hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複層鋼板の多軸応力場における塑性変形挙動の解明と材料モデル構築

本研究では,強い異方性を示す薄板材を用いた成形シミュレーションの精度向上および破壊予測精度向上を目的とした材料モデル構築を行い,複層鋼板およびアルミニウム合金板を用いた検証を行った.本モデルは異方性表現能力の向上を達成するために,降伏応力異方性と変形異方性を独立評価できる非関連流れ則に基づいた定式化が行われた.SUS304とSUS420J2からなる複層鋼板とアルミニウム合金板A6016-T6を用意し,破壊予測シミュレーションと材料パラメータを決定するための実験を行った.これらの解析と実験の結果,従来モデルでは不可能な力学特性の分析が可能となり,提案モデルの有用性が明らかとなった.本研究は複層鋼板の材料モデル構築に関する研究であり,その主な目的として成形限界予測精度の向上が挙げられる.目的達成のためには材料モデルすなわち塑性構成式と,解析時に使用する材料データ取得法の改善が必要と考え,平成26年度はこれらに関する研究を行った.複層鋼板のように圧延で作製される鋼板は一般に強い異方性を示すため,異方性塑性構成式が必要となる.提案する塑性構成式は非関連流れ則に基づいており,多様な材料特性や変形様式に対応できるものである.以前の研究で降伏関数の高次化には成功していたが,より複雑な変形場に対応するために塑性ポテンシャル関数の高次化に取り組み成功した.板材であっても大ひずみ域で破断が生じる場合があるため,高精度な大ひずみ域加工硬化曲線を推定する手法について研究を行い,基本システムを完成させた.新たな圧縮試験法と有限要素解析に最適化手法を組み合わせ,大ひずみ域まで高精度に加工硬化曲線を推定できるようにした.複層鋼板では板厚方向にも幾何学的な不均質性があるため,従来の平面応力状態に基づく予測手法では精度向上の達成が困難であるため,3次元局所分岐理論の適用が不可欠であると考えた.3次元局所分岐理論による成形限界予測において提案手法で取得した材料データを用いたところ,破断予測精度が向上することが実験的に確認された.複層鋼板では圧縮試験片を作製することが困難であるために,本手法をそのまま適用することは難しいが,材料データと成形限界予測に関する重要な知見が得られた.以上のように,平成26年度は基礎理論と材料データ取得法の面で大きな進展が見られた.本研究の目的は複層鋼板等の異方性を示す薄板材の多軸変形場での変形挙動をより正確に表現することを狙った材料モデルの構築である.前年度は異方性塑性構成式の構築などを行い,目的とする成果が得られた.本年度は提案モデルによる破壊予測への適用と実験による評価に取り組んだ.複層鋼板のように圧延で作製される板材は一般に強い異方性を示すため,異方性塑性構成式が必要となる.申請者が提案する塑性構成式は非関連流れ則に基づいており,多様な材料特性や変形様式に対応できるものである.前年度までに,提案モデルにおける降伏関数および塑性ポテンシャル関数の高次化に取り組み成功している.本年度は提案モデルを用いた破壊予測シミュレーションを実施し,関数の次数等のパラメータの影響について検討を行った.また,提案モデルの検証を行うために,2種類のステンレス鋼による複層鋼板1種とアルミニウム合金板1種における多軸変形試験を実施した.試験内容は面内の2方向引張り試験(圧延・圧延直角)と多軸(等二軸,平面ひずみ)試験である.それぞれにおいて応力-ひずみ曲線とr値を取得した.まず提案モデルの検証および比較対象としてアルミニウム合金板での評価を行い,次に複層鋼板での評価を行った.いずれの場合においても降伏曲面と塑性ポテンシャル曲面は異なる形状となり,応力異方性と変形異方性の分離評価が必要であることが裏付けられた.また,複層鋼板においてはその2種類の構成材それぞれの降伏曲面・塑性ポテンシャル曲面の中間的な曲面形状をとることが示唆された.次に,単層のアルミニウム合金板は典型的な延性破壊形態を示したのに対し,複層鋼板は延性破壊と脆性破壊が混在・複合した破壊形態を示すことが観察された.全体として,材料モデルの基礎的検討は順調に推移し,複層鋼板等における実験的検証まで計画通りに実施され,変形挙動の解明も進んだ.本研究では,強い異方性を示す薄板材を用いた成形シミュレーションの精度向上および破壊予測精度向上を目的とした材料モデル構築を行い,複層鋼板およびアルミニウム合金板を用いた検証を行った.本モデルは異方性表現能力の向上を達成するために,降伏応力異方性と変形異方性を独立評価できる非関連流れ則に基づいた定式化が行われた.SUS304とSUS420J2からなる複層鋼板とアルミニウム合金板A6016-T6を用意し,破壊予測シミュレーションと材料パラメータを決定するための実験を行った.これらの解析と実験の結果,従来モデルでは不可能な力学特性の分析が可能となり,提案モデルの有用性が明らかとなった.当初の予定では初年度に基本的な実験を実施する計画であったが,予算額の変更および理論研究面での困難さが明らかとなったことから,理論面における基礎研究を先行させた.

実験に関しては予定した実験をすべて実施するのではなく,予算内で重要な実験のみを行うことで当初計画した目的の達成を目指す.平成26年度終盤から実験計画を行ったが年度内には時間的予算的に計画通りの実施が困難であったため,平成27年度前半にすべての実験を実施することとした.以上のように,実験面では計画遂行がやや遅れているものの,理論および材料データ取得法の面で当初の計画以上の進展が見られたため,全体としてはおおむね順調である.塑性力学平成27年度は主に実験面で研究を進展させる.複層鋼板とその構成材のの引張り試験片を用意し,引張り試験によって応力ひずみ曲線を取得する.その際には破断時のひずみと荷重値を記録しておく.更に,変形を受けた試験片の断面観察を行って内部組織の様子を把握する.材料データからはn値とITO-GOYA構成式におけるKc値を取得して3次元局所分岐理論での成形限界予測計算を行えるようにする.有限要素解析によって申請者が提案する材料モデルを適用した成形限界予測を実施する.複層鋼板板材に対して成形限界試験を行い,r値と各応力比における成形限界ひずみを取得する.実験データとシミュレーション結果と比較することで提案手法の有用性についての検討を行う.予算額の変更および研究項目の優先度変更により,年度内には十分な実験遂行が困難と判断した.無理に使用せずに次年度に残すことによって,予算をより有効に活用するために次年度使用額が生じた.平成27年度予算と合わせて,計画した実験の実施およびその他の研究遂行に必要な物品等に活用する.具体的には試験片材料費,荷重計等の装置購入費,実験外注費などへの使用を計画している.
くりこみ群による相対論的非平衡系のホログラフィーの解明と量子重力理論の構築の研究

