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グルオン場の量子非平衡過程と相対論的原子核衝突

本研究の目的は高エネルギー原子核衝突実験で発生したグルオンに対し、その量子非平衡現象を記述し、その熱平衡化に至る過程を追跡することである。現在、グルオンの熱平衡化に対しては古典的なアプローチでは全く考えられないような早い熱平衡化現象が認められており、問題になっている。申請者は、グルオン場の量子非平衡過程の数値計算と強い古典場の崩壊過程の数値計算を実現させた。まず、申請者はグルオンの量子非平衡過程を記述するKadanoff-Baym方程式による数値計算を世界で最初に実現させた。計算はまず、空間2次元の系で行い、古典的には決して起こりえないが、量子的な過程を考えることによって始めて実現される熱平衡化現象が存在することを突き止めた。この結果はこれまでに考えられなかった量子的過程による熱平衡化であり、高エネルギー重イオン衝突実験で発生したグルオンの熱平衡化現象に対しても、その早い熱平衡化を説明する方策になる可能性がある。さらに申請者は、現実的な衝突実験を計算機上で再現するため、空間3次元の系での数値計算を実現させた。これにより、現実のグルオン系の熱平衡化に対して、量子的なアプローチが可能となった。実際に計算を行ったところ、量子的な過程による熱平衡化の時間が実験で指摘されている通り、十分早い可能性があることが見つかった。これは、これまで10年間謎とされてきたグルオンの早期熱化問題に対し、1つの解答を与えることができる結果である。また、申請者は強いグルオンの古典場が存在する場合を考慮するため、スカラー理論において、古典場と量子的な揺らぎが混在している場合の非平衡過程の数値計算を実現させた。この数値計算は原子核衝突実験のみに留まらず、初期宇宙の再加熱現象や、物性理論におけるBose-Einstein凝縮現象およびFermi流体などに応用可能なものである。近年、Relativistic Heavy Ion Collider(RHIC)では、原子核同士の高エネルギー衝突実験によって、クォーク・グルオンプラズマ(QGP)の研究が行われている。現在のところ、QGP生成後の完全流体模型による研究が成功を収めているが、生成前の熱平衡化に至る非平衡過程(古典論的には再現できない早期熱化)がまだよく理解されていない。そこで、我々はグルオン場の量子論的非平衡過程を記述できるKadanoff-Baym(KB)方程式によるアプローチを考えた。本研究では、量子非平衡過程という観点からQGP生成過程を調査することを目的としている。研究では、まず、グルオン場を扱う前に中間子の有効理論であるスカラーφ4、及びO(N)模型について研究を行った。そこでは、相対論的KB方程式に基づくエントロピーを導入し、対称性の破れていない場合のφ4理論の弱結合領域において、時空間の変化の緩やかな場合に量子論的過程がエントロピーを生成させることを解析的に証明した。(Nucl.Phys.Aに投稿し受理される。)さらに、O(N)模型の強結合領域(1/N展開を使用)に対し、量子論的過程が同じくエントロピーを生成させることを証明した。また実際に、空間1次元の系に対し、KB方程式の数値計算で、エントロピー生成および最終的な熱平衡化を確かめた。空間1次元の系での熱平衡化は、古典論的には起こらず、量子論特有の現象である。最後に、我々はグルオンの従うゲージ理論に対する研究に着手した。古典場が存在しない系について、特定のゲージにおいてKB方程式とそれに基づくエントロピーを書き下し、弱結合領域の量子論的過程に対してエントロピーが生成されることを示すことができた。これは、量子論的過程特有のものであり、古典論的には実現しない。これらの量子論的効果が、QGP生成過程でも重要な役割を演じている可能性がある。さらに、実際に空間2次元時間1次元の系で、上に述べた特定のゲージでのエントロピー生成が実際に起こることを数値計算で確かめた。しかしながら、非平衡状態におけるエントロピーのゲージ共変性の問題がまだ残っている。

また、申請者は強いグルオンの古典場が存在する場合を考慮するため、スカラー理論において、古典場と量子的な揺らぎが混在している場合の非平衡過程の数値計算を実現させた。この数値計算は原子核衝突実験のみに留まらず、初期宇宙の再加熱現象や、物性理論におけるBose-Einstein凝縮現象およびFermi流体などに応用可能なものである。
風力利用に適する電圧形インバータ誘導発電機システムの特性改善に関する研究

本研究は、風力エネルギーの利用を意図し、小形、堅牢、安価な誘導発電機と電圧形PWMコンバータを組み合わせた新しい発電システムについて理論的、実験的検討を行ったもので、発電効率の向上、電力系統側の出力電流波形改善などのシステムの特性改善を行うと共に、これを風力発電に応用する場合の最適な制御法を明らかとすることを目的とした。本研究の主な成果は以下の通りである。1.電力系統に力率1の正弦波電流を供給するために、系統側PWMコンバータにキャリア周波数成分除去用のLCフィルタを挿入した。この際、過度時のLCフィルタの共振が問題となったが、フィルタの状態量を帰還してPWMコンバータの制御を行ない、良好な電流波形を得た。さらに、理論的解析によりこの帰還利得の最適設定法を明らかとした。2.系統側コンバータの直流側電圧利用率の向上を図るため、各相の電圧指令値に零相分を付加する方式を採用した。この際、状態帰還制御を支障なく行うために零相分を瞬時に合成して付加する方式とし、出力電流の歪みを伴うことなく電圧利用率を12%改善した。3.発電機側コンバータには、瞬時トルクの制御が可能なベクトル制御を採用した。一般にベクトル制御には速度センサが必要であるが、特に風力発電という屋外用途であることを考慮して速度センサを用いない構成を研究した。この際、風力発電では誘導発電機が回転状態にあるときにシステムを始動させるため、始動時の回転数把握が問題となったが、残留磁気による発生電圧の周波数から回転数を推定する方式を採用し、始動を含めて安定な動作が実現できた。4.風車を模擬する風車シミュレータにより誘導発電機システムを駆動し、定常状態、過渡状態における各種のデータ収集を行い、実用性の検証を行った。
MHCIIとCD8+T細胞による免疫チェックポイント機構の解明

