hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
摂食、消化器機能調節および生活習慣病に関わるCCK受容体機能分担と遺伝子発現調節 副題:ヒトおよびCCK-A,B,AB受容体遺伝子ターゲテイングマウスによる検討

結果は、CCK-B欠損では胃排出速度が早く、A欠損では変化がなかった。B欠損マウスでは自律神経のバランスがくずれているため、と予測した。一方CCK-A受容体欠損マウスでは、ストレス負荷により、回復時の摂食量の増加が認められた。同時期の胃排出速度は亢進しておらず、この摂食増加は、中枢性に生じていると予測された。CCK-A受容体遺伝子多型(-81A to G,-128G to T)を胆道、膵を中心とした消化器疾患において検討した。アルコール依存症では、-81A to Gが多く、しかもGを持つ個体は、依存症の発症年齢が低く、家族歴が濃厚で、反社会的性格や譫妄を有する頻度が高かった。一方慢性膵炎、膵癌では有意の発生頻度の変化はみられなかった。胆嚢癌は症例がなかった。ラットでは、胎性期にはCCK-A受容体遺伝子発現はみられないが出生後約1週間目頃よりCCK-A受容体遺伝子発現する。このCCK-A受容体遺伝子発現の調節には、遺伝子のメチル化が関係している。我々は、覚醒ラットにおいて、膵液胆汁を別々に採取する実験システムを確立し、膵外分泌機能を検討してきた。CCK-A受容体遺伝子ノックアウトマウスでも、膵外分泌はアセチルコリンやgastrin releasing peptideなどにより増加したが、胆嚢収縮は起こせなかった。CCK-A受容体ホモ欠損マウスでは肥満にはならないが、有意の高頻度で胆石が形成された。CCK-A,B,AB受容体遺伝子ノックアウトマウスの胃排出機能を液体飼料、固形飼料の胃排出速度、および、CCK-8,gastrin、アトロピンの効果を比較した。
秦漢墓の成立からみた秦漢帝国の支配体制の研究

本研究の結果、以下のような秦から前漢前期にかけての統治の実態が明らかになった。(1)秦の占領地では副葬飲食器の中心となっていた礼器系セットが姿を消す。この変化は、礼器を威信材としていた各国の支配層が、秦の占領により消滅した結果と考えられる。ただし秦墓の副葬飲食器には、秦の中心であった西安地区のものが持ち込まれる地域と、地域色が強い日用器が副葬される地域があり、秦の支配に地域的な強弱があったことが分かる。(2)前漢前期の墓制は秦のものが継承されるが、上記のような地域色が徐々に解消される方向性が認められる。この変化は漢の支配が緩やかにではあるが、着実に浸透していった結果であると考えられる。本年度は漢水中流域の墓葬について検討した。この地域の墓制は戦国時代中期から秦代にかけ大きく変化する。もっとも大きな変化は副葬品の中心である倣銅陶器が鼎・敦・壺から鼎・盒・壺へと変化することに現れる。前者は戦国時代中期までこの地域を支配した楚の青銅礼器に基づくものであり、後者は新たな支配者となった秦の器種に基づいている。やがて秦は滅亡し漢の統治が始まるが、武帝期までは秦の墓制が継承されている。次の画期は昭帝期以後に現れる。この時期には秦の副葬陶器の組み合わせが壊れるとともに、俑の副葬が本格化して陶製飲食器とともに副葬品の中心となる。以上の墓葬の変遷を、秦漢帝国による統治のあり方と関連づけて考えると以下のようになる。秦の郡県制は中央から官吏を地方へと派遣し直接統治を目指す体制であり、地方が中央と直接結ばれたことになる。漢水中流域において秦の支配が始まるとともにそれまでの楚の墓制が払拭されるのは、このような秦の直接統治の結果と考えられる。その反面地域色も残されており、秦の統治の浸透が不十分であったことがわかる。この地域では前漢に入ってからも基本的には秦代の墓制が継承され、大きな変化が認められない。漢は秦の制度を受け継ぐとともに、当初は郡国制の下で中央による地方の統制を緩める政策を採っている。漢水中流域の墓制が秦代の墓制を引き継ぐとともに変化が乏しいのは、このような前漢の統治体制のあり方の反映と考えられる。墓制が大きく変化するのは昭帝期以後である。この時期には俑と陶製飲食器が中心となる新たな墓制が成立するわけだが、この変化は西安地区の墓制の強い影響を受けている。前漢時代では武帝期以後中央による集権体制が整うようになる漢水中流域の墓葬において中央の強い影響が現れるのは、このような集権体制の確立の結果と考えることができる。25年度は洛陽地区の墓葬を検討した。洛陽地区では戦国後期には木槨木棺墓に礼器系飲食器(鼎・豆・壺)を副葬するのが一般的であった。秦代には洞室墓が導入され、副葬飲食器も鼎・盒・壺といった西安地区と同一のものに変化した。秦代の墓制は前漢前期・中期にも継承されるが、漢系壺が副葬されるようになるなど、漢墓の特徴が徐々に浸透することが窺えた。本研究では西安地区、洛陽地区、長江中流域で戦国後期から前漢中期までの小型墓葬を対象に検討を加えてきた、その結果以下の点が明確になった。(1)戦国後期の小型墓は木槨木棺墓で礼器系飲食器を副葬するのが一般的であった。ただし礼器系飲食器の器種には地域差が見られた。(2)秦の統一により、各地の墓制には変化が生じたが、その顕著な変化は副葬飲食器に現れた。すなわち戦国時代までの各地の礼器系飲食器は断絶し、秦の中心地であった西安地区の器種(鼎・盒・壺)、または地域色が強い日用器が副葬されるようになった。(3)前漢前期・中期は基本的には秦の墓制を継承するが、漢式壺が各地で副葬されるなど、墓制の地域差が解消される方向性が認められた。以上の墓制の変遷から、秦代から漢代にかけての統治を以下のように考えることができる。(1)秦代に入るとそれまでの国別の礼器系飲食器に断絶が生じたが、その背景には、礼器により自らの社会的な地位を表現していた各国の支配階層が消滅したことが考えられる。ただし秦代の副葬飲食器には秦の中心地であった西安地区の器種がそのまま持ち込まれる地域と地域色が強い日用器が副葬される地域があり、秦の支配にも地域的に強弱があったことがわかる。(2)前漢の墓制は基本的には秦代のものが継承されるが、徐々にではあるが墓制の地域差は解消される方向性が認められた。この背景には漢の支配はゆるやかではあるが着実に浸透していったことがあると考えられる。