重力の熱的性質とホログラフィー的性質は量子重力の基本的力学変数を同定する際の手がかりと考えられるが、その両方を説明するため、重力のダイナミクスを相対論的な非平衡緩和過程と捉え、非平衡統計熱力学を様々な角度から調べた。とくに、「形の熱力学」を一般座標不変に構築することと、曲がった時空上の場の量子論の理論の進展に成功した。また、膜のダイナミクスから量子重力理論を定義する試みとして、膜のランダム世界体積を生成する新しい型の行列模型を提唱した。さらに、コンピューター内の非平衡緩和過程を実現するマルコフ鎖モンテカルロ法に対して配位間の距離を導入することで、非平衡緩和過程における幾何の創発を初めて示した。昨年度に構築した『一般座標不変な非平衡熱力学』を進展させることにより、量子重力理論における基本原理の探索と基本的力学変数の同定を試みた。その結果、次の2つの結果を得た。■高階微分の補正項を持つ相対論的流体に対し、高次流体を『高次粘弾性体』の長時間極限として定義することで、『因果律』と『局所熱平衡』の2つを同時に保つ定式化が可能であることを、特に共形対称性がある場合に示した。本研究により、・粘弾性体力学が流体力学の『より短時間スケールにおける完備化』になっていること、・『歪み』が『長時間スケールの有効理論を得る際に積分されるべき変数』とみなせること、などが分かる。この理論形式は我々が昨年度に構成した『一般座標不変な非平衡熱力学』に基づいているが、そこでは重力場自身も熱力学変数として扱われていた。今後重力場自身もダイナミカルに扱い、短時間スケールでも局所熱平衡が保たれるように重力理論を拡張していくことによって、量子重力における基本的力学自由度の正体が明らかになっていくことを期待している。■曲がった時空における場の量子論では、ハミルトニアンが時間に陽に依存するため、これまで真空の定義に不定性があった。我々は各瞬間の基底状態として真空を定義する理論形式を展開し、曲がった時空上での様々な伝播関数を計算する手法を完成させた。とくに、この枠組みでは有限時間の量子力学的遷移も具体的に計算できるため、長時間スケールで実現する熱平衡状態だけなく、曲がった時空が持つ固有の緩和現象も記述できる。我々は具体例として、ド・ジッター空間中の(無限の過去でない)有限時刻で真空状態として生成された場を考え、ド・ジッター空間に置かれたUnruh測定器がしだいに熱的平衡状態に緩和していく過程を、その緩和時間も含めて、具体的に記述することに成功した。昨年度に進展した『曲がった時空上の場の量子論』の手法をさらに発展させ、次の2つの結果を得た。1.【ド・ジッター空間の非平衡熱統計力学的性質】重力場は熱力学的性質を持つことが知られているが、とくに、いくつかの曲がった時空に対して、その中の物質場は、あたかも自身が熱浴中にあるかのように振る舞う。このことは、曲がった時空中に(物質場と結合する)量子力学的測定器(Unruh-DeWitt測定器)を用意し、そのエネルギー分布が時間とともにBoltzmann分布に近づくことで確かめられる。従来の研究では、十分時間がたったときの分布しか分からなかったが、我々は今回、測定器のエネルギー分布の時間発展を完全に記述するマスター方程式を書き下すことに成功した。さらにそれを用いて、ド・ジッター空間の非平衡熱統計力学性質を明らかにした。具体的には、スカラー場の初期状態が(熱平衡に対応する)Bunch-Davies真空からずれているときの時間変化を考え、熱平衡への緩和時間が測定器の詳細によらない普遍的な量で与えられることを示した。2.【共形不変でない場の量子論のエンタングルメント・エントロピーと対応する幾何】場の量子論のエンタングルメント・エントロピー(EE)は、場の理論に対する新しい切り口を与えるものとして近年注目されているが、とくに、くりこみ群の固定点が記述する共形場理論(CFT)のEEは、AdS/CFT対応を通して、反ド・ジッター(AdS)空間の幾何を用いて表現できることが知られている。今回は、くりこみ群の固定点に有効な摂動を加えた時のEEについて、対応する幾何を具体的に調べた。特に、Gauss固定点に質量項の摂動をかけた時の計量テンソルを具体的に計算する方法を開発し、それを用いて、「量子場の量子情報理論的性質」と「重力側の幾何の性質」との間の対応関係を詳しく調べた。相対論的非平衡熱力学はこれまで、通常の独立な状態変数に加えてカレントも熱力学変数とみなす「拡張された熱力学」に基づいていた。しかしこの形式では、実際に非平衡系がどのようにエントロピー最大の熱平衡状態に近づいていくのかが見えにくい。この研究では、エネルギー枠(Landau-Lifshitz枠)の線形非平衡熱力学において、微分展開の最低次で非平衡状態のエントロピーを定量的に記述する局所的な「エントロピー汎関数」を導入し、それにOnsagerの線形非平衡理論を適用することにより、本来の状態変数だけで非平衡熱力学が構成できることを示した。我々はさらに上記の手法を用いて相対論的粘弾性体の理論を構成し、それが(1)パラメーターの任意の値に対して長時間極限でNavier-Stokes理論を与えること、(2)あるパラメーター領域では因果律を保ったsymmetric hyperbolicな方程式が得られること、を示した。

これにより、因果律が破綻するという問題を抱えていた相対論的流体力学に対し、流体を粘弾性体の長時間極限とみなすことで、因果律を保った相対論的流体力学が定義できることを示した。また、(3)本来は空間的変形を表す歪みテンソルを相対論的に拡張したとき、Tolmanの法則を通じて、弾性的膨張と熱膨張が統一した形で記述できることも指摘した。近年、重イオン散乱実験の解析や重力/流体対応の研究において共形不変で高階微分の補正の入った流体力学模型がいくつか提案されているが、それらはいずれも局所熱平衡仮説を破っている。我々は、共形不変で高階微分の補正の入った粘弾性体理論を構築し、それの長時間極限として共形流体を定義することにより、局所熱平衡を保ったまま共形流体が記述できることを示した。◆重力の定常非平衡熱力学ブラックホールは熱力学的性質を持つことが知られているが、実際、ブラックホールがホライズンの面積に比例するエントロピーを持つと仮定することにより、通常の熱力学と全く同じ法則を満たすことが示せる。しかし、この議論は定常的で(時間変化しない)孤立したブラックホールに対してしか適用することができない。今年度の研究では、まず、ブラックホールを一度離れ、通常の物質系について、定常的ではあるが非平衡であるときの熱力学の一般論を構築した。具体的には、以前に我々が導入したエントロピー汎関数を用いて、Fourierの法則を一般化した非線形な方程式系を導出した。この方程式系の形は、物質の性質に依らないかなり普遍的なものになっていて、得られる結果も実験とよく一致している。現在、定常的ではあるが平衡でないブラックホール系に対し、同様の方程式系が成立するかどうかを調べている。この対応関係を確立することができれば、ブラックホールの熱力学を非平衡の場合にまで拡張した初めての枠組みとなる。◆膜の量子論としての量子重力超弦理論は量子重力理論の最有力候補であるが、現在、超弦理論の基本的力学自由度は必ずしも弦である必要はないと考えられている。例えば、超弦理論の一形態であるM理論では、空間2次元に広がった「膜」を基本的力学自由度するほうが自然である。しかしながら、これまで膜の量子論は構成的に定義することが難しく、この方向での進展が止まっていた。我々は、膜を基本的力学自由度とする立場を推し進め、膜のランダムな世界体積を記述する全く新しい模型を提案した。我々のこの「triangle-hinge模型」は行列を力学変数としているため、連続極限の取り方などが解析的な手法を用いて決定できる可能性がある。今後、膜を基本的力学自由度とするM理論に対し、全く新しい定式化と方法論を与えるものと期待している。◆膜の量子論超弦理論の一形態であるM理論では、基本的力学自由度を弦とはせずに、空間2次元に拡がった「膜」であるとしている。実際、このように考えると、超弦理論が持つ様々な双対性が自然に理解できる。しかしながら、これまで膜の量子論は構成的に定義することがむずかしく、この方向での進展が止まっていた。我々は、膜を基本的力学自由度とする立場を推し進め、膜のランダム体積を記述する全く新しい方法を提案した。我々のこの「triangle-hinge(TH)模型」は、行列を基本的力学変数とするため、連続極限の取り方などを解析的に決定できる可能性がある。今年度はとくに、以下の結果が得られた。【物質場の導入】
爆発的噴火の機構解明のためのマグマ破砕および混相流の数値的研究

