hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
刺激応答性金属錯体の創製：分子吸着・放出の自在制御と高感度センシング

4]}のメゾサイズ結晶高感度なゲスト応答性に関して、ゲスト拡散速度の評価、ならびに結晶表面の影響の評価を進めた。本研究は、外部刺激により物性および機能を制御可能な集積系および孤立系の金属錯体を創出し、それらを高次に組織化して、個々の金属錯体の機能・物性が連動する高度な刺激応答機能の能動的制御の達成を目指す。そのために、金属錯体の組織化構造と相互作用部位の配置を合理的に制御して、金属錯体分子が動的かつ協同的に機能する相互作用空間をボトムアップ的に自在に構築する手法を確立する。本年度はこれまでの成果を基に、1刺激応答性金属錯体の設計と合成、2刺激応答性金属錯体の機能・物性評価および3高度機能の発現と制御を進めた。2では、1で合成した化合物の外部刺激への応答性を評価した。集積系(1)は、ゲスト分子吸着による構造変化に伴うスペクトルの変化を示した。また、H2O存在下でCHCl3とCH2Cl2に対して特異的に応答することを、ゲスト雰囲気下でのラマンスペクトルと粉末X線回折の同時測定により明らかにした。孤立系(2)は溶液状態でpHに応答し、高pH条件では8核構造に変化することを構造解析から明らかにした。また、UV-Visスペクトルとマススペクトルから、pHに依存した可逆的な構造変化を確認した。3では、{Fe(pz)[Pt(CN)4]}のメゾサイズ結晶が、バルク結晶よりも高感度なゲスト応答を示し、かつ水中でもCS2に応答してスピン状態が変わること、ならびに外場によりCS2放出制御が可能であることを見出した。ZnReは蛍光性を示し、ゲスト分子に応じて蛍光波長が変化することを見出した。MPt-Iは、Pt(II)とPt(IV)混合原子価状態であり、結晶溶媒を除去すると二次元シート構造間にPt-I-Pt結合を形成して、電気伝導度が大きく変化することを見出した。また、この化合物は温度低下によりPt-I-Ptの結合角が変化して、構造転移に伴う電気伝導度の上昇も示した。CuPOMでは、環状錯体による細孔構造の構築およびCuとPOMによるCO2の特異的な化学吸着を見出した。3では、{Fe(pyrazine)[Pd(CN)4]}の吸着水素の核スピン変換現象を見出した。水素雰囲気下ラマンスペクトルと粉末X線回折の温度変化の同時測定、および構造の静電ポテンシャル解析により、30 K以下でのオルト水素からパラ水素への高速な変換とその機構を明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。錯体化学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、(1)刺激応答性金属錯体の設計と合成、(2)刺激応答性金属錯体の機能・物性評価、(3)高度機能の発現と制御の3項目を推進する。(1)では、集積系において予定通りの化合物開発が進み、(2)では高輝度放射光を用いた測定等からゲスト応答性について詳細に検討できた。
スピン流を介した光・テラヘルツ波変換の研究

金属磁性体/非磁性金属二層膜にパルス光を照射すると、テラヘルツ波パルスが発生する。この現象は磁性体がパルス光を吸収することで超拡散スピン流が発生し、テラヘルツ波に変換されるため生じるとされるが、その現象の理解は全く十分ではない。本研究では、スピン流を介した光・テラヘルツ波変換の実用へ至る道筋を得ることを目指し、超高周波スピン流の発生メカニズムとスピンポンポングの関係、そしてスピン流からテラヘルツ波の変換機構について知見を得ることを目的とした。まず、光誘起テラヘルツ波放射における変換メカニズムについてさらなる知見を得るため、コバルト鉄系の合金において光誘起テラヘルツ波放射の組成依存性を調べた。その結果、放射するテラヘルツ波の大きさが組成に強く依存することが分かり、フェルミ準位付近のスピン分極電子状態が関与していることが明らかとなった。並行して、光誘起テラヘルツ波放射に対するスピンポンピング効果の寄与を明らかにするため、前年度の成果をベースに、高磁気異方性マンガン系規則合金のテラヘルツ波放射を調べた。放射インピーダンスを十分に高めるため、結晶成長条件を最適化することで全金属層厚が7 nmと極薄で、かつ様々な組成のマンガン合金を特殊な規則合金下地上に成長することに成功した。また、これらの試料についてポンプ・プローブ法により磁化ダイナミクスを調べ、サブテラヘルツ領域の磁化才差ダイナミクスを観測した。磁化才差のダンピング定数がエンハンスされていることから、スピンポンピング効果によるサブテラヘルツスピン流が生じていると期待される。また、これらの試料では明瞭な光誘起テラヘルツ波放射が観測された。放射テラヘルツ波の大きさに加えて、その波形にも組成による違いが観測されたことから、スピンポンピング効果が関与している可能性がある。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、研究代表者の先駆的・独創的研究である「スピンポンピング効果」と「光励起テラヘルツ磁化ダイナミクス」を用いることで超高周波交流スピン流を創出し、その性質やスピン流・テラヘルツ波の変換機構を明らかにしつつ、スピン流を介した光・テラヘルツ波変換の実用可能性の知見を得る。以下、平成28年度の研究概要を記す。まず、膜の厚みや非磁性元素を様々に変えた垂直磁化マンガンガリウム合金/非磁性金属ヘテロ接合膜をスパッタ法で作製し、時間分解磁気光学カー効果による磁化歳差ダイナミクスを調べた。測定の結果、0.1-0.2 THz帯の交流スピン流の大きさと試料層構造や元素との関係について知見を得た。並行して、光誘起テラヘルツ波輻射を検出するための測定系を独自に構築した。その測定系を用いて、Ta/CoFeB/MgO薄膜構造におけるテラヘルツ波輻射について調べ、過去の報告を再現することができた。また、試料の熱処理によってテラヘルツ波輻射が増強されることを発見したため、学会報告を行った。構築した測定系を用いて、下地/マンガンガリウム合金/白金ヘテロ接合膜において、光誘起超拡散スピン流によって発生するテラヘルツ波輻射の検出に成功した。しかしながらスピンポンピング効果に伴うテラヘルツ波輻射の検出にはまだ至っていない。これは、金属ヘテロ構造薄膜と真空のインピーダンスミスマッチによってテラヘルツ波輻射効率が低下していることに起因していると考えられる。計画通り、0.1-0.2 THz帯の交流スピン流の大きさと試料層構造や元素との関係について知見を得ている。また、提案のマンガンガリウム合金系のヘテロ接合膜においても、光誘起超拡散スピン流によって発生するテラヘルツ波輻射の検出に成功した。光誘起テラヘルツ波輻射を検出するための測定系の構築が達成でき、学会報告できたことは一定の成果である。他方、スピンポンピング効果に伴うテラヘルツ波輻射の検出にはまだ至っていないが、原因は特定できており、研究の遂行に本質的な影響はないと考えている。以上のことから、研究は順調に進んでいるといえる。以下、平成29年度の研究概要を記す。1.インピーダンスミスマッチを低減しテラヘルツ波の輻射効率を増大させるため、下地/マンガンガリウム/保護層の三層構造における層の厚みや材料とテラヘルツ波輻射について調べた。