T細胞において、転写因子GATA3の二つのZnフィンガーの両方を欠失した変異体(Δ2GATA)を発現するマウスと、C末端側Znフィンガーのみを欠失した変異体(Δ1GATA)を発現するマウスを比較すると、CD4+T細胞の分化の阻害などの共通の表現型だけでなく、Δ1GATAにおいてのみ、皮膚炎の発症を認めた。さらにΔ1GATAにおいてMHC class IIを欠失させると、皮膚炎は悪化した。種々の皮膚炎モデルを用いて、この2種類のマウスのT細胞(特にCD8+T細胞)の機能と皮膚炎発症との関係を明らかにする。MHC class IIは免疫チェックポイント機構の一つであるLAG3と結合するが、LAG3には、さらに別のリガンドが報告されるなど、詳細は不明である。皮膚炎発症におけるLAG3の関与、さらにMHC class IIと関連する別の分子の関与を明らかにする。そのために、皮膚炎を発症しないΔ2GATAにおいてMHC class IIを欠失させる。また両変異マウスにおいてLAG3を欠失させ病態を解析する。GATA3変異マウスでは、CD4+T細胞が非常に少ないことを踏まえ、皮膚において、MHC class IIやLAG3を発現する細胞群の解析により、皮膚炎発症に関わる細胞群を明らかにする。さらにLAG3以外のMHC class IIと相互作用する未知の分子の探索と、その免疫チェックポイントへの関与を明らかにする。LAG3欠失マウスの入手に時間がかかっている。手続きに時間がかかったこと、搬入された凍結卵の融解を試みたが生体に戻らず、再度、凍結卵の搬入を計画している。平成30年度は、マウスの繁殖が悪く、Δ2GATAにおいて、MHC class IIを欠失させることは完了していないが、令和1年度初頭にほぼ完了する予定である。皮膚炎モデルとしてオキサゾロン塗布及びイミキモド塗布を行ったが、正常マウスとGATA3変異マウスに、明瞭な差異を見いだせていない。実験条件の変更や、他の皮膚炎モデル(フォルボールエステル、DNCB、MC903など)の検討を開始している。MHC class IIとLAG3の関与については、ブロッキング抗体投与による解析を開始している。正常マウス、Δ1GATAマウス、Δ2GATAマウスよりCD8+T細胞を分離し、RNAseqを行い、遺伝子発現の差から、機能的差異及びその原因を明らかにしようとしている。皮膚炎発症機序についての作業仮説の提起を目指す。正常マウス、Δ1GATAマウス、Δ2GATAマウスで差異が認められる疾患モデルの探索を続ける。乾癬モデル、アトピー性皮膚炎モデル、接触性皮膚炎モデルなど多数解析し、2種類のGATA3変異マウスで差異が認められるモデルを見出す。Δ1GATAマウスにMHC class II欠失を導入することは、令和元年6月中に完了する。LAG3欠失マウスの導入については、凍結卵の融解が成功するかにかかっている。もし2回目もうまくいかなかった場合には、国内で維持している研究室が存在しないため、MTAを取り交わした、LAG3欠失マウス(B6系統)を樹立したアメリカの研究室からの輸送も検討する。ブロッキング抗体投与実験は、すでに開始しているが、まだ結果は出ていない。CD8+T細胞の分離方法は確立しているため、分離後RNAを抽出し、RNA-seq解析を委託する。

正常マウス、Δ1GATAマウス、Δ2GATAマウスよりCD8+T細胞を分離し、RNAseqを行い、遺伝子発現の差から、機能的差異及びその原因を明らかにしようとしている。皮膚炎発症機序についての作業仮説の提起を目指す。正常マウス、Δ1GATAマウス、Δ2GATAマウスで差異が認められる疾患モデルの探索を続ける。乾癬モデル、アトピー性皮膚炎モデル、接触性皮膚炎モデルなど多数解析し、2種類のGATA3変異マウスで差異が認められるモデルを見出す。Δ1GATAマウスにMHC class II欠失を導入することは、令和元年6月中に完了する。LAG3欠失マウスの導入については、凍結卵の融解が成功するかにかかっている。もし2回目もうまくいかなかった場合には、国内で維持している研究室が存在しないため、MTAを取り交わした、LAG3欠失マウス(B6系統)を樹立したアメリカの研究室からの輸送も検討する。ブロッキング抗体投与実験は、すでに開始しているが、まだ結果は出ていない。CD8+T細胞の分離方法は確立しているため、分離後RNAを抽出し、RNA-seq解析を委託する。研究に用いるマウスの作成、LAG3欠失マウスの搬入に時間がかかっており、解析のスケジュールに遅れがある。令和1年度においてRNA-seqによる解析を計画しており、予定より高額の支出になる可能性がある。このための資金の確保を考慮している。
ポスト開発主義時代における多民族国家の民主化移行問題

昨年度から今年度にかけて、内戦や抑圧的な権威主義・全体主義体制の下での虐殺など著しい人権侵害行為に対して、和平後または民主化後、どのような対応をすべきかといった、いわゆる「(民主化)移行期における正義(transitional justice)」問題についての研究を進めた。南アフリカの真実和解委員会などの真相究明委員会形式のものや旧ユーコスラビア国際刑事裁判所との国際刑事裁判所形式のものなど、各事例について文献サーヴェイをしながら、復讐/赦し、記憶/忘却といったアポリアを軸に、それぞれの事例の位置づけや移行期をめぐる正義の問題についての理論的整理を試みた。その成果の一部は、「移行期における正義(transitional justice)再考」といった論文として公刊する機会を得た。そこでの結論を繰り返すと、以下の通りである。過去に関する集合的記憶が社会的構築物である以上、過去をどう取り扱うかの選択肢について、私たちは一定程度の選択の幅をもっている。もちろん、それは様々な制約がある中での選択の幅ということであるが、本研究では、移行期における正義という問題、つまり過去の人権侵害という問題を取り扱う際、とられる選択は、どのようなバイアス性をもっているかといったことについて、和平・民主化プロセスのパターンとの関連で検討した。次に、復讐へと傾斜したものについては赦しの方向へ、忘却へと傾斜したものについては記憶の方向へといったようにそれぞれ、いずれも何らかの形で不十分な対応を改めていく必要性がでてくることについて、ジャック・デリダの二つのテクストを手引きにしながら理論的な検討を行った。もちろん、内戦後の社会再建ということを視野に入れた場合、こうした狭義の矯正的正義だけではなく、法的正義(法の支配)、回復的正義、さらには配分的正義など、複数の正義を同時に追求することが必要そうしたことを妨げているマクロ・レベル(特に世界システム・レベル)の構造的制約を取り払っていくことが必要であることも確認した。構造的な制約が少しずつ取り払われ、沈黙を強いる抑圧的な構造的権力を解体していくことができれば、語りによる歴史物語の書き換えの動きも活性化し、記憶再編の可動幅、さらには共有化される記憶の地平も広がっていく。「記憶の政治」の新たな展開は、信頼関係の再構築を促し、結果としては、内戦再発といった形での「絶対的な敵対関係」の暴走を食い止める可能性ももっている。そうした意味でも、「記憶の政治」そして「移行期の正義」の問題に対する的確な対応の模索は、単に過去にどう取り組むかという問題であるだけではなく、未来の社会を、どうデザインしていくかという問題ともなっていることを確認した。以上が、本研究の要旨であるが、以上のような研究を進めていく過程で、それと関連する形で、社会構築主義的アプローチによる国際関係論研究(批判的安全保障研究など)の分野を開拓する研究作業を進め、単行本『安全保障という逆説』などを公刊した。