マグマ性の火山噴火が爆発的になるには「マグマ破砕」が鍵を握っていると考えられている。申請者はこれまでに、爆発的噴火におけるマグマ物性や地質条件と破砕時の状態との間のスケーリング則を確立させるために、定常一次元の火道内の流れに気泡成長をカップルさせ、マグマを粘性流体として扱うモデルを構築し、数値的および解析的な研究を行った。その結果、破砕時の圧力や空隙率などはマグマの粘性率、噴出率、火道半径、およびマグマの引っ張り強度を用いた無次元数で表されることが明らかになった。この無次元数は火道壁からマグマが受ける粘性抵抗の応力とマグマの破砕強度の比を表したものである。無次元数が大きいほど、気泡周囲の粘性応力が成長しやすく、破砕しやすい、すなわち、高圧、低空隙率で破砕することがわかった。無次元数と空隙率の関係は幾つかの爆発的噴火の野外観測結果と整合的であり、得られたスケーリング則が実証性の高いものであることを示している。これらの研究成果は国内外のいくつかの学会で公表され、また、投稿論文の原稿がほぼ仕上がった段階である。今年度は気泡周囲に働く粘性応力の空間依存性を取り入れ、得られたスケーリング則が破砕条件によらない普遍的なものであるかどうかを検討して、論文としてまとめるためのまとめを行った。また、衝撃波管を用いたマグマ破砕の理論的研究における考察、討論を行い、その結果は論文として投稿された。マグマ性の火山噴火には、ガス中にマグマ破片が分散する噴霧流を伴う爆発的なものと非爆発的なものの両極端のタイプがあり、噴火が爆発的になるにはマグマ破砕が鍵を握っていると考えられている。マグマ破砕とは、マグマ中に気泡が分散するマグマ気泡流が火道中を上昇する減圧過程で噴霧流へと遷移する現象を指すが、その具体的なメカニズムは明らかにされていない。古典的には低粘性マグマの噴出物のボイド率がほぼ一定値であるという観測事実から臨界ボイド率でマグマ破砕が特徴づけられてきた。近年、高粘性マグマの場合、気泡の周囲に働く粘性応力がマグマの引っ張り強度を超えることによるマグマ破砕が提唱された。しかしながら、マグマの物性や火道の地質条件は多様であり、これらの破砕タイプの支配要因は明らかにされていない。そこで、これらの二種類の破砕タイプを臨界ボイド率に基づく「膨張破砕」と臨界引っ張り強度に基づく「応力破砕」と定義し、爆発的噴火における破砕タイプの支配要因について調べた。モデルでは定常一次元の火道内の運動に球状セルモデルを用いて気泡成長をカップルさせ、マグマは粘弾性体として扱った。そして膨張破砕あるいは応力破砕が起きる条件は流れが火道壁から受ける粘性抵抗応力とマグマの引っ張り強度の比である無次元数で表されることを明らかにした。このことは、破砕タイプがマグマの粘性率だけでなく、噴出率や火道半径といった地質学的条件に依存することを意味している。粘性率、噴出率が大きく火道半径が小さいほど応力破砕が起こりやすく、粘性率、噴出率が小さく火道半径が大きいほど膨張破砕が起こりやすい。マグマ性の火山噴火が爆発的になるにはマグマ破砕が鍵を握っていると考えられている。マグマ破砕とは、マグマ中に気泡が分散するマグマ気泡流が火道中を上昇する減圧過程で噴霧流へと遷移する現象を指す。近年、気泡の周囲に働く粘性応力がマグマの引っ張り強度を超えることによるマグマ破砕が提唱されたが、マグマの物性や火道の地質条件は多様であり、圧力などの破砕時の詳細な状態は明らかにされていない。そこで本研究は、破砕時の状態と爆発的噴火におけるマグマ物性や地質条件との関係を数値的および解析的に調べた。モデルでは定常一次元の火道内の運動に球状セルモデルを用いて気泡成長をカップルさせ、マグマは粘性流体として扱った。

そして破砕状態は流れが火道壁から受ける粘性抵抗とマグマの引っ張り強度の比である無次元数で表されることを明らかにした。これはマグマ破片中のガス体積分率がマグマの粘性率、噴出率、および火道半径で表されることを意味し、その関係は幾つかの大規模噴火の野外観測結果と整合的である。そして、この破砕状態の関係を用いることによって、爆発的噴火の簡潔な解析解を導出することに成功した。さらにこのような爆発的噴火は火砕流を伴う。その堆積物の主な特徴の一つに、大きい破片の密度およびサイズによる垂直方向の分離が挙げられる。軽石は上方に重い岩片は下方にそれぞれ集中し、軽石の場合はサイズが大きいものほど上方に堆積し、岩片はサイズが大きいものほど下方に堆積する。よく見られるもう一つの特徴は、サイズに依らずに軽石が上方に岩片が下方に集中して堆積する。これらの火砕流堆積物の構造を生じるメカニズムを探るため、マトリックス粒子と密度およびサイズの異なる異物を含んだ粉粒体の粗い斜面上の流れを2次元離散要素法で数値的に調べた。そしてマトリックス粒子から受ける浮力や粘性抵抗によって、密度およびサイズ分離構造が起きることを示した。爆発的なマグマ性の火山噴火においては、マグマ中に気泡が分散するマグマ気泡流が火道中を上昇する減圧過程で噴霧流へと遷移する現象を指すマグマ破砕が鍵を握っていると考えられている。しかし、マグマの物性や火道の地質条件は多様であり、破砕時の詳細な状態は明らかにされていない。本研究では、破砕時の状態と爆発的噴火におけるマグマ物性や地質条件との関係を数値的および解析的に調べてきた。モデルでは定常一次元の火道内の運動に球状セルモデルを用いて気泡成長をカップルさせ、マグマは粘性流体として扱った。近年提唱された、マグマの気泡の周囲に働く粘性応力がマグマの引っ張り強度を超えることによるマグマ破砕条件を用いると、破砕状態はマグマの粘性率、噴出率、火道半径、およびマグマの引っ張り強度を用いた無次元数で表されることが明らかになった。今年度は気泡周囲に働く粘性応力の空間依存性を取り入れたところ、破砕状態が同様に無次元数で表されることが示され、得られたスケーリング則が破砕条件によらない普遍的なものであることが明らかになった。これらの結果は幾つかの大規模噴火の野外観測結果と整合的である。また、このような爆発的噴火に伴われる火砕流の堆積物の主な特徴の一つに、大きい破片の密度およびサイズによる垂直方向の分離が挙げられる。これらの火砕流堆積物の構造を生じるメカニズムを探るため、マトリックス粒子と密度およびサイズの異なる異物を含んだ粉粒体の粗い斜面上の流れを2次元離散要素法で数値的に調べ、マトリックス粒子から受ける浮力や粘性抵抗によって、密度およびサイズ分離構造が起きることを示してきた。今年度はさらに、このような粉粒体の粘性抵抗が液体の粘性抵抗と同じ形で表されることを明らかにした。
加熱した魚をおいしくいただくための臭い成分指標を用いた品質制御技術の開発

