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近世農書の総合的研究

本研究では、近世農書を近世社会において人々が暮らしていくうえで不可欠な衣食住全般の再生産の姿を明らかにするために、いわば農業技術のハード・ソフト両側面をあわせもった文献群として位置づけ、近世農書を狭い産業技術の枠に閉ざすことなく、ヒト・モノ・情報の三側面から産業技術に接近し、地域における生産と消費と文化を一体のものとして把握する「地域形成」の視角を導入した。全国に散在する近世農書の史料調査を実施し、15テーマに分類し、それぞれの個別農書の目録を作成した。その点数は<地域農書>92点、<農事日誌>14点、<特産>27点、<農産加工>18点、<園芸>5点、<林業>4点、<漁業>10点、<畜産・獣医>6点、<農法普及>20点、<農村振興>6点、<開発と保全>10点、<災害と復興>15点、<本草・救荒>5点、<学者の農書>33点である。なお、<絵農書>については調査を継続中である。近世農書は現代日本の社会と農業を根源から問い直す古典である。それは、長い年月の批判に耐え、時代をこえて読むに値する民族の宝というべきものである。現代の日本農業が高度な機械化・化学化・装置化の技術段階にあるとはいえ、その基層には近世社会の在来農法の水脈(近世農書の世界)が大きく横たわっているのである。農林漁業が安全・安価・新鮮な衣食住の原材料を供給する役割をもった産業であり、人間の生命と自然の営みを守ってきたことは、地域と時代をこえた真理である。地球規模での環境汚染が問題となっている現在、日本農業の健全な発展のためには、まずもって近世農書をひもとくことから始めなければならないのであろう。本研究では、近世社会において人々が暮らしていくうえで不可欠な衣食住全般の再生産を姿を明らかにするために、いわば農業技術のハード・ソフトの面側面をあわせもった文献群、すなわち「広義の農書」を課題とする。第I期『日本農書全集』(全35巻、農山漁村文化協会)は「自然立地と農の営み」という観点にたった編集で、近世の農業技術書という「狭義の農書」が中心であった。本研究では、これに加えて近世農書を狭い産業技術の枠に閉ざすことなく、ヒト・モノ・情報の三側面から農業技術に接近し、地域における生産と消費と文化を一体のものとして把握する「地域形成」の視角を導入し、近世農書の総合的研究をめざす。近世の「狭義の農書」の周辺には本草書、救荒書、物産書、農業・百姓従来物、土木・治水書、農民心得・家訓書、農事日誌類、農業法令書、農政書、地方書、蚕書、林業書、漁業書、畜産・獣医書、園芸書などの多様な第1次産業関係の文献や、これらの文献を引用・改変した2次農書が数多く存在しており、いずれも相互に密接な関連をもっている。本年度は、近世の「広義の農書」をテーマ別に分類し、全国各地の図書館、郷土試料館、博物館、旧家などに散在している近世農書を発掘・収集し、その歴史的性格を分析した。このテーマは<特産><農産加工><園芸><林業><漁業><畜産・獣医><農法復及><農村振興><開発と保全><災害と復興><本章と救荒><学者の農書><地域農書><農事日誌><絵農書>の15分野とした。

研究代表者及び分担者は全国各地でテーマごとに史料調査を実施し、その成果を踏まえて研究会を開催した。また、本年度は第II期『日本農書全集』(全37巻、農山漁村文化協会)のうち7巻を刊行した。本研究では、近世社会において人々が暮らしていくうえで不可欠な衣食住全般の再生産の姿を明らかにするために、いわば農業技術のハード・ソフトの両側面をあわせもった文献群、すなわち「広義の農書」を課題とする。第I期『日本農書全集』(全35巻、農山漁村文化協会)は「自然立地と農の営み」という観点にたった編集で、近世の農業技術書という「狭義の農書」が中心であった。本研究では、これに加えて近世農書を狭い産業技術の枠に閉ざすことなく、ヒト・モノ・情報の三側面から産業技術に接近し、地域における生産と消費と文化を一体のものとして把握する「地域形成」の視角を導入し、近世農書の総合的研究をめざす。近世の「狭義の農書」の周辺には本草書、救荒書、物産書、農業・百姓従来物、土木・治水書、農民心得・家訓書、農事日誌類、農業法令書、農政書、地方書、蚕書、林業書、漁業書、畜産・獣医書、園芸書などの多様な第1次産業関係の文献や、これらの文献を引用・改変した2次農書が数多く存在しており、いずれも相互に密接な関連をもっている。本年度は昨年度に続き、近世の「広義の農書」をテーマ別に分類し、全国各地の図書館、郷土資料館、博物館、旧家などに散在している近世農書を発掘・収集し、その歴史的性格を分析した。このテーマは〈特産〉〈農産加工〉〈園芸〉〈林業〉〈漁業〉〈畜産・獣医〉〈農法普及〉〈農村振興〉〈開発と保全〉〈災害と復興〉〈本章・救荒〉〈学者の農書〉〈地域農書〉〈農事日誌〉〈絵農書〉の15分野とした。また、本年度も第II期『日本農書全集』(全37巻、農山漁村文化協会)のうち6巻を刊行した。近世の「狭義の農書」の周辺には本草書、救荒書、物産書、農業・百姓往来物、土木・治水書、農民心得・家訓書、農事日誌類、農業法令書、農政書、地方書、蚕書、林業書、漁業書、畜産・獣医書、園芸書などの多様な第1次産業関係の文献や、これらの文献を引用・改変した2次農書が数多く存在しており、いずれも相互に密接な関連をもっている。本年度は一昨年度・昨年度に続き、近世の「広義の農書」をテーマ別に分類し、全国各地の図書館、郷土資料館、博物館、旧家などに散在している近世農書を発掘・収集し、その歴史的性格を分析した。このテーマは<特産><農産加工><園芸><林業><漁業><畜産・獣医><農法普及><農村振興><開発と保全><災害と復興><本草・救荒><学者の農書><地域農書><農事日誌><絵農書>の15分野とした。研究代表者及び分担者は全国各地でテーマごとに史料調査を実施し、その成果を踏まえて農書目録を作成した。
