hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サブグレインの自己組織化を考慮した超微細粒メタル創製のための転位-結晶塑性解析

強ひずみ付与による超微細粒メタル創製のメカニズムを数値解析的に明らかにするために,外部負荷とともに単結晶内に誘起されるセルおよびサブグレインの自己組織化を表現する反応-拡散方程式を導出した.その際,単結晶の3段階硬化における応力情報を反映させるために,反応-拡散方程式の各速度係数を分解せん断応力の関数として表現する応力効果係数モデルを提案した.また,本モデルを多結晶体にも適用するために,粒界の影響距離を考慮して,粒界へのGN転位蓄積および粒界近傍における転位対消滅率の減少を表現できるよう転位反応モデルを改良した.また,単結晶の3段階硬化におけるステージ遷移のタイミングが,結晶粒の初期方位によって異なることを上述の応力効果係数モデルならびに転位平均飛行距離モデルに反映させた.次に,この反応-拡散方程式から計算される転位密度情報を結晶の硬化係数に導入することで,転位パターニングと結晶の変形過程を連成させたマルチスケール多結晶塑性モデルを構築した.さらに,本モデルをFCC多結晶平板の強圧縮問題に適用し,マルチスケール結晶塑性FDM-FEMシミュレーションを行った.得られた結果において,結晶の硬化段階におけるステージIIでは数10μ程度の粒内に数μ程度のセルが形成され,粒界に沿ってGN転位の蓄積が開始される様子,ならびにステージIIIにおいて多数のマイクロシアバンドが発現し,それらに沿ってセルが1μ程度のサブグレンへ遷移するとともに,亜粒界にそってGN転位が蓄積する様子を再現した.また,転位パターンの進展過程が分解せん断応力の値に対応して粒ごとに異なることも表現した.さらに,局所ひずみ値が2を超える強変形を与えることにより,粒内にGN粒界が誘起され,それに沿って1個の粒が大角粒界を有するサブミクロンサイズの複数の微細粒へ分割される様子を可視化した.以上のようにして,超微細粒多結晶メタル創製過程を結晶欠陥レベルから計算力学的に再現するマルチスケールシミュレーション手法の基礎を築いた.強ひずみ付与による超微細粒メタル創製のメカニズムを数値解析的に明らかにするために,外部負荷とともに単結晶内に誘起されるセルおよびサブグレインの自己組織化を表現する反応-拡散方程式を導出した.その際,単結晶の3段階硬化における応力情報を反映させるために,反応-拡散方程式の各速度係数を分解せん断応力の関数として表現する応力効果係数モデルを提案した.また,本モデルを多結晶体にも適用するために,粒界の影響距離を考慮して,粒界へのGN転位蓄積および粒界近傍における転位対消滅率の減少を表現できるよう転位反応モデルを改良した.また,単結晶の3段階硬化におけるステージ遷移のタイミングが,結晶粒の初期方位によって異なることを上述の応力効果係数モデルならびに転位平均飛行距離モデルに反映させた.次に,この反応-拡散方程式から計算される転位密度情報を結晶の硬化係数に導入することで,転位パターニングと結晶の変形過程を連成させたマルチスケール多結晶塑性モデルを構築した.さらに,本モデルをFCC多結晶平板の強圧縮問題に適用し,マルチスケール結晶塑性FDM-FEMシミュレーションを行った.得られた結果において,結晶の硬化段階におけるステージIIでは数10μ程度の粒内に数μ程度のセルが形成され,粒界に沿ってGN転位の蓄積が開始される様子,ならびにステージIIIにおいて多数のマイクロシアバンドが発現し,それらに沿ってセルが1μ程度のサブグレンへ遷移するとともに,亜粒界にそってGN転位が蓄積する様子を再現した.また,転位パターンの進展過程が分解せん断応力の値に対応して粒ごとに異なることも表現した.さらに,局所ひずみ値が2を超える強変形を与えることにより,粒内にGN粒界が誘起され,それに沿って1個の粒が大角粒界を有するサブミクロンサイズの複数の微細粒へ分割される様子を可視化した.以上のようにして,超微細粒多結晶メタル創製過程を結晶欠陥レベルから計算力学的に再現するマルチスケールシミュレーション手法の基礎を築いた.外部負荷とともに単結晶内に誘起されるセルおよびサブグレインの自己組織化を表現する反応-拡散方程式に,単結晶の3段階硬化過程における応力情報を反映させるために,反応-拡散方程式の各速度係数を分解せん断応力の関数として表現する応力効果係数モデルを提案した.その際,転位ダイポールの消滅速度がセルの再分割に深く関係していることを示した.本モデルを用いることにより,応力の増加に伴うセルの形成,セルの再分割およびサブグレインへの遷移に関する転位パターニングを差分法(FDM)を用いて再現した.次に,上述の計算で得られた転位密度情報を結晶塑性論の硬化則に導入するとともに,転位の平均飛行距離モデルとして,従来の修正ZeegerモデルをステージIIIまで拡張した新たなモデルを提案することで,転位組織形成と結晶の変形過程を連成させた転位-結晶塑性モデルを構築した.また,本モデルをAl単結晶平板の単純引張問題に適用し,マルチスケール結晶塑性FDM-FEMシミュレーションを行った.得られた結果において,ステージIIで形成された数μ程度のセルが同ステージ後半で再分割され1μ程度になること,およびステージIIIにおいて転位壁に沿って多数のマイクロシアバンドが誘起される様子を再現した.また,転位壁で囲まれた粒の結晶回転角を調べることにより,その粒界が小傾角粒界であること示し,発現した転位パターンがサブグレインであることを明らかにした.

