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地下水塩水化の調査と解析

地下水の塩水化は,地下水利用によって生じる代表的な地下水障害のひとつである.大量の地下水を利用してきた沿岸部では,淡塩境界面が上昇して揚水中の塩分濃度が高くなり,地下水の継続的な利用が困難になっている.本研究は,塩水化の調査法と解析法を確立し,塩水化対策と予防策の立案に役立てることを目的とした.そのために,1)現地調査の実施と調査手法の改良,2)数値解析による塩水化過程の解明の2点について調査・研究を行った.1)では,高知県の太平洋沿いの地区と、島根県の宍道湖沿岸の地区を対象とし、塩水化状況と地下水環境を調査した.両地区において比抵抗法電気探査を実施し、塩水層の深さと分布を明らかにするとともに,帯水層定数,井戸の位置と揚水量,基盤の深さなど,数値解析を行う際に必要なデータを収集した.さらに,塩水化の調査に用いる電気探査法を改良し,従来の手法が持っていた曖昧さを排した手法を確立した.2)では,塩水化現象を解析可能な数値モデルを用い,調査結果に基づいた解析を実施した.そして塩水化の原因と過程について検討し,対象地区における塩水化の主要因について考察した.調査と解析の結果から,塩水の浸入は海岸や湖底に加えて,感潮河川の河床からも生じていることが明らかになった.地区によっては,河床からの浸入が塩水化の主要因となっている例も見られた.逆に、河川流量と河床勾配によっては,河川からの伏流水が地下水位を上昇させ,塩水化を軽減するような現象も観測された.沿岸部の帯水層では,地下水の下に比重の大きい塩水がくさび状に侵入している.大量の地下水利用を行ってきた沿岸部においては,淡塩境界面が上昇して揚水中の塩分濃度が高くなり,地下水の継続的な利用が困難になっている.塩水化現象への対策を講じるためには状況の把握が重要であるが,これは地下で生じる現象であり,直接的な調査は困難である.そこで簡単な装置で短時間に測定が可能な,比抵抗法電気探査を用いた調査法について検討した.塩水化が生じている地域で電気探査を行ったところ,海岸近くの地中深くに比抵抗の小さい層が認められた.そして様々な検討を行った結果,これが侵入した塩水の層であると結論された.曲線法を用いてこの層の深さと比抵抗の値を求めたところ,揚水量が多く,塩水化が進行していると言われている西地区では,東地区よりも塩水が浅いところにあることが示された.またハウス園芸の農閑期で揚水量の少ない8月に行った測定からは,3月よりも塩水が深いという結果が得られた.稲作主体で揚水があまり行われていない東地区でも同様であり,水田から浸透した水が塩水を押し下げているためと考えられた.曲線法による比抵抗と境界深の推定では,見掛比抵抗のグラフと標準曲線を重ね合わせる際にずれが生じるため,同じ測定結果から異なる推定値が求まる場合がある.探査結果の解析・評価法は客観的で,異なる調査者によっても同じ結果となるものが望ましいことから,有限要素法とSP法を用いた手法について検討した.その結果,この手法では曲線法と比較して,より客観的な評価が可能となった.地下水の塩水化は,地下水利用によって生じる代表的な地下水障害のひとつである.大量の地下水を利用してきた沿岸部では,淡塩境界面が上昇して揚水中の塩分濃度が高くなり,地下水の継続的な利用が困難になっている.本研究は,塩水化の調査法と解析法を確立し,塩水化対策と予防策の立案に役立てることを目的とした.そのために,1)現地調査の実施と調査手法の改良,2)数値解析による塩水化過程の解明の2点について調査・研究を行った.1)では,高知県の太平洋沿いの地区と、島根県の宍道湖沿岸の地区を対象とし、塩水化状況と地下水環境を調査した.両地区において比抵抗法電気探査を実施し、塩水層の深さと分布を明らかにするとともに,帯水層定数,井戸の位置と揚水量,基盤の深さなど,数値解析を行う際に必要なデータを収集した.さらに,塩水化の調査に用いる電気探査法を改良し,従来の手法が持っていた曖昧さを排した手法を確立した.2)では,塩水化現象を解析可能な数値モデルを用い,調査結果に基づいた解析を実施した.そして塩水化の原因と過程について検討し,対象地区における塩水化の主要因について考察した.調査と解析の結果から,塩水の浸入は海岸や湖底に加えて,感潮河川の河床からも生じていることが明らかになった.地区によっては,河床からの浸入が塩水化の主要因となっている例も見られた.逆に、河川流量と河床勾配によっては,河川からの伏流水が地下水位を上昇させ,塩水化を軽減するような現象も観測された.
高分子固体の高次組織と力学的および電気的物性・機能との相関

高分子固体の極限物性評価には分子,結晶構造と共に高次組織の効果を定量的に見積ることが重要となる。これに関連して、高分子結晶のモルフォロジーに大きく依存する赤外バンドプロフィル解析により,モルフォロジーの分布を定量的に評価する新しい分光学手法を確立して,種々の例に適用した。すなわち,線状および大還状オリゴマーを含む種々のポリオキシメチレンについて,結晶化条件,熱的および機械的処理によって結晶モルフォロジーが変化する様子を定量的に考察することができた。また,ポリチフッ化エチレンとその線状オリゴマー単結晶の高次組織と相転移挙動の関係を詳細に検討した。この手法はまた,水素化一重水素化試料混合系および鎖長の異なるオリゴマー混合系の結晶化過程における共晶化あるいは相分離の研究にも広く利用できることを示した。ポリオキシメチレンおよびポリチフッ化エチレン結晶における分子運動と構造不整の性質を赤外・ラマンバンドプロフィルの温度変化に基いて解明し、相転移および力学物性に及ぼす効果を定量的に検討した。電気物性に関しては,側鎖型強誘電性液晶高分子の相転移において極めて復雑な層状構造の変化が起ることを明らかにした。すなわち,偉がな温度変化によりメソゲン層の繰り返し構造が極めて敏感に変化して多彩な層状多形(ポリタイプ)が出現する。このように特徴的な層状構造は強誘電性,反強誘電性,フエリ誘電性などの電気的性質と密接に関係するものと考えられる。
神経細胞種特異的なシナプス成熟・再編機構の解明

我々の脳は生後、外界刺激依存的にシナプスを成熟、再編、安定化させて、視覚や言語などの脳高次機能を獲得する。この過程には、興奮性神経細胞と抑制性神経細胞間に形成されるシナプス結合の精緻なバランスが必要不可欠である。興奮性神経細胞と抑制性神経細胞における興奮性シナプスは、形態や反応様式が大きく異なっているが、これまでの研究は、主に興奮性神経細胞における興奮性シナプスの制御機構に焦点が当てられていた。本研究では、未だ不明な点が多い「抑制性神経細胞における興奮性シナプスのシナプス成熟・再編機構」を明らかにし、興奮性シナプスの細胞種特異性が生み出される分子機構を解明する。
養豚生産記録のビッグデータを活用した異常事態の早期検出システムの開発

