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酸化細菌の細胞膜結合型キノプロテイン脱水素酵素のユビキノン反応部位の解明

本研究は、酸化細菌の細胞膜結合型キノプロテイン脱水素酵素である大腸菌グルコース酸化系に関与するグルコース脱水素酵素(GDH)と酢酸菌アルコール酸化系のアルコール脱水素酵素(ADH)両者のユビキノンとの反応部位を明らかにすることを目的としいる。この目的のために、GDHについては、そのユビキノンとの反応の特異的阻害剤をスクリーニングし、カプサイシン系のいくつかの有力な阻害剤を見つけだした。さらに、これらの阻害剤の作用様式や作用部位を検討するとともにミトコンドリアNADH脱水素酵素のそれらと比較し、GDHはかなり異なるユビキノン結合部位を有することを明らかにした。現在、これらの有効な阻害剤に対する変異体の分離を試みている。将来、その変異体の遺伝子解析を行なうことで、反応部位に関与するアミノ酸残基を特定することを目指している。一方、GDHと異なり、ADHには3つのサブユニットが存在し、それらすべてがユビキノンとの反応に必要であるが、これらのサブユニットを解体・再構成することによりその第2のサブユニットにユビキノンサイトが存在することを明らかにした。さらに、このADHにはユビキノン還元活性に加え、還元されたユビキノールを酸化する能力を備えていることを明らかとした。また、このユビキノール酸化部位と従来から知られていたユビキノン還元部位の関係をユビキノン類縁体阻害剤の影響とユビキノン類縁体による基質特異性から検討し、ADHのコビキノンおよびユビキノール反応部位はともにそのサブユニットIIに存在するが、両者はキノンに対する異なる構造特異性を示し、異なる領域に存在すると結論づけた。1)大腸菌グルコース脱水素酵素(GDH)と酢酸菌アルコール脱水素酵素(ADH)のユビキノン類縁体であるUQ1とUQ2との反応を拮抗的に阻害する阻害剤を、京都大学の三芳らが合成した100種類に及ぶユビキノンの構造類似体から、三芳らと共同でスクリーニングし、特異的に反応阻害を引き起こすユビキノン構造類似体をいくつか見いだした。2)大腸菌GDHのユビキノン類縁体との反応を強力に阻害するカブサイシン系の6種類の阻害剤に絞って、更にその性質を明らかにするため、大腸菌体で機能している本来のユビキノンであるUQ8との反応および細胞膜でのグルコース酸化活性に対するこれら阻害剤の影響について検討し、これらが特異的にGDHのユビキノンサイトで作用しているだろうことを明らかにした。3)ADHは3つのサブユニットからなる複合酵素であり、ユビキノンと反応するにはすべてのサブユニットの存在が必要であることが示されているが、生化学的手法で各サブユニットを解体・再構成することによりその第2のサブユニットにユビキノンサイトが存在することを明らかにした。4)上述のように見だされた大腸菌GDHのユビキノンとの反応を強力に阻害するいくつかの特異的阻害剤に対する非感受性変異株を分離する準備段階として、寒天平板上でこれらの阻害剤が効果を示す菌株と培地条件を検討した。その結果、グルコースとPQQの存在下で100mMのリン酸緩衝液を含む平板で生育するptsとgalPに変異をもつ大腸菌を用いることで、これらの阻害剤が有効にその生育を阻害できることを明らかにした。1)大腸菌GDHのユビキノンとの反応を強力に阻害するいくつかの特異的阻害剤の阻害スペクトラムをミトコンドリアNADH脱水素酵素のそれと比較し、両者のユビキノン結合領域にはあまり大きな構造相関がなく、かなり異なった構造をもつことが明かとなった。2)大腸菌GDHのユビキノン特異的阻害剤に対する非感受性変異株を分離する準備段階として、液体培養及び寒天平板でGDHの機能によって生育がコントロールされる培地条件をグルコースとPQQの存在下でのみ生育可能なptsとgalPに変異をもつ大腸菌を用いて検討した。

その結果、高濃度のリン酸緩衝液ではその生育が阻害されるが、他の緩衝液もしくはカルシウムリン酸培地で有効に生育できることが示された。2)酢酸菌ADHにユビキノール:フェリシアニド酸化還元活性があることが実証され、酢酸菌のADHにはユビキノン還元活性に加え、還元されたユビキノールを酸化する能力を備えていることが明らかとなった。さらに、このユビキノール酸化部位と従来から知られていたユビキノン還元部位の関係をユビキノン類縁体阻害剤の影響とユビキノン類縁体による基質特異性から検討した。その結果、酢酸菌ADHのユビキノンおよびユビキノール反応部位はともにそのサブユニットIIに存在するが、両者はキノンに対する異なる構造特異性を示し、異なる領域に存在すると結論づけられた。
モデル作物マイクロトム系統の遺伝子破壊株整備と重要形質発現に必要な遺伝子の探索

