hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
社会変化の「速度」から解く先史時代人類史

今年度は研究期間の最終年度にあたるが、当初の研究計画のとおり、人類史における社会変化の速度に関して、西アジア先史時代における物資交易の時間的変化を解明することに注力した。同時に、トルコ共和国バトマン県のハッサンケイフ・ホユック遺跡において、発掘資料の研究をおこなった。おもな成果は以下の通りである。1.トルコ共和国、ハッサンケイフ・ホユック遺跡出土の石器資料を研究し、層位学的証拠および放射性炭素年代をもとに、狩猟採集社会から農耕牧畜社会への移行期における石器製作技術・石器型式の時間的変化をあきらかにした。2.アスファルトの交易研究として、トルコ共和国において天然アスファルトの産地でフィールドワークを実施し、産地資料を採集した。同時に、名古屋大学においてガスクロマトグラフィー分析法、炭素同位体分析法によって遺跡から出土したアスファルトを分析し、それらに含まれる炭化水素化合物の組成を産地で採集した天然アスファルトと比較することで、アスファルトの産地同定をおこなった。3.石材として利用された黒曜石の交易研究を進め、特に、レヴァント・メソポタミア地方においてアルメニア産黒曜石の流通が普及する過程をあきらかにした。また、英国マンチェスター大学の研究者と共同研究を進め、西アジア全域において黒曜石交易のパターンが時間とともに大きく変化することがあきらかになった。その研究成果をバルセロナで開催された国際学会で発表するとともに、英文ジャーナルにおいて発表した。本課題の研究期間全体を通じて、西アジア先史時代の約8千年間における人口、生業、遺構、遺物に見られる社会変化の速度を検討した。今後さらに検討する必要がある課題も見つかったが、総論として、この時代の社会変化の速度は従来考えられてきたものよりもかなり遅く、数千年をかけて徐々に変化が起こったものであることをあきらかにした。本研究では、社会が変化する「速度」に焦点を当て、人類史における社会変化の速度自体がどのように変化してきたのかを解明するため、西アジア先史時代をケーススタディとして、人口、生業、遺構、遺物に見られる大小様々な社会変化を数値的に評価することを目指している。3年計画の初年度にあたる平成28年度は、研究の第一段階としてデータの収集と解析に重点を置いた。海外研究協力者と共同研究を組織し、以下の項目を実施した。1、人口動態をあきらかにする手段として、西アジアの先史時代遺跡から得られている放射性炭素年代測定値を積算し、その分布密度を居住痕跡増減のプロキシーとして用いることで、人口の変化速度の解明を試みた。公表されている年代測定値のデータベースを活用するとともに、オリジナルの炭化物資料の年代測定をおこない資料を充実させた。その結果、数千年の間に人口が徐々に増加したものの、環境変動などの影響は限定的であったことがあきらかになった。2、住居の建替え期間の分析について、トルコの遺跡において住居から採取した炭化物の年代を測定した上で、ベイズ推定を用いて層位情報を兼ね合わせた年代決定をおこない、一軒の住居の居住期間および建替え期間の変化を推定した。一軒あたり60年から90年の存続期間という推定値が得られた。3、生業の変化について、動植物遺存体の分析データを収集し、栽培植物、家畜動物の増加に現れる農耕牧畜発展の速度を検討した。データの解析・数式化には、Quantile Regressionによる回帰分析を用い、農耕牧畜の発展が数千年をかけてゆっくりと進行したものであることをあきらかにした。初年度に予定していたデータの収集については、おおむね当初の予定通りに進んでいる。イギリスを中心とする海外の研究者と共同研究を組織することで、効率よく情報を収集することができ、データベースを充実させることができた。またデータの解析にあたってもシミュレーション分析などの専門家を交えて議論をすることで順調に計画を遂行することができた。一方、当初予定していたトルコ共和国でのフィールド調査は、7月におこった現地でのクーデター未遂事件後の行政組織の混乱のため、中止とせざる得なかった。トルコ政府からの調査許可は下りたものの、現地の研究者との共同調査体制を維持することを優先し、無理をせずに次年度以降に調査を延期することとした。しかしながら、それに代えて、次年度に予定していた研究を前倒しで実施することができたため、全体の研究の進捗に大きな影響が出ることはなかった。特に、イラク・クルディスタン地域の遺跡から得られた資料の放射性炭素年代分析を実施し、これまで欠落していた13000年前の時期の良好な年代測定結果を得ることができたのは、当初の計画以上の収穫であった。人類史における社会変化の速度がどのように変化したのかを解明するため、西アジアの先史時代における、人口、生業、遺構、遺物に見られる様々な変化を定量的に評価することを目的とした。3年計画の2年目にあたる平成29年度は、トルコ共和国でのフィールドワークを中心に、研究資料の獲得と分析に重点を置いて研究を進めた。海外研究協力者と共同研究グループを組織し、以下の項目を実施した。1、トルコ南東部、ハッサンケイフ・ホユック遺跡において、バトマン大学との共同による発掘調査を実施した。この遺跡で利用された石器類の製作技術・型式の変化について解析をおこない、その成果を学術論文としてAntiquity誌に発表した。2、西アジアの遺跡で石材として利用された黒曜石の流通状況に関して、その時間的変化の様相と変化の速度をあきらかにするために、蛍光X線分析装置を用いた黒曜石産地同定分析を実施した。