さらに,不動転位と可動転位の拡散係数比を変化させることなく,両拡散係数の値のみを当初から減じることにより,再分割されるセルサイズならびに誘起されるサブグレインサイズをサブミクロンオーダーまで超微細化できることを指摘した.以上のようにして,超微細粒多結晶メタル創製過程を結晶欠陥レベルから再現するマルチスケールシミュレーション手法の基礎を築いた.強ひずみ付与による超微細粒メタル創製のメカニズムを数値解析的に明らかにするために,昨年度得られた転位セル形成とセル再分割ならびにセルからサブグレインへの遷移を再現し得る単結晶用の転位-結晶塑性モデルを多結晶対応モデルへ拡張した.まず粒界の影響距離を考慮して,粒界へのGN転位蓄積および粒界近傍における転位対消滅率の減少を表現できるよう転位反応モデルを改良し,転位の自己組織化を表す反応-拡散方程式に導入した.また,単結晶の3段階硬化におけるステージ遷移のタイミングが,結晶粒の初期方位によって異なることを,反応-拡散方程式の応力効果係数モデルならびに転位平均飛行距離モデルに反映させた.この反応-拡散方程式から計算される転位密度情報を結晶の硬化係数に導入することで,転位パターニングと結晶の変形過程を連成させた転位-多結晶塑性モデルを構築した.次に,本モデルをFCC多結晶平板の強圧縮問題に適用し,マルチスケール結晶塑性FDM-FEMシミュレーションを行った.得られた結果において,結晶の硬化段階におけるステージIIでは数10μ程度の粒内に数μ程度のセルが形成され,粒界に沿ってGN転位の蓄積が開始される様子,ならびにステージIIIにおいて多数のマイクロシアバンドが発現し,それらに沿ってセルが1μ程度のサブグレンへ遷移するとともに,亜粒界にそってGN転位が蓄積する様子を再現した.また,転位パターンの進展過程が分解せん断応力の値に対応して粒ごとに異なることも表現した.さらに,局所ひずみ値が2を超える強変形を与えることにより,粒内にGN粒界が誘起され,それに沿って1個の粒が大角粒界を有するサブミクロンサイズの複数の微細粒へ分割される様子を可視化した.以上のようにして,超微細粒多結晶メタル創製過程を結晶欠陥レベルから計算力学的に再現するマルチスケールシミュレーション手法の基礎を築いた.
骨格筋再生における筋幹細胞の活性化機構の解明

骨格筋再生において幹細胞である骨格筋衛星細胞(skeletal muscle stem cell: SMSC)は通常静止状態にあるが、筋損傷などの際には筋細胞に分化し再生筋を作ると同時に自己複製も行う。本研究では、SMSCを活性化し、分化を促進させる仕組みを探求してきた。その結果、SMSCの活性化には、糖代謝の変化が必要であるという、驚くべき結果を得ることができた。まずSMSC培養の際にピルビン酸を添加すると、SMSCの増殖と分化が促進された。ピルビン酸添加によりピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDH)が活性化されたことから、PDHによる解糖系からTCA回路へのエントリーが、SMSCの細胞分化を進展させるのではないかと考えられた。そこでSMSC特異的にPDH機能が阻害されるコンディショナルノックアウト(PDH-cKO)マウスを作成し、PDH-cKOマウスから単離したSMSCについて、増殖と分化を検討した。その結果PDH欠損SMSCでは、未分化細胞が増加し分化した筋細胞が減少し、細胞分裂では自己複製が優位となった。分化誘導培地で培養すると、筋管形成能が低下がみられた。筋損傷実験では、PDH-cKOマウスにおいて筋再生が不十分であった。代謝変化の検討では、PDH欠損SMSCではミトコンドリア機能の低下と乳酸産生の増加がみられ、解糖系が優位になることが示唆された。以上より、PDHが介する解糖系からTCA回路へのエントリーが、SMSCの分化を促進する一つの要因であることが明らかとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。骨格筋には、激しい運動や疾患により損傷すると、それを効率よく修復する高い再生能力がある。再生に関わる筋幹細胞は、発生期の筋前駆細胞同様Pax7(+)細胞系譜であるが発生期と異なり普段は静止期にあり、損傷時にのみ活性化されて多核の筋繊維を再生するとともに、自己複製して次の筋再生に備える。一方その静止期からの活性化は、筋形成転写因子Myf-5/MyoDの発現とそれに続く非対称分裂をもたらすが、これらのプロセスの引き金と促進に関わる細胞・分子機構は未解明なところが多い。本研究は、マルチフォトン顕微鏡を用いて生きたマウス個体で筋幹細胞の活性化の様子を捉え、その活性化における、炎症細胞・筋間質細胞を中心とする周囲の細胞とそれらが発現するシグナル分子・プロテアーゼの役割を解明する。Pax7-creERT2/Rosa26TdTomatoマウスをtamoxifenで誘導し、さらにcardiotoxinで再生を誘導して、筋幹細胞とそこから分裂して産生される細胞集団をラベルし、筋再生の経過をマルチフォトン顕微鏡で追跡する。また、Pax7-creERT2/Rosa26TdTomatoマウスとlysM-EGFPマウスあるいはCX3CR1-EGFPマウス(いずれも阪大・石井優先生(連携研究者)より共同研究として供与を受けている)をかけ合わせ、それぞれ筋幹細胞と好中球、筋幹細胞とマクロファージのライブイメージングを行う。(H28→H29の繰越理由)骨格筋再生において筋幹細胞の活性化(増殖開始)から筋形成にいたる過程を観察し、それらの過程に関与する遺伝子候補を探索し、新たな遺伝子の関与を突き止めた。血管の解析をする必要性が生じたことから、新たな遺伝子のノックアウト・トランスジェニックマウスを入手し、解析することにした。そこで研究費の一部を来年度に繰り越し、それらのマウスの飼育とそれらを用いた実験を行う。我々は、様々な角度から骨格筋幹細胞の活性化機構を検討してきた。その中で、幹細胞分化を制御する分子・分子パスウェイを同定することに成功した。それはミトコンドリアでのTCAサイクル・酸化的リン酸化によるエネルギー産生を促進するPDH(ピルビン酸デヒドロゲナーゼ)であった。我々は、嫌気性代謝である解糖系から好気性代謝であるTCA回路への代謝変化が、骨格筋幹細胞の増殖や分化にどのような影響を与えるかを検討するため、骨格筋幹細胞において特異的にPDH活性をなくすconditional knock out miceを作成した。発生過程において骨格筋特異的にPDH活性をなくすと骨格筋繊維径が大きくなることが報告されていたが(Sukhdeep S, etal : Am J PhysiolHert Circ Physiol 295 : 946-952, 2008)、筋再生過程、骨格筋幹細胞である筋衛星細胞の維持や分化における代謝制御の関与は謎であった。PDH欠損により、骨格筋損傷後Myogeninの活性化は起きるが、再生筋形成が遅れることがわかった。単離した筋衛星細胞の培養実験を行い、幹細胞分化における代謝制御の関与について検討したところ、幹細胞の分裂様式に変化が起こることがわかった。免疫染色による解析から、好気性代謝への変化は、幹細胞の自己複製を抑制して、分化に繋がる細胞分裂を促進することがわかった。

