hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
国際美術シーンにおけるポップアートの広がりと日本の展開に関する比較文化的研究

また図録論文にもその成果を盛り込む形で執筆することができた。2015年7月に刊行される本展の図録出版により、本研究の成果は大きなインパクトを持つと考えられる。美学・美術史今後も26年度と同じように、聞き取り調査とアーカイヴ調査を並行して行う。27年度はイギリスでも大規模なポップ・アートに関する国際展が開催されるため、イギリスへの調査旅行も予定している。また「International Pop」展の図録論文を発展させ、今後本研究をさらに推進していくためのステップとする。篠原有司男や田名網敬一、また関連画廊などの信頼と協力を得られたことで、調査が計画以上に進んでいる。Walker Art Center企画の「International Pop」展図録論文にも、その成果を盛り込む予定である。今後も今年度と同じように、アーカイヴでの調査と聞き取り調査を並行して行っていく。聞き取りについては、5月に横尾忠則に行う予定である。夏から秋にかけては「International Pop」展に寄稿する論文の執筆を行い、本研究をさらに発展させていくための基礎とする。予算は全て執行する計画だったが、業者の決済処理が遅れたため、次年度使用額が生じた。決済処理が遅れた分の金額を、次年度の使用額から使用する。
分子内配位結合を鍵骨格にもつ有機太陽電池のための色素材料の開発

本年度の研究では、独自に開発したBF2架橋ジピロリルエタンジオン骨格の効率的な合成法を見出した。また、ジチエニルベンゾチアジアゾールに対して2つのジメシチルボリル基を導入した化合物が分子内B-N配位結合の可逆的な形成に基づき、溶媒の温度や固体状態のパッキング力に依存してクロミック現象を示すことを見出した。(1)BF2架橋ジピロリルエタンジオン骨格の効率的な合成独自に開発したBF2架橋ジピロリルエタンジオン骨格は著しく高い電子受容性を示すため、さらなるπ拡張により様々な機能性材料への展開が可能になると考えられる。しかしながら、これまで、その効率的な合成法を確立できていなかった。そこで本年度は、本骨格の効率的な合成法を確立すべく、合成条件の探索を行った。探索の結果、ジピロリルエタンジオン誘導体を嵩高い2,6-ジ-tert-ブチルピリジンを塩基として用いてBF3・OEt2とTHF還流下で作用させると、目的物の収率は62-83%と著しく向上することがわかった。(2)分子内B-N配位結合の可逆的な形成に基づくクロミック材料の開発分子内B-N結合を形成しうる新たな骨格として、ベンゾチアジアゾール骨格に2つのジメシチルボリル基を導入した化合物1を設計・合成し、1が分子内B-N配位結合の可逆的な形成と開裂に基づくクロミック現象を示すことを見出した。光物性測定や、X線構造解析、理論計算の結果、1では嵩高いホウ素置換基と分子内B-N配位結合の形成により生じるひずみに由来して、溶媒や温度、固体中でのパッキング力などに依存して、分子内B-N配位結合が可逆的に形成・開裂することがわかった。1は、分子内B-N配位結合の形成・開裂によりπ電子骨格の電子構造が大きく変化することを反映して、これら外部刺激に応答してソルバトクロミズム、サーモクロミズム、メカノクロミズムを示すことを明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究において、分子内B-N配位結合を含む骨格を電子受容性骨格としてもつ一連のD-π-A型の色素材料を開発してきた。特に、ジケトピロロピロール(DPP)をπスペーサーにもつ色素HS1を用いた色素増感型太陽電池(DSSC)は有機太陽電池としては極めて高い短絡電流密度を示す一方で、開放電圧は一般的なDSSCで得られる開放電圧よりも低かった。これは、DPP骨格の高い平面性に起因して酸化チタン上で色素の物理吸着や色素同士の凝集が生じるためと考えられる。そこで、本年度は、HS1のDPP骨格の窒素上の置換基を嵩高い2,6-ジアルコキシルベンジル基に置換し立体的に被覆することで、酸化チタン上で色素の物理吸着や色素同士の凝集を抑制できると考え、色素HS2を設計・合成した。膜状態での光吸収スペクトル測定の結果、HS2では2,6-ジアルコキシルベンジル基によりDPP骨格を被覆することで色素同士の凝集が効果的に抑制できることがわかった。HS2を用いたDSSCを作製し、光電変換特性を測定したところ、開放電圧は0.53 Vを示し、同条件でHS1を用いた場合(0.50 V)から向上することがわかった。また、新規π共役骨格の創成を目的に、オキサリルピロリド誘導体を配位子として分子内で二つのO-B-N配位結合をもつ二核の二フッ化ホウ素錯体1を設計・合成した。合成した1の単結晶X線構造解析の結果、オキサリルピロリドのπ共役骨格は、ホウ素に配位子することにより、アザフルベン骨格二量体の構造特性を示すことを明らかにした。この構造特性を反映して、サイクリックボルタンメトリー(CV)測定では1は極めて高い電子受容性を示すことがわかった。H26年度の研究において、2つのBF2基で架橋したジピロリルエタンジオン骨格が著しく高い電子受容性を示すことを見出した。そして、H27年度は、本骨格を鍵電子受容性骨格に用いて近赤外吸収色素を開発した。近赤外色素の開発では、分子のHOMO-LUMOギャップを狭くする必要があるが、HOMOを上げすぎると空気酸化されてしまうため、空気に安定な近赤外色素の開発にはLUMOを下げることが必要となり、いかに電子受容性骨格を構築するかが重要となる。そこで、2つのBF2基で架橋したジピロリルエタンジオン骨格が著しく高い電子受容性をもつことを活かし、末端にトリアリールアミンを導入したD-A-D型色素を設計し、実際に合成した。カップリング反応を用いてピロールにトリアリールアミンを導入した後、これをピリジン存在下でオキサリルクロリドと反応させることで目的物の前駆体を得た。最後に、これをi-Pr2EtNとBF3・OEt2と作用させることで目的のD-A-D型色素を緑色固体として得ることができた。ジクロロメタン中でのサイクリックボルタンメトリーでは、第一酸化電位と第一還元電位はそれぞれ、EOx = +0.21 V, ERed = -0.78 V(vs. Fc/Fc+)に観測され、本色素が狭いHOMO-LUMOギャップをもつことが示唆された。紫外可視近赤外吸収スペクトル測定では、狭いHOMO-LUMOギャップ