初年度においては、研究課題に関連する包括的な文献調査研究を行い、その副産物として、別に記した(裏面参照)論文五本を著した。いずれもポスト構造主義的アプローチによる国際関係論研究であるが、問題意識には、研究課題と同じく南北間の構造的格差、構造的暴力の解消といったことがあるといって良く、そういう意味で五本の論文は、研究課題を探求する過程で生れた研究実績である。研究課題に直接的に結びつくものとしては、民主化移行過程における正義(transitional justice)問題についての文献を収集しながら、読解、整理を進めているところで、この問題に関する論文作成等については、次年度以降の課題として残っている。世界システムの周辺部に生じる政治的諸問題を研究テーマとして、とくに東南アジアにおける権威主義体制の成立・維持・崩壊過程や地域紛争の発生・解決過程を中心に研究を進めてきた。また同時に、こうした周辺部の問題がグローバル・ガバナンス、国際レジーム(特に国際人権レジーム)の形成・変容に与える影響、そして国際人権レジームの強化が周辺部におけるローカル・ガバナンスに与える影響について研究を進めてきた。昨年度から今年度にかけて、内戦や抑圧的な政治体制の下での虐殺など著しい人権侵害に対して、和平後または民主化後、どのように対応すべきかといった、いわゆる「(民主化)移行期における正義(transitional justice)」問題についての研究を進めている。南アフリカの真実和解委員会などの真相究明委員会形式のものや旧ユーゴスラビア国際刑事裁判所などの国際刑事裁判所形式のものなど、各事例をサーヴェイしながら、正義/和解・処罰/許しといった問題について政治学的な角度から検討を加えており、最終年度の報告書作成に向けて準備をしている。また、その研究過程における副産物的な研究成果として、論文「《条件付き歓待》の国際政治」、「まなざしのグローバル・ポリティクス」などを公刊した。いずれも社会構築主義アプローチによる国際関係論研究(批判的安全保障研究)と分類されるものであるが、最終年度に向けて、これらの研究成果を単行本化する形で編集しなおす作業も進めている。昨年度から今年度にかけて、内戦や抑圧的な権威主義・全体主義体制の下での虐殺など著しい人権侵害行為に対して、和平後または民主化後、どのような対応をすべきかといった、いわゆる「(民主化)移行期における正義(transitional justice)」問題についての研究を進めた。南アフリカの真実和解委員会などの真相究明委員会形式のものや旧ユーゴスラビア国際刑事裁判所などの国際刑事裁判所形式のものなど、各事例について文献サーヴェイをしながら、復讐/赦し、記憶/忘却といったアポリアを軸に、それぞれの事例の位置づけや移行期をめぐる正義の問題についての理論的整理を試みた。その成果の一部は、「移行期における正義(transitional justice)再考」といった論文として公刊する機会を得た。
新規のがん抑制遺伝子マコリンの固形癌における診断・治療への応用

食道扁平上皮癌の腫瘍マーカーをSEREX法によりスクリーニングし、新規SEREX抗原としてマコリン(MKRN1)を同定した。血清MKRN1抗体(s-NKRN1-Abs)の陽性率は食道癌患者血清において25%、健常者血清において0%であった。また癌の分化度に対応して増加した。s-NKRN1-Absは特異度の高い食道扁平上皮癌の新しい腫瘍マーカーであると考えられた。MKRN1 cDNAをras-NIH3T3細胞に導入したところ、顕著な形態変化が認められた。その時にユビキチン化が亢進しているタンパク質を認め、質量分析した結果、L-FILIPであると判明した。これらのことから、MKRN1は高分化型の食道癌の発生にL-FILIPのユビキチン化を介して関わっていると推定された。食道扁平上皮癌は最も予後の悪い癌の一種であり、予後の改善のためには新規の腫瘍マーカーを用いた早期診断が不可欠である。そこで食道扁平上皮癌の腫瘍マーカーをSEREX法によりスクリーニングした結果、新規SEREX抗原としてマコリン(MKRN1)を同定した。血清MKRN1抗体(s-NKRN1-Abs)の有無をウエスタン法により調べたところ、食道癌患者血清においては73例中18例(25%)で陽性であったが、健常者血清では43例すべて陰性であった。臨床病理学的諸因子との相関関係を検討した結果、s-MKRN1Absの有無は食道癌の分化度と正の相関を示したが、病期、予後その他の因子とは無関係であった。MKRN1mRNA発現レベルをRT-PCR法により調べたところ、食道癌組織において周辺の正常粘膜上皮より高かった。ras-NIH3T3細胞にMKRN1cDNAを導入して安定発現株を単離したところ、対照細胞より扁平で大きくなり、増殖が遅くなる等、正常細胞の形質を示した。MKRN1安定発現珠においては80と82kDaのユビキチン化タンパク質が増加しており、質量分析の結果、このタンパク質はL-FILIP(filamin A interacting protein 1)であると判明した。これらの結果から、MKRN1は新規の食道扁平上皮癌SEREX抗原であり、s-NKRN1-Absは特異度の高い食道扁平上皮癌の新しい腫瘍マーカーであると考えられた。また、MKRN1は高分化型の食道癌の発生にL-FILIPのユビキチン化を介して関わっていると推定された。
4f-3d-2pへテロスピン系の交換相互作用を利用した電子物性材料の創出