言語プロトコル法の妥当性に関する研究

認知心理学・知識工学・人間工学の分野で多用されている言語プロトコル法には、思考発話することにより主たる課題の解決を変化させる(言語化の影響が存在する)ため、妥当な方法ではないといった批判が存在する。本研究は、この言語化の影響を実験的に特定するため、課題解決の結果の指標ばかりでなく、課題解決の過程に関する指標も取り上げることができるように、被験者の課題解決中の諸行動のコード化及び得点化の手法を開発することを最終的な目的としている。本年度は、前年度までに既に記録されている被験者の課題解決中の諸行動をパーソナルコンピュータ上で分析するための設備を整備した上で、被験者の行動のコード化及び得点化の手法を試作することを目的とした。言語化の影響を特定するためには、主な課題を沈黙して解決する条件と思考発話しながら解決する条件とで、被験者の行動を比較する必要があると従来言われてきたが、本研究を通じて、さらに言語化に関する特別の教示をしない自然な条件における被験者の行動を記述しておく必要があることが分かった。これは、被験者が課題解決中に自発的に使用する「心理的道具」を特定するためであり、その「心理的道具」の1つとして「言語化」がありうるからである。被験者に与えた主たる課題としては、道順を口頭で説明させるものと、パーソナルコンピュータを媒介とした問題解決型のソフトウェアとを使用した。被験者の課題解決の指標としては、課題解決時間・正答率という課題解決の結果に関する指標のほかに、課題解決の過程に関する指標として、口頭説明中の身振り・手振り、マウス操作や空書などの諸行動を取り上げ、自然条件下での被験者の課題解決の過程を記述した。来年度以降、沈黙条件および思考発話条件での被験者の課題解決の過程を記述し、条件間の比較を行う予定である。なお、本年度の研究成果は国内・国外の学会・シンポジウムで発表した。
自発的秩序に基づく酸化物ナノチューブへの周期構造形成とエネルギーデバイスへの展開

本申請課題ではチタンと貴金属からなる合金のフッ化物含有溶液中での陽極酸化挙動と酸化被膜形態を調査した。特にナノチューブ状酸化被膜の形成とその表面への貴金属の担持に注目して研究を行った。アーク溶解法もしくはスパッタリングにより作製したチタン・白金合金ではナノチューブ状被膜が形成したが、白金濃度が増加するとともに乱れた構造となることが分かった。またアーク溶解により作製した合金では被膜に白金の担持も見られたが、担持は規則配列ではなかった。また化合物が機能性材料として期待されるタンタルの陽極酸化についても検討を行い、ナノチューブ状の厚膜酸化被膜を形成することができたが被膜にはクラックが多数見られた。チタンと同様にフッ化物含有溶液中でポーラス状酸化被膜が形成することが見出されているタンタルにおいて、デバイス応用のためにはチューブ状酸化被膜の厚膜化が必要となるため、その条件探索を行うとともに、チタン-白金合金についても検討した。また担持する白金や金のフッ化物含有溶液中での陽極酸化挙動についても検討した。タンタルの陽極酸化においては、既報を参考に、濃硫酸を溶媒に、フッ化物としてフッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウムもしくはフッ化水素、陽極酸化における酸素の供給源として水を添加した溶液中で行った。いずれの溶液においても、厚さが数マイクロメートル程度のチューブ状酸化被膜が形成した。また、水の量が多くなると、酸化被膜はほとんど成長しなかった。バルブ金属種が及ぼす影響を検討するためには同条件で成長挙動を比較する必要があるため、タンタルにおいて厚膜チューブ状酸化被膜が形成した条件でチタンの陽極酸化を行った。その結果、チューブ状酸化被膜が形成せず、膜厚も薄かった。チタンの酸化被膜はタンタルの酸化被膜と比べ、硫酸をベースとした溶液ではエッチングが過度に起こるためチューブ状酸化被膜が成長しなかったと推察した。そこで、溶液に用いる溶媒を、チタンの陽極酸化において報告例の多いエチレングリコールに変更し検討を重ねた結果、タンタルにおいてもチューブ状酸化被膜を形成することが出来た。しかし、被膜の密着性に課題が残った。チタン-白金合金の陽極酸化においては、フッ化アンモニウムと水を加えたエチレングリコール溶液中において、厚さ数マイクロメートル程度のチューブ状酸化被膜を形成することができ、陽極酸化時間により膜厚を変化できることも分かった。また白金は陽極酸化を行っても表面外観および表面構造は変化せず反応していないことが示唆されたが、金では陽極酸化後に表面が黒色に変化し反応することが分かった。本年度は、合金の陽極酸化を検討することが目的であったが、タンタルの陽極酸化に時間を取られ予定していた合金種の影響を調査できなかったため。フッ化物を含む電解液中で陽極酸化を行うことにより、バルブ金属を主成分として含む合金表面に数十から数百nmの径を有する細孔が自己規則化して配列したナノポーラス酸化物・ナノチューブ状酸化物層を形成でき、フッ化物含有電解液中での反応性の大きく異なる元素からなる合金ではバルブ金属の優先酸化とその他の元素の基板/酸化物界面への濃縮が起こることを明らかとしてきた。