これを反映して近赤外領域に大きな吸収帯(λabs = 922 nm, ε=116,000 M-1 cm-1)を示し、可視光領域にはほとんど吸収を示さないという興味深いスペクトルが観測された。また、量子収率は極めて低いものの近赤外発光特性(λem = 1200 nm, Φ= 0.0001)を示した。さらに、本色素は、中心骨格由来の低いLUMO準位を反映して、高い光安定性が確認された。H27年度は、分子内B-N配位結合をもつ有機太陽電池ための色素材料の開発に関して、H26年度に開発した2つのBF2基で架橋したジピロリルエタンジオン骨格を利用して、近赤外領域に吸収帯をもつ色素を開発した。また、本色素を開発する過程で、BF2基での架橋様式の異なる異性体や、本骨格は末端に導入する置換基の電子効果により光吸収帯を可視光から近赤外領域の幅広い範囲で制御可能であることを見出した。本年度の研究では、独自に開発したBF2架橋ジピロリルエタンジオン骨格の効率的な合成法を見出した。また、ジチエニルベンゾチアジアゾールに対して2つのジメシチルボリル基を導入した化合物が分子内B-N配位結合の可逆的な形成に基づき、溶媒の温度や固体状態のパッキング力に依存してクロミック現象を示すことを見出した。(1)BF2架橋ジピロリルエタンジオン骨格の効率的な合成独自に開発したBF2架橋ジピロリルエタンジオン骨格は著しく高い電子受容性を示すため、さらなるπ拡張により様々な機能性材料への展開が可能になると考えられる。しかしながら、これまで、その効率的な合成法を確立できていなかった。そこで本年度は、本骨格の効率的な合成法を確立すべく、合成条件の探索を行った。探索の結果、ジピロリルエタンジオン誘導体を嵩高い2,6-ジ-tert-ブチルピリジンを塩基として用いてBF3・OEt2とTHF還流下で作用させると、目的物の収率は62-83%と著しく向上することがわかった。(2)分子内B-N配位結合の可逆的な形成に基づくクロミック材料の開発分子内B-N結合を形成しうる新たな骨格として、ベンゾチアジアゾール骨格に2つのジメシチルボリル基を導入した化合物1を設計・合成し、1が分子内B-N配位結合の可逆的な形成と開裂に基づくクロミック現象を示すことを見出した。光物性測定や、X線構造解析、理論計算の結果、1では嵩高いホウ素置換基と分子内B-N配位結合の形成により生じるひずみに由来して、溶媒や温度、固体中でのパッキング力などに依存して、分子内B-N配位結合が可逆的に形成・開裂することがわかった。1は、分子内B-N配位結合の形成・開裂によりπ電子骨格の電子構造が大きく変化することを反映して、これら外部刺激に応答してソルバトクロミズム、サーモクロミズム、メカノクロミズムを示すことを明らかにした。本年度は、分子内B-N配位結合をもつ有機太陽電池ための色素材料の開発に関して、材料の電子構造と立体構造をさらに最適化した材料を開発した。DSSCにおいて、色素材料のπ骨格を嵩高い置換基で立体的に被覆することが、色素の酸化チタン上での凝集を抑制し、開放電圧を向上させることがわかった。この結果は今後の分子設計において有益な情報を提供した。また、新規π共役骨格として、高い電子受容性をもつ二核のホウ素錯体1の開発とその基礎特性評価にも成功し、新しいπ電子材料の開発につながる重要な知見を得ることができた。これを電子受容性の鍵骨格に用いて、様々な電子供与性骨格と組み合わせた一連の新規π電子系材料の開発を進め、これらの化合物を太陽電池材料へと展開することで、光電変換効率の高効率化が期待できる。H28年度は、可視光領域に吸収をもたない近赤外吸収色素の開発を目指す。
金属内包フラーレンと自己組織化単分子膜を用いた単一分子スイッチ素子の創製

本研究は、サブナノメータースケールで構造制御が可能なトンネル障壁として自己組織化単分子膜を導入し、金属内包フラーレンと隣接金属電極間の力学的・電気的な相互作用を制御し、金属内包フラーレンの双極子モーメントによる配向スイッチ現象を利用した単一分子スイッチ素子を創製することを目的とする。金属内包フラーレン分子配向スイッチ現象のより高温動作を達成するために、これまで使用してきたテルビウム内包フラーレンから、分子量が大きく、内包金属原子の位置が外殻フラーレンにより接近することでテルビウム内包フラーレンよりも大きい双極子モーメントを有すると予想されるルテチウム内包フラーレンの走査トンネル顕微鏡・トンネル分光測定を行った。鎖長の異なるアルカンチオール自己組織化単分子膜を中間層として、金属内包フラーレンと金属基板間に導入し、金属内包フラーレンに働く相互作用の制御を行い、鎖長の異なるヘキサンチオール、ヘプタンチオール、オクタンチオール上のルテチウム内包フラーレンの観察を行ったところ、65Kにおいてヘキサンチオール・ヘプタンチオール上のルテチウム内包フラーレンは、基板との相互作用により熱による分子の回転が抑制され、その結果ルテチウム内包フラーレンの内部構造が観察されることを見出した。さらにヘプタンチオール上の単一ルテチウム内包フラーレンにおいて、走査トンネル分光測定から、同一分子上におけるコンダクタンスの場所依存性を測定したところ、局所的なコンダクタンスの増加を観察し、内包金属原子の位置とコンダクタンス変化との相関について議論し、分子配向スイッチのメカニズムについて検討した。次に、固体基板上での分子配向スイッチ素子の創製に向け、電子線露光と無電解メッキ法によるナノギャップ電極作製を行い、41%の歩留まりで5nm以下のナノギャップ電極を安定して作製できる手法を構築した。さらに作製したナノギャップ電極とアルカンチオール保護金ナノ粒子を組み合わせることで80Kにおいて単一電子トランジスタ特性を実証した。本年度は、まず、これまで13Kの極低温だけで観察されていた分子配向スイッチ現象のより高温動作を達成するために、鎖長の異なるアルカンチオール自己組織化単分子膜を中間層として、金属内包フラーレンと金属基板間に導入し、金属内包フラーレンに働く相互作用の制御を行った。走査型トンネル顕微鏡を用いて、鎖長の異なるヘキサンチオール、オクタンチオール上のTb金属内包フラーレンの観察を行ったところ、68Kにおいてヘキサンチオール上のTb金属内包フラーレンは、基板との相互作用により熱による分子の回転が抑制され、その結果Tb金属内包フラーレンの内部構造が観察されることを見出した。さらにヘキサンチオール、オクタンチオール上のTb金属内包フラーレンに対して、68Kで走査トンネル分光測定を行い、トンネル電流-電圧特性からクーロンギャップの鎖長依存性を観察し、自己組織化単分子膜の鎖長制御による金属内包フラーレンのフェルミ準位変調の可能性について検討した。次に、固体基板上での分子配向スイッチ素子の創製に向け、電子線露光と無電解メッキ法によるナノギャップ電極作製を行った。シリコン/シリコン酸化膜基板上に電子線露光により30nm程度のギャップを有する金電極対を形成した後、自己触媒型金無電解メッキにより、金電極をメッキすることでギャップを狭め、5nm以下のナノギャップ電極を安定して作製できる手法を構築した。
ラットvivoモデルを用いた一酸化窒素合成補酵素ならびにスタチンが陰茎海綿体機能に与える影響の検討

