hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多次元蛍光イメージングによる下垂体後葉ホルモン分泌・局所神経回路の可視化と光制御

上核を含む脳スライス標本を用いてeGFP緑色蛍光陽性ニューロンからホールセルパッチクランプ法により膜電位もしくは膜電流を記録しながら青色光照射したところ、再現性よく活動電位および内向き電流が記録できた。26年度が最終年度であるため、記入しない。(1)バゾプレッシン-eGFP、オキシトシン-mRFP1、c-fos-eGFPおよびc-fos-mRFP1トランスジェニックラットを用いて、それぞれの蛍光タンパクの細胞内での局在について蛍光顕微鏡および共焦点レーザー顕微鏡を用いて立体構造の再構築を含めて詳細に観察することができるようになった。(2)オキシトシン-mRFP1×c-fos-eGFPダブルトランスジェニックラットを用いて細胞質内のmRFP1蛍光と細胞核内のeGFP蛍光を同一細胞で同時に観察することができた。今後、生細胞でも同様の観察ができるようにしたい。(3)バゾプレッシン-eGFP×オキシトシン-mRFP1ダブルトランスジェニックラットの脳スライス標本を用いて、生細胞の状態でeGFP蛍光もしくはmRFP1蛍光を観察することができたが、細胞質内の小胞レベルの変動を観察できるまでには達していない。今後、適刺激によりバゾプレッシンもしくはオキシトシンが開口放出される様子を観察できるようにしたい。(4)光感受性タンパク遺伝子導入動物の作出までに至っていないが、次年度に予定している。(1)バゾプレッシン-eGFP、オキシトシン-mRFP1、c-fos-eGFPおよびc-fos-mRFP1トランスジェニックラットを用いてそれぞれダブルトランスジェニックラットを交配により作出し、in vitroおよびin vivoの状態での観察ができるように実験方法を工夫する必要がある。(2)バゾプレッシン-eGFP×オキシトシン-mRFP1ダブルトランスジェニックラットの脳スライス標本および急性単離したニューロンを用いて、生細胞の状態で適刺激後の細胞質内の小胞の動態(開口放出される様子)を観察できる解像度を達成するための工夫が必要である。(3)光感受性タンパク遺伝子導入動物の作出とその系統の繁殖を行い、光感受性タンパクが発現している系統を確立する。
幹抗酸化物質リポ酸による細胞ストレス状態の解析

抗酸化物質であるリポ酸は熱、光等の物理的な刺激に弱いために包接安定化することを検討した。水溶性シクロデキストリンと効率よく包接することを確証し、各種スペクトルにおいて確かめた。その過程でリポ酸のC-S、SーS結合がラマンスペクトルにおいて特徴的な波数を示すことが明らかになり、こうした特色を他の生体高分子(蛋白質)に生かせないかを検討した。また、リポ酸の細胞経路に及ぼす影響を網羅的に解析することにより全体像を把握しようとしてメタボローム解析を行なった所、リポ酸の投与はがん細胞のエネルギー経路にネガティブに働きかけ、ピルビン酸、乳酸の生成を抑え、糖新生の機構を抑制することが明らかになった。共同研究者の水上助教とともに、まずラマンスペクトル測定条件を詳細に検討することを目的として生体に存在するラマンスペクトル測定の強みを発揮出来るC-S, S-S結合をもつリポ酸を用いてラマンスペクトル条件を検討した。ラマンスペクトルは鮮明に観測出来たので、これを生体系に近い複合系という視点からシクロデキストリンに包接させた状態での解析を行なったところ、シグナル強度の減衰が認められた。このような挙動の一般性を探る目的でシクロデキストリンの種類を変えて挙動を調べるとともに、相互作用が強く存在する状態とそうでない状態におけるスペクトルの違いについて検討を行った処、相互作用が強くない状態では本来のスペクトルが観測出来るのに対して、相互作用の強い状態ではスペクトル強度が著しく減弱する事が観測出来た。相互作用をとっている状態における物質の特異的な位置把握を行なう目的でラマンマッピングを行なった処、リポ酸のC-S, S-Sの特徴的なシグナルは相互作用の強い状態ではほとんど観測されなかったが、相互作用の弱い状態では明確なシグナルとして認められた。生体の相互作用を調べる上で有用な情報と考えられる。ラマンスペクトルと同時に赤外スペクトルを用い、赤外スペクトルで強い振動波長を持つリポ酸由来のカルボニル化合物について測定を行なった所、これもシクロデキストリンの種類により差を示すことが明らかになり、相互作用のあり方を知る上でのよい基礎実験結果として利用出来るものと考えている。これらの実験結果は昨年、国際学術雑誌に投稿し掲載されている。生体材料を用いた実験にも着手を開始するための準備ならびに予備実験を実施している。生体材料をラマンスペクトル測定しても鮮明な画像は得られないことがわかったので、現在生体材料を金簿膜などで修飾した後に表面励起してスペクトル測定可能な強度に高めるための実験を行なっている。我々は生体試料の局所的な構造解析やストレス状態などの非侵襲的解析手法としてラマンスペクトルに注目して研究を進めて来た。特にラマンスペクトルの特徴的な散乱を観測出来る結合としてタンパク質中に含まれる炭素-硫黄(C-S)結合に着目し研究を進めてきた。炭素ー硫黄結合を有するリポ酸は生体の酸化ストレスに深く関わる抗酸化物質である。リポ酸は抗酸化ネットワークの中でも強い還元力を有するので、リポ酸を通して生体の酸化ストレス状態解析が可能になると考えた。そこでリポ酸の挙動を高感度で調べるために、昨年よりリポ酸をモデル化合物として研究を開始した。ラマンスペクトル散乱によりリポ酸(C-S, S-S)に由来する特徴的なスペクトルが630, 675, 510 cm-1近傍に観測された。これらの特徴的な波数は糖環状体である各種シクロデキストリン(CD)に取込ませた形(包接体)で測定した時には、その散乱強度は著しく低下した。包接体の細部構造を明らかにするために、αーCDとリポ酸の結晶を用いて、固相状態における分子間相互作用を固体NMRスペクトル解析などにより明らかにした。CDとリポ酸の相互作用様式はCDの環サイズの違いにより大きく異なることが明らかになった。相互作用の違いが観測されるスペクトルの差に大きく関わっており、生体材料の解析を行なう上で重要な知見になると思われる。次に、我々は分子内にS-S結合を有するインスリンをモデル化合物としてラマンスペクトル解析を行なった。顕微ラマン測定ではインスリンに特徴的なラマンスペクトルが観測できた。一方、インスリンを金属基板(担体)上に装着させる表面増強ラマンスペクトル(SERS)法によるスペクトル測定等においては、顕微スペクトルで観測されたような鮮明なスペクトルは得られなかった。今後、生体材料の担体表面への装着効率の改善等を行なっていく必要がある。ラマンスペクトル装置を購入し、その立ち上げを行ないラマンスペクトル測定をいつでも行なえる状態に整えた。共同研究者との連携を行なうことにより、現在迄にラマンスペクトルを中心とした各種スペクトル測定を駆使したリポ酸の糖分子(シクロデキストリン)との相互作用(生体モデル)をまとめた結果が国際学術雑誌に投稿誌掲載されている。

