても与えられた軌道をより追従するための補償器選択手法の検討を行う。この問題に対して,台車系の軌道追従と対象の物理パラメータを同定するために申請者が過去に行ったリンク系に対する反復学習制御(ILC)法を用いた。台車系の運動方程式は,リンク系同様,入力uには物理パラメータαに対して線形性があるため,u=f(q,dq/dt, d^2q/dt^2)αと表せる(ここでqはシステムの状態変数である)。次に考えられ得る補償器構造の集合Fを上式に基づいて,F={f_1,f_2,...,f_n}のように与えておき,その中から適当な補償器構造を強化学習により選択する手法を検討した。同時にそれぞれの補償器構造と対応する物理パラメータα_i(i=1,...,n)はILC法を用いて調整を行った。本研究では強化学習で用いる報酬として,各補償器を使用したときの追従誤差及び試行の反復回数を利用すること検討し,数値シミュレーションにより有効性を確認した。本年度は(ア)フィードバック補償器の調整方法の導出に関して研究を行い,(イ)研究で得られた設計法及び平成19年度に導出したフィードフォワード入力の設計法に対して実験による検証を行うための実験用台車システムの改良・調整を行った.詳細は下記の通りである.(ア)本研究ではフィードバック補償器の選択機構を考えるためにリンク系や台車系が有する受動性や物理パラメータに対する入力の線形性などの特性を利用したIterative Feedback Tuning法の改良手法を導出した.フィードバック補償器の構造には閉ループ系の安定性を考慮して,受動性を有する入出力間に簡易なフィードバックゲインを持つものとした.また調整を行うゲインについては物理パラメータに対する線形性を維持するように選択することで平成19年度に得られた設計手法との統合化について検討した.(イ)本研究の目的はシステムの動的構造が変化に応じて補償器を選択できる制御手法の導出を考えており,その例題として「初めは分離されている2つの台車が動作途中で結合をすることでシステムの動的構造が変化する」台車系の制御問題を考えている.この制御問題で設定した台車システムの実現に際して,所属研究機関が所有している2台の実験台車の走行制御システムを構築した.また台車の位置・姿勢を所属研究機関が所有している画像位置検出システムによって計測できるようにした.また分離結合を行うことや外部から計測した位置・姿勢を制御システムに伝達するために無線LANで制御できるようなシステムを構築した.平成21年度は,これまで得られている(ア)平成19年度に研究したフィードフォワード(FF)入力の調整方法と,(イ)平成20年度に研究したフィードバック(FB)パラメータの調整方法を,統合して設計を行う手法について研究した.FF補償器とFB補償器がそれぞれ軌道追従特性と外乱除去特性を有するための統合化設計手法を構成した.対象とする系は入出力に対して非線型であるため,フィードバック補償器の調整には軌道周りでの線型時変システムによる近似が必要となる.そこで,始めに所期の目標軌道の近傍で対象となる系が振舞うようにフィードフォワード入力の調整を行う.次にフィードフォワード入力の調整により得られる系の物理パラメータ推定値を用いて,フィードバック補償器を調整する手法を考案した.本手法に対して数値シミュレーションにより有効性を検証した.また数値シミュレーションを高速に計算するために,並列計算システムを構築した.また本研究課題の最終目的である事前情報量と所期の軌道追従性能を達成する反復回数の定量評価については,フィードフォワード入力調整法を対象にして研究を行った.本研究においては複数存在する対象システムはモデル構造としては同じであるが,物理パラメータが異なる場合を仮定する.目標軌道,物理パラメータの真値からの偏差及び追従誤差のノルムの上界から学習回数の上限を評価する方法を導出した.また物理パラメータの分布が与えられたときに,事前に学習するパラメータの選択方法について考察を行った.
偏極中性子非弾性散乱による新規量子状態の研究

中性子散乱によるダイナミクス測定は、従来非偏極中性子による実験が主流であったが、偏極中性子を用いると、磁気・フォノン励起の分離、磁気・格子ハイブリッド励起の観測などが可能となり、情報量は格段に増える。そこで本研究課題では、既存の分光器に改良を加え、偏極中性子非弾性散乱装置を開発し、これまでとは質の異なるデータ収集を可能とし、新規量子状態の本質に迫ることを目的とした。これまでに、スーパーミラーを用いた偏極システムの実装を行い、現在はJRR3の再稼働を待っている状況である。一方、J-PARC/MLF施設や海外中性子施設を利用した固体物理研究の推進も行った。二点相関関数を直接プローブする中性子散乱は、物質の構造決定とミクロなダイナミクスの測定を得意としており、スピン液体やマルチフェロイクスなど新規量子状態のスピン相関と素励起の観測に大きな威力を発揮してきた。これまでのダイナミクス測定は、非偏極中性子スピンによる実験が主流であったが、偏極中性子を用いると、磁気励起とフォノン励起の分離、磁気・格子ハイブリッド励起の観測、スピン縦揺らぎと横揺らぎの分離などが可能となり、情報量は格段に増える。そこで本研究課題では、既存の偏極弾性中性子散乱分光器(原子力機構JRR-3設置PONTA分光器)に改良を加え、偏極中性子非弾性散乱装置を開発し、これまでとは質の異なるデータ収集を可能とし、新規量子状態の本質に迫ることを目的とした。当初(1 1 1)Cu2MnAlホイスラー結晶を用いたモノクロメータと水平・垂直両方向に回転可能な機構を構築することにより、任意のエネルギーの中性子ビームを水平・垂直両方向に集光可能な偏極システムを想定していた。しかし、ホイスラー結晶の供給源が1社に限定されており、かつ想定外の納期が必要であったために、スーパーミラーによる偏極に方式の変更を行った。このため、24年度は偏極システムの設計を行い、システム実装は25年度に行うことにした。24年度は、LiCuVO4等のフラストレート系や、Ba2CoGe2O7等のエレクトロマグノンが予想される磁性体、酸素磁性体などの試料合成・評価・基礎磁性測定を行った。これまでに、スーパーミラーを用いた偏極システムの設計を行い、システム実装を行ってきた。一方、大強度陽子加速器施設物質・生命科学実験施設(J-PARC/MLF)や海外中性子施設を利用して、量子スピン系、マルチフェロイクス系、フラストレーション系等の研究を推進した。たとえば、マルチフェロイック物質Ba2CoGe2O7は、電気分極がスピン演算子の対称2次テンソルというシンプルな形で表される珍しい物質として、また、分極間相互作用と磁気相互作用の関係を解明できる物質として着目されてきた。我々のグループでは、J-PARC/MLFとスイスPSIにおける中性子磁気散乱と磁化測定を行うことにより、スピン・ネマティック相互作用の存在を、初めて観測することに成功した。さらに、中性子磁気スペクトルの解析により、電気分極の誘電エネルギーを決定するという新しい試みも行った。誘電エネルギーの大きさも示すスピン・ネマティック相互作用定数は、電場によるスピンの制御のしやすさを表しているため、マルチフェロイックデバイスの性能示数であることが提案された。そこで本研究課題では、既存の偏極弾性中性子散乱分光器に改良を加え、偏極中性子非弾性散乱装置を開発し、これまでとは質の異なるデータ収集を可能とし、新規量子状態の本質に迫ることを目的とした。これまでに、スーパーミラーを用いた偏極システムの設計を行い、システムの実装を行った。