ピルビン酸添加によりピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDH)が活性化されたことから、PDHによる解糖系からTCA回路へのエントリーが、SMSCの細胞分化を進展させるのではないかと考えられた。そこでSMSC特異的にPDH機能が阻害されるコンディショナルノックアウト(PDH-cKO)マウスを作成し、PDH-cKOマウスから単離したSMSCについて、増殖と分化を検討した。その結果PDH欠損SMSCでは、未分化細胞が増加し分化した筋細胞が減少し、細胞分裂では自己複製が優位となった。分化誘導培地で培養すると、筋管形成能が低下がみられた。筋損傷実験では、PDH-cKOマウスにおいて筋再生が不十分であった。代謝変化の検討では、PDH欠損SMSCではミトコンドリア機能の低下と乳酸産生の増加がみられ、解糖系が優位になることが示唆された。以上より、PDHが介する解糖系からTCA回路へのエントリーが、SMSCの分化を促進する一つの要因であることが明らかとなった。現在、このPDH欠損幹細胞で、ATPの産生が確かに落ちているかどうかを調べている。PDHが欠損しても、脂質やアミノ酸からのバイパスが使われている可能性がある。実際、ノックアウトマウスの再生能は遅れるがのちに回復するため、何らかのバイパスが働いていると考えられるからである。また、単離した培養幹細胞においても、PDH欠損によって分化が完全に抑制されるわけではない。そのことから何らかのバイパスの関与を示す必要があると考えている。一方、このような代謝変化をもたらす分子カスケードはどのようなものか。まず、当初の仮説、炎症反応が骨格筋幹細胞の活性化・分化に関与する可能性を検討した。まず、幹細胞をPax7-cre; Rosa26-DsRedマウスでラベルし、これを、それぞれ好中球あるいはマクロファージをGFPで可視化させたマウス(阪大、石井優教授より供与を受けたもの)と掛け合わせ、骨格筋障害後のこれらの細胞の動態を2光子顕微鏡で観察した。マウスの筋再生の可視化は、世界的にもまだほとんど報告がない状態であったので、試行錯誤を繰り返したのち、徐々に安定的にライブイメージングができるようになり、炎症細胞の障害筋組織への浸潤の観察に成功した。現在、この時の幹細胞の動態を観察中である。さらに、炎症細胞が筋組織に浸潤できない状態を作り出し、この時筋再生が活性化されるかどうか、筋幹細胞が活性化・分化するかどうかも検討中である。これらの検討によって、筋再生における炎症の役割を明らかにすることができるだろう。また、幹細胞の増殖の様子を捉え、炎症細胞の浸潤の有無によって、その増殖パターンが変化するかどうかについても検討する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ダイヤモンドの熱化学的損耗機構の解明とその高能率加工への応用

本研究は、超精密切削加工を始め各種の精密加工用の工具材料として用いられているダイヤモンドの損耗機構を明らかにし、その制御と共に最近注目されている薄膜を含む合成および天然のダイヤモンド加工への応用を試みるもので、主要な研究成果は次の通りである。1.真空度と温度の広範な条件下で、切削中のダイヤモンド工具の損耗を模擬するダイヤモンドと被削材金属との接触加熱モデル実験を行った。その結果、鉄と接触するダイヤモンドは723K以上の温度ではダイヤモンドの鉄中への拡散と鉄の触媒作用によるダイヤモンドの酸化の両方によって損耗し、それ以下では拡散が生じず、いわゆるレドックス機構にもとづく酸化のみによって損耗することが明らかになった。2.同一条件下での接触加熱実験結果から、合成ダイヤモンドは天然ダイヤモンドに比べて熱化学的な損耗量が大きいことが明らかになった。これは原石中に内在する欠陥の形態と量に基づくと考えられるが、詳細についてはまだ明らかになっていない。3.熱力学的な解析によって、ダイヤモンドと各種の金属との反応が生じる可能性を知る手法を確立した。しかし、この手法では反応速度や活性化エネルギ等の情報は得られないため、接触相手材料による損耗速度の違いを知ることは全くできないという欠点がある。4.局所密度汎関数法用いた第一原理計算によってダイヤモンドの熱化学的損耗機構を解析する計算プログラムを開発した。解析結果から酸素原子が吸着離脱するときにダイヤモンド表面炭素原子が一酸化炭素となって取り去られる可能性があることが明らかになった。本研究は、超精密切削加工を始め各種の精密加工用の工具材料として用いられているダイヤモンドの損耕機構を明らかにし、その制御と共に最近注目されている薄膜を含む合成および天然のダイヤモンド加工への応用を試みるもので、今年度の研究成果は次の通りである。1.ターボ分子ポンプを排気装置として用い、真空度と温度の広範な条件下で、切削中のダイヤモンド工具の損耗を模擬する接触加熱モデル実験を行なった。その結果、鉄と接触するダイヤモンドは高温下ではダイヤモンドの鉄中への拡散と鉄の触媒作用によるダイヤモンドの酸化の両方によって損耗し、低温下では拡散が生じず、いわゆるレドックス機構のみによって損耗することが明らかになった。2.熱力学的な解析によって、ダイヤモンドと各種の金属との反応が生じる可能性を知る手法を確立した。しかし、この手法では反応速度や活性化エネルギなどの情報は得られないため、接触相手材料による損耗速度の違いを知ることは全くできないという欠点がある。そこで、量子化学的は手法である局所密度汎関数法、リカージョン法を用いて、ダイヤモンド表面の炭素原子と雰囲気ガス分子、接触物質原子との相互作用を解析し、損耗機構を明らかにすることを試みた。今年度は計算プログラムの開発をほぼ完了したが、まだ収束時間がかかるため、実際の計算結果を出すには到っていない。本研究は、超精密切削加工を始め各種の精密加工用の工具材料として用いられているダイヤモンドの損耗機構を明らかにし、その制御と共に最近注目されている薄膜を含む合成および天然のダイヤモンド加工への応用を試みるもので、今年度の研究成果は次の通りである。その結果、鉄と接触するダイヤモンドは723K以上の温度ではダイヤモンドの鉄中への拡散と鉄の触媒作用によるダイヤモンドの酸化の両方によって損耗し、それ以下では酸化のみによって損耗することが明らかになった。3.局所密度汎関数法用いた第一原理計算によってダイヤモンドの熱化学的損耗機構を解析する計算プログラムを開発した。
頭蓋縫合早期癒合症におけるエストロゲン/エストロゲンレセプターの関与