高脂血症治療薬のstatinはphosphatidylinositol-3kinase (PI3K)/Akt系を介するNOの遊離が示されている。本研究では海綿体機能を特に血管内皮機能を中心とした検討を行い、インスリン抵抗性を示すZuckerラットに一酸化窒素合成補酵素である臭化ビオプテリン(BH4)ならびにstatinを投与してインスリン作用と内皮型NO合成酵素(eNOS)の活性化について解析した。【方法】A)BH4は通常の8、25週齢のWistarラットに経口6週間投与で検討を行った。B)スタチン投与モデルは1)16週齢Zucker対照ラット(C群)、同肥満ラット(Fa群)、ならびに生後12週から4週間、fluvastatin 5mg/kgを投与した肥満ラット(S群)の海綿体機能を電気刺激により検討した。2)海綿体を摘出し、eNOSやAMによるAktリン酸化をWestern blotにより解析した。【成績】A)BH4投与では8週齢においてはBH4非投与群と投与群間で勃起機能や海綿体NO合成能に変化を認めなかった。25週齢では勃起能の改善を認めた。またNO合成能に関して1.7倍の合成亢進を認め、高齢群で海綿体機能の改善が認められた。B)次にスタチンを投与したモデルでは、1)電気刺激による海綿体内圧はC群に比べFa群で減弱していたが、S群はC群と同程度であった。2)Western Blotでの検討で、eNOSはFa群に比べS群で1.6倍に増加し、AM10-7M 15分刺激時のAktリン酸化はFa群でC群より低下していたが、S群はFa群の約1.5倍に増加した。このAktリン酸化はLY前投与にて3群とも抑制された。BH4は高齢ラットモデルにおいてNO合成能を改善した。またstatinはZuckerラットにて内皮依存性血管拡張反応を改善した。【目的】インスリン抵抗性状態では内皮機能障害が存在するが、機序については不明な点が多い。高脂血症治療薬のstatinやアドレノメデュリン(AM)はphosphatidylinositol-3 kinase (PI3K)/Akt系を介するNOの遊離が示されている。本研究では海綿体機能を特に血管内皮機能を中心とした検討を行い、インスリン抵抗性を示すZuckerラットに一酸化窒素合成補酵素である臭化ビオプテリン(BH4)ならびにstatinを投与してインスリン作用と内皮型NO合成酵素(eNOS)の活性化の両者に関与するPI3K/Akt系について解析した。【方法】A)BH4は通常の8週齢ならびに25週齢のWistarラットに経口で6週間投与して検討を行った。B)次にスタチン投与モデルについては1)16週齢Zucker対照ラット(C群)、同肥満ラット(Fa群)、ならびに生後12週から4週間、fluvastatin 5mg/kgを投与した肥満ラット(S群)の海綿体機能を電気刺激により検討した。【成績】A)BH4投与モデルに関しては8週齢モデルにおいてはBH4非投与モデルと投与モデルにおいて勃起機能や海綿体の一酸化窒素合成能に大きな変化を認めなかったが、25週齢モデルでは、電気刺激による勃起機能の改善を認めた。また一酸化窒素合成酵素のNO合成能に関しても1.7倍の合成能亢進が認められた。

BH4の投与では高齢ラットで一酸化窒素合成能力が低下したモデルにおいて海綿体機能の改善が認められた。B)次にスタチン系薬剤を投与したモデルにおいては、1)収縮期血圧や血清総コレステロール濃度ではC群よりFa・S群で高かったが、両群間では有意差を認めなかった。電気刺激による海綿体内圧はC群に比べFa群で減弱していたが、S群はC群と同程度であった。2)Western Blotでの検討で、eNOSはFa群に比べS群で1.6倍に増加し、AM 10-7M 15分刺激時のAktリン酸化はFa群でC群より低下していたが、S群はFa群の約1.5倍に増加した。このAktリン酸化はLY前投与にて3群とも抑制された。【結論】一酸化窒素合成補酵素であるBH4は高齢や動脈硬化を来したラットモデルにおいてNO合成能を改善した。またstatinはZuckerラットにて内皮依存性血管拡張反応を改善した。またWesternの結果からもstatinはPI3K/Akt経路を介してeNOSを活性化し、内皮機能を改善させると考えられた。
接着性レジンの生体内での長期的な接着力と生体親和性の変化

接着性レジンセメントのスーパーボンドが、生体内部で長期的にどの様に変化していくかを明らかにすることを目的として、ウマ血清中、大気中の条件下で長期間保管し、理工学的性質と生物学的性質をin vitroで評価した。理工学的性質は、1年間、3ヶ月、1ヶ月、1日保存した試料を用いて微小引張強さ(micro tensile bond strength : MTBS)とビッカース硬さを測定した。その結果セメント質のMTBSは、大気中とウマ血清中に一年保存しても大きな低下は認められなかった。ビッカース硬さは大気中に保存した方が、ウマ血清に保存するより高い傾向にあった。また保存期間が長くなると硬さは低下する傾向が見られた。生物学的性質は、同様に作製、保管した試料上に骨細胞(MC3T3-E1)を播種し1日間培養して、生体親和性を比較検討した。その結果、大気中保存、また長期保存することにより生体親和性はわずかではあるが改善する傾向が見られた。次に実験動物を用いて根尖性歯周炎を作製し、根管が汚染したまま歯根端切除およびroot-end sealingを行って3ヶ月間経過観察を行い、根尖周囲組織の変化を病理組織学的に検討した。ほとんどの症例で病巣の縮小が観察されたが、スーパーボンド表面に炎症はなく骨が近接しており、生体親和性の高さは変化していないと考えられたが、レジン表面にセメント質や歯根膜の再生は観察されなかった。In vitroの実験と動物実験の結果を総合的に考えると、スーパーボンドと象牙質との接着力は長期的に低下する可能性があるが、セメント質との接着力は大きな変化を示さない可能性が高く、スーパーボンドでroot-end sealingを行なう場合には、セメント質を含めて塗布するのが良いと考えられる。また、スーパーボンド表面の生体親和性(付着細胞数)も1年間大きな変化を示さなかったことから、レジン自体の崩壊により生体親和性が低下する可能性はきわめて低いと思われた。しかし根尖部にセメント質、歯根膜の再生は観察されなかったことより、今後は臨床的観察を含めたさらに長期的な観察、接着性レジン上に歯周組織再生の可能性を検討することが重要と思われる。歯根端切除術や再植術の際に根尖切除面を接着性レジンで全面封鎖するroot-end sealantや、垂直破折した歯根を接着する治療法について検討を行い、きわめて高い有効性を報告してきた。いずれの治療法にも4-META/MMA-TBBレジンを使用しているが、これは空気や水があっても重合するという、他のレジンとは大きく異なる特徴を有しているためである。しかし、4-META/MMA-TBBレジンは吸水性があり、長期間経過すると接着力が低下したり、加水分解により生体親和性が低下する可能性があるが、生体内部で長期的にどの様に変化していくかは不明である。そこで以下に示す実験を行い、明らかにすることとした。1.理工学的性質4-META/MMA-TBBレジン試験片を作製し、37度大気中、生理的食塩水中、およびウマ血清中に1ヶ月、3ヶ月、6ヶ月および1年間保存した場合の試料の固さ、圧縮強度、象牙質との接着力を計測している。