イギリス、マンチェスター大学の研究者との共同研究として、マンチェスター大学のManchester Obsidian Laboratoryにおいて2017年6月と2018年3月に共同研究を実施した。3、上記の2に関連し、アルメニアにおける黒曜石産地の資料を獲得するため、エレバン近郊のグタナサール山、ハティス山の黒曜石産地においてフィールドワークを実施した。アルメニアのInstitute of Archaeology and Ethnologyに所属する研究者の協力を経て岩石サンプルを採取し、その後マンチェスター大学で化学組成の分析を実施した。イギリス、トルコ、アルメニアの共同研究者と研究グループを組織し、フィールドワークおよび考古遺物の理化学分析に関して予定通りの研究を実施することができた。特に蛍光X線分析装置によるアルメニア産黒曜石の分析が大きく進捗し、データベースの拡充に成功するとともに、これまで知られていなかった、西アジア新石器時代の遺跡におけるアルメニア産黒曜石の利用状況があきらかになった。黒曜石流通の時間的変化を解明する上での貴重なデータを得ることができた点は、当初の計画以上の成果であった。また、初年度の平成28年度に、トルコにおけるクーデター未遂事件のため実施できなかったハッサンケイフ・ホユック遺跡の発掘調査を平成29年8-9月に実施することができ、初年度の研究計画の遅れを問題なく取り戻すことができた。今年度は研究期間の最終年度にあたるが、当初の研究計画のとおり、人類史における社会変化の速度に関して、西アジア先史時代における物資交易の時間的変化を解明することに注力した。同時に、トルコ共和国バトマン県のハッサンケイフ・ホユック遺跡において、発掘資料の研究をおこなった。おもな成果は以下の通りである。1.トルコ共和国、ハッサンケイフ・ホユック遺跡出土の石器資料を研究し、層位学的証拠および放射性炭素年代をもとに、狩猟採集社会から農耕牧畜社会への移行期における石器製作技術・石器型式の時間的変化をあきらかにした。2.アスファルトの交易研究として、トルコ共和国において天然アスファルトの産地でフィールドワークを実施し、産地資料を採集した。同時に、名古屋大学においてガスクロマトグラフィー分析法、炭素同位体分析法によって遺跡から出土したアスファルトを分析し、それらに含まれる炭化水素化合物の組成を産地で採集した天然アスファルトと比較することで、アスファルトの産地同定をおこなった。3.石材として利用された黒曜石の交易研究を進め、特に、レヴァント・メソポタミア地方においてアルメニア産黒曜石の流通が普及する過程をあきらかにした。また、英国マンチェスター大学の研究者と共同研究を進め、西アジア全域において黒曜石交易のパターンが時間とともに大きく変化することがあきらかになった。その研究成果をバルセロナで開催された国際学会で発表するとともに、英文ジャーナルにおいて発表した。本課題の研究期間全体を通じて、西アジア先史時代の約8千年間における人口、生業、遺構、遺物に見られる社会変化の速度を検討した。
水と空気の電気分解による中性過酸化水素水の一段合成

申請者は,SPE(固体高分子電解質)電解を応用した露出SPE電解法を考案し,これを用いた新規過酸化水素合成法を提案している.この方法は,[AC(活性炭)+VGCF(カーボンファイバー)]カソードをO_2気流中に露出させることにより水と空気(O_2)からの酸,アルカリ,支持塩を含まない過酸化水素水を一段合成できる利点がある.露出SPE法の特徴である三相界面反応場を他の合成反応へ発展させるため,水相と気相あるいは水相と油相などの異相が関わる酸化還元反応において,三相界面反応場が有効に作用するか検討した.具体的には,水を還元剤に用いたCO_2還元,COとアルコールからの炭酸エステル合成,水を還元剤に用いたへキセンの酸化反応を検討した.各々の反応に適切な電極触媒(固相)を選択・開発した結果,CO_2還元反応にはCoポルフィリン担持炭素電極触媒,炭酸エステル合成にはPd担持炭素電極触媒,へキセンの酸化反応にはPt担持炭素電極触媒が有効であった.そして,電解反応条件を適切化することにより,有意な速度で反応が進行することを実証した.また,TPD,IR,XRD,XPS,SEMにより電極触媒のキャラクタリゼーションを行い活性点構造を明らかにし,触媒作用機構を提案した.このように,露出SPE法の特徴である三相界面反応場を活用して,合成反応が進行することを実証することで,電解合成の新領域を開拓した.申請者は,SPE(固体高分子電解質)電解を応用した露出SPE電解法を考案し,これを用いた新規H_2O_2含成法を提案している.この方法は,[AC(活性炭)+VGCF(カーボンファイバー)]カソードをO_2気流中に露出させることにより水と空気(O_2)からの酸,アルカリ,支持塩を含まないH_2O_2水を一段合成できる利点がある.露出SPE電解法を用いて,より高濃度の中性H_2O_2水を合成するためには,[AC+YGCF]カソードの活性点を明らかにし,またH_2O_2生成機構を解明する必要がある.そこでまず,[AC+VGCF]カソード上の活性点構造の解明を試みた.AC表面上のH_2O_2生成反応を触媒する活性点(表面官能基)を赤外分光法(IR),昇温脱離法(TPD),元素分析法を用いて分析したところ,AC表面上の水酸基がH_2O_2生成活性と相関性があると示唆された.次に,解明した活性点をAC上に能動的に合成する手段を開発し,高活性・高選択的電極触媒を開発することを試みた.上記のように,活性炭上のフェノール性水酸基がO_2のH_2O_2生成への電気化学的還元を促進している可能性が高い.そこで,AC表面の酸化処理により含酸素官能基を新たに生成させることにより,H_2O_2生成活性の向上を試みた.その結果,酸化処理活性化したACを用いると,H_2O_2濃度は2時間で8.1wt%(2.4M)まで上昇させることができた.また電流効率,27%と効率よく反応が進行した.申請者は,SPE(固体高分子電解質)電解を応用した露出SPE電解法を考案し,これを用いた新規過酸化水素合成法を提案している.この方法は,[AC(活性炭)+VGCF(カーボンファイバー)]カソードをO_2気流中に露出させることにより水と空気(O_2)からの酸,アルカリ,支持塩を含まない過酸化水素水を一段合成できる利点がある.露出SPE法の特徴である三相界面反応場を他の合成反応へ発展させるため,水相と気相あるいは水相と油相などの異相が関わる酸化還元反応において,三相界面反応場が有効に作用するか検討した.具体的には,水を還元剤に用いたCO_2還元,COとアルコールからの炭酸エステル合成,水を還元剤に用いたへキセンの酸化反応を検討した.各々の反応に適切な電極触媒(固相)を選択・開発した結果,CO_2還元反応にはCoポルフィリン担持炭素電極触媒,炭酸エステル合成にはPd担持炭素電極触媒,へキセンの酸化反応にはPt担持炭素電極触媒が有効であった.そして,電解反応条件を適切化することにより,有意な速度で反応が進行することを実証した.また,TPD,IR,XRD,XPS,SEMにより電極触媒のキャラクタリゼーションを行い活性点構造を明らかにし,触媒作用機構を提案した.このように,露出SPE法の特徴である三相界面反応場を活用して,合成反応が進行することを実証することで,電解合成の新領域を開拓した.
閉塞膀胱の機能低下とアンジオテンシンIIレセプターの関与及びブロッカーの予防効果