矮性トマト系統(Micro-Tom)を用いて、アグロバクテリウム法によりT-DNA挿入株を作出し、T-DNA挿入位置の確認と変異形質の解析を行った。作出した系統の中で、(1)花器官のかわりに葉を作る変異形質、(2)茎表面の突起状構造の長さが短縮された変異形質、(3)つぼみのサイズが縮小した変異形質、(4)淡緑色葉形質、(5)子葉の癒合形質等を有する系統に焦点をあてて、分子遺伝学的解析を行い、これらの形質発現に関わる遺伝子数の推定等を行った。21年度の組換え体作出作業に遅れが生じたため、既に作出済みの100系統について、機能解析に向けた栽培方法(光周期、光強度、温度等)・サンプリング条件・計測パラメータ等についての検討を先行して実施した。本研究では、次世代モテル作物あるいは次世代ゲノム研究の対象として期待の大きい、「トマト」を植物科学研究の研究対象として捉え、新規な学術領域「植物の内側と外側のデザイン(形態制御、代謝・情報伝達系統御、そしてこれらとは異なる自己組織的制御など)に今一度眼を向け、その統御系・制御系から見えてくる「植物らしさ」を探る研究」の創成を目指している。本研究でのT-DNA挿入系統作出による研究基盤整備は、研究コミュニティーの活性化を促す最重要課題の1つである。トマトのさまざまた重要形質の発現のメカニズム理解を目指し、これらの形質発現に必要な遺伝子群の探索を計画している。本年度の研究成果は、22年度以降に整備される多数の系統について、大規模なフェノタイピングを行う際の基盤技術として有用であると考えられる。本研究では、次世代モデル作物あるいは次世代ゲノム研究の対象として期待の大きい、「トマト」を植物科学研究の研究対象として捉え、新規な学術領域「植物の内側と外側のテザイン(形熊制御、代謝・情報伝達系統御、そしてこれらとは異なる自己組織的制御など)に今一度眼を向け、その統御系・制御系から見えてくる「植物らしさ」を探る研究」の創成を目指している。トマトのさまざまな重要形質の発現のメカニズム理解を目指し、これらの形質発現に必要な遺伝子群の探索を行なっている。作出した系統の中の1系統は、花器官のかわりに葉をつくる変異形質をもつ。この形質とリンクするマーカー遺伝子を1つ同定した。また、シロイヌナズナの花成抑制遺伝子の1つをマイクロトムで過剰発現することで、類似の形質があらわれることが分かっている。トマトにおける花器官/葉器官の分化・維持のメカニズム理解に役立てたい。2122年度の2年間で、矮性トマト系統(Micro-Tom)を用いて、アグロバクテリウム法によりT-DNA挿入株を作出し、T-DNA挿入位置の確認と変異形質の解析を行うことを計画した。作出された系統から順次、さまざまな光周期条件下や光強度のもとで栽培試験を実施した。現在までに作出した系統の中に、(1)花器官のかわりに葉を作る変異形質、(2)茎表面の突起状構造の長さが短縮された変異形質、(3)つぼみのサイズが縮小した変異形質、(4)斑入り形質等を有する系統を確認した。特に、(1)の変異形質に関しては、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)の花成抑制遺伝子SHORT VEGETATIVE PHASE(SVP)を矮性トマト系統(Micro-Tom)で過剰発現することで類似の形質があらわれることがわかっている。SVPはMADS box型の転写制御因子であり、シロイヌナズナの概日時計遺伝子LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY)やCIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1 (CCA1)による花成制御や、器官伸長制御において重要な役割を果たしていることが我々の研究により明らかになっている。そこで、シロイヌナズナのLHYを矮性トマト系統(Micro-Tom)で過剰発現し、花器官や葉器官の形成に及ぼすその効果を検討中である。
公立小中学校選択システムの日米2都市間比較研究

本研究では、公立小中学校選択システムの構造および運用の在り様について、日米2地域を取り上げ比較研究を実施した。対象地域としては、カリフォルニア州サンディエゴ統一学区および東京都品川区が選定された。また、付加的に、我が国における全国市町村教育委員会における学校選択システム導入の動向に関して調査を実施し、今後予想される学校選択制の推移について予測も行った。サンディエゴ統一学区における学校選択制は、子どもの個性の伸張を最大限促進する観点からさまざまな仕組みが用意されている点に特徴がある。マグネット・スクール、近隣校以外の一般の公立学校選択システム、VEEP、学区間学校選択、そして、チャーター・スクールと言った具合である。他方、東京都品川区における学校選択制は、まずは小学校40校を4ブロックに分割して、ブロック内での選択制の導入、中学校は区内1ブロックで導入というかたちで始まった。本格的な学校選択システムは我が国では始めてであったために、新しいシステム準備に追われ、選択制の導入趣旨の明確な定義、趣旨を生かすための付随的な教育プログラムの整備などに立ち遅れが見られる。サンディエゴ統一学区における学校選択制と好対照である。両者を対比したとき、我が国の学校選択システムで決定的に欠けているのは、学校間接続関係に対する配慮の不足である。自由通学区域制を採用するロスアンゼルス統一学区では、学校ファミリー構想として展開されている。付加的に実施された、我が国の全国市町村教育委員会対象の学校選択制に関する意識調査では、学校選択制を肯定的に評価する観点から導入について検討中を含めると、40%強の市町村が学校選択制導入に前向きであることが判明した。我が国の地方学校システムには激動の兆しが現れていると読むこともできる。本年度は、第一に、米国カリフォルニア州サンディエゴ統一学区の学校選択システムに関して、同学区教育委員会の文献資料の収集とその読み込みを通じ、選択システムの構造の解明及び児童・生徒の就学実態の分析を手がけた。同学区の学校選択システムとしては、学区内移動と学区間移動のふたつの類型を見出すことができるが、前者については、さらに、マグネット・スクールやチャータースクールなどを対象にした場合と、近隣学校を対象にした場合とを区別することができる。米国の学校選択システムは、我が国の場合に比すると格段に弾力的であるが、学区内部での学校クラスターの編成や各学校の収容力の限界を前提にさまざまな選択の原則の設定など、成熟度は高い。第二に、我が国については、東京都品川区における平成12年度からの小学校選択制、及び、平成13年度からの中学校選択制の実態について、データを収集した。同区の実態をサンディエゴ統一学区の実態と対照した場合、同区の就学人口移動の特色と考えられるのは、学校選択が「学校の特色」にはほとんど反応していないことである。また、第三に、我が国全体の学校選択制の動向を把握するために、全国市区町村教育委員会を対象に郵送調査を行った。本年度の研究は来年度も継続され、米国サンディエゴ統一学区については、教育委員会等のヒアリングを通じて、学校選択システムの運用の実態を把握すること、人種的、社会階層的構造と学校間移動の実態との関係を明らかにすること、などを課題としている。また、我が国については、全国調査の集計を進めること、東京都品川区について、保護者と教員の選択意識のずれ、選択制が教育実践の「かたち」に及ぼす効果などの分析を進めること、などを課題としている。研究費の支給を受けた2年間には米国訪問2回、東京都品川区学校選択制に関する資料収集、および全国の市町村教育委員会対象の学校選択制に関する実態、意識の調査を実施した。対象2地域の学校選択制は、そのシステム、運用の両面で異なる点もあるが、東京都品川区のシステムはロスアンゼルス等の米国都市のシステムを参考にしているために、類似した点も多い。たとえば、学区内学校選択のシステムでは、通学区域内居住者を優先し、各学校の受け入れ枠を超えた場合には、抽選方式を採用している。

一方、学区間学校選択については、日米の違いがあり、米国では学区内学校選択と同様に扱っているのに対して、東京都品川区では他の自治体からの流入については従前の区域外就学のシステムを適用している。この場合には、まず学区内選択が実施され、その結果依然として余剰が生じていることが条件になる。学校選択制を促進する重要な条件のひとつは、学校の特色が生み出されることであるが、この点は、東京都品川区の場合には未だ不徹底さが目立つ。一方、サンディエゴ統一学区の場合には、小学校-ミドル・スクール-高校のクラスターを結成し、一定の特色が小学校から高校に至るまで一貫して継続するよう、システムの工夫をこらしている。さらには、米国の場合には、チャータースクールやマグネット・スクールなど通学区域をはずした学校も配置しており、多様な教育選択の可能性を担保している。我が国の学校選択制は徐々に広がる気配があるが、実施に向けての検討中を含め、採用市町村は、小学校で19%、中学校で16%となっている。
食塩によって構造変化する耐塩性グルタミナーゼの耐塩化機構の解明