1ヶ月試料に関しては、生理食塩水中と血清中に保存した場合の接着力は、生理食塩水中に保存した場合と同等かやや劣るという結果が得られている。実験動物には雄ビーグル犬を用い、被験歯は上下顎両側第1、2、3、4前臼歯して長期の封鎖性、生体親和性を検討している。2頭の雄ビーグル犬の根尖切除を行い、根管を汚染したまま4-META/MMA-TBBレジンで切除面を封鎖し、経時的にレントゲン写真、臨床所見を観察中である。今後は屠殺後病理組織切片を作製し、根尖周囲組織の変化を病理組織学的に検討する。歯根端切除術や再植術の際に根尖切除面を接着性レジンで全面封鎖するroot-end sealantや、垂直破折した歯根を接着する治療法について検討を行い、きわめて高い有効性を報告してきた。いずれの治療法にも4-META/MMA-TBBレジンを使用しているが、これは空気や水があっても重合するという、他のレジンとは大きく異なる特徴を有しているためである。しかし、4-META/MMA-TBBレジンは吸水性があり、長期間経過すると接着力が低下したり、加水分解により生体親和性が低下する可能性があるが、生体内部で長期的にどの様に変化していくかは不明である。そこで以下に示す実験を行い、明らかにすることとした。1.理工学的性質および生体親和性の変化4-META/MMA-TBBレジン試験片を作製し、37度大気中、生理的食塩水中、およびウマ血清中1,3,6ヶ月および1年間保存した場合の試料の固さ、象牙質との接着力を計測している。1、3、6ヶ月試料に関しては、生理食塩水中と血清中に保存した場合の接着力は、生理食塩水中に保存した場合と同等かやや劣るという結果が得られている。同様に作製した試料を1日、1週、1月37度大気中、ウマ血清中に保存後、試料上に培養歯根膜細胞を播種、培養し、細胞増殖性を検討した。大気中に保存した方が細胞増殖性が高いという結果が得られた。両群とも保存期間が長くなると細胞増殖性が増加した(2006年7月IADRで発表予定)。2頭の雄ビーグル犬の根尖切除を行い、根管を汚染したまま4-META/MMA-TBBレジンで切除面を封鎖し、1ヶ月後屠殺後病理組織切片を作製し、根尖周囲組織の変化を病理組織学的に検討した。光学顕微鏡の観察から4-META/MMA-TBBレジン周囲は、結合組織で被包されており、炎症性細胞浸潤は認めなかった。現在、さらに長期間の検討を行っている。歯根端切除術や再植術の際に根尖切除面を接着性レジンで全面封鎖するroot-end sealantや、垂直破折歯根の接着治療法に4-META/MMA-TBBレジンを使用している。これは空気や水があっても重合するという、他のレジンとは大きく異なる特徴を有しているためである。しかし、このレジンには吸水性があり、長期間経過すると接着力や生体親和性が低下する可能性がある。そこで生体内部でどの様に変化するかを明らかにするために実験を行った。1.理工学的性質及び生体親和性レジン試験片を作製し、37度大気中、生理的食塩水中、およびウマ血清中に1日、1週間、1ヶ月、3ヶ月、1年間保存した場合の接着力と試料の固さ、生体親和性を検討した。生食中での接着強さは初期には低下したが、3ヶ月目からは安定していた。
スラグ・メタル・ガス３相流動制御による精錬プロセスの高効率化

