hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レーダーを用いた南北半球共役点における中層大気力挙の日豪共同研究

本海外学術研究では、南北半球の中層大気の振舞いの相違を明らかにすると共に、各種のレーダー技術の比較検討を実施することを主たる目的として、オーストラリア国アデレイドへの調査旅行を昭和62年5月15日から7月22日の期間に実施し、昭和64年度には本研究の調査研究内容の総括を行って以下の研究成果を得た。1)加藤、津田がアデレイド大学のR.A.Vincent博士等と共に1983ー1985年の長期連続観測で得られたアデレイド大学分反射レーダーと京都大学流星レーダーの観測データを比較して、上部中間圏から下部熱圏における平均風、長周期波動及び大気潮汐波の南北半球間の相違について研究を行った。この結果、準2日周期波動の振幅がアデレイドでは京都の約4倍であり、風の南北及び東西成分がそれぞれ同位相及び逆位相であって南北半球間の逆対称性が明らかとなった。1日周期の潮汐波に関しては、アデレイドで振幅が大きく伝搬性の(1、1)モードが卓越することがわかった。半日周期の朝夕波は、比較の結果、南北半球間で対称な(2、2)モードと反対称の(2、3)モードの結合によって説明された。これらの成果は、Adv.Space Res.誌、J.Geophys.Res.誌及びJ.Atmos.Terr.Phys.誌に発表された。加藤、深尾はクイーンズランド大学のホワイトヘッド教授と電離圏ー中間圏の力学的結合について議論を行った。2)津田、佐藤、山本が内部重力波の南北半球間の相違を明らかにするために、アデレイド大学分反射レーダーとMUレーダーの協同観測を行った。アデレイド大学分反射レーダーではアンテナ空間分離法(SAD法)とドップラー法のどちらかを用いて観測行うが、本共同研究のための特別観測を、昭和62年6月514日には高度7090km、6月2230日には高度60100kmのドップラー観測として実施した。さらに6月中の他の期間に行われた全てのSAD法による定常観測データの提供を受けた。MUレーダーでは、6月629日の期間に中間圏の長期連続観測を行った。分反射レーダー観測では天頂方向から強い反射エコーが観測されるため、斜め方向ビームの実行天頂角が設定したビーム方向と異なるが、今回の観測では設定天頂角11.6°に対して実行天頂角が58°であることがわかった。また、MUレーダーでは観測可能時間が日中に限られるために大気潮汐波を考慮した周期数時間以上の慣性重力波の解析が因難であるのに対し、アデレイド分反射レーダーでこれを考慮してホドグラフを用いた解析を行ったところ、周期数時間から十数時間の慣性重力波が検出されることが明らかとなった。本協同観測の概要と結果の速報は昭和62年9月に信州大学教養部で行なわれた地球電磁気・地球惑星研学会講演会及び、昭和63年1月に文部省宇宙科学研究所で行なわれた大気圏シンポジウムで発表された。3)津田、佐藤、山本がP.T.May博士、W.K.Hocking博士と共に、アデレイド大学分反射レーダー、STレーダーのシステム構成及びこれらのレーダーで用いられているアンテナ空間分離法(SAD法)に関して調査を行った。MSTレーダー観測においては、散乱層が薄い場合に風速の推定値に誤差が見込まれるが、これについての研究結果がP.T.May博士他によってRadio Sci.誌に発表された。山本他が、最小2乗法を用いて風速を推定する場合に見込まれるランダム誤差について、計算機シミュレーションの手法を用いた研究を行いその成果をRadio Sci.誌の発表した。

さらに6月中の他の期間に行われた全てのSAD法による定常観測データの提供を受けた。MUレーダーでは、6月629日の期間に中間圏の長期連続観測を行った。分反射レーダー観測では天頂方向から強い反射エコーが観測されるため、斜め方向ビームの実行天頂角が設定したビーム方向と異なるが、今回の観測では設定天頂角11.6°に対して実行天頂角が58°であることがわかった。また、MUレーダーでは観測可能時間が日中に限られるために大気潮汐波を考慮した周期数時間以上の慣性重力波の解析が因難であるのに対し、アデレイド分反射レーダーでこれを考慮してホドグラフを用いた解析を行ったところ、周期数時間から十数時間の慣性重力波が検出されることが明らかとなった。本協同観測の概要と結果の速報は昭和62年9月に信州大学教養部で行なわれた地球電磁気・地球惑星研学会講演会及び、昭和63年1月に文部省宇宙科学研究所で行なわれた大気圏シンポジウムで発表された。3)津田、佐藤、山本がP.T.May博士、W.K.Hocking博士と共に、アデレイド大学分反射レーダー、STレーダーのシステム構成及びこれらのレーダーで用いられているアンテナ空間分離法(SAD法)に関して調査を行った。MSTレーダー観測においては、散乱層が薄い場合に風速の推定値に誤差が見込まれるが、これについての研究結果がP.T.May博士他によってRadio Sci.誌に発表された。山本他が、最小2乗法を用いて風速を推定する場合に見込まれるランダム誤差について、計算機シミュレーションの手法を用いた研究を行いその成果をRadio Sci.誌の発表した。
シロイヌナズナの有性生殖過程における小胞体分子シャペロン依存型核膜融合機構の解析