ただし秦墓の副葬飲食器には、秦の中心であった西安地区のものが持ち込まれる地域と、地域色が強い日用器が副葬される地域があり、秦の支配に地域的な強弱があったことが分かる。(2)前漢前期の墓制は秦のものが継承されるが、上記のような地域色が徐々に解消される方向性が認められる。この変化は漢の支配が緩やかにではあるが、着実に浸透していった結果であると考えられる。23年度は主に西安地域における墓葬の変遷について検討を行った。西安地域における時期ごとの墓葬の特徴は以下の通りである。秦代の墓葬は洞室木棺墓が多く、副葬品は陶製飲食器と陶製明器が中心である。陶製飲食器には倣銅陶器の鼎、盒、壺、日用陶器の釜、ぼう、鉢、罐などがあり、陶製明器では倉、竈が出土している。漢1期(武帝前期以前)はこの秦代の墓制を継承しており、やはり洞室木棺墓が多く、陶製飲食器・陶製明器が副葬品の中心となっている。器種には若干変動があり、陶製飲食器では鼎、盒、壺、ほう、罐、陶製明器では倉、竈などが中心である。漢2期(武帝後期宣帝前期)にも大きな変化は無く、洞室木棺墓、陶製飲食器・陶製明器が中心である。漢3期(宣帝後期・元帝)になると新たに洞室磚室墓が造られるようになる、副葬品では陶製明器の薫炉、灯が現れるなど陶製明器の比重が高まる、といった変化が生まれている。漢4期(元帝新前期)には洞室磚室墓の普及が進むとともに、陶製飲食器のなかの倣銅陶器の衰退が著しい。漢5期(新後期後漢初年)になると洞室磚室墓が中心になるとともに、倣銅陶器がほとんど副葬されなくなり、日用陶器の罐と陶製明器が副葬品の中心となっている。以上の各時期の墓葬の検討から、西安地域では秦代に墓葬の形状としては洞室木棺墓、副葬品としては陶製飲食器(倣銅陶器・日用陶器からなる)と陶製明器を中心とする墓制が成立し、これが前漢時代宣帝期前期まで継続する。やがて宣帝後期から墓葬の形状としては洞室磚室墓、副葬品としては日用陶器と陶製明器を中心とする墓制への変化が始まり、新・後漢初にこの移行が完成する、といった西安地域の墓葬の変遷が明らかになった。以上の研究成果を受け、西安以外の地域の墓葬の変遷を明らかにすることが、今後の課題となる。申請書では研究の目的を達成するための24年度の研究として、(1)資料の集成、(2)西安以外の地域における墓葬の検討、の2つの項目を計画している。(1)資料集成は墓葬資料の収集とそのデータベース化を具体的な内容としており、ほぼ予定通りに進行している。(2)墓葬の検討については、研究実績にも記したように漢水中流域墓葬の変遷について研究を行っており、当初の計画通りに進行していると考えている。以上の研究状況から、研究はおおむね順調に進展していると考えている。申請書では研究の目的を達成するための23年度の研究として、(1)資料の集成、(2)西安地域における墓葬の検討、の2つの項目を計画している。(1)資料集成は墓葬資料の収集とそのデータベース化を具体的な内容としている。このうち墓葬資料の収集は華北の諸省及び湖北省・湖南省についてはほぼ終了したが、その他の省については継続中である。データベース化については陝西省・湖北省は終了したが、その他の省は現在も作業中である。このように資料集成については当初の計画よりも遅れが認められるが、23年度に資料収集からデータベース化への作業を実践したことで作業フローが確立できており、この遅れは十分取り戻すことができると考えている。(2)西安地域墓葬については、研究実績にも記したように、西安地域における秦から前漢時代にかけての墓葬の変遷について一定の見通しが得られており、当初の計画通りに進行していると考えている。25年度は資料集成を継続して行うとともに、河南地域の研究を行い、さらに総括を行う予定である。河南地域については主に洛陽を中心に検討を行うことを考えている。
フラクタル階層ネットワークの自己組織化と増強法

増大する通信量に対してスケーラブルに成長する構造を災害等に活用する為、人口分布に応じた再帰分割で設計されたネットワーク上で、乱歩による探索が非一様な通信分布において優れることを明らかにし、搬送蓄積型の遅延耐性ネットワークのルーティング法に拡張した。さらに、その階層面の効率的巡回リレー法を提案し、遅延最小の負荷配分の最適問題を解いた。また、長方形の再帰四分割で構築した道路網を近似する土台から成長させたネットワークが、高い頑健性と通信効率を兼ね備えることを示した。さらに副産物として、攻撃耐性が極めて強い頑健な玉葱状構造を協調的な部分複写等に基づいて成長させる構築手法を世界で初めて見出した。増大する通信要求にスケーラブルに成長する構造を持ち、局所情報に基づく分散処理による、近未来の情報通信ネットワークの自己組織化法として、人口密度等に応じた再帰分割で構築されるフラクタル階層構造に着目した、頑健で効率的なネットワークの構築法や協調的ルーティング法を探る。初年度として以下の成果を得た。・人口分布に応じた再帰分割で構築されたネットワーク上の乱歩が、生物の効率的な餌探索戦略としてのLevy飛行に類似することを利用して、自律分散な搬送蓄積型メッセージフェリーによるルーティング法のアルゴリズムを提案開発した。その基本特性である、独立したフェリーの軌跡による全ノードのカバー時間やノード間の平均初通過時間を調べた。さらに、複数フェリーによるノードを仲介した非同期かつ効率的に経路情報を交換する協調的ルーティングにおける、フェリー数に応じた軌跡のカバー率、パケット発生率に対する平均到達率と平均到達時間から、二次元格子上を一様乱歩するLevy飛行より優れた探索が可能となることを明らかにした(国際学術論文雑1件)。・部分複写により空間上で成長するネットワークモデルを考え、頑健性(結合耐性)や通信効率(最短経路長)に関して検討すべき課題を整理した(国際会議発表1件)。・媒介中心性の大規模計算法や分割に応じたショートカット追加法を検討した(国際会議1件、国内研究会1件)。また、頑健性と最短経路長の分析ツールを整備して、より利用しやすいように簡易マニュアルを作成した。初年度は、人口分布に応じた再帰分割で構築されたネットワーク上のLevy飛行的な乱歩の探索効率を調べ、そのネットワーク上の搬送蓄積型の複数フェリーにによるルーティング法が従来の二次元格子上のLevy飛行による方法よりも優れた特性を示すことを明らかにした。また、残念ながら現実の多くのネットワーク生成に潜む利己原理から脱却する為、それに代わり得る協調原理に従う部分複写に基づいて空間上で成長するネットワークモデルを考え、その頑健性(結合耐性)や通信効率(最短経路長)に関する検討課題を整理した。平成26年度はさらに主に以下の成果を得た。・部分複写に基づき空間上で成長するネットワークは頑健な玉葱状構造を創発することから、悪意を持って次数が大きい順に選んだノードへの攻撃に強く、通信効率も高いことを数値シミュレーションから明らかにした。(国際online学術論文1件、国際会議発表2件、国内研究会発表1件)。・空間上のネットワーク自己組織化に関する典型的な手法として、利己的な優先的選択の強弱、リンクの淘汰、再帰分割、部分複写、を取り上げ、それらの現状と課題を整理してまとめた。(和書1冊、国内研究会チュートリアル講演1件)。・媒介中心性の近似計算法に関して、昨年度の成果を国内外の研究会で発表する際に、最新の人口統計データを入手して整備することも行った。(国際会議1件、国内研究会1件)。増大する通信要求にスケーラブルに成長する構造を持ち、局所情報に基づく分散処理による、近未来の情報通信ネットワークの自己組織化設計法として、人口密度等に応じた再帰分割で構築されるフラクタル階層構造に着目した、頑健で効率的なネットワークの構築法や協調的ルーティング法を探る。平成25年度は、人口分布に応じた再帰四分割で設計されたネットワーク上の乱歩による効率的な探索の実現性と、災害時等に活用できる搬送蓄積型の遅延耐性ネットワーク(DTN)のルーティング法として、特に人口分布による非一様な通信要求においては、従来の一様な要求分布では最適な二次元格子上のLevy飛行より優れた特性が得られた。平成26年度は、別の設計法として、攻撃耐性が極めて強い頑健な玉葱状構造を協調的な部分複写に基づいて成長しながら創発できる新手法を先駆的に提案した。平成27年度はさらに主に以下の成果を得た。・道路網等の橋渡し細分に相当する再帰二分割によるランダム過程における、面分布の一般的性質を理論的に明らかにした。また、次数分布等の指標の理論解析が困難な成長するネットワークで、数値的に近似計算できる一般的枠組みを提示した(学術論文1件、国内研究会1件)。・再帰四分割ネットワークの正三角形サイクル上を移動するメッセージフェリー(MF)の運搬リレーによるDTNルーティング法を考え、人口分布に応じた通信要求を最短距離パスで転送する情報流に対してMFの巡回頻度に相当するサービス負荷の割当てを、直列型待ち行列理論に基づく最適化問題として定式化した(学術論文1件、国際会議1件、国内研究会1件)。