本研究では、貴金属元素との合金において、その優先酸化と元素濃縮現象の検討とそれを利用したナノポーラス酸化物・ナノチューブ状酸化物への貴金属担持を検討し、物性評価・デバイス応用を検討する。そのためには、貴金属元素を幅広い組成で添加した合金作製が必要であるが、アーク溶解法では、貴金属元素量が増えると析出物が合金中に分散し、単相合金が得られない。その結果、陽極酸化により得られる酸化物層の形態も均一ではなくなる。そのため、スパッタリング法により、試料を作製した。しかしながら、スパッタリングにより形成したチタン薄膜は、XRDにより析出物ピークは得られなかったが、20at.%以上の多量の酸素が固溶していることが明らかとなった。そのチタン薄膜を陽極酸化すると従来の構造とは異なるが、ナノポーラス状酸化物層が得られた。酸素を多量に固溶している合金においても、ナノポーラス酸化物層が形成しうるという結果を初めて見出した。しかしながら、従来の構造に近づけるために、スパッタリング条件を色々と検討し、酸素量を低減させることに成功した。そのチタン薄膜状には、従来の構造に近い、ナノチューブ状酸化物層が生成した。また白金を添加したチタン合金も作製し、アーク溶解で均一な組織が得られた最大添加量よりもさらに多くの白金が固溶した合金が得られた。一方で、白金量が多くなりすぎると、陽極酸化中の反応性が大きく変化し、ナノチューブ構造が大きく乱れることが分かった。構造最適化はまだ出来ていないものの、スパッタリング法により添加量を幅広く変えたチタン合金を作製することができ、スパッタリングにより作製した薄膜に酸素を固溶していてもナノポーラス酸化物を形成できることも見出すことが出来たため。本年度は、スパッタリング条件を工夫して、フッ化物含有溶液中での陽極酸化による酸化物ナノチューブ形成を阻害する固溶酸素を低減しつつ幅広い組成範囲で白金を添加したチタン合金を作製し、その陽極酸化挙動と形成した酸化物層の形態評価を行うとともに、熱処理による結晶化挙動を中心に調査した。白金添加量を1at.%6at.%の範囲で変化させたチタン合金をXRD測定した結果、得られたピークはαチタンに帰属した。それら合金に対して、フッ化アンモニウムと水を添加したエチレングリコール中で電圧を60Vにして陽極酸化を実施した。

陽極酸化中の電流は白金量に依存し、白金量が高いほど大きな陽極酸化電流が発生した。陽極酸化後に、形成した酸化被膜をFE-SEMにより観察した。白金量が多い場合、形成した酸化物層は指向性のない細孔からなるポーラス構造であったが、白金量が低くなると、指向性がより高く、典型的なチタニアナノチューブの構造に近づいた。しかしながら、今回検討したチタン合金で最も添加量が低かった約1at.%Pt添加合金でもナノチューブ形態が乱れた構造の酸化物が形成した。白金を添加したチタン合金上に形成するナノチューブ構造が乱れる結果は、研究代表者らがこれまでに得たアーク溶解により作製したチタン合金の成果と一致した。これは添加した白金が多いため、今回用いた溶液では酸素発生が過剰に生じた結果、ナノチューブの構造が乱れ、さらに白金ナノ粒子の周期的担持は出来なかったと考察した。一方、熱処理によるチタニアナノチューブの結晶化については、熱の伝え方に着目して検討を行った。その結果、形成したチタニアナノチューブをホットプレート上で熱処理を施し、チタニアナノチューブに直接、熱を伝えることにより結晶化が促進されうることが分かった。また、その際に、陽極酸化中に形成したフッ化物を取り除くことが肝要であることも分かった。本申請課題ではチタンと貴金属からなる合金のフッ化物含有溶液中での陽極酸化挙動と酸化被膜形態を調査した。特にナノチューブ状酸化被膜の形成とその表面への貴金属の担持に注目して研究を行った。アーク溶解法もしくはスパッタリングにより作製したチタン・白金合金ではナノチューブ状被膜が形成したが、白金濃度が増加するとともに乱れた構造となることが分かった。またアーク溶解により作製した合金では被膜に白金の担持も見られたが、担持は規則配列ではなかった。また化合物が機能性材料として期待されるタンタルの陽極酸化についても検討を行い、ナノチューブ状の厚膜酸化被膜を形成することができたが被膜にはクラックが多数見られた。貴金属を含むチタン合金やタンタル合金をフッ化物を含む溶液中で陽極酸化することにより貴金属が担持されたナノチューブ状酸化チタン被膜もしくはナノチューブ状酸化タンタル被膜を作製し、作製した酸化被膜中の貴金属分散状態を調査し、その分散性がバルブ金属種により変化するのか、また分散性を陽極酸化条件により制御できるかを検討する。そのためには、酸化タンタル被膜の密着性を改善する必要がある。フッ化物含有溶液中での陽極酸化により形成する酸化被膜と基板との密着性は陽極酸化中に酸化被膜内を移動したフッ化物イオンが基板と反応しフッ化物リッチ層を形成し、それが密着性に影響することがチタンにおいて知られている。酸化タンタル被膜の密着性も同様であると考えると、ナノチューブ状酸化被膜を形成するための陽極酸化時間を短くすることが出来ればフッ化物リッチ層の形成を抑制することができ密着性も向上することが出来ると考えらえる。よって、タンタル上でのナノチューブ状酸化被膜の成長速度を増加させるための陽極酸化条件の探索も併行して行う。さらに複数の貴金属を含有した合金の陽極酸化も行い、担持される貴金属の状態を調査し、貴金属合金として担持できるのかを検討する。さらに形成した酸化被膜の特性評価も行い、デバイス応用の可能性についても検討する。
直下型地震による強震動予測に関する日仏共同研究 Japan-France Joint Project on Strong Motion Prediction