シロイヌナズナ雌性配偶体形成時の極核融合において、小胞体の分子シャペロンHsp70であるBiPは、核外膜融合と核内膜融合という異なる膜融合の過程に、制御因子である小胞体Jタンパク質を使い分けることで機能していることを示した。ライブイメージング解析によって、受精後の胚乳核分裂の過程で極核融合の欠損が回復すること、正常な胚乳核の分裂には受精時の精核と極核の融合が必要であることを明らかにした。また、極核融合に必要な新たな因子の検索を行い、極核融合に必要な核膜タンパク質の候補を得た。研究代表者らは、小胞体の分子シャペロンHsp70であるBiPが、シロイヌナズナの雌性配偶体形成時の極核の核膜融合を制御していることを明らかにしている。本研究では、BiPを足がかりに、極核融合の分子機構の解明を目指している。昨年度は、BiPの制御因子である小胞体Jタンパク質の変異株の解析を行い、BiPは異なるセットの小胞体Jタンパク質(制御因子)とともに、核外膜と核内膜という2回の膜融合に機能することを明らかにした。本年度は、ライブイメージングによってこれら変異株における極核融合過程の観察を行った。まず、受精後6時間半にわたって核動態を観察する実験系を確立した。そして、受精時の精細胞と中央細胞の融合や精核と極核の融合では極核融合の欠損は回復しないことが示された。一方で、極核融合の欠損は、最初の胚乳核分裂時の核膜の崩壊と再形成によって回復することが明らかとなった。この結果は、極核の核膜融合と細胞分裂時の核膜再形成とは異なる分子機構によることを示唆する。また、極核の外膜融合に欠損をもつ雌性配偶体は、受精時の精核と卵細胞核の融合は正常に進行するが、精核と極核の融合にも欠損を示すことを明らかにした。この結果は、卵細胞と中央細胞では雌性配偶子の核と精核との融合の分子機構が異なることを示唆する。また、融合しなかった極核と精核は最初の胚乳核分裂の際に融合するものの、その後の胚乳核分裂が異常となることから、正常な胚乳核分裂には受精時の精核と極核の融合が必要であることが明らかとなった。研究代表者らは、シロイヌナズナの雌性配偶体形成時の極核融合に、小胞体の分子シャペロンHsp70であるBiPの機能が必要であることを見いだした。本研究課題では、BiPを足がかりに、極核融合の分子機構の解明を目指している。昨年度までに、BiPは異なるセットの小胞体Jタンパク質(制御因子)とともに、極核融合において核外膜と核内膜という2回の膜融合に機能すること、核外膜融合欠損を示す雌性配偶体は受精時の極核と精核の融合にも欠損を示し、これが受精後の胚乳核分裂異常を引き起こすことをライブイメージング解析によって明らかにした。本年度はライブイメージング解析を引き続き進め、胚乳核分裂の異常は、受精時の胚乳における精核の脱凝縮の欠損によることを明らかにした。この成果は、現在論文として投稿中である。本研究計画では、BiPのシャペロン反応のクライアントとして極核融合で機能する因子の探索も行った。昨年度までに、GFPを用いて極核を可視化するシロイヌナズナラインを構築し、これを用いて極核融合欠損を示す変異株のスクリーニングの準備を行った。本年度よりスクリーニングを開始したが、期待される表現型を示す変異株は得られていない。また、酵母2ハイブリッド法を用いたスクリーニングも進めているが、候補はまだ得られていない。近年、いくつかの生物種の核融合過程で核融合過程で機能する因子が報告されていることから、そのシロイヌナズナホモログの変異株の解析も進めた。この結果、これらの中に極核融合過程で機能するものがあることを示唆する結果が得られた。今後は、極核融合におけるこれら因子の関与を確認するとともに、これら因子がBiPのシャペロン反応のクライアントとなっている可能性についても検討する計画である。本年度は、BiPの制御因子である小胞体Jタンパク質の変異株の解析を進め、電子顕微鏡解析によって、AtERdj3AとAtP58IPKが核外膜の融合、AtERdj3BとAtP58IPKが核内膜の融合に機能していることを明らかにした。また、野生株およびこれら変異株における極核融合過程を解析するため、これらの株の中央細胞で核局在型GFP、核膜局在型GFPまたはtubulin-RFPを発現するラインを構築した。

平成24年度以降の極核融合変異株のスクリーニングのため、中央細胞で核局在型GFPを発現する野生株を変異源処理した。これを元に、約100個体からM2種子のプールを10プール作製した。同時に、酵母two hybrid用いた、小胞体Jタンパク質と相互作用するタンパク質のスクリーニングも開始した。まず、酵母Jem1pと相互作用し、接合時の核膜融合に必要なタンパク質Nep98pのシロイヌナズナホモログについて、シロイヌナズナ小胞体Jタンパク質との相互作用を検討したが、相互作用を示唆する結果は得られなかった。このことは、酵母接合時の核融合と極核融合の分子機構が異なることを示唆している。また、シロイヌナズナ野生株の花芽から調製したmRNAを元に、two hybridスクリーニング用ライブラリの構築を行った。本年度は、ライブイメージングによる解析が予想以上に進展し、極核の核膜融合機構や極核と精核の融合機構に対する重要な知見が得られたと考えている。また、本年度確立したライブイメージング解析系は、雌性配偶体形成時の極核融合過程の解析にも適用可能と考えている。一方で、極核融合に欠損を示すシロイヌナズナ変異株のスクリーニングについては、所属の変更に伴う実験室のセットアップなどの問題で大きく進展することができなかったが、実験室のセットアップも完了したため次年度中に当初の目的を達成できるのではないかと考えている。小胞体Jタンパク質に関する変異株の解析によって、BiPが極核の核外膜融合と核内膜融合の2回の膜融合過程に機能していることを示したことは、ひとつの進展であったといえる。また、24年度以降に行う変異株スクリーニング、two hybridスクリーニングの準備ができたことから研究は着実に進んでいるといえる。今後は、極核融合に欠損を示すシロイヌナズナ変異株のスクリーニングを集中的に進め、極核融合の分子機構の解明を目指す。また、極核融合は核膜と小胞体膜の融合から始まることから、小胞体融合に関与することが示唆されている因子に関するシロイヌナズナ変異株の解析など、分子機構の解明を目指した研究を進めていく予定である。当初予定していたライブイメージングによる解析は、研究代表者の所属変更により、解析のためのセットアップを再度行う必要が出てきた。このため、本年度はまず、遺伝学的な解析を中心に進めることで、当初の目的が達成できるように努める。ライブイメージングによる解析は、今年度後半以降に開始できるように、早期のセットアップに努めたい。昨年度の研究費は年度内にすべて使用していたが、事務処理手続きの関係で一部の支払いが3月31日以降になったため、次年度使用額が生じた。生じた使用額は、昨年度購入の物品費として4月以降に支払いが決定している。研究費の大部分を、消耗品購入のための物品費として利用する。また、成果発表のための旅費、および投稿論文の英文校閲費および論文投稿料として利用する。
実行情報を用いた動的電力予測による次世代大規模並列システムの省電力化に関する研究