まず,再加熱がブリ肉の臭気に及ぼす影響を明らかにする目的で,再加熱したブリ肉の揮発性成分や脂質酸化指標等について一回加熱した試料と比較検討を行った。GC-MS分析の結果,再加熱により部位間で肩肉および腹肉に対して血合肉の半定量値に有意差が見られた成分数は,一回加熱で23種類,再加熱では78種類と増加した。Trimethyl amine (TMA)の定量の結果,血合肉においてのみ一回加熱と比較して再加熱が有意に高値を示した。また官能検査の結果,臭いの強さは一回加熱に比べ,再加熱した血合肉で有意に強かった。続いて,加熱後の貯蔵がブリ肉の脂質酸化および臭いに及ぼす影響を明らかにする目的で,生および加熱後に貯蔵したブリ肉(肩肉,腹肉および血合肉)の揮発性成分や脂質酸化指標等について分析するとともに官能検査を実施した。過酸化物価およびチオバビツール酸反応性物質については,全ての部位で貯蔵(3°C)により有意に増加した。脂肪酸組成については,血合肉で貯蔵による多価不飽和脂肪酸の割合の減少傾向が認められた。揮発性成分について,生の試料および0日の試料から有意に変化した揮発性成分の数は,いずれの部位(特に血合肉)でも貯蔵によって増加した。官能検査では,全ての部位で貯蔵前の試料が有意に好ましいと評価された。さらに,真空包装が加熱した魚肉の臭い成分に及ぼす影響を明らかにする目的で,真空包装したブリ肉を加熱処理し,各部位(肩肉,血合肉)の揮発性成分や脂質酸化指標等について分析した。臭いかぎ分析の結果,1回加熱の肩肉の真空包装試料で,2,3-Pentanedioneが有意に低い値を示した。TMA定量の結果,血合肉において,1回加熱および再加熱ともに真空包装試料で定量値が有意に減少したが,臭いの強度に差はなかった。官能検査の結果,どの部位においても,包装の有無による臭いの強さに有意差はなかった。やや遅れている部分と予想以上に進展している項目が併存しているため,総合的には概ね順調に進展していると判断した。進捗が遅れている項目を重点的に実施するともに,当初の目標に向けて研究を遂行する。揮発性成分を分析した結果、加熱試料では血合肉と肩肉の間で2-Propenalなどの16種類、肩肉と腹肉の間でLimoneneなどの15種類、血合肉と腹肉間で1-Penten-3-oneなどの27種類の揮発性化合物に有意差が認められた。生と加熱の試料間においては、血合肉で2,3-Butanedioneなどの6種類、肩肉でDimethyl disulfideなどの4種類、腹肉でEthyl etherなどの42種類の揮発性成分に有意差が認められ、全体的に加熱処理により増加する傾向が認められた。加熱した血合肉で他の部位と比べて多い化合物は、アルデヒド類、ケトン類やフラン類などで、腹肉で他の部位と比べて多い化合物は、テルペン類を含む脂肪族炭化水素類や芳香族炭化水素類などで、それぞれの部位で特徴が認められてた。加熱試料の各部位における臭いかぎ分析の結果、最大のスプリット比(216)で感知された化合物数は12個と血合肉で最も多く、次いで肩肉(10個)となり、腹肉が最も少なく7個となった。したがって、部位別では血合肉で臭いの強い成分が多く、普通肉の中では腹肉と比較して肩肉がより強い臭いを呈する成分が多かった。最大のスプリット比で感知された化合物数の中で、6成分がすべての部位で感知され、これらの成分が加熱したハマチの臭いのベースとなる重要な化合物と示唆された。また、これらの中で2,3-Pentanedioneを含めて4成分が同定された。KI:808のfishyな臭いのする未知の成分や(Z)-3-Hexenalのように血合肉のみで最大スプリットで感知される成分、KI:1805のmilk-like、fattyな臭いのする未知の成分のように腹肉のみ最大スプリットで感知される成分が認められ、このような化合物が各部位の臭いを特徴づけていると考えられた。当初,予定していた官能検査等の実施が遅延している。ブリ肉の各部位において加熱条件の違いによる脂質酸化および臭いへの影響を調べる目的で,過酸化物価(POV)およびチオバルビツール酸反応性物質(TBARS)の測定と,脂肪酸組成および臭い成分の分析を行った。また,海産魚の臭いとされるTrimethyl amine(TMA)の定量と臭いかぎ分析を行った。さらに,官能検査を行い,加熱条件の違いによる臭いの強さと嗜好性の変化についても検討した。POV,TBARSおよび脂肪酸組成は,いずれの部位も未処理の試料と比べて,加熱による有意な変化は認められなかった。揮発性成分の分析の結果,部位間で肩肉および腹肉に対して血合肉に有意差が見られた成分数は,高温加熱(90°C)で多かった。揮発性成分の主成分分析の結果,第1および第2主成分のいずれにおいても,異なる温度で加熱した試料を分離することができなかった。このことから,魚肉の全体的な揮発性成分プロファイルは,今回の加熱条件において大きな影響を受けないことが示唆された。一方,TMAの定量の結果,血合肉において高温加熱が,これ以外の試料と比べて有意に高値を示した。