1995年兵庫県南部地震の例をとるまでもなく,地震規模としては最大級でない地震(M7クラス)であっても都市直下で生じた場合には甚大な地震動災害が発生する.都市が活断層に囲まれた我が国においてのみならず,フランス国においても同程度の規模の内陸型地震による災害の危険度予測が必要とされている.このような中規模地震発生の予知は現段階では不可能であり,災害軽減のためには強震動予測が重要である.直下型地震による強震動予測は,地震波の発生・伝播経路の複雑さのために困難とされてきたが,高精度強震動観測システム等の観測技術や地震波の発生・伝播の数値シミュレーション手法の発達に基づく数々の強震動予測手法の提案が近年なされ,その精度よい予測が可能となってきた.これらの研究には,共通の強震動データベースに適用され,その長所短所を議論することが重要である.本研究においては先ず,既存地震データ及び予測手法の整理とそれにもとづく共同研究を行った.具体的には,日仏両国で強震動研究に利用できる強震動記録及び地質情報のデータベース化を行った.日本においては1995年兵庫県南部地震の京阪神地域の観測網,フランスにおいてはUbaye盆地でのアレイ地震記録,ギリシャにあるECによる強震アレイ(Euroseistest)のデータ及び地質情報を収集整理し,インターネットを通じて相互利用できるようにした.次に,多数の観測記録に基づく観測的及び半経験的手法で強震動予測の成果をあげてきた日本と,主として波動理論的手法で成果をあげてきたフランスの研究者が各々開発してきた強震動予測手法の比較を中心とした研究打ち合わせを行った.日仏研究者が双方に相手方を訪問し,強震動予測手法についての意見交換,同一データセットに対して異なる強震動予測手法からアプローチを行くことによる各々の手法の適用性とその限界のチェックを中心とした手法の比較検討を行った.次に,整理されてきた1995年兵庫県南部地震に関連した強震動記録や地下構造資料をもとに,震源過程の再吟味,及び理論的・半経験的手法を中心とした強震動予測を行って実記録や被害との比較を行い,直下型地震による強震動予測手法の検討を両国からの研究者を派遣しあうことによって共同に進めた.また,密な観測データのあるEuroseistest(ギリシャ)や足柄平野,釧路(日本)における記録を用いて観測的手法として行われてきたサイト特性評価手法を地震記録,微動記録の解析に適用し,それらの観測的事実からの適用性及びその限界についての議論を行った.これらの解析手法や結果の吟味は,本共同研究によって統一的に議論され,各地方,各研究グループで行われていた結果をとりまとめることによって解析手法に対する共通の理解がなされた.また,それらの成果を中心に,平成9年1月にフランス国ジョセフフーリエ大学において,日本側及びフランス側研究者が一同に会して強震動予測に関するシンポジウムを開催した.フランス側のバ-ド博士の呼びかけにより,本共同研究参加者のみならず,ヨーロッパを中心として各国からの強震動研究者が参加し,研究発表及び討議を行い,強震動予測手法に関する現在の到達点,問題点を議論した.この研究シンポジウムにおいては,本共同研究代表者及び分担者を中心として理論的手法及び観測的手法に基づく最新の強震動予測手法,特に前述の兵庫県南部地震記録や高密度アレイデータを用いた研究が多く発表されて各研究者の現状の到達点が理解されたとともに,十分な時間を使った議論が行われたため,各手法の物理的意味に基づく長所,短所やそれらの適用性についての現時点でのコンセンサスを得ることができた.これらの研究発表を中心として,本共同研究の2年間の研究成果が報告書としてとりまとめられた.1995年兵庫県南部地震の例をとるまでもなく,地震規模としては最大級でない地震(M7クラス)であっても都市直下で生じた場合には甚大な地震動災害が発生する.都市が活断層に囲まれた我が国においてのみならず,フランス国においても同程度の規模の内陸型地震による災害の危険度予測が必要とされている.このような中規模地震発生の予知は現段階では不可能であり,災害軽減のためには強震動予測が重要である.直下型地震による強震動予測は,地震波の発生・伝播経路の複雑さのために困難とされてきたが,高精度強震動観測システム等の観測技術や地震波の発生・伝播の数値シミュレーション手法の発達に基づく数々の強震動予測手法の提案が近年なされ,その精度よい予測が可能となってきた.これらの研究には,共通の強震動データベースに適用され,その長所短所を議論することが重要である.本研究においては先ず,既存地震データ及び予測手法の整理とそれにもとづく共同研究を行った.具体的には,日仏両国で強震動研究に利用できる強震動記録及び地質情報のデータベース化を行った.日本においては1995年兵庫県南部地震の京阪神地域の観測網,フランスにおいてはUbaye盆地でのアレイ地震記録,ギリシャにあるECによる強震アレイ(Euroseistest)のデータ及び地質情報を収集整理し,インターネットを通じて相互利用できるようにした.次に,多数の観測記録に基づく観測的及び半経験的手法で強震動予測の成果をあげてきた日本と,主として波動理論的手法で成果をあげてきたフランスの研究者が各々開発してきた強震動予測手法の比較を中心とした研究打ち合わせを行った.日仏研究者が双方に相手方を訪問し,強震動予測手法についての意見交換,同一データセットに対して異なる強震動予測手法からアプローチを行くことによる各々の手法の適用性とその限界のチェックを中心とした手法の比較検討を行った.