本研究は,次世代大規模並列システムにおいて高性能と省電力化を両立するスケジューリング機構を実現し,高性能計算向け大規模並列システムの省電力化を実現する事を目的としている.本年度の成果は以下の通りである.1.プログラムの処理特性に応じたコードを挿入し,プログラム実行時に適切な動作周波数に適応することで並列システムの省電力化を実現する「コード埋め込み型実行時動作P-state適応手法」を拡張し,有効性を評価した.様々なアプリケーションにおいて,プロファイル取得を伴う最適化実行に近い消費エネルギー削減を実現できることを示した.2.これまでに様々な消費エネルギー削減手法が提案されているが,いずれも中小規模のシステムにおいて評価が行われたのみであり,大規模並列システムにおける消費エネルギー最適化の有効性は明らかではなかった.また,最適実行系列を決定するためには,本実行と同等の環境におけるプロファイルが必要であった.そこで,ノード数の異なる様々な環境において最適化時の消費エネルギーを実測し,ノード数と消費エネルギー最適化の関係について評価した.また,実測による評価が難しい大規模並列システムにおける電力最適化の有効性を評価するため,最適化実行時の消費エネルギーをモデル化した.大規模システムの一部ノードにおいて消費電力特性,並列化可能割合を学習することにより,大規模システムにおいて消費エネルギー最適化手法を適用した時の消費エネルギーおよび消費エネルギー最適化効率を予測した.評価結果より,大規模並列システムにおいては,消費エネルギーの削減量・削減率ともに向上する傾向があり,大規模システムにおける消費エネルギー最適化の有効性が明らかになった.本研究は,次世代大規模並列システムにおいて高性能と省電力化を両立するタスクスケジューリング機構を開発し,高性能計算向け大規模並列システムの省電力化を実現することを目的としている.本年度の成果,進捗は以下の通りである.1.本研究の特徴として消費電力・消費エネルギーを実測によって評価することが挙げられる.電力測定システムを構築し,筑波大学計算科学研究センターに設置されている大規模クラスタシステムPACS-CSにおいて消費電力特性の評価を行った.2.「与えられた性能低下条件を満たす最低の動作周波数を選択する」といった手法では,省電力化を実現することが難しいことが分かった.低い動作周波数を選択することによってプロセッサの省電力化は実現できるものの,実行時間の増加により定常的に消費するエネルギーが増加し,システム全体の消費エネルギーが増加する可能性がある.このような手法に対して消費電力に関する情報を付与し,必要以上に低い周波数を選択しないよう制御することにより効果的な消費エネルギー削減を実現できることが分かった.3.高性能・省電力を両立するスケジューラを実現するための手法としてギャングスケジューラについて調査を行った,既存のLinuxスケジューラでは,マルチスレッドプログラムを意識していない.そのため,同期待ちに要する時間が非常に大きくなる可能性があり,これにより消費エネルギーが増加する可能性がある.4.プログラム実行状態と消費電力の相関関係を用いた消費電力予測機構について検討した.特に,プロセッサのパフォーマンスカウンタを用いた命令実行数とメモリアクセス回数から消費電力を予測する手法について検討した.本研究は,次世代大規模並列システムにおいて高性能と省電力化を両立するスケジューリング機構を実現し,高性能計算向け大規模並列システムの省電力化を実現する事を目的としている.本年度の成果,進捗は以下の通りである.1.高性能計算向けアプリケーションの多くは,演算や通信といった異なる特性の処理を繰り返し実行する傾向があり,ソースコード中にコードを挿入する事でアプリケーションの特徴に応じた電力最適化を実現できる.本年度は,コード挿入によって区切られた領域において最適な動作周波数に適応させることにより省エネルギー化を実現した.動作周波数の変更による消費エネルギー削減量と実行時間の変化から各領域の消費エネルギー変化値を予測し,最適な動作周波数になるまで動作周波数を変更する.これにより,高性能計算向けアプリケーションの消費エネルギー削減を達成した.従来は,コード挿入を伴う省電力化では大量のプロファイルを取得する必要があったが,繰り返し実行する際に動作周波数を適応させることによりプロファイルを取得することなく消費エネルギー削減を達成できる事が分かった.2.本研究では,並列システムにおいて消費電力・消費エネルギーを実際に測定することによって評価を行う.T2K筑波システムの一部ノードを利用し,動作周波数を変更するなど様々な動作状態の電力特性を評価した.3.中小規模の並列システムにおいて高い省エネルギー効果を達成する手法が,非常に大規模なシステムにおいても省エネルギー化を達成できるとは限らない.そこで,中小規模の並列システムで取得したデータをもとに大規模並列システムの消費エネルギー削減効率を予測する手法について検討した.この結果,メモリアクセス領域で省エネルギー化を実現するアプリケーションにおいて高い精度で消費エネルギー削減効率を予測できることが分かった.本研究は,次世代大規模並列システムにおいて高性能と省電力化を両立するスケジューリング機構を実現し,高性能計算向け大規模並列システムの省電力化を実現する事を目的としている.本年度の成果は以下の通りである.1.プログラムの処理特性に応じたコードを挿入し,プログラム実行時に適切な動作周波数に適応することで並列システムの省電力化を実現する「コード埋め込み型実行時動作P-state適応手法」を拡張し,有効性を評価した.様々なアプリケーションにおいて,プロファイル取得を伴う最適化実行に近い消費エネルギー削減を実現できることを示した.2.これまでに様々な消費エネルギー削減手法が提案されているが,いずれも中小規模のシステムにおいて評価が行われたのみであり,大規模並列システムにおける消費エネルギー最適化の有効性は明らかではなかった.また,最適実行系列を決定するためには,本実行と同等の環境におけるプロファイルが必要であった.

そこで,ノード数の異なる様々な環境において最適化時の消費エネルギーを実測し,ノード数と消費エネルギー最適化の関係について評価した.また,実測による評価が難しい大規模並列システムにおける電力最適化の有効性を評価するため,最適化実行時の消費エネルギーをモデル化した.大規模システムの一部ノードにおいて消費電力特性,並列化可能割合を学習することにより,大規模システムにおいて消費エネルギー最適化手法を適用した時の消費エネルギーおよび消費エネルギー最適化効率を予測した.評価結果より,大規模並列システムにおいては,消費エネルギーの削減量・削減率ともに向上する傾向があり,大規模システムにおける消費エネルギー最適化の有効性が明らかになった.
局在型表面プラズモン顕微鏡のダイナミックレンジ拡大と生化学反応検出への応用