鉄鉱石とコークスを高炉に挿入し、反応させることによって作られた溶鉄の中には炭素、硫黄、リンなどの多くの不純物や介在物が含まれており、これらを除去しないと製品にはならない。除去操作を精錬というが、このとき不純部や介在物と反応する物質を溶鉄浴内へ投入して攪拌しなければならない。溶鉄浴の温度は非常に高いので攪拌にはガス吹き込み攪拌が一般的に用いられている。精錬効率を上げるのはスラグ・メタル・ガス3相流動現象を明らかにして制御する必要がある。本研究では浴内へ吹き込まれたガスがスラグ表面から大気中へ放出されるまでの一連の挙動を、高速度カメラを用いた可視化実験と数値シミュレーションで明らかにした。本研究は,鉄鋼業や非鉄金属工業分野でみられる反応容器内部で気泡を媒介として起こる反応プロセスの高効率化を飛躍的に促進し,低炭素な反応プロセスを実現する方策を,水モデルを基にして提案することを目的として行っている.昨年度は,(1)気泡が溶融金属(水でモデル化)とスラグ(シリコン油でモデル化)の界面を通過する際に起こる気泡と溶融金属-スラグ界面の変形挙動に関する数値シミュレーションと,(2)反応容器に吹き込まれるガス噴流によって生じる旋回運動による攪拌に関して検討を行った.(1)に関しては,研究者らのこれまでの可視化実験から,気泡が油水界面を通過する際,5つのステージに分類することができることが明らかとなっているが,本研究では,油水界面を通過する気泡がオイル層(下層液体)に引き上げる水柱(上層液体)の挙動について詳細に検討し,特に,その水柱が分裂するときの引っ張り速度はTaylor-Culick速度に一致することを数値的に明らかにしている.この水柱が分裂することによって生じる水滴群も精錬反応の促進に繋がると考えられる.(2)に関しては,吹錬における造滓材の投入初期のスラグ層の流動についての水モデル実験と,ノズル吹き込み出口を偏心させた場合の均一混合時間(攪拌強度の指標)について検討した.造滓材の投入初期は,スラグ層は固体粒子群であると見なすことができること考え,本実験ではスラグ層を撥水剤を塗布し,濡れ性を悪くしたスチロール粒子群でモデル化し,溶融金属を水でモデル化した.その結果,濡れ性が悪いとき,吹き込み噴流が形成するスポウトアイの面積が小さくなり,溶鋼の汚染が少なくなる可能性がある.また,吹き込みノズルの位置を中心から偏心した場合,安定して旋回運動をする領域(液深さと吹き込み噴流の流量の関係)は狭くなるものの,浴内の循環流が大きくなるために,攪拌効率は向上することを均一混合時間の測定より明らかにした.本年度は次の二つの課題に着目して研究を行った。目的と実績は下記のとおりである。(1)反応容器内へのガス吹き込みによって発生する旋回現象について、もっとも効率的な吹き込み方法を探る。[実績概要]効率的な攪拌の評価は均一混合時間、あるいは吹き込みガスから浴内の液体への熱伝達・物質移動によって評価される。今回は、主として熱伝達によってガスの吹き込み位置についての調査を行い。偏心攪拌による効果を確認した。また、旋回している浴内に密度が水よりも大きい多くの固体球を投入して、浴内での攪拌状況を観察した。この実験については水よりも密度の小さい場合についても検討を行い、目視観察によって最適攪拌状況を明らかにした。(2)高速度カメラを用いてスラグ・メタル海面を通過するアルゴンガス気泡の表面で生成される微小なメタル滴の生成を抑制する方策を水モデル実験に基づいて探る。[実績概要]この現象は非常に複雑であるので、さらに、過程を分割し、気泡が変形しないと仮定して固体球に見立てて、水中へ侵入する様子を高速度カメラを用いた実験と数値計算によって調べた。気体中に侵入した固体表面に存在するの液膜の動的挙動を実験によって観察し、破裂によって液滴が発生するかどうかを調べた。数値計算ではさらにメッシュを小さくしないと実験結果を再現できないことが分かった。なお、気泡を固体球で近似することは、気泡が小さくて、しかもその表面が不純物で汚染されている場合には、適用可能であるといわれている。本年度は鉄鋼精錬プロセスの基礎となる固体・気体・液体3相界面の動的挙動について実験と数値計算の両面から検討を加えた。すなわち、実験的検討では、まず溶銑などの溶融金属中へ侵入するCaOなどの脱硫剤の挙動に関するモデル実験として、溶融金属の代わりに水を用いた、いわゆる水モデル実験を、フルード数の相似則に基づいて行った。水をモデル液体として用いるのは、水の動粘度が溶銑の動粘度によく似ているためである。

脱硫剤の密度は溶銑の役半分であるので、脱硫剤のモデルとして水よりも密度の小さい固体球を用い、球表面の濡れ性を変化させるために撥水剤を塗布した。これによって接触角を約140度とした。落下高さを変化させて、複数の球が水面から水中に侵入するときの様相を高速度カメラで撮影し、球の背後に形成される気柱の長さや破断に要する時間、球の侵入深さなどに対する実験式を提案した。また、濡れ性によって球の背後に形成される気柱の挙動がおおきく変化することを明らかにした。ついで、表面力の影響が顕著に現れる微細な水平管路を用いて水ー空気系気液二相流の挙動の観察を行い、通常の管路との相違を明確にした。数値計算に際しては、市販のソフトのフルーエントを用いて、高さが非常に小さな扁平矩形流路内の水ー空気系二相流の計算を行い、上記実験結果と良好な一致の見られることを明らかにした。これによって、実機における固体・気体・液体3相界面の動的挙動を計算するための基礎資料を得た。本研究は,反応容器内部で気泡を媒介として起こる反応プロセスに関して,その高効率化を実験および数値シミュレーションを用いて模索することを目的として行っているものである.具体的には,(1)ノズルから吹き込まれる気泡の最適な離脱条件,(2)溶融金属内を上昇する気泡噴流による攪拌効果の促進,(3)溶融金属とスラグ界面を通過する気泡が生成する溶融金属滴とミクロな気泡群を制御することによる精錬反応の促進,(4)スラグ表面から放出されるスピッテイングの制御からなる.昨年度は,この研究(2),(3)に関して,実験および数値シミュレーションを用いて検討し,その成果を発表している.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は3年間の予定で実施している。鉄鋼プロセスの高効率化を図るには1600度Cにも達する溶融金属中の気体や固体の振る舞いを明らかにしなければならないが、実機を使ってこれを行うのはほとんど不可能である。モデル実験や数学的モデリングによって行わざるを得ない。本年度は、ちょうど中間の年度であるが、当初の予定通り、基礎的な混相流動現象については実験を行い、また、その数値計算による予測も順調に進んでいる。上述の通り,昨年度は当初計画の研究対象に対して,実験および数値シミュレーションにより検討しており,おおむね順調に進展していると考えている.今年度もこのペースで進めていく所存である.25年度が最終年度であるため、記入しない。前年度までの方針に従いつつ、より複雑な固体・気体・液体3相界面の動的挙動について実験と数値計算の両面から検討を加える。この結果に基づいて、実機プロセスの高効率化を図るにはどのようにすればよいのかの提言を行う。
メタゲノミック診断用データベースの構築と高速解析技術の開発