この過程で得られた一連の情報ならびに実験データ、技術は2年目の研究を進展させる上でも重要なものと考えられる。また、スペクトル測定における問題点や改良を必要とする点等が明らかになったことより研究を進展させる上での技術開発や工夫を今後行なう必要があることがあきらかになった。共同研究者との連携は論文に共著者として加わっていることからわかるように極めて良好であり、ラマンスペクトルの詳細な検討を行なうためにも重要な役割を担ってくれている。また、ラマンスペクトルに限らず各種スペクトル測定に長けた他の研究者との連携も行なっている。生物工学これまでの研究を通して、生体材料系への応用を行なう上での基礎的なスキルはそろったといえる。今後、この研究を生体計測として捉えて4年生、ならび大学院生などを加えて研究を推進していくつもりである。予備実験より顕微ラマンスペクトルを用いて生体材料のスペクトル測定を行なった結果、条件を整備しないと直接ラマンスペクトル(散乱)を観測することは難しいことが明らかになった。これらの結果はラマンスペクトル測定を用いた診断結果とはよい一致を示さないものであるが、こうしたことの原因についても独自の視点から探っていきたい。非侵襲的な方法の有用性が叫ばれているが、特異的なラマンセンシングはこの一助になるので、測定条件の整備、特異的な検出方法の確立について研究を進めていく。
光符号分割多重信号の高速フーリエ変換による多チャネル一括復号・多重分離技術の開発

フーリエ符号化同期光符号分割多重(FE-SOCDM)システムにおいて,ファイバ型回折格子(FBG)によって実装された符号器で光学的に符号化したFE-SOCDM信号のディジタル信号処理による一括復号化するシステムの検討に取り組んだ.その結果として,以下を得た.(1) FE-SOCDM信号のディジタル一括復号の実験的実証.(2)利得スイッチ短光パルス源のタイミングジッタとチャープの同時低減条件の明確化.(3)多入力多出力(MIMO)技術の適用によるFE-SCODM信号のディジタル補償技術の有効性の実証(数値シミュレーション).(4)フーリエ符号化用FBG型符号器の位相誤差低減と歩留まりの向上.フーリエ符号化同期光符号分割多重(FE-SOCDM)システムにおいて,ファイバ型回折格子(FBG)によって実装された符号器で光学的に符号化したFE-SOCDM信号のディジタル信号処理による一括復号化するシステムの検討に取り組んだ.その結果として,以下を得た.(1) FE-SOCDM信号のディジタル一括復号の実験的実証.(2)利得スイッチ短光パルス源のタイミングジッタとチャープの同時低減条件の明確化.(3)多入力多出力(MIMO)技術の適用によるFE-SCODM信号のディジタル補償技術の有効性の実証(数値シミュレーション).(4)フーリエ符号化用FBG型符号器の位相誤差低減と歩留まりの向上.平成25年度は,1 OCDM符号器の位相誤差低減についての解析的・実験的検討,2受信側でのディジタル信号処理によるOCDM符号器の位相誤差の影響低減と伝送用光ファイバ内における波長分散の影響を補償する方法について計算機シミュレーションを中心にした検討,3利得スイッチ短光パルス源を用いたQPSK伝送の予備実験,を行い,以下の成果を得た.1熱源として小型ペルチェ素子とニクロム細線を用いた場合のFBGへの熱の影響を解析した結果,ニクロム細線でも当初予想以上に大きなFBGの波長変化を生じることから,加熱制御による位相誤差低減は行わないこととした.並行してFBGによるOCDM符号器の作成時に滑降シンプレックス法によって位相誤差を推定し,位相トリミングにより誤差低減を図る手法により,0.1πの位相誤差の4チップOCDM符号器の作成歩留まりを44 %まで向上できた.2パイロットシンボルを用いる伝送路特性推定技術を応用し,位相誤差のある符号器を用いて多重された信号を完全に分離できる手法と伝送路の波長分散の影響を補償できる手法を確立した.またModified CMAによるブラインド等化を適用することでパイロットシンボルを用いずとも,受信側で位相誤差及び分散補償を行えることを示した.共同研究先で取得したOCDM-QPSK伝送の予備実験データに同技術を適用した結果,10Gbit/s×2チャネル多重×30km伝送は可能であることを確認した.3利得スイッチ短光パルスを光源とした5Gbit/s-BPSK変調の予備的実験を行い,利得スイッチ短光パルスのチャープの影響を調査した.差動BPSK変調と遅延検波を組み合わせることで,利得スイッチ短光パルスを光源としても位相変調方式が適用可能であることを確認した.平成26年度は,1. OCDM符号器の特性向上の継続,2.利得スイッチ短光パルス源のチャープ低減,3.他入力他出力(MIMO)処理の採用による信号劣化補償用アルゴリズムの改善,の3点について検討を行い,以下の成果を得た.1.ファイバグレーティング(FBG)型符号器の構造同定アルゴリズムに滑降シンプレクス法を採用するとともに,同定パラメータを厳選することで位相推定誤差が0.05π以内に収まる割合を100%とすることができた.またこの構造同定法を用いて位相誤差補正を行うことで,FBG型符号器作成の歩留まりを大幅に改善した.このFBG型符号器を用いて8チップの連接フーリエ符号器を構成し,符号化/復号化を行い,理論波形とよく一致する高品質な復号化信号を得ることが出来た.2.利得スイッチ短光パルス源を用いた直交位相推移(DQPSK)変調実験および差動QPSK(DPQSK)変調実験を行った結果,利得スイッチ法により生成した短光パルスの有するチャープが原因で安定した復調が行えないことがわかった.このため,利得スイッチ短光パルス源のチャープ低減法について検討を行い,ジッタとチャープを同時に低減する構成を見出した.この手法により,従来のジッタのみ低減する方式と同等のRMSジッタ(約1.3ps)を維持しつつ,パルスの半値全幅を約40psから35psへと低減出来た.3.受信側でのディジタル信号処理によるOCDM復号において,MIMO処理を導入して受信品質を向上させる方式について検討を行った.4チャネルのQPSKフーリエ符号化同期OCDM信号のディジタル復号において,ゼロフォーシング(ZF)法と平均二乗誤差最小化(MMSE)法による加法性ガウス雑音下におけるFBG型符号器の振幅/位相誤差が各々0.5dB/0.1π以下であれば,ペナルティを1dB以下に抑えられることを確認した.光ファイバ通信両偏光型IQ変調器が品不足により入手できていないため.1 OCDM符号器の特性向上の継続:高精度に作成できるようになった4チップOCDM符号器を連接することで16チップ連接OCDM符号器を実現し,4チャネル以上の多重チャネル数を実現することを目指す.2利得スイッチ短光パルス源による差動QPSK伝送の実現:

予備実験では5GHz発振において十分なパルス強度を得るために基本的な利得スイッチ短光パルス源を用いたが,周波数を1GHz程度に落としてセルフシーディング法を適用することで安定化が期待できる.この安定化した短光パルス源を用いることで1Gbit/s差動BPSK変復調および2Gbit/s差動QPSK変復調が可能か検討する.また,利得スイッチ短光パルスの長波長側スペクトル除去を行うことでパルス幅低減(=チャープ低減)が可能という報告があるため,これについても適用可能性を検討する.3 4チャネルOCDM信号のディジタル復号の実現:受信側における信号劣化補償用ディジタル信号処理アルゴリズムの見直しによって,OCDM符号器位相誤差,伝送路は長文さんなどの信号劣化補償性能を向上させ,現在までに実現できている10Gbit/s×2チャネル×30kmOCDM伝送において,4チャネル多重とより長距離(>60km)の実現を目指す.
気温日変化を考慮した19世紀気象観測データの均質化と長期気温時系列の創出

本研究は,これまで申請者らが収集してきた19世紀の日本の気象観測データと,20世紀以降を中心とした気象庁の気象データを連結する際に問題となるデータ間の不均質性について,特に気温の日平均値を均質化する手法を確立することを目指した研究である.そのために,1気温の日変化パターンをいくつかに類型化し,それを特徴づける気象や地理的条件を明らかにする.そして,類型化されたパターンごとに,219世紀の気温の日平均値の均質化を実施する.最終的に日単位で精度の高い19世紀の気温データが整備され,これまでできなかった19世紀の気温極値の出現頻度や長期傾向も明らかとなる.本研究は,これまで申請者らが収集してきた19世紀の日本の気象観測データと,20世紀以降を中心とした気象庁の気象データを連結する際に問題となるデータ間の不均質性について,特に気温の日平均値を均質化する手法を確立することを目指した研究である.そのために,1気温の日変化パターンをいくつかに類型化し,それを特徴づける気象や地理的条件を明らかにする.そして,類型化されたパターンごとに,219世紀の気温の日平均値の均質化を実施する.最終的に日単位で精度の高い19世紀の気温データが整備され,これまでできなかった19世紀の気温極値の出現頻度や長期傾向も明らかとなる.
省エネルギーを目的とした屋内センサネットワークのデータ解析

本研究は、細かな生活状態の把握とそれに応じた自動家電制御を目標とし、屋内センサデータの分類と、それに基づく省エネルギーアプリケーションの開発までを計画していたが、最終的にアプリケーション開発は断念し、データ分類のみを行った。SVM(Support Vector Machine)やWard法によるデータの生活状況分類(判定)では、生活を『在室・不在』などの大まかに23種の状態に分類した場合しか判定できず、47種の状態に細分化すると判定できなかった。原因は各センサデータの多様性やノイズによるものと考えられた。ノイズ除去として一般的なフィルタリングを試したが、改善はみられるものの、有用な判定精度は出なかった。実験データセット固有の特性でない事の証明として、対象を変えた上でのデータの再取得を含めたWiFiネットワークによる再実験を行うと共に、多様性への対応やノイズ耐性の高い手法として深層学習を用いた分類を行った。限定的なデータによるものだが、TensorFlowとKerasを用いた解析によって、23種の状態において約90%の分類精度を、RNN(Recurrent Neural Network)とLSTM(Long Short-Term Memory)を使用した場合は、47種の状態においても約90%の分類精度を得た。100%に近い分類精度を得て、それに応じた家電制御を行うのが目標だが、この精度であれば、設定を慎重に考慮して多少の誤判定なら問題にならない家電制御を検討すれば、十分に省エネルギー目的の家電制御が可能と考える。また、それらの状態の推移からなんらかのアラートを出すシステムにも応用できるだろう。センサ情報の解析としてSVMを用い、完全自動ではなく、学習データという人からの補助データによる状況判断の有効性を検討した。省エネルギーに関わる状況のうちでも、活動中・非活動中(就寝・不在等)といった単純なものをまず目標とし、このレベルであれば判断可能である事を確認した。次段階としてより詳細な状況判定を行いたいが、その為には、どのような状況が省エネルギー制御判断に必要、あるいは有効なのかを検討しなければならない。基本的には、屋内で人が居る時に、居る場所の家電だけを、必要最低限だけ動かす事になるが、それらは我々の構築したシステムに現存するセンサだけでは、各種推定を用いても判断し難い。その為、省エネルギー家電制御システムの為のセンサとして、非可聴音や風速センサ等を追加使用し、在室・不在の判定や空調の度合い(快適性が保たれているか)の計測が可能か、またその有効性はどのぐらいかを、シミュレーション・実測・体感のアンケート等で検討した。XBeeを用いて構築した独自センサネットワークでは、ノード数の増加に伴う通信の不安定性について実験を繰り返し、プロトコルの修正を行って安定性を向上させた。従来の実験はノード数10程度で行っており、これでは問題なかったのだが、ノード数20前後に増やした場合に通信が不安定となっていた。今回の修正を受けて、ノード数30でも問題がない事を確認した。また、現在ノードを追加構築し、64台規模に増設中である。独自センサネットワークの通信不安定性の原因究明に時間がかかり、ノード数の増設が遅れ、その後に予定していたセンサデータ取得実験がまだ行えていない。省エネルギー化へと繋がる屋内状況判断の検討として、センサデータの解析を種々の方法で行った。一つには、SVMによる機械学習とWard方法によるクラスタリングにより、在室・不在・就寝程度の状況判断なら9割以上の精度で可能な事を確認した。これに基づいた不在時の全家電の自動電源OFFや、就寝時の必要家電を除いた自動電源OFF、及び起床時の自動電源ON等を行えば、それによる生活の不便を意識させない形での、省エネルギー化が可能と考える。また、クラスタリング結果を利用したHMMによる解析も行い、そのクラスタリング結果の妥当性の検討や、常に変わっていく日常行動の判定や追跡の可能性を検討した。状況に基づいての、単純な電源のON/OFFを目指すのではなく、状況に応じてクーラーと扇風機の動作切替を行う、といった方向の検討として、快適性指標に基づく家電制御を検討した。快適性指標とは、室温・湿度・風量といった指標を統合して示すもので、ある温度・湿度の時であれば、エアコンで室温を下げなくても、扇風機で微風を流せば体感的には十分に涼しい、といった指針を示す。ダイオードの熱抵抗差を利用する風速計を自作して快適性指標を導出し、それに基づいたシミュレーションを行い、夏場であれば状況に応じた扇風機の利用により、省エネに効果がある事を確認した。XBeeを用いて構築した独自のセンサーネットワーク構築については、ノード数の増加に伴う通信の不安定性の問題が再燃した。再度ハードウェアレベルからの通信ノードの確認やテストを行うと共に、データ収集中に、通信が不安定になったノードはそのまま切り離し、それを除いた形ですみやかに再度通信経路を構築するよう、プロトコルの修正を行った。この通信ネットワークの安定性については現在も継続して実験中である。独自センサネットワークの通信安定性の問題が解決せず、その後に予定していた、ノード数を大規模に増やしてのセンサデータ取得実験ができなかった。現在、ノード数を増やさない小規模の実験を複数回重ねて、その不足を補っている。最終的な省エネルギーアプリケーションの開発は断念し、その前段階となる、省エネルギー化へと繋がる屋内状況判断の検討として、センサデータの解析を種々の方法で行った。いずれの手法においても、それぞれ得意とする傾向は別として、大まかな状況判断までは可能と判った。だが、大まか以上の判断についてはノイズや突飛なデータが問題となり、実用的な精度が得られなかった。