初年度に試作した局在型表面プラズモン顕微鏡の性能試験を行った.ダイナミックレンジ拡大については,初年度に確認しているので,主に,水雰囲気中のラテックス球を観察することにより空間分解能に関する特性を調べた.様々な実験を行った結果,最終的に,金表面に吸着した直径500nmのラテックス球の観察に成功し,励起波長632.8nmにおいて,500nm以下の光学的な空間分解能を確認した.この実験においては,実験手順を簡略化し,実験を効率化することを目的として,光学系にさまざまな改良を加えた.たとえば,光学系に,光路切り替えを行うフリッパーミラーを導入し,顕微鏡対物レンズ焦点面の観察と射出瞳の観察を,光学系の組み替え無しに,瞬時に切り替えられるように変更した.また,金属表面を試料側から観察するための,反射型明視野顕微鏡を外部光学系として導入し,試料走査前に金属表面を観察することを可能にした.このとき,試料の配置状況を多角的に検討するために,反射型明視野顕微鏡では蛍光情報を取得できるように工夫した.さらに,前年度開発した2次元空間スペクトルデータ処理を適用するための専用PCを新規に導入し,データ取得とデータ解析を並行して進められるようにした.性能の検証に続き,生化学反応を行うための基板として多用される,リボソームLB膜を製作し,それを試作した局在型表面プラズモン顕微鏡で観察できることを確認した.本年度は,超高開口数を有する対物レンズを用いた表面プラズモン顕微鏡の設計,および試作を行った.まず,装置を次のように設計した.ヘリウム・ネオンレーザが発した光のビーム径をおよそ15倍に拡大してコリメートし,開口数1.65の対物レンズに入射させる.膜厚およそ50nmの金,もしくは銀でコートされた高屈折率ガラス基板に,高屈折率オイルを通して集光する.その反射光を,対物レンズの射出瞳と光学的に共役な位置に配置したCCD素子で,角度分解して強度測定する.そこで得られた画像から,画像処理により,局所励起されている表面プラズモンの伝搬定数を測定し,最終的に,金属表面近傍の局所屈折率を得る.続いて,これを行うための部品選定/加工,制御プログラムの作成を行った.ここでは,表面プラズモンの伝搬定数を得るために行う画像処理に関して,新たに,シンプレックス法に基づく画像処理プログラムの適用を試み,従来用いていた方法に比べ処理時間を1/500に短縮することができた.試作した装置を用いて,これまで測定不能であった水を試料とした局所屈折率の高分解能測定を行い,これが可能であることを確認した.これにより,装置のダイナミックレンジが拡大されたことを確認できた.また,このときの屈折率分解能が10^<-3>以下であることを実験的に確認した.また,本装置の開発と並行して,入射角を機械的に走査することにより入射角対反射率曲線を得る光学系を試作し,次年度実施予定の生化学反応検出に用いる基板の最適構成を実験的に検討した.初年度に試作した局在型表面プラズモン顕微鏡の性能試験を行った.ダイナミックレンジ拡大については,初年度に確認しているので,主に,水雰囲気中のラテックス球を観察することにより空間分解能に関する特性を調べた.様々な実験を行った結果,最終的に,金表面に吸着した直径500nmのラテックス球の観察に成功し,励起波長632.8nmにおいて,500nm以下の光学的な空間分解能を確認した.この実験においては,実験手順を簡略化し,実験を効率化することを目的として,光学系にさまざまな改良を加えた.たとえば,光学系に,光路切り替えを行うフリッパーミラーを導入し,顕微鏡対物レンズ焦点面の観察と射出瞳の観察を,光学系の組み替え無しに,瞬時に切り替えられるように変更した.また,金属表面を試料側から観察するための,反射型明視野顕微鏡を外部光学系として導入し,試料走査前に金属表面を観察することを可能にした.このとき,試料の配置状況を多角的に検討するために,反射型明視野顕微鏡では蛍光情報を取得できるように工夫した.さらに,前年度開発した2次元空間スペクトルデータ処理を適用するための専用PCを新規に導入し,データ取得とデータ解析を並行して進められるようにした.性能の検証に続き,生化学反応を行うための基板として多用される,リボソームLB膜を製作し,それを試作した局在型表面プラズモン顕微鏡で観察できることを確認した.
音声からことばを紡ぐ乳幼児の発達脳

本研究は、乳幼児が単語を獲得する過程とその神経メカニズムを明らかにすることを目的とした。注視している対象を推定して、対象物に対応した音声を提示するリアルタイムフィードバック刺激提示法と、視線位置と脳波を同時計測する新しい方法を開発した。未知の単語に比して既知の単語に対する認知的な処理資源の割り当てを減らすことによって単語の獲得を推進し、語彙数の指数関数的な増加をもたらすことが示唆された。本研究の目的は、乳幼児が語彙を獲得する過程とその基盤となる神経メカニズムを明らかにすることである。研究期間中には、文を構成する音声の中から単語を知覚し、語彙を獲得する過程を一連の機序として検討する。そのために、乳幼児が注視している対象を推定して、対象物に対応した音声を提示するリアルタイムのフィードバック刺激提示法と、眼球運動計測と脳波計測を同時に行う計測方法を開発する。初年度の平成24年度には、本研究で最も重要となる乳幼児計測のための環境整備や研究補助員の募集、語彙獲得の程度を調べる保護者向けの質問紙調査の準備から始めた。個人保護法を遵守して乳幼児の研究参加者を募集する方法を確立した。所属機関の研究安全倫理委員会の承諾を得て、平成25年度から乳幼児を対象とした研究を実施する準備が整った。また、乳幼児が計測時に集中しやすい環境を整えることも重要であり、計測用のブースを設けることや、計測中に保護者が近くにいられるような計測環境を調えた。また、非接触の眼球運動計測装置を用いて、視覚刺激に対する注視点に応じた音声刺激を提示するリアルタイムのフィードバックシステムと視線計測と脳波を同時に計測するシステムの構築をすることを開始した。このシステムを用いることで、一つの視覚刺激においてどの場所に注目しているかによって異なる音声刺激を提示することができるようになり、複数の要素を含む自然な絵や写真を用いることが可能となる。このシステムは平成25年度以降にも改良を続けられるようにしている。脳機能計測としては、脳波計測を中心に据えているため、脳波の早い潜時の成分を評価することを成人を対象におこなった。この研究の成果を論文としてまとめて報告した。乳幼児を対象とした脳機能計測については、脳波以外の方法についても可能性を検討して、学術会議等で情報交換をおこなった。ボランティアでご協力いただく乳幼児を募集し、研究の趣旨を乳幼児の保護者に説明した上で、同意書に記入いただいた方を対象に質問紙調査と視線計測、脳波計測をおこなった。本年度は、のべ130名の乳幼児に、研究に参加していただいた。研究課題としては、既知語の検出について検討することから開始した。乳幼児が理解・産出している語彙を保護者に対する質問紙(日本語マッカーサー乳幼児言語発達診断質問用紙(小椋・綿巻、2004))を用いて調査した。質問紙調査の結果から、月齢に応じて語彙数の増加が見られ、名詞相当語の増加が多く見られることなど先行研究を再現する結果が得られた。その上で、理解語数を割合にして検討すると、名詞相当語と形容詞相当語は類似した増加曲線を描くことが明らかになった。この結果をもとにして、形容詞相当語の理解について、質問紙調査と視線計測をあわせて行う検討を開始した。視線計測に関しては、質問紙調査の結果をもとにして、乳幼児の理解の程度が高い語と理解の程度が低い語を選び、その語に対応する映像や画像を提示しながら音声で単語を提示した。形容詞相当語について、視線位置と視線の停留時間を検討した結果、注視をするピーク時間が月齢によって異なることが明らかになった。また、リアルタイムフィードバックシステムを成人と乳幼児に適用することで、既知語、未知語、新奇語の間で瞳孔径に違いが現れる傾向が認められた。視線と脳波の同時計測を開始し、乳幼児において適切な計測ができる環境を整備した。この環境と同時計測の方法は、平成26年度以降にも改善を続ける。乳幼児を対象とした脳機能計測については、脳波以外の方法についても可能性を検討して、学術会議で情報交換をおこない、また論文として発表した。昨年度に引き続いて本年度も、のべ130名の乳幼児に、研究に参加していただいた。研究課題としては、既知語の検出について検討することを継続して進めた。質問紙調査の結果から、月齢に応じて語彙数の増加が見られ、名詞相当語の中でも、特に生物や身の回りにある道具などの特定の範疇にある語に増加が多く見られることが明らかになった。また、縦断的な調査の結果からは、12か月齢において理解語数が多い児のほうが、18か月齢においても理解語数が多い傾向が認められた。視線計測に関しては、質問紙調査の結果をもとにして、乳幼児の理解の程度が高い語と理解の程度が低い語を選び、その語に対応する画像を提示しながら音声で単語を提示した。