その過程で、重元素を含まない規則合金下地/マンガンガリウム/絶縁体接合系でテラヘルツ波が発生することを見出した。これは特殊な規則合金下地の有する比較的大きなスピンホール角のためであると考えられると考えられるが、詳細はまだ明らかではなく、これを最適化した試料でスピンポンピング・スピン流の誘起するテラヘルツ波の検出を試みている。2.0.2 THz帯域以上の磁化歳差運動を示す磁性ヘテロ接合系を創成する目的で、よりMn濃度の高いマンガン系ナノヘテロ接合の作製を試み、試料構成の最適化を達成した。テラヘルツ波の観測を進めている。3.すでに構築しているテラヘルツ波輻射検出光学系を改良し、時間分解磁気光学カー効果の同時検出を行えるような光学系の構築を達成した。計画のマンガン系材料を用いたテラヘルツ波輻射の検出にも成功しており、計画は順調に進んでいるといえる。中でも、重元素を含まない規則合金下地/マンガンガリウム/絶縁体接合系でテラヘルツ波が発生することを見出したことは、当初予想していなかった成果である。この試料構成を用いることで、マンガン系材料の厚みを極薄膜領域まで低減できるため、インピーダンスマッチングを取りやすく研究に幅を持たせることができている。金属磁性体/非磁性金属二層膜にパルス光を照射すると、テラヘルツ波パルスが発生する。この現象は磁性体がパルス光を吸収することで超拡散スピン流が発生し、テラヘルツ波に変換されるため生じるとされるが、その現象の理解は全く十分ではない。本研究では、スピン流を介した光・テラヘルツ波変換の実用へ至る道筋を得ることを目指し、超高周波スピン流の発生メカニズムとスピンポンポングの関係、そしてスピン流からテラヘルツ波の変換機構について知見を得ることを目的とした。まず、光誘起テラヘルツ波放射における変換メカニズムについてさらなる知見を得るため、コバルト鉄系の合金において光誘起テラヘルツ波放射の組成依存性を調べた。その結果、放射するテラヘルツ波の大きさが組成に強く依存することが分かり、フェルミ準位付近のスピン分極電子状態が関与していることが明らかとなった。並行して、光誘起テラヘルツ波放射に対するスピンポンピング効果の寄与を明らかにするため、前年度の成果をベースに、高磁気異方性マンガン系規則合金のテラヘルツ波放射を調べた。放射インピーダンスを十分に高めるため、結晶成長条件を最適化することで全金属層厚が7 nmと極薄で、かつ様々な組成のマンガン合金を特殊な規則合金下地上に成長することに成功した。また、これらの試料についてポンプ・プローブ法により磁化ダイナミクスを調べ、サブテラヘルツ領域の磁化才差ダイナミクスを観測した。磁化才差のダンピング定数がエンハンスされていることから、スピンポンピング効果によるサブテラヘルツスピン流が生じていると期待される。また、これらの試料では明瞭な光誘起テラヘルツ波放射が観測された。放射テラヘルツ波の大きさに加えて、その波形にも組成による違いが観測されたことから、スピンポンピング効果が関与している可能性がある。上に述べたように、輻射効率を増大させるためにはインピーダンスミスマッチを解消することが重要である。今後インピーダンスの数値解析を行い多層膜の設計を行うことによって研究を推進できる。平成29年度には、より高い周波数帯のテラヘルツ波輻射を達成するため、マンガンゲルマニウムなどの新しい試料構造の作製を行うことが必要である。また、磁化ダイナミクスとテラヘルツ波輻射の関係を調べるため、すでに構築したテラヘルツ波輻射検出装置を発展させ、磁化ダイナミクスとテラヘルツ波輻射の同時計測の開発を進める。
日本における近代博物館の成立・展開過程に関する歴史的研究―北米との関わりを中心に

本研究は日本における近代博物館の成立・展開過程を解明することを目的とする。この目的に迫るため、文部省教育博物館の成立過程と活動内容に注目した。本研究は、まず文部省が教育博物館設立時に参照した北米の教育博物館に関する資料収集を実施した。これに加えて、文部省教育博物館が実施した活動の一端を明らかにした。2014年度は主に次の三つについて取り組んできた。第一に、日本の文部省教育博物館設立に際して参考にしたとされる米国の教育博物館認識の検討である。とりわけ、米国連邦教育局博物館の設立を推し進めた第二代教育局長ジョン・イートン(John Eaton)の教育博物館構想は文部省教育博物館に一定の影響を与えたと推測される。そこで、2014年度は、米国議会図書館と米国国立公文書館においてイートンの構想や当時の教育界の動向がうかがえる雑誌など基礎的な資料を調査し、関係する部分を複写・収集した。すでに分析に入っているが、成果については今後発表される。第二に、府県立教育博物館の成立過程の検討である。2014年度は滋賀県に設置された教育博物館について検討するため、滋賀県庁と滋賀県立図書館において県会議事録や雑誌記事等を調査し、関係箇所を複写・収集した。今回の調査と他地域の調査結果とを合わせて、研究計画書で示した「仮説」の妥当性を検証する予定である。第三に、二つ目の研究を進めるなかで、府県立教育博物館のモデルとなった文部省教育博物館の活動実態を明らかにする必要があるのではないかとの考えに達した。そこで、同館の特徴ともいいうる教育活動について検討を進めた。2014年度については小・中学校に対する実験機器の斡旋事業に関して、東京都公文書館、国立国会図書館、名古屋大学附属図書館等で基礎資料を調査した。調査の成果については、2015年度に全日本博物館学会第41回研究大会で報告する。当該年度において達成したのは、主として以下の三点である。第一は、本研究の重要課題の一つである文部省教育博物館の活動実態に関して、1880年代の「学術講義」の意義と受講生の学びの様態をまとめた論文を日本教育学会の機関誌『教育学研究』に投稿し、査読を経て掲載された。この論文を通じて、同館の学術講義が東京府の教員講習を補完する役割を果たしていたこと、そして、学術講義が地元の教員たちの授業実践に影響力を有していたことを解明した。第二は、同館における実験器具の仲介事業について検討し、学会報告を行なった。同館が取り扱った実験器具の全容を解明するとともに、仲介事業において同館が果たした役割についても報告した。(なお、上記二点については、科研費報告に成果をまとめて刊行した。)第三は、カナダにおいて資料調査を実施し、海外における近代博物館認識についてうかがえる資料を収集した。現在は収集資料をもとに基礎データの整理を進めている。本研究は、[a]北米における教育博物館認識の検討、[b]文部省教育博物館が摂取した教育博物館情報の解明、[c]府県立教育博物館が摂取した教育博物館情報の解明の三つを主な作業課題としている。このうち、[a]については、米国についての基礎資料の収集が完了し、分析作業に入っている。また、[c]についても、上述の通り、滋賀県の資料収集がおおむね完了している。ただ、当初予定していた地域について、資料の所在が確認できず調査ができない状況にある。だが、今後他地域の調査を行なうことで、その不足分を補うことが可能だと思われる。[c]については、各地の調査に加え、府県立教育博物館に影響を与えた文部省教育博物館の教育活動について分析を進めている27年度が最終年度であるため、記入しない。教育史2015年度は、当初の予定通り、カナダならびに国内において基礎資料の収集を行ない、その分析作業を進めていく。また、上述の通り、文部省教育博物館の教育活動に関して学会発表を行なう予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。
半導体電子正孔ＢＣＳ状態の巨大な光応答の探求