本研究は、12週齢オスSDラットにシャム手術(Sham群)、部分的尿道閉塞手術(BOO群)を行い14週齢でBOOラットの半分を無作為に選び、ミニ浸透圧ポンプで4週間カンデサルタン0.2mg/kg/dayを投与し(カンデサルタン群)、計画に沿って18週齢で以下の実験を行った。1)膀胱血流測定、2)膀胱重量測定、3)膀胱壁のエラスチカマッソン染色による組織学的検討、4)膀胱切片のオルガンバス内での収縮実験。結果:1)レーザードップラー計による膀胱血流測定では膀胱内尿貯留量によって結果が変わるので空の状態で比較した。また大動脈の血流をコントロールとして測定した。Sham群に比べ他の二群はいずれも膀胱血流が増加していたが有意な差ではなかった。2)膀胱重量はSham群211±53mgでBOO群546±370mgと有意に増加し、カンデサルタンは305±97mgと膀胱重量の増加を有意に抑制した。3)エラスチカマッソン染色による膀胱壁の膠原線維の面積はSham群に比べBOO群で増加し、カンデサルタンはBOOによる増加を抑制していた。4)膀胱切片の収縮実験では、Sham群に比べBOO群で神経電気刺激、ATP、カルバコール、KC1のすべての刺激による収縮反応は低下していた。カンデサルタン群はATIIによる収縮反応は消失しており、薬の投与効果が確認できた。カンデサルタンはBOOによる収縮反応の低下を改善させた。以上の結果からラットBOOモデルでは、閉塞による膀胱重量の増加(筋線維、膠原線維の増加)をカンデサルタンが抑制した(膠原線維成分)。同時に閉塞膀胱の膀胱収縮力の低下をカンデサルタンが改善させた。これらの効果のメカニズムは明らかでないが、膀胱血流の違いは確認できなかったので、閉塞膀胱におけるアンジオテンシンIIの局所産生が、細胞増殖や繊維化、酸化ストレスの増大を引き起こしていることによると推測された。本年度は14週齢オス日本白色家兎にシャム手術(Sham)、部分的尿道閉塞手術(BOO)を行い計画に沿って18週齢で以下の実験を行った。1)膀胱内圧測定、2)膀胱血流測定、3)膀胱壁のエラスチカマッソン染色による組織学的検討、4)膀胱切片のオルガンバス内での収縮実験。以下の結果はすべて平均±標準誤差で示している。まず膀胱重量はSham3.5±0.5gでBOO9.8±1.7gは有意な増加であった。1)の結果は以下の表のごとくであった。排尿までの時間(分) 26.2±8.2 33.1±14.8排尿時最大膀胱内圧(cmH2O) 20.8±2 54±5.2**はshamと比べ有意な変化であったことを示す。2)は血流計のプローブの製造中止のため既存の血流計が使えなくなり次年度に他の施設より借りられることとなっている。3)は膀胱壁の平滑筋とコラーゲンの構成成分を比較したところShamは平滑筋67%、コラーゲン33%でBOOは平滑筋73%、コラーゲン27%とBOOで有意な差ではなかったがむしろ平滑筋量がえていた4)の結果は以下の表のごとくであった。単位はすべて切片重量100mgあたりの張力である。

カルバコール6.5±0.9 5.6±0.8 *はshamと比べ有意な変化であったことを示す。次年度はアンジオテンシンIIレセプターブロッカーを投与予定であるが組織変化と収縮機能の変化の程度から実験の時期に関して次年度は再検討を考えている。また次年度借りる予定の血流計の性能によっては、家兎にアンジオテンシンIIレセプターブロッカーは毒性が強いとメーカーからの情報もありラットの使用も考えている。またロサルタンのメーカーからの提供は困難であるためカンデサルタンのみで検討予定である。本年度は、12週齢オスSDラットにシャム手術(Sham群)、部分的尿道閉塞手術(BOO群)を行い14週齢でBOOラットの半分を無作為に選び、ミニ浸透圧ポンプで4週間カンデサルタン0.2mg/kg/dayを投与し(カンデサルタン群)計画に沿って18週齢で以下の実験を行った。1)膀胱血流測定、2)膀胱壁のエラスチカマッソン染色による組織学的検討、4)膀胱切片のオルガンバス内での収縮実験。結果:1)レーザードップラー計による膀胱血流測定では膀胱内尿貯留量によって変わるので空の状態で比較した。また大動脈の血流をコントロールとして測定した。Sham群に比べ他の二群はいずれも有意に膀胱血流が増加していた。カンデサルタンによる血流の更なる増加は見られなかった。2)エラスチカマッソン染色による膀胱壁の筋線維・膠原線維比はSham群に比べBOO群で低下し、カンデサルタンはBOOによる低下を抑制していた。膀胱壁内の動脈周囲長はSham群とBOO群で差はなかったが、カンデサルタンは増加させた。3)膀胱切片の収縮実験では、Sham群に比べBOO群で神経電気刺激、ATP、カルバコール、KClのすべての刺激による収縮反応は低下していた。ただATIIによる収縮反応は増加していた。カンデサルタン群はATIIによる収縮反応は消失しており、薬の投与効果が確認できた。カンデサルタンはBOOによるすべての刺激に対する収縮反応の低下を改善させた。以上の結果からラットBOOモデルでは、閉塞による膀胱収縮力の低下をATIIタイプ1レセプタープロッカー(カンデサルタン)が改善させた。この改善効果は、血流の改善も含め筋線維の変性の防止と考えられた。またBOO群でATIIに対する収縮反応が増強していたことは、ATIIが膀胱平滑筋の不随意収縮を誘発しBOOに伴う過活動膀胱発生の原因の一つとなっているかもしれない。
フューエルインデックス制御に基づく実運航シミュレーションに関する研究