乳幼児に画面への注意を促すような一文を音声で提示した後で、音声で単語を提示すると、新規語の場合には、停留時間が長くなる傾向が現れた。語彙数との関係性については、解析を進めている途中である。リアルタイムフィードバックシステムを乳幼児に適用しながら、視線と脳波の同時計測を行うことを試みてきたが、安定して計測が行える状況を整備することができた。既知語、未知語、新規語の間で瞳孔径に違いが現れることが明らかになったため、脳波と併せて解析を進めている。乳幼児を対象とした脳機能計測については、脳波以外の方法についても可能性を検討して、学術会議で情報交換をおこない、また論文として発表した。本研究の目的は、乳幼児が語彙を獲得する過程とその基盤となる神経メカニズムを明らかにすることである。ボランティアでご協力いただく乳幼児を募集し、研究の趣旨を乳幼児の保護者に説明した上で、同意書に記入いただいた方を対象に質問紙調査と視線計測、脳波計測をおこなった。昨年度に引き続いて本年度も、のべ約130名の乳幼児に、研究に参加していただいた。研究課題としては、既知語と未知語の検出について検討することを継続して進めた。乳幼児が理解・産出している語彙を保護者に対する質問紙を用いて引き続き調査した。質問紙調査の結果から、月齢に応じて語彙数の増加が見られるが、特に15か月から18か月の間に、大きな個人差が現れるきっかけとなる時期がある可能性が見出された。縦断的な調査も継続しておこなっており、複数回調査にご協力頂いた結果を分析した。視線計測に関しては、質問紙調査の結果をもとにして、乳幼児の理解の程度が高い語を選び、その語に対応する画像を提示しながら音声で単語を提示した。その結果、未知語の場合には瞳孔径の変化が大きくなる傾向が現れたが、月齢に応じて変化することも明らかになった。語彙数との関係性を調べた結果、保護者の認識による既知か未知かの判断とは必ずしも一致しない傾向が認められ、乳幼児を主体とした計測をすることが極めて重要であることが明らかになった。リアルタイムフィードバックシステムを乳幼児に適用しながら、視線と脳波の同時計測をおこなった。得られた脳波のデータについては、解析法を新たに開発しながら進めた。瞬目に注目して視線計測のデータと脳波のデータのそれぞれの時系列を合わせ、音声提示などの事象に関連した電位の変化をとらえた。得られた研究結果は、学会や研究会で報告した。また、一般公開のフォーラムを開催して、研究にご協力頂いた保護者にご参加頂いた。本研究の目的は、視線計測と脳波計測を乳幼児に適用して言語獲得に迫ることである。そのためには、研究に参加していただく乳幼児のボランティアを募集することが必須であるが、前年度までと同様に、これまでに確立した方法によって多数の乳幼児と保護者に協力して頂いた。質問紙調査と視線計測を中心にして既知語と未知語、新規語について複数の課題で検討を進めることができた。また、リアルタイムフィードバックシステムにより、視線位置、瞳孔径と脳波の同時計測を行うことが順調に進められており、解析結果を学会や研究会で報告した。また、一般公開のフォーラムを開催することも実現した。生後15か月から18か月の幼児を対象とした調査を継続する重要性が判明するなど、全体として、おおむね順調に進展していると評価する。
常温心拍動下における全弓部置換術のための補助手段確立に関する研究

弓部置換手術ではなお,超低体温循環停止法を要し,術後の心肺機能不全・脳障害・血液凝固障害など合併症が多く,未だ満足すべき結果を得ていない.全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての常温心拍動下体外循環法が確立すれば,重症例である弓部置換手術の成績は著しく向上することが期待される.これに対し,我々は一部臨床例において常温心拍動下脳分離体外循環とを併用し,その有用性を確認しているが,その際の心拍動を維持するための至適条件はいまだ明確ではない.本研究では上行大動脈遮断下・常温心拍動時における良好な心保護(non working beating heart)を得るための至適環境を解明する事を目的とした.[対象及び方法]体重916kgのビーグル犬を用い,全身麻酔下に予め心電図,左房圧,左心室圧,上行大動脈基部圧,大腿動脈圧及び右冠動脈流量のモニターを行う.大腿動脈送血,大腿静脈からのlong cannulaによる右房脱血でF-Fバイパスを開始.安定した循環動態を得た後に,上行大動脈を遮断し,120分間同条件を維持した.その後上行大動脈遮断を解除し,人工心肺からの離脱時点までのモニターを続けた.大動脈基部からの常温冠灌流を行った冠灌流群(2ml/min/kg)と非冠灌流群とに分け,上行大動脈遮断下・心拍動時及び人工心肺使用の前後での循環動態の変化を観察した.[結果]1)冠灌流群(6例)及び非冠灌流群(6例)の全例で,120分の上行大動脈遮断下心拍動環境を得ることが出来た.2)上行大動脈遮断解除後も循環動態は安定し人工心肺からの離脱も全例遮断解除後10分以内に可能で,極めて良好であった.3)左房圧の変化:CP群では平均左房圧は27mmHgと良好に維持されたが,non CP群では遮断開始後80分から上昇し,90分では15mmHgと高値を示した.(p<0.001)[結論]これらの結果より常温心拍動下における全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての,心拍動下上行大動脈遮断の可能であった.併せて冠還流の併用が循環動態維持の為に重要と考えられた.弓部置換手術ではなお,超低体温循環停止法を要し,術後の心肺機能不全・脳障害・血液凝固障害など合併症が多く,未だ満足すべき結果を得ていない.全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての常温心拍動下体外循環法が確立すれば,重症例である弓部置換手術の成績は著しく向上することが期待される.これに対し,我々は一部臨床例において常温心拍動下脳分離体外循環とを併用し,その有用性を確認しているが,その際の心拍動を維持するための至適条件はいまだ明確ではない.本研究では上行大動脈遮断下・常温心拍動時における良好な心保護(non working beating heart)を得るための至適環境を解明する事を目的とした.[対象及び方法]体重916kgのビーグル犬を用い,全身麻酔下に予め心電図,左房圧,左心室圧,上行大動脈基部圧,大腿動脈圧及び右冠動脈流量のモニターを行う.大腿動脈送血,大腿静脈からのlong cannulaによる右房脱血でF-Fバイパスを開始.安定した循環動態を得た後に,上行大動脈を遮断し,120分間同条件を維持した.その後上行大動脈遮断を解除し,人工心肺からの離脱時点までのモニターを続けた.大動脈基部からの常温冠灌流を行った冠灌流群(2ml/min/kg)と非冠灌流群とに分け,上行大動脈遮断下・心拍動時及び人工心肺使用の前後での循環動態の変化を観察した.[結果]1)冠灌流群(6例)及び非冠灌流群(6例)の全例で,120分の上行大動脈遮断下心拍動環境を得ることが出来た.2)上行大動脈遮断解除後も循環動態は安定し人工心肺からの離脱も全例遮断解除後10分以内に可能で,極めて良好であった.3)左房圧の変化:CP群では平均左房圧は27mmHgと良好に維持されたが,non CP群では遮断開始後80分から上昇し,90分では15mmHgと高値を示した.(p<0.001)[結論]これらの結果より常温心拍動下における全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての,心拍動下上行大動脈遮断の可能であった.併せて冠還流の併用が循環動態維持の為に重要と考えられた.弓部置換手術ではなお,超低体温循環停止法を要し,術後の心肺機能不全・脳障害・血液凝固障害など合併症が多く,未だ満足すべき結果を得ていない.全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての常温心拍動下体外循環法が確立すれば,重症例である弓部置換手術の成績は著しく向上することが期待される.これに対し,我々は一部臨床例において常温心拍動下脳分離体外循環とを併用し,その有用性を確認しているが,その際の心拍動を維持するための至適条件はいまだ明確ではない.本研究では上行大動脈遮断下・常温心拍動時における良好な心保護(non working beating heart)を得るための至適環境を解明する事を目的とした.