頭蓋縫合早期癒合症は先天的に頭蓋縫合が癒合しており、癒合する縫合により特徴的な異常頭蓋形態を示す疾患である。本疾患の原因遺伝子がいくつか報告されているが、なぜ早期に癒合が生じるのかということに関しては未だわかっておらず、病的に癒合した縫合を調べてもその原因の特定には至っていなかった。そこで、生理的に自然閉鎖するマウスのposterofrontal suture(ヒトのmetopic suture)に着目して検討を行ったところ、エストロゲンレセプターαが癒合段階にあるposterofrontalsutureで多く発現しているということを見出した。この現象はエストロゲンレセプターαノックアウトマウスを用いて検討したところ、posterofrontal sutureの生理的癒合が通常よりも遅れたために関与を裏付けることができた。しかし新たな疑問点として、saggital sutureはposterofrontal sutureと連続しているにも関わらず、同縫合でのエストロゲンレセプターαの発現はposterofrontal sutureに比べて少ない。すなわち、いかなる要素がposterofrontal sutureにのみ作用して同部でのエストロゲンレセプターαの発現に関与しているのかを検討する必要がある。先行研究において頭蓋縫合の自然閉鎖に関与する因子としてエストロゲンレセプターαの可能性を考えていたが、今回、そのノックアウトマウスを用いて検討したところ、posterofrontal sutureの生理的癒合が通常よりも遅れたために関与を裏付けることができた。新たな疑問点として、saggital sutureはposterofrontal sutureと連続しているにも関わらず、同縫合でのエストロゲンレセプターαの発現はposterofrontalsutureに比べて少ない。またそれと並行して。選択的エストロゲンレセプター抑制剤であるフルベストラントを投与した際での癒合を抑制できるかについての検討を行い、治療薬としての有効性の検討を行う。またそれと並行して。おおむね予定通りの使用を行ったが、実験を遂行するための研究物品などに主にあてがい、当初の予定のような学会参加のための旅費への使用を行わなかった。次年度は得られた研究結果を国内外の学会にて発表していく予定である。
領家変成作用における地殻流体挙動の解明

本研究における目的の一つである,「地殻流体の流体量の見積り」のために必要な,石英脈を形成した流体の組成を求めるための手法開発に取り組んだ.流体包有物の塩濃度測定は,加熱冷却装置を用いたマイクロサーモメトリーが主流となっているが,流体包有物の形状による制限,ガス成分を含む場合の相図の複雑さなどの,不便さがあげられる.水のラマンスペクトルは,OH結合の振動モードに起因した形をしめし,塩濃度の変化に対応した規則的なスペクトルの変化をしめす.この変化が塩濃度の指標になることは,以前から知られていたが,流体包有物のホスト鉱物である石英の異方性が,ラマンスペクトルに影響することが指摘ざれており,流体包有物研究に適応するにあたっての課題となっている.そこで本研究では,まず,人工塩水と純水とのラマンスペクトルの差から塩濃度を求める検量線を作成した.次いで,石英の異方性がラマンスペクトルに与える影響を検証するために,石英の自形結晶をC軸に対して垂直方向と平行方向の2方向に切断し作成した両面研磨薄片を人工塩水に被せ,薄片を回転させ,それぞれの角度でスペクトルを測定した.その結果,C軸に垂直な薄片を被せた場合は,薄片を回転させてもスペクトルに違いは生じず,薄片を被せない場合と同様の,即ち真の塩濃度をしめした.これに対して,C軸に平行な薄片を被せた場合は,入射レーザーの偏光方向とC軸方向の角度が90°毎に真の塩濃度を示すが,これより45°回転させた位置で測定した場合は,これよりも低い塩濃度を示した.このことから,入射レーザーの偏光方向と石英のC軸方向が一致するか,または,直交する位置にある場合に,真の塩濃度の測定が可能であることがしめされた.本研究における目的の一つである,「地殻流体の流体量の見積り」のために必要な,石英脈を形成した流体の組成を求めるための手法開発に取り組んだ.流体包有物の塩濃度測定は,加熱冷却装置を用いたマイクロサーモメトリーが主流となっているが,流体包有物の形状による制限,ガス成分を含む場合の相図の複雑さなどの,不便さがあげられる.水のラマンスペクトルは,OH結合の振動モードに起因した形をしめし,塩濃度の変化に対応した規則的なスペクトルの変化をしめす.この変化が塩濃度の指標になることは,以前から知られていたが,流体包有物のホスト鉱物である石英の異方性が,ラマンスペクトルに影響することが指摘ざれており,流体包有物研究に適応するにあたっての課題となっている.そこで本研究では,まず,人工塩水と純水とのラマンスペクトルの差から塩濃度を求める検量線を作成した.次いで,石英の異方性がラマンスペクトルに与える影響を検証するために,石英の自形結晶をC軸に対して垂直方向と平行方向の2方向に切断し作成した両面研磨薄片を人工塩水に被せ,薄片を回転させ,それぞれの角度でスペクトルを測定した.その結果,C軸に垂直な薄片を被せた場合は,薄片を回転させてもスペクトルに違いは生じず,薄片を被せない場合と同様の,即ち真の塩濃度をしめした.これに対して,C軸に平行な薄片を被せた場合は,入射レーザーの偏光方向とC軸方向の角度が90°毎に真の塩濃度を示すが,これより45°回転させた位置で測定した場合は,これよりも低い塩濃度を示した.このことから,入射レーザーの偏光方向と石英のC軸方向が一致するか,または,直交する位置にある場合に,真の塩濃度の測定が可能であることがしめされた.
雲仙普賢岳噴火災害被災者における27年後の精神的問題と認知機能の関連

平成30年度は、島原市保健センター、長崎県南保健所、長崎県障害福祉課に調査目的と方法について説明し、具体的な調査項目を選定した。軽度から中等度の認知機能を評価できるツールとして、【モントリオール認知機能検査日本語版:Moca-J】を採用した、これは、比較的短時間で、視空間・遂行機能、命名、記憶、注意力、復唱、語想起、抽象概念、遅延再生、見当識を評価可能である。他にも、心的外傷後ストレス症候群:PTSDの症状をスクリーニングするための【出来事インパクトスケール:IES-R】、うつ症状や不安症状のスクリーニングのための、【一般健康質問票12項目版:GHQ-12】、心的外傷後成長を評価するための、【心的外傷後成長評価尺度:PTGI】の内容を取り入れた調査票を作成した。これまで我々が行ってきた島原地区でのアンケート調査や面接調査での結果や、島原地区以外での同様の面接調査で得られた知見を分析し、今回の調査票での実地調査の実施可能性を考慮し、得られるデータの有用性について検証した。その後、大学の研究倫理委員会にこの調査票を提出し、学内外の有識者のご意見をいただき、いくつか修正を行い承認を得ることができた。令和元年度は、学内の精神科医師、心理士、ケースワーカーによる多職種チームを組織し、島原市保健センターと連携しながら、地域のふれあいサロンなどの交流事業に参加して、地域での対面調査を遂行していく予定である。平成30年度のうちに、実地調査に入ることが望ましかったが、具体的な調査項目の選定にやや時間がかかった。令和元年度は、早めに実施調査を計画し、施行していく予定である。地域のコミュニティに入っての調査であり、調査対象者も高齢の方が多いため、できるだけ丁寧な調査を心がけていきたい。今年度は、研究計画の作成と、調査票の作成およびこれまでの研究成果のまとめを主に行った。日程調整の遅れから、当初予定していた、実地調査を実施できず、印刷費や人件費、旅費がかからなかったため、次年度使用となった。次年度は、調査票を印刷し、必要な予行演習を行った上で、実際に調査を行う予定であり、人件費や旅費などを使用していく計画である。
クラスレート半導体におけるゲスト・ホスト相互作用と熱電物性の制御に 関する研究