次に,整理されてきた1995年兵庫県南部地震に関連した強震動記録や地下構造資料をもとに,震源過程の再吟味,及び理論的・半経験的手法を中心とした強震動予測を行って実記録や被害との比較を行い,直下型地震による強震動予測手法の検討を両国からの研究者を派遣しあうことによって共同に進めた.また,密な観測データのあるEuroseistest(ギリシャ)や足柄平野,釧路(日本)における記録を用いて観測的手法として行われてきたサイト特性評価手法を地震記録,微動記録の解析に適用し,それらの観測的事実からの適用性及びその限界についての議論を行った.これらの解析手法や結果の吟味は,本共同研究によって統一的に議論され,各地方,各研究グループで行われていた結果をとりまとめることによって解析手法に対する共通の理解がなされた.また,それらの成果を中心に,平成9年1月にフランス国ジョセフフーリエ大学において,日本側及びフランス側研究者が一同に会して強震動予測に関するシンポジウムを開催した.フランス側のバ-ド博士の呼びかけにより,本共同研究参加者のみならず,ヨーロッパを中心として各国からの強震動研究者が参加し,研究発表及び討議を行い,強震動予測手法に関する現在の到達点,問題点を議論した.この研究シンポジウムにおいては,本共同研究代表者及び分担者を中心として理論的手法及び観測的手法に基づく最新の強震動予測手法,特に前述の兵庫県南部地震記録や高密度アレイデータを用いた研究が多く発表されて各研究者の現状の到達点が理解されたとともに,十分な時間を使った議論が行われたため,各手法の物理的意味に基づく長所,短所やそれらの適用性についての現時点でのコンセンサスを得ることができた.これらの研究発表を中心として,本共同研究の2年間の研究成果が報告書としてとりまとめられた.1995年兵庫県南部地震の例をとるまでもなく,地震規模としては最大級でない地震(M67クラス)であっても都市直下に生じた場合には甚大な地震動災害が発生する.フランスにおいても同程度の規模の内陸型地震による災害の危険度予測が必要とされている.このような中規模地震発生の予知は現段階では不可能であり,災害軽減のためには強震動予測が重要である.直下型地震による強震動予測は,地震波の発生・伝播経路の複雑さのために困難とされてきたが,高精度強震動観測システム等の観測技術や地震波の発生・伝播の数値シミュレーション手法の発達に基づく数々の強震動予測手法の提案が近年なされ,その精度よい予測が可能となってきた.これらの研究は,共通の強震動データベースに適用され,その長所短所を議論することが重要である.今年度は既存地震データ及び予測手法の整理とそれにもとづく共同研究を行った.具体的には,(1)日仏両国で強震動研究に利用できる強震動記録及び地質情報のデータベース化:日本においては1995年兵庫県南部地震の京阪神地域の観測網,フランスにおいてはUbaye盆地でのアレイ地震記録,ギリシャにあるECによる強震アレイ(Euroseistest)のデータ及び地質情報を収集整理し,インターネットを通じて相互利用できるようにする.
糖尿病性足壊疽における好中球NETsへのC型レクチン受容体の関与・治療への応用

糖尿病性足壊疽の難治性はよく知られており、好中球の機能不全がその要因の一つとされているが、詳細なメカニズムは不明であり、好中球に対する治療法もみられない。皮膚創傷治癒において、好中球は最も早く創部に集積し、初期の感染防御・炎症反応誘導に重要な役割を担う。その一方、炎症が過剰な糖尿病性足壊疽では、遷延した好中球がネトーシス(NETosis)に陥り、治癒の阻害に働くことが長年指摘されている。しかし、創部におけるNETosis誘導機序は明らかになっていない。そこで今年度は、活性化した好中球にみられる特殊な細胞死「ネトーシス(NETosis)」の誘導機序を中心に解析を行った。これまでに我々は、真菌の構成成分の一つであり、C型レクチン受容体の一つであるデクチン(Dectin)-2のリガンドであるα-マンナンを創部に投与すると、大量の好中球遷延を伴い創傷治癒が遅延することを明らかにしている。Dectin-2は好中球やマクロファージの細胞表面に発現することも確認している。本年度の解析により、Dectin-2がNETosis誘導に関わることを突き止めた。さらに、NETosis構成因子の一つである好中球エラスターゼを阻害することにより、遅延していた治癒が回復することを確認した。これらはDectin-2依存的な反応であった。現在、糖尿病性足壊疽の治療において、好中球をターゲットとした治療法は開発されていないが、本年度の解析によりDectin-2阻害や好中球エラスターゼ阻害が有効である可能性が示された。糖尿病性足壊疽の難治化要因として、好中球機能不全、今年度は特に好中球にみられる特殊な細胞死「ネトーシス(NETosis)」の誘導機序に注目して解析を行い、下記の点を明らかにしたため。1. C型レクチン受容体の一つであるデクチン(Dectin)-2がNETosis誘導に関わる。2. NETosis構成因子の一つである好中球エラスターゼを阻害することにより、遅延していた治癒が回復する。今後はDectin-2を介したNETosisが糖尿病下で増強するのか、また実際に治癒を阻害するのか、好中球が主因か(すなわち好中球除去によりこの現象がキャンセルされるのか否かを好中球を選択的に除去する抗Ly6G抗体を用いて検証する)について解析を行い、より詳細なメカニズムに迫る。次年度使用額には、今年度の研究を効率的に進めたことに伴い発生した未使用額であり、平成31年度請求額と合わせ、平成31年度の研究遂行に使用する予定である。
Ｓｕｐｅｒ－ｍｉｃｒｏｓｕｒｇｅｒｙを応用した肛門機能再建研究