我々は合成開発寄りの材料科学研究を進めており、有機材料/無機材料の区別なく広範な元素、分子群を取り扱ってきた。π-dやd-fの組み合わせの中から、現在、新しい電子機能を目指した新材料開発を推進しつつある。電導性、磁性、誘電性、光物性を目指した材料の設計は、「フロンティア軌道設計」と言い換えることができる。本課題で「分子自由度」の意味するものは、スピンの持つ自由度の他に、様々なフロンティア軌道を組み合せられるという設計性自由度である。今年度は、有機結晶の柔軟さと相転移挙動、つまり相の自由度も取り入れた。1.反磁性-常磁性転移を示すビラジカル系:基底三重項ビラジカル(bpbn)の一連の誘導体が、逐次構造相転移を示し、反磁性からS=1/2常磁性、続いてS=1常磁性となることを明らかにした。反磁性相は薄い橙色、常磁性相は濃い赤色であるために、この物質群はサーモクロミック材料でもある。2.スピン転移類似挙動を示すπ-dヘテロスピン系:ラジカル-銅系高スピン分子の開発の過程で、単結晶を維持した固相-固相相転移を示しそれに伴って磁気的カップリングを強磁性的から反強磁性的へ転じる物質群を見いだした。これらは、二中心もしくは三中心スピンクロスオーバー物質という観点からも興味が持たれる。3.4f-3d交換相互作用に見られる化学的傾向:錯体[Ln_2Cu_2]_nの系において、希土類のほぼ全体にわたって交換相互作用を調査した。Lnが重希土類の場合は4f-3d間に反強磁性的カップリングが見られ、軽希土類の場合には強磁性的カップリングが観測された。しかも、原子番号Zに対してプロットすると、明瞭なZ依存性を見せた。電導性、磁性、光特性を複合的に兼ね備えた物質群は、スイッチ、メモリー、演算素子、表示材料などさまざまな分野で活躍すると考えられる。分子性物質が、その多様性、加工性、軽量性、柔軟性など従前の無機物質にない特性をもつことから、分子性磁性材料開発においては従来の無機材料とは異なる方向性を目指すべきである。本研究では具体的にはハイブリッド分子性磁性体を中心に複合機能の開発を進めた。1.機能性低次元磁石:ラジカル-コバルト系単一次元鎖磁石からバルクの磁性との共存の見られる系が見つかり、これまでの世界最高の保磁力をさらに更新する程度の「硬い」磁性材料を開発した。まだ、既に[Co(hfac)_2(BPNN)]では行なわれていたが、今回新たに、[Co(hfac)_2(HNN)]のμSR(ミュオンスピン回転・緩和)を測定し、低次元構造を有するにもかかわらず長距離秩序状態を示すことを明らかにした。2.分子包接誘起磁性体、磁気検出型イオンセンサー:天然のアミノ酸にラジカル置換基を導入して、金属イオンとのキレート形成能を評価し、強いπ-d間の磁気的カップリングを認めた。また、人工的なラジカル置換のホスト・配位子分子を構築した。ビラジカルの磁性を超分子化学手法により制御した。3.単分子磁石・単鎖磁石:いくつかの4f-3d系単分子磁石を合成開発し、高周波ESRを用いて4f-3d間交換相互作用を決定した。題材として、[LnCu][LnV]、などを利用した。特に[Ln_2Cu_2]_nの系において相互作用定数と4fスピン数とのあいだに強い相関がありことがわかった。
ペンシルレンズ顕微鏡による高血圧ラット微小循環動態解析システムの開発

糸球体内微小循環の血流計測は、腎機能評価において重要であり、各種の正常モデル、病態モデルを解析することで、血流状態や代謝特性を解明する一つの指標になると考えられる。本研究では、高解像度・高速度撮影が可能なペンシルレンズ型CCD生体顕微鏡を開発し、糸球体の直接観測をはじめて実現し、糸球体における微小循環動態血行動態の解析を行った.開発したペンシルレンズ型CCD生体顕微鏡システムは、VCR、モニタ、照明装置、コントロール装置、カメラ本体、照明ガイド、およびペンシルレンズからなり、空間分解能は0.86μm、時間分解能は17msecである。ペンシルレンズでとらえた腎微小循環はVCRに連続記録され、off-lineでコンピュータシステムによりデジタル化される。ペンシル型レンズの先端径は1mmであり、周辺に照明を導く光ファイバが配置されている。視野サイズは400μm×300μmである。観測される連続画像から、毛細血管内の赤血球速度を求め、糸球体内微小循環の血行動態を解析した。微小血管部分では血液中の赤血球の移動(=血流)による濃度変化が観測されるが、濃度変化のある任意の位置にROIを設けこれをフレームに切り出し、時空間画像を作成した。時空間画像上の赤血球速度に応じたストライプ状の濃度分布の傾斜により、血球速度を求め、速度ベクトルマッピングを行った。本方法は特殊な色素やトレーサを必要とせず、得られる動画像を時空間処理することで、時空間像の赤血球の軌跡から速度検出が可能である。すなわち、微小循環血流動態を直接的な観測結果から評価できるため、微小循環障害の有効な評価手段となることが期待できる。また、臨床計測への応用が期待できる。GRIN(Gradient-index)レンズを基本としたペンシルレンズ型のCCD生体顕微鏡の開発に取り組んだ。具体的には、撮像系の蛍光対応化、小型化(ペンシル型)、高速度シャッター(最大毎秒200枚)の開発を個々に進め、最終的に統合する手法を採った。蛍光対応については、可視光対応の光マーカーを用いて実現した。この際バックグラウンドレベル(組織像、血液)とマーカー像の濃淡の差に関する基礎データを収集し、観察対象部位(麻酔下ラットの腎内部)において必要な光量が推定できた。小型化については、外径3mmのレンズの試作に成功し、最終目標である外径1mm以下レンズの開発を進めている。この際、レンズ径が小さくなるにともない、ライトガイド(レンズ周辺に組み込む光ファイバ)の組込み本数を減少させることなく作成することが重要となる。これが実現できない場合、撮影に必要な十分な光量を確保することが出来なくなる。高度な工作精度を要求するが、徐々にではあるが改良が進んでいる。高速度シャッターシステムについては、毎秒200枚撮影可能な回路系の基礎開発は終了し、現在はCCD回路周辺から生ずる内部雑音の低減に取り組んでいる。これと並行して、糸球体内血流速度分布解析ソフトウェアの開発も行った。具体的には、計測される動画像をもとに時間毎の時空間画像を作成し、この相関分析より局所血流速度を解析する。動画像を扱うため、多くの計算量をともなうが、ソフトウェアの基本構造の作成は完了している。本年度は、微小循環動態観測解析システム(ペンシルレンズ型レンズ、血流速度分布解析ソフトウェア)の改良、および評価をin vivoによる実験により行った。設計段階では、可視光対応の光マーカーを使用し、マーカーの動態を観測することにより血流速度分布の観測を実現する予定であった。実際にシステムを構築し、カメラの特性や画像のクオリティ等の基礎データを検討した結果、解析ソフトウェアの改良により、赤血球の軌跡から速度検出が可能であることが分かった。

麻酔下のラット腎表面に切開を加えペンシルレンズ型レンズを刺入し、高時間分解能CCD顕微鏡で糸球体内微小循環を観察・録画した(空間分解能0.86μm、時間分解能17msec)。off-lineでコンピュータシステムによりデジタル化し、得られる連続画像から、毛細血管内の赤血球速度を求め、糸球体内微小循環の血行動態を解析した。微小血管部分では血液中の赤血球の移動(=血流)による濃度変化が観測されるが、濃度変化のある任意の位置にROIを設けこれをフレームに切り出し、時空間画像を作成した。時空間画像上の赤血球速度に応じたストライプ状の濃度分布の傾斜により、血球速度を求め、速度ベクトルマッピングを行った。その結果、本システムは特殊な色素やトレーサを必要とせず、得られる動画像を時空間処理することで、時空間像の赤血球の軌跡から速度検出が可能であった。すなわち、微小循環血流動態を直接的な観測結果から評価できるため、微小循環障害の有効な評価手段となることが期待できる。また、臨床計測への応用が期待できる。
有機相の変形特性に着目したアワビ貝殻の強度・靭性両立機構の解明