BaゲストをEuで一部置換した新規シリコンクラスレート熱電半導体を創製した。Euゲストは結晶構造に内在する空隙中の位置2aサイトを優先的に占有し、Baゲスト(2aサイト)よりも低い固有振動数をもつことが判明した。Eu置換によって電子構造が影響を受けて電子有効質量が増加、その結果ゼーベック係数が増加することがわかった。さらに、固有振動数の低いEuゲストによってラットリング散乱(共鳴散乱)が増強されるため格子熱伝導率が減少することがわかった。本研究は、クラスレート半導体の特徴である多面体共有結合ネットワーク(ホスト)と多面体空隙中のゲスト原子との相互作用を明らかにし、ゲスト・ホストの操作・制御によって熱電性能を向上させるための電子構造の変調とフォノン物性の最適化を行う材料設計を構築することを目的とする。H22年度の主な成果を以下にまとめる。1. Ba_8Ga_<16>Si_<30>系クラスレートにおいてBaゲストをEuおよびSrゲストで一部置換した化合物の合成をアーク溶融法と放電プラズマ焼結法を併用したプロセスで検討し、単一相化合物を合成するプロセス条件を見出した。SrおよびEuゲスト置換化合物の粉末X線回折・リートベルト解析から結晶構造の詳細を決定した。その結果、SrおよびEuゲストは、ゲストサイトの6dサイト(ホスト14面体中)および2aサイト(ホスト12面体中)の内、2aサイトを優先占有し、Euゲスト置換の場合に2aサイトにおける原子変位パラメータが増加することがわかった。2.キャリア輸送特性を測定し解析した結果、SrおよびEu置換共にBa_8Ga_<16>Si_<30>系に比べてゼーベック係数が増加(有効質量が増加)する効果のあることがわかった。2aサイトのゲスト置換の場合、ゲスト・ホスト間の相互作用への影響が大きく、それが電子構造の変調をもたらすものと考えられる。3.格子熱伝導率は、Sr置換では殆ど変化しないがEu置換では低下する場合があることを見出した。Euゲスト置換の場合、アインシュタイン温度(2aサイトのゲスト原子)が低下すること、フォノン平均自由行程が原子間距離程度であることなどから、Euゲスト置換によるフォノン散乱増強の可能性が示唆される。このように、Euゲスト置換では熱電性能の向上に繋がるゼーベック係数増加と格子熱伝導率減少の相乗効果があることを明らかにした。本研究は、クラスレート半導体の特徴である多面体共有結合ネットワーク(ホスト)と多面体空隙中のゲスト原子との相互作用を明らかにし、ゲスト・ホストの操作・制御によって熱電性能を向上させるための材料設計に関して知見を得ることを目的とする。H23年度の主な成果を以下にまとめる。1.BaゲストSiクラスレート系における熱電物性のキャリア濃度依存性を調べるために、ホストの元素置換(Al・Cu族)によってキャリア濃度を制御することを新しく試みた。粉末X線回折、SEM・EPMA、熱分析等により、試料の結晶学的特性の評価を行った。その結果、Al置換の固溶範囲が実験的に明らかとなった。また、Al・Cu、Al・Auのダブル置換はキャリア濃度制御には適当ではないことがわかった。2.Ba_8Ga_<16>Si_<30>系およびBa_8Al_<16>Si_<30>系における熱電能のキャリア濃度依存性から有効質量を求め、ゲスト置換による電子構造への影響を比較・解析するための基礎データを蓄積した。さらに、熱電性能指数ZTと密接に関わるキャリア移動度と格子熱伝導率を実験的に求めた。求めた物性値から、これらの系における最適キャリア濃度とZTの予測を行った。3.ゲスト置換Ba_<8-x>Eu_xGa_<16>Si_<30>系におけるEu置換による格子熱伝導率の低減(フォノン散乱の増強)の効果に関して考察・解析するために、熱伝導機構に関わる物性パラメータ(デバイ温度、アインシュタイン温度、音速、有効質量など)を実験的に求めた。また、求めたパラメータ値を使い種々のフォノン散乱メカニズムを取り入れた格子熱伝導率のモデル計算を行った。その結果、ゲスト原子に起因する共鳴散乱のみならず、有効質量とキャリア濃度の高い系においては電子・フォノン散乱も格子熱伝導率の低減(特に低温領域)において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。本研究で見出したゲスト置換Ba8-xEuxGa16Si30系におけるフォノン散乱機構をさらに詳細に調べるために、H23年度までに実施したBa8Ga16Si30系およびBa8Al16Si30系に加えて、比較試料となるpnタイプおよびキャリア濃度を幅広く変化させることが可能なBa8Ga16Ge30系の合成を行い、これらの結晶学的特性および熱電特性のキャリア濃度依存性の詳細を明らかにした。Ba8-xEuxGa16Si30系においては、Euゲストは優先的に2aサイトを占有すること、Eu原子の固有振動数が低下し原子変位パラメータが増加すること、電子有効質量がEu置換により増加することを本研究で明らかにしている。

よって、2aサイトのEuゲストとホストとの相互作用が強いと考えられる。これらの特性が格子熱伝導率減少の主因であるのかどうか、電子・フォノン相互作用の影響はどの程度あるのかを解明するために、Ba8-xEuxGa16Si30系とキャリア濃度を制御したBa8Ga16Ge30系における熱伝導率の温度依存性を測定し、種々のフォノン散乱項を取り入れたモデルを基に熱伝導率の解析を行った。散乱項に含まれるいくつかの重要なパラメータは、結晶構造の解析、音速測定、キャリア輸送特性の解析などから実験的に求めたものを使用した。この解析から、Ba8Ga16Ge30系における格子熱伝導率の低下は主にラットリング(共鳴)散乱によるものであるが、それに比べると寄与は小さいものの低温領域において電子・フォノン散乱の効果もあることが示唆された。ゲスト置換Ba8-xEuxGa16Si30系においても同様に、2aサイトのEuゲストのラットリング(共鳴)散乱がBaゲストよりも増強されて格子熱伝導率を減少させる主な効果をもたらし、電子・フォノン相互作用による散乱の寄与はそれよりは小さいと推論される。BaゲストSiクラスレート系における熱電物性の最適化に関わる諸特性の評価と解析が進んでいる。ゲスト置換によるフォノン散乱の増強効果の解明に必要な物性パラメータの評価やシミュレーションが進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。ゲスト・ホスト相互作用とフォノン散乱との関連を解明するために、フォノン散乱機構に関わる物性パラメータを系統的に変化させた試料における熱伝導率の温度依存性の測定と詳細な解析を進める。
固形臓器移植後患者の敗血症イベントにおける腸内フローラの解析