TMAの臭いかぎ分析では,血合肉において全ての加熱試料および一部の未加熱試料でTMAの臭いが感知され,その強度は,加熱試料が未加熱試料と比べて有意に高い値を示した。一方,官能検査の結果,臭いの強さは肩肉,腹肉において,高温加熱が,その他の加熱試料および未処理の試料と比較して有意に大きかった。また,血合肉において,高温加熱試料は,低温,未処理の試料と比較して有意に大きかった。したがって,今回の加熱条件では,脂質酸化の進行に伴う必須脂肪酸等の減少による栄養特性の変化は小さく、また高温短時間処理することで魚肉の臭いが強くなることが示唆された。また,TMAの臭いは,血合肉の加熱によって生成され、魚の好ましくない臭いに大きく寄与していると考えられた。前年度の遅れがそのまま今回の遅れにつながっており,再加熱の実験について,途中段階である。まず,再加熱がブリ肉の臭気に及ぼす影響を明らかにする目的で,再加熱したブリ肉の揮発性成分や脂質酸化指標等について一回加熱した試料と比較検討を行った。GC-MS分析の結果,再加熱により部位間で肩肉および腹肉に対して血合肉の半定量値に有意差が見られた成分数は,一回加熱で23種類,再加熱では78種類と増加した。Trimethyl amine (TMA)の定量の結果,血合肉においてのみ一回加熱と比較して再加熱が有意に高値を示した。また官能検査の結果,臭いの強さは一回加熱に比べ,再加熱した血合肉で有意に強かった。続いて,加熱後の貯蔵がブリ肉の脂質酸化および臭いに及ぼす影響を明らかにする目的で,生および加熱後に貯蔵したブリ肉(肩肉,腹肉および血合肉)の揮発性成分や脂質酸化指標等について分析するとともに官能検査を実施した。過酸化物価およびチオバビツール酸反応性物質については,全ての部位で貯蔵(3°C)により有意に増加した。脂肪酸組成については,血合肉で貯蔵による多価不飽和脂肪酸の割合の減少傾向が認められた。揮発性成分について,生の試料および0日の試料から有意に変化した揮発性成分の数は,いずれの部位(特に血合肉)でも貯蔵によって増加した。官能検査では,全ての部位で貯蔵前の試料が有意に好ましいと評価された。さらに,真空包装が加熱した魚肉の臭い成分に及ぼす影響を明らかにする目的で,真空包装したブリ肉を加熱処理し,各部位(肩肉,血合肉)の揮発性成分や脂質酸化指標等について分析した。臭いかぎ分析の結果,1回加熱の肩肉の真空包装試料で,2,3-Pentanedioneが有意に低い値を示した。TMA定量の結果,血合肉において,1回加熱および再加熱ともに真空包装試料で定量値が有意に減少したが,臭いの強度に差はなかった。官能検査の結果,どの部位においても,包装の有無による臭いの強さに有意差はなかった。やや遅れている部分と予想以上に進展している項目が併存しているため,総合的には概ね順調に進展していると判断した。前年度において遅延している項目について早急に実施するとともに、今年度,研究協力者の数を増やすなどして実施体制を強化して事業を遂行する。遅延している項目について早急に実施し,研究協力者の数を増やすなどして実施体制を強化して事業を遂行する。このことにより,今年度中には遅れを解消できると考える。進捗が遅れている項目を重点的に実施するともに,当初の目標に向けて研究を遂行する。購入備品・GC-2014用炎光光度検出器が、当初予定した金額より安い金額で導入できた。交付決定額が当初の予定より少なかったため、次年度の研究に支障がないように慎重にかつ適切な予算執行に努めた。
腫瘍でのADF/チオレドキシンの活性化機構並びに抗癌剤の影響と作用機序の解析

HTLV-I感染細胞株培養上清中より分離精製されたATL由来因子(ADF)は大腸菌の還元補酵素チオレドキシン(TRX)のヒト相同体であり、その活性部位にあるシステイン残基を介した酸化還元反応により活性酸素消去作用、細胞増殖促進作用、細胞障害防御作用(抗アポトーシス作用)、転写因子の転写活性調節作用などの多彩な機能を有する因子として報告されている。今回、ADF/TRXをはじめとする細胞内チオールによるレドックス制御が腫瘍細胞の持つ生物学的特性、とくに抗癌剤耐性獲得機構にいかに関与しているかを解析し、以下のような結果が得られた。1)、ADF/TRXの発現増強がシスプラチン、ブレオマイシン、アドリアマイシンなどの抗癌剤に対する耐性獲得機序に関与することが明らかとなった。さらに、ADF/TRXの活性を変化させる薬剤によりこれらの抗癌剤に対する感受性を調節しうること、また、シスプラチンなどの抗癌剤がチオレドキシンリダクターゼ(TRXR)の還元活性を阻害することなどが判明した。以上の結果より、TRX系(ADF/TRXおよびTRXR)は癌治療における新たな分子標的となるうるものと示唆された。2)、肝細胞癌患者の摘出標本を用いた解析により、肝腫瘍組織におけるADF/TRXの発現量が腫瘍マーカーとして、また、シスプラチン感受性のマーカーとして有用である可能性が示唆された。3)、サンドイッチELISA法によるADF/TRXの定量法を開発し、肝細胞癌患者の血清中ADF/TRX値が非担癌肝疾患患者及び健常人よりも有意に高値を示すことを明らかにした。血清中ADF/TRX値が肝細胞癌における腫瘍マーカーとして有用である可能性が示唆された。今後のさらなる検討により、組織、血清中ADF/TRXの定量による臨床診断、ADF/TRXを新たな分子標的とした癌治療など、臨床医学的な応用が期待される。
流における余次元2例外極小集合の研究