臨床検体からの網羅的な病原体探索法として、次世代シークエンサーを用いたメタゲノム解析法が利用されている。本手法は臨床検体から抽出した核酸のシークエンサーによる網羅的解読、解読した配列のGenBank塩基配列データベースに対する相同性検索(BLAST検索)、および系統分類解析から成る。しかし、シーケンサーから得られる配列数は莫大な数であり、相同性検索は大型並列計算機を用いても時間を要することが問題である。そのため本研究では、ヒトおよび病原体と成りうる微生物(ウイルス、細菌、真菌、原虫)で構成される病原体探索用データベースの構築とともに相同性検索法の改良を行い、より迅速な病原体同定法を確立した。近年、感染症が疑われる臨床検体からの網羅的病原体探索法として、次世代シークエンサーを用いたメタゲノム解析法が試みられている。本手法は、臨床検体中の核酸の網羅的解読と解読した配列の全核酸配列データベースに対する相同性検索から成る。しかし、シーケンサーから得られる配列数は莫大な数であり、相同性検索は大型並列計算機を用いても、数週間も要する。そのため本研究では、病原体探索用データベースの構築と相同性検索法の改良を行い、より迅速な病原体同定法の確立を目指した。本年度は先ず、病原体探索用データベースの構築を行った。ヒトの臨床検体中に存在しないマウスなどの生物種をデータベースから排除し、病原体と成りうる細菌、ウイルス、真菌、原虫およびヒトの情報のみを選別した。また"Uncultured bacterium"などの名前で登録されている曖昧な系統分類情報しか持たない配列も削除した。次いで、高速な系統分類解析法の開発にも取り組んだ。BLAST検索の結果からは相同配列の固有コード、遺伝子名や一致度などの情報は得られるが、どのような病原体がどの程度見つかったかを直ちに知ることはできない。現在は、固有コードを系統分類データベースと照らし合わせる作業が必要であるが煩雑な作業であるというだけでなく、時間もかかる。そこで、遺伝子名を系統分類情報(界・門・網・目・科・属・種)に変更した。これらをまとめて最終的なデータベースとして構築した。その結果、核酸配列データベースのサイズは、全データベースの4分の1のサイズに、アミノ酸配列データベースのサイズは、3分の2のサイズに減少した。また、BLAST検索後にたった1つのコマンドで系統分類解析を行えるようになった。昨年度は病原体探索用データベースの構築と高速な系統分類解析法の開発に取り組んだ。そして、核酸配列データベースのサイズは、全データベースの4分の1のサイズに、アミノ酸配列データベースのサイズは、3分の2のサイズに減少した。また、BLAST検索後にたった1つのコマンドで系統分類解析を行えるようにした。今年度は、臨床検体の大部分を占める宿主由来核酸の高速判別法を検討するとともに、これらの結果を基にデータ解析を高速かつ容易に実行できるパイプラインを作成した。具体的には、まず全データをヒトゲノムに対してマッピングし、マッピングされなかった配列のみ、つまりヒト由来ではない核酸のみを病原体探索用データベースに対して相同性検索する。その際も、まずは病原体探索用データベースに対してマッピングを行い、それでもマッピング出来なかった配列についてのみBLAST検索を行う方法とした。さらに、成果をWebページにて公開した。本年度は、病原体探索用データベースの構築と高速な系統分類解析法の開発を目指した。得られた病原体探索用のデータベースは、核酸配列データベース登録数が当初の4分の1に、アミノ酸配列データベース登録数が、3分の2に減少した。本データベースの作成により、核酸配列を対象とした相同性検索では従来の4倍早く計算ができるようになった。これまで2週間要した計算であれば、34日で済むようになり、より現実的な時間内で解析できるようになった。また、従来はBLAST検索後の系統分類解析は、時間を要するというだけでなく、ある程度のプログラミング処理が必要であり、敷居が高い作業であったが、今回構築したデータベースを使用することで、たった1つのコマンドで系統分類解析が完了するようになった。また、従来1時間を要したデータ量の系統分類解析は1分以内に終わらせることが出来た。さらに、データベースを常に最新の状態に保てるように、これらの作業を自動で行えるパイプラインの構築を行った。以上より、研究課題に対して本年度は、概ね順調に研究計画が進んだ。

生命情報科学今後の研究の推進方策としては、種々の卓上型シークエンサーによるメタゲノミック診断法を実行し、データの質、病原体検出効率や解析法の比較検討行う。現在、主に使用しているMiSeqは卓上型モデルの中では最も多いデータ量を算出できるが、シークエンシングに約1日要する。他に、LifeTechnologies社IonPGMやRoche社GS Jrを使用できる環境にあるが、MiSeqより解析時間は短いがデータ量は少ないなど、三者三様の性質があり、臨床検体から病原体同定を行う上でどの機種が適しているかは不明である。これまでにMiSeqを使用してきたため、今後の研究では主に他の2機種を用いる予定である。また、臨床検体の大部分を占める宿主由来核酸の高速判別法を開発し、これらの結果を基にデータ解析を高速かつ容易に実行できるパイプラインを作成する。糞便を除く臨床検体は、大部分を宿主(ヒト)由来核酸が占める。本研究では、メタゲノムデータ中のヒト由来核酸を高速で判別するため、まず全データをヒトゲノムに対してマッピングし、マッピングされなかった配列のみ、つまりヒト由来ではない核酸のみを病原体探索用データベースに対して相同性検索する。マッピング法は、非常に相同性が高い配列に限られるがBLAST検索の100倍以上早く、ヒト由来核酸か否かの判定が可能である。Bowtie2やBWAなどのソフトウェアが多数公開されており、各シークエンサーから得られたデータに対してソフトウェアの検討を行い、高速にヒト由来核酸を判別する方法を決定する。さらに、臨床応用の早期実現を目指し、病原体探索用データベースや解析パイプラインを専用のWebページにて公開するように取り組む予定である。
開いた量子ドット系における共鳴トンネリングの数値的研究

量子ドット系は内部の電荷状態を動的に制御することが可能であり、量子コンピュータの基本要素である量子ビットの候補として実用化が期待されている。その際、集積度が向上するにつれて電子間相互作用が無視できなくなる。とくに量子ドットの電荷状態の共鳴点では相互作用が強いときに量子相転移が起き、量子ドット系の伝導特性に重大な影響を及ぼすことが期待される。我々は量子ドット系にGHz帯の交流電場をかけたときに観測される電荷緩和抵抗に注目し、理論的な解析を行った。量子ドット系の動的応答において電荷緩和抵抗が注目される理由は、この量がドットとリードの結合に依らず1チャンネル当りh/2e^2に量子化されるためである。このようなユニバーサルな振る舞いは、初め平均場理論により予言され、近年実験的にも確認された。しかしながら共鳴点では電荷の揺らぎが大きいため、一般に平均場的な描像が破れる。我々は量子ドット系をボソン化法で定式化することにより、平均場理論を超えて、相互作用を厳密に考慮した際の電荷緩和抵抗を計算した。その結果、斥力相互作用が強い領域では、ドット-リード間の結合を弱めていくとあるところでKosterlitz-Thouless転移が起き、電荷緩和抵抗がユニバーサルな量子化値からずれることがわかった。この現象の実験的検証は次のいずれかで可能である。(1)斥力相互作用の強い量子細線やカーボンナノチューブ中に形成した一次元的な量子ドット(2)量子ドット系に強磁場をかけて作った充填率が1/2未満のラフリン状態(3)ドットのゲート電極に伝送線路をつないで量子ノイズを与えた場合。我々の結果は、電子間相互作用や量子ノイズのような多体効果によって、平均場の描像で期待される電荷緩和抵抗の量子化が壊されることを意味している。
ブタ精巣で発現するリラキシン様蛋白の造精細胞への結合とアポトーシス抑制作用の解明