海洋性細菌Micrococcusluteus K-3株由来グルタミナーゼ(Mglu)は4M NaCl存在下でもNaCl非存在下での活性と同様の活性を示す耐塩性酵素である。この酵素は2M以上のNaCl添加によって242から248番目のsalt-loopと名付けた活性中心残基Tyr243を含む領域の構造が大きく変化する。同濃度のNaCl添加により失活するBacillus subtilis由来の相同酵素はNaCl添加によって構造変化しない。本研究では、この構造変化が耐塩性に重要な役割を果たすと予想し、構造変化と耐塩化機構との関係の解明を試みた。この領域のアミノ酸残基であるD244及びA246を部位特異的変異の導入により、それぞれアラニン及びセリンに置換した変異型酵素D244A及びA246Sを作製した。変異型酵素D244A及びA246Sともに野生型酵素の場合と比較して比活性がそれぞれ10及び50分の1に低下していた。これらの変異型酵素はともに4M NaCl存在下での活性が大きく低下しており、耐塩性が低下していた。さらにMgluはtris緩衝液中では高い耐塩性を示す一方で、リン酸緩衝液中では活性と耐塩性が大幅に低下する。変異型酵素D244A及びA246Sはともにリン酸イオンによる阻害を受けにくくなり、A246Sの耐塩性はリン酸イオン存在下でも大幅に低下しなくなった。これらのことからSalt loopのアミノ酸残基はMgluの耐塩性に関係することが示唆された。今後はこれらの変異型酵素のNaCl添加による構造変化をNaCl存在下及び非存在下での立体構造解析により明らかにする予定である。Micrococcus luteus由来耐塩性グルタミナーゼ(Mglu)の立体構造に対するNaCl濃度への影響、その耐塩性に対するpHの影響及び、その耐塩性に対するイオン種の影響について調べた。Mgluは、4M NaClを添加することでSalt loopと名付けた242から248番目のアミノ酸残基からなる領域の主鎖レベルの構造変化を起こす。この構造変化の濃度依存性について調べるために、異なるNaCl濃度におけるMgluの結晶化を試みた。結晶化に際して、異なるNaCl濃度では沈殿剤などの結晶化条件を変える必要があった。このため2M NaCl存在下で、改めて結晶化スクリーニングを行うことによって、より濃度の低い2M NaCl存在下で結晶が得られ、その立体構造を明らかにした。この結果、2M NaCl存在下でのSalt loopの構造はNaCl非存在下の立体構造ではなく、4M NaCl存在下のものに近いことを明らかにした。Mgluの耐塩性に対するpHの影響についても明らかにした。MgluはpH8.5のアルカリ条件に至適pHを持つ。pH7におけるMgluの耐塩性を調べた所、アルカリ条件(pH8.5)での場合と比較して、その耐塩性が著しく低下することを明らかにした。Mgluの耐塩性に対するイオン種の影響を調べるためにLiCl及びNaNO3による活性への影響を調べた。これらの塩による影響はpH9.0においてNaClの場合とほぼ変わらなかった。しかしながら、pH7.0においてNaClの場合と比較してNaNO3は高い阻害効果を持つことが分かった。LiClの阻害効果はpH7.0においてもNaClの場合とほとんど同じであった。耐塩性酵素Mgluは4M NaCl存在下でも活性を有している。一方で、Bacillus subtilis由来及びEscherichia coli由来グルタミナーゼは一般の酵素と同じ食塩感受性酵素であり、1M NaCl添加により失活する。このことから1M程度のNaCl濃度においても酵素は著しい影響を受けることが予想される。Mgluの構造が2M NaClにおいて構造変化しているという本研究の結果から、Mgluはこのような低いNaCl濃度においても、その活性を維持するためにSalt loopを構造変化させていることも考えられる。また2MNaCl存在下でのMgluの結晶化条件が明らかになったことで、2M NaCl存在下での様々な条件における結晶化が容易になり、今後の実験が加速される。Mgluの耐塩性のpH依存性を調べた結果から、Mgluの耐塩性はpH7.0で著しく低下することが示された。至適pHとは異なる条件において、Mgluの耐塩化のための構造変化が制限されている可能性もある。いずれにせよこの結果に基づいてMgluの耐塩化機構を明らかにできる可能性が考えられる。さらにMgluの耐塩性に対するイオン種の影響を調べた実験において、pH7.0においてNaNO3が、NaClやLiClの場合よりもMgluの活性を低下させることが分かった。至適pH付近においてMgluの活性はNaNO3の影響をほとんど受けないことから、pH7.0で誘導される構造変化が、Mgluの耐塩性に影響する可能性も考えられる。これらの実験結果から、Mgluの構造と機能に関する知見が得られた。これらのことから、本研究の進捗状況は予定通りといえる。海洋性細菌Micrococcusluteus K-3株由来グルタミナーゼ(Mglu)は4M NaCl存在下でもほとんど失活しない耐塩性酵素である。これまでにMgluの立体構造解析の結果から、2.2 M以上のNaCl添加によって活性中心残基近傍の構造が変化することが分かっている。

一方、Mgluと同様の活性中心構造を持ち、1M NaCl添加によりほぼ失活するBacillus subtilis由来グルタミナーゼ(Bglu)の立体構造はNaCl添加による大きな構造変化が認められなかった。これらのことからNaCl濃度に応じた構造変化がMgluの耐塩化機構の一つであることも考えられる。本研究ではMgluの食塩添加による構造変化とその耐塩性との関係を明らかにする。リン酸緩衝液(KPB)とHEPESにおけるMgluの活性を比較した結果、KPBでの活性が約90%阻害されることが分かった。この阻害の程度はNaCl濃度によっても変化し、NaCl濃度が1.8 MまではNaCl添加と共に徐々にリン酸に対する感受性は低下するが、2 Mより高濃度の条件下ではMgluに対する阻害の程度は相対的に高くなることが分かった。KPBを緩衝液に用いて各NaCl濃度における動力学的パラメータを測定したところ、2.2Mより高濃度のNaCl存在下で基質グルタミンに対するKmが急激に低下することが分かった。Mgluは2M NaCl添加によって構造変化することが明らかとなっていることから、NaClが2 M以上の条件ではMgluの構造変化により活性中心のリン酸イオンへの親和性が高まり阻害の程度が大きくなることが考えられた。これまでNaCl添加によるMgluの構造変化がその機能に与える影響について不明であったが、リン酸イオン存在下における活性を調べることでMgluの構造変化が機能に与える影響を調べることができるようになった。Mgluの活性中心近傍のSalt loopと名付けた領域は2.2 MNaClの添加によって構造変化する。これまでNaCl添加によるMgluの構造変化によるその機能に対する影響については不明であった。これはMgluが構造変化する2.2 M以上のNaCl存在下でもその機能が大きく変化することを見いだせなかったためである。しかしながら今回の実験の結果、この構造変化をおこすNaCl濃度において、リン酸イオンによる阻害の程度が大きく異なることが分かった。このリン酸による阻害を様々なNaCl濃度において調べることでMgluの構造変化が機能に与える影響を調べることができるようになった。今回の結果、NaCl濃度に応じてリン酸イオンに対する阻害の程度が変化することが分かった。リン酸イオン(0.1 M)はMgluの活性を90%阻害するが、様々なNaCl濃度でリン酸イオンの影響を調べた所、NaCl濃度が0.4 M以上になると活性が部分的に回復した。このことから活性中心に結合しその活性を阻害していたリン酸イオンが塩化物イオンに置換されたことも考えられた。さらに2M NaCl以上の条件ではリン酸イオンによる阻害が再び大きくなった。このことから構造変化により再びリン酸イオンとの親和性が高くなり、その阻害が大きくなったことも考えられた。Mgluと基質グルタミンの負電荷の部分が相互作用する領域にリン酸イオンが結合し阻害していると仮定すると、Mgluの構造変化による機能の変化がリン酸イオンに対する感受性の変化という形で観察できることが示唆された。またリン酸イオン存在下で各NaCl
東北アジア地域の肉用牛遺伝資源の開拓とその活用技術の基盤形成に関する調査研究