半導体中の励起子は電子と正孔が結合した粒子であり、低温においてボース・アインシュタイン凝縮(BEC)を起こす。密度が高くなると励起子は不安定化して解離するが、極低温では弱い結合を回復し、凝縮して電子正孔BCS状態になると考えられている。これらの量子凝縮相を実現するために、従来は高温の電子正孔系を生成してから冷却するという方法が取られていたが、実際に転移温度まで到達するのは困難であった。しかし、量子凝縮相における秩序変数はバンド間遷移の電気分極であり、直接遷移型半導体においては光と結合していることから、コヒーレントな光の照射によって直接量子凝縮相を誘起できる可能性が提案されている。さらに電子正孔対の密度は光強度によって制御できるため、BEC領域からBCS領域にわたる広範囲の量子凝縮相を系統的に実現できることも期待される。本年度は、そのような光による量子凝縮相の生成を探索するために、バルクGaAsに対して近赤外のポンプ-プローブ分光を行った。この際、コヒーレントな電気分極を効率的に誘起するために、大きな遷移双極子モーメントを持つ1s励起子を共鳴的に励起した。この結果、比較的弱い励起強度においては吸収線の分裂が観測され、二準位系でよく知られるドレスト状態の一種として理解できることがわかった。一方で励起子が不安定化するような高密度励起に到達した場合には、単純なドレスト状態とは異なる非自明な応答が観測された。この実験結果を微視的な理論と比較することで、強く励起したときの電子正孔対は励起子的なものではなく、超伝導に見られるクーパー対に類似した波動関数を持つことがわかった。このことは、励起強度の増大に伴い、光励起される電子正孔系がBEC的な状態からBCS的な状態へと移り変わっていることを示している。以上の結果は光による量子凝縮相の誘起と制御の可能性を強く示唆するものであると言える。計画通りに実験を遂行し、当初の期待を支持する結果が得られたからである。実験においてはバルクGaAsを対象とした近赤外ポンプ・プローブ分光測定を実施した。その結果、励起子を共鳴的に励起してモット密度を超える領域に達すると、励起子という基底を使って理解できるドレスト状態からのずれが生じ、BCS的な電子正孔対相関を考慮することが欠かせないことが示唆された。ここで、励起子モット転移との関係を定量的に考察することができたのは、近年発達したテラヘルツ分光法による励起密度の評価を取り入れたおかげである。また、実験の過程で直面した障害はいずれも成功裡に解決することができた。例えば、本研究ではポンプ光とプローブ光の波長が縮退しているため、ポンプ光の散乱光を測定結果から除去する必要があった。これはプローブ光に比べてポンプ光が何桁も強く、しかも両者がほぼ同時刻に同じ偏光で入射するような本研究の実験配置では困難な問題である。しかし、試料を透過したプローブ光を一度ピンホール上に集光し、通過させる空間フィルターを用いることで、検出器に入る散乱光を格段に減らすことに成功した。その上で散乱光自体をバックグラウンドとして測定結果から差し引くことで、散乱されたポンプ光による影響を完全に消し去ることができた。また、微視的な理論に基づいて数値シミュレーションを実施し、実験結果と比較することで、光駆動された半導体の状態を電子正孔BCS状態と関連付けて理解することに成功した。従来の研究においては、過渡吸収スペクトルで観測されるドレスト状態と理論的に予測される光誘起凝縮状態との関係は深く検討されていなかったが、本研究において実験と理論を比較したことにより、これら二者の密接な関係を明瞭に示すことができたと考えられる。以上の結果は本研究の順調な進展を証するものである。これまでの研究では、バルク半導体の過渡吸収スペクトルの測定を通じ、電子正孔BCS的な対相関の形成を間接的に示唆する結果が得られている。しかし、より直接的に電子正孔BCS状態との関連を議論するには、純粋な電子正孔BCS状態の秩序変数である電気分極を直接観測することが欠かせない。そこで次年度は四光波混合を用いた測定を行い、電気分極に関わる情報を直接得ることを目指す。まずは基本的な縮退四光波混合の測定により、光誘起された電気分極の緩和時間を調べる。この際、低密度のBEC領域から高密度のBCS領域への移行を詳細に検証するには、励起光強度に対する依存性を知ることが肝要である。しかし、従来の縮退四光波混合による研究では、非線形分極を作る二つのパルスのうち一方の強度に対する依存性はあまり注目されてこなかった。そこで、まずは幅広い励起強度に対して四光波混合信号を観測できる手法の確立に努める。特に大きな励起強度を確保するには繰り返し周波数の小さな光源を使わざるを得ず、信号が小さくなることが予想されるため、高感度の検出器を利用する予定である。次に非縮退四光波混合の一種であるコヒーレントアンチストークスラマン分光法を用い、過渡的な励起準位の構造を観測することを目指す。すなわち、二色の狭帯域パルスを用意し、一方のパルスで励起子を励起して光ドレスト状態を形成したのち、両方のパルスによる誘導ラマン散乱を観測することで、BCS的なギャップ構造の観測を試みる。