・頑健な玉葱状のトポロジー構造を空間上で自己組織化させる際に、表面成長や道路状の近接関係による妥当な制約がほとんど影響しないことを数値的に明らかにした(国際会議1件、国内研究会1件、章分担執筆和書1冊)。平成26年まで未着手だった再帰二分割モデルの理論解析や、一般性のある新たな切り口として次数分布の数値的な近似計算法を見いだせたことは予定以上の成果である。また、頑健な玉葱状のトポロジー構造を空間上の妥当な制約がある場合でもネットワークを成長させながら得られることを明らかに出来た意義は大きいと考えられる。増大する通信要求にスケーラブルに成長する構造を持ち、局所情報に基づく分散処理による、近未来の情報通信ネットワークの自己組織化設計法として、人口密度等に応じた再帰分割で構築されるフラクタル階層構造に着目した。これまで3年間で、人口分布に応じた再帰四分割で設計されたネットワーク上の乱歩による探索が特に非一様な通信要求分布において優れることを明らかにし、災害時等に活用できる搬送蓄積型の遅延耐性ネットワーク(DTN)のルーティング法に拡張した。また一方、攻撃耐性が極めて強い頑健な玉葱状構造を協調的な部分複写に基づいて成長させる手法を発見した。今年度はさらに主に以下の成果を得た。・正三角形及び正方形の再帰四分割で構築されるネットワークの各面のサイクル上を移動するメッセージフェリー(MF)の運搬リレーによるDTNルーティング法を考え、人口分布に比例した送受信要求量を最短距離パスで転送する場合のMFの巡回頻度に相当するサービス負荷の最適割当を求め、割当数分布や平均負荷及び最大負荷について正三角形と正方形の場合で数値的に優劣を比較した(国内研究会1件)。・部分複写以外の方法で、次数相関を明示的に考慮することなく、より自然に頑健な玉葱状ネットワークを自己組織化させる別方法を見出しつつ、復元力:レジリエンスを持つシステム設計の重要性を捉え直した(国際会議1件、国内研究会1件)。更に、より一般的な成長するネットワークにおいて次数分布を数値的に推定する方法を導いた(学術論文1件)。・人口分布に応じた長方形の再帰四分割で構築した道路網を近似する土台から玉葱状ネットワークを成長させ、高い頑健性と通信効率を兼ね備えることを明らかにした(学術論文1件、国内研究会1件)。また、避難所間を繋ぐ近接結合の無線電波は到達範囲内か、最近接の避難所に避難した場合に収容限界を超えるか等を調べた(国内研究会1件)。増大する通信量に対してスケーラブルに成長する構造を災害等に活用する為、人口分布に応じた再帰分割で設計されたネットワーク上で、乱歩による探索が非一様な通信分布において優れることを明らかにし、搬送蓄積型の遅延耐性ネットワークのルーティング法に拡張した。さらに、その階層面の効率的巡回リレー法を提案し、遅延最小の負荷配分の最適問題を解いた。また、長方形の再帰四分割で構築した道路網を近似する土台から成長させたネットワークが、高い頑健性と通信効率を兼ね備えることを示した。さらに副産物として、攻撃耐性が極めて強い頑健な玉葱状構造を協調的な部分複写等に基づいて成長させる構築手法を世界で初めて見出した。
アルカリ金属蒸気を用いた交流磁界の光学検出