対象症例は、肝移植を受けた成人レシピエントとし,腸内細菌叢の構成成分を調査した。40名計352検体のサンプルを解析した。移植直後のSDIは増加しており(多様性が高い)、菌種の内訳ではLachnospiraやBlautiaが減少、Enterobacteriaceaeが増加傾向であった。本研究により、肝移植後早期は、腸内細菌叢の多様性は維持されていたもののpotential pathogenであるEnterobacteriaceaeが増加傾向であった。拒絶群の腸内細菌叢は非拒絶群よりEnterobacteriaceaeが多いことを考慮すると、腸内細菌叢の構成(=質)が重要であると考えられた。平成27年度は、生体ならびに脳死肝移植患者の糞便を収集した。臨床研究に同意を得られた対象患者は40名となり、術前から退院までの糞便を一週間ごとに集め、DNA抽出を行った。サンプル数は本報告書記載時点で140サンプルとなった。平成28年度はこれらの検体を用いて次世代シークエンサーで解析をし、臨床データとフローラの推移を照合していく予定である。また、肺移植患者のフローラ解析については、平成28年度より検討を開始することとなっている。臨床研究の枠組みは概ね完成しているため、症例の蓄積を開始することとしている。肝移植患者の腸内細菌叢解析については、計画通りに進行している。肺移植患者については、28年度より検討を行う予定である。平成28年度は、平成27年度より収集していた生体・脳死肝移植患者の便検体の解析ならびに、臨床情報の集積を行った。最終的に研究対象となった患者は40例、検体数は140検体となった。すべての検体の細菌叢解析を次世代シークエンサーを用いておこなった。また、患者情報を詳細に収集した。急性拒絶患者ならびに、術後感染症を併発した患者の腸内細菌叢は、合併症がない患者の腸内細菌叢と比較して、特徴的であることがわかった。また、腸内細菌叢の構成成分の継時的推移と臨床経過をあわせて解析し、その結果を感染症学会で報告した。また、本学主催の移植関連の研究会で発表するとともに、英文論文とした。平成29年度は引き続き検体を蓄積するとともに、現在までに得られているデータをさらに詳細に解析する予定である。(sub-group analysis)肝移植患者の検討は、ほぼ終了しているが、一部の領域で不十分なデータがあるため、検体採取と解析を継続する予定である。肺移植に関しては計画が進んでおらず、総じて遅れ気味である。腸内細菌叢は様々な病態に関与している一方で抗生剤や手術、免疫抑制剤、栄養療法などの影響を直接的・間接的にうけている。移植領域では急性拒絶や術後感染症との関連が示唆されているが、固形臓器移植症例での解析事例は少ない。本研究では肝移植患者の周術期における腸内細菌叢について解析した。対象症例は、2013-2014年に京都大学医学部附属病院で肝移植を受けた成人レシピエントとした。対象患者の便を継時的に採取し次世代シークエンサーを用いて16SrRNAメタゲノム解析を行った。データはQIIMEを用いて処理した。サンプルごとのシャノン・ウィーナーの多様度指数(SDI: Shannon Diversity Index)を算出し、腸内細菌叢の構成とSDIについて移植前後ならびに急性拒絶群と非拒絶群で比較した。更に退院時の腸内細菌叢とその後の合併症の関連についても調べた。患者の基礎疾患はウイルス性肝炎が最も多く(15/40 37.5%)急性拒絶は25例であった。急性拒絶群では非拒絶群に比べてSDIが低下しBacteroidesやEnterobacteriaceaeが占める割合が高いことがわかった。また、退院後に腹腔内感染症を発症した患者と発症していない患者で比較すると、退院時のSDIが高い患者のほうが、退院後の腹腔内感染症の頻度が低いことがわかった。また退院後の腹腔内感染症の予防にも腸内細菌叢は診療介入のターゲットとなりうることが示唆された。肝移植患者のフローラ解析を28年度中に終了させる。また肺移植患者については、患者のリクルートならびに検体の収集を開始する。

肝移植患者の検体から得られたデータをさらに詳細に統計解析を加え、基礎疾患との関連や敗血症イベントとの関連を明らかにしたい。また、肺移植領域に関してもどのように進めるかを検討する予定である。感染症本研究は、肝移植と肺移植の双方を対象としているが、肺移植研究の進捗状況から次年度にサンプル解析を行う必要が生じたため。一部の検体処理が終了しておらず、引き続き消耗品等に経費がかかるため。また、学会発表を予定しており、旅費も必要である。27年度に収集したサンプル解析と28年度に収集する予定のサンプル解析に使用する。検体処理用の試薬ならびに遺伝子解析費用に使用する予定である。
嫌気条件下におけるブタ精液中の精子先体反応遅延因子に関する研究

哺乳動物精子の先体反応は精液中では抑制された状態にあると言われているが、最近研究代表者は、ブタ精子を精液のまま嫌気条件下(密閉容器内)において40°Cで加温すると高率に先体反応が誘起されることを発見した。しかしこの場合、精漿を除去して精子を代謝基質欠乏媒液(K3液)中で加温した場合に比べると先体反応誘起に倍以上の時間を要し、このことから精液中には生体反応の発現を遅延させる因子が存在すると考えられた。そこで本研究では、この因子を明らかにする目的で、嫌気条件下で精液中の唯一の代謝基質と考えられているフルクトース(Fru)の可能性について検討した。実験材料には3頭の梅山豚および2頭の金華豚の種雄から採取した濃厚部精液を用いた。まず最初に、精液中の平均Fru含量をFキットを用いて調べたところ、5頭15サンプルの平均で20.2mg/100mlであった。そこで次に、精液をそのまま、あるいは20.2mg/100ml Fru添加または無添加のK3液に再浮遊したのち密閉容器内において40°Cで9時間まで加温し、その間の精子の先体反応誘起の程度と運動指数を経時的に調べた。その結果、精子の先体反応は、精液中では6時間以上の加温で(acrosomal exocytosis精子率=81.4%&透明帯除去体外成熟ブタ卵母細胞に侵入した精子数/供試卵母細胞数=6.59)、一方残りの2条件ではFruの有無に関わりなく半分の3時間以上の加温で効率に誘起された(Fru有:64.1%&3.02、Fru無: 67.6% &2.96)。この結果から、Fruは精子先体反応遅延因子ではないと考えられた。また加温3時間後の精子運動指数は、Fru添加区と無添加区がともにほぼ0であったのに対して、精液区では35.62とかなり高かった。このことから、精液中のFruは嫌気条件下ではかなり早い時期に消費されてしまうこと、また精液中にはFru以外にも嫌気条件下で代謝基質となるような未知の成分が存在しており、それが遅延因子である可能性が考えられた。
SiC超格子平滑面の作製と観察