1.例外極小集合を持つ曲面の微分同相写像の構成1995年にMcSwiggenは局所連結な極小集合を持つ曲面の微分同相写像を構成した.これは,双曲型微分同相写像の強不安定葉層構造を丸く切り開くことにより巧妙に作られており,構成を一般化させることが難しいものであった.そこで,力学系的な構造がわかりやすい部分擬双曲力学系を使い,Maneの例を変形することで新しい例を構成した.2.曲面の群作用における極小集合特に,球面への群作用について,その極小集合について研究した.双曲群の場合は極小集合としていろいろな形のものができることが知られている.そこで,どの程度簡単な群について,複雑な極小集合を持つかを考えた.その結果.巾零群の作用の場合は,極小集合がシェルピニスキ曲線と同相にならないことを証明した.また,可解群,特に,円周上のトーラス・バンドルの基本群についても部分的な結果を得た.3.3次元多様の極小流の特徴付け極小流について、その微分流と射影流を調べることで,極小流自身の力学系的性質を調べることを試み,次の結果を得た.(1)Zimmer理論を用いることで,各ファイバー上に不変測度を取り,この不変測度を使い,もともとの流の位相力学系的な性質を導いた.(2)射影流が2個以上の極小集合をもつ極小流について研究し,3個以上持つ場合は無理数流と位相同値になること,また,ちょうど2個の場合は,これらの極小集合を分離するバンドル切断が存在することを示した.(3)Contrerasのweakly partiallyhyperbolic flowに関する結果を,射影流に用い,射影流がちょうど2つの極小集合を持ち,射影アノソフ流でない場合,"上界な"軌道と,"下界な"軌道が存在することを証明した.1.例外極小集合を持つ曲面の微分同相写像の構成1995年にMcSwiggenは局所連結な極小集合を持つ曲面の微分同相写像を構成した.これは,双曲型微分同相写像の強不安定葉層構造を丸く切り開くことにより巧妙に作られており,構成を一般化させることが難しいものであった.そこで,力学系的な構造がわかりやすい部分擬双曲力学系を使い,Maneの例を変形することで新しい例を構成した.2.曲面の群作用における極小集合特に,球面への群作用について,その極小集合について研究した.双曲群の場合は極小集合としていろいろな形のものができることが知られている.そこで,どの程度簡単な群について,複雑な極小集合を持つかを考えた.その結果.巾零群の作用の場合は,極小集合がシェルピニスキ曲線と同相にならないことを証明した.また,可解群,特に,円周上のトーラス・バンドルの基本群についても部分的な結果を得た.3.3次元多様の極小流の特徴付け極小流について、その微分流と射影流を調べることで,極小流自身の力学系的性質を調べることを試み,次の結果を得た.(1)Zimmer理論を用いることで,各ファイバー上に不変測度を取り,この不変測度を使い,もともとの流の位相力学系的な性質を導いた.(2)射影流が2個以上の極小集合をもつ極小流について研究し,3個以上持つ場合は無理数流と位相同値になること,また,ちょうど2個の場合は,これらの極小集合を分離するバンドル切断が存在することを示した.(3)Contrerasのweakly partiallyhyperbolic flowに関する結果を,射影流に用い,射影流がちょうど2つの極小集合を持ち,射影アノソフ流でない場合,"上界な"軌道と,"下界な"軌道が存在することを証明した.本研究では,3次元多様体上の非特異流の極小集合が,横断的にどのような形をしているかを調べることを目的としている.そこで,曲面の微分同相写像,曲面の群作用,非特異流へと段階を追って研究を試みることを計画し,今年度は特に曲面の微分同相写像について,下記のような成果を得た.始めに,同相写像の極小集合の位相的な特徴付けについて進展があった.曲面の同相写像の極小集合は,局所連結な場合,一般化されたシェルピニスキ曲線になることを既に証明している.そこで,関連の深い一般位相論の専門家との研究連絡を重ね,一般化されたシェルピニスキ曲線とHandelの例以外に,局所連結でなくても存在しないだろうという予想を立てるに至った.この予想は,「よく知られたもの以外に,平面に埋め込まれるホモジニアスな集合があるか?」という一般位相論の古典的問題と密接に関係している.この問題自体100年近く考えられてきたが未解決である.この点で,上記の予想が本質的であることがわかるとともに,100年分の手法を得ることとなった.一方,微分同相写像の極小集合の解析にも進展があった.具体的には,3次微分可能な微分同相写像の場合,一定の条件の下で,一般化されたシェルピニスキ曲線が極小集合にならないことを示した.現在のところ,条件が技術的なため,結果としては不十分であるが,一般化されたシェルピニスキ曲線は,3次微分可能な微分同相写像の極小集合とならないという予想を裏付ける形となった.最後に,極小集合が一般化されたシェルピニスキ曲線になる微分

同相写像の構成について,多くの時間をさき,まったく新しい例の構成に成功した.マックシュビンゲンの例以外に例がない状態で分類を押し進めることは大変危険なため,構成を試み,射影的アノソフ微分同相写像の強不安定多様体から,新しい例を作った.本年度は,例外極小集合をもつ微分可能写像の構成,弱部分双曲性の特徴付け,球面作用の例外極小集合の分類について,下記のような結果を得た2階微分可能な曲面の微分同相写像で,極小集合がシェルピニスキ曲線と同相なものの構造を詳しく調べるため,Maneの例を摂動することで新しい例を構成した.Maneの例は双曲力学系の発展形として非常によく研究され,内部構造の調べ方も確立されている.今回摂動してできた例も同様の手法を適用することができ,力学系の構造を詳しく調べることができた.一方,シェルピニスキ曲線が極小集合になることの証明にはBlenderという新しい手法を用いた.Blenderは力学系の摂動論において,突破口になるものと予想され,ここ数年注目を集めている.今回,Blenderを用いる必要があったということで,余次元2例外極小集合の研究が他分野と協調して研究されていくことを可能にした.一方,弱部分双曲性の位相的研究が完成した.コントレラスの理論を極小集合上の射影流に適用することで,双曲的でない場合,射影流がカオス的に挙動することを証明した.未だに,流の微分可能性との関連についてはわかっていないが,微分可能性を使わない議論としては,ほとんど眼界に近いところまで調べることができた.また,球面への群作用の局所連結極小集合についても研究し,ニルポテント群の球面への作用は例外極小集合を持たないことを証明し講演した.より難しい群の作用についてもその局所連結極小集合を分類することが研究期間中に可能であると考えている.尚,今年度予定していたメキシコ出張は相手方の都合により延期となった最終年度である本年度は,微分可能性と極小集合との関係,および,曲面への群作用の極小集合について研究を進めるとともに,これまでの研究のまとめを行った.微分可能性と極小集合との関係に関しては,新しい例の構成を行った.局所連結な極小集合を持つ曲面の微分同相写像としては,マックシュビンゲンが1990年代に初めて例を構成した.これは,双曲型微分同相写像の強不安定葉層構造を丸く切り開くことにより巧妙に作られており,構成を一般化させることが難しく,またできた微分同相写像の構造も解析しにくいものであった.そこで,力学系的な構造がわかりやすい部分擬双曲力学系を使い,連続的変形可能な例を構成した.極小性の証明のために,最先端の理論を駆使しないといけないという点で,改良したといえるかは微妙であるが,これまで一つしか見つかっていない例を,大量生産できることにはつながった.一方,曲面への群作用については可解群の作用の例外極小集合について研究した.これまでの研究で,巾零群の作用の場合は,極小集合がシェルピニスキ曲線と同相にならないことが証明されている.また,双曲群の場合は極小集合としていろいろな形のものができることが知られている.そこで本年度は,可解群,特に,円周上のトーラス・バンドルの基本群について研究した.結果として,円周上のトーラス・バンドルの基本群の曲面への作用は,局所連結な連結例外極小集合を持たないことを示した.研究全体のまとめとして,力学系における例外極小集合を特徴づけるため,双曲群の作用における例外極小集合と比較した.その結果,力学系の可換性が極小集合の複雑性と密接に関係していることがわかった.
生体光合成の単電子移動過程