本研究は、東北アジア地域での肉用牛遺伝資源の開発と牛肉の持続的増産の基盤形成のために、長期的展望に立ち、現存する肉用種牛の中から東北アジアの風土、気候に適応し、共通するグローバルスタンダードとなる環境負荷の少ない赤肉産肉性に優れた専用肉用牛資源を選抜し、その造成と高度活用を目指すための調査研究を目的とする。平成17-18年度の2年間に、専用肉用牛資源開発のための学術調査を韓国、中国、フランス、スイスで、さらに日本短角種の寒冷地適応調査を実施し、下記の成果が得られた。(1)韓国での学術調査:韓牛(Hanwoo: Korean Native Cattle)の学術調査を行い、専用肉用種遺伝資源としての評価を詳細に解析し、その特性を明らかにした。(2)中国での学術調査:術調査は2回実施した。固有の黄牛(Chinese Yellow Cattle)の学術調査、ならびに秦川牛(Qinchuan)と独自に開発された草原紅牛(steppe Red)の交雑種の産肉特性、肉質特性、繁殖性、放牧適性など、可能な限りの現地調査を行い、その特性を明らかにした。(4)日本短角種の寒冷地適応調査:夏冬周年の放牧の日本短角種牛の産肉性の調査を青森、岩手県を中心に実施し、東北アジア地域のグローバルスタンダード専用肉用種候補牛としての能力を解析した。2年間の研究成果から、東北アジア地域のグローバルスタンダード専用肉用種の開発に関して、草原紅牛、Salers種と日本短角種が候補牛として選ばれた。草原紅牛と日本短角種、Salers種と日本短角種の交雑種を作出し、その選抜牛群をさらに交雑することにより、寒冷地での放牧適正に優れ、東北アジアの風土、気候に適応できる東北アジア地域のグローバルスタンダード専用肉用種造成が可能であると判断された。近い将来、中国、韓国を中心とする近隣諸国の食生活の向上に伴い、日本を取巻く食肉の需要と供給のバランスは大きく変化する。とりわけ、日本を含む東北アジアの牛肉の需要は著しく拡大することが確実視されている。この地域では牛肉の消費量は持続的に増加し、供給量が追いつかず、牛肉不足は食生活のみならず経済的にも大打撃を与えることが予想される。このことを解決するには、東北アジア地域での肉用牛遺伝資源の開発と牛肉の持続的増産の基盤整理を長期的展望に立ち実施することが不可欠である。本研究はこのような視点から、東北アジア地域での予測される牛肉不足を解決し、かつ消費者のニーズに応える赤肉増産を持続的に行うための基盤構築の調査を目的とする。このことはわが国の近い将来の牛肉需要増加の解消と安定的な食生活を維持する上できわめて重要である。本海外学術調査研究は東北アジア地域、中国と韓国での専用肉用牛資源の学術調査とわが国の日本短角種種牛の寒冷地適反調査とその東北アジア地域での活用評価調査から構成される。平成18年度の調査結果は以下の通りである。1.中国での専用肉用牛資源の学術調査を、中国農科大学(北京)のQing-Xiang Meng教授と揚州大学(揚州)のGuohung Chen教授に依頼し、平成18年7月(揚州市、北京市)と10月(長春市、西安市)に2回実施した。中国では、在来固有の黄牛(Chinese Yellow Cattle)と国外肉用牛の交雑種の産肉特性、肉質特性、繁殖性、放牧適性など、可能な限りの調査を行った。また、文献調査もあわせて行った。2.韓国の建国大学(ソウル)のByong-Tae Joen教授に依頼し、平成18年7月に韓国の韓牛研究所と繁殖

ならびに肥育農家で韓牛(Hanwoo Korean Native Cattle)の学術調査を行い、専用肉用種遺伝資源としての評価を詳細に解析した。3.平成18年6月に企画会議を開催し、調査メンバーを決定し、中国と韓国の肉用牛を調査した。調査結果を整理し、仙台で平成19年3月に調査参加メンバーによる合同検討会を開催し、東北アジア地域での活用可能な専用肉用遺伝資源の詳細な分析と解析を行った。日本短角種牛と中国の草原紅牛が寒冷地活用牛として、国際的に高度活用が有望視される候補牛としての絞込みが行われた。以上のように、本年度の研究計画は、予定通り実施された。日本短角種牛と中国の草原紅牛は、欧州の専用肉用種が交雑されていることから、放牧適性、草資源利用特性、飼料効率性、環境負荷等を調査するため、次年度は欧州での専用肉用種の調査が必要であるとの結論が得られた。本研究は、東北アジア地域での肉用牛遺伝資源の開発と牛肉の持続的増産の基盤形成のために、長期的展望に立ち、現存する肉用種の中から東北アジアの風土、気候に適応し、専用肉用牛遺伝資源の開発を念頭に、共通するグローバルスタンダードとなる環境負荷の少ない赤肉産肉性に優れた専用肉用牛資源(グローバルスタンダード専用肉用牛資源)を選抜し、その造成と高度活用を目指すための調査研究を実施することである。本年度は、17、18年度の成果を基に、(1)中国での専用肉用牛資源の学術調査、(2)欧州での専用肉用牛資源の学術調査、(3)日本短角種の寒冷地適応調査を実施した。(1)に関しては、(2)の学術調査を重点的に展開したこと、計画した現地調査が実現しなかったことより不可能となった。このことより、中国揚州大学の趙教授に依頼し、資料並びに論文調査を詳細に行い、黄牛から東北アジア地域で高度活用可能な肉用専用牛の遺伝資源を選抜し、これらの成果をまとめ報告した。(2)に関しては、8月9日18日の10日間、日本からの専門家4名と現地案内人1名からなる5名の調査団で、フランス(Belgian Blue、Salers、Limousine、Charolais, Blonde d'Aquitaine)とスイス(Swiss Brown、放牧適正交雑種)の専用肉用種を詳細に調査した。(3)に関しては、夏冬周年の放牧の日本短角種牛の産肉性の調査を青森、岩手県を中心に実施した。3年間の調査結果を基に、平成20年2月に仙台で調査メンバーによる合同評価会議を開催し、調査データから、日本短角種牛の産肉性は韓牛、黄牛より優れ、欧州の赤肉を中心とする専用肉用種に匹敵すること、また放牧適正にも優れ、東北アジアの風土、気候に適応できることなどから、日本短角種牛が東北アジアのグローバルスタンダード専用肉用種の候補牛として最も適していると判定された。
膨張宇宙における制動輻射と粒子崩壊