実運航中の地球温暖化ガスの削減を目的に、船舶の効率運航を図るために導入される最適運航システムに必要となる物理モデルの性能計算法の高度化を行い、最適運航システムに導入しその効果の評価を実施した。その結果、物理モデルの高度化により燃費削減効果が得られるとともに、研究開始時は想定していなかった到着遅延リスクを最小とする効果が高いことが分かり、物理モデルをベースとしたシステムの有効性が明らかとなった。実運航中の地球温暖化ガスの削減を目的に、船舶の効率運航を図る最適運航システムを開発し、最終的に実運航状態をシミュレーションし、最適運航ガイダンスを作成する。このために、平成27年度は物理モデルによる実海域性能評価技術の高度化を実施し、波浪中定常横力、定常回頭モーメント推定法をプログラムに組み込んだ。計算法は、水槽試験結果との比較から、前進速度なしの3次元パネル法とした。なお、その場合、船体形状の入力が造船所でないと不可能で実用的でないこと、計算負荷を減らすことができることから、事前に複数船種、船型で計算した結果をデータベース化し、船種・要目による補間推定するプログラムとした。また、不規則波中の船体応答計算では、波浪レーダーなどによる波浪場(方向スペクトラム)を利用できるようにプログラムを作成した。これらを全体プログラムに導入した。また、実船データのうち、造船所・メーカーでないと入手が難しいデータを特定し、そのデータについて実船データを基にした簡易推定法を開発した。主機・ガバナーモデルについては、フューエルインデックスを考慮したシミュレーションを実施した。2元燃料機関の動向を調査し、主機モデルの拡張は平成28年度実施することとする。また、平成28年度製作する模型船について仕様選定を行い、水線面形状の影響調査として船首部に設置されることがあるボルスターの影響を調査することとした。これにより平成28年度の研究に繋げた。平成27年度は実海域性能評価モデルの高度化を行うこととし、波浪定常横力、定常回頭モーメントのプログラム導入を行った。また、簡易推定式を開発し、実用的なプログラムとした。波浪場のりようについてもプログラム化し、実行を可能とした。主機・ガバナーモデルの開発は2元燃料機関について動向調査を行い、主燃料としてガスを使用しない場合の取り扱いについて引き続き調査を行い、プログラム開発に繋げる。実運航中の地球温暖化ガスの削減を目的に、船舶の効率運航を図る最適運航システムを開発し、最終的に実運航状態をシミュレーションし、最適運航ガイダンスを作成することを目的とする。このために、平成28年度は、実運航性能シミュレーションプログラムに主機作動特性として、主機回転数一定、フューエルインデックス制限、主機出力一定モードに加え、新たに船速一定計算モードを導入した。設定速度を維持できない場合は、主機作動特性を考慮し、トルクリミット以下で運転するよう主機回転数を下げ、外力とバランスする作動状態を求めるものである。また、バルクキャリア船型の船長7mの大型模型船を製作し、海上技術安全研究所の400m曳航水槽にて水槽試験を行い、船首水面上に設置されるボルスターが実海域推進性能に及ぼす影響を調査した。ボルスターは係船装置・係船甲板面積の関係で、船体と錨が十分に離れて設置できない場合に設置されるもので、非常に大きな構造物となる場合がある。このボルスターを2種類変更し、波浪中抵抗増加の計測・評価を行った。その結果、ボルスターが単純に波浪中抵抗増加を増大させるものでは無いことが明らかとなった。その影響の評価を日本船舶海洋工学会講演会にて発表した。実海域性能の研究動向調査のため船舶海洋工学における最適化ワークショップに参加し運航面の最適化の課題、国際試験水槽会議(ITTC)実運航性能に関する専門家委員会にて海外動向調査を行った。平成28年度は水槽試験にて、船首水面上形状と実海域推進性能の関係を調査することとし、係船の関係で設置されるボルスターに注目し、波浪中試験を行い、その影響を評価し、得られた知見を学会講演会にて発表した。また、運航計画についてヒアリングを行い、実運航性能シミュレーションに船速一定計算モードが必要とのことを聴取したため、計算モデルに導入した。実運航中の地球温暖化ガスの削減を目的に、船舶の効率運航を図るために導入される最適運航システムの効果の評価について実施した。最終年度となる平成29年度は、船首水面上に設置されるボルスターが実海域推進性能に及ぼす影響を論文としてまとめ公表した。その結果は、ボルスターが単純に波浪中抵抗増加を増大させるものでは無いことを示した。その結果は本船の実運航状態を推定する物理モデルをベースとするシステムに導入された。最適運航システムの効果の評価を実施し、実際の運航では、voyage priorityを設定して運航支援が行われるが、voyage priorityとして、スケジュール確保、最小燃費が採られるが、例えば到着港の混雑のため、航海途中でスケジュール確保から最小燃費に変更されることもある実態を把握した。燃費最小を実現する高度ウェザールーティングについて、その導入効果を評価する場合、従来システムと高度ウェザールーティングシステムとで燃費比較を行うことになるが、同時出航でシミュレーションを行い、その結果比較だけでなく、燃費推定精度も必要となる。航海途中でvoyage priorityをスケジュール確保から最小燃費に変更した場合、それまでの航海履歴が影響するため、評価は困難となる。

voyage priorityをスケジュール確保とする場合、到着遅延リスクを最小とする必要があるが、到着遅れ時間を過小に評価するシステムの場合、遅延リスクは高く、従来使用されている統計モデルをベースとしたシステムではシステム運用者の判断が必要で有り、そのための経験が重要となる。このことから物理モデルベースのシステムの優位性が分かる。これらをガイダンスとしてまとめた。また、実海域性能の研究動向調査のため、国際試験水槽会議(ITTC)実運航性能に関する専門家委員会にて海外動向の調査を行った。実運航中の地球温暖化ガスの削減を目的に、船舶の効率運航を図るために導入される最適運航システムに必要となる物理モデルの性能計算法の高度化を行い、最適運航システムに導入しその効果の評価を実施した。その結果、物理モデルの高度化により燃費削減効果が得られるとともに、研究開始時は想定していなかった到着遅延リスクを最小とする効果が高いことが分かり、物理モデルをベースとしたシステムの有効性が明らかとなった。平成28年度は大型模型船により、ボルスター有無により波浪中抵抗増加の差を調査し、水面上形状設計との関係を調査する。平成29年度は開発した実運航シミュレーションにより、船舶の効率運航を図る最適運航ガイダンスを作成する。29年度が最終年度であるため、記入しない。実海域性能29年度が最終年度であるため、記入しない。
一世代コンディショナル変異導入法を用いた神経疾患原因遺伝子の生理機能解析