本研究では、信頼できるブタリラキシン(RXN)様蛋白を測定する免疫測定法の開発に成功し、血中リラキシン様蛋白が性成熟に伴い漸次増加することを明らかにした。加えて、ライディッヒ細胞から分泌されたRXN様蛋白は高濃度で精細管内に輸送されることを示した。次に、リラキシン様蛋白は減数分裂期や減分裂後の生殖細胞で発現する85 kDaの受容体LGR8/RXFP2に高い親和性で結合し、活性化することを究明した。さらに、RXN様蛋白の不活性化は造精細胞のアポトーシスを増加させ、精子産生を低下させることを究明し、RXN様蛋白は精子形成を維持ために造精細胞のアポトーシス抑制因子として機能していることを示唆した。25年度は計画通り研究を遂行し、以下の知見を得た。1.カイコを用いた組換え体リラキシン(RXN)様蛋白の作製:RXN様蛋白の全塩基長cDNAをBmNPVシャトルベクターに組み込んで発現系を構築した後、バクミド化してカイコに注射しRXN様蛋白の発現を試みた。その結果、本組換え体蛋白質はカイコの脂肪体内で発現が見出された。申請者らの方法(Biochem. J. 2012)により各種クロマトを組み合わせて単離したところ、分子量12 kDaのジスルフィド結合を保持したA-B-C鎖ヘテロトリマー構造からなる完全長フォームで発現していることを認めた。さらに、受容体LGR8遺伝子を導入したHEK293細胞よる生物活性の評価から、cAMP産生能を刺激することが判明し、生物活性を有する組換え体であることが明らかとなった。しかし、発現量が低いことから、更なる改良が必要であった。2.造精機能を低下させた雄へのRXN様蛋白投与による造精細胞のアポトーシス抑制作用の誘起:Cisplatin投与を施して造精細胞にアポトーシスを誘発させ、造精機能を低下させた雄ラットに、皮下に埋めた浸透圧ミニポンプからRXN様蛋白を2週間に渡り連続注入し、アポトーシス抑制作用を検討した。その結果、RXN投与群では、コントロール群に比べて精巣のカスパーゼ3の遺伝子発現が有意に抑制され、さらに、TUNEL法による解析からもアポトーシス陽性を示す造精細胞の割合が有意に低下していることを見出し、本ホルモンがアポトーシスを抑制して造精機能を改善し得ることを明白にした。24年度は計画通り研究を遂行し、以下の知見を得た。1.ブタ精巣内の造精細胞における受容体分子LGR8の遺伝子・タンパク質の同定:ブタ精巣は、静岡県中小家畜研究センターのデュロック種より経時的に採取した。LGR8の特異抗体(申請者らにより既に作製済み)を用いてLGR8タンパク質の発現動態をWestern blotで調べた結果、その発現は性成熟に伴い上昇することがわかった。次に、免疫組織化学法により、LGR8タンパク質は造精細胞でのみ見出され、その発現は精祖細胞、精母細胞、円形精子細胞、伸長精子細胞と精子形成が進行していく順に増大することが明らかとなった。さらに、レーザーマイクロダイゼクション装置で造精細胞を切り取り、遺伝子発現をRT-PCRで調べた結果、同細胞群でLGR8 mRNAの発現を認めた。以上の知見より、ブタ精巣内の造精細胞でRXN様蛋白の受容体分子LGR8の遺伝子・タンパク質の発現が明らかとなった。2.造精細胞で発現する受容体LGR8へのRXN様蛋白の結合とその分子間相互作用解析:26年度は、計画通り「能動免疫ブタを用いたRXN様蛋白のアポトーシス制御作用の解析」を遂行し、以下の知見を得た。本研究では、雄ブタにおいて内因性RXN様蛋白の不活性化を図るために、RXN様蛋白のB鎖ペプチド34残基を抗原としてブタで能動免疫処理を行った。抗原ペプチドには、ブタと約85%の相同性を示すヤギRXN様蛋白を用い(Biol. Chem. 2013)、ペプチド合成後にN末端に卵白アルブミン(OVA)を付加した。対照区はOVAを用いた。能動免疫処理は、生後7週齢(未成熟)より開始し、性成熟期(28週目)まで行った。不活性化の指標となるRXN様蛋白の抗体価を調べた結果、免疫区では14週齢より抗体価が上昇し、18週齢で最大値となり、以降、恒常値を維持していたことから、能動免疫により内因性RXN様蛋白が不活性化されることが明白となった。次に、RXN様蛋白、LH、FSHおよびテストステロンの血中ホルモン動態を調べたところ、免疫区と対照区の間で相違のないことが分かった。

しかし、精巣には甚大な影響が現れ、精巣重量は免疫区では対照区の約15%減少し、精子形成の場である精細管にダメージが認められた。とくに、精細管内の造精細胞の消失や、部分的な破壊が著しかった。TUNEL法によるアポトーシスの検出では、アポトーシスが造精細胞で見出され、その頻度は対照区に比べて4倍高いことが判明した。加えて、精液性状を調べたところ、免疫区では、正常精子の割合が対照区に比べて低く、逆に死滅精子や未成熟精子の割合が高いことが明らかとなった。以上、RXN様蛋白はブタ造精細胞においてアポトーシス抑制作用を発揮し、造精細胞の生存因子として精子形成の維持に関与することが示唆された。動物生殖生理学25年度に計画した1)カイコを用いた組換え体リラキシン(RXN)様蛋白の作製と2)造精機能を低下させた雄へのRXN様蛋白投与による造精細胞のアポトーシス抑制作用の誘起については、すべて目標を達成できた。従って、「研究目標の達成度」は適切である判断できる。24年度に計画した1)ブタ精巣内の造精細胞における受容体分子LGR8の遺伝子・タンパク質の同定と2)造精細胞で発現する受容体LGR8へのRXN様蛋白の結合とその分子間相互作用解析については、すべて目標を達成できた。従って、「研究目標の達成度」は適切であると判断できる。26年度は計画通りに、能動免疫および受動免疫ブタを用いたRXN様蛋白のアポトーシス制御機構の解析について検討を行い、RXN様蛋白が造精機能の維持を司る鍵分子の一つであるとの位置付けを明白にする予定である。25年度は計画通りに組換え体RXN様蛋白の作製とそれを用いた造精細胞のアポトーシス抑制作用について検討を行う予定である。なお、組換え体の作製に時間が掛かることも想定されるため、長鎖ペプチドを用いた検討も予定している。25年度の業績の一部をJournal of Endocrinology(英国)へ投稿し、3月号に掲載が決まり、別刷り代に充てるためにとっていた。しかし、3月末まで待ったが、結局、別刷りも請求書も届かなかった。そのため49,882円が残となってしまった。前年度の繰越額49,882円は、今年度の消耗品代に充てる。25年度には研究費として請求額(直接経費)140万円を計上している。その内訳は、物品費90万円、旅費10万円、研究補助への謝金10万円、その他として論文校閲・掲載料30万円である。なお、前年度より繰り越した81円を併せて使用する。
放射性物質を含む下水焼却灰の埋設処分における放射性物質拡散防止のための実験的検討