本研究では,光学式磁界センサをkHz帯の交流磁界検出に適用できる測定システムの開発を実施した.静磁界印加用に小型の永久磁石を用い,従来用いてきたコイルとの比較を実施した.コイルを用いた場合と比べて,永久磁石を用いた場合には約5%の空間的な不均一が生じた.これにより,信号強度の減衰や感度帯域幅の広がりが生じることを確認した.次に,微小領域における交流磁界の空間評価を実施するため,ミラーアレイデバイスを用いてサブミリメートルの分解能で画像化を実施した.コイルからの均一な磁界分布を画像化し,入力信号強度に対する出力信号強度の線形な変化が確認できた.また,金属線から生じる磁界分布画像を取得した.本研究の目的は,センサ原理に由来するシンプルな装置構成を生かし,コイルやアンテナといった金属体を使用しない光学式の交流磁界センサシステムの構築と測定プローブのモジュール化の検討,磁界の空間評価を行うことにある.この目的に沿って,28年度は構築したセンサシステムの感度特性を市販の磁界テスタを用いて校正した.また,測定プローブのモジュール化に必要な静磁界の印加方法として永久磁石を使用し,従来法との比較を行った.その結果,以下の研究成果を得ることができた.1市販の磁界テスタを用いた感度校正:実験に用いるセンサヘッドとして,光路長10mmの分光測定用パイレックスガラス製セルを用い,アルカリ金属としてセシウムと,バッファガス,クエンチングガスとしてHeを80 kPa,N2を10 kPa封入したものを作製した.測定対象として20 kHzの交流磁界を発生させ,市販の磁界テスタを用いて感度較正を行った.構築したセンサの線形な出力特性と,市販の磁界テスタよりも高感度な0.4 nTのノイズレベルを確認した.2永久磁石を用いたプローブ化の検討:センサ部分の非金属化と小型化を目的として,静磁界の印加に小型の永久磁石を用いて交流磁界検出を行った.永久磁石には直径13 mm,厚さ1.2 mmのフェライト磁石を2つ用いた.それぞれの磁石を静磁界の印加方向と距離を調整し,従来の3軸ヘルムホルツコイルを用いた場合との比較を行った.永久磁石を用いた場合の測定結果は,信号強度は約81%となり,感度帯域は約126%となった.この結果より,フェライト磁石を利用した際の感度特性に影響を与えているのは静磁界強度の不均一性が大きく関係していると考察した.また,永久磁石の種類や配置によって静磁界分布をコントロールすることで,測定対象磁界に応じた信号強度や感度帯域に最適化できる可能性が示唆された.28年度実施予定であった「モジュール作製」と「光学干渉を用いた高感度化」に関して,双方ともに実施済みである.「モジュール作製」に関しては永久磁石の使用による感度低下の影響を詳細に検討することで、測定対象磁界に応じた信号強度や感度帯域がコントロール可能であると判明した.その上で,現在は大型の3軸コイルを作製してプローブ周囲の静磁界の制御を実施しており,永久磁石を必要としない,より小型でロバストなプローブの作製に取り組んでいる.また,29年度実施予定である「磁界の微小空間評価」に関しては既に光学系を構築済みであり,信号取得も実施できている.本研究では,セシウム原子を用いた光学式磁界センサをkHz帯の交流磁界検出に適用することで,非侵襲(電磁界を乱さない),高感度(微量でも計測できる),高空間分解能(局所的な磁界も検出できる)といった特徴を有する測定システムの開発を目的とする.本センサの特性上,静磁界を印加する必要があるため,静磁界印加用コイルをプローブ内に取り付ける必要があり,このコイルがプローブの大型化や金属両の増加を招いてしまう.そこで,静磁界印加用として小型の永久磁石を用い,コイルとの比較を実施した.コイルを用いた場合には,セル内における磁界強度は一様に分布しているが,永久磁石を用いた場合には約5%の空間的な不均一が生じた.この不均一によって信号強度の減衰や感度帯域幅の広がりが生じることを確認した.次に,微小領域における交流磁界の空間評価を実施するため,デジタルミラーデバイス(DMD)を用いた測定を実施した.測定において,ミラー面を50×50の画素要素領域に分割することで,10 mm×10 mmのガラスセル内をサブミリメートルの分解能で画像化した.測定対象信号として,ヘルムホルツコイルからの空間的に一様な磁界と,金属線の周囲に生じる不均一な磁界の測定を実施し,それぞれにおいて画像化を行った.ヘルムホルツコイルからの均一な磁界分布を画像化でき,入力信号強度に対する出力信号強度の線形な変化が確認できた.また,金属線から生じる磁界分布の画像から強度の減衰曲線を取得し,理論曲線のフィッティングを行った.フィッティング結果から,信号源の位置推定を実施した.本研究では,光学式磁界センサをkHz帯の交流磁界検出に適用できる測定システムの開発を実施した.静磁界印加用に小型の永久磁石を用い,従来用いてきたコイルとの比較を実施した.コイルを用いた場合と比べて,永久磁石を用いた場合には約5%の空間的な不均一が生じた.これにより,信号強度の減衰や感度帯域幅の広がりが生じることを確認した.次に,微小領域における交流磁界の空間評価を実施するため,ミラーアレイデバイスを用いてサブミリメートルの分解能で画像化を実施した.コイルからの均一な磁界分布を画像化し,入力信号強度に対する出力信号強度の線形な変化が確認できた.

また,金属線から生じる磁界分布画像を取得した.28年度に実施したモジュール化の検討結果を踏まえ,新たなアイデアも組み込んだ,よりコンパクトでロバスト性に優れたプローブの作製を実施する.磁界の微小空間評価に関しては,現在構築済みの測定系を用いた感度向上に取り組み,空間評価可能なシステムの構築に取り組む.光計測28年度の検討により,新たなアイデアを組み込む必要が出てきたため.新たなアイデアを組み込んだプローブの試作に用いる光学部品に使用する.
高圧多孔体バーナーにより駆動されるガスダイナミックレーザー

熱から光量子エネルギーへの変換技術は,輻射伝熱促進またはランプによる照明として応用されている程度で,新たなエネルギー技術としての展開はほとんど見受けられない.そこで,光エネルギーとしては最も質的に高いレーザー発振を熱駆動で実現させ,その高効率化・高出力化が可能となれば,製鉄プロセスで鋼板の高温カッティングが可能となるため鋼板の熱回収が効率よく行うことができるだけでなく,精密加工等への応用も期待できる.本研究では,燃焼器,超音速ノズル,レーザー発振部,廃熱回収ボイラー部,蒸気タービン部,コンプレッサー部,発電機から成る炭化水素-空気燃焼系の多目的用ガスダイナミックレーザーを中心とした光・熱・電力のハイブリッドエネルギー変換システムを提案し,そのコアとなるレーザー発振装置の開発のための基礎研究を行った.本研究目的を達成するためには,まず高負荷の高圧燃焼装置を試作する必要がある.これは,超音速ノズルを通して加圧燃焼ガスを断熱膨張させることにより,ガス中で反転分布を達成してレーザー発振を実現することを原理としている,そこで,必要不可欠となるラボスケールの3重管式高圧多孔体バーナー,マッハ4.7の最短超音速ノズル,レーザーキャビティー,超音速駆動用減圧タンクを設計,試作した.本試験装置を用いたコールドモデル試験を行い,超音速ノズルからの噴流速度の計測を行った.また,このような加圧バーナー内での着火方式の確立,さらには加圧燃焼試験を通して安定燃焼範囲および燃焼特性を明らかにした.また,分子振動緩和のエネルギー収支と,等エントロピー流れに基づく圧縮性流体の断熱膨張冷却から推算される反転分布の過渡特性に関する解析を行った.熱から光量子エネルギーへの変換技術は,輻射伝熱促進またはランプによる照明として応用されている程度で,新たなエネルギー技術としての展開はほとんど見受けられない.そこで,光エネルギーとしては最も質的に高いレーザー発振を熱駆動で実現させ,その高効率化・高出力化が可能となれば,製鉄プロセスで鋼板の高温カッティングが可能となるため鋼板の熱回収が効率よく行うことができるだけでなく,精密加工等への応用も期待できる.本研究では,燃焼器,超音速ノズル,レーザー発振部,廃熱回収ボイラー部,蒸気タービン部,コンプレッサー部,発電機から成る炭化水素-空気燃焼系の多目的用ガスダイナミックレーザーを中心とした光・熱・電力のハイブリッドエネルギー変換システムを提案し,そのコアとなるレーザー発振装置の開発のための基礎研究を行う.本研究目的を達成するために,まず高負荷の多孔体バーナー型高圧燃焼装置を試作し,超音速ノズルを通して得られる燃焼ガス中の反転分布をゲイン計測から実証するとともに,高ゲイン化について量子力学的観点から実験的に検討する.本年度は,このような試験を行う上で必要不可欠となるラボスケールの3重管式高圧多孔体バーナー,マッハ4.7の最短超音速ノズル,レーザーキャビティー,超音速駆動用減圧タンクを設計,試作した.本試験装置を用いたコールドモデル試験を行い,設計通りの超音速噴流が形成されることを明らかにした.また,分子振動緩和のエネルギー収支と,等エントロピー流れに基づく圧縮性流体の断熱膨張冷却から推算される反転分布の過渡特性に関する解析を行った.熱から光量子エネルギーへの変換技術は,輻射伝熱促進またはランプによる照明として応用されている程度で,新たなエネルギー技術としての展開はほとんど見受けられない.そこで,光エネルギーとしては最も質的に高いレーザー発振を熱駆動で実現させ,その高効率化・高出力化が可能となれば,製鉄プロセスで鋼板の高温カッティングが可能となるため鋼板の熱回収が効率よく行うことができるだけでなく,精密加工等への応用も期待できる.本研究では,燃焼器,超音速ノズル,レーザー発振部,廃熱回収ボイラー部,蒸気タービン部,コンプレッサー部,発電機から成る炭化水素-空気燃焼系の多目的用ガスダイナミックレーザーを中心とした光・熱・電力のハイブリッドエネルギー変換システムを提案し,そのコアとなるレーザー発振装置の開発のための基礎研究を行った.本研究目的を達成するためには,まず高負荷の高圧燃焼装置を試作する必要がある.これは,超音速ノズルを通して加圧燃焼ガスを断熱膨張させることにより,ガス中で反転分布を達成してレーザー発振を実現することを原理としている,そこで,必要不可欠となるラボスケールの3重管式高圧多孔体バーナー,マッハ4.7の最短超音速ノズル,レーザーキャビティー,超音速駆動用減圧タンクを設計,試作した.本試験装置を用いたコールドモデル試験を行い,超音速ノズルからの噴流速度の計測を行った.また,このような加圧バーナー内での着火方式の確立,さらには加圧燃焼試験を通して安定燃焼範囲および燃焼特性を明らかにした.また,分子振動緩和のエネルギー収支と,等エントロピー流れに基づく圧縮性流体の断熱膨張冷却から推算される反転分布の過渡特性に関する解析を行った.
乳幼児期における知覚・運動の相互発達模倣型強化学習システム