生体内における遺伝子の生理機能解析法の中でも特に強力な技術として、Cre-loxP組換え系を用いたコンディショナルノックアウト法が発展してきた。その原理を利用した遺伝子発現系として、ノックイン-トランスジェニック型でCre組換え依存的に強力なプロモーターにより遺伝子を発現させるシステムや、数種のloxP類縁配列と組み合わせDNA配列を逆位にすることで遺伝子発現を制御するFLEx(またはDIO)と呼ばれるシステムなども存在するが、多くの場合は内在の遺伝子構造と異なっていることが原因で、正確な生理機能評価が難しいことが問題となっている。研究代表者は、FLExシステムと異動物種由来ゲノム等を用いた新規コンディショナル遺伝子発現制御法を開発することにより、この問題を解決できる可能性を見出した。本研究の目的は、開発された新規遺伝子発現制御法の有効性を確認すると同時に、遺伝子変異-中枢神経系回路発達-表現型の関連性を捉えやすい小脳発達期をモデルとして選択し、生理機能が明らかでない2つの神経疾患原因遺伝子、炭酸脱水素酵素関連タンパクCA8(マウス遺伝子名Car8)および翻訳伸長因子EEF1A2 (Eef1a2)とそれらの関連分子を主な変異導入の対象として、小脳発達の分子機序の一端を明らかにすることである。一方、従来の遺伝子改変マウス作製が遺伝学、発生工学を中心的技術とするため長い実験期間を要するという最大の問題については、近年著しく発展しているゲノム編集技術を適用することで解決可能だと考えられた。研究代表者は簡便なノックインマウス作製法であるマウス初期胚に対する電気穿孔法を用いることにより、既に一世代-低分子タグノックインマウス作製技術を確立しており、より簡便に長い配列のノックインを可能とするための技術開発も行う。本課題申請時に提案した新規遺伝子発現制御法については、比較検討されたDNA要素により構成されたカセットを用いて、他大学との共同研究ベースで3系統のノックインマウスを樹立できた。1系統については遺伝子発現が完全に予想通りに制御されていることが既に確認されていたが、さらに1系統についてCre依存的に組換えが生じ変異遺伝子が発現することが確認された。さらにこのアイディアを発展させ、複数のスプライスサイトを組み合わせ構築した人工イントロンを用い、標的遺伝子のエクソン-イントロン構造に依存せず全遺伝子へ対応可能なコンディショナルノックインシステムの開発を試みた。培養細胞においてこのシステムの動作が確認できたのでマウス個体への適用を試みたが年度内での変異導入マウスの樹立には至らなかった。マウス初期胚への電気穿孔法をゲノム編集技術に適用する手法の中でも、より簡便であるGONAD(Genome-editing via Oviductal Nucleic Acid Delivery)法を用いることで変異マウス作製効率を大幅に高めることができていたが、一般的な認識としてGONAD法の適用は困難であるC57BL/6系マウスにおいてさらに効率を高めるための排卵誘発ホルモン投与条件等について検証を行った。本課題での解析対象遺伝子である、小脳発達に関連する神経疾患原因遺伝子CA8、EEF1A、IP3受容体について各種コンディショナル変異導入を試みたが、より長い配列のノックインには現時点では成功しておらず、さらなる技術開発が必要である。現在、長鎖ノックインのためのドナーDNAとしてアデノ随伴ウイルス(AAV)を用いる系を確立しつつあり、次年度前半での各種ノックインマウス作製を目指す。以上の通り、本課題の進捗状況はやや遅れている。新規遺伝子発現制御法については、すでに2系統でCre依存的に組換えが生じ変異遺伝子が発現したことが確認されやので、現在この方法論に関する論文を作成中である。開発中であるコンディショナルノックインシステムについては、予備実験よりそのノックインカセットが動作することは確認されていたので、DNA要素をゲノム編集に適した短い配列に改良したので、GONAD法によるノックインを試みる。それが困難であると判断された場合にはGONAD法のみでなくTAKE(Technique for Animal Knockout system by Electroporation)法、または安定したノックインマウス作製方法である微量注入法を用いて作製を急ぐ。一方、ノックインマウス作製に用いるべきドナーDNAの種類については複数あり、ごく最近まで一本鎖DNAが最適であると一般的に認識されていたが、前述の通りAAVを用いた系について諸条件を検証して技術的確立を目指す。また、安定的にC57BL/6N系ノックインマウスを作製できているという成果について、現在検証中の排卵誘発ホルモン投与条件のデータも含め論文発表を目指す。解析対象遺伝子である、小脳発達に関連する神経疾患原因遺伝子CA8、EEF1A、IP3受容体について各種コンディショナル変異導入に着手したところであるが、長い配列のノックインマウスが安定的に作製可能となるまでは、申請時提案通りの各種の点変異等のノックインマウスの作製を先行させる予定である。特に研究協力者が得たCA8遺伝子生理機能に関する研究結果(未発表データ)について討議したところ、最も重要であるのはIP3受容体遺伝子を標的としたノックインマウスであるという見解で一致しており、その作製を急ぐ。その原理を利用した遺伝子発現系として、ノックイン-トランスジェニック型でCre組換え依存的に強力なプロモーターにより遺伝子を発現させるシステムや、数種のloxP類縁配列と組み合わせDNA配列を逆位にすることで遺伝子発現を制御するFLEx(またはDIO)と呼ばれるシステムなども存在するが、多くの場合は内在の遺伝子構造と異なっていることが原因で、正確な評価が難しいことが問題となっている。

研究代表者は、FLExシステムと異動物種由来ゲノム等を用いた新規コンディショナル遺伝子発現制御法を開発することにより、この問題を解決できる可能性を見出した。本研究の目的は、開発された新規遺伝子発現制御法の有効性を確認すると同時に、遺伝子変異-中枢神経系回路発達-表現型の関連性を捉えやすい小脳発達期をモデルとして選択し、生理機能が明らかでない2つの神経疾患原因遺伝子、炭酸脱水素酵素関連タンパクCA8(マウス遺伝子名Car8)および翻訳伸長因子EEF1A2(Eef1a2)とそれらの関連分子を主な変異導入の対象として、小脳発達の分子機序の一端を明らかにすることである。一方、従来の遺伝子改変マウス作製が遺伝学、発生工学を中心的技術とするため長い実験期間を要するという最大の問題については、近年著しく発展しているゲノム編集技術を適用することで解決可能だと考えられた。研究代表者は簡便なノックインマウス作製法であるマウス初期胚に対する電気穿孔法を用いることにより、既に一世代-低分子タグ-ノックインマウス作製技術を確立しており、より簡便に長い配列のノックインを可能とするための技術開発も行う。本課題申請時に提案した新規遺伝子発現制御法については、比較検討されたDNA要素により構成されたカセットを異なる3つの遺伝子を標的としてノックインしたES細胞を作製し、他大学との共同研究ベースでその3系統のノックインマウスを樹立できた。そのうちの1系統については既に標的遺伝子の発現確認まで進んでおり、その遺伝子発現が完全に予想通りに制御されていることが確認された。さらにこのアイディアを発展させ、複数のスプライスサイトを組み合わせ構築した人工イントロンを用い、標的遺伝子のエクソン-イントロン構造に依存せず全遺伝子へ対応可能なコンディショナルノックインシステムの開発に着手した。培養細胞での予備実験よりこのシステムの動作確認を終え、近日中にマウス個体においても確認される予定である。また、マウス初期胚への電気穿孔法をゲノム編集技術に適用する手法の中でも、より簡便であるGONAD(Genome-editing via Oviductal Nucleic Acid Delivery)法に成功し、変異マウス作製効率を大幅に高めることができた。なお、本課題で作製するマウスはC57BL/6Nマウスで統一しているが、一般的な認識としてC57BL/6系マウスへのGONAD法の適用は困難であるということで、本課題において安定的にC57BL/6N系ノックインマウスを作製できていること自体が既に学術的価値の高い成果を上げているといえる。本課題での解析対象遺伝子である、小脳発達に関連する神経疾患原因遺伝子CA8、EEF1A、IP3受容体についてCas9の標的となるguideRNA配列はほぼ選定し終え、計画通りの各種コンディショナル変異導入に着手したところである。
抗がん性抗生物質によるDNA分子の微細構造の認識と修飾及び活性変動