そのためには二つのパルスの波長を独立に制御することが求められるため、パルス整形のための4f光学系を増設する。また、二次元系においては理想的な長距離秩序が許されないことが知られている。そこで、バルク試料において観測されたBCS的な対相関を量子井戸構造において検証することで、半導体中の量子凝縮相についてさらに理解を深めることも計画している。半導体中の励起子は電子と正孔が結合した粒子であり、低温においてボース・アインシュタイン凝縮(BEC)を起こす。密度が高くなると励起子は不安定化して解離するが、極低温では弱い結合を回復し、凝縮して電子正孔BCS状態になると考えられている。これらの量子凝縮相を実現するために、従来は高温の電子正孔系を生成してから冷却するという方法が取られていたが、実際に転移温度まで到達するのは困難であった。しかし、量子凝縮相における秩序変数はバンド間遷移の電気分極であり、直接遷移型半導体においては光と結合していることから、コヒーレントな光の照射によって直接量子凝縮相を誘起できる可能性が提案されている。さらに電子正孔対の密度は光強度によって制御できるため、BEC領域からBCS領域にわたる広範囲の量子凝縮相を系統的に実現できることも期待される。本年度は、そのような光による量子凝縮相の生成を探索するために、バルクGaAsに対して近赤外のポンプ-プローブ分光を行った。この際、コヒーレントな電気分極を効率的に誘起するために、大きな遷移双極子モーメントを持つ1s励起子を共鳴的に励起した。この結果、比較的弱い励起強度においては吸収線の分裂が観測され、二準位系でよく知られるドレスト状態の一種として理解できることがわかった。一方で励起子が不安定化するような高密度励起に到達した場合には、単純なドレスト状態とは異なる非自明な応答が観測された。この実験結果を微視的な理論と比較することで、強く励起したときの電子正孔対は励起子的なものではなく、超伝導に見られるクーパー対に類似した波動関数を持つことがわかった。このことは、励起強度の増大に伴い、光励起される電子正孔系がBEC的な状態からBCS的な状態へと移り変わっていることを示している。以上の結果は光による量子凝縮相の誘起と制御の可能性を強く示唆するものであると言える。計画通りに実験を遂行し、当初の期待を支持する結果が得られたからである。実験においてはバルクGaAsを対象とした近赤外ポンプ・プローブ分光測定を実施した。その結果、励起子を共鳴的に励起してモット密度を超える領域に達すると、励起子という基底を使って理解できるドレスト状態からのずれが生じ、BCS的な電子正孔対相関を考慮することが欠かせないことが示唆された。ここで、励起子モット転移との関係を定量的に考察することができたのは、近年発達したテラヘルツ分光法による励起密度の評価を取り入れたおかげである。また、実験の過程で直面した障害はいずれも成功裡に解決することができた。例えば、本研究ではポンプ光とプローブ光の波長が縮退しているため、ポンプ光の散乱光を測定結果から除去する必要があった。これはプローブ光に比べてポンプ光が何桁も強く、しかも両者がほぼ同時刻に同じ偏光で入射するような本研究の実験配置では困難な問題である。しかし、試料を透過したプローブ光を一度ピンホール上に集光し、通過させる空間フィルターを用いることで、検出器に入る散乱光を格段に減らすことに成功した。
中央ユーラシアの近代化における知職人の役割の比較研究

本研究では、ロシア、カザフスタン、ウズベキスタンの文書館史料をはじめとする一次資料や文献に基づき、また欧米やロシア・中央アジアの最近の研究成果を取り入れながら、中央ユーラシア知識人の活動と、その背景・前提をなしていたロシア帝国の民族政策、またロシア革命・内戦期の民族運動とソヴェト政権や白軍諸政権との関係について分析を行った。ロシア帝国の民族政策については、行政官らが中央アジア諸民族のロシア化についてどのような議論を行ったか、なぜ体系的なロシア化が行われず、むしろ個別主義的な政策が採られたかを、行政官らの異民族に対する猜疑心やオリエンタリズム的態度という視角から解き明かした。また、民族知識人の側も帝国の個別主義的政策を利用しようとしたことを明らかにした。ロシア革命・内戦期およびソ連時代初期の民族運動については、海外共同研究者であるアディーブ・ハーリド氏とマンベト・コイゲルディエフ氏の協力を得て、ロシア革命期のブハラやトルキスタンの知識人の急進化・反植民地主義や、カザフの知識人とソヴェト政権の緊張関係を分析した。総論として、中央ユーラシア各地の知識人が、民族統合や民主化、教育の近代化などにおいて果たした役割を、ロシア帝国の統治制度や文化政策の地方ごと・民族ごとの違い、知識人の持つネットワークや文字文化の発達の民族ごとの違いに着目しながら比較した。成果発表の場としては、21世紀COEプログラム「スラブ・ユーラシア学の構築」との共催で、2005年7月に国際シンポジウム「中央ユーラシアの地域的・超域的ダイナミズム:帝国、イスラーム、政治」を開催した。特に、第1セッション「中央ユーラシアの近代知識人」と、第5セッション「ロシア帝国と中央ユーラシア」が、本研究に直接関わるものであった。また成果の一部は、2004年10月にインディアナ大学で開催された中央ユーラシア学会大会で発表した。資料収集:ウズベキスタン国立中央文書館で、トルキスタン総督府、シルダリア州庁、臨時政府トルキスタン委員会、N.P.オストロウモフの各フォンドから、本研究課題の遂行に必要な史料を収集した。ウズベキスタン国立ナヴァーイー図書館でも、ロシア帝政期の稀覯本を閲覧・複写した。また日本の書店を通して、ロシア革命・内戦期に中央ユーラシアで発行された新聞のマイクロフィルムを購入した。これらにより、中央ユーラシア知識人の活動の背景・前提をなしていたロシア帝国の政策(特に民族政策、宗教政策、軍事政策)と、ロシア革命・内戦期の民族運動とソヴェト政権や白軍諸政権との関係について、多くの情報と知見が得られた。さらに、バシコルトスタンの研究者(I.ガブドラフィコフ氏)から、現在のヴォルガ・ウラル地域における知識人の状況について情報を得た。共同研究:海外共同研究者(アメリカのA.ハーリド氏、カザフスタンのM.コイゲルディエフ氏ら)と連絡を取り合い、平成17年7月に予定されている国際シンポジウムの準備を進めた。成果発表:本研究の中間的な成果の一端を、2004年10月にインディアナ大学で開催された中央ユーラシア学会年次大会で発表した。同大会への参加は、本研究に関連する国際的な研究動向についての知識をさらに深めるうえでも有益であった。また、本研究で得られた知見は、『中央ユーラシアを知る事典』(平凡社、近刊)の多くの項目にも反映されている。資料収集:前年度に引き続き、中央ユーラシア関係の図書・資料の収集を行った。国際シンポジウム:平成17年7月にスラブ研究センターで、国際シンポジウム「中央ユーラシアの地域的・超域的ダイナミズム:帝国、イスラーム、政治」を開催した。特に、第1セッション「中央ユーラシアの