本研究の最終目的は,分子の付着・整列現象を原理とした平滑面創成を可能とする分子線エピタキシ(molecular beam epitaxy,MBE)技術応用によって,単結晶シリコン(Si)基板上に単結晶炭化シリコン(SiC)平滑面の作製技術の確立することである.しかし,現状では,そのメカニズムやプロセスについては不明な点が多く,最適な加工条件の選択といった加工技術の確立には至っていない.そこで,本研究ではSiC平滑面の創成過程の観察ならびに加工条件と創成されるSiCの組成および幾何形状の関係を明らかにすることでSiC平滑面の創成メカニズムを解析している.昨年度は,SiC成長時の基板温度がSiC成膜層の幾何形状,結晶性および組成に及ぼす影響を実験的に明らかにし,成長過程を解明する手がかりを得た.本年度は,主として,単位時間あたりに基板に入射する分子数が創成面性状に及ぼす影響を実験により解明した.実験は,分子線として,Siは電子線(EB)により固体Siを溶融蒸発させたものを,Cはアセチレンガスを用い,成長時に,単位時間に基板に入射するSi分子数,C分子数およびその比を変化させた.総成膜量や基板温度などのその他の条件は同一とした.その結果,全ての実験条件で単結晶SiCの創成が確認できたが,入射分子数比(C/Si)が815の範囲から外れた実験条件では,結晶性が悪くなっていた.また,実験条件によらず,3次元核成長の核であると考えられる表面の凹凸が観察されたが,例えば,同じ入射分子数比でも,入射分子数が増加するにつれ,核の半径が大きくなっていた.さらに,SiCの組成比は,どの実験条件でも,おおよそ一定であった.以上を総合すると,単結晶SiC平滑面創成を実現する基板温度や分子線入射量などの最適な加工条件の選択指針が明確化できた.本研究の最終目的は,分子の付着・整列現象を原理とした平滑面創成を可能とする分子線エピタキシ(molecular beam epitaxy,MBE)技術応用によって,単結晶シリコン(Si)基板上に単結晶炭化シリコン(SiC)平滑面の作製技術の確立することである.しかし,現状では,そのメカニズムやプロセスについては不明な点が多く,最適な加工条件の選択といった加工技術の確立には至っていない.そこで,本研究ではSiC平滑面の創成過程の観察ならびに加工条件と創成されるSiCの組成および幾何形状の関係を明らかにすることでSiC平滑面の創成メカニズムを解析している.昨年度は,SiC成長時の基板温度がSiC成膜層の幾何形状,結晶性および組成に及ぼす影響を実験的に明らかにし,成長過程を解明する手がかりを得た.本年度は,主として,単位時間あたりに基板に入射する分子数が創成面性状に及ぼす影響を実験により解明した.実験は,分子線として,Siは電子線(EB)により固体Siを溶融蒸発させたものを,Cはアセチレンガスを用い,成長時に,単位時間に基板に入射するSi分子数,C分子数およびその比を変化させた.総成膜量や基板温度などのその他の条件は同一とした.その結果,全ての実験条件で単結晶SiCの創成が確認できたが,入射分子数比(C/Si)が815の範囲から外れた実験条件では,結晶性が悪くなっていた.また,実験条件によらず,3次元核成長の核であると考えられる表面の凹凸が観察されたが,例えば,同じ入射分子数比でも,入射分子数が増加するにつれ,核の半径が大きくなっていた.さらに,SiCの組成比は,どの実験条件でも,おおよそ一定であった.以上を総合すると,単結晶SiC平滑面創成を実現する基板温度や分子線入射量などの最適な加工条件の選択指針が明確化できた.分子線エピタキシ(molecular beam epitaxy,MBE)を応用した,分子の付着・整列現象にもとづく新しい加工原理による平滑面の創成技術によれば,単結晶Si基板上に単結晶炭化シリコン(SiC)平滑面の創成ができる.しかし,その創成メカニズムについては不明な点も多く,最適な加工条件の選択といった加工技術の確立には至っていない.本研究ではSiC平滑面の創成過程の観察ならびに加工条件と創成されるSiCの組成および幾何形状の関係を明らかにすることでSiC平滑面の創成メカニズムを解析し,最終的にはSic平滑面創成に対する最適な加工条件の選択指針を明確化することを目的とする.本年度は,まず,その創成過程のうち,成長の駆動エネルギ源となる基板温度がSiC成膜層の幾何形状,結晶性および組成に及ぼす影響を実験的に明らかにし,成長過程を解明する手がかりを得ている.基板温度を7501100°Cまで50°C間隔で変化させた結果,800°C以上ではすべて単結晶となったが,750°Cでは多結晶のSicとなった.オージェ電子分光分析によるSiC成膜層の組成分析によれば,SiとCの組成比は,すべての基板温度においてCが50%以上とSiよりも多く,基板温度が高くなるにつれてCの割合は上昇し,Siの割合は下降した.原子間力顕微鏡によって表面幾何形状を観察した結果,エピタキシャル成長は主として核成長によっておきており,核の大きさが,基板温度が高くなるにつれて大きくなっていくのが観察された.さらに,成膜面には微小な三角形のピットが創成されており,基板温度が高くなるにつれてそれらの数と大きさが大きくなる傾向にあった.