本研究は「養豚生産記録のビッグデータを活用して、異常事態を早期に検出するシステムを開発すること」を目的とする。複数の養豚生産農場50農場から生産情報を収集し、疫学データベースを構築する。そのデータベースを用いて、異常事態の発生に寄与する特徴量を抽出し、得られた特徴量を用いて、人工知能を用いた機械学習を中心とした疫学解析を実施し、異常事態の発生を検出するためのアルゴリズムを開発する。
放射光X線による高圧下潤滑油の立体構造解析

巨視的な摩擦現象を理解する上で,しゅう動面に添加される潤滑油の存在は決して無視することはできない。しゅう動面に添加された潤滑油は,それまで固体間で為されていた摩擦形態を大幅に変え,通常,摩擦を緩和する働きをすることは周知の事実である。しかし,急激な加圧条件下で潤滑油を瞬間的に固化させて動力を伝えるトロイダルCVTの開発など,機械工学における潤滑油の新たな役割も見出されつつあり,それらを背景に潤滑油の微視的挙動に関する関心も徐々に高まってきている。しかしながら,トロイダルCVTのトラクション特性と潤滑油の分子構造の関係に関する実験的報告や,分子動力学シミュレーションを用いた挙動解析などは見受けられるものの,高圧下潤滑油の構造を実際に測定し,議論した報告は見当たらない。そこで本研究では,放射光X線を用い,高圧下潤滑油の構造解析を行うものとする。本研究では,典型的な構造を持つ2種類の基油を用意し,(1)常圧下での動径分布関数の測定,(2)高圧下での回折プロファイルの測定,を試みるものとした。分析には,高エネルギー加速器研究機構(KEK)内PF-ABNE-5Cに設置されているキュービックアンビル型高温高圧発生装置を用いた。2種類の基油に対して放射光X線回折法を適用することにより,常圧下での二体分布関数を得ることができた。また,基油を加圧すると約150MPaで固相に相転移し,その構造は完全な結晶であった。一旦固相になると,分のオーダで結晶化が進展することも確認できた。しゅう動面に添加された潤滑油は,それまで固体間で成されていた摩擦形態を大幅に変え,通常,摩擦を緩和する働きをすることは周知の事実である。本年度は,典型的な構造を持つ2種類の基油を用意し,(1)常圧下での動径分布関数の測定,(2)高圧下での回折プロファイルの測定,を試みることとした。試料には,分子構造の違いによる微視的挙動の差異を論じるため,典型的なparaffin系油であるn-hexadecane([CH_3(CH_2)_<14>CH_3]_n)とnaphthene系油であるdicyclohexyl(C_6H_<11>C_6H_<11>)の2種類を用意した。測定には,高エネルギー加速器研究機構(KEK)内PF-AR NE-5Cに設置されているキュービックアンビル型高温高圧発生装置Max80を用いた。2種類の基油に対して放射光X線回折法を適用した結果,常圧下での二体分布関数を得ることができた。
ノイマン・モデルの非線形化

昨年度までに完了した「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済の一般逆行列による表現」と「不比例的成長下での生産者、投資者、消費者の行動」の研究について重要な進展があった。特に後者については、経済理論だけでなく経済実験による知見の導入を行った。具体的には、不確実性下での複数均衡の選択についての実験を国内と海外で行った。これは複数均衡が多く発生する「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済」の分析には重要な課題であり、その基礎実験をできたことは大きな収穫であった。ただし、この実験では不確実性をまったく外生的に発生させているので、「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済」で内生的に発生するものとは異なるので、現在は不確実性の内生化とその状態での意思決定を考えるためのプログラミングとロジックの研究に従事している。具体的には、不比例的に成長する経済における資金調達問題の基礎として、現物市場と先物市場の簡単な模型を作り、その被験者実験と計算機実験を国際会議(2004年12月)で報告した。3年間の研究を総括すると、「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済」の個別の問題:産業の相互依存、不確実性下での意思決定、資金調達のそれぞれについて理論と実験の両面で期待以上の成果があった。いっぽう不十分だったのは---個別の研究が思いのほか進んで最初に想定した水準での統合をできなくなったためでもあるが---「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済」の全体像をフォン・ノイマン・モデルとして統一的に表現することである。もちろん統一的表現についての理解はこの3年で深まったので、共同研究者とともに次の研究資金を得て、この3年で開発した形式的なモデルに各主体の意思決定をうまく導入していっそう高い水準での統合を目指したい。今年度は、フォン・ノイマン・モデルの非線形化をおこなうための基礎的調査と研究を行った。小田と八杉は、(a)技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済の数学的定式化の一般化を進め、一般逆行列による表現を完了した。これは、各産業の技術計数と各財に対する消費需要の成長率がどのように変化する場合にも適用できる一般的なものである。いっぽう小田と秋山は、(b)遺伝的アルゴリズムによるフォン・ノイマン・モデルの効用最大化モデルを検討し、問題点を整理した。(a)一般逆行列による表現は満足のいくものであり、この一般表現を使ってどのような経済現象を分析するかが来年度の課題である。理論的には無限次元の線形の逆問題を解くことであるので、意味のある分析をするためには適切な追加仮定を導入して一般式を具体化しなければならないが、安易に解くことを求めず現実的に意味のある経済を適切に抽象化して分析したい。(b)遺伝的アルゴリズムによるフォン・ノイマン・モデルの効用最大化モデルは10年ほど前に提案されたものであり、力学系としては非常に興味深いが、経済学的な見地からは正当化しがたい仮定に立脚している。すなわち、消費の将来列から投資財の各期の生産を予測することがモデルの基本であるにもかかわらず、資本財に対する効用を外生的に定義している点である。来年度は、価格と資金調達の問題を導入して、もっと経済的に意味のある扱いを考えたい。昨年度にできあがった1.「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済の一般逆行列による表現」の細部のつめは終了したので、来年度には論文にまとめられるであろう。いっぽう2.「不比例的成長下での生産者、投資者、消費者の行動」の研究については、とくに投資者の行動についての理論化を進めている。1.これは、各産業の技術計数と各財に対する消費需要の成長率がどのように変化する場合にも適用できる一般的なものである。典型的な例についての数学的分析と数値計算プログラムの作成を進めている。2.不比例的成長経済で重要なことは、技術進歩→実質所得の増加→消費需要の不比例的拡大→生産の不比例的拡大をうまく達成することであるが、このためには生産者の需要予測が正確であり、そのための資金調達が可能でなければならない。集計量としての貯蓄と投資の一致・不一致だけでなく、各産業ごとに必要な資金の配分をどう達成するかを、できるだけ簡明に明らかにするモデルを考えている。株式市場を不比例的成長のための資金調達の場と考え、そこでの資金調達を主に考えるモデルを構築中である。具体的には消費者を受動的エージェントとして、投資家と生産者が相互に情報と信用をやりとりする場として理論化を進めている。ただし、現時点では1.の一般モデルでは複雑すぎるので、Pasinetti『構造変化と経済成長』の基本模型をもとに理論化と実験をおこなうことを考えている。