初期宇宙においては宇宙膨張の効果は様々な形で現れ得る。私は、この膨張によってひき起こされる制動輻射の解析を行った。数分程度の長い寿命をもつ素粒子は、特にこの効果が重要となると予想できるが、これまで議論があまりなされていなかった。私は、古典論と量子論の双方において定量的にかつ包括的に反応率を研究した。その結果、高エネルギー粒子においてもこの制動輻射の効果は強くは抑制されないことが示された。また宇宙膨張の小さな時間2ク-ルの変化に対して反応確率はあまり依存性をもたないことも示れた。このような性質はくりこみ可能な様々な相互作用においても普遍的であることも示された。
光によるスピン量子制御実現に向けた半導体量子構造での光応答の理論解析

半導体量子構造中の電子スピンは量子情報処理デバイス、特に光と固体素子とを結合して実現される量子リピータを実装できる系として有望な系の一つである。本研究課題では、そのような半導体量子構造中の電子スピンの特異な光学応答の解析、およびその光学応答を用いた有用な量子情報処理技術の理論的提案と解析を行った。GaAs量子ドット中の電子スピンの量子的状態を光学的測定法によって完全に同定する量子スピントモグラフィを提案し実験的な実証を得た。また、長距離間での量子情報通信実現に向け、光子から電子スピンへの新たな量子状態転写の手法を提案した。半導体量子ドット中の電子スピンはマイクロ秒オーダーのコヒーレンス時間を持ち、固体素子での量子情報デバイスを実現できる系として有望視されている。量子性を保ったまま、電子スピン状態を高速かつ高精度に制御する方法として、光パルス照射によるスピン状態間のラマン遷移を用いる手法が考案させている。そのような光による量子スピン操作の実現には、半導体量子構造の光学応答に関する詳細な知見、すなわち電子や正孔の波動関数の分布や光学選択則についての情報を得ることが必要不可欠である。本研究は、半導体量子構造中の電子状態を定量的に解析するシミュレータを開発し、そのシミュレータを用いて量子スピン操作に用いる光学応答を理論的に解析することを目的としている。平成20年度では、半導体量子構造中の電子状態を解析するための基礎理論の調査を主に行った。具体的には、GaAsなどのバルクの半導体におけるバンド構造を求めるk.p摂動法を半導体量子構造へ適応した、エンベロープ関数近似(EFA)について調査を行い、この近似法と有限要素法と相性が良く、コンピュータによる電子状態のシミュレーションが可能であることを確認した。また、基礎理論の調査により、半導体量子構造、特にGaAs/AlGaAs量子構造の光学応答に関して定性的な理解を深めることができた。その知見から以下2つの新たな光-スピン量子操作手法の提案を行うことができた。(1)電子スピンの量子的な状態を、光を用いて断層的に測定する手法(量子状態トモグラフィ-)(2)波束の形(タイムビン)に量子情報が載せられた光子から電子スピンへ量子情報を転写する手法なお(1)については実験グループとの共同研究により、実験による実証も行った。また、量子的な重ねあわせにあるスピンを生成するため、光の偏光状態を電子スピン状態へ転写する手法も提案され、実験的な実証も行なわれてきている。平成21年度では、半導体量子構造における光学応答とスピンのダイナミクスを用いた電子スピンの量子制御、特に光子から電子スピンへの量子状態の転写手法について、理論的提案とその解析を行った。タイムビン符号化を用いて量子状態が載せられた光子量子ビットの波束形状の特徴と、磁場が印加された半導体量子ドット中での電子スピンのラーモア歳差運動とを連動させる事により、光子から電子スピンへの新たな量子状態転写手法を提案することができた。タイムビン符号化は光ファイバによる長距離間での量子情報の伝達に向いた符号化であるため、本研究で提案したタイムビン符号化光子からメモリとなる電子スピンへ直接量子状態を転写するという手法は実用的な量子リピータ実現に対して貢献するものとなる。また、光キャビティに結合したGaAs量子ドットを解析モデルとして、転写過程のダイナミクスを理論的に解析することにより、忠実度の高い転写を行なうためのデバイス条件を明らかにする事が出た。なお、このタイムビン量子状態転写は、偏光状態からの転写で用いられていた複雑な光学遷移を必要とせず、離散準位と単純な光学遷移をもつ一般的な電子系に適用可能である。今後は他の固体素子、特にダイアモンドNV中心を用いた系について、具体的な転写手法について検討してゆきたい。
新規二次電池の開発にむけた過酸化物の研究