排便機能障害の原因は、先天性疾患、炎症性腸疾患などによる難治性痔瘻、直腸癌術後など様々であり、これに対する治療法も多岐にわたるが、機能再生・再建に関する方法は未だ確立されていない。顔面、前腕や子宮などQOL(quality of life)の向上を目的とした移植医療が、近年著しい発展を遂げる中で、新たな同種複合組織移植に関する研究を進めている。排便機能障害では、薬物療法、バイオフィードバック、仙骨神経刺激療法などの現存の治療で改善が見込まれる場合がある。しかし高度排便機能障害や排便機能が廃絶している場合は永久人工肛門となることが少なくない。永久人工肛門を回避する新たな治療として、ビーグル犬を用いた肛門移植モデルを作成した。陰部神経、陰部動静脈を同定し、外肛門括約筋、肛門挙筋を含めた移植片を直腸レベルで摘出し、顕微鏡下に神経、血管を吻合した後に、骨盤底筋群を再建し、同所性自家移植モデルを完成させた。現在長期機能を経過観察中である。肛門機能障害に対する治療には様々なニーズが存在するため、オーダーメードな治療が重要であり、肛門移植に対するニーズも存在すると考えている。今後は、再生医療と移植医療をコラボレーションさせた治療モデルの開発のほか、神経機能の重要性からバイオフィードバックなどの機能強化を組み合わせた、総合的な排便機能改善に関する研究が求められる。今後は、サンパウロ大学移植外科(ブラジル)、中国医薬大学形成外科(台湾)、アンタルヤ大学形成外科(トルコ)、ピッツバーグ大学移植外科(アメリカ)などと国際共同研究を進めていく予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。先天性肛門機能不全や炎症性腸疾患による難治性痔瘻、直腸および肛門管癌や外傷など、いくつかの疾患による肛門機能の廃絶に対し、従来はcolostomy(人工肛門造設)が唯一の解決法であった。ストーマの管理の狸雑さに加え、整容面や精神面などストーマ患者が持つ問題は大きく、深い。これに対し、薄筋や大臀筋を用いた筋移行や人工括約筋などの肛門再建の努力がされてきたが、十分とはいえない。そこで、我々は、機能的にも整容的にもcolostomyに優る可能性のある肛門移植(会陰皮膚・肛門・直腸・括約筋をふくむ排便コントロール臓器の全移植)の実験モデルを、ラット・ブタ・ビーグル犬といった動物を用いた基礎研究を通して、開発している。ラットにおいて、直腸肛門移植片を摘出し、陰部動静脈と陰部神経を顕微鏡下に吻合することで自家移植モデルの作成に成功した。更に直腸肛門の解剖や排便機能の生理がヒトに類似するビーグル犬においても、ICG蛍光血管造影法を用いて移植片血流の検討を行い(Araki J, et al. PLoS One 2012 ; 7 : e44310.)、これを基に移植術式は完成しつつある。また、ヒトのご遺体を用いた移植術式の検討も行っている。長期機能予後評価、骨盤底再建法、免疫拒絶と感染のコントロールなど今後検討していくべき課題が多いが、顔面・前腕・喉頭など近年進歩著しいQOL向上を目的とした同種複合組織移植の一つとして、同種肛門移植はcolostomyに代わる新しい治療法となる可能性がある。先天性肛門機能不全や難治性痔瘻、癌による切除や外傷など、いくつかの疾患による肛門機能の廃絶に対し、従来はcolostomy (人工肛門造設)が唯一の解決法であった。ストーマの管理の猥雑さに加え、整容面や精神面など患者やその家族が持つ問題は大きく、深い。そこで我々は、機能的にも整容的にもcolostomyに優る可能性のある肛門移植(会陰皮膚・肛門・直腸・括約筋をふくむ排便コントロール臓器の全移植)モデルを、ラット・ブタ・ビーグル犬といった動物を用いた基礎実験を通して、研究開発している。更に直腸肛門の解剖や排便機能の生理がヒトに類似するイヌにおいても、ICG蛍光血管造影法を用いて移植片血流の検討を行い(Araki J, etal. PLoS One 2012 ; 7 : e44310.)1これを基に移植術式は完成しつつある。また、ヒトのご遺体を用いた移植術式の検討も行い、脳死ドナーを模したcadaverから、Miles手術後を模したレシピエントへの模擬移植モデルが可能であったことを示した(Araki J, et al. PLoS One. 2013 ; 8 : e68977.)。今後、長期機能予後評価、骨盤底再建法、免疫拒絶と感染のコントロールなど解決すべき課題が多いが、顔面・前腕・喉頭・子宮など近年進歩著しいQOL向上を目的とした同種複合組織移植の一つとして、肛門移植はcolostomyに代わる新しい治療法となる可能性がある。

顔面、前腕や子宮などQOL(quality of life)の向上を目的とした移植医療が、近年著しい発展を遂げる中で、新たな同種複合組織移植に関する研究を進めている。排便機能障害では、薬物療法、バイオフィードバック、仙骨神経刺激療法などの現存の治療で改善が見込まれる場合がある。しかし高度排便機能障害や排便機能が廃絶している場合は永久人工肛門となることが少なくない。永久人工肛門を回避する新たな治療として、ビーグル犬を用いた肛門移植モデルを作成した。陰部神経、陰部動静脈を同定し、外肛門括約筋、肛門挙筋を含めた移植片を直腸レベルで摘出し、顕微鏡下に神経、血管を吻合した後に、骨盤底筋群を再建し、同所性自家移植モデルを完成させた。現在長期機能を経過観察中である。肛門機能障害に対する治療には様々なニーズが存在するため、オーダーメードな治療が重要であり、肛門移植に対するニーズも存在すると考えている。今後は、再生医療と移植医療をコラボレーションさせた治療モデルの開発のほか、神経機能の重要性からバイオフィードバックなどの機能強化を組み合わせた、総合的な排便機能改善に関する研究が求められる。今後は、サンパウロ大学移植外科(ブラジル)、中国医薬大学形成外科(台湾)、アンタルヤ大学形成外科(トルコ)、ピッツバーグ大学移植外科(アメリカ)などと国際共同研究を進めていく予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画通り、ICG蛍光血管造影法を行い、肛門移植術式の検討を行った。また、その結果を国内外の学会や、国際雑誌『PLoS ONE』で報告した。また、その結果を国内外の学会や、国際雑誌『PLos ONE』に報告した。更に、ヒトご遺体を用いた移植術式の検討を行うこともでき、こちらも『PLoS ONE』に報告した。我が国においては、同種複合組織移植医療は欧米に比べて遅れていると言わざるを得ない。そのため、免疫拒絶や感染のコントロールといった点で、ノウハウ不足の状態にある。これまでにも国際学会などでできるかぎりの情報を得てはきたが、今後もこれまで以上に移植先進国との協力体制を強くするべきであると考えている。そのため、免疫拒絶や感染のコントロールといった点で、ノウハウが不足している状態にある。これまでにも国際学会などでできるかぎりの情報を得てはきたが、今後もこれまで以上に移植先進国との国際協力体制を強くするべきであると考えている。