ただし、この実験では不確実性をまったく外生的に発生させているので、「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済」で内生的に発生するものとは異なるので、現在は不確実性の内生化とその状態での意思決定を考えるためのプログラミングとロジックの研究に従事している。具体的には、不比例的に成長する経済における資金調達問題の基礎として、現物市場と先物市場の簡単な模型を作り、その被験者実験と計算機実験を国際会議(2004年12月)で報告した。3年間の研究を総括すると、「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済」の個別の問題:産業の相互依存、不確実性下での意思決定、資金調達のそれぞれについて理論と実験の両面で期待以上の成果があった。いっぽう不十分だったのは---個別の研究が思いのほか進んで最初に想定した水準での統合をできなくなったためでもあるが---「技術進歩をともないつつ不比例的に成長する経済」の全体像をフォン・ノイマン・モデルとして統一的に表現することである。もちろん統一的表現についての理解はこの3年で深まったので、共同研究者とともに次の研究資金を得て、この3年で開発した形式的なモデルに各主体の意思決定をうまく導入していっそう高い水準での統合を目指したい。
波浪場における海洋構造物基礎の液状化破壊の解析手法と防止対策の開発に関する研究

本年度は研究の最終年度に当たり、昨年度継続した原位置計測、数値解析を行った。加えて、地盤の振動を連成解析で解きそれに基づく海底地盤の調査方法を提案することができた。研究成果は以下のようにまとめられる。「原位置計測」昨年度に引続き原位置での計測を行い、波浪を受ける防波堤-地盤系の挙動を調査した。沈下量を継続して測定することにより、これまで20年以上にわたる波浪と沈下量の関係を明らかにした。「数値解析」種々のタイプの液状化防止対策についてシミュレーションを実施し、その効果を検討した。解析結果に基づき、液状化発生のメカニズムを検討した。「波動の連成解析」波動の連成解析を行い、地盤中を伝播するせん断波と圧縮波の特性について厳密解を導いた。さらに、波動特性の周波数依存性に着目して地盤の力学的性質を測定する方法を提案した。「波浪による海洋構造物基礎地盤の液状化による被害状況を明らかにし、その解析手法を開発し、液状化防止対策法を提案する」ことを目的とし研究を開始した。平成5年度の研究内容および成果を箇条書にまとめると以下のようである。[原位置計測]-波浪により被災した防波堤について、原位置の地質調査および計器の設置は終了し、観測を開始した。-仮に実施した液状化対策工についても計測を開始した。水中の地形測量、消波ブロックの散乱状況についても観測を実施した。-被災状況や被災の沈下量の経年変化などのデータ整理は、ほぼ終了している。[室内実験]-地盤物性を把握するために、原位置試験に加えて室内実験を実施し、変形・強度特性、液状化特性を検討した。[解析手法の開発]-数値解析手法によるマウンドの土質工学的効果などについて検討を開始し、対策工の効果についても検討を行った。これによっても成果が得られている。-成層地盤に対する解析を可能にする解析解の誘導が終了し、地盤条件の重要性について検討することができた。[液状化対策工の検討]種々の対策工を比較・検討-液状化対策工の検討は平成6年度以降の予定であったが、対策工の効果の原位置計測、シミュレーションについても実施した。地質調査によって、原位置の地盤条件が予想以上に複雑であることが判明したが、計測結果の判断およびシミュレーションにおいてはそのことを十分に考慮することによって初期の目的は達成できた。本年度は研究の2年目に当たり、昨年度の原位置計測、室内試験、解析手法の開発、液状化対策工の検討を受けて研究は以下のように進められた。[原位置計測]・波浪により著しい沈下を受けた防波堤について波浪調査、地質調査、土質調査を取りまとめて、周囲の状況を明らかにした。・周辺の地盤内の間隙水圧変動および地盤の変状を測定し、波浪を受ける防波堤-地盤系の挙動を明らかにした。[解析的研究]・波浪によって被災した防波堤について、地盤-構造物系の挙動を有限要素法によって解析し、防波堤の沈下が地盤の液状化によって発生した可能性が極めて高いことを示した。・直立堤および混成堤について動的有限要素法解析を実施し、防波堤の安定に寄与するマウンドの効果について比較検討した。・防波堤の対液状化対策工としては、現地調査および解析両面から、当該防波堤についてはマウンドを設置することが最適であること示した。
骨形成における骨成長因子の役割とその骨基質蛋白との相互作用

1.骨芽細胞の基質蛋白産生に及ぼす骨成長因子の効果主要な骨成長因子のひとつであるTransforminggrowthfactor(TGF)-betaによる骨芽細胞における基質蛋白産生調節について検討した。その結果、TGF-betaはプロテオグリカンのうち特にデコリンの産生を促進し、フィブロネクチンの産生も促進する事が明かとなった(Takeuchi,Y.et al.J.Bone Miner.Res.8:823,1993)。2.骨芽細胞の分化調節におけるTGF-betaの役割TGF-betaに対する骨芽細胞の反応性は、TGF-beta受容体の発現により調節されている事を明らかにした。また、骨芽細胞の分化に従って、TGF-beta受容体の発現が減少する事が本研究において明らかにされた。TGF-betaは骨基質産生を促進し骨基質を増加するが、骨芽細胞の分化は抑制する事が報告されており、本研究の結果から、骨芽細胞の分化におけるTGF-beta反応性低下の重要性が初めて示唆された。3.骨成長因子と結合する基質蛋白の探索牛骨基質から抽出した蛋白を用いて、TGF-betaと結合する蛋白の探索を行った。In-gel binding法、solid-phase binding法等の結果、プロテオグリカンの一種であるデコリンが、主要なTGF-beta結合蛋白のひとつである事が明かとなった。デコリンと結合する事により、TGF-betaの生物学的活性が増強される場合のある可能性が示唆された。この現象は、基質蛋白と骨成長因子との結合が、成長因子の蓄積のみではなく、その活性発現の調節にも関与する事を示唆する重要な知見である。
分裂酵母からの収縮環単離と再活性化による収縮メカニズムの解明