基板温度が変わることによっては,成膜層の組成,幾何形状,結晶性すべてが変化することが明らかとなった.本研究の最終目的は,分子の付着・整列現象を原理とした平滑面創成を可能とする分子線エピタキシ(molecular beam epitaxy,MBE)技術応用によって,単結晶シリコン(Si)基板上に単結晶炭化シリコン(SiC)平滑面の作製技術の確立することである.しかし,現状では,そのメカニズムやプロセスについては不明な点が多く,最適な加工条件の選択といった加工技術の確立には至っていない.そこで,本研究ではSiC平滑面の創成過程の観察ならびに加工条件と創成されるSiCの組成および幾何形状の関係を明らかにすることでSiC平滑面の創成メカニズムを解析している.昨年度は,SiC成長時の基板温度がSiC成膜層の幾何形状,結晶性および組成に及ぼす影響を実験的に明らかにし,成長過程を解明する手がかりを得た.本年度は,主として,単位時間あたりに基板に入射する分子数が創成面性状に及ぼす影響を実験により解明した.実験は,分子線として,Siは電子線(EB)により固体Siを溶融蒸発させたものを,Cはアセチレンガスを用い,成長時に,単位時間に基板に入射するSi分子数,C分子数およびその比を変化させた.総成膜量や基板温度などのその他の条件は同一とした.その結果,全ての実験条件で単結晶SiCの創成が確認できたが,入射分子数比(C/Si)が815の範囲から外れた実験条件では,結晶性が悪くなっていた.また,実験条件によらず,3次元核成長の核であると考えられる表面の凹凸が観察されたが,例えば,同じ入射分子数比でも,入射分子数が増加するにつれ,核の半径が大きくなっていた.さらに,SiCの組成比は,どの実験条件でも,おおよそ一定であった.以上を総合すると,単結晶SiC平滑面創成を実現する基板温度や分子線入射量などの最適な加工条件の選択指針が明確化できた.
2種の光コムの融合による高速かつ高分解能な分光計測技術の開発

本研究課題は光周波数軸上で高分解能で、かつ時間軸上では短い測定時間の高速な分光計測を2台の光コムを用いて実現することを目指している。そのための2台の光コムとそれらを組み合わせた全体システムの構築、そして信号処理技術の開発を進めている。2018年度は初年度のため、最終目標に向けて各要素技術の確立を目指して研究を進め、下記の様な成果が得られた。1.分光計測の測定対象とする予定のアセチレン分子の吸収スペクトルが存在する波長範囲を含む光コムスペクトルの発生がまず必要である。このスペクトル範囲を簡単な構成の実験系で実現するための改良を行った。また、このスペクトルの中心波長を光増幅帯域の中心で安定化するために、実験系の構成の修正を進めている。2.光コムを用いた分光計測では、一般的に光源からの光パルス列を非線形効果によりそのスペクトルを拡大して、測定対象となる様々なガス分子が分光可能なスペクトル範囲をカバーする。このような分光可能なスペクトル範囲の更なる拡大のために、2つの観点から検討を進めた。1つ目はコムスペクトル拡大の最適化手法の検討である。これによりパルス光源から非線形効果を誘起する光ファイバへ入射するまでの光ファイバの分散を管理する指針が得られた。2つ目は導波路型非線形光学結晶からの可視光コムの発生である。2次の非線形感受率を持つ材料であっても、2次の高調波のみならず、3, 4次の高次高調波も得られ、可視域にもスペクトルが拡張可能であることが分かった。この発生機構の解明には更なる検討が必要である。スペクトル帯域が十分に広く得られているなど、全体的には順調に進んでいるとともに、新たに研究提案当初には予想していなかった可視域のスペクトル発生などの知見も得られている。このことから順調に進展していると考えている。光周波数の安定化が不十分な光コムを改良してさらに安定化すると共に、2台の光コムの相対的な安定度を高める制御を施す。この後に、高分解能かつ高速な分光計測の実証を進める。そのための最適な実験条件の導出と信号処理技術を開発し、必要に応じて2台目の光コムに関しても光源の構成を変更するなどして安定化を図る。
境界の運動方程式を陽に含まない自由境界問題の数値解析手法の開発

本研究では以下のような成果が得られた.1.自由境界の運動に関する時間発展方式を陽に持たない自由境界問題に対する数値解法の開発とその応用.自由境界問題の中には自由境界の運動に関する時間発展方程式を陽に持たないものがある.このような問題は数値的にといえども解くのは容易ではないし,中には高精度計算を行わないと計算が途中で止まったり意味のない解が得られてしまうような微妙なものもある.そこで,本研究では,自由境界の時間発展方程式を導出して既存の高精度数値解法を適用し,このような自由境界問題を高精度に数値計算することを考えた.自由境界の運動方程式を陽に導くことは,写像関数を用いた固定領域法を適用することで成功した.また,この手法は同時に問題を固定領域の問題に変換するため,既存の高精度数値解法が適用できるという特徴も持っている.本手法を,自由境界の運動に関する時間発展方程式を陽に持たない,双曲型方程式に支配される自由境界問題に適用したところ,クリティカル時間など興味深い数理現象を発見した.2.高精度数値手法の開発とその応用.1.の自由境界問題の数値解法の開発に関連した研究も行った.いままでは自由境界問題に対して任意精度で数値計算することはできなかった.それをスペクトル選点法と写像関数を用いた固定領域法を併用することで可能にした.ただし,この手法は時間に関して陰解法となるために反復計算が必要となり計算コストがかさむ.(したがって,パラメータサーベイが必要とされる1.の自由境界問題に対して本手法は適用しなかった.)そこで問題の線形化手法の開発と効率的な反復法の開発を行った.この高精度数値手法であるスペクトル選点法を用いて,カオスの解析を実用的な計算精度限界である4倍精度で行った.今回もアトラクターのフラクタル次元の不連続性が確認された.本研究では以下のような成果が得られた.1.自由境界の運動に関する時間発展方式を陽に持たない自由境界問題に対する数値解法の開発とその応用.自由境界問題の中には自由境界の運動に関する時間発展方程式を陽に持たないものがある.このような問題は数値的にといえども解くのは容易ではないし,中には高精度計算を行わないと計算が途中で止まったり意味のない解が得られてしまうような微妙なものもある.そこで,本研究では,自由境界の時間発展方程式を導出して既存の高精度数値解法を適用し,このような自由境界問題を高精度に数値計算することを考えた.自由境界の運動方程式を陽に導くことは,写像関数を用いた固定領域法を適用することで成功した.また,この手法は同時に問題を固定領域の問題に変換するため,既存の高精度数値解法が適用できるという特徴も持っている.本手法を,自由境界の運動に関する時間発展方程式を陽に持たない,双曲型方程式に支配される自由境界問題に適用したところ,クリティカル時間など興味深い数理現象を発見した.2.高精度数値手法の開発とその応用.1.の自由境界問題の数値解法の開発に関連した研究も行った.いままでは自由境界問題に対して任意精度で数値計算することはできなかった.それをスペクトル選点法と写像関数を用いた固定領域法を併用することで可能にした.ただし,この手法は時間に関して陰解法となるために反復計算が必要となり計算コストがかさむ.(したがって,パラメータサーベイが必要とされる1.の自由境界問題に対して本手法は適用しなかった.)そこで問題の線形化手法の開発と効率的な反復法の開発を行った.この高精度数値手法であるスペクトル選点法を用いて,カオスの解析を実用的な計算精度限界である4倍精度で行った.今回もアトラクターのフラクタル次元の不連続性が確認された.