近代知識人」(報告者:アディーブ・ハーリド、マンベト・コイゲルディエフ、小松久男)と、第5セッション「ロシア帝国と中央ユーラシア」(報告者:長縄宣博、マルガリータ・ヂコヴィツカヤ、宇山智彦)が、本研究に直接関わるものであった。また同シンポジウムの直後に、やはりハーリド氏、コイゲルディエフ氏らを報告者としたシンポジウム「中央ユーラシア研究の新地平」を東京で開催した。論文執筆:上記国際シンポジウムで研究代表者本人が発表した内容を、日本語と英語で論文にまとめた。日本語版は雑誌『スラヴ研究』(査読つき)に、英語版は国際シンポジウム報告集に近く掲載される予定である。そこでは、中央ユーラシア知識人の活動の前提であるロシア帝国の民族政策を取り上げ、ロシアの行政官らが中央アジア諸民族のロシア化についてどのような議論を行ったか、なぜ体系的なロシア化が行われず、むしろ個別主義的な政策が採られたかを、行政官らの異民族に対する猜疑心やオリエンタリズム的態度という視角から解き明かした。また、民族知識人の側も帝国の個別主義的政策を利用しようとしたことに触れた。知識人の役割そのものに焦点を当てた論文は、現在別途準備中である。
制御性T細胞の除去によるがん免疫応答の増強

本研究では、以下のことを明らかにした。1.Tregの亜集団である、休止Treg、活性化Treg、nonTregのCCR4発現および末梢血と腫瘍局所における分布の違いを明らかにした。2.免疫染色により、がん局所におけるCCR4陽性Tregの存在、さらに、そのリガンドがCCL22/MDCであることを明らかにした。3.遊走能を有するCD25陽性CD4 T細胞は、抗体依存性細胞傷害活性(ADCC)を有する抗CCR4(KM2760)抗体により除去できることを明らかにした。4.固形がん患者に対してヒト化抗CCR4(KW-0761)抗体を投与することにより、Tregが除去されることを明らかにした。肺がん20症例について、それぞれの症例から末梢血サンプルと外科手術材料を得て、制御性T細胞(Treg)の解析を行った。Tregの解析は、Foxp3 low CD45RA+(Fr. I)Foxp3 highCD45RA-(Fr. II)およびFoxp3 lowCD45RA-(Fr. III)について解析した。Fr. Iは、resting Treg、Fr. IIは、activated Treg、そしてFr. IIIは、non Tregである。肺がん患者末梢血リンパ球および摘出肺がん組織内浸潤リンパ球(TIL)に含まれるこれらのTreg集団について解析し、次のことが明らかになった。TILでは、末梢血リンパ球に比べて、activated Tregおよびnon Tregの頻度が高いが、resting Tregの頻度は低いまま差はなかった。この結果は、activated Tregおよびnon Tregが末梢血中から腫瘍組織内へ集積していることを示唆している。さらに、腫瘍組織内で、resting Tregの頻度上昇を認めなかったことは、resting Tregからactivated Tregへ変化していることを示唆するものと考えられる。さらに、それぞれの細胞集団について、ケモカイン受容体CCR4の発現を検討した。その結果、TILのactivated Tregおよびnon Tregで、末梢血リンパ球に比べて、CCR4の発現低下を認めた。この結果は、CCR4が関与する遊走によって、activated Tregおよびnon Tregの腫瘍局所への遊走が起こっていることを示唆している。肺がんにおいてケモカインによるactivated Tregの集積が明らかになったが、肺がんの免疫治療戦略を構築する上で重要な示唆を与える知見と考えられる。昨年度は、肺癌患者の癌組織内および末梢血中の制御性T細胞(Treg)を解析して、肺癌組織内では、CD45RA-FoxP3 high活性化TregおよびCD45RA-FoxP3 low nonTregが末梢血中よりも高い頻度で検出されることを報告した。また、Tregには、ケモカインレセプターCCR4が高発現する。そこで、今年度は、実際に、肺癌組織内にCCR4陽性細胞、さらにそのリガンドであるCCL17/TARCあるいはCCL22/MDCが検出されるか否かを、肺癌組織マイクロアレイ(TMA)を用いて免疫組織染色により検討した。その結果、CCR4陽性肺癌組織浸潤リンパ球は、384サンプル中78個(20.3%)に認められ、一方、CCR4陽性の腫瘍細胞が認められたサンプルは一個のみ(0.3%)であった。さらに、CCL17/TARC陽性浸潤単核球は、5個のサンプル(1.3%)に認められ、また、CCL17/TARC陽性腫瘍細胞が認められたサンプルは2個(0.5%)のみであった。CCL22/MDC陽性浸潤単核球は117個(30.5%)のサンプルに認められ、CCL22/MDC陽性腫瘍細胞を認めたサンプルはなかった。さらに、CCR4陽性のリンパ球はほとんどがCD4陽性で、その内一部はFoxP3陽性であった。CCL22/MDC陽性細胞は、CD163陽性のM2マクロファージであった。CCR4発現は、CCL22/MDC発現と相関していた。これらの結果は、肺癌組織内では、CCL17/TARCに比べてCCL22/MDCが優位に発現し、その結果として、Tregの集積が起こっていることを示唆している。末梢血単核球(PBMC)由来CCR4+CD25+CD4 T細胞のCCL22/MDCへの遊走と抗ヒトCCR4抗体(KM2760)添加による遊走細胞の除去を明らかにした。抗ヒトCCR4モノクローナル抗体KM2760は、脱フコシル化された抗体で、抗体依存性細胞傷害活性(ADCC)が高い。NK細胞などのFcR陽性細胞をエフェクター細胞として、CCR4発現細胞に対し傷害活性を示す。われわれは、まず、末梢血単核球(PBMC)からCD25陽性のCD4 T細胞をソートし、未処理のまま、あるいは、KM2760で処理した後に、EZ-TAXScan装置の一方のチャンバーに入れ、他方のチャンバーには、CCL22/MDCサイトカインを入れて、サイトカイン側への遊走を検討した。ソートした細胞のCCR4発現は、FACSにより確認した。遊走の陽性および陰性対照としては、ADCC活性のない抗CCR4モノクローナル抗体である1G1と抗CD4抗体を用いてソートしたCCR4陽性および陰性のCD4 T細胞を使用した。その結果、KM2760未処理のPBMCからソートしたCD25陽性CD4 T細胞は活発に遊走したが、KM2760で処理したPBMCからソートしたCD25陽性CD4 T細胞では遊走能が減弱した。