二次電池の正極材として過酸化物が利用される可能性を想定し,アルカリ土類金属過酸化物の高温安定性について調査した.大気雰囲気中における過酸化バリウムの高温分解を重量変化および視覚映像の観察から調査し,分解温度を確認した.また,大気下において過酸化バリウムと他のアルカリ土類金属酸化物を混合・高温保持し,両者による化合物形成を調査した.さらに,アルカリ金属の硝酸塩もしくは単体を出発原料として用い,過酸化バリウムとのカチオン交換を試みた.本研究では過酸化物から構成される新規化合物の合成を試みるとともに,その組成・構造・化学的安定性といった諸性質を熱力学測定を中心とした調査により明らかにすることを目的としている.前年度(24年度)は,分解温度が約800度と比較的高い過酸化バリウム(BaO2)に注目し,酸素共存下で加熱した際のBaO2-BaO間の変化を熱重量・示差熱分析を用いて観察した.25年度は,BaO2が生成する際に別種の元素を取り込んで複合化が進行する可能性について調査するため,BaOに他の酸化物加えて熱処理を施した.Baと同様に他のアルカリ土類金属も過酸化物を形成することが知られるが,過酸化ストロンチウム(SrO2)の分解温度が約200300度と報告されるように,単独では容易に分解する.一方,これらアルカリ土類金属の酸化物(BaOおよびSrO)は,高温で互いに溶解することが知られている.そこでBaOとSrOの混合粉末を空気中で加熱し,BaO2が安定となる温度域で,その結晶構造に変化が見られるかを確認した.熱処理後のBaO-SrO混合試料のXRDからは,生成したBaO2の回折ピークが高角度側にシフトし,Srが一部取り込まれることが示唆された.BaO2にSrO2が固溶するなどして安定な複合酸化物を形成するならば,異種元素の添加により過酸化物の安定領域を制御するとともに,新たな材料として利用の可能性について検討することができる.また,今後行う熱力学測定の予備試験として,前年度にひきつづきダブルクヌーセンセル質量分析装置を用いて,合金からの蒸気種の同定および定量を実施した.本研究では過酸化物を含む新規化合物の合成およびその物性調査を目的としている.アルカリ土類金属等の過酸化物については化学的安定性について過去に調査がなされているが,いまだ詳細が明らかにされていない部分がある.これは,過酸化物および酸化物が水分や二酸化炭素と反応しやすく,実験試料の組成等で再現性を得にくいことが原因と考えられる.このため,本年度は過酸化物の基礎的な物性を確認するための調査を行った.アルカリ土類金属の中でも過酸化物が得やすいバリウムを選択し,高温・酸素共存下におけるBaOからBaO2への変化を熱重量・示差熱分析によって観察した.測定はアルゴンおよび空気中で行い,出発原料として炭酸バリウム(BaCO3)を用いた.BaCO3を昇温する過程で炭酸ガスが放出されBaOが生成するが,雰囲気の酸素分圧によってはBaO2となる.さらに温度を上げると,BaO2はO2を放出してBaOとなる.昇温時および冷却時のBaOからBaO2への変化を重量変化および発熱から観察するとともに,雰囲気の影響を確認した.また,次年度以降で熱力学測定に使用予定の質量分析装置の調整を行った.本装置は,試料からの蒸気種を分子量ごとに検出・定量するものである.これにより,過酸化物や酸化物から蒸発する酸素の圧力や,化合物の状態で揮発する金属を調査することが可能となる.本年度は,測定手法の確立および測定精度の確認を目的とし,熱力学データが既知の二元系合金(Cu-Ni)を試料として用い,蒸発するCuを検出して試料中Cuの活量を得た.結果を過去の報告と比較し,本手法により信頼性の高い測定が可能であることを確認した.アルカリ土類金属の過酸化物が大気の酸素分圧下で安定であることに着目し,高温での分解反応を観察するとともに,異種のカチオンを含む化合物との複合酸化物形成について調査を行った.過酸化物は酸化力を有するため,高温で保持する際に金属製の容器を利用することは難しい.また,酸化物容器を用いた場合にも望ましくない相互溶解が進行するため,本研究では反応容器の検討から着手し,窒化物系セラミックスを容器として雰囲気制御下での過酸化物の高温分解を確認した.また,熱重量測定・示差熱分析の利用によっても過酸化物の高温分解を観察した.つづいて,過酸化物とともに異種のカチオンを含む化合物を高温で保持することで,過酸化物イオンを含む複合酸化物の生成を試みた.まず,性質の類似するアルカリ土類金属同士の反応に焦点を当てて試験を行った.つづいてカチオン半径の類似性に注目し,アルカリ土類金属の過酸化物とアルカリ金属の超酸化物を高温反応により組み合わせることを試みた.得られた化合物の結晶構造および組成をX線回折や元素分析の結果から考察した.アルカリ土類金属の過酸化物が大気中で安定であることに着目し,複数のカチオンを含む複合過酸化物を空気中で作製する方法を探索した.まず,空気中でのアルカリ土類金属の過酸化物の形成および分解を観察し,つづいて化合物同士の反応から異種のカチオンを含む複合過酸化物の形成について調査した.

平成27年度はアルカリ金属単体を出発原料とし,第一段階目の処理として,水分および二酸化炭素を除去した空気中で加熱して酸素と反応させた.得られた化合物を同定したのち,アルカリ土類金属の過酸化物と混合したうえで再度空気中で加熱し,両者の反応を観察した.二次電池の正極材として過酸化物が利用される可能性を想定し,アルカリ土類金属過酸化物の高温安定性について調査した.大気雰囲気中における過酸化バリウムの高温分解を重量変化および視覚映像の観察から調査し,分解温度を確認した.また,大気下において過酸化バリウムと他のアルカリ土類金属酸化物を混合・高温保持し,両者による化合物形成を調査した.さらに,アルカリ金属の硝酸塩もしくは単体を出発原料として用い,過酸化バリウムとのカチオン交換を試みた.本研究では過酸化物を異種のカチオンを含む酸化物(もしくは過酸化物や超酸化物)と高温反応によって複合化することを目指している.現在までは,過酸化物の熱安定性が比較的高いアルカリ土類元素の酸化物に着目して研究を行ったが,顕著な反応は観察されなかった.金属生産工学他者の報告では,液体アンモニアを溶媒とした低温合成によって,アルカリ土類金属の過酸化物とアルカリ金属の超酸化物を複合化した化合物が得られている.本研究では同様の化合物を高温反応によって得られるかの試験を,新たな方針として取り入れる.また,複合化された化合物中に含まれる過酸化物イオンと超酸化物イオンの評価にラマン分光法が有効であることが報告されている.これらの知見を本研究でも活かし,化合物の探査および評価に利用する方針である.過酸化物試料を高温で保持するための試料容器として金属および酸化物が不適であり,容器の材質を選定するための予備試験に時間を要した.また,空気中の水分や二酸化炭素と反応しやすい酸化物を取り扱うため,目的とする反応を観察するための実験手法を探索する必要があった.過酸化物の基礎調査および熱力学測定装置の調整に時間を要し,当初の目標である新規化合物の探索には至っていない.過酸化物の化学的安定性および反応については,過去の報告を参照しても不明な点が多く,本研究において基礎的な反応から再検討する必要があったためである.平成2526年度にかけて,アルカリ土類金属の過酸化物をベースとする新規化合物の作製を中心に取り組んできた.実験の結果および他者による最近の報告により,アルカリ土類金属とアルカリ金属を組み合わせることで新規化合物が得られることが示唆されたため研究計画を見直し,未使用額が生じた.酸素共存下で高温保持することで過酸化物の複合化が進行することを,XRDのみでなく熱重量・示差熱分析や組成分析によって確認し,定量的に評価する.さらに,新規化合物の生成が顕著となる熱処理の条件および手法を探索するとともに,BaO-SrO系以外への酸化物系へ調査対象を拡大する.複合酸化物の熱力学的性質については,組成と分解温度の関係を調査するとともに,化合物と平衡する酸素分圧を系統的に調査し,生成自由エネルギー等を推定する実験を実施する.今年度に引き続き,雰囲気を制御しての熱重量・示差熱分析を行うとともに,結晶構造解析や熱力学測定によって過酸化物の生成・分解についての知見を集める.その後,測定対象をより複雑な二元系以上の化合物や混合物へと発展させ,過酸化物の複合化について可能性を探査する.おもにアルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物を対象とすることを考えているが,これらは高融点のものが多いため,複数の酸化物を化合させる際には,条件に応じて生成する過酸化物の液相を利用するなどし,新規物質の合成に挑戦する.
モンゴル森林南限地域における水循環過程と凍土・水文気候との応答に関する観測研究