DNAは部分的にパリンドロ-ム構造をとるなど複雑な高次構造をしており、このような高次構造がブレオマイシンなどの抗がん性抗生物質により認識され、DNA鎖切断が引き起こされている。本研究では、DNAが有する活性ドメインの1つとして、ファ-ジG4の相補鎖DNA合成開始領域(oric領域)に対するブレオマイシンによる修飾並びに切断作用について詳細に検討した。DNAはその立体構造を保つために適当な塩濃度を必要とするが、一方ブレオマイシンは高塩濃度では殆んど作用しない。さらに、DNAの高次構造でブレオマイシンの作用が異なることが十分にあり得る。DTT存在下0ー50mMのNaClを変化させてブレオマイシンの作用を調べたところ、2本鎖DNAと1本鎖DNAとで著しく作用が異なることが明らかとなった。2本鎖DNAでは10mMのNaCl濃度の時にブレオマイシンによる切断が最大となった。また、塩濃度が50mMを越すと殆んど切断されなくなった。これはブレオマイシンのスルホニウムイオンとDNAのリン酸基の結合が低下するためと考えられた。ブレオマイシンとFeとの結合は高塩濃度ではむしろ強められていた。10ー50mMの塩濃度でDNAの吸光度に変化はなかったので、10mMの塩濃度下でDNAは安定な構造をとっていると考えられる。一方、1本鎖DNAでは、部分的にしかブレオマイシンに対して感受性を示さなかった。その部位とは、従来示されていたステム・ル-プ構造のIであった。ステム・ル-プIは、oricの活性において、DNAプライマ-ゼ認識部位の1部と考えられており、事実プライマ-ゼによりプライマ-ゼRNAが合成される位置は、ステム・ル-プIの3'側にCTGとして存在している。他のステム・ル-プ構造(II,III)もまたブレオマイシンに感受性であったことから、その存在は確認されたが同時にこれらとは別のステム・ル-プ構造の存在することが示唆された。
低・高エネルギー粒子、及びＸ線の同時分析機能実現に向けたハイブリッド検出系の試作

最終年度では、世界的にも第一線・最先端技術として確立しつつある日本製マイクロチャンネルプレート(MCP)・ストリップ式シリコン半導体検出器(SSSD)の最新の宇宙実証実績を誇るタイプを用いて、それらを独自設計・特注による特殊治具で機械的に結合する事によりハイブリッド検出系を構成した後、日本国内の宇宙空間物理学の実験グループでは我々のみが保有する高エネルギー粒子ビームラインを用いて実証実験を行った。このビームラインへのハイブリッド検出系のセッティングでも特殊治具を新規設計・製作し、更に電気信号ラインを様々に工夫・調達する事で、効率的な較正実験を実施した。このSSSDは2016年12月20日に打ち上がった後、順調に地球磁気圏にて宇宙観測を行っているERG(あらせ)衛星の高エネルギー電子分析器に用いられたタイプの予備品であり、制御・信号読み出し回路としてASIC(application specific integrated circuit、特定用途向け集積回路)が用いられているのが特徴である。同等品がJAXA・ESA国際共同水星探査衛星計画「BepiColombo」のMMO(Mercury Magnetospheric Orbiter)の高エネルギーイオン・電子分析器群にも適用されている実績がある。このASICと数百ミクロンピッチの64チャンネル電極が実装されたSSSDを用いる事で、MCPからの出力信号を高精度の位置検出機能により、SSSDの出力と同様にASICで読み出す事が可能となった。実際のイオンビームラインを用いたMCP・SSSDハイブリッド検出系の較正実験では、1mmφに絞ったイオンビームの1mmピッチのマルチスポットをMCPに照射し、MCPにて増幅された電子雲を、SSSDの複数のストリップ電極にて集電荷し、ASICにより読み出す事に世界で初めて成功した。宇宙探査、特に宇宙プラズマ粒子の検出に最も広く用いられてきたマイクロチャンネルプレート(MCP)と半導体検出器(SSD)を結合させてハイブリッド検出システムを試作した。これにより、MCPが有効な数百keV以下のエネルギー帯と、SSDが多用される数十keV以上でのエネルギー帯に渡ってハイブリッド系検出が可能になり、広いエネルギー帯域を有感帯域とする検出システムの基礎開発が可能となる。また、プラズマ粒子とX・ガンマ線の検出においてはは、お互いが雑音源となるため、ハイブリッド検出系による雑音除去手法開発の端緒となる。初年度である本年度では、放射線源による大気中でのアルファー粒子の検出を、現有のSSDを用いて再現した後、このSSDを現有の大型円形MCPアセンブリーに結合させる機構治具を製作し、ハイブリッド検出系を試作する事が出来た。このハイブリッド検出系を真空槽内に設置し、イオンビーム照射する事で、真空中でのハイブリッドシステムによる検出に、世界で初めて成功した。なお、この過程に至るまでに、放射線源を用いて大気圧中にてSSDからの信号をチャージアンプにより増幅する事で、現有の信号増幅系・波高分析系・データ解析系の適用が可能である事を確認している。この後、大型円形MCPアセンブリーを改修し、特注金属電極治具の設計・製作を経て、上記の半導体検出器(SSD)を取り付けた後、イオンビームラインに設置し、真空中にてプロトン、ヘリウムイオン、窒素イオンを20keVにて照射し、信号応答を調査した。その後、検出器(SSD、MCP)と粒子種の違いによる出力信号波形の差異を比較し、SSDに比べMCPからの出力信号波高が優位に高い事、このエネルギー帯、及び、今回のMCPの印加電圧状態では粒子種による波形・波高に有意な差異が認められない事、等が判明した。まず基礎実験として、半導体検出器(SSD)に対し、放射線源を用いる事でその機能を確認しつつ、機構治具の設計を進めた。その為に、特殊金属電極である機構治具を予定より早く製作する事が可能となり、それを用いてマイクロチャンネルプレートアセンブリーに半導体検出器を結合させ、真空中にて様々な粒子種による照射試験を成功させる事が出来た。この過程で、基礎実験として予定していたいくつかの項目は、これまでの実績と、今回の基礎実験により省略が可能であると判断出来た事、機構治具の設計・製作が順調に進んだ事、現有の資材・装置を有効に活用する事が出来た事、等がその要因である。本年度は、最先端の宇宙探査衛星計画である「あらせ(ERG)」衛星に実際に適用された高エネルギー電子用半導体検出器である片面ストリップ型シリコン検出器(SSSD)の予備品を、昨年度の試作に用いたマイクロチャンネルプレート(MCP)に結合させてハイブリッド検出器を構成するための基礎設計を行った。このSSSDは数百ミクロン幅で32チャンネル独立のストリップ電極により粒子の入射・通過位置を検出可能であり、MCPからの電子雲の検出にも対応可能である。更には、Application specific integrated circuit(ASIC)技術により、超小型・軽量、省電力でSSSDからの32チャンネルの信号を処理可能であるため、MCPと組み合わせる事で、低エネルギー粒子入射時にはMCPで生成された電子雲の検出を、高エネルギー粒子入射時にはSSSD内部で生成された信号の読み出しが可能となる。このSSSDは実際にジオスペース探査衛星「あらせ」に搭載されて宇宙空間での高エネルギー電子の検出を実現しており、本研究ではこのSSSDの予備品を活用して、MCPとSSSDのハイブリッド検出器を世界で初めて製作する事を目指して、それらの機械的結合に向けた基礎設計を行った。具体的には、MCPで生成された電子雲を電気的に引き込んで、SSSDの金属電極に入射させるための電位配位の検討、及び、MCPアセンブリーへのSSSDの機械的取り付け構造の検討を行った。