強度・靭性を両立する貝殻真珠層の破壊機構を有機相の役割に着目して調べた。有機相の状態を人工的に変化させ力学特性評価とミクロ破壊挙動の観察を行った結果、真珠層を構成するアラゴナイトプレートの界面のすべり挙動を有機相が制御し最適化することにより、優れた力学特性が発現することが明らかになった。この挙動をモデル化し定量的に表現することで、強度を低下させずに破壊抵抗を付与するセラミックス複合材料の設計に役立つ指針を得た。有機相の状態を変化させた真珠層を得るため、日本近海産のアワビの貝殻真珠層を用い、(a)有機相の粘弾性的挙動の効果を消失させた材料、(b)有機相の体積膨張、粘弾性的挙動の効果を消失させた材料、(c)有機相のすべての効果を消失させた材料を得る方法を検討した。(a)-(c)それぞれの条件を満たすため、(a)液体窒素下で凍結、(b)室温で乾燥、の手法を行い、片側切欠き試験片の引張破壊試験を行った。(a)、(b)の材料ともに線形的な破壊挙動を示した。破面を観察した結果、(a)の材料は炭酸カルシウム相内を亀裂が直線的に進行したことがわかった。一方、(b)の材料は、炭酸カルシウム相の積層プレートのつなぎ目で破壊が生じていた。(c)については、有機相の熱分解を試みた。炭酸カルシウム相のCaOへの熱分解および相変態を抑制するため、熱重量分析によって加熱条件を検討した結果、CO2雰囲気下で加熱することにより炭酸カルシウム相の熱分解開始温度を虹雰囲気に比べて200K以上上昇させることを見出した。アラゴナイトからカルサイトへの相変態温度以下で、CO2雰囲気下で加熱することにより、炭酸カルシウム相を変化させず有機相を除去することに成功した。片側切欠き試験片の引張破壊試験の結果、有機相を除去した材料は積層プレート間で剥離が生じることによって破壊した。有機相が本来の働きを発揮できる湿潤な状態では、最大荷重前から非線形な挙動が観察され、最大荷重後も荷重を負担した後破壊した。以上のように、有機相の状態を変えることによってマクロな破壊挙動が変化することを確認した。前年度決定した加熱条件(アラゴナイトからカルサイトへの相変態温度以下で、CO2雰囲気下で加熱)を用い有機相の効果を消失させた真珠層の引張試験および三点曲げ試験を行った。引張試験の結果、有機相が存在する真珠層の破壊がアラゴナイトプレートのプルアウトによって生じたのに対して、加熱処理を施した真珠層は試験の初期段階でプレート界面の剥離が生じ試験片が薄片状に粉砕され、引張荷重を測定することができなかった。プレートのプルアウト時の界面のせん断滑り抵抗を見積もった結果、せん断すべり応力はプルアウト開始時から破壊までに24MPaから40MPaまで増加し、界面の有機相がプレートのすべり挙動を制御していると考えられた。曲げ試験では、有機相の存在する真珠層の破壊は引張表面から厚さ方向へ進行したのに対し、加熱した真珠層は試験片の厚さ方向の中央部で剥離し、破壊が長手方向に進行した。試験後の破面観察の結果、有機相のある真珠層はプレートのプルアウトが確認され試験片の引張側表面から引張破壊が生じた。一方、加熱した真珠層はプレート間でせん断破壊が生じたことがわかった。以上の結果から、有機相の状態が変化すると曲げ負荷時の破壊モードが変化することがわかった。加熱した真珠層のプレート界面のせん断強度は得られた最大荷重から11MPaと求められ、有機相のある真珠層の引張試験時の界面強度(24MPa)より著しく低くなった。加熱した真珠層のプレート表面に垂直方向の引張試験を行ったところ、プレート間の引張強度が0.62MPaと求められた。有機相は引張方向のプレート間の引張強度にも大きく寄与することが明らかになった。このことから、界面の有機相は界面のせん断滑り挙動を制御するだけでなく、界面の接着する役目を担っていることがわかった。積層構造の利点を発揮できるプルアウト破壊が生じるためには界面有機相の存在が不可欠であることが明らかになった。
共進化的環境創造による自律移動ロボットのメタレベル行動学習

本研究では,高次元・連続な状態入出力を有する制御対象として自律移動ロボットをとりあげ,その感覚・行動間写像の同定に強化学習法を適用する際に問題となる,計算資源の割当て問題を解決するための一手法として,NGnetで実装したActor-Critic強化学習に学習器の構造パラメータを同時に探索する進化的recruitment戦略を導入する手法を提案した.また,本年度は学習器の構造最適化に加えて,「いかにして複雑な学習課題を効率よく学習するか?」という,学習のスケジューリングに関する研究にも同時並行して取り組んだ.発達心理学におけるpiagetの先駆的研究を参考に,人間の身体と神経系の共進化的発達と,近年,盛んに研究が行われ始めている認知発達ロボティクスの関連に着目した.すなわち,多自由度な感覚運動連関を有する移動ロボットの制御器を強化学習で学習する際に,過去の学習事例から「学習のコツ」となる拘束条件を抽出して記憶しておき,これを未学習課題の習得に拘束条件として用いることで,無駄な試行錯誤数を削減し,その結果として強化学習を高速化することができる,「拘束条件抽出型強化学習法」を提案した.本研究では,高次元・連続な状態入出力を有する制御対象として自律移動ロボットをとりあげ,その感覚・行動間写像の同定に強化学習法を適用する際に問題となる,計算資源の割当て問題を解決するための一手法として,NGnetで実装したActor-Critic強化学習に学習器の構造パラメータを同時に探索する進化的recruitment戦略を導入する手法を提案した.本年度は,1.提案する進化的recruitment戦略のアルゴリズムを計算機上に実装し,一定時間ごとに関数形状が動的に変化する目的関数のオンライン関数近似課題に適用し,提案手法の有効性を確認した.2.提案手法を移動ロボットの行動学習問題に適用した.計算機シミュレータ上に,ロボットと円柱状の搬送物体(以降Pegと呼ぶ)のモデルを実装し,さまざまな初期姿勢から押し動作学習を行わせた.ロボットの感覚・行動間写像は先のNGnetで実装され,その構造パラメータは提案手法でオンライン調節された.Peg押しロボットのシミュレーション結果から,提案手法は学習の伸展とともに学習器を構成する基底関数の属性パラメータが漸進的にチューニングされるため,追加する基底関数の大きさをあらかじめ設計者が決めなければならない手法と比べ,より少ない基底数で制御器を構成できることが確認された.3.上記のPeg押し課題について,実ロボットによる検証実験を行い,一時間弱の試行の後にロボットが所望のタスクを学習できることを確認した.一般に,強化学習のように初期の行動政策があてにならない状態からオンライン学習を始める場合,学習初期の状態分割はやはりあてにならない偏った観測データに基づいて形成されたものであり,状態分割は学習の伸展とともに修正される必要がある.提案手法では,初期段階に形成されたあてにならない状態分割を局所的な競合によって段階的に解消することができるため,従来のリソース割当てアルゴリズムと比べ,環境変化に対して頑健な手法である可能性が高いと考えられる.上記について2002年10月にスイス連邦工科大学ローザンヌ校で開催されたIROS2002において研究成果を発表した.また,現在論文2件を投稿中である.今後は,1.視覚情報から行動へのマッピングの獲得2.搬送物体の形状,物理パラメータ変化に対する適応性の検証,ならびに提案手法アルゴリズムの見直し.について研究を進める予定である.本研究では,高次元・連続な状態入出力を有する制御対象として自律移動ロボットをとりあげ,その感覚・行動間写像の同定に強化学習法を適用する際に問題となる,計算資源の割当て問題を解決するための一手法として,NGnetで実装したActor-Critic強化学習に学習器の構造パラメータを同時に探索する進化的recruitment戦略を導入する手法を提案した.また,本年度は学習器の構造最適化に加えて,「いかにして複雑な学習課題を効率よく学習するか?」という,学習のスケジューリングに関する研究にも同時並行して取り組んだ.発達心理学におけるpiagetの先駆的研究を参考に,人間の身体と神経系の共進化的発達と,近年,盛んに研究が行われ始めている認知発達ロボティクスの関連に着目した.すなわち,多自由度な感覚運動連関を有する移動ロボットの制御器を強化学習で学習する際に,過去の学習事例から「学習のコツ」となる拘束条件を抽出して記憶しておき,これを未学習課題の習得に拘束条件として用いることで,無駄な試行錯誤数を削減し,その結果として強化学習を高速化することができる,「拘束条件抽出型強化学習法」を提案した.
出入国管理政策を通じた冷戦と国民国家形成に関する比較歴史社会学的研究