本研究は,モンゴル山岳地域の草原-森林漸移地帯における蒸発散特性の解明と,その凍土・水文気候条件との関連性を明らかにすることを目的とする。本年度は,観測として,トーレ川流域の森林(カラマツ)斜面において地形的位置の異なる3地点(谷底、斜面中部,尾根部)にサイトを設定し,5月上旬9月下旬にかけて蒸散量,地温・土壌水分と森林の幹生長量を測定した。また,森林樹冠上と草原における地上気象観測を合わせて行った。解析では,本研究以前の2004年から得られている観測データも統合し,森林、草原斜面の水文・気候環境の相違に基づく,水利用に関する生態的特長と,各斜面からの流域水収支への寄与を詳細に検討した。森林からの蒸散活動とは,5月7月上旬の降水量と,その年の蒸散量の最大値(7月中旬8月上旬での値)に良い対応関係が認められ,植物の生長時期に降水があることが重要であることが示された。植物生長においては,4月上旬の消雪直後からの地温上昇の進行にしたがって,カラマッの開葉の開始が5月中旬5月下旬で年々変動し,それが蒸散の活発化し始める時期を規定していると考えられた。また,消雪後の土壌水分量の多寡も,生長時期の蒸散量を制御する因子と考えられ,特に2007年は消雪時期以降,土壌水分量が4年で最も少なく,蒸散量が最も抑えられていた。以上から,この森林では,夏季の降水時期に加えて,消雪時期と凍土融解(活動層発達)時期の早遅,消雪時の土壌水分量の多寡の水文気候条件によって,植物生長と蒸散量の季節変化と年々の変動量が影響を受けていることが示された。また,2006年において,森林、草原斜面での夏季(68月)の水収支を算定したところ,流出のほとんどは森林斜面からの寄与であり,草原斜面では降水よりも蒸発散量が大きく,土壌水分がその差を補っていることが明らかとなった。モンゴル北部は、北(森林)から南(草原)に植生が漸移し、南向き斜面に草原、北向き斜面に森林が差別的に分布している。また、森林斜面には地下に永久凍土が分布する一方、草原斜面には認められず、その結果、南北斜面で蒸発散・流出特性が異なる可能性が示唆されている。本研究では、この特徴的な植生景観地域での水循環過程を解明するため、北向き森林斜面と南向き草原斜面を対象に、森林の樹液流測定と、草原・林床での総合気象観測から蒸発散量の推定を行なった。本研究の観測地点は、モンゴル国の首都ウランバートルの東北東約50kmに位置する、Tuul川上流のShijir川流域内の南向き草原斜面と、北向き森林斜面である。今年度は、森林斜面にてGranier法による樹液流測定を開始し、50x50mの樹木調査結果から森林からの蒸散量を推定した。また林床での総合気象観測から林床の蒸発散量を推定した。同時に、デンドロメータで直径方向の幹生長量測定を行なった。草原斜面では、総合気象観測データから熱収支計算によって蒸発散量を推定した。観測結果から、それぞれの斜面について、蒸発散量の季節変化と水文気象条件、ならびに植物生長・フェノロジーとの対応関係を検討した。植物生長は草原・森林斜面で違いがみられた。草原では5月上旬から展葉が始まり、7月初めに緑被が最大となった。草丈の生長は6月中旬から7月上旬までの短期間で急速に進んだ。草の枯れは8月上旬から始まった。一方、森林では、5月中旬からカラマツの展葉が開始し、6月下旬には終了した。展葉の終了時期から幹生長が進行し、一貫した生長が8月上旬まで継続した。カラマツの落葉は8月下旬から現われ始めた。森林-草原斜面の蒸発散量変動は、植物活動の季節変化と降水量、凍土の融解と、土壌水分量変動とよく対応していた。森林からの蒸発散量は草原に比べて6割程度であり、森林草原の南北斜面は蒸発散量の差を通じて水収支が大きく異なるといえる。

また,消雪後の土壌水分量の多寡も,生長時期の蒸散量を制御する因子と考えられ,特に2007年は消雪時期以降,土壌水分量が4年で最も少なく,蒸散量が最も抑えられていた。以上から,この森林では,夏季の降水時期に加えて,消雪時期と凍土融解(活動層発達)時期の早遅,消雪時の土壌水分量の多寡の水文気候条件によって,植物生長と蒸散量の季節変化と年々の変動量が影響を受けていることが示された。また,2006年において,森林、草原斜面での夏季(68月)の水収支を算定したところ,流出のほとんどは森林斜面からの寄与であり,草原斜面では降水よりも蒸発散量が大きく,土壌水分がその差を補っていることが明らかとなった。
超高感度半導体帯電計測センサ開発及び陽子線照射衛星材料の帯電解析