このSSSD基盤上にはASICやチップ素子が多数実装されており、それらへの機械的・電気的干渉を避ける為の措置を考案した。また、ハイブリッド検出器開発における較正実験を円滑に行う上で必要となる高エネルギー粒子ビームラインのビームプロファイル取得システムの開発も並行して実施した。今年度に適用を計画していた最先端の半導体検出器である「あらせ」衛星搭載用片面ストリップ型シリコン検出器(SSSD)は、本開発研究に使用可能な実機が既にある状態であったが、このSSSDの詳細な情報を取得するためには、SSSDの本来の目的である「あらせ」衛星での観測結果を確認する必要があった。また、SSSDの構造上の詳細なデータを入手するには、SSSDによる「あらせ」衛星観測を担当する研究者からの情報提供が必要であるが、「あらせ」衛星計画自体の運用上の問題・遅延からそれらが困難であったため、最終形態としてのハイブリッド検出器の製作が遅れている状況である。探査機・観測ロケットによる宇宙空間でのプラズマ・中性粒子、極端紫外線、X・γ線の計測は太陽地球系物理学における重要な観測であり、本研究では、これらの観測に従来から活用されてきた2種類の検出器であるマイクロチャンネルプレート(MCP)と半導体検出器(SSD)を構造的・電気的に結合させることで、お互いの計測上の長所を生かし欠点を補いあう新規の一体型ハイブリッド検出器を設計・製作し、各種試験と性能評価・較正実験を行った。MCPは比較的低いエネルギーの粒子・光子の検出に対して極めて有効な素子であるが、出力信号を処理する段階で入射エネルギーの情報が失われてしまう。SSDは高エネルギー粒子、あるいは透過性の高いX・γ線に対しては、出力信号の波高分析によりエネルギー情報を取得可能である一方、低エネルギー粒子に対しては感度がない。これらの相反する特性を相補的・積極的に取り入れ、一体型ハイブリッド検出器として機能させることに成功した。また、宇宙プラズマ・中性粒子、及びEUV等の検出において計数測定に広く用いられているMCPと、よりエネルギーが高い粒子・光子に対して用いられるSSDを組み合わせたハイブリッド検出系を試作し、所有するビームラインによる真空内粒子照射試験を実施するに当たり、ビームラインで照射されるビームの特性を取得するビームモニターの開発も並行して行った。これにより、以下の2点の可能性を開拓した。1:ASIC技術を活用したストリップタイプのSSDと組み合わせ、SSDの読み出し電極を電荷収集電極として用いることで、MCPの小型・高精度の位置検出系を構築可能となった。2:エネルギー・計数の測定が可能だが、入射粒子・光子のエネルギー情報は取得できないため、MCP単独の検出系では雑音源となる宇宙放射線粒子や宇宙線の混入に関して、SSDからの信号処理を活用することによる除去を可能となった。
実無線通信環境に適応した低演算量・高品質検出のMIMO-OFDM受信機の設計

近年、無線通信方式の高速化にともない、高性能の無線通信システムの普及が進んでいる。一方、これまでの無線通信システムにおいては、主に理想な通信環境を設定した上にシステムを設計することになり、今後予想される無線方式の更なる最適化への追従が困難な状況となっている。本研究は、この課題を解決するために、これまでのIEEE802.11n MIMO-OFDMに基づく無線通信システム種々の通信環境を柔軟に設定し、かつ送受信機実通信環境最適化するための技術について可能なアプローチを示し、実装を通した検証と評価を行うとともに、将来に向けた新しいアーキテクチャについて提言した。本年度には、リアルな環境に従ったチャンネルモデルを昨年完成したシステムに導入し、性能を評価した。評価の結果から主流であったチャンネルモデルは実環境に対応したチャンネルモデルより大幅指摘を歪めることがわかった。本システムの目的は、リアル環境の中で最適な受信機を設計である。そのため、チャンネル常に不変な情報部分は全部の受信チャンネル情報より抽出を行う必要がある。リアルな環境下を考慮して、不変なチャンネル情報一度受信機に与えて、その次毎回変動なチャンネル晴報部分のみ更新して、効率な受信機信号検出手法を改良した。新しい手法は理論分析とシミュレーションに通じて、低演算コスト、実環境に適応性が高いことを明確した。そして、送信機側にもチャンネル情報の有効活用するため、プレコンディングの最適化を考慮し、優れた送信機設計方式の確立と評価を行った。研究目的に記した「実無線通信環境に適応した低演算量・高品質検出のMIMO-OFDM受信機の設計」のステップによって、受信機側の設計と評価を成功し、送信機側の検討もスムーズに進んだ。しがしながら、全システムアーキテクチャに適用する場合、実装評価の不足問題点を解決する必要です。いままでの組み込み研究を進める上で、必要な従来技術の動向調査やそれらの詳細な特質の理解を、短時間に、かつ正確に比較評価・実行できることを強めする予定です。提案した最適手法は全システム・通信環境上で評価・検証し、提案する有効性のシステムはソフトウエア・ハードウエア両方の開発実現を同時に進めることを目指している。近年の無線通信ではMIMOやOFDM方式に代表されるディジタル無線通信技術の発展に伴い、高性能・最適な無線受信機の設計が広く考えられている。本研究の目的は、ユビキタス情報社会に向けた次世代無線通信環境の実現のため、「実無線通信環境に適応した低演算量、高品質検出のMIMO-OFDM受信機の設計」にある。その目標に向けて「無線通信環境でアダプティブの収束特性を持ち低演算量アルゴリズムの提案し、提案手法の特性を利用した回路の開発」の研究を遂行する。本年度の最初に、802.11n仕様の全モードでMIMO-OFDMシステムの性能を評価し、システム上で実チャンネル環境の影響も調べた。リアルのチャンネルでパラミーター(相関的Azimuth spreadとRician K-factor、など)の適切の設定の研究例がそれほど多くない。そのため、従来法で決まったチャンネルパラミーターとリアルのチャンネルの影響の違いも評価した。結果によって、チャンネル状況に応じて、プラミーター分布によって、より精度高いのチャンネル推定できる。受信機はその推定を得たチャンネル情報を使って、高品質検出の受信機を期待できます。続いて、リアル的な実無線通信環境に対して、干渉除去に応じて、最適な検出と復号を組み合わせをシミュレーション評価を行い、低演算コスト・アダプティブMIMO-OFDM受信機を設計した。評価結果から典型的なシミュレーション通信環境の仮定はパフォーマンスが大幅指摘を歪めることが分かった。そして、提案した動的な受信機は従来繰り返し操作する受信機同じ良い性能を得る同時に演算コスト三分の一程度の削減が可能となった。