統合化した乳酸発酵トータルプロセスの開発と知識ベース自律分散制御システムの構築

本研究では、乳酸発酵トータルシステムを考え、バイオリアクターと分離プロセスの統合化を図ったシステムの効率化を中心に、関連の課題について検討した。1)セラミック膜を内装した撹拌ろ過型バイオリアクターについて検討し、生菌数を高く維持しながら、乳酸菌(L.lacts IFO 2427)の高密度培養(183g/L)が達成できることを実験的に示した。2)ろ過型バイオリアクターによる乳酸発酵と、アラミン336を抽出剤(オレイルアルコールを溶媒)として用いた抽出分離を組み合わせたシステムについて実験的検討を行った。抽出分離での至適pHと乳酸発酵での至適pHが異なるため、抽出槽での抽残液をリサイクルして培地の利用効率を図るためには、両プロセスのpHを同じ値にしてプロセス全体の最適化からこのpHの値が決定されなければならない。本研究では実験およびモデルによるシミュレーションによってこの点を検討した。また分離プロセスとしてイオン交換樹脂を用いたシステムについても検討し、統合化が可能であることを実験的に示した。3)本学(九工大)マイクロ化総合技術センターの協力を得て、乳酸とグルコースをオンラインで同時測定できる集積型センサーを開発した。FIA(フローインジェクションアナライザー)と組み合わせてオンライン使用が可能であることを示した。4)オンライン最適化制御および自律分散制御システムについて検討した。5)ビフィズス菌(B.longum)とプロピオン酸菌(P.freudenreichii)を用いた混合培養システムについて検討し、坑菌活性等について検討した。6)Brevibacteriumの呼吸鎖とエネルギー獲得効率について検討した。本研究では乳酸発酵のトータルシステムを考え、大規模システム、等にバイオリアクタープロセスと分離プロセスとの統合化を図ったシステムの効率化について理論的、実験的な検討を行っている。現在までの成果は次のとうりである。1)セラミック膜を内装した攪拌ろ過型バイオリアクターの試作を行い、現在長期培養に関する目詰まり等について検討している。2)濾過型バイオリアクターでの乳酸発酵と、アラミン336を抽出剤(オレイルアルコールを溶媒)として用いた抽出プロセスによる生産物分離とを同時に行う実験を行った。しかし抽出プロセスでの至適pHと発酵における至適pHが異なるため、抽残相をリサイクルして、培地の利用効率を高めることができなかった。このため次に低pHで生育できる菌株(L.delbrueikkii)を探索し、同様の実験を行って、ある程度この問題を克服できた。しかし、抽出剤として有害なアラミン336を使用する限り、食品産業への応用が限られるとの指摘を受けた。そこで次に分離プロセスとして陰イオン交換樹脂を利用したプロセスについて検討し、乳酸を除去した後の濾液を培地として再利用できることを実験的に確かめた。3)本学(九工大)マイクロ化総合技術センターの協力を得て、乳酸と乳糖をオンライン測定できる集積型のセンサーを作成した。今後はフローインジェクション型のシステムと組み合わせてオンラインでの計測制御の実験を行い性能を評価する。4)遺伝的アルゴリズムを利用して、発酵プロセスのオンライン最適化が行えることを実験的に確かめた。この場合、2つのコンピュータを利用し、コンピュータ間の通信はRS232Cを介して行った。今後はプロセス全体を同時に制御するシステムの開発を行う。5)B.lactofermentumを入手し、培養条件、特に乳酸の消費速度について試験管培養を行い基礎的検討を行っている。今後は乳酸菌との混合培養を行う。本研究では,乳酸発酵トータルシステムを考え、バイオリアクターと分離プロセスの結合化を図ったシステムの効率化を中心に、関連の課題について検討した。

2)ろ過型バイオリアクターによる乳酸発酵と、アラミン336を抽出剤(オレイルアルコールを溶媒)として用いた抽出分離を組み合わせたシステムについて実験的検討を行った。抽出分離での至適pHと乳酸発酵での至適pHが異なるため、抽出槽での抽残液をリサイクルして培地の利用効率を図るためには、両プロセスのpHを同じ値にしてプロセス全体の最適化からこのpHの値が決定されなければならない。本研究では実験およびモデルによるシミュレーションによってこの点を検討した。また分離プロセスとしてイオン交換樹脂を用いたシステムについても検討し、統合化が可能であることを実験的に示した。3)本学(九工大)マイクロ化総合技術センターの協力を得て、乳酸とグリコースをオンラインで同時測定できる集積型センターを開発した。FIA(フローインジェクションアナライザー)と組み合わせてオンライン使用が可能であることを示した。4)オンライン最適化制御および自律分散制御システムについて検討した。5)ビフィズス菌(B.Iongum)とプロピオン酸菌(P.freudenreichii)を用いた混合培養システムについて検討し、抗菌活性等について検討した。6)Brevibacteriumの呼吸鎖とエネルギー獲得効率について検討した。
位置特異的にニトロ化したシグナル伝達蛋白質合成とそれを用いた細胞癌化機構の解明