SVMによる機械学習とWard法によるクラスタリングを組み合わせた手法でのデータ解析を行い、特に種々のノイズ除去を適用した結果を利用したWard法によるクラスタリングについては実験結果をまとめ、国際会議にて発表した(後にインターネットジャーナルへと採用された)。また、SVMによるクラスタリング結果を利用したHMMによる解析も行って結果をまとめ、国際会議にて発表した(後にジャーナルへと採用された)。現在、ノイズ除去として、一般的なフィルタリング等を試しているが、もう一つの方向性として、ノイズまで含めてしまった形での解析として、深層学習による解析を検討している。実験データ収集の為に、安定しないXbeeネットワークの再構築を行うと共に、代替としてWiFiネットワーク利用の簡易実験を行った。Xbeeネットワークの再構築についてはまだ中途にある。WiFiネットワークについてはその動作を確認したが、他の種々の問題の為に実際のデータ収集までは行えなかった。各季節(夏期等)の生活における実験データの収集が行えていない。Xbeeネットワークの動作安定性と、被データ収集者(生活状況のモニタリング対象者)へのアルバイト代支払方法等で問題が発生した。ネットワークについては、実験用にWiFiネットワークを使う簡易試験を行い、データ収集の目途をたてた。モニタリング対象者への支払いについては、家庭でなく学内での生活状況のモニターを行うか、あるいは完全なボランティアで行う事になる。本研究は、細かな生活状態の把握とそれに応じた自動家電制御を目標とし、屋内センサデータの分類と、それに基づく省エネルギーアプリケーションの開発までを計画していたが、最終的にアプリケーション開発は断念し、データ分類のみを行った。SVM(Support Vector Machine)やWard法によるデータの生活状況分類(判定)では、生活を『在室・不在』などの大まかに23種の状態に分類した場合しか判定できず、47種の状態に細分化すると判定できなかった。原因は各センサデータの多様性やノイズによるものと考えられた。ノイズ除去として一般的なフィルタリングを試したが、改善はみられるものの、有用な判定精度は出なかった。100%に近い分類精度を得て、それに応じた家電制御を行うのが目標だが、この精度であれば、設定を慎重に考慮して多少の誤判定なら問題にならない家電制御を検討すれば、十分に省エネルギー目的の家電制御が可能と考える。また、それらの状態の推移からなんらかのアラートを出すシステムにも応用できるだろう。現状のシステムで取得したセンサデータを解析した結果、実際の省エネに関わる生活状況を取得する為には、それらのセンサの統合や解析だけではどうしても不足する部分があるのではないかと考えつつある。そもそも、どのように省エネすべきかのパターンの検討がより詳細に必要となってきた。
チオガレート系同一母体白色蛍光体の創製と白色発光素子の開発

チオガレート化合物にランタノイド希土類元素Ceを添加すると青緑色領域に,Euを添加すると黄緑色領域に高効率かつスペクトル幅の広い発光を示すため,これらの発光を組み合わせると白色に近い発光が得られるが,より白色に近い発光を得るためには,Ce発光をより短波長側に,Eu発光をより長波長側にシフトさせる必要がある.Ce発光の短波長側へのシフトは,母体のチオガレートCaGa_2S_4化合物中のII族元素であるCaを他のII族元素Sr,Baに置換することで実現可能であることはわかっているので,18年度は,もう一方のEu発光を長波長側にシフトさせることを目的として,母体のCaGa_2S_4化合物中のIII族元素であるGaを他のIII族元素In,La,Yに置換することでEu発光中心の周りの結晶場を変化させることを試みた.その結果,Eu添加CaY_2S_4が最も高効率の発光を示したが,波長が740nmと逆に長くなりすぎたため,19年度は,さらにこのEu添加CaY_2S_4中のII族元素であるCaを他のII族元素Sr,Baに置換することで,発光波長の制御を試みた.硫化物粉末を原料として,真空中で950°Cの温度で24時間の焼結を行った結果,室温での紫外線励起のもとで,Srに置換したEu添加SrGa_2S_4が波長約635nm,Baに置換したEu添加BaY_2S_4が600nmとより短波長側の発光を示し,Eu添加CaGa_2S_4の緑黄色発光から,黄色赤色へと発光色を制御することができ,II-III_2-S_4系のみによる白色蛍光体のみならずフルカラー蛍光体への道を開くことができた.これらの得られた成果は今秋,ドイツで開催される国際会議において発表する予定である.チオガレート化合物にランタノイド希土類元素Ceを添加すると青緑色領域に,Euを添加すると黄緑色領域に高効率かつスペクトル幅の広い発光を示すため,これらの発光を組み合わせると白色に近い発光が得られる.そのため,チオガレート化合物は同一母体を用いたモノリシック白色発光素子としての可能性を持つが,より白色に近い発光を得るためには,Ce発光をより短波長側に,Eu発光をより長波長側にシフトさせる必要がある.Ce発光の短波長側へのシフトは,母体のチオガレートCaGa_2S_4化合物中のII族元素であるCaを他のII族元素Sr,Baに置換することで実現可能であることはわかっている.本年度は,もう一方のEu発光を長波長側にシフトさせることを目的として,母体のCaGa_2S_4化合物中のIII族元素であるGaを他のIII族元素In,La,Yに置換することでEu発光中心の周りの結晶場を変化させることを試みた.硫化物粉末を原料として,真空中あるいは硫化水素雰囲気中で850950°Cの温度で24時間の焼結を行った.その結果,室温での紫外線励起のもとでの発光が,Eu添加CaGa_2S_4の波長約550nmに対して,Inに置換したEu添加CaIn_2S_4が650nm,Yに置換したEu添加CaY_2S_4が740nmとより長波長側に発光を示し,Eu添加CaY_2S_4が作製した試料の中では最も高効率の発光を示した.しかし,蛍光体としては効率がまだまだ不十分であるため,焼結方法,組成費等の最適化をする必要があり,Ce発光の短波長化も合わせて,継続して試料作製および評価を続けていく予定である.チオガレート化合物にランタノイド希土類元素Ceを添加すると青緑色領域に,Euを添加すると黄緑色領域に高効率かつスペクトル幅の広い発光を示すため,これらの発光を組み合わせると白色に近い発光が得られるが,より白色に近い発光を得るためには,Ce発光をより短波長側に,Eu発光をより長波長側にシフトさせる必要がある.Ce発光の短波長側へのシフトは,母体のチオガレートCaGa_2S_4化合物中のII族元素であるCaを他のII族元素Sr,Baに置換することで実現可能であることはわかっているので,18年度は,もう一方のEu発光を長波長側にシフトさせることを目的として,母体のCaGa_2S_4化合物中のIII族元素であるGaを他のIII族元素In,La,Yに置換することでEu発光中心の周りの結晶場を変化させることを試みた.その結果,Eu添加CaY_2S_4が最も高効率の発光を示したが,波長が740nmと逆に長くなりすぎたため,19年度は,さらにこのEu添加CaY_2S_4中のII族元素であるCaを他のII族元素Sr,Baに置換することで,発光波長の制御を試みた.硫化物粉末を原料として,真空中で950°Cの温度で24時間の焼結を行った結果,室温での紫外線励起のもとで,Srに置換したEu添加SrGa_2S_4が波長約635nm,Baに置換したEu添加BaY_2S_4が600nmとより短波長側の発光を示し,Eu添加CaGa_2S_4の緑黄色発光から,黄色赤色へと発光色を制御することができ,II-III_2-S_4系のみによる白色蛍光体のみならずフルカラー蛍光体への道を開くことができた.これらの得られた成果は今秋,ドイツで開催される国際会議において発表する予定である.
場の理論と物性論における位相的ソリトン