細胞質分裂は複数のプロセスが協調的にはたらくことで起こる。中でもアクチンとII型ミオシンからなる収縮環の収縮は動物細胞の細胞質分裂において細胞膜をくびれさせる最も重要な過程である。しかし収縮のメカニズムについてはアクチン・ミオシンの相互作用以上にははっきり分かっていない。分裂酵母を含む真菌類においても、動物細胞と同様の収縮環が形成される。申請者はモデル生物である分裂酵母を用いて収縮環の収縮メカニズム解明を目指す。本年度は収縮環を含む分裂酵母ゴーストについて更に詳細な解析を行った。これまでゴースト中の収縮環に存在することがわかっているII型ミオシン重鎖(Myo2、Myp2)、IQGAPのホモログRng2、FCHドメインタンパク質Cdc15、トロポミオシンCdc8について、収縮環の収縮にともなってどの程度収縮環から遊離するのかを蛍光強度を測定することで調べた。その結果、トロポミオシンCdc8がATP添加により劇的に減少することが明らかになり、それ以外のタンパク質については大きな減少はみられなかった。これは、アクチンが収縮に伴って遊離することを支持すると思われる。では収縮環の収縮に伴ってアクチンがどの程度遊離するのか。これについてははっきりわかっていなかったが、この遊離アクチンを遠心分離法により生化学的に検出する方法を考案した。これにより、実際に収縮に伴って大部分のアクチンが遊離してくることが明らかになった。さらに、アクチンフィラメントを安定化するjasplakinolide(Jasp)は収縮環の収縮に影響を与えないことを見出していたが、実際にその安定化が起こっていることもこの方法で証明することが出来た。このことは脱重合が収縮に必要ないことをさらに支持する結果である。申請者はモデル生物である分裂酵母をゴーストにする系を用いて収縮環の収縮メカニズム解明を目指す。本年度は分裂酵母ゴーストを用いた収縮環再活性化の系を最適化し、詳細に蛍光顕微鏡観察を行った。様々な条件で収縮速度を測定したところ、ATPが最も効率良く収縮を引き起こすことがわかり、酸性条件(pH6.06.5)では収縮速度が著しく低下することがわかった。種々の変異株や阻害剤を用いた実験から、II型ミオシンのATPase活性が収縮に必要であることが初めて直接的に示され、アクチンの脱重合が収縮には必須でないことを示唆する結果が得られた。また、これまで知られている種々の収縮環構成因子に蛍光タンパク質を付加した株を作製し、ゴースト中の収縮環に存在するか調べたところ、多くの構成因子が保持されていたことから、収縮実験の結果が細胞内の収縮環の性質を反映することを示す証拠だと言える。ゴーストの細胞膜をFM4-64により染色したところ、細胞膜が多く残されているが、ところどころに穴が開いていることがわかった。ゴースト内部には全く膜構造は見られず、細胞質成分、細胞内小器官が無いこともわかった。ATPを加えると、収縮環の収縮に伴って膜の一部が収縮環に追随していく様子がみられたものの、細胞膜をくびれさせることは出来なかった。今後、収縮環の微細構造解析や新奇の収縮環構成因子同定によりさらに多くの知見が得られると考えられる。研究実施計画に挙げた多くの項目が本年度中に達成できた。

具体的には、様々な条件での収縮速度の測定、種々の変異株および阻害剤を用いた実験、既知の収縮環構成因子の有無の確認、細胞膜の染色などを行い、多くの知見を得ることができた。特に目的の一つであるアクチンの脱重合が収縮環の収縮に必要かどうかについて興味深い結果を得ることができた。アクチンとミオシンの同時観察についてもほぼ成功しており、今後さらに最適化できると考えている。以上の理由から本研究はおおむね順調に進展していると考えている。研究実施計画に従い、引き続き収縮環の単離・精製・濃縮法の検討を行う。収縮実験の例数も増やし、収縮速度等定量的なデータを得る。ある程度結果がまとまり次第、論文を投稿する。単離・精製に成功した場合、二次元泳動と質量分析、微細構造解析を馬渕教授・網蔵博士・高木博士と協力して行う。また、収縮力の測定についても検討を行う。測定法については油滴を用いた方法、ビーズと光ピンセットを用いた方法などを考えている。
ケニアにおける土壌浸食の実態解明とその防止策

ケニア西部のビクトリア湖岸で年々進行するガリー浸食(土壌浸食の終局の形態)は、現地住民の生活を脅かす深刻な環境問題である。本プロジェクトでは、当地域のガリー浸食の実態解明と防止策を検討する目的で、環境科学的現地調査とそれにもとづく分析を行い、以下の成果を得た。(1)ビクトリア湖北東端のカビロンド地溝は、南北をそれぞれケンドゥ断層とナンディ断層で画され、地溝帯上部を第四紀の堆積物が覆う。ケンドゥ断層崖の麓から緩斜面一帯には、堆積物と被覆土壌層を削り取って多数のガリーが発達する。(2)3年間の詳細な現地測量結果および周辺住民からの聞き取り調査から、ガリーは年々拡大し続け、ガリー谷頭の後退量は年間最大20m以上に達することがわかった。(3)堆積物の詳細な岩相層序学的検討にもとづき、これらを上位のアワチ部層と下位のソンドゥ部層に区分した。前者では洪水型堆積物が卓越し、砕屑物の原岩も様々で、高い空隙率に起因して比較的低い硬度を示す。後者では近傍に露出する花崗岩源の砕屑物を主体とし、多量の鉄酸化物が粒間を充填して硬度が比較的高い。さらに、アワチ部層上に発達するガリーは一本の峡谷(最深部14m)を形成し、ソンドゥ部層上に発達するガリーは網目状の浅い谷(最深部6m)を形成する。これらは主として岩相の違いを反映している。(4)ガリーの発達が、大量の表面流の特定場所への集中であることは現地調査からも明らかである。この際、表面流のエネルギーは集水域面積と集水域の斜度、表面流混濁物の量に大きく依存し、浸食を受けやすい土地条件は、緑被率と岩相の地質学的性質に大きく依存することも確認できた。(5)衛星画像・空中写真・1/5万地形図を使って画像解析を行い、ガリー集水域の面積、集水域の斜度、緑被率、土地利用状況等の情報を得た。これらと地質学的知見を組み合わせて、浸食に対する広域的な脆弱性地図を作成・提示するとともに、脆弱性地図を利用して今後取り組むべき課題を提案した。(1)土壌浸食研究会標記研究会を立ち上げ、現地調査へ向けて4回の研究会を開催した。第1回土壌浸食研究会:2003年4月18日・於名古屋大学、第2回土壌浸食研究会:2003年5月10日・於名古屋大学、第3回土壌浸食研究会:2003年6月18日・於名古屋大学、第4回土壌浸食研究会:2003年7月8日・於名古屋大学。これらの研究会では、世界各地の土壌浸食の実態をレビューするとともに、調査国ケニアで特に力点を置いて調査すべき項日を洗い出した。また、現地調査に必要な諸手続きを行い、現地調査における安全確保を全員で改めて確認した。(2)現地調査2003年7月15日2003年8月23日の40日間(旅行日を除いて36日間)、ケニアに赴き、調査準備4日間、現地調査21日間、調査総括11日間の日程で実施した。