本研究の目的は、第二次世界大戦後に再編された「国民」概念の論理を解明することで、戦後国際秩序の問題点と価値とを明らかにすることである。そのため、第二次世界大戦直後の日本とフィンランドにおける非正規移住の実態と、その対応を通じた出入国管理政策の成立過程および運用実態を調査する。
景気指標の統計的分析

本研究は、最近の景気観測の統計的方法について、特に、景気指標作成の方法について、時系列モデルおよび計量経済モデルの観点から比較分析を進めることとしてきた。目標とした方法は、(1)時系列的手法による確率予測、(2)VARモデル、ベイズタイプモデル(BVAR)、(3) Stock=Watsonタイプモデル、および、(4)計量経済モデルによる確率予測である。時系列モデルによる景気指標の分析に関しては、1970年以降の日本経済の循環変動に関してみると、時系列主成分(MTV)モデルを利用することが一つの有効な方法であり、近年、急速に進展してきたマルコフスイッチングモデル(MSM)と組み合わせて景気転換点の確率予測を試みることが、景気予測に有効な方法となることを欧米での研究のサーベイ及びシミュレーションを通じて明らかにした(これらに関しては、景気循環学会で報告、1994年10月)。時系列因子モデルの一つであるStock=Watosonタイプモデルも、景気の転換点予測と理論的側面からみて有効な方法であることが分析されたが、時系列主成分、(2状態)MSMモデルの推定に比較して極めた長時間の計算が必要であるという難点がある。ただ、急速なプロセッサの進展により問題とはならないであろう。マクロ計算経済モデルによるFairタイプのアプローチは、中規模(生産、国際収支、金融、労働、物価、デフレータからなる200本程度)のモデル構築、伝統的シミュレーションと予測(景気循環学会、セミナーで報告1994年12月)を行ったが、確率予測のシミュレーションをこの時点で終えるに到らなかった。この点は今後も進める予定であるが、金融セクターでの需給バランスにより循環的な変動を再現したモデルとなっている点が強調できる。分析の詳細は、(仮題)景気指標の統計的方法(牧野書店)として出版する。景気観測の方法として、近年急速に米国で展開されてきている[1]時系列モデルによる転換点予測((1)VARモデルによる予測、(2)Stock=Watoson及びMTVタイプモデル(3)ベイズタイプモデル)及び、[2]確率シミュレーションに基づく短期計量経済モデルによる景気転換点の確率予測についてサーベイをおこないDI,CIを補完拡張する方法として有効であることを調査した。次いで、景気観測において重要な採用系列の時系列的特性について検討した。景気観測は、全国、地域においても試みられているのでとのような系列を採用するかは極めて重要である。試みに作成した月次GNP、現行DIに採用されている系列の原系列では非定常性の検定(Unit Root Test)を試みると幾つかの系列で非定常性が検出され、その時系列的な取り扱いが問題となることが明らかとなった。また、1992年までの月次データに基づいて、単一時系列モデル、VARモデル、及び、主成分分析に基づくMTVモデルによる景気転換点予測の試みを行なった結果、暫定的に過去の日本のレファレンスサイクルにおける転換点についての予測可能性は高いことが示された。ただ、この確率予測ではイノベーションの乱数発生のみを考慮しているにすぎなく、パラメータの変動については考慮していない点、また、実験の回数が100回程度と十分ではなく、今後シミュレーションの回数を増加させることが残されている。MTVモデでは,最近時点のように不規則変動が大きくなると、DIの転換点識別力が急速に低下するのに対して、サイクリカルな変動をかなりの程度抽出できることが明らかとなった。次年度の継続研究としてStock=Watosonタイプモデル、ベイズタイプモデル及び計量経済モデルによる確率シミュレーションによる景気の転換点予測力の比較研究を予定しておりこれらの成果を「統計的景気変動分析」(牧野書店)として発表する予定である。目標とした方法は、(1)時系列的手法による確率予測、

(2)VARモデル、(3)Stock=Watsonタイプモデル、(4)計量経済モデルによる確率予測、および(5)ベイズタイプモデルである。時系列モデルによる景気指標の分析に関しては、1970年以降の日本経済の循環変動に関してみると、時系列主成分(MTV)モデルを利用することが一つの有効な方法であり、近年、急速に進展してきたマルコフスイッチングモデル(MSM)と組み合わせて景気転換点の確率予測を試みることが、景気予測に有効な方法となることを欧米での研究のサーベイ及びシミュレーションを通じて明らかにした(これらに関しては、景気循環学会で報告、1994年10月)。時系列因子モデルの一つであるStock=Watosonタイプモデルも、景気の転換点予測と理論的側面からみて有効な方法であることが分析されたが、時系列主成分(2状態)MSMモデルの推定に比較して極めて長時間の計算が必要であるという難点がある。ただ、急速なプロセッサの進展により問題とはならないであろう。マクロ計量経済モデルによるFairタイプのアプローチは、中規模(生産、国際収支、金融、労働、物価、デフレータからなる200本程度)のモデル構築、伝統的シミュレーションと予測(景気循環学会、セミナーで報告1994年12月)を行ったが、確率予測のシミュレーションをこの時点で終えるに至らなかった。この点は今後も進める予定であるが、金融セクターでの需給バランスにより循環的な変動を再現したモデルとなっている点が強調できる。分析の詳細は、(仮題)景気変動の統計的方法(牧野書店)として出版する。
エコモデルに基づいた大規模分散システムの研究