1.細胞内酸化ストレスによって引き起こされる癌化の機構を分子レベルで解明し、癌の予防や治療指針に役立てることを計画し実験を行った。具体的には、4塩基コドン法とフレキシザイム法を併用して、MEK蛋白質内のチロシン残基のうち特定の1カ所だけを3-ニトロチロシン残基に置換した様々な変異MEK蛋白質全て(9種類)を大腸菌抽出物中で作成し、活性評価を行った。変異MEKの自己リン酸化活性確認を調べた所、全ての変異体において活性は認められなかった。2.大腸菌抽出物のかわりに、ウサギ網状赤血球を用いて同様の実験を行ったところ、変異体ではなく野生型MEK自体が既に系中でリン酸化されてしまっており、本検出系には不適であった。3.シグナル伝達蛋白質の種類を変えて1と同様の実験を試みた。具体的には、野生型ERK蛋白質の発現を行ったが、大腸菌抽出物およびウサギ網状赤血球の両方の翻訳系において発現は認められなかった。そのため、新たな蛋白質発現系の構築を試みた。この過程で昆虫細胞抽出液中において4塩基コドン法を用いて非天然アミノ酸を蛋白質内の特定の1カ所だけに導入できることが分かり、論文発表を行った。この発現系においても、野生型ERK蛋白質の発現は認められなかった。4.本研究課題から派生したサブテーマとして、3-ニトロチロシンなどの非天然アミノ酸をフレキシザイム法等でtRNAの3'末端に結合しておき、それを用いて酵素的に様々な蛋白質のN末端1カ所だけに非天然アミノ酸を導入する新規手法を開発し、論文発表を行った。ペルオキシニトリト(ONOO^-)によって引き起こされる癌化の機構を分子レベルで解明し、癌の予防や治療指針に役立てることを計画し実験を行った。具体的には、申請者らが確立した手法を用いて、MEK蛋白質内の特定のチロシン残基だけを3-ニトロチロシン残基に置換した様々なMEK蛋白質を作成し、細胞内外で活性評価を行った。MEK蛋白質中のどの位置のアミノ酸がニトロ化されたときにMEKが自己リン酸化され、細胞が癌化するのかを調べる過程で以下の知見を得た。1.Hisタグを付加させた野生型MEKをコードするmRNAを作成し、無細胞蛋白質生合成系内に混合して野生型MEKを発現させた。発現させた野生型MEKの位置特異的なリン酸化を、酵素的にRaf蛋白質を用いて行った。このようにしてリン酸化させた野生型MEKは、下流のERKにシグナルを伝達する本来の活性があることも確認している。2.野生型MEKをコードするmRNAの特定のチロシンの3塩基コドンを、4塩基コドンに置換した変異mRNA(9種類)の作成を行った。更に、対応する4塩基アンチコドンを持つtRNAを作成し、RNA触媒法(フレキシザイム法)を用いて、これに3-ニトロチロシンを結合させてアミノアシルtRNAとした。各々の変異mRNAとアミノアシルtRNAとを大腸菌抽出物内で混合することにより、3-ニトロチロシンが位置特異的に導入された9種類の変異MEKの生合成を行った。現在、変異MEKの自己リン酸化活性確認を1と同様の手法で行っている。3.3-ニトロチロシンを細胞内で位置特異的に導入するために、生細胞中で4塩基コドン・アンチコドンの読み出しができるか実験を行った。幾つかの4塩基コドン・アンチコドンの組み合わせにおいて効率的な読み出しが可能であり、論文発表を行った(Takiら、ChemBioChem,425(2006))。
機能性を有するフェノール系樹脂の合成とコンピュータによる反応解析

フェノール樹脂のより高性能化、高機能化を目指して、合成、反応、物性各分野で遅れている基礎研究を行ない以下の知見を得た。1)新規ホスト化合物として注目されているカリクスアレンの高収率かつ高選択的合成法を確立した。さらにカリクスアレンのエステル化やエーテル化などの化学修飾あるいはアクリル樹脂やエポキシ樹脂への導入によって応用範囲を広げた。次いで種々の有機分子とのホストーゲスト相互作用を検討し、キシレン異性体混合物中よりパラ体を選択的に包接することを明らかにした。また固体^<13>CーNMR法を用いてトルエン包接錯体の構造を解析した。2)フェノール樹脂の初期生成反応は、付加反応と縮合反応の繰り返しであること、両反応ともフェノールのオルト位とパラ位が関与することなどのため複雑で、2核体生成までに6種類の素反応を考慮しなければならない。各素反応の反応速度を従来の有機化学的手法で求めることは不可能で、本研究ではコンピュータ・シミュレーション法を適用して解析に成功した。3)フェノール樹脂分子は溶液中で緻密な球状構造をとるが、その原因を明らかにするため種々の分子構造を有する樹脂を合成した。すなわちオルトあるいはパラ置換フェノールとフェノールとの共縮合反応によって得られる分岐度の異なる樹脂や脂肪族あるいは芳香族ジアミンを主鎖に持つ樹脂、さらにこれらのアセチル化物などである。一方分子が非摂動状態を示すθ点は、溶液物性研究上重要な温度であるが、今回フェノール樹脂に対して初めてθ点を決定することが出来た。以上多方面から検討の結果、分子を緻密にするのはフェノール性水酸基間の分子内水素結合と分岐であることを確認した。また主鎖に導入するジアミンの種類によって分子形状への影響は異なり、脂肪族ジアミンの場合は樹脂自体がかなり可撓化されるが、芳香族ジアミンの場合は剛直さが増すようである。機能性を有するフェノール系樹脂として,環状フェノールオリゴマー(カリクスアレン)およびアルキレンジアミンを主鎖に持つフェノール樹脂を合成し,それらの機能や特性について以下に示す知見を得た.1)カリクスアレンは新規ホスト化合物として注目されている.本研究では, p-t-プチルフェノールとホルムアルデヒドを原料とし,高収率かつ高選択的な4, 6, 8核体カリクスアレンの合成法を確立した.次いでカリクスアレンと種々の有機分子とのホストーゲスト相互作用を検討し, 4および6核体カリクスアレンが芳香族化合物などを強く包接することを見出し,ゲスト分子に適合できる空孔形状が重要な因子であると推測した.この知見に基づき分子識別機能への展開を行い, 4核体カリクスアレンはキシレン異性体混合物中よりp体抱接結晶を選択的に生成し,分離剤としても有効であることが明らかとなった.さらに,個体^<13>C-NMR法を用いるトルエン包接錯体の構造解析の結果,トルエンのメチル基がベンゼン環のなす空孔中央に位置する