光合成反応中心タンパク質内部の単電子移動の機構を解明し、生体光合成反応の特徴である多成分・多段階の電子移動反応系を利用した新たな単電子デバイス創出のための基本原理を検討した。植物と光合成細菌の反応中心複合体の単離精製、改変法を確立した。また、ピコ秒ナノ秒の時間分解レーザ分光・蛍光分光法で、測定困難な生体試料での電子移動を解析出来る技術を発展させた。既存の、均一媒体を取り扱う電子移動理論をもとに解析を進めてきたが、さらに0.1オノメーターオーダーで不均一性と高秩序をもつタンパク質内での多分子反応系の構築に適した研究、解析へと検討をすすめた.これまでのクロロフィル-キノン間の単電子移動過程の研究成果をもとに、更にマルチステップ単電子移動過程を解析した。(1)タンパク質による反応分子のエネルギーレベルの調節機構と、(2)タンパク内電子移動反応のネルギーギャップ(ΔG)依存性を更に複数の単電子過程で解明して、(3)再配置エネルギーを決定し、反応原理を検討した。電子スピンとタンパク質溶媒の緩和過程をESRスピンエコーで実測し、理論面からも検討した.また単純で、始原型の構造をもつ緑色光合成細菌の反応中心での電子移動経路の最適化機構、及び、反応の高効率化機構を検討した.最近我々が発見した、MgでなくZnを配位するクロロフィルをもつ細菌の光合成系も含めた異なった反応中心との比較から、生体光合成の分子環境場の設計原理を検討した.光合成反応中心タンパク質内部の単電子移動の機構を解明し、生体光合成反応の特徴である多成分・多段階の電子移動反応系を利用した新たな単電子デバイス創出のための基本原理を検討した。電子スピンとタンパク質溶媒の緩和過程をESRスピンエコーで実測し、理論面からも検討した.また単純で、始原型の構造をもつ緑色光合成細菌の反応中心での電子移動経路の最適化機構、及び、反応の高効率化機構を検討した.最近我々が発見した、MgでなくZnを配位するクロロフィルをもつ細菌の光合成系も含めた異なった反応中心との比較から、生体光合成の分子環境場の設計原理を検討した.
外部風を受けた場合の噴出火炎の気流性状

縮尺した高層模擬建物(約2.5m高、75cm×75cm平面)を作成し、その中層部に模擬火災室を設置した。この火災室の奥壁面位置に垂直な燃焼面を持つガス拡散バーナーを設け、模擬火災火源として1.5kw7.5kwの熱量を与えた。火災室は幅50cm・奥行き10cm・高さ10cmとし、開口部を中央部に設置した。噴出火炎を出す開口部は、高さ10cmとし、幅を5cm、10cmそして20cmと変化させ、開口部アスペクトを変えた。外部風は開口に対して側方から与えた。設定した風速は、0cm/sec、6cm/sec、12cm/sec、32cm/sec、36cm/sec、75cm/sec、92cm/sec、143cm/secおよび188cm/secである。噴出火炎中の温度および上昇速度を測定し、測定平面での上昇気流の幅、上昇気流の断面積、トラジェクトリーを得た。これらの測定値に基づいて、上昇気流の質量流量を算出した。また測定平面におけるトラジェクトリーの通過位置から、側方風を受けた噴出火炎の傾斜を算出した。噴出火炎に伴う熱気流のトラジェクトリーに沿った気流温度は流動温度は流動距離の-1乗に比例した減衰を示し、上昇気流速度は流動距離の0乗に比例した。この性状は線状火源からの熱気流の性状に類似している。噴出熱気流は壁面の影響を受け、壁面に沿って細長い流動幅を持つためである。気流温度の減衰率は風速の1/2乗に比例して増大した。また、火炎の傾斜θは側方風の慣性力と熱気流の浮力の釣り合いによって決定され、θ∝V_<wind>/u^*・(D/W)^<1/3>と記述できた。ここでV_<wind>は風速、u^*は熱量基準の上昇速度、DおよびWは開口部高さと幅である。噴出気流は雰囲気空気を連行し流動するにつれて増大するが、側方風を受けると連行率は増大した。実験装置および条件:底面75cm×75cmで高さ2.5mの模型建物を耐火不燃材料で作成した。その中央部分に奥行き10cm高さ10cm幅50cmの模擬火災室を設置した。この火災室の奥壁は垂直の燃焼面を持つガスの拡散火災バーナーによって構成した。窓に相当する開口部は高さ10cmとして幅を5cm、10cm、20cm、の3種類、および開口部高さ5cmで幅を20cmのものとし計4種類のアスペクト比を設定した。吹き出し風洞を設置し、開口部に対して側方から外部風を与えた。外部風は0cm/sec,20cm/sec,40cm/sec,および100cm/secとした。火源規模は1.5kW,3.0kW,おおび4.5kWとした。実験結果:窓開口部から噴出した火災熱気流は浮力のために上昇する。壁面側から熱気流に対して雰囲気空気の流入は抑制される、その反対側の気流面には雰囲気空気の巻き込み(entrainment)が生じ、気流全体としては壁面側に押し付けられるようになり、主たる軌跡(trajectory)は放物型を描いた。

このトラジェクトリは外部の側方風を受け、風速に応じて下流側へ傾斜した。この傾斜角度は、気流の持つ浮力と外部風の慣性力の比で決定されるとしたモデルを考えられ、熱気流の傾き角度は、tanφ∝(Inrtia)/(Buoyancy)∝(1/2・ρ・u^2・L・W)/(ρ・(T_f/T_∞・g・L・D・W)と書ける。これらを無次元化して表現したフル-ド数Fr=V/√<gD>および無次元発熱速度Q^*≡Q/ρ_∽・Cp_∽・T_∽・√<gD>・D^22とによって記述すれば、tanφ∝Fr/Q^*となる。この傾斜角度は窓開口アスペクト比(高さと幅の比率)によっても影響を受けるはずであるが、10cmx20cmの開口の場合と、10cmx10cmの開口とでは大きな差が見出せなかった。この理由の1つは、垂直火源面の幅が10cmであったために、開口部を変化させても実質的な噴出熱気流の幅には変化が生じなかったためと考えられる。この点は、継続して行う次年度で、火源面を開口部相当幅と同じくして確認する。縮尺した高層模擬建物(約2.5m高、75cm×75cm平面)を作成し、その中層部に模擬火災室を設置した。この火災室の奥壁面位置に垂直な燃焼面を持つガス拡散バーナーを設け、模擬火災火源として1.5kW7.5kWの熱量を与えた。火災室は幅50cm・奥行き10cm・高さ10cmとし、開口部を中央部に設置した。噴出火炎を出す開口部は、高さ10cmとし、幅を5cm、10cmそして20cmと変化させ、開口部アスペクトを変えた。外部風は開口に対して側方から与えた。設定した風速は、0cm/sec、6cm/sec、12cm/sec、32cm/sec、36cm/sec、75cm/sec、92cm/sec、143cm/secおよび188cm/secである。噴出火炎中の温度および上昇速度を測定し、測定平面での上昇気流の幅、上昇気流の断面積、トラジェメクトリーを得た。これらの測定値に基づいて、上昇気流の質量流量を算出した。また測定平面におけるトラジェクトリーの通過位置から、側方風を受けた噴出火炎の傾斜を算出した。噴出火炎に伴う熱気流のトラジェクトリーに沿った気流温度は流動距離の-1乗に比例した減衰を示し、上昇気流速度は流動流量の0乗に比例した。この性状は線状火源からの熱気流の性状に類似している。噴出熱気流は壁面の影響を受け、壁面に沿って細長い流動幅を持つためである。気流温度の減衰率は風速の1/2乗に比例して増大した。また、火炎の傾斜θは側方風の慣性力と熱気流の浮力の釣り合いによって決定され、θ∝V^<wind>/u^*・(D/W)^<1/3>と記述できた。ここでV^<wind>は風速、u^*は熱量基準の上昇速度、DおよびWは開口部高さと幅である。噴出気流は雰囲気空気を連行し流動するにつれて増大するが、側方風を受けると連行率は増大した。
2次元量子固体の磁性における多体交換相互作用の理論的解明