当初の計画通り、本年度はケニア西部の土壌浸食地帯を集中して調査した。ナイロビ大学の海外共同研究者もこれに参加した。土壌浸食の激しい場所では、深さ14m、総延長2km以上に及ぶガリー(深溝)が形成され、年々1020mの速度で上流に向かってガリーが発達している実態を明らかにした。最も大規模なガリーについては、詳細な地形測量と地質調査を実施するとともに、ガリー周辺の地形、地質、生態、土地利用に関する調査も行った。そのほか、UNEP、ICRAFなど、土壌浸食に関連する在ケニアの研究機関を訪問し、情報交換を行った。(3)調査総括ナイロビ大学地質学教室において、海外共同研究者を交えて調査総括を行い、以後の研究計画を検討した。本年度調査結果を速報として公表すること、および、来年度はナイロビ大学においてワークショップを開催すること、などを決定した。(4)室内研究現在、日本に持ち帰った土壌・堆積物試料についての室内実験を進行させている。これによって、試料の堆積学的・鉱物学的性質を明らかにしていく。なお、本年度現地調査の成果を地質学雑誌に公表した。(1)現地調査(2004年8月22日9月10日の20日間)2003年度に引き続きケニア西部キスム地域のガリー浸食地帯で集中的に行った。今回の現地調査による主な研究成果は以下のとおりである。(1)ガリー浸食は、形態的に、Awach-typeとSondu-typeの2種類に大別できる。前者は比較的広い集水域をもち、浸食速度が大きい。後者は、狭いが比較的急傾斜の集水域をもち、浸食速度は概して小さい。(2)2003年度から継続調査を行っているAwach-typeガリーの一つについて、谷頭部における年間浸食速度を正確に実測した。浸食で失われた面積は約1,300m^2、最大後退距離は16.5mという結果が得られた。(2)ワークショップの開催現地調査に先立ち、ナイロビ大学地質学教室でワークショップを開催した。参加者は15名、地元新聞社からの取材も受けた。(3)室内実験ASTERリモートセンシングデータを購入し、NDVIによる緑被率の推定を試みた。ガリー集水域の緑被率と浸食速度との相関性、緑被率と地質・地形・土地利用との関係の詳細な解析が進行中である。現地調査で採集した土壌サンプルの鉱物学的分析を行い、ガリー浸食地帯の地質学的・鉱物学的特性を抽出した。2004年度の研究成果は、2005年5月開催の日本アフリカ学会で発表予定。また論文として投稿準備中である。1.現地調査(2005年7月26日8月9日の15日間)ケニア西部キスム地域のガリー浸食地帯での最終年度の現地調査を、星野、山本、吉田、杉谷、桂田の5名で実施した。ケニア・ナイロビ大学の共同研究者も随時これに参加した。主な研究成果としては、(1)浸食を受けている未固結堆積物の層序を多くの地点で詳細に調査することにより、走向方向の連続性、堆積物の層準による性質の微妙な違いなど、地質学的条件の全体像を把握できた。とくに、形態的に異なる2タイプのガリー(Awach型とSondu型)(研究成果参照)に露出する堆積物の硬度の測定から、Awach型よりもSondu型の堆積物が相対的に硬度が高いことが判明した。(2)3年間の継続観測により、Awach型が顕著な浸食速度を示すのに対して、Sondu型の浸食速度はきわめて小さいことが明らかとなった。2.室内実験現地調査で得られた野外データの整理、採集した堆積物の偏光顕微鏡による岩石記載、採集した炭質物の^<14>C年代測定、衛星画像・空中写真画像の解析等を行った。主な研究成果としては、(1)Awach型の堆積物の淘汰度が比較的良好なのに対し、Sondu型の堆積物の淘汰度は概して悪い。このことが硬度の違いとして反映されている。
新規な蛍光標識法を用いた甲殻類神経ペプチド類の機能、動態および受容体解析

カニの一種であるBlue crabの脱皮抑制ホルモン(MIH)の組換え体を、大腸菌を宿主とした発現系を利用して調製した。この組換えペプチドを用いてセカンドメッセンジャーアッセイを行ったところ、Y器官におけるcGMP濃度の顕著な上昇が確認された。ここで得られた組換え体によってMIHのさらに詳細な機能の解析が進むものと期待される。甲殻類血糖上昇ホルモン(CHH)は、甲殻類の血糖値を制御するホルモンとしてよく研究されている。そのスプライシングバリアントとしてPO-CHHというペプチドが報告されているが、このペプチドの機能は明らかになっていない。そこで、このペプチドの機能を探索することを目的として、組換えPO-CHHを調製した。この組換えPO-CHHを用いてセカンドメッセンジャーアッセイを行った結果、えら、肝膵臓、触角、Y器官、筋肉ではcGMP値の上昇は見られなかったが、前腸(胃)、中腸、後腸、心臓において有意な上昇が観察された。組換えPO-CHHを放射性同位元素によって標識し、その標識ペプチドを用いて中腸および後腸の膜画分との結合実験を行った。その結果、PO-CHHは両組織の膜と特異的に結合することが明らかになった。これはPO-CHH受容体がこれらの組織の細胞膜上に存在していることを示している。これらの結果から、PO-CHHが腸管を介して何らかの機能をはたしていることが明らかになった。CHHはえらや肝膵臓、筋肉などを介して機能することから、PO-CHHの受容体はCHHとは異なっていることが示唆された。CHHの機能が血中グルコース濃度の調整、血中浸透圧調整などであることから、PO-CHHの機能が腸管におけるグルコース(あるいはそれ以外の栄養素)の取り込み、あるいはイオン透過などの調節を行っていることが予想される。これらの仮説について今後、検証が進んでいくと期待される。甲殻類の血糖上昇ホルモン(CHH)と脱皮抑制ホルモン(MIH)のアミノ酸配列には類似性が見られることから、CHH族と呼ばれるファミリーを形成している。これらのホルモンの配列を比較すると、CHHはMIHに見られる12残基目のグリシン残基を欠損している。そこで、クルマエビのCHHにグリシン残基を挿入した変異体を作製し、その生物活性を測定した結果、この変異体は天然型と比較して活性が10分の1程度まで低下していた。このことから、この12残基目のグリシン残基の欠失がCHHとMIHの機能の分化に重要であることが明らかとなった。これまでに、クルマエビから7種類のCHH族ペプチドが単離、配列解析されてきたが、近年になってそれ以外にもCHH族ペプチドが存在する可能性が他の研究グループによって示された。そこで、クルマエビの眼柄から8番目のCHH族ペプチドを単離した。このペプチドをコードする遺伝子をクローニングした結果、このペプチドは既知のクルマエビのMIHのアミノ酸配列と相同性が非常に高いことが明らかとなりMIH-Bと名付けられた。しかしながら、生物検定の結果、MIH-Bは既知のMIHと比較して10分の1程度の活性しか示さず、またMIH-B遺伝子は主に胸部神経節で発現していた。眼柄切除によって脱皮間隔が短縮されるという過去の知見から、MIHは眼柄内に存在していると考えられており、胸部神経節に主に存在していると予想されるこのMIH-Bが、生体内においてMIHとして機能しているとは考えにくい。現在、MIH-Bの真の機能について検証を進めているところである。一方、これらの神経ペプチド類を蛍光標識するために、タンパク質分解酵素の逆反応を利用したタンパク質N末端特異的標識法の開発を行った。しかしながら、標識効率が低く、この手法には依然、改善の余地があると考えられる。甲殻類血統上昇ホルモン(CHH)族ペプチドの機能を明らかにするために、クルマエビのCHHと脱皮抑制ホルモン(MIH)を対象として、蛍光標識したホルモンの調製を試みた。まずはじめに、これらのホルモンの機能に関与していないと考えられるN末端アミノ基を特異的に標識する方法の確立を目指した。N末端アミノ基の修飾には、Transamination法を用いた。この方法では、N末端アミノ基を化学的にカルボニル基へと変換し、カルボニル基に特異的に反応する蛍光プローブを用いることによって、タンパク質のN末端のみを特異的に標識することができる。まず、この反応に用いる蛍光プローブを化学合成した。その際に、プローブ内にビオチン基を導入することによって、標識されたタンパク質のみを簡便に精製できるようにした。この方法を用いて、MIHを効率よく標識することができた。またこの方法は、ペプチドホルモンのような小さいタンパク質だけでなく、抗体のような大きなタンパク質も、変性させることなく標識することが可能であった。続いて、蛍光標識したMIHを用いて、クルマエビ生体内の受容体分布の解析を行った。しかしながら、クルマエビ自身の自家蛍光が強く、解析が困難であった。また、クルマエビは季節による生体リズムの変動、値段の変動が激しく、通年の安定した実験材料の入手が困難であることが予想されたため、実験材料を世界的によく研究されているblue crabに変えることにした。Blue crabのMIH遺伝子のクローニングを行い、現在、MIHの大量調製を目指して、大腸菌を宿主とした発現系の確立したところである。