[対象及び方法]体重916kgのビーグル犬を用い,全身麻酔下に予め心電図,左房圧,左心室圧,上行大動脈基部圧,大腿動脈圧及び右冠動脈流量のモニターを行う.大腿動脈送血,大腿静脈からのlong cannulaによる右房脱血でF-Fバイパスを開始.安定した循環動態を得た後に,上行大動脈を遮断し,120分間同条件を維持した.その後上行大動脈遮断を解除し,人工心肺からの離脱時点までのモニターを続けた.大動脈基部からの常温冠灌流を行った冠灌流群(2ml/min/kg)と非冠灌流群とに分け,上行大動脈遮断下・心拍動時及び人工心肺使用の前後での循環動態の変化を観察した.[結果]1)冠灌流群(4例)及び非冠灌流群(4例)の全例で,120分の上行大動脈遮断下心拍動環境を得ることが出来た.2)上行大動脈遮断解除後も循環動態は安定し人工心肺からの離脱も全例遮断解除後10分以内に可能で,極めて良好であった.3)非冠灌流群と較べ冠灌流群では上行大動脈遮断中の循環動態が安定した.更に左房圧も冠灌流群で低値を示す傾向をみた.(冠還流群:3.5mmHg/非冠灌流群:7.8mmHg)4)冠灌流群では大動脈遮断の前後で,LVdp/dtの上昇が確認され,非冠灌流群と比較して,心機能の保持/改善の可能性を示唆した.[結論]これらの結果より常温心拍動下における全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての,心拍動下上行大動脈遮断の可能性が確認され,併せて冠還流の併用が心保護の面での有用性を示唆した.弓部置換手術ではなお,超低体温循環停止法を要し,術後の心肺機能不全・脳障害・血液凝固障害など合併症が多く,未だ満足すべき結果を得ていない.全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての常温心拍動下体外循環法が確立すれば,重症例である弓部置換手術の成績は著しく向上することが期待される.これに対し,我々は一部臨床例において常温心拍動下脳分離体外循環とを併用し,その有用性を確認しているが,その際の心拍動を維持するための至適条件はいまだ明確ではない.本研究では上行大動脈遮断下・常温心拍動時における良好な心保護(non working beating heart)を得るための至適環境を解明する事を目的とした.[対象及び方法]体重916kgのビーグル犬を用い,全身麻酔下に予め心電図,左房圧,左心室圧,上行大動脈基部圧,大腿動脈圧及び右冠動脈流量のモニターを行う.大腿動脈送血,大腿静脈からのlong cannulaによる右房脱血でF-Fバイパスを開始.安定した循環動態を得た後に,上行大動脈を遮断し,120分間同条件を維持した.その後上行大動脈遮断を解除し,人工心肺からの離脱時点までのモニターを続けた.大動脈基部からの常温冠灌流を行った冠灌流群(2ml/min/kg)と非冠灌流群とに分け,上行大動脈遮断下・心拍動時及び人工心肺使用の前後での循環動態の変化を観察した.[結果]1)冠灌流群(6例)及び非冠灌流群(6例)の全例で,120分の上行大動脈遮断下心拍動環境を得ることが出来た.2)上行大動脈遮断解除後も循環動態は安定し人工心肺からの離脱も全例遮断解除後10分以内に可能で,極めて良好であった.3)左房圧の変化:CP群では平均左房圧は27mmHgと良好に維持されたが,non CP群では遮断開始後80分から上昇し,90分では15mmHgと高値を示した.(P<0.001)[結論]これらの結果より常温心拍動下における全弓部大動脈置換手術時の補助手段としての,心拍動下上行大動脈遮断の可能であった.併せて冠還流の併用が循環動態維持の為に重要と考えられた.
スーパーコンピュータ利用による3次元不整形地盤域にある構造物の耐震安全性評価

表層地質が地震動の特性に大きく影響し、地震動災害が限られた特定の地域に集中する現象をしばしば経験してきた。特に、1995年兵庫県南部地震では、建物被害が震度7の「帯状地域」に集中し、世界中の注目を浴びた。したがって、本研究では地形・地層構成が複雑に変化する不整形地盤の影響との関連に於て強震動の構造物への入力機構を理論的・実験的に明らかにすることにより、都市の震害予測ならびに防災・減災対策への策定に不可欠な、来襲強震動の破壊能評価のための基礎的知見を得ることを目的とする。3次元不整形地盤域にある構造物の耐震安全性を評価する作業は、(1)まず最初に不整形地盤域の強震動を精度よく予測する。(2)次に、この強震動を入力地震動として想定し、この不整形地盤域に建つ構造物の耐震安全性を評価する。以上の二つの作業項目に大別できるが、前者の作業、すなわち、不整形地盤域を伝播する強震地動を精度よく予測することは極めて困難な作業を伴い、全作業の中で最も大きな比重を占める。3次元不整形堆積地盤の地震動特性を境界要素法での数値解析内容を大別すると、1)→グリーン関数に基づき地層境界面の離散化要素の変位あるいは表面力による積分評価を行い密マトリクスを作成する。2)→このマトリクスに基づき地層境界面での入力変位場を考慮して複素多元連立方程式を解き、地層境界面での変位及び表面力を評価する。3)→その境界面での変移及び表面力を用いて3次元不整形堆積地盤の任意の地動変位応答を評価する。以上の3つのステップに分けることができる。もっとも難解で計算時間が掛かる部分はステップ2である。その際、採用するグリーン関数として、全無限地盤と半無限地盤を対象とするものの二つに分けることができるが、閉形解で表示されるため計算の容易な前者のそれに対して、後者のグリーン関数は、それ自身が無限積分表示されるため、数値計算は難解で計算時間も非常に掛かる。従って、汎用コンピュータの2030倍の処理速度が期待できるスーパーコンピュータ活用による数値解析手法を開発する。この研究と並行して、全無限地盤グリーン関数に基づく近似解と半無限地盤グリーン関数に基づく厳密解の両者の長所を巧みに組み合わせることにより3次元不整形堆積地盤の強震動予測法の開発を行う。ここでの研究では計算機使用料の不要なワークステーションを用いてグリーン関数の効率のよい計算プログラムを併せて開発しながら研究を進める。
大腸菌染色体複製サイクルの制御マシナリー