場の理論や物性論に現れる位相的ソリトン,特に渦についての研究を行った。場の理論においては,超対称ゲージ理論におけるBPS渦やBPSソリトンを調べた。閉じ込められたモノポールの構成や渦の数え上げを行った。また,高密度QCDにおける非アーベリアン渦の性質,特に電磁応答やフェルミオン励起,非可換統計を調べた。物性論においては,ボース・アインシュタイン凝縮における渦や,特に渦とドメイン壁の接合やドメイン壁の対消滅調べた。また,渦の内部に局在したマヨラナ・フェルミオンによる非可換統計を調べた。さらに,フェルミオン凝縮の新しい自己無頓着解を求めた。非アーベリアン渦の有効理論における高階微分補正を求めた。渦の数え上げを行い,非摂動超ポテンシャルを求めた。ドメイン壁と反ドメイン壁が対消滅すると渦が生成すること,モノポール・ストリングと反モノポール・ストリングが対消滅すると,インスタントンが生成することを示した。ドメイン壁と反ドメイン壁の間にストリングが張っていると,対消滅の際に結び目ソリトンが生成されることを示した。非アーベリアン渦のある理論で,フレーバー対称性を弱くゲージ化してやると,渦の有効理論はゲージ化された非線形σ模型になるとともに,超対称性が破れることを示した。超対称ゲージ理論にジョセフソン項を入れてやると,ドメイン壁に捕らわれた渦(ジョセフソン渦)がドメイン壁の有効理論上のサイン・ゴルドン・キンクとして自然に現れることを示した。また、高次元への一般化として,スカーム模型に反強磁性的なポテンシャルがあると,(3次元)スカーミオンはドメイン壁の有効理論において,(2次元)ベービー・スカーミオンとして実現されることを示した。高次元への一般化として,N次元のスカーミオンがドメイン壁の中のドメイン壁の中の・・・ドメイン壁として,スカーム項なしで実現できることを示した。一般化として,非アーベリアンなジョセフソン項を非アーベリアン超対称ゲージ理論に導入すると,5次元時空における非アーベリアン渦の内部で,モノポール・ストリングによって閉じ込められたインスタントン粒子を構成できることを示した。ベービー・スカーム模型に反強磁性的なポテンシャルがあると,リング状のドメイン壁や,そのリングに渦ビーズが乗った解がベービー・スカーミオンとして構成できることを示した。超対称な標準模型において,南部モノポールと電弱ストリングを,弦理論のDブレーンで実現した。強い相互作用の閉じ込めの問題は物理学において、長年の懸案の課題である。クォークがカラー電束によって閉じ込められる機構の双対な模型として、モノポールが磁束つまりボーテックスによって閉じ込められるという南部のアイデアが昔からあった。ここ数年で、超対称ゲージ理論では、それがある程度正当化できることがわかってきた。これまで、ゲージ群がU(N)の超対称ゲージ理論において、モノポールがU(N)の非アーベリアン渦で閉じ込められることは知られていた。(1)今回は、ゲージ群がSO, USp群の場合に,モノポールが非アーベリアン渦に閉じ込められる解を構成した。(2)オービフォルドC/Z_nという特異点のある空間の上で、U(N)の非アーベリアン渦の構成とを議論した。渦度がn以下のものは、特異点に捕らわれたフラクショナル渦となっており、丁度nになると特異点から外れて外に出れることなどがわかった。また、散乱のダイナミクスも議論した。(3)非アーベリアン渦のモジュライ空間の計量は、渦が十分に離れている場合に以前求めた。これを用いて、モジュライ近似を用いて非アーベリアン渦の低エネルギー散乱を詳しく調べた。(4)インスタントンを構成要素であるメロンに分解する新しい方法を提案した。CP1模型においてアイソメトリーをゲージ化することで,シグマモデルインスタントンが半整数量子渦に分解できることを示した。次に、QCDは高密度の極限で、クォークがペアを組んで凝縮し、カラー超伝導状態になるということがわかっている。ここでは、カラー超伝導であると同時に、超流動にもなっている。そこでは、回転への応答として、非アーベリアン渦が存在する。クォークの自由度から記述するには、BdG方程式を解かないといけない。インデックス定理をBdG方程式に適用し、非アーベリアン渦に局在するフェルミオンゼロモードの数を数えた。以前、高密度QCDにおいて、非アーベリアン渦にマヨラナ・フェルミオンが3つ局在していることを発見し、さらに渦を交換した際の非可換統計を構成した。計画では、これを拡張することであった。(1)マヨラナ・フェルミオンが奇数個の場合に拡張することができ、プレプリントで発表している。