この組換えペプチドを用いてセカンドメッセンジャーアッセイを行ったところ、Y器官におけるcGMP濃度の顕著な上昇が確認された。ここで得られた組換え体によってMIHのさらに詳細な機能の解析が進むものと期待される。甲殻類血糖上昇ホルモン(CHH)は、甲殻類の血糖値を制御するホルモンとしてよく研究されている。そのスプライシングバリアントとしてPO-CHHというペプチドが報告されているが、このペプチドの機能は明らかになっていない。そこで、このペプチドの機能を探索することを目的として、組換えPO-CHHを調製した。この組換えPO-CHHを用いてセカンドメッセンジャーアッセイを行った結果、えら、肝膵臓、触角、Y器官、筋肉ではcGMP値の上昇は見られなかったが、前腸(胃)、中腸、後腸、心臓において有意な上昇が観察された。組換えPO-CHHを放射性同位元素によって標識し、その標識ペプチドを用いて中腸および後腸の膜画分との結合実験を行った。その結果、PO-CHHは両組織の膜と特異的に結合することが明らかになった。これはPO-CHH受容体がこれらの組織の細胞膜上に存在していることを示している。これらの結果から、PO-CHHが腸管を介して何らかの機能をはたしていることが明らかになった。CHHはえらや肝膵臓、筋肉などを介して機能することから、PO-CHHの受容体はCHHとは異なっていることが示唆された。CHHの機能が血中グルコース濃度の調整、血中浸透圧調整などであることから、PO-CHHの機能が腸管におけるグルコース(あるいはそれ以外の栄養素)の取り込み、あるいはイオン透過などの調節を行っていることが予想される。これらの仮説について今後、検証が進んでいくと期待される。
ラセン型発達モデルからみた高・高齢者のアイデンティティ発達過程

昨年度に引き続き、首都圏内のハンセン病療養施設に在住する高齢者に対する語り聞きを中心とした面接調査を実施した。これまでに行われた過疎離島在住の高齢者に対する調査をも踏まえた総合的な結果は、おおよそ次の通りである。アイデンティティ発達過程のモデルとしては、エリクソンによる漸成モデルが伝統的であるが、近年岡本によりラセン形モデルも提唱されている。ハンセン病療養施設入所者の生涯をみると、青年期であった終戦直後にはまだ医学的に治癒不能であり、また厳しい生活条件のなか生き抜くのが精一杯の状況であった。それでも、結婚をはじめ、自らの可能性に挑戦し、また生存した証をこの世に残そうとする試みも行われた。エリクソンの青年期以降の発達課題がいわば同時に押し寄せてきたようなものであった。その後、治癒可能となり、死の恐怖から解放され、改めて「如何に生きるか」が問題となった。しかし、入所者の多くは施設への定着を余儀なくされ、施設内で許されていた営みを高齢期になるまで続けざるを得なかった。そして、高齢期に入った1990年代、社会的な理解も徐々に拡大していくなか、ハンセン病元患者に対する国の政策を問題視する外部の人々が現れた。こうして外部社会との頻繁なかかわりを経験する入所者も現れ、社会認識や自己認識が変化する者も出てきた。入所者の生涯は概してラセン型であるといえよう。他方、過疎離島の高齢者は、生活空間に大きな変化がなく、あっても家庭内にとどまっており、この場合は成人期に形成された自己認識や社会認識が、身体状況との調整はされるものの、高齢期に至ってもほぼ維持されており、ラセン型というより漸成型である。しかし、日々日常生活が淡々と展開されており、必ずしも死を意識した人生の統合が行われているとはいえない。このように、生涯の経過が社会や生活空間の状況によって変わりうる可能性を本研究は示したと考えられる。<本研究の目的>これまでのフィールド経験より75歳以上の高・高齢者(old old)の多くは、半ば確信的とも思えるような「自他に対する認識」を持つ。この認識は心理学的にはアイデンティティの一部として位置づけることができると考えられる。本研究は、その形成過程を、岡本祐子による「形成と破壊を繰り返しながら生涯的な課題として追求される」というアイデンティティのラセン型発達モデルを用いて、記述・検討することを目的とする。<平成15年度の研究実績>平成15年度は、高齢過疎離島およびハンセン病療養施設に在住する高・高齢者との対話を行い、それを分析した。調査協力者は全部で6名。その結果、現時点で把捉されている事項は次の通りである。(1)離島高齢者:「労働」に大きな比重が置かれている。今なお働き続けることができる自分に高い価値を置いている。腰痛など体の不調も労働の勲章のように位置づけている。女性では、このほか「家」を守ることの重要性を述べるものが多い。これらの認識は若いとき以来ほぼ一貫しているようであるが、老化現象や疾病経験との関係で調整はされている。(2)ハンセン病療養施設高齢者:特効薬プロミンの開発以前は長期的な人生展望は描けていなかったが、その後は社会との限られたかかわりのなか、職業を求めた人、名誉回復運動に没頭した人がいた。しかし、老いや病気の再発と共に著述や書、盆栽など施設内でできる活動に移行している。近年の状況変化は新たな人生の転機となっているようである。今年度は、昨年度に引き続き、M県の離島と首都圏内のハンセン病療養施設に在住する高齢者に対する語り聞きを中心とした面接調査を実施した。M県の離島の高齢者は子育て経験と職業経験を持つ。一方、ハンセン病療養施設の高齢者は結婚をしているが子育て経験を持てず、また職業経験も持てなかった場合が多い。両者の語りを比較すると、特に「自らの生涯に関する評価」や「社会生活」に関する点で違いが推察された。両者とも、「島しか知らない」「療養所の外を知らない」というように、自らの活動領域の狭さをあげて、自己や生涯を否定的に表現することが多い。しかし、離島高齢者は、そのように否定的に述べつつも、子どもを一人前に育て上げたこと、また漁業従事という職業をやりとげ、そして今なお現役であることを誇りにしている。他方、ハンセン病療養施設の高齢者は、子どもがいないが故に何かをこの世に残したいと考えている場合が多く、それが彼らの活発な文芸活動や自治会活動の原動力の1つとなっている。しかし、継続的な職業を持てなかったこと、さまざまな活動をしても結局は園内あるいはハンセン病者としての扱いであること、などから、たとえ文芸活動や自治会活動などで高い実績をあげた人々でさえも、高い自己評価を持ってはいないようである。以上より、生涯発達における生殖性(世代継承性)や社会的評価を受けることの意義がうかがわれる。