分散型システムの電力低減方式を「ソフトウェアの観点」で研究することが本研究課題の目的である。このために、初年度は、各種ノードの電力消費モデルとプロセス実行モデルの研究を行い、第2年度は、エコ分散シミュレータの開発を行い、また多重化による信頼性向上と消費電力増加について考察し、消費電力に基づいたノードの信用可能性についての研究を行った。第3年度では、電力消費モデルとプロセス実行モデルを基に、省電力化アルゴリズムの研究を行った。最終年度では、仮想マシン移行アルゴリズムを改良し、仮想マシンをより低消費電力のホストサーバからゲストサーバに移行(migrate)させることを検討した。これまで検討してきたアルゴリズムでは、ホストサーバから一つの仮想マシンを選択しゲストサーバに移行させてきたが、消費電力量低減について最適なプロセス数を実行している仮想マシンが存在しないことにより消費電力量を十分に低減できない問題点があった。このため、複数の仮想マシンのグループを移行させることにより、移行プロセス数を消費電力量を最小化できるように調節することを考える。また、仮想マシン上で実行されるプロセス数の増加につれて、仮想マシンを動的に起動または生成する動的なアルゴリズムを考案した。本研究課題で研究開発したエコ分散シミュレータを用いて、これらの仮想マシン移行アルゴリズムの評価を行い、さらに改良、改善を行った。評価では、サーバで消費される電力、サーバの実行時間、各プロセスの平均実行時間を明らかにし、他のアルゴリズムと比較し本アルゴリズムにより、サーバクラスタ全体の消費電力量を低減しかつ各プロセスの平均実行時間を短縮できること示した。研究成果を論文として、国際論文誌、国際会議に積極的に投稿し成果を国際的に公表し、国際的な評価を得てきた。国際会議AINA等を主催し、海外の研究者と研究討論を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。種々の応用プロセスを実行させたときにサーバノード全体で消費される電力を測定した。ノードで実行されるプロセスを、CPU、通信、ストレージの各々の計算資源を利用する計算、通信、ストレージの三つの型に分類する。これらの各種プロセスを実際のノードで実行させたときのノード全体の消費電力を測定器により実測した。これらの実測データを解析することにより、ノードの消費電力を決定するパラメータを求めた。本年度の研究では、多コア・多スレッドの複数CPUを備えたサーバを対象として、電力消費モデルを研究し、消費電力とアクティブなコアとスレッドの関係を明らかにし、多レベル電力消費(MLPC)モデルを提案した。また、計算、通信、ストレージ型のプロセスが混在して実行されたときの電力消費モデルと各種プロセスの実行時間の関係を示すプロセス処理モデル(MLCモデル)を明らかにした。複数のノードで種々のプロセスを実行させたときの消費電力と実行速度を求めることのできるエコ分散シミュレータの研究開発を行うために、開発用サーバを導入した。現在の情報システムの特徴は、大規模化、高信頼化、高性能化である。このために、複数のサーバにプロセス処理を多重化し分散させ、並列処理を行うことが行われてきている。本研究では、プロセスを消費電力の小さいサーバに移行させるための移行アルゴリズムと、プロセスの複数のレプリカを移行させる方式の研究を考案し、評価を行った。移行により、消費電力のみならず実行時間も短縮できることを示した。分散型システムとしてのP2Pシステムでは、各ノード(ピア)は、システムの状態、必要な計算資源の所在等を、知人ノードとの要求応答通信により得る必要がある。このとき、要求・応答を基に信用可能性を決定することに加えて、新たに消費電力を低減できるノードをより信用可能性が高いとする方式をファジー論理を用いて行った。複数CPUのサーバ、PCを含めた種々のサーバで応用プロセスを実行したときの消費電力と各プロセスの実行時間の測定を行えた。電力測定器を新たに購入予定であったが、研究室内の測定器を利用し測定を行った。こうした実測データを基にして、サーバで各種プロセスを実行したときの消費電力を与える電力消費モデルであるMLPC(Multi-Level Power Consumption)モデルとプロセスの実行時間を与えるMLC(Multi-level Computation)モデルを確立できた。これらのモデルを用いて、エコ分散シミュレータの開発も行い、プロトタイプを完成することができた。本シミュレータを用いて、クラスタ内のサーバの中から、消費電力を低減できるようにサーバを選択するために考案したアルゴリズムの評価を行い、アルゴリズムの改良を行っている。プロセスの移行方式についても研究をすすめ、他のサーバに移行するかしないかの条件を明確にし、移行アルゴリズムの評価を行っている。信用可能性については、新たにファジー論理を用いて、知人ピア(プロセス)の信用可能性を決める方式を考案し、評価を行った。情報システムでは、処理時間等の性能目標を達成することに加えて、新たに消費電力を削減することがエコ社会を実現するために必須の課題となっている。本研究では、ハードウェア要素の消費電力を考えるのではなく、サーバ等の情報機器が応用プロセスを実行したときの機器全体で消費される電力を考えている点に特長がある。大規模分散型システムを対象として、ソフトウェアとサービス利用の観点から、性能目標に加えて消費電力を低減するためのモデルと方式の研究を行う。第二年度では、まず情報機器の電力消費モデル、計算モデルと、サーバ選択、仮想マシン移行等のための各種アルゴリズムの評価を行うための「エコ分散シミュレータ」の研究開発を行った。本年度導入した開発用サーバを利用し、エコシミュレータの開発を行うとともに評価を行った。本シミュレータを用いて、これまで研究を行ってきたサーバ選択アルゴリズムの評価を行い、サーバクラスタで広く用いられてきたラウンドロビン・アルゴリズム等と比較を行った。