1.我々は3角格子上の4体交換相互作用を含む多体交換スピン模型について理論的に研究し、以下の結果を得た。(a)4体相互作用が強い領域ではスカラーカイラリティを持つ4面体状態が実現することが我々の研究で明らかになったが、さらにその相転移をモンテカルロ計算によって詳しく調べた結果、有限温度の相転移は1次転移であることが明らかになった。(b)2体交換が強磁性的でそれほど強くない中間領域で、外部磁場をかけると磁化曲線に平坦な部分(1/2プラトー)が現われる事が分子場近似と量子系の有限対角化の方法により示され、このときの状態が並進対称性の破れたuuud状態であることが確立された。また有限温度ではシャープな相転移を示す事もモンテカルロ計算を用いて示された。このプラトーおよび相転移はヘリウム3薄膜において510Tの磁場および数mKの温度で実現することが予想される(c)反強磁性2体相互作用の強い領域に4体相互作用を加えて行くと120度スピン構造が不安定になることがスピン波の計算で示されていたが、そこでどのような基底状態が実現するのか従来不明であった。我々は大きな(最大144)副格子構造を仮定し、共役傾斜法を用いて基底状態を探索した。その結果、パラメタの変化に伴ないこれまで知られていなかった様々な基底状態が現われる事を見出した。120度スピン構造の不安定化によって生ずる状態は6副格子をもつ状態である。強磁性状態についても、従来の結果より弱い4体交換相互作用によって不安定化し12副格子構造を持つ状態に移る事が明らかになった。また外部磁場の効果についても調べ、磁場によって新しい基底状態が実現する事が明らかになった。2.ヘリウム3薄膜固体は密度が増加すると非整合相から整合相へ相転移するが、我々はこの相転移を格子欠陥(ソリトン)の集合の相転移として捉え、理論的な解析を行い、この相転移の性格を明らかにした。3.フラストレーション系に有効なマルチカノニカル・モンテカルロ法を改良し、3次元のイジングスピングラスに適用した。その結果スピングラス相の液滴描像を支持する結果を得た。平成10年度は3角格子上の2、3および4体交換相互作用のあるスピン系について以下の研究が行われた。1. 4体交換が強い領域における古典スピン系におけるカイラル相転移の臨界現象を調べる為に従来よりも大きな系のモンテカルロシミュレーションを行った。この結果系を大きくするとエネルギー・ヒストグラムに小さな構造が現れる事が見出され、この系の相転移が従来考えていた2次転移でなく1次転移である可能性が出てきた。この点についてはさらに、研究を続ける予定である。2. 2体交換が強磁性的でそれほど強くない中間領域では零磁場では量子効果により非磁気的状態が実現していると考えられる。この場合強磁場下で磁化曲線に磁化に平坦な部分(1/2プラトー)が現れる事が我々によって示されていたが、さらに数値的対角化の方法によって、量子系におけるこの状態の性質を研究した。その結果この状態は先に我々が古典系で見出したuuud状態である事が確立した。

またこの状態では並進対称性が破れ基底状態に4重の縮退が現れる事に対応して有限の温度でシャープな相転移が起こる事が古典系のモンテカルロ計算を用いて示された。このプラトーおよび相転移はヘリウム3薄膜において各々510Tの磁場および数mKの温度で実現する可能性が高い事が示された。平成11年度は以下の研究を行った。1.昨年度に引続き、3角格子上の4体交換相互作用を含む多体交換スピン模型の基底状態について研究を行った。反強磁性2体相互作用の強い領域に4体相互作用を加えて行くとどのような相が現れるかを、古典系についてモンテカルロ計算を用いて調べる準備を進めている。また磁場中の基底状態に関する研究成果について、ヘルシンキで開催された低温物理国際会議で招待講演を行った。(久保)2. 4角格子上の多体交換模型の基底状態についての研究をおこなった。ヘリウムは4角格子にはならないが、幾何学的形状がどのように基底状態の磁性に影響を及ぼすかは、理論的に興味深い問題である。今のところ古典系の範囲内で議論し、4体交換が強い場合はやはりカイラリティーを持つ秩序があらわれるが、いくつかの点で3角格子と定性的に異る結果を得ている。この研究は来年度も継続する。(久保)3.フラストレーションのある系のモンテカルロ計算法の改良を行った。フラストレーションのある系を通常のモンテカルロ法で計算すると緩和時間が非常に長くなり、期待する結果が得られないことが多いが、マルチカノニカル・モンテカルロ法を改良することによってこの困難を取り除くことに成功した。(羽田野)平成12年度は以下の研究を行った。1)3角格子上の4体交換相互作用を含む多体交換スピン模型の基底状態について研究を行った。反強磁性2体相互作用の強い領域に4体相互作用を加えて行くと120度スピン構造が不安定になることがスピン波の計算で示されていたが、そこでどのような基底状態が実現するのか従来不明であった。我々は大きな(最大144)副格子構造を仮定し、共役傾斜法を用いて基底状態を探索した。その結果、パラメタの変化に伴ないこれまで知られていなかった様々な基底状態が現われる事を見出した。120度スピン構造の不安定化によって生ずる状態は6副格子をもつ状態である。強磁性状態についても、従来の結果より弱い4体交換相互作用によって不安定化し12副格子構造を持つ状態に移る事が明らかになった。また外部磁場の効果についても調べ、磁場によって新しい基底状態が実現する事が明らかになった。今後これらの状態への有限温度の相転移と量子効果を明らかにして行く予定である。(久保・桃井)2)ヘリウム3薄膜固体は密度が増加すると非整合相から整合相へ相転移するが、我々はこの相転移を格子欠陥(ソリトン)の集合の相転移として捉え、理論的な解析を行い、この相転移の性格を明らかにした。(桃井)3)3次元のスピングラスのモンテカルロ・シミュレーションを行い,低温相の性質について液滴描像を示唆する結果を得た.スピングラスの低温相については理論上,平均場描像と液滴描像が激しく対立している.本研究では2変数マルチカノニカル法というシミュレーション法を採用することにより,従来の方法よりも低温で大幅に計算効率を改善することができた。(羽田野)