それでも、結婚をはじめ、自らの可能性に挑戦し、また生存した証をこの世に残そうとする試みも行われた。エリクソンの青年期以降の発達課題がいわば同時に押し寄せてきたようなものであった。その後、治癒可能となり、死の恐怖から解放され、改めて「如何に生きるか」が問題となった。しかし、入所者の多くは施設への定着を余儀なくされ、施設内で許されていた営みを高齢期になるまで続けざるを得なかった。そして、高齢期に入った1990年代、社会的な理解も徐々に拡大していくなか、ハンセン病元患者に対する国の政策を問題視する外部の人々が現れた。こうして外部社会との頻繁なかかわりを経験する入所者も現れ、社会認識や自己認識が変化する者も出てきた。入所者の生涯は概してラセン型であるといえよう。他方、過疎離島の高齢者は、生活空間に大きな変化がなく、あっても家庭内にとどまっており、この場合は成人期に形成された自己認識や社会認識が、身体状況との調整はされるものの、高齢期に至ってもほぼ維持されており、ラセン型というより漸成型である。しかし、日々日常生活が淡々と展開されており、必ずしも死を意識した人生の統合が行われているとはいえない。このように、生涯の経過が社会や生活空間の状況によって変わりうる可能性を本研究は示したと考えられる。
大型展開アンテナに関する研究

宇宙用大型展開アンテナとして、テンショントラス・アンテナの概念を提案した。アンテナ展開形式について、機構モデルによる展開実験を行い性能を確認した。この形状の鏡面を用いたときのアンテナ開口面上の位相分布を計算により求めた。また、展開アンテナの放射特性についての解析をすすめ、実験との比較検討を行なった。剛なトラスとの比較や、メンバの剛性、ゆるみなどに注目することによりテンショントラス・アンテナの鏡面形成について一つの考え方を示した。メッシュ反射鏡面の構成、一次放射器との組合せについての評価などの検討を行った。大型展開アンテナの電気特性(電波の放射特性)については、各種の展開形式により生じる差異についてケ-ススタディを行なった。放射特性の計算法を基本から見直し、従来のソリッドなアンテナの場合無視していたところの、電波の斜め反射による位相誤差が、大きな影響を持つことを解明した。この計算法によりパラメ-タを振った解析を行ない、反射鏡の折り畳み数とアンテナ利得・サイドロ-ブ等との関係を明らかにした。その結果、前記の計算法の正しさが証明され、周期的な位相誤差により高いグレ-テングロ-ブを生じることが示された。この不要放射がアンテナの使用法に与える影響について検討し、例えばスペ-スVLBIでは問題が無いことを示した。展開アンテナの重要要素であるメッシュ反射面についても、理論と実験から検討を開始した。アンテナ展開形式について、機構モデルによる展開実験を行ない性能を確認した。メッシュ反射鏡面の構成、一次放射器との組合せについての評価など次年度の課題とする。
自律的学校構築・自律的教師育成のための学校評価・教員評価の統合的運用方法の開発

【研究目的】社会の変化により学校・教師に自律性が求められている。時代的要請、地域社会からの要請に応答できる学校、その学校の担い手としての教師の資質能力の向上が求められ、その実現のために評価システムが導入された。しかしそれぞれの評価システムは成立過程も違い、また教師の意識も必ずしも統合されたものになっていない。ゆえに両システムの目的も十分に達成できているとはいいがたい。そこで本研究は、両システムの目的達成のための要因および統合的運用の要因の究明を目的とした。【研究方法】学校教育は不確実性を伴う営みであり、本研究の方法は、それに対応する組織、教師の資質能力の向上に資する評価システムについて、システム運用と目的達成のための媒介変数を想定し理論的検討と質問紙調査による実証を行った。学校評価システムに関しては佐古の「組織開発論」ピーターセンゲの「学習する組織」に主に依拠し教員評価システムはコルトハーヘンの「教師教育論」「学習理論」「評価方法」に主に依拠して検討した。実証的検討では質問紙調査に量的分析、質的分析を施した。特に教師の資質能力向上については他者支援も考慮した教師の資質能力向上モデルを想定し共分散構造分析により教員評価における教師の資質能力向上モデルを作成した。【研究成果】モデルの因子間の関係性より、資質能力の向上に優れた教師の特性を明らかにできた。また経験年数による資質能力向上に及ぼす因子関係、教師の資質能力向上と職場環境因子との関係について検討した。これらの結果(関係係数)より、両システムの統合的運用には共通理解・協働性の重要性を示した。これらを生かす研修についても検討した。
液体金属流動場の可視化計測と動力学的制御に関する高度化研究