本研究では,システム設計者の状態・行動空間を構成する負担を減少するためのより適用性の高い強化学習システムの実現を目的として,まず,乳幼児期の運動発達をヒントに,Switching強化学習モデルと学習器の切替法の提案を行った.さらに,乳幼児期の知覚発達を模倣した機能を加えた発達型強化学習モデルを提案し,状態・行動空間共構成法の提案を行った.以上により,システム設計者の負担軽減を実現し,強化学習のもつ実社会への適用可能性をより高いものとした.本研究では,システム設計者の状態・行動空間を構成する負担を減少するためのより適用性の高い強化学習システムの実現を目的として,まず,乳幼児期の運動発達をヒントに,Switching強化学習モデルと学習器の切替法の提案を行った.さらに,乳幼児期の知覚発達を模倣した機能を加えた発達型強化学習モデルを提案し,状態・行動空間共構成法の提案を行った.以上により,システム設計者の負担軽減を実現し,強化学習のもつ実社会への適用可能性をより高いものとした.本研究は,意思表現の困難な高齢者・障害者のために,本人の微小な運動と本人意思のつながりを学習することによるコミュニケーション支援や,使用機器に対する一人ひとりの「癖」にあわせたインターフェースの自律的最適化の実現を目指し,その前段階として,それらへの応用が期待できる強化学習システムについて,乳幼児期における知覚・運動の相互発達を模倣した強化学習システムを開発することにより,システム設計者の負担減少のためのより適用性の高い強化学習システムの実現を目的としている.近年,強化学習は,多くの工学研究者によってエージェントの制御規則の適応的調節・獲得などに応用しようとする試みが盛んであるが,実用性といった観点から,状態空間や行動空間を予め適切に設計することが難しいことが問題点の一つとなっている.そこで,平成21年度においては,これまで提案されてきた強化学習手法を乳幼児の知覚・運動発達という観点から整理し,乳幼児期の運動発達をヒントに,状態空間を固定し,行動空間に対する適応的構成を試みるため,代表的な強化学習手法であるQ-learningとActor-Criticを用いた切り替え型強化学習モデルと行動選択確率のエントロピーに着目した学習器の切り替え法の提案を行った.さらに,結果の可視化の容易な1次元の連続行動空間を有する経路計画問題を取り上げた計算機実験により,他の手法と性能比較をすることで提案手法の有効性・適用性を確認した.これにより,乳幼児期の運動発達の模倣が,強化学習システムにとって有効であること明らかにし,同時に,強化学習のもつ実社会への適用可能性をより高いものとした.本研究は,意思表現の困難な高齢者・障害者のために,本人の微小な運動と本人意思のつながりを学習することによるコミュニケーション支援や,使用機器に対する一人ひとりの「癖」にあわせたインターフェースの自律的最適化の実現を目指し,その前段階として,それらへの応用が期待できる強化学習システムについて,乳幼児期における知覚・運動の相互発達を模倣した強化学習システムを開発することにより,システム設計者の負担減少のためのより適用性の高い強化学習システムの実現を目的としている.近年,強化学習は,多くの工学研究者によってエージェントの制御規則の適応的調節・獲得などに応用しようとする試みが盛んであるが,実用性といった観点から,状態空間や行動空間を予め適切に設計することが難しいことが問題点の一つとなっている.そこで,平成22年度において,前年度に提案し有効性の確認を行った,乳幼児期の運動発達を模倣した「Switching強化学習」をさらに発展し,乳幼児期の知覚発達を模倣した機能を加えた「状態・行動空間の適応的共構成法」を提案し,さらに可視化の容易な1次元の連続状態・連続行動空間を有する経路計画問題を取り上げた計算機実験により,他の手法と性能比較をすることで提案手法の有効性・適用性を確認した.これにより,乳幼児期の運動発達・知覚発達の模倣が,強化学習システムにとって有効であること明らかにし,同時に,強化学習のもつ実社会への適用可能性をより高いものとした.またこれにより,生物と同様に,内部構成的に一定でない不安定なシステムであるほうが,一定で安定なシステムより有効なシステムとなりうるということを示す一例となりえた.
IL-21による炎症性大腸腫瘍発生機構の解明とその抑制