われわれは、さらに、KM2760がCD4 T細胞のCCL22/MDCサイトカインへの遊走をADCCのエフェクター細胞であるNK細胞が存在しない状態でも直接阻止する効果を有するか否かをトランスウェルプレートを用いて検討した。その結果、KM2760は、CD4 T細胞および静止あるいは活性化抑制性T細胞(Treg)の遊走阻止能は示さないことが明らかになった。本研究では、以下のことを明らかにした。1.Tregの亜集団である、休止Treg、活性化Treg、nonTregのCCR4発現および末梢血と腫瘍局所における分布の違いを明らかにした。2.免疫染色により、がん局所におけるCCR4陽性Tregの存在、さらに、そのリガンドがCCL22/MDCであることを明らかにした。3.遊走能を有するCD25陽性CD4 T細胞は、抗体依存性細胞傷害活性(ADCC)を有する抗CCR4(KM2760)抗体により除去できることを明らかにした。4.固形がん患者に対してヒト化抗CCR4(KW-0761)抗体を投与することにより、Tregが除去されることを明らかにした。初年度は、制御性T細胞(Treg)をCD45RAとFoxP3発現により3つのフラクションに分け、それぞれのフラクションをフローサイトメトリーにより、正確に検出する測定系を確立した。この方法を用いることにより、肺癌組織内および末梢血中に存在するTregを解析し、活性化Tregが肺癌組織内に集積していることを明らかにした。さらに、TregのケモカインレセプターCCR4の高発現を明らかにした。この事実に基き、本年度は、実際に肺癌組織内にCCR4発現Tregが検出されるか否かを384例の肺癌組織マイクロアレイ(TMA)を用いて免疫組織染色により検討した。また、CCR4のリガンドの検討を行った。その結果、CCR4発現Tregが肺癌組織内に免疫組織染色でも確実に検出できること、さらに癌組織内浸潤Tregは、CCL22/MDCケモカインにより集積していることを示唆する結果を得た。これらの知見は、in vitroでTregの機能を解析するための基礎となる重要な知見である。腫瘍免疫これまでの研究で、1)活性化Tregの肺癌組織内集積、2)活性化TregのCCR4高発現、3)384例の肺癌組織マイクロアレイによる肺癌組織内浸潤CCR4陽性Tregの免疫染色による証明、4)リガンドはCCL22/MDCケモカインであること、などが明らかになった。今後は、活性化Tregの機能の解析を行う。まず、TregのCCL22/MDCケモカインによる遊走を明らかにする。さらに、TregによるT細胞増殖反応の制御を検討する。さらに、抗CCR4抗体を用いて、Treg除去を試みる。これらの知見をもとに固形がん患者に対するCCR4抗体投与医師主導治験症例について解析し、Treg除去と抗腫瘍免疫の増強を明らかにする。制御性T細胞の詳細な解析には、FACSを用いた熟練した技術が要求される。研究実績の概要に記したように、CD45RA発現とFoxp3発現により、フラクションIIII(Fr. IIII)を分離して解析し、安定した結果を得ている。研究の初年度の目的は順調に達成している。
アクティブ制御系の高度信頼性構築手法

アクティブ制御系は,センサやアクチュエータ,および制御対象が正常に動作することを前提としている.一方,センサやアクチュエータ,制御対象が故障した場合には,その故障をいち早く検出し,対応策をリアルタイムで選定する必要がある.そのため,オンラインでの効果的な異常検知手法の確立,および異常発生にも頑健な制御系を構築する手法を提供することにより,信頼性の高いアクティブ制御系を構築する手法の研究開発を行った.アクティブ制御系は,センサやアクチュエータ,および制御対象が正常に動作することを前提としている.一方,センサやアクチュエータ,制御対象が故障した場合には,その故障をいち早く検出し,対応策をリアルタイムで選定する必要がある.そのため,オンラインでの効果的な異常検知手法の確立,および異常発生にも頑健な制御系を構築する手法を提供することにより,信頼性の高いアクティブ制御系を構築する手法の研究開発を行った.本研究では,(A)保守性を低減化したロバスト安定性解析手法の構築,および,(B)外乱の影響を受けない異常検知フィルタの設計方法の確立についての研究を実施した.(A)については,これまで得られていたロバスト安定性解析の方法を利用して,新たにロバスト制御設計方法を構築しその手順を明らかにした.提案手法の有効性は例題によって検証し,従来の手法に比較して保守性を低減化した形でロバスト制御系が設計できることを確認した.また,(B)については,これまで得られていた結果を発展させ,実用に有用な手法を開発した.昨年度までに,連続時間SMO(Sliding Mode Observer)を利用したFDIフィルタの設計方法を提案していた.これは,Edwards(Automatica,2000)らによる方法を外乱の影響が考慮できる形式に改良した方法であり,外乱に不感なFDIフィルタを設計するものである.計算機シミュレーション結果によれば,制御系におけるセンサ異常をほぼ瞬時に推定することができることを確認している.これに対して,本研究によって,センサの観測異常に対して有効なフィルタの設計問題を考え,次の結果を得た.(1)システムに加わる外乱の影響を除去できるFDIフィルタの設計方法を提案した.その際,システムに加わる外乱としては,低周波数帯域から高周波数帯域までの,すべての周波数帯域の外乱を想定した.さらに,低周波数外乱の影響を除去するためには外乱オブザーバの併用が有効であることを明らかにした.(2)実際のシステムに適用できるように,離散時間形式のFDIフィルタの実現方法を提案した.(3)上記の手法の有効性は,例題に対する計算機シミュレーションによって検証した.以上の成果により,外乱除去性能として既存のどの方法よりも優れた性能を示すFDIフィルタの設計方法が提案できた.本研究では,(A)保守性を低減化したロバスト安定性解析手法の構築,および,(B)外乱の影響を受けない異常検知フィルタの設計方法の確立についての研究を実施した.(A)については,保守性を低減化したロバスト制御設計手法を発電用風車のピッチ角制御系に応用し,従来のロバスト制御設計手法に比較して制御性能を向上できることを示した.その結果は,電気学会全国大会で発表し,さらにIEEE/CCA2009にて成果発表を行う.また,(B)については,これまで得られていた結果を発展させ,次のような結果を得た.(1)SMO (Sliding Mode Observer)と外乱オブザーバを併用することにより,従来の異常検知フィルタに比較して,外乱や観測ノイズに不感とすることができることを示した.さらに,機械系への応用例を通して,その性能が従来の手法よりも優れていることを示した.この結果は,2009年度開催の国際会議(ECC2009)にて発表を行う.(2)新規提案した異常検知フィルタの設計における設計自由度を明確化した.さらにその自由度を有効活用すれば,応答性の良いフィルタが設計できることを示し,設計方法としての見通しを良くした.(3)従来の異常検知フィルタの設計理論は,人工衛星の姿勢制御系のように原点極を持つシステムには適用できなかった.そこで,この問題を解決する方法について検討し,適用可能とする新規手法を提案した.さらに,計算機シミュレーションによって異常検知性能が優れていることを確認した.その結果は,計測自動制御学会において研究発表を行った.以上の成果により,実用的な異常検知フィルタの設計手法の確立に貢献することが出来たと考えている.本研究では,(A)保守性を低減化したロバスト安定性解析手法の構築,および,(B)外乱の影響を受けない異常検知フィルタの設計方法の確立についての研究を実施した.(A)については,保守性を低減化したロバスト制御設計手法を発電用風車のピッチ角制御系に応用し,従来のロバスト制御設計手法に比較して制御性能を向上できることを確認した.この結果は,ピッチ角制御問題に提案方法を適用することにより,制御性能を保ったまま信頼性の高い制御器が設計できることを新たに示したものである.そのため,アクティブシステムの信頼構築のための新しい可能性を示した点で意義深いと言える.研究成果は,IEEE/MSC2009(CCA2009)にて発表を行い,当日会場にてSpringer社より発表内容について図書出版の打診を受けた.また,(B)については,従来手法を発展させ,SMO(Sliding Mode Observer)と外乱オブザーバの併用などにより,外乱や観測ノイズの除去性能を向上させた手法を提案し,機械系への応用例を通してその有効性を検証した.その結果は,European Control Conference 2009にて研究発表を行った.さらに,従来の異常検知フィルタの設計理論は人工衛星の姿勢