この結果、サーバクラスタ全体の消費電力を低減でき、かつ応用プロセスの平均実行時間を短縮できることを示した。また、ホストサーバで実行されているプロセスをより消費電力の少ないサーバに移行させるアルゴリズムも研究を行い、評価を行った。評価データは、本年度導入したサーバに蓄積し、解析を行っている。次に、サーバの多重化等による信頼性向上と、これによる消費電力の増加の関連についての研究を行った。今年度は、サーバで応用プロセスを実行させたときのサーバ全体の消費電力を与えるマクロレベルの電力消費モデル、プロセスの実行時間を与える計算モデルを研究した。加えて、クラスタ全体の消費電力を低減するサーバ選択アルゴリズム、仮想マシンの移行(migration)アルゴリズム、信頼性向上のためのプロセス多重化方式の研究を行った。これらの研究成果は、国際学術論文誌、IEEE AINA等の国際会議で論文として発表を行い、Best paper賞(NBiS-2016, Ostrava, Czech)を受賞する等、国際的にも高い評価を得ることができた。特に、エコ分散シミュレータの研究開発を開発用サーバ(今年度導入)で行い、考案してきた種々のアルゴリズムの評価を行うことが可能となった。実際に、各種のサーバ選択アルゴリズム、プロセス移行アルゴリズムの評価を行い、クラスタ内の全サーバの消費電力を低減し、各応用プロセスの平均実行時間を短縮できるように改良を行なえた。これらの研究成果を生かして、来年度の研究を推進予定である。情報システムでは、性能目標に加えて、新たに消費電力を削減することがエコ社会を実現するために喫緊の課題となっている。CPU等の低消費電力ハードウェアの開発がメーカを中心に行われ、更に不要サーバを停止することによりクラウド全体の消費電力の低減が進められてきている。これらの既存の研究に対して、本研究では、個々のハードウェア要素の消費電力を考えるのではなく、ソフトウェアの観点から、サーバ等の情報機器が応用プロセスを実行したときの「機器全体」で消費される電力を考えている点に特長があり、これをマクロレベル方法論としている。第3年度では、これまでに研究してきた電力消費モデル、プロセス処理モデルを基本として、大規模分散システムでの省電力化アルゴリズムの研究を行ってきた。第2年度に研究開発したエコ電力消費シミュレータを用いて、これらのアルゴリズムの評価を行い、さらに改良、改善を行った。これまで、各プロセスの処理時間をプロセス処理モデルで予測することを行ってきたが、予測のための計算負荷が大きい問題点があった。このため、サーバで実行されているプロセス数のみを用いて予測を行う実用的な予測アルゴリズムを新たに考案した。
3次元電子線トモグラフィによる亀裂先端転位群の立体構造解析

近年金属材料分野への応用が始まった電子線トモグラフィ法は,主に吸収コントラストを用いた観察に限られてきたため,回折コントラストを用いて結像させる転位のトモグラフィ観察は難しい状況にあった.そのような中で本研究では,試料の回転軸と回折ベクトルを供に亀裂進展方向と平行になるよう制御し,連続傾斜像取得中に転位のコントラストを一定に保つことで,亀裂先端転位群のトモグラフィ観察を行い,亀裂先端転位の三次元構造を明らかにした.近年金属材料分野への応用が始まった電子線トモグラフィ法は,主に吸収コントラストを用いた観察に限られてきたため,回折コントラストを用いて結像させる転位のトモグラフィ観察は難しい状況にあった.そのような中で本研究では,試料の回転軸と回折ベクトルを供に亀裂進展方向と平行になるよう制御し,連続傾斜像取得中に転位のコントラストを一定に保つことで,亀裂先端転位群のトモグラフィ観察を行い,亀裂先端転位の三次元構造を明らかにした.結晶中の転位像は,原理的に回折に依存した観察であることは言うまでもなく,そのトモグラフ観察は現在,研究途上にある.しかし,そのコントラストが試料傾斜によって大きく変化しないこと,換言すれば,試料傾斜による回折コントラストの変化を押さえ込む回折条件設定・維持が出来れば,観察は可能となることが期待される.これは基本的に電子線干渉のダイナミカルな効果を押さえる弱ビーム条件を駆使する一方で,回折ベクトルを試料回転軸と一致させることで,試料傾斜に際して回折ベクトルを保持し,バーガースベクトルと回折ベクトルとの角度関係を一定に保っことにより達成できる.そこで,本年度は,まず当グループがこれまで使用してきたSi結晶を用いて,3次元電子線トモグラフィーに関して,シンプルな転位構造について観察を行い,手法の問題点を洗い出し,三次元構成像の信頼性の確立を行った.これまで,当グループでは,亀裂先端近傍の透過電顕試料作成法として,試料を選択的に薄膜化できる集束イオンビーム法(FIB)を用いてきたが,これに加えイオンミリング法による試料作成方法を確立し,亀裂先端転位群の立体構造解析に適する電顕試料作成方法を確立した.また,英国Cambridge大学P.A.Midgley博士協力の下,Si単結晶ウェハー中に析出しているBMD(Bulk-micro-defect)とそれに絡まる転位群の三次元像構築のために,試料を試料ホルダー内で-60+60の範囲で小刻みに回転し,これらの透過電子顕微鏡観察を行った.結晶中の転位像は、原理的に回折に依存した観察であることは言うまでもなく、そのトモグラフ観察は現在研究途上にある。しかし、そのコントラストが試料傾斜によって大きく変化しないこと、換言すれば、試料傾斜による回折コントラストの変化を押きえ込む回折条件設定・維持が出来れば、観察は可能となることが期待される。これは基本的に回折ベクトルを試料回転軸と一致させることで、試料傾斜に際して回折ベクトルを保持し、バーガースベクトルと回折ベクトルとの角度関係を一定に保つことにより達成できる。そこで、本年度は、高温三点曲げ試験によって転位を予め導入したSi結晶を用いて、シンプルな転位構造について3次元電子線トモグラフ観察を行った。観察には、高傾斜可能な三軸試料ホルダーを用い、環状暗視野走査透過電子顕微鏡法(Annular dark field-scanning transmission electronmicroscopy:ADF-STEM)法を用いた。試料を試料ホルダー内で-60+60の範囲で2度刻みに回転する際、回折ベクトルを常に一定に保ち、連続傾斜像を取得した。その取得した連続傾斜像をSIRT(simultaneous interactive reconstruction technique)法により再構成した結果、辷り帯を構成する転位の三次元構造が明確化され、その辷り面・バーガースベクトルを詳細に決定することが可能と成った。材料の脆性的性質は種々の構造物破壊事故の基本要因となるとともに,工業的には種々の新材料実用化に際して最大の障害の一つである.この脆性的性質は亀裂先端からの転位の生成・増殖により抑制できるが,この転位増殖過程は複雑な三次元構造を有しており,脆性破壊抑止の基本方針確立のためには,亀裂先端転位構造の立体解析が強く望まれている.本研究では,亀裂先端転位群の立体構造観察という目標に対して,三次元電子線トモグラフィという,従来この分野では試みられたことのない新たな手法を持って挑み,その詳細な構造解析を行った.本年度は,昨年度で得られた結果を発展させるべく,亀裂先端から発生した転位の電子線トモグラフィ観察に挑んだ.まず,マイクロビッカース硬度計を用いてSi結晶の(001)面に圧痕を付加し,{110}面亀裂を導入した.その後熱処理を施すことで亀裂先端転位に転位を発生させる.その亀裂先端を含むようにイオンミリング装置で薄膜化する.その試料を電子顕微鏡の鏡筒内で±60度70度傾斜させることで,トモグラフィ観察を行った.その結果,亀裂先端から鎌状に張り出す転位の立体構造が明らかとなった.更に像シミュレーション方を併用し,転位のバーガースベクトルをその符号まで詳細に解析したところ,亀裂先端のmodeIIを遮蔽する転位であることが明らかとなった.さらに,超高圧電子顕微鏡を用いたトモグラフィ観察によって,45°shear type塑性域を形成する転位群の3次元構造も明かとなった.