慢性炎症は発がんの強い背景要因である。IL-21アイソフォームをT細胞特異的に発現させたマウス(Tg)に、炎症性大腸がんを誘導したところ、がんの発生が亢進した。IL-21はB細胞に対してAID発現を亢進し、抗体クラススイッチや突然変異を誘導する。そこで炎症性大腸がん発生に、IL-21によるAID誘導が関与する可能性を調べた。発がん誘導Tgの大腸上皮細胞(IEC)において、AID発現が亢進する傾向があり、また、IL-21の直接刺激は分離したIECのAID発現を亢進させた。以上の結果より、IL-21が炎症状態にあるIECのAIDの発現を亢進させ、炎症性発がんを誘導している可能性が示唆された。1.大腸上皮細胞株での解析初めに、マウス大腸癌細胞株(Colon38)のIL-21受容体やγc鎖の発現を解析した。その結果、Colon38にはIL-21受容体やγc鎖が発現していること、さらに、TNFαやTGBβで刺激することによりIL-21受容体発現が亢進することがわかった。マウスIL-21受容体の遺伝子制御領域を調べると、NF-κB結合部位やSmad結合部位が複数存在することが明らかとなった。Colon38において、IL-21受容体発現制御機構やIL-21の機能について解析を進め、大腸上皮細胞での解析の一助として行きたい。2.大腸上皮細胞での解析大腸上皮細胞を分離し、血球系細胞の混入を除くため、CD45陽性細胞を除去した。RT-PCR法でIL-21受容体発現を調べたところ、弱いながらIL-21受容体とγc鎖が発現していることが確認された。IL-21はB細胞においてactivation-induced cytidine deaminase (AID)の誘導に関与することが知られていることから、大腸上皮細胞でのAID発現を調べた。無処理の野生型マウスでは、非常に弱いIL-21受容体の発現とAID発現を認めたが、DSSとAOMを投与したマウスでは、IL-21受容体とともに、AIDの発現も上昇する傾向が認められた。IL-21が大腸上皮細胞上のIL-21受容体を介してAIDの発現を増強させ、発がんに関わっている可能性が考えられた。私達が作成したIL-21アイソフォーム発現マウスでは、dextran sulfatesodium (DSS)で誘導される大腸炎が増悪することを報告した。このマウスにDSSとazoxymethane (AOM)を合わせて投与すると、炎症性大腸癌の発生が亢進することが分かった。そこで、IL-21が直接大腸上皮細胞に作用し、がん発生に関わる可能性を検討した。1.大腸上皮細胞株での解析初めに、マウス大腸癌細胞株(Colon38)において、IL-21受容体やγc鎖の発現を解析した結果、Colon38には恒常的にIL-21受容体やγc鎖が発現していた。さらに、LPSやCpG DNAなどのTLRリガンドやTNFαやTGBβで刺激することによりIL-21受容体発現がさらに亢進した。この結果から、炎症に伴って大腸上皮細胞のIL-21受容体の発現が上昇する可能性が示唆された。IL-21は活性化B細胞でのactivation-induced cytidine deaminase (AID)の誘導に関与する。そこでColon38をIL-21とTNFαで刺激したところ、AIDの発現が上昇した。この際、IL-21受容体発現量とAIDの発現量、あるいはγc鎖発現量とAID発現量との間にそれぞれ相関関係がある事もわかった。2.大腸上皮細胞での解析大腸上皮細胞を分離し、RT-PCR法でIL-21受容体とγc鎖発現を調べたところ、弱いながらIL-21受容体とγc鎖が発現していた。AID発現を調べた結果、無処理の野生型マウスでは、弱いAID発現を認めたが、DSSとAOMを投与したマウスでは、IL-21受容体とともに、AIDの発現も上昇する傾向が認められた。大腸上皮細胞株のIL-21受容体発現解析については、発現を促進する因子としてLPSやCpGなどのTLRリガンドや、TNFαやTGFβなどのサイトカインを同定出来することが出来た。大腸上皮細胞のIL-21受容体発現、AID発現解析については、炎症を誘導した場合に発現が促進される傾向が認められたが、まだデータが不十分である。ex vivoで組織をそのまま培養し刺激を加えてみたが、その24時間後の組織から上皮細胞を回収することは出来なかった。今後さらなる検討を要する。【目的】慢性炎症は発がんの強い背景要因である。私達はIL-21のアイソフォームをT細胞特異的に発現させたマウスを作成し、デキストラン硫酸ナトリウム(DSS)経口投与により潰瘍性大腸炎を発生させたところ、野生型より増悪した。このマウスに発がん誘導物質であるアゾキシメタン(AOM)をDSS投与前に投与したところ、大腸がんの発生も亢進することが分かった。この結果から、IL-21は、慢性炎症から発がんという一連の流れに強く関与することが推察された。

IL-21はB細胞に対してAID発現を亢進し、抗体クラススイッチや体細胞高頻度突然変異を誘導する。炎症臓器では異所性にAIDが発現し、遺伝子変異や染色体異常を引き起こすなど、発がんに関与していることが明らかにされている。本研究では、炎症性大腸がん発症に、IL-21による直接的なAIDの誘導が関わっている可能性を調べた。【方法・結果】AOM-DSSを投与したマウスの大腸組織においてAIDの発現はコントロール組織に比し増加していた。また、その大腸組織から分離した大腸上皮細胞(IEC)においてもAIDの発現が増加する傾向があった。これらAIDの発現上昇にIL-21が直接作用しているのかどうかを調べた。無処理のIECにも弱いながら、IL-21受容体発現がみられ、TNF-α刺激によりさらに発現は亢進した。そこで、IECをIL-21単独、あるいはIL-21とTNF-αで刺激したところ、AIDの発現増加が確認された。上記の結果をマウス大腸癌細胞株colon 38を用いて確認したところ、colon 38もIL-21受容体とγc鎖を発現し、IL-21やTNF-α刺激によるAIDの発現増加が確認された。以上の結果より、IL-21が炎症状態にある大腸上皮細胞上のIL-21受容体を介してAIDの発現を増加させ、炎症性発がんへと導いている可能性が示唆された。慢性炎症は発がんの強い背景要因である。IL-21アイソフォームをT細胞特異的に発現させたマウス(Tg)に、炎症性大腸がんを誘導したところ、がんの発生が亢進した。IL-21はB細胞に対してAID発現を亢進し、抗体クラススイッチや突然変異を誘導する。そこで炎症性大腸がん発生に、IL-21によるAID誘導が関与する可能性を調べた。発がん誘導Tgの大腸上皮細胞(IEC)において、AID発現が亢進する傾向があり、また、IL-21の直接刺激は分離したIECのAID発現を亢進させた。以上の結果より、IL-21が炎症状態にあるIECのAIDの発現を亢進させ、炎症性発がんを誘導している可能性が示唆された。大腸上皮細胞株のIL-21受容体発現解析については、発現を促進するサイトカインが概ね同定出来た。大腸上皮のIL-21受容体発現、AID発現解析については、炎症を誘導した場合に発現が促進される傾向が認められたが、まだデータが不十分であり、今後さらなる検討を要する。大腸上皮組織を回収したのち、細胞を分離せずに組織のまま培養液中で培養してみたが、細胞の状態が悪く、上皮を回収することが出来なかった。ex vivoの上皮細胞に対して、Respondin1、EGF、Nogginなどを含んだ培養液を試みる、あるいはマトリゲルを用いた三次元培養などを検討する必要があると考えられる。大腸上皮細胞のex vivo培養系が樹立出来れば、IL-21など各種サイトカイン刺激を行ってAID発現等について調べて行く。また、野生型マウスとIL-21アイソフォーム発現マウスでの比較検討も必要である。免疫学大腸上皮細胞株を用いた研究では、IL-21受容体が十分発現する条件で、IL-21がAIDを誘導するのかどうかを詳細に解析する予定である。大腸上皮を用いた解析では、今後in vitroでの解析も進める。大腸上皮組織を回収したのち、細胞を分離せずに組織のまま培養液中で培養し、大腸上皮細胞株で得られたデータをもとに、TNFαやTGFβなど様々なサイトカインを作用させて、IL-21受容体発現の亢進の有無を検討する。
ABCタンパクを介したインドール系代謝産物の蓄積に関する液胞の機能分化