制御系のように原点極を持つシステムには適用できなかった.そこで,この問題を解決する新規手法を提案し,計算機シミュレーションによって異常検知性能が優れていることを検証した.その結果は,日本機械学会論文集(C編)に掲載された.さらに,これら異常検知手法は,未知入力/出力外乱の推定器に応用できることを見いだし,ハードディスク系の外乱抑圧制御への応用検討を行った.その結果は,計測自動制御学会の制御部門大会にて研究発表を行った.以上の成果により,アクティブシステムの信頼性を向上させるための制御設計技術の確立に貢献することが出来たと考えている.
ブラジルにおけるノンフォーマル教育と社会的包摂に関する基礎的調査研究

ブラジルの都市貧困地域の子どもに対しNGOの実践するノンフォーマル教育が就学、雇用、行政参加という社会的包摂に与える影響の分析を試みた。ノンフォーマル教育組織では社会的包摂の概念において経済的エンパワーメントよりも政治的エンパワーメントが重要視されること、ノンフォーマル教育の社会的影響の分析には、社会的排除/包摂の観点にとどまらず、地域社会・国際社会にひらかれた教育活動のネットワークがもたらす社会関係資本の観点も含めて検討すべきであることが確認された。本研究は、ブラジルにおいて社会的排除層と位置づけられる都市貧困地域の子ども、特に路上生活・児童労働の経験のある子どもが、NGOの実践するノンフォーマル教育を受けることで、中等・高等教育への就学、雇用市場への参入、自治体行政への参加という社会的包摂を獲得する過程分析により、途上国のノンフォーマル教育の社会的役割の可能性と限界を人類学的調査に基づき明らかにするための基礎的調査研究である。初年度は、以下の分析、文献調査およびフィールド調査を行った。(1)教育社会学・教育人類学(特に途上国のノンフォーマル教育)、開発人類学等文献調査による先行研究の整理と理論的枠組みの検討、(2)ブラジルにおける資料収集およびフィールド調査(89月)(1)NGOの教育活動の参与観察(当該NGO活動参加者のOB・OGおよび大学生インターンに対する聞き取り調査含む)、(2)次年度の本調査(ライフ・ヒストリーの聞き取り調査)におけるインフォーマントの選定に関するNGOスタッフとの面談、(3)市教育局にて公教育機関、NGO子ども権利センターにてノンフォーマル教育組織の所在地.連絡先等データ入手、(4)連邦大学児童青少年研究所にてフィールド調査に関する情報交換、(3)教育組織分布のマッピング作成、(4)次年度フィールド調査の準備(1)本調査における質問票および聞き取り調査項目の検討、(2)マッピングに基づく教育活動圏の把握、(3)キー・インフォーマントとの情報交換。本年度のフィールド調査では、ブラジルのノンフォーマル教育組織に関わるメンバー間では社会的包摂の概念において進学を含めた経済的エンパワーメントよりも政治的エンパワーメント(行政への影響力、国内外NGOのコアメンバーであるか等により社会変容の主体となりうる力を有しているかどうか)が分析視点として重要視されていることが確認できた。本研究は、ブラジルにおいて社会的排除層と位置づけられる都市貧困地域の子ども、特に路上生活・児童労働の経験のある子どもが、NGOの実践するノンフォーマル教育を受けることで、進学、就職、政治参加等の社会的包摂を獲得する過程分析により、ノンフォーマル教育の社会的役割の可能性と限界を人類学的調査に基づき明らかにするための基礎的調査研究である。初年度に引き続き、以下の分析・調査を行った。1.文献調査による先行研究の整理と理論的枠組みの検討(1)教育学、特に社会教育(路上教育)、生涯教育におけるノンフォーマル教育の定義について国際比較の視点から整理した。(2)教育政策におけるノンフォーマル教育の活用例について、主にブラジルの事例研究を検討した。このうち地域社会における潜在的教育空間を活用して行われる教育政策については「ブラジルにおけるノンフォーマル教育-教育指標の変化と政策との連携における分析から-」(第三世界の教育研究会2012年1月例会、於国立教育政策研究所)において報告の機会を得た。2.調査地であるパラ州ベレン市における公教育およびインフォーマル教育組織のデータベース化、組織分布のマッピングの修正・調整、調査対象NGOの卒業生(キー・インフォーマント)との情報交換を行い、今後継続する現地調査に必要な情報を整理した。また、調査団体においてノンフォーマル教育活動を経験した日本人スタッフが帰国後どのような社会活動・教育活動に従事しているか追跡調査を行った。ノンフォーマル教育の社会的影響の分析には、該当コミュニティにおける社会的排除/包摂の観点からの分析にとどまらず、地域社会・国際社会にひらかれた教育活動のネットワークがもたらすソーシャル・キャピタルの観点も含めて検討すべきであることが明確化された。
新生児呼吸窮迫症候群における肺胞上皮 Akt シグナルの病態生理学的意義の解明