計画ではここまででよかったが、さらに、(2)マヨラナ・フェルミオンではなくディラック・フェルミオンが局在している場合も非自明な非可換統計があることがわかって、論文にすることができた。(3)高密度QCDのカラー超伝導のある種の非アーベリアン渦には、ディラック・フェルミオンが複数局在していることがわかり、この非可換統計も構成した。また、超対称ゲージ理論では、ゲージ群がU(N)の場合は、N-1個のディラック・フェルミオンが局在しているので、この場合にも適用できることがわかった。また、実績概要で述べたように、予定していなかった進展もたくさんあった。(4)インスタントンを構成要素であるメロンに分解する新しい方法、(5)オービフォルド上の非アーベリアン渦の構成、(6)非アーベリアン渦の低エネルギー散乱などがそれである。このように、当初の計画と比べて大幅に進展している。・複数のマヨラナ(あるいはディラック)フェルミオンが局在した渦の非可換統計の研究の続きとして、実際の物性系での実現の提案、量子コンピューターへの応用などを行いたい。・また、カラー超伝導においては、渦間の遠距離相互作用を以前に調べたので、非アーベリアン・ボーテックスの格子構造を解析する。よく知られているように、通常のタイプIIの超伝導体では渦糸に斥力が働くので、渦糸格子が形成される。これが、超伝導体の安定性を保証している。同様に、カラー超伝導体でも渦糸格子が形成されているはずで、その安定性の議論をしたい。また、近距離の相互作用についてはまだ何もわかっていないので、これについても調べたい。これがわかると、渦格子の相図がかける。つまり、QCD相図の理解が最近のQCDの重要な課題であるが、これに回転の軸を入れた者はいないので、我々はそれを行いたい。国内および国際会議に多く出席して、これまでの研究経過を発表するために、旅費に多く使う予定である。また、新たな共同研究も行うために、海外の様々な大学・研究所を訪問し、また海外の研究者を招へいする。このためにも、旅費や研究打ち合わせや日当に多くさくことになる。また、資料整理などにも使う予定である。新しい、計算機の購入も予定している。
センター入試を考慮した英語リスニング能力測定の理論と方法論に関する実証的研究

本研究では,英語リスニング試験の形式や内容について,国内外の代表的なテストを検訂した。具体的には,大学入試センター試験のリスニング問題、東京大学などの独立行政法人(旧国立大学)のリスニング問題、TOEIC(Test of English fo rIntemnational Communication)のリスニング問題,そして韓国の大学入試センター問題ともいえる修学テスト(CSAT)のリスニング問題の形式と内容を検討した。その結果、韓国の問題は、リスニングの目的やリスニングで使用するストラテジーの1つ1つについて、1つのパヅセージを絞り、リスニングにおけるどの技能やストラテジーができているのか、どれができていないのかを明確に測定できるように工夫され、構成されていることがわかった。テスト形式と内容の違いによって、学習者のリスニング能力の測定結果にどのような違いが見られるかを実証的に調査するため、韓国の問題については、留学生の協力を得て、問題文を日本語に翻訳し、リスニング音声資料は韓国語の部分を削除しなりなどして、日本人学習者が受験できるように編集して実施した。その結果、韓国の問題とTOEICのリスニング・テストの相関係数はr=0.74(p=0.00)のとなり,両者に有意で強い相関があることが明らかになった。また,日本人英語学習者にとっては、韓国のリスニング・テストでの得点の方が、TOEICのリスニング得点よりも、分布としての広がりは小さいが、各学習者ごとのリスニングの強い点や弱い点が明確になり、より診断的な情報が得られるテスト方法であることがわかった。また、海外のリスニング試験事情を、スペインを中心に調査した。スペインの英語教育はまだまだ発展途上であり、韓国のリスニング試験のように洗練されたレベルにはまだ至っていないことがわかった。初年度は、英語リスニング試験の形式や内容について、国内外の代表的なテストを検討した。具体的には、大学入試センター試験のリスニング問題、東大などの独立行政法人(旧国立大学)のリスニング問題、TOEICおよびTOEFLのリスニング問題である。これに加えて、韓国の大学入試問題のリスニングおよびリーディング問題の形式と内容も検討した。その結果、韓国の問題は、聞いたり読んだりする目的やストラテジーに応じて、個別のリスニングやリーディング技能を測定するように工夫されており、国内のテスト内容とかなり異なることがわかった。次年度は、どのようにテスト形式と内容を変えることによって、学習者(被験者)のリスニング能力の測定結果がどのように変化するかを実証的に調査する予定であるため、韓国の問題については、留学生の協力を得て、問題文を日本語に翻訳し、リスニング音声資料は韓国語の部分を削除しなりなどして、日本人学習者が受験できるように編集した。また、リスニング能力の下位能力の1つである音声語彙サイズを500語レベルから1万語レベルまで測定できる音声語彙テストのCD版も編集・整理した。さらに、海外のリスニング試験事情をスペインで調査したが、スペインの英語教育はまだまだ発展途上であり、韓国のリスニング試験のように洗練されたレベルにはまだ至っていないことがわかった。本年度は,まず,英語熟達度を測定するために作られたTOEICとリスニングにおける個別技能を測定するために作られた韓国修学テストを,日本人大学生を対象に比較調査した。同じ学習者に2つのテストを実施し,両スコアの相関を調べたところ,有意で高い相関が出ることはなかった。この理由として,TOEICの方はビジネス関係の専門語彙はじめ,低頻度の語彙もよく出てくる。発話速度も1分当たり150語以上の速いスピードになっている。一方,韓国修学テストの方は,語彙面でも基礎的なものが多く,発話速度も130語程度でありそれほど速くはなかった。この結果,TOEICで高得点をとれる学習者は,韓国修学テストでも高得点が取れるが,逆に,韓国修学テストで高得点できてもTOEICでは高得点が取れるとは限らず,これが両テストの相関を低くしていることがわかり,両テストで測定しようとしている対象が,異なる可能性が示唆された。