大腸菌ではATP結合型DnaA蛋白質が複製開始DNA領域と結合し開始複合体を形成する。申請者らは、複製開始反応後、DNAポリメラーゼIII(大腸菌の染色体レプリカーゼ)がDNA上にロードされて形成される複合体(スライディングクランプ)によって、DnaA蛋白質のATPが加水分解され、複製能がないADP結合型へ変換されることを見出した(Cell,1998)。この機構をDnaA蛋白質の制御的不活性化(RIDA)と命名した。この機構は過剰な複製開始を防止する。申請者らはin vivoにおいても複製開始前にはATP結合型DnaA蛋白質が蓄積し、複製開始後速やかにADP型へと変換していくことを明らかにした(EMBO J.,1999)。第1の目的である、DnaA蛋白質の不活性化の分子機構・DNA複製との共役機構の解明、に関しては、RIDAに必要な因子(ldaB/Hda蛋白質・遺伝子)を同定し、精製した蛋白質のみを用いてin vitro再構成系の構築にも成功した。(EMBO J.,2001)。この系を用いて、RIDA機構におけるHda蛋白質の機能を解析した(学会等で発表済み)。また、スライディングクランプとDnaA蛋白質との相互作用に必要なDNA構造を明らかにした(学会等で発表済み)。さらに、RIDA反応に必要なDnaA蛋白質のアミノ酸残基の同定も行い(Mol. Microbiol.,2001)、RIDAの複製制御におけ必須な機能を裏付けた(J. B. C.,2002)。加えて、DnaA蛋白質の細胞周期依存的活性化の分子機構の解明のため、ADP型DnaA蛋白質を再活性化する因子の探索を行い、ある特定のDNA存在下で機能する蛋白性因子の存在が強く示唆された(学会発表済み)。そのような機能DNA断片をDARSと名付け、最小領域の決定・機能単位の同定を行った(学会発表済み)。以上のように、本計画研究では、DnaAno抑制システム(RIDA)の分子機構解明と複製開始の活性化因子の探索という2つの課題に対し充分な進展が得られた。申請者らはin vivoにおいても複製開始前にはATP結合型DnaA蛋白質が蓄積し、複製開始後速やかにADP型へと変換して行くことを明らかにした(EMBO J.,1999)。本年度は、DnaA蛋白質の不活性化の分子機構・DNA複製との共役機構の解明、をまず第1の目的とし、RIDAに必要な因子(IdaB/Hda蛋白質)の同定に成功した(論文作成中)。

さらに、この反応に必要なDnaA蛋白質のアミノ酸残基の同定も行った(Mol.Microbiol.,印刷中)。加えて、DnaA蛋白質の細胞周期依存的活性化の分子機構の解明のため、ADP型DnaA蛋白質を再活性化する因子の探索を行い、ある特定のDNA存在下で機能する蛋白性因子の存在が強く示唆された(学会等で発表済み)。大腸菌ではATP結合型DnaA蛋白質が複製開始DNA領域と結合し開始複合体を形成する。申請者らは、複製開始反応後、DNAポリメラーゼIII(大腸菌の染色体レプリカーゼ)がDNA上にロードされて形成される複合体(スライディングクランプ)によって、DnaA蛋白質のATPが加水分解され、複製能がないADP結合型へ変換されることを見出した(Cell,1998)。この機構をDnaA蛋白質の制御的不活性化と(RIDA)命名した。この機構は過剰な複製開始を防止する。申請者らはin vivoにおいても複製開始前にはATP結合型DnaA蛋白質が蓄積し、複製開始後速やかにADP型へと変換して行くことを明らかにした(EMBO J.,1999)。第1の目的である、DnaA蛋白質の不活性化の分子機構・DNA複製との共役機構の解明、に関しては、RIDAに必要な因子(IdaB/Hda蛋白質・遺伝子)を同定し、精製した蛋白質のみを用いてin vitro再構成系の構築にも成功した。(EMBO J.,2001)。この系を用いて、RIDA機構におけるHda蛋白質の機能を解析した(学会等で発表済み)。さらに、RIDA反応に必要なDnaA蛋白質のアミノ酸残基の同定も行い(Mol. Microbiol.,2001)、RIDAの複製制御におけ必須な機能を事付けた(J.B.C.,2002)。加えて、DnaA蛋白質の細胞周期依存的活性化の分子機構の解明のため、ADP型DnaA蛋白質を再活性化する因子の探索を行い、ある特定のDNA存在下で機能する蛋白性因子の存在が強く示唆された(学会発表済み)。そのような機能DNA断片をDARSと名付け、最小領域の決定・機能単位の同定を行った(学会発表済み)。以上のように、本計画研究では、DnaAの抑制システム(RIDA)の分子機構解明と複製開始の活性化因子の探索という2つの課題に対し充分な進展が得られた。
癌特異抗原に対する血清抗体解析による乳癌の早期診断と治療への応用