福島第一原子力発電所の事故に伴って環境中へ放出した放射性物質を含む下水焼却灰は最終処分場へ埋設されるが、処分場から環境中への放射性物質の拡散が懸念される。本研究の目的は、埋設処分した下水焼却灰から浸出水とともに放射性物質が環境中へ漏れだすことを防止することである。事故により拡散した放射性核種を持つCsとSrを対象元素とし、1)下水焼却灰からのCs、Srの溶出特性の解明、2)溶出した放射性物質を吸着・保持するバリア材として長石、イライト、ゼオライトを用い、それら鉱物へのCs、Srの収着・保持特性についての検討、の2点について主に研究を行った。福島第一原子力発電所の事故に伴って環境中へ放出した放射性物質の一部は下水焼却灰に濃縮している。これら廃棄物が埋め立てられた処分場から環境への放射性物質拡散が懸念される。本研究の目的は、下水焼却灰からの放射性物質の溶出特性の把握に加え、溶出した放射性物質を吸着・保持するのに効果的な鉱物資材を選定し、環境への放射性物質の拡散防止手法を確立することである。対象元素はCsとSrとした。まず、下水焼却灰からのCs、Srの溶出実験を行った。中性からアルカリ性では、CsはpHとともに溶出率は増加し、SrはpHの上昇に伴い溶出率が減少した。また、溶出率は浸出液の元素組成にも影響を受けることが示された。次に、4種の鉱物資材(ゼオライト、イライト(二種類)、長石)を用い、Cs、Srの収着実験を行った。ゼオライト、イライトは液相中のCs、Srをほぼ100%収着したが、長石は最大80%程度だった。次にpH 6-11の範囲でpHの影響を確認した。Csの場合、どの鉱物においてもpHの上昇とともに収着率は減少し、ゼオライトとイライトはpH 11で収着率80%程度であるのに対し、長石は30%まで減少した。Srでは、pHの上昇とともにどの鉱物もSr収着率は増加した。さらに、液相に浸出水を用いて収着実験を行った場合、どの鉱物へもSrの収着が確認できなかった。これは、浸出水中に多く含まれるCa等との競合によると考えられる。さらに、Csを収着させた各鉱物について、浸出液を接触混合させ、浸出水へ脱離する量を求めた。ゼオライトでは浸出水へのCsの脱離は見られず、イライトは収着した分の3-6割が脱離した。長石では脱離は見られないものの、収着量自体が他の鉱物と比較して少ない。したがって、最終処分場の隔離層として、Csの収着・保持能において、4種の鉱物資材ではゼオライトが適していることが示された。今後はSrの収着・保持に有効な資材の検討や、Csに対する他の鉱物の検討、保持能の評価方法の確立を目指す必要がある。福島第一原子力発電所の事故に伴って環境中へ放出した放射性物質は、下水汚泥さらに下水焼却灰に高濃度で濃縮している。放射性物質を含む焼却灰は後に最終処分場へ埋設されるが、処分場から環境中への放射性物質の拡散が懸念されている。本研究の目的は、下水焼却灰からの放射性物質の溶出特性を把握するとともに、埋設処分した後に溶出した放射性物質を吸着・保持するバリア材として効果的な鉱物資材を選定し、環境への放射性物質の拡散を防止する手法を確立することである。本年度は、下水焼却灰からのセシウムやストロンチウムの溶出特性を把握し、最終処分場に埋設された焼却灰から浸出水への溶出量を推定することを目的とし2つの実験を実施した。まず、焼却灰および処分場浸出液の元素分析を行った。下水焼却灰は岩手県盛岡市の浄化センターから定期的に採取し、CsやSr、主要元素類について分析を行った。また、最終処分場の浸出液は、春、夏、冬の3回試料採取を行い、pHや溶存有機物量、懸濁物質量等の液性に関する項目とともに、CsやSrその他主要元素濃度を測定し、浸出液に関する基礎的なデータを得た。次に、下水焼却灰からの対象元素の溶出量を把握するため、バッチ法による溶出実験を行った。最終処分場からの浸出液はアルカリ性であるため、超純水にNaOH、KOH、またはCa(OH)2を加えpHを数段階変化させた液に焼却灰を接触させることにより、焼却灰からCs、Srの溶出率を測定した。その結果、CsはpHとともに溶出率は増加するが、SrはpHの上昇に伴い溶出率が減少した。

また、Srの場合、溶出液にNaOH、KOH、またはCa(OH)2のどの液を用いても溶出率は変化しなかったが、Csの場合、溶出液にKOHを用いた場合、NaOHを用いた場合よりも溶出率は約4倍高かった。したがって、溶出率は浸出液中に含まれる元素組成にも影響を受けることが示唆された。本研究の目的は、下水焼却灰からの放射性物質の溶出特性を把握するとともに、埋設処分した後に焼却灰から溶出した放射性物質を吸着・保持するバリア材として効果的な鉱物資材を選定し、環境への放射性物質の拡散を防止する手法を確立することである。本年度で行う予定であった、「焼却灰および処分場浸出液の元素分析」および「焼却灰の溶出試験(バッチ法)」について成果を出しており、次年度に行う「隔離層に利用する鉱物資材の吸着・脱離実験(バッチ法)」、「小型の模擬処分場を用いた浸出液への対象元素溶出実験」についての準備が進められている。したがって、研究の目的に対して順調に進行しているといえる。今後は、これまで得た実験結果をもとに、以下の二点について実験を行う予定である。まず、数種類の鉱物資材についてCsおよびSrの吸着能および保持能力を実験により明らかにし、隔離層に用いる資材としての有用性を検討する。実験に用いる資材はベントナイト、イライト、ゼオライト、カオリナイト等安価で大量に利用できるものとする。超純水に対象元素を溶解した試験液と鉱物資材をフラスコ内で混合し、吸着平衡時の液相中の対象元素濃度を測定することで資材への吸着量を把握する(吸着実験)。さらに、対象元素を吸着した固相試料と水を混合し、液相部分の元素濃度を測定することで、一度吸着した元素の脱離量を把握し、各資材において対象元素の保持可能量を測定する(脱離実験)。次に、焼却灰を埋設した小型の模擬処分場を作成し、降雨により処分場下部より排出される浸出水をフラクションコレクターを用いて一定時間ごとに採取し、浸出液中の対象元素濃度をICP-OESおよびICP-MSにより測定する。模擬処分場の隔離層には、先に行った実験により有用であると考えられた資材を用いる。最後に、これまでの実験成果をとりまとめ、放射性CsおよびSrを含む焼却灰が処分場へ埋設された際、環境への放射性物質拡散の防止に役立てるため、焼却灰から浸出水へ溶出する放射性物質濃度の推定および隔離層による放射性物質の溶出防護機能の評価を行う。該当なし