いままでの組み込み研究を進める上で、必要な従来技術の動向調査やそれらの詳細な特質の理解を、短時間に、かつ正確に比較評価・実行できることを強めする予定です。提案した最適手法は全システム・通信環境上で評価・検証し、提案する有効性のシステムはソフトウエア・ハードウエア両方の開発実現を同時に進めることを目指している。
宇宙実験フリーフライヤー等のデブリス衝突防護構造の設計研究

本研究は、プラズマ銃を使用して、直径100600μmのパイレックスガラス小球をアルミニウム合金に衝突させるシミュレーション実験を行ない、宇宙実験フリーフライヤーや宇宙基地モジュールの防護壁の設計に資することを目的として、昭和62年度より、2年計画で行なったものである。同軸磁場圧縮コイルを加速部とするプラズマ銃に、圧縮ヘリウムガスを駆動力とした軽ガス銃初段部を組合せた加速システムを完成させて、0.6mmのパイレックスガラス小球を、秒速10kmに加速することに成功した。この小球を厚み1mmのアルミ合金5052に衝突させて、クレータの生成と速度の関係を明らかにすることを主な目的とする実験を行なった。電源コンデンサーを10kVに充電することによって、300kJのエネルギーをプラズマ銃の同軸磁場圧縮コイルに投入し、秒速10kmを得た。コイルから1m離れた直径50mmのターゲット板に到達できるガラス小球の数は数%であったが、小球に初速を与えることによって、10倍の数十%に高めることにも成功した。5052アルミ合金に生成するクレータ直径は衝突速度にほぼ比例して増大し、速度10km/sでは、アルミ板に穴があいた。バンパーとなるアルミ板の後方に、同じ厚さ1mmのアルミ板を置いて、バンパーに穴があいた場合、後方に飛散するガラスとアルミ合金のダストを後方板によって停止させた。パイレックス小球の速度、大きさ、バンパーアルミ板の厚みとダストの広がりを観測し、その相関についての知見を得た。ハイドロダイナミック計算機コード「パイセス」を使用して、実験結果と一致するパラメータを選び、最適二重防護構造を与えるシミュレーションを行なった。本研究は,プラズマ銃を使用して,直径100600μmのパイレックスガラス小球をアルミニウム合金に衝突させるシミュレーション実験を行い,宇宙基地モジュールやフリーフライヤーの防護壁の設計に資することを目的として,昭和62年度により, 2年計画で行っているものである.同軸磁場圧縮コイルを利用したプラズマ銃に,圧縮ヘリウムガスを駆動力とした軽ガス銃を取り付けて,ガラス小球を予備加速した.軽ガス銃からプラズマ銃への投入時にタイミングを合せて,プラズマ銃の電源であるコンデンサの放電を開始した.秒速700mで投入することによって,プラズマ銃による速度が約30%増加することが分った.この方式によって,直径500μmのガラス小球を秒速10kmに加速,衝突させる技術を確立した. 500μmのガラス小球を厚さ1mmのアルミ合金2024に衝突させて,クレータの観察を走査型電子顕微鏡を使用して行った.クレータの直径はガラス小球の衝突速度の増加と共に増大し,小球の衝突によって大きな塑性流動が生じることが分った.クレータ直径は衝突速度にほぼ比例して増大し,速度10km/sでは,ガラス球の径の約4.5倍の値が得られた.昭和62年度に得られた最高速度はコンデンサ放電電圧8KV,192KJのエネルギーによるものである.使用コンデンサは10KV,300KJのものであり,相当のエネルギーの余裕を残しており,フルエネルギーの使用によって, 1213km/sの速度の達成が可能である.今後はフルエネルギーによるより高速衝突実験を行い,防護構造に関するシミュレーションを進める.本研究は、プラズマ銃を使用して、直径100600μmのパイレックスガラス小球をアルミニウム合金に衝突させるシミュレーション実験を行ない、宇宙実験フリフライヤーや宇宙基地モジュールの防護壁の設計に資することを目的として、昭和62年度より、2年計画で行なったものである。本年度は直径0.6mmのパイレックスガラス小球を、同軸磁場圧縮コイルを用したプラズマ銃によって、秒速10kmに加速すること、これを厚み1mmのアルミ合金2024に衝突させて、クレータの生成と速度の関係を明らかにすることを主な目的として実験を行なった。

電源コンデンサを10kVに充電することによって、300kJのエネルギーをプラズマ銃の同軸磁場圧縮コイルに投入し、秒速10kmを得ることに成功した。コイルから1m離れた直径50mmのターゲット板に到達できるガラス小球の数は数%であったが、小球に初速を与えることによって、10倍の数十%に高めることにも成功した。2024アルミ合金に生成するクレーター直径は衝突速度にほぼ比例して増大し、速度10km/sでは、アルミ板に穴があいた。バンパーとなるアルミ板の後方に、同じ厚さ1mmのアルミ板を置き、バンパーより後方に吹き出したガラスとアルミ合金のダストを後方板によって停止させた。パイレックス小球の速度、大きさ、バンパーアルミ板の厚みとダストの広がりを観測し、その相関についての知見を得た。ハイドロダイナミック計算機コード「パイセス」を使用して、実験結果と一致するパラメータを選び、最適二重防護構造を与えるシミュレーションを行なった。