そこで,韓国修学テストで扱って個別技能のうち,リスニングで重要と思われる技能として,「文中に明示されていない情報内容を推測・理解できる技能」を取り上げ,この技能が,質問形式(解答の選択肢の有無)によってどのような影響を受けるか。その影響の受け方は聞き手の英語熟達度とどのような関係にあるかを調査した。その結果,リスニング本文にある非明示情報の推測・理解度は,選択肢がある場合の方がない場合より高くなり,この傾向は英語熟達度が低い場合に顕著に見られることがわかった。このことから,英語熟達度の高い学習者には,選択肢のない質問で推測させることが学習活動として可能であるが,低い学習者の場合には,推測のヒントとして選択肢を与えることが重要であることが示唆される。今後は,今年度開発したリスニング処理速度やリスニング・スパンを測定できるソフトを併用し,聞き手の推測力が,これらの要因とどのように関連しているのかについても調査していく予定である。
緑内障における網膜内ニューロン・グリア干渉機構の解析

生後8ないし12週の雄Sprague Dawleyラシトの3本の上強膜静脈を焼灼し、高眼圧モデルを作製した。ウレタン麻酔下で経時的に眼圧をトノペンで測定し、眼圧上昇を確認した。処置後、3,7,14,28,60日目に、ラットを安楽死させ、眼球を摘出して、網膜伸展標本またはクライオスタット切片を作製した。一群では,TUNEL(terminal dUTP nick end labeling)染色を行ってアポトーシス細胞の出現頻度を、他群では,抗GFAP抗体ないし抗リン酸化Akt特異的抗体を用いた蛍光免疫染色を行った。前者にて網膜神経節細胞のアポトーシスの量的変化をカウントし、後者にてAkt活性変化を網膜内の局在分布の変化として捉えた。伸展標本にて障害の水平的な分布を、薄切切片にて障害の網膜層別・層間の拡がりを検討した。さらに一部の網膜では上記抗体を用いてウエスタンブロットを行った.上強膜静脈焼灼後,3日で眼圧は46.5±15.2mmHgと上昇し,経時的に低下したが,2ヶ月後も24.7±8.9mmHgと,対照眼(15.1±7.3)に比べ有意に高値を維持した。眼圧上昇1週間、1ヶ月、2ヶ月後にそれぞれ、102.8±33.6,79.7±18.4,62.4±19.7/0.5cm2のTUNEL陽性細胞が出現し,対照眼に比べ(それぞれ5.2±1,2,7.8±2.3,6.4±2.2/0.5cm2),有意に多かった(P<0.001)。一方,対照眼では,リン酸化Aktの発現は見られなかったのに対し,眼圧上昇3日後に,神経線維層と神経節細胞層に,その発現が見られ,眼圧下降に呼応して,この発現は消失した.MAP1a抗体による二重染色により,このAkt免疫染色性は,網膜神経節細胞に特異的であることが示された.一方,対照眼では,GFAPはアストロサイトが発現し,ミュラー細胞は発現しなかったが,眼圧上昇によってこのパタン-ンは逆転し眼圧下降後も対照眼とは異なるパターンを持続した.ウエスタンブロットでは,リン酸化AktやGFAP量は眼圧上昇眼で有意に高くなった.眼圧上昇ストレスによって、網膜神経細胞は依存性にアポトーシスを起こすが,同時にこれと拮抗する抗アポトーシス経路が活性化している可能性が示唆された.またグリアの眼圧ストレス応答はその種類によって異なる可能性が示された.生後8ないし12週の雄Sprague Dawleyラシトの3本の上強膜静脈を焼灼し、高眼圧モデルを作製した。一方,対照眼では,リン酸化Aktの発現は見られなかったのに対し,眼圧上昇3日後に,神経線維層と神経節細胞層に,その発現が見られ,眼圧下降に呼応して,この発現は消失した.MAP1a抗体による二重染色により,このAkt免疫染色性は,網膜神経節細胞に特異的であることが示された.一方,対照眼では,GFAPはアストロサイトが発現し,ミュラー細胞は発現しなかったが,眼圧上昇によってこのパタン-ンは逆転し眼圧下降後も対照眼とは異なるパターンを持続した.ウエスタンブロットでは,リン酸化AktやGFAP量は眼圧上昇眼で有意に高くなった.眼圧上昇ストレスによって、網膜神経細胞は依存性にアポトーシスを起こすが,同時にこれと拮抗する抗アポトーシス経路が活性化している可能性が示唆された.またグリアの眼圧ストレス応答はその種類によって異なる可能性が示された.生後8ないし12週の雄Sprague Dawleyラットの3本の上強膜静脈を焼灼し、高眼圧モデルを作製した。

処置後、3,7,14,28,60日目に、ラットを安楽死させ、眼球を摘出して、網膜伸展標本またはクライオスタット切片を作製した。一群では,TUNEL (terminal dUTP nick end labeling)染色を行ってアポトーシス細胞の出現頻度を、他群では、抗GFAP抗体を用いた蛍光免疫染色を行った。前者にて網膜神経節細胞のアポトーシスの量的変化をカウントし、後者にてグリアの活性変化を網膜内の局在分布の変化として捉えた。伸展標本にて障害の水平的な分布を、薄切切片にて障害の網膜層別・層間の拡がりを検討した。上強膜静脈焼灼後、3日で眼圧は46.5±15.2mmHgと上昇し、経時的に低下したが、2ヶ月後も24.7±8.9mmgと、対照眼(15.1±7.3)に比べ有意に高値を維持した。眼圧上昇1週間、1ヶ月、2ヶ月後にそれぞれ、102.8±33.6,79.7±18.4,62.4±19.7/0.5cm2のTUNEL陽性細胞が出現し、対照眼に比べ(それぞれ5.2±1.2,7.8±2.3,6.4±2.2/0.5cm2),有意に多かった(P<0.001)。一方、対照眼では、GFAPはアストロサイトが発現し、ミュラー細胞は発現していなかったのに対して、眼圧上昇3日後に、この発現パターンは逆転した。そして、2ヶ月後に、アストロサイトでの発現が再度見られるようになった。眼圧上昇ストレスによって、グリア細胞の中で、アストロサイトとミュラー細胞は、異なる挙動を示し、網膜神経細胞は眼圧変化に一致して、アポトーシスを起こしていることが明らかとなった。生後8ないし12週の雄SpragueDawleyラットの3本の上強膜静脈を焼灼し、高眼圧モデルを作製した。ウレタン麻酔下で経時的に眼圧をトノペンで測定し、眼圧上昇を確認した。一群では,TUNEL(terminal dUTP nick end labeling)染色を行ってアポトーシス細胞の出現頻度を、他群では,抗リン酸化Akt特異的抗体を用いた蛍光免疫染色を行った。前者にて網膜神経節細胞のアポトーシスの量的変化をカウントし、後者にてAkt活性変化を網膜内の局在分布の変化として捉えた。上強膜静脈焼灼後,3日で眼圧は46.5±15.2mmHgと上昇し,経時的に低下したが,2ヶ月後も24.7±8.9mmHgと,対照眼(15.1±7.3)に比べ有意に高値を維持した。眼圧上昇1週間、1ヶ月、2ヶ月後にそれぞれ、102.8±33.6,79.7±18.4,62.4±19.7/0.5cm2のTUNEL陽性細胞が出現し,対照眼に比べ(それぞれ5.2±1.2,7.8±2.3,6.4±2.2/0.5cm2),有意に多かった(P<0.001)。一方,対照眼では,リン酸化Aktの発現は見られなかったのに対し,眼圧上昇3日後に,神経線維層と神経節細胞層に,その発現が見られ,眼圧下降に呼応して,この発現は消失した.MAP1a抗体による二重染色により,このAkt免疫染色性は,網膜神経節細胞に特異的であることが示された.眼圧上昇ストレスによって、網膜神経細胞は依存性にアポトーシスを起こすが,同時にこれと拮抗する抗アポトーシス経路が活性化している可能性が示唆された.
減数分裂期の組換え開始を制御する染色体構造の解明