本研究は、癌患者血清中に存在する癌抗原特異的なIgG抗体をSEREX法にて検出することで、癌の早期診断方法の開発や悪性度を診断を目的とするものである。クローニングされた分子は、分子標的治療への発展を模索することとしている。平成15年度16年度は、癌細胞株より作成したcDNAライブラリーからタンパクライブラリーを作成して、患者血清によりスクリーニングを行った。合計350種類以上の抗原遺伝子をクローニングした。癌との関連性が未知である遺伝子を選択して、新たなる診断・治療への戦略を模索した。第1段階として、クローニングした遺伝子断片からペプチドを合成してハウスメイドのELISAアッセイ系を確立した。健常者対照群における陽性率が5%未満である抗原にうち乳癌患者において健常者よりも陽性率の高い抗原遺伝子を選択した。有望遺伝子として、P53,SURF-1,ZIC2,symplekin/Huntingtin interacting protein I (SPK),HCA25aであった。このうち、ELISAキットの作成に成功したのは、HCA25aである。ELISAにて血清IgG抗体価が乳癌患者で有意に高値を示すことが明かとなった。一般にSEREX抗体は、既存の腫瘍マーカーとの重複陽性症例が少ないため、併用することで、陽性率を高めることが可能と思われた。平成15年度16年度は,癌細胞株より作成したcDNAライブラリーからタンパクライブラリーを作成して,患者血清によりスクリーニングを行った。癌との関連性が未知である遺伝子を選択して,新たなる診断・治療への戦略を模索した。第1段階として,クローニングした遺伝子断片からペプチドを合成してハウスメイドのELISAアッセイ系を確立した。有望遺伝子として,P53,SURF-1,ZIC2,symplekin/Huntingtin interacting protein I(SPK),HCA25aであった。このうち,ELISAキットの作成に成功したのは,HCA25aである。一般にSEREX抗体は,既存の腫瘍マーカーとの重複陽性症例が少ないため,併用することで,陽性率を高めることが可能と思われた。
強制対流サブクール沸騰気泡層の混相流体力学的構造に関する研究

本研究では、当初の研究計画である表題の「気泡層」に限定せず、強制対流サブクール沸騰及びCHF解析に必要な事項について実験的、解析的側面から幅広く基礎研究を行った。特に、実験面では(1)サブクール核沸騰域からDNB型バーンアウトに到る条件下での気泡挙動の可視観察、相分布や流れ場などの二相流構造及び、CHF(限界熱流束)の測定、(2)流路内の気泡挙動や相分布、流れ場の一般的傾向を把握する、(3)非加熱流路表面に於ける液膜流の時空間挙動の測定とそのための測定法の開発、(4)陽子線ラジオグラフィ法を用いた不透明円管流路内沸騰観察など。また、解析面では(1)気泡層モデルの改良をベースとした2流体モデルおよび3流体モデルによるCHF予測モデルの構築、(2)気泡層モデルの背景として重要な要素である気液二相流における相分布、乱流特性の物理モデル及び数値シミュレーション法の開発、(3)ドライアウト型CHFの予測精度を大きく左右する、乱流気流場における液滴の乱流拡散挙動と液滴付着特性の客観的評価法の確立等である。実験的検討では、複雑流路系における相分布、流れ場観察から気泡層形成の一般的な知見を得た。また、CHF予測に大きく影響することが明らかになった、高サブクール域での正味ボイド率が急増するInitial Point of Net Vapor Generation(IPNVG)形成に関連し、高速ビデオによる沸騰気泡挙動観察から有用な知見を得た。得られたCHFデータベースについては現時点では必ずしも十分ではない。一方、ドライアウト型CHFに大きな影響を与える液膜流の時空間挙動に関し高精度・高速超音波エコー法を開発し、有用な測定結果を得た。解析的検討では、気泡層モデルを改良し、気液二相流流動様式を自動的に判別し、それに対応して2流体モデル、3流体モデルを使い分けるCHF予測シミュレーションコードを開発した。また、流路内相分布や流れ場を解析する物理モデルや数値モデルを提案し、それらの適用性を確認した。さらに、ドライアウト型CHF挙動に関連し、液滴一乱流渦相互作用を考慮したラグランジュ解析モデルを考案し、液滴付着率や液滴乱流拡散挙動の客観的評価方法を提案した。(1)強制対流サブク-ル沸騰実験装置の作成について当初の仕様を若干変更し、サブク-ル沸騰気泡層構造の圧力依存性を系統的に観測すると共に、高サブク-ル度を実現する目的から、大気圧より5気圧程度までの範囲で蒸気加圧できるよう加圧器を備えた実験ループを建設した。テスト部は二重管流路とし、内管をジュール加熱させる。作動流体は蒸気-水とし、最大熱流束は約2MW/m^2、最大見掛け流速は6m/sである。(2)強制対流下での気泡挙動の可視観察について沸騰により伝熱面近傍に形成される気泡層内の気泡は伝熱面である固体壁と干渉し、気泡層の二相流構造に影響する。この素過程を実験的に調べるため、流水中に置かれた円柱管群に衝突する空気泡の挙動を本補助金で購入した高速ビデオを用いて観察した。その結果、固体壁への衝突に際して、気泡は弾性体的挙動と必要弾性挙動を同時に示すことを見出した。

また、乱流形成に係わる新事実を見出した。(3)強制対流サブク-ル沸騰における二相流流動・伝熱機構の物理モデルの構築について強制対流サブク-ル沸騰時における熱伝達及び限界熱流束(CHF)を正確に予測するため、まずサブク-ル沸騰二相流の乱流構造の解析を行った。この解析は二流体モデルによる質量保存、運動量保存に関する基礎方程式と、離脱気泡径、気泡の成長・凝縮等を考慮した乱流エネルギー保存式とを連成させたものである。その結果、気泡層内の液は沸騰気泡(特に気泡の発生周期に依存して)によって著しく乱されることが明らかとなった。更にこの結果に基づいてサブク-ル沸騰におけるDNB機構に関する検討をも行った。内管を電気加熱した円環流路内を垂直上向きに流れるサブク-ル水による強制対流熱伝達領域からバーンアウトに至るまでの熱流束条件下で、熱伝達特性を律速している加熱面近傍の気泡層の混相流体力学的構造や混相流動機構の遷移のメカニズムを実験的に明らかにするとともに、実験による観察結果に基づく、より適切な物理モデルを構築して強制対流サブク-ル沸騰及びその限界熱流束を予測する手法を探究することが本研究の目的である。平成8年度及び平成9年度前半期に最大5気圧まで蒸気加圧可能な強制対流沸騰実験装置の製作と一部改良を行い、平成9年度後半から本格的な実験を行った。実験研究と並行して行ってきた気泡層モデルの改良と二流体モデルに基づく数値シミュレーションの結果から、特にDNB型かあるいはドライアウト型かの移行判定に高サブク-ル領域でのボイド挙動が大きく影響することが明らかとなった。その解析結果にしたがって、当初のスケジュールを変更して高サブク-ル領域での沸騰気泡挙動を高速ビデオで詳細に観察し、解析と比較検討を行った。今後は気泡層内部の構造を詳細に観察するとともに、気液二相流の局所構造を実験的に測定する。なお、前述したように、DNB予測モデルである気泡層モデルを物理現象に即して改良し、二流体モデルと連成した解析結果はDNB熱流束に関する多くの実験結果を精度よく予測することができた。この成果の一部は本年8月にソウルで開催される国際伝熱会議にて発表する予定である。