ATP-bindingcassette (ABC)タンパク質は、植物のゲノム中で120以上のメンバーを擁する大きな遺伝子ファミリーを形成している。本研究では、multidrug resistance-associated protein (MRP)ファミリーに属するAtMRP12との生理機能の解析と平行して、アブラナ科植物において重要な感染防御物質と考えられているカマレキシンの膜輸送に関するABCタンパク質の解析を行った。さらに新たな研究展開に向けた基盤構築の試みとして、マメ科のモデル植物であるミヤコグサのABCタンパク質に関しても、ゲノムワイドな情報解析を行った。AtMRP12のN-末端に存在するTOドメインをGFPに連結し、タマネギ上皮細胞を使ったパーティクルガンによる蛍光観察で、このドメインが液胞膜に局在するシグナルになっていることを示唆するデータを得た。また、根の内鞘細胞で特異的に発現が高いことを示し、タグラインは除草剤に感受性になることを明らかにした。これらよりAtMRP12は、環境毒から根の中心柱を守る働きをしている可能性が示唆された。カマレキシンの輸送体に関しては、バイオインフォマティクスによる絞込みを試みた。シロイヌナズナにおいて協調的発現遺伝子群の探索データベースATTED-IIを用い、カマレキシン生合成最終段階を担うP450(CYP71B15)と発現相関の高い遺伝子を検索したところ、AtPDR12が最も相関の高い遺伝子であることが判明した。AtPDR12は病原菌感染応答への関与が示唆されており、カマレキシン輸送体である可能性が高いと考えられたモデル植物のミヤコグサのABCタンパク質ファミリーをゲノムワイドに解析した所、70%のカバー率(ESTの90%)の配列から、91個のABCタンパク質遺伝子を見いだした。マメ科植物としての本ファミリーの特徴が、PDRメンバーの重複性の高さにあることを見いだした。植物に存在する120種を超えるABCタンパク質は、従来知られていた生体異物の単純な排出のみではなく、内在性ホルモンの輸送や他のチャネルの機能制御など、植物の生理的機能に極めて複雑かつ多様に関与することが明らかにされるようになってきた。この研究では、フルサイズABCタンパク質のうち、AtPGP4と、MRPタイプのものの中からAtMRP12を選び、オーキシンホメオスタシスにおける液胞の機能分化の分子メカニズムを解明することを目指している。特に今年度は、AtMRP12に関して集中してその発現特性等について解析を行った。AtMRP12は液胞膜局在型のABCタンパク質であると予想されているが、組織別の発現を調べたところ、葉では中程度の、根と花では高い発現を示すことが明らかとなった。植物体を使って、オーキシンやサイトカイニンをはじめとする様々な植物ホルモンや関連化合物の処理を行ったところ、むしろ発現が抑制される傾向が認められたが、ジャスモン酸とサリチル酸では逆に発現の上昇が認められた。IAAに対する発現の経時変化を追跡したところ、半日で一過的な発現の上昇が見られ、24時間で定常状態に戻ることが分かった。輸送基質としては、オーキシン抱合体が有力候補であるが、それに先立ち、T-DNAタグラインを用いた生体異物の耐性試験を行ったところ、グルタチオン抱合体として解毒されることが知られるアシフルオルフェンに対して、K.O.ラインは明確な感受性を示し、他のMRP同様、グルタチオン抱合体を少なくとも輸送基質として認識することが示唆された。現在、高発現系を確立するべく準備を進めている。この分子は液胞局在が予測されているが、その実験的証拠をペプチド抗体あるいはc-myc tagを利用した系において証明する予定である。
バリオン数非保存過程とスフェイレロン

1.研究課題の中心であるバリオン数非保存過程についてえられた成果は、研究発表欄の第1、第4および第5論文にまとめられている。研究代表者、研究分担者豊田とその協同研究者が開発したバウンス解を中核とする定式化を、toy modelとしてのO(3)非線型シグマ模型と統一電弱理論のヒッグス粒子生成過程に適用した。その結果、入射(射出)平面波とバウンス解との重なり関数が、スフェイレロンが有限の拡りをもつ非摂動的配位であるための大運動量の粒子にたいして急激に減少すること、また生成粒子が有限個であることからバリオン数非保存過程断面積はスフェイレロンに近い高エネルギーでもユニタリー極限に比べて桁違いに小さいことが示された。最近の諸外国の研究も、初期に期待の反して、この傾向にまとまりつゝあるといえる。2.場の量子論のトンネル効果を扱うのに、バウンス解を中核とする定式化は有力な方法の1つであり、国際シンポジウム*で研究代表者が発表を行った。なお、関連する6つの国際会議に関係者がそれぞれ出席し、有用な討論を行ったので、当初予定していた研究集会は、とりやめることとした。3.W,Z粒子生成にたいするバリオン数非保存断面積の計算や、宇宙のバリオン数の起源を模型的に追求することなどにエネルギーと思考をさくゆとりがなかったことは残念であるが、今後さらに追求したい。電弱統一理論の異常項によるバリオン数非保存過程の断面積σ^<ΔB>が、数十Tevの高エネルギ-領域で確率保存の許す上限のあたりにまで大きくなるという可能性がRingwaldとEspinosa(以下RーEと略)によって指摘されて以来、この過程について多くの分析と議論がなされてきた。この過程はバリオン数の異なる真空の間の障壁を与える鞍点解スファレロンを通過することを必要とするが、われわれはRーEがこの障壁の最低部のトンネル効果を表すインスタントン解を出発点としていることに強い疑問をもち、σ^<ΔB>が大きくなるのはスファレロン頂上近くの高エネルギ-であることから、障壁の山頂近くのトンネル効果を表すバウンス解を出発点にする方が良いという動理的考察からσ^<ΔB>にたいする新しい定式化を行った。この一年の間にRーE定式化の補正項がいろいろ調べられてきたが、それによると補正項自身がRーEのインスタントン遷移による出発項を打ち消すほどに大きく、したがって遂次的な補正を加えた最終結果がどういうものになるかも不明である。しかしながら注目すべきことは、これらの分析の相当部分がバウンス的な機構の重要性を指摘しており、われわれの定式化の方向を示唆している。われわれの定式化を電弱統一模型と類似した性能をもつ1+1次元O(3)非線形シグマ模型に適用した結果は、σ^<ΔB>が確率保存からくる上限よりはるかに小さいことを示している。われわれの定式化をより複雑な電弱統一模型に適用することが当面の課題である。いずれにせよσ^<ΔB>は非攝動的な過程であるので、最終的にはシミュレ-ションが必要になると考えられる。格子上のカイラルフェルミ粒子の扱いについて、柏太郎氏等が有意義な研究成果を得ている。なお、電弱統一理論についてのウァ-ク・ショップ(広島)やその格子化についての国際会議(高エネルギ-物理学研究所)が開催されたので、当初予定していた研究会は今年度はとりやめた。1.バリオン数非保存過程について今年度にえられた成果は、研究発表欄の第1および第2論文にまとめられている。昨年度に研究代表者、研究分担者豊田とその協同研究者が開発してtoy modelとしてのO(3)非線型シグマ模型に適用したバウンス解を中核とする定式化を、今回は統一電弱理論のヒッグス粒子生成過程に適用した。