Aktはインスリンによって活性化される蛋白リン酸化酵素であり,細胞増殖や糖代謝など多彩な生物学的作用を有することが知られている。肺胞上皮細胞特異的にAktを活性化すると、帝王切開により早期晩出した胎児において肺胞における毛細血管密度の減少とVEGF、HIF-2の発現量低下がみられ、新生児呼吸窮迫症候群ときわめて類似した表現型を呈することが明らかになった。また、ラパマイシン投与により、VEGF、HIF-2の発現量が増加しRDSの病態が改善された。以上の結果から、胎児期における過剰なAktシグナルが、mTOR依存性にVEGFの発現を抑制することにより、RDSの病態形成に関与するものと考えられた。糖尿病合併妊娠における周産期合併症のリスクが高いことはよく知られている。特に糖尿病合併妊娠では、しばしば新生児呼吸窮迫症候群(respiratory distress syndrome: RDS)を呈し、無治療では主たる死因となる。RDSの原因は母体高血糖により、胎児側の反応性高インスリン血症が引き起こされることが原因と考えられるが、その詳細な病態生理は明らかでない。我々は2型肺胞上皮細胞特異的にAkt遺伝子を発現するトランスジェニックマウス(LE-Akt TGマウス)を作成し、RDSときわめて類似した表現型を呈することを見出した。このマウスモデルを用いてRDSの発症機構を明らかにすることを目的に、以下の3点について検討をおこなった。LE-Akt TGマウスでは肺胞空気含有量の減少と肺胞壁厚の増大がみとめられ組織学的にもRDSに類似した表現型を呈していた。また、肺胞における毛細血管密度の低下とVEGF、HIF-2の発現量減少がみられ、過剰なインスリンシグナルにより血管新生が障害されているものと考えられた。さらに、LE-Aktマウスにおいてラパマイシンを投与したところ、VEGF、HIF-2の発現量が増加し、RDSの病態が改善されることが明らかになった。培養肺上皮細胞でもインスリン投与によりHIF-2転写活性は減弱し、ラパマイシン投与により逆に増強された。以上の結果は、胎児期における過剰なインスリンシグナル活性化が、mTOR依存性にHIF-2の転写活性を抑制することにより、新生児呼吸窮迫症候群の病態形成に関与することを示唆するものと考えられた。今回我々は2型肺胞上皮細胞特異的にAkt遺伝子を発現するトランスジェニックマウス(LE-Akt TGマウス)を作成したところ、帝王切開にて早期晩出した胎児においてRDSときわめて類似した表現型を呈することを見出した。本研究の目的は、このマウスモデルを用いてDSの発症機構を明らかにすることである。平成23年度は以下の2点について検討した。(1) LE-AktTGマウスの表現型をさらに詳細に解析する。(2) LE-Akt TGマウス肺における血管新生の変化を検討するLE-AktTGマウスでは肺胞空気含有量の減少と肺胞壁厚の増大がみとめられ組織学的にもRDSに類似した表現型を呈していた。また、CC-10/SP-C陽性の肺胞上皮幹細胞が増加しており、肺胞上皮細胞の分化成熟が障害されていることが示唆された。さらに肺胞における毛細血管密度の低下とVEGF、HIF-2の発現量減少がみられ、過剰なインスリンシグナルにより血管新生が障害されているものと考えられた。平成23年度に予定した項目についてはほぼ解析が終了しており、計画はおおむね順調に進展しているものと考えられる。Aktの下流にあるシグナル分子mTORがRDS発症において重要な役割を有することが明らかになれば、rapamycinなどのmTOR阻害薬がRDSの新規治療法となりうる。そこで平成24年度は以下の点について検討する。(3) LE-AktTGマウスのRDS発症におけるAkt-mTOR経路の関与を明らかにする(3)-1:LE-Akt TGマウスにおいてmTORを阻害し、RDSの表現型に対する影響を検討する(3)-2:LE-Akt TGマウスにおいてmTORを活性化し、RDSの表現型に対する影響を検討する(3)-3:培養肺上皮細胞を用いて、インスリンのVEGF, HIF-2αの発現量に対する影響がmTORを阻害することによりどのように変化するか検討する平成24年度も研究費は物品費(マウス購入飼育費・分子生物学的解析消耗品・組織学的解析消耗品)として使用する。
高周波電磁界を用いたプラズマの生成・制御によるMHD発電機の高性能化

衝撃波管駆動MHD発電実験において、励振周波数13.56MHz、印加電力56kWの高周波電磁界電力の印加を行うことで非平衡MHD発電プラズマを生成・制御し、MHD発電機を高性能化することが本研究の目的である。平成17年度において以下の成果を挙げた。1.プラズマの電気伝導度が比較的低い場合、高周波電磁界印加時により電離が促進される効果が顕著に現れる。このため非平衡プラズマの状態が改善され、発電性能が向上した。2.プラズマの電気伝導度が比較的高い場合、高周波電磁界印加時によりプラズマの動的安定化が行われる。このため非平衡プラズマの挙動が制御され、発電性能が向上した。3.高周波電磁界印加により、プラズマ中の比較的低い電子温度が上昇し、比較的高い電子温度が低下した。このことは、高周波電磁界印加によりプラズマ中の揺らぎが抑制されたことを示唆する。4.高周波電磁界印加により、プラズマ中に形成された過大な構造が、より小さい構造に散らされた。このとこは、高周波電磁界印加によりプラズマ構造が制御されたことを示唆する。5.外部から印加した高周波電力は5.9kW程度である。高周波電磁界印加により、この値を大きく上回る82kW分の発電出力向上を実現した。上述のように、MHD発電機においてプラズマ生成・制御を行うことの有効性、またその発電性能向上に対する顕著な効果を実証することができた。このことは、今度さらなる高性能MHD発電機を開発する上で極めて重要な成果であると考える。高周波電磁界(励振周波数13.56MHz)の印加を行うことでMHDプラズマを生成・制御し、MHD発電機を高性能化することが本研究の目的である。これまでに衝撃波管駆動発電実験において以下の成果を挙げた。1.衝撃波管装置・ディスク形発電機・計測システム・高周波電源の連携設定を行い、電磁界印加のタイミング及び電磁界印加用誘導結合型コイル設置位置を可変とした実験システムを新たに構築できた。2.時間的・空間的な制御性の幅を持った電磁界の印加実験を行い、ヘリウムガスに少量のセシウム蒸気を添加したHe-Csプラズマに対する電磁界入射・反射電力の整合性、すなわちプラズマ初期生成の効率を高めた。衝撃波管駆動発電実験と高周波電力の時間的・電磁気的なマッチングをとることができ、高周波電磁界電力10kWを入力した場合に,正味としてプラズマ生成に消費される電力を56kWとできた。3.高周波電磁界印加時においても高い時間分解能・良好なS/N比を保つため精密な実験計測系整備を行い、発電実験においてプラズマの電子温度計測が可能となった。このことから、高周波電力を印加することにより電子温度の変動が小さくなる傾向を把握できた。4.プラズマの構造を観察することができ、高周波電磁界印加が不均一なプラズマ構造を一様化することを示唆できた。このことから、従来の負荷率制御とは独立した能動的なプラズマ制御によって、電離不安定性を解消できる可能性も示唆された。5.従来指摘されてきた不十分なシード率条件における初期非平衡電離促進の効果のみならず、広いシード率条件において高周波電力印加によるプラズマ安定化の効果が示唆された。