減数分裂期の染色体分配を担う相同組換えは、DNAの二重鎖切断(DSB)によって始まる。ヒトのDSBはDNA結合タンパクによって部位特異的に誘導される一方で、DSBの起こりやすい領域には大きな性差が見られることから、DNA配列とは異なるレベルでのDSB制御が予想されるが、そのメカニズムは未知である。本研究ではDSB制御に関わる新規因子として、減数分裂期の染色体構造である「核膜-テロメア接着」と染色体の「軸構造」に着目し、これらの構造がDSBの部位特異性に果たす役割をヒトと類似した染色体構造とDSB形成の特徴を持つゼブラフィッシュを用いて明らかにすることを目的とした。以下にH30年度の成果を示す。1.マウスで同定された減数分裂期テロメア複合体の構成因子について、そのオルソログ遺伝子にフレームシフトを持つゼブラフィッシュ変異体をCRISPR-Cas9法により作製した。2.上記の核膜-テロメア接着変異体と、所属研究室で同定された軸構造変異体の表現型解析を行った。その結果、軸構造因子であるSycp2がDSB形成に必須であることを発見した。この結果は、軸構造因子が相同組換えの開始に果たす役割を脊椎動物において新規に示すものである(投稿準備中)。これに対し、核膜-テロメア接着変異体ではDSB形成が起こることを確認した。3. Dmc1 ChIP-seqによるDSB部位のゲノムワイドマッピングを行うため、モルモット由来の抗Dmc1抗血清を用いた条件検討を行った。マウスにおけるChIPプロトコルを元に、ゼブラフィッシュ精巣を用いたサンプル調製を行い、効率的なDmc1タンパクの沈降を確認した。4.H30年度の研究計画では、既存の抗Dmc1抗血清の抗原精製に加え、ウサギ由来の抗Dmc1抗体も作製する予定であったが、モルモット由来の抗Dmc1抗血清で効率の良い免疫沈降が行えることがわかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ダメージフリーなX線非線形分光法の研究

本研究では、X線自由電子レーザーからの高強度X線による試料へのダメージを理論・実験の両面から明らかにし、高強度X線が必要とされる非線形分光でダメージを受けていない状態を調べる方法を研究するものである。このために、まず、十分に高いX線強度で吸収スペクトルを測定するための分散型分光器を設計し、最も重要な光学素子であるX線ミラーを製作した。当初、ミラーの形状は楕円面を想定していた。しかし、詳細設計の過程で、双曲面なら全長を短くできることに気づいた。そこで、双曲面ミラーで光学設計を行った。なお、双曲面ミラーを使ったX線分散型分光器は、世界で初めての光学系である。また、本研究に先行して行った実験では、銅のK殻を励起して、その吸収スペクトルから電子状態の変化を議論した。これと異なるL殻を励起した場合のデータを取得するために、蛍光X線の光子エネルギーでの共鳴2光子吸収を試み、これに成功した。その結果、Kα線での吸収スペクトルは、発光スペクトルと比較的よく一致しているが、Kβ線での吸収スペクトルは発光スペクトルと大きく異なり、M殻の電子状態が大きく改変されている可能性が示された。これらのデータの解釈については現在進行中である。ダメージの理論メカニズムを明らかにするため、量子ボルツマン方程式の数値シミュレーションを実施し、高強度X線照射にともなって生じた高エネルギー一次電子の衝突緩和および二次電子励起の時間発展を調べた。その結果、一次電子がプラズモンを集団励起し、そのエネルギーを介して二次電子がフェルミ面上へカスケード的に励起される過程が重要であることを示した。また、照射直後10フェムト秒程度におけるダメージは、一次電子の初期エネルギーが大きいほど、逆に小さくなることがわかった。最終的に全電子が熱平衡のフェルミ分布に漸近すること(非平衡統計力学における量子H定理)も確認された。高強度での吸収スペクトルを測定する装置開発は順調に進んでいる。共鳴2光子吸収分光では、ビームラインに常設された2結晶分光器の光子エネルギーが十分な精度で校正されていなかったことが判明したため、もう一度測定する必要があり、このため半年程度遅れが生じている。本年度実施したダメージの数値シミュレーションは、試料の詳細な電子構造は無視しているものの、伝導電子を電子ガスとして扱う標準的な近似の範囲内で、0-1000eVの幅広いエネルギーにわたる一次・二次電子の熱化ダイナミクスを自己無撞着に解いた点では、新たな成果だといえる。実験面では、製作した双曲面ミラーで分散型分光器を完成させ、これまでデータの無い比較的高い強度での吸収スペクトルを測定する。また、金属以外にも半導体でも同様の測定を行い、吸収スペクトルに現れる高強度X線の影響が両者でどう違うのかを実験的に明らかにする。理論面では、X線パルスを照射した固体電子系に誘起される電気分極の実時間変化から、X線吸収スペクトルを算出する手法を開発し、吸収端付近のスペクトル形状がエネルギー密度に対してどのように依存するかを調べる。

本年度実施したダメージの数値シミュレーションは、試料の詳細な電子構造は無視しているものの、伝導電子を電子ガスとして扱う標準的な近似の範囲内で、0-1000eVの幅広いエネルギーにわたる一次・二次電子の熱化ダイナミクスを自己無撞着に解いた点では、新たな成果だといえる。実験面では、製作した双曲面ミラーで分散型分光器を完成させ、これまでデータの無い比較的高い強度での吸収スペクトルを測定する。また、金属以外にも半導体でも同様の測定を行い、吸収スペクトルに現れる高強度X線の影響が両者でどう違うのかを実験的に明らかにする。理論面では、X線パルスを照射した固体電子系に誘起される電気分極の実時間変化から、X線吸収スペクトルを算出する手法を開発し、吸収端付近のスペクトル形状がエネルギー密度に対してどのように依存するかを調べる。