宇宙機の運用異常は帯電に起因したものが半数以上を占めている。軌道上で衛星の帯電計測を行うべく軌道上で使用できる宇宙機表面材料の帯電計測装置を、パルス静電応力(PEA)法を用いて開発する事が最終目的である。本研究ではまず、放射線耐性が高い、半導体素子を用いて、センサ部の試作を実施し、出力信号を得ることに成功した。また、既存の高分子製のセンサを用いたPEA法の小型帯電計測装置を開発し、ポリイミドを試料としてプロトン照射中における帯電計測を実施した。得られた電荷挙動の解析を実施した。【半導体センサ作成】500 [ps]の半値幅を持つパルス圧力波を発生可能な専用計測装置を設計・開発し、昨年度までに設計・製造した素子に対しパルス圧力波を入力し、出力信号の検出試験を実施した。測定装置の構成は以下の通りで、信号の発生・検出順に示している。1:パルス電圧発生器、2:圧力波発生装置、3:測定試料台(開発素子)、4:信号増幅器、5:広帯域オシロスコープ。その結果、昨年度の試作と同様の5mVの信号を確認することができ、さらに本開発装置により耐ノイズ性能が向上し、S/N比の向上も確認できた。時間幅に関してはpsオーダーの波形検出が期待されていたが、nsオーダーの時間幅の検出に留まり、今後の課題が確認された。以上の結果を踏まえ、センサ形成前のSi基板(ボロンドープ、厚さ700 [um])に直流電圧とパルスを印加し、空乏層の形成や直流電圧による電極-Si基板界面に発生する誘導電荷の形成などの電気基本特性の確認試験を実施した。その結果、700 [um]の材料厚さ方向に広く空乏層が分布することが確認され、且つ絶縁体試料と比較し、多量の誘導電荷の形成も確認でき、今後の半導体圧力波検出素子の検出信号の時間幅の狭小化とS/N向上への指針を得ることに成功した。【プロトン照射材料の帯電計測】今年度までに、プロトン照射をポリイミド試料に実施し、PEA法による照射中後の材料内部の帯電分布計測とASTM法に伝導電流計測を、1.0ー2.5 [MeV]、0.3ー30 [nA/cm^2]範囲の条件で実施、測定結果の再現性を取得し、以下の現象を確認した。1プロトンの飛程と帯電分布、2帯電量と照射電流密度の関係、4照射済み試料の伝導電流計測による放射線誘起伝導の発生の確認。これらの成果は、当学術領域の権威誌の一つであるIEEE/Plasma Scienceへ現在投稿中である。【半導体センサ作成】申請者が発案した半導体の空乏層を利用した圧力波検出が可能か、原理再確認のため、PN接合半導体素子(センササイズ: 20 x 20 [mm]、注入イオン:BF2+, 25keV, 3x1015 [cm-2]、アニール温度:1000°, 10min)を作成した。開発した素子に、圧力は発生装置を接触させ、直接2nsの半値幅を持つパルス圧力波を開発素子に入力し出力信号の検出を行った。(1):パルス電圧発生器、(2):圧力波発生装置、(3):測定試料台(開発素子)、(4):信号増幅器(0.1kー2GHz, 35dB)、(5):オシロスコープ。(1)は電圧発生と同時にトリガ信号を出力し、そのトリガ信号に基づいて波形の計測を実施している。その結果、出力信号のピーク値として以前の試作と同様の5mVの信号を確認することができた。以前の試作では45dBの増幅器を通して信号を取得していた為、今回の試作により信号強度は10dB程度上昇し、S/N向上の確認が出来た。【プロトン照射材料の帯電計測】プロトン照射をポリイミド試料に実施し、照射中後の材料内部の帯電分布計測を実施した。1.0ー2.0MeV、0.3ー30nA/cm^2の範囲の条件での測定は全て終了することができ、プロトンの飛程と帯電分布、及び帯電量と照射電流密度の相関を取ることができた。さらに高電流密度で照射した試料では帯電量が照射直後に飽和し減少し始める傾向が観察されたため、照射済み試料を用いてASTM法を用いて伝導電流計測を実施し、放射線誘起伝導の発生を確認した。この結果より照射中の材料内電荷挙動について、電気物性的な解析を行う事が出来た。【半導体圧力波センサの開発】PN接合やMOSキャパシタをドープ濃度及び基板濃度(1x1015 cm-3 1x1018 cm-3)や感度領域サイズ・形状などを調整し、ドープ濃度を一桁単位で調整し素子を作成し圧力波検出試験を実施する事が当該年度の実施計画である。

本研究に用いる半導体の素子試作は全て東北大の未来科学技術共同研究センターの半導体製造設備を用いて行っているが、震災により設備が被害を受けたため、素子試作が12月頃と大幅にずれ込んだが、厚さ及び形状を0.120mm四方とサイズを変更し、ドープ濃度も10^15、10^18cm^-3素子の作成を実施することができ、試作素子による圧力波検出と出力信号の向上が確認できた。【陽子線照射衛星材料の帯電物性】1:照射前ー照射中ー照射後と連続的に既存のPEA法を用いて帯電計測、2:課電粒子の蓄積・開放過程に関する物性解析およびモデリング実施、3:0.03 nA/cm2を中心に各エネルギーでの照射測定以上の測定を、PIフィルムに対して実施することが当該年度の実施計画である。震災により一部、加速器の使用が不可能になってしまったため、0.03nA/cm^2の条件では実施が出来なかったが、0.3nAまでの測定で実施し照射中から照射後にかけての電荷分布計測及び照射済み試料を用いてASTM法を用いて伝導電流計測を実施し、帯電挙動の物性解析できた。これは予定通りの成果である。以上より、「おおむね順調に進展している」という評価をした。【半導体圧力波センサの開発】圧力波発生装置のセンサへ接触・固定する治具に問題があり、すべての試験において接触・固定条件を一定にすることができなかった。そこでH24年度は治具の改良を行い、センサへの入力圧力を一定にできるよう改良する。また、1inchウェーハ上に様々なサイズの素子をまとめて作成を行った。こちらの素子の信号取得を容易にするため、試作素子をパッケージに設置し、パッケージから専用基板を作成する。さらに、H24年度は試作素子の圧力波検出のためのS/N向上のためのパラメータを同定すること目的とした素子試作を実施する。さらに、本試作素子を帯電計測に応用することが最終目的であり、そのための測定信号の取得系(具体的には、増幅器一体型やA/D素子一体型など)の検討を実施する。【陽子線照射衛星材料の帯電物性】H23年度はプロトン照射済みのPI試料に対して伝導電流計測を実施し、帯電挙動に放射線誘起伝導が関与していることを明らかにした。H24年度はプロトン照射試料を作成し、照射後に大気圧下で直流高電界を印加し、PEA法により材料内の帯電分布の計測を行う。試料内は照射プロトンにより分子構造の切断等でキャリアが大量に発生していることが予想され、電界印加により試料内に正負の分極電荷の観察あるいは照射面側からの電荷の注入が観察され、その量は照射線量に依存するものと予想される。さらに、プロトン照射中の帯電分布をPEA法にて測定してきたが、照射側の試料面を金属蒸着を施す必要があったが、これが宇宙機の実態と測定いないため、宇宙機運用時の実態に合った材料の電気物性を検討することが必要であるため、照射面側の金属蒸着を施さずに材料内部の帯電分布を測定できるようPEA法の測定装置の改良を実施し、帯電計測時における金属蒸着の帯電分布への影響を検討する。H23年度からH24年度に44万円ほど繰越をしている。これはH23年度における素子の試作が震災の影響もあり、第4四半期にずれ込んだため、測定感度向上のための測定冶具の改良まで着手が出来なかったためである。そこでH24年度では前述の冶具改良も含めて実施を行う。よって研究費は以下の要領で執行をする。尚、()内は執行予定時期を示している。1:物品・消耗品費として、半導体圧力波センサの開発のため、(1)測定治具の改良のための金属加工費(第12四半期、H23の繰越も含む)、(2)素子のパッケージ化、パッケージ設置基板の作成(第12四半期)、