液体ナトリウムの分光透過率に関する予備的な知見に基づき、液体ナトリウム中に真空紫外光を効率的に分散する追跡元素を添加して、誘導放射光の2次元輝度分布画像を観測することにより、液体ナトリウム内部における2次元の流れ場を高分解能で可視化する技術の開発を実施した。従来の誘導ラマン光源よりも極めて大きな放射スペクトル輝度が得られるアルゴンのエキシマ分子を電子ビームで励起する方式の光源を採用するとともに、トロイダル形状を持つ回折格子型2次元イメージング分光計測装置で追跡元素であるグラファイト粒子のスペクトル計測を行った。その結果、液体ナトリウムの高精度速度場計測実現に係わる展望を得ることが出来た。将来のエネルギー戦略上、高速炉の開発は必須の要件であり、冷却材として想定されている液体ナトリウムの熱流動に関する研究は、最重要項目であると認識されている。而るに大規模な数値計算による解析が現在の主流であり、信頼性の向上を図るには実験的な検証を組み合わせた所謂バイブリッド流動解析が必要不可欠である。本研究では、ナトリウム流動場計測に関わる要素技術の高度化を目指した以下3項目に亘る基礎研究を展開した。【1】励起(観測)波長の最適化研究(1):先行研究では波長157nmの真空紫外光源を用いて最大0.18m厚のナトリウム透過計測を実現した(消衰係数=4.1×10^<-8>)が、さらなる実証規模の拡大を目的として、レーザー誘起プラズマを光源としたイメージング分光計測を実施した。その結果、密度汎関数法を用いて実施した第一原理計算の予測どおり、さらに短波長(極紫外域)側である(110-120)nm近傍でナトリウムの透過率が約4倍になることが分かった。また、ここで得た実験結果を基に高速炉の内部監視装置を考案し、特許を出願した。【2】励起(観測)波長の最適化研究(2):誘導ラマン散乱によるF_2レーザー光(波長157nm)の非線形波長変換で極紫外域側の短波長光を生成するに際し、誘導ラマン散乱の利得係数が温度に反比例することを鑑みて、高圧セル内部に攪拌装置を設置した。その結果、ラマン媒質の温度上昇抑制に成功し、変換効率を約3割改善することができた。【3】追跡元素の最適化研究:粒子画像法によるナトリウム内部の速度場計測には、分光透過率のほか追跡元素の選定が重要な鍵を握る。本研究では、前述のレーザープラズマ分光法を用いて原子分子データ等を元に抽出した候補元素の誘導散乱スペクトルを観測した。その結果、炭素を用いると先行研究で想定したシリコンの7倍を超える分光強度が波長132nmで得られることが分かった。将来のエネルギー源として高速炉の開発は必須の要件であり、冷却材として想定されている液体ナトリウムの熱流動に関する研究は、最重要項目であると認識されている。而るに大規模な数値計算による解析が現在の主流であり、信頼性の向上を図るには実験的な検証を組み合わせた所謂ハイブリッド流動解析が必要不可欠である。本研究では、ナトリウム流動場の計測に関わる要素技術の高度化を目指した基礎研究として(1)多層膜型分光フィルターと2次元検出器を組み合わせた速度場画像計測を実施した。液体ナトリウムの厚みは20-25mmである。前年度の結果に基づき、追跡元素の誘導放出蛍光波長(132nm近辺)を鑑みて観測窓材料を短波長(極紫外)側における分光透過率が高いMgF_2に変更すると共に、大規模渦計算による試験条件の最適化を併せて事前に行った。しかしながら、米国で試作した分光フィルターの帯域が比較的広く透過率が40-45%であったことから信号強度が低い(観測面積が広い)場合には明瞭な画像を得られなかった。この結果を受け(2)トロイダル形状を持つ回折格子型2次元イメージング分光計測装置の開発に着手した。加えて(3)近年の温度成層化に関する活発な研究を鑑みた温度計測手法の検討と予備試験を実施した。その結果、レーザー励起超音波の伝搬時間に液体ナトリウムの明瞭な温度依存性を確認したが、黒体輻射を仮定したサイクロトロン波計測に関しては-85dBm以上の有意な信号を観測することが出来なかったので、増幅度の高い(ホーン型)アンテナを用いたヘテロダイン検波に切り替えた実験を行う。将来のエネルギー源として高速炉の開発は必須の要件であり,冷却材として想定されている液体ナトリウムの熱流動に関する研究は,最重要事項であると認識されている。而るに大規模な数値計算による解析が現在の主流であり,信頼性の向上を図るには実験的な検証を組み合わせた所謂ハイブリッド流動解析が必要不可欠である。

本研究では,ナトリウム中に真空紫外光を効率的に散乱する追跡元素を添加して,透過光の2次元輝度分布画像を高速CCDカメラで観測することにより,液体ナトリウム内部における流れ場を高精度で可視化することを目的としている。真空紫外域における液体ナトリウムの分光透過率に関しては,原子力機構の関西研究所に続き敦賀レーザー共同研究所でも追認できたので,プレス発表を実施するとともに,特許を申請した(特願2011-045494)。一方,速度場の計測に関しては,アルゴンのエキシマ分子を電子ビームで励起する方式の光源をエクサイテック社(ドイツ)から調達し,不純物含有量の少ない(分光透過率の高い)試料を用いた実験を行った。真空伝搬による計測では,ライマンアルファ線に近い波長126nmで3Jを越える従来放射スペクトル輝度を確認した。これは,フッ素分子エキシマ・レーザーを用いた誘導ラマン光源に比べて数千倍以上になる。追跡元素からの散乱光を用いたPIV(速度場計測)では,フーリエ解析に必要とされる高い時間分解能を実現(1-2mmの空間分解能を維持したまま数ミリ秒以下で2次元画像を観測)するには至らなかったが,10mm厚のナトリウムを対象としてトロイダル形状を持つ回折格子型2次元イメージング分光計測装置で追跡元素の誘導放出蛍光波長に注目した画像の取得に成功した。新規の光源を用いた実験は未だ初期的な段階にあり,追跡元素の種類選定と分散濃度の調整を実施することにより,速度場のさらなる評価精度向上が期待される。将来のエネルギー源として高速炉の開発は必須の要件であり、冷却材として想定されている液体ナトリウムの熱流動に関する研究は、最重要項目であると認識されている。而るに大規模な数値計算による解析が現在の主流であり、信頼性の向上を図るには実験的な検証を組み合わせた所謂ハイブリッド流動場解析が必要不可欠である。本研究では、ナトリウム中に真空紫外光を効率的に散乱する追跡元素を添加して、透過光の2次元輝度分布画像を高速CCDカメラで観測することにより、液体ナトリウム内部における流れ場を高精度で可視化することを目的としている。しかしながら、ナトリウムの分光透過率が、ナトリウムの純度に依存して大きく変動することが前年度に分かったので、不純物含有量の少ない試料を新規調達するとともに、波長157nmの励起フッ素分子レーザーの代替として分光用の標準光源を用いた実験を行った。その結果、ナトリウム中構造物の透過画像を取得するのに成功したが、流れ場のフーリエ解析に必要とされる高い分解能を実現(1-2mmの空間分解能を維持したまま数ミリ秒以下で2次元画像を観測)するには至らなかった。厚み20-25mmのナトリウムを対象としてトロイダル形状回折格子型2次元イメージング分光計測装置で追跡元素の誘導放出蛍光波長に注目した画像の取得を試みたが、光源強度が低い事に起因して数値計算結果と比較可能な速度場を再構築できなかった。25年度は、透過率の高い126nm近辺の波長域で強いスペクトル強度が期待できる放電励起光源を用いた実験を実施する計画である。また、流れ場の解析に温度分布の評価が不可欠であることを鑑み、サイクロトロン輻射波の計測を併行して実施した。固体ナトリウムでは増幅度の高いホーン型アンテナを用いてもー85dBm以上の有意な信号が得られなかったので、高温の液体ナトリウムを対象としたヘテロダイン検波を行う予定である。