その結果、入射(射出)平面波とバウンス解との重なり関数が、スフェイレロンが有限の拡りをもつ非摂動的配位であるため大運動量の粒子についして急激に減少すること、また生成粒子が有限個であることからバリオン数非保存過程断面積はスフェイレロンに近い高エネルギーでもユニタリー極限に比べて桁違いに小さいことが示された。最近の諸外国の研究も、初期の期待に反してこの傾向にまとまりつつあるといえる。2.場の量子論のトンネル効果を扱うのに、バウンス解を中核とする定式化は有力な方法の1つであり、国際シンポジウム*で研究代表者が発表を行った。なお、関連する4つの国際会議に関係者がそれぞれ出席し、有用な討論を行ったので、当初予定していた研究集会は、とりやめることとした。3.W,Z粒子生成にたいするバリオン数非保存断面積の計算や、宇宙のバリオン数の起源を模型的に追求することなどにエネルギーと思考をさくゆとりがなかったことは残念であるが、今後さらに追求したい。
クリーンかつ高活性な石炭への新規低温改質法の開発

本研究では、廃熱レベルで石炭から不要物を除去し、転換プロセスで使いやすい石炭に創生し直す石炭改質プロセスの開発を目指し、(1)H_2O_2による液相酸化法の褐炭前処理法としての可能性の検討、(2)石炭の加熱に伴う架橋形成反応の速度解析法の開発、(3)改質炭を代替水素供与溶剤とする高効率液化の試み等について検討した。H_2O_2酸化によって、石炭を一部開環して脂肪族リッチにできること、H_2O_2から大量の水素原子が導入できることを示し、ここで提案したH_2O_2酸化による褐炭前処理は、低級脂肪酸を大量回収しながら固体を反応性に富んだ構造に変化できること高効率な前処理法に成り得ることがわかった。次に、提案法の褐炭のクリーン化技術としての可能性を、アルカリ蒸気飛散抑制と事前脱硫の観点から検討した結果、H_2O_2処理、Ca但持を組合せることで,熱分解・燃焼中のNa蒸気の生成を大幅に抑制するとともに、硫黄の発生も大きく抑制できることが示された。また,提案法による改質が反応性に及ぼす影響を400°Cまでに起こる架橋形成の様子を6種類の反応で定量的に評価した結果、低度に改質した石炭では導入された-COOH基の300°Cの低温から架橋形成することがわかったが、改質を進めてCOOH基を低級脂肪酸として除去すれば、ほとんど架橋形成を起こさない反応性に富んだ石炭に創生できることを明らかにした。最後に、改質炭の高効率利用法の一つとして石炭と改質炭を混合し、改質炭を水素供与性溶剤として用いる新しい概念の液化法を提案しその有効性検討した結果、改質炭を添加する事によって石炭の高濃度化と同時に不活性ガス雰囲気でも大きく液化収率が改善されることが示された。今後これらの成果に基づいて、更に合理的な液相酸化法の開発、酸化改質によるミクロレベルでの構造制御とそれに基づいた高効率反応設計について詳細に検討を実施していきたい。21世紀の貴重な資源である石炭を有効に利用していくには、環境負荷を低減した高効率転換技術の確立が不可避である。もし石炭を廃熱レベルのエネルギーでクリーンな高活性資源に変換できれば、効率向上のみならず後段の汚染物質の除去が不要になる。本研究では、この観点に立った新規改質プロセスの開発を目的に、(1〉石炭の新改質法の開発と硫黄事前処理技術の開発、(2)改質した石炭の構造解明と凝集構造制御、(3)改質炭の高効率熱分解、燃焼に関する検討を実施した。その結果、石炭を常圧、60°Cという温和な条件で過酸化水素水中、液相酸化処理することで、脱アルカリ、無機硫黄を除去できることがわかった。また有機硫黄は、酸化された分解しやすい形態に変化していることが明らかになった。このように処理した改質炭にCa担持したものを熱分解、ガス化を実施したところ、硫黄含有ガスの発生、アルカリ金属の飛散を完全に抑え得ることを見出した。以上の結果から、石炭を廃熱レベルのエネルギー投入でクリーンな資源に変換し得る可能性が示唆された。一方、改質炭の水素結合分布をFTIR等で評価し、その凝集構造と熱分解特性との関連性を詳細に検討した結果、石炭の熱分解で生成するタールの量は、石炭中の脂肪族炭素量と強い水素結合量の比で決定されていることを明らかにするとともに、これを推定する新しい構造パラメータを提案した。

一連の研究から、石炭を活性化するには、液相酸化等で石炭中の芳香族を開環することと、官能基を低級脂肪酸等の形で有用化学物質として取り除くことことがポイントであることが明らかになった。今後、これらの知見をもとに、高活性化を目指した改質法の開発を実施していく予定である。本研究では、廃熱レベルで石炭から不要物を除去し、転換プロセスで使いやすい石炭に創生し直す石炭改質プロセスの開発を目指し、(1)H_2O_2による液相酸化法の褐炭前処理法としての可能性の検討、(2)石炭の加熱に伴う架橋形成反応の速度解析法の開発、(3)改質炭を代替水素供与溶剤とする高効率液化の試み等について検討した。まずH_2O_2酸化によって、石炭を一部開環して脂肪族リッチにできること、H_2O_2から多量の水素原子が導入できることを示し、ここで提案したH_2O_2酸化による褐炭の前処理は、低級脂肪酸を多量回収しながら固体を反応性に富んだ構造に変化できる高効率な前処理法になり得ることがわかった。次に、提案法の褐炭のクリーン化技術としての可能性を、アルカリ蒸気飛散抑制と事前脱硫の観点から検討した結果、H_2O_2処理、Ca担持の組み合わせることで、熱分解・燃焼中のNa蒸気の生成を大幅に抑制するとともに、硫黄の発生も大きく抑制できることが示された。また、提案法による改質が反応性に及ぼす影響を400°Cまでに起こる架橋形成の様子を6種類の反応で定量的に評価した結果、低度に改質した石炭では、導入された-COOH基の300°Cの低温から架橋形成することがわかったが、改質を進めてCOOH基を低級脂肪酸として除去すれば、ほとんど架橋形成を起こさない反応性に富んだ石炭に創生できることを明らかにした。最後に、改質炭の高効率利用法の一つとして、石炭と改質炭を混合し、改質炭を水素供与性溶剤として用いる新しい概念の液化法を提案し、その有効性を検討した結果、改質炭を添加することによって石炭の高濃度化と同時に不活性ガス雰囲気でも大きく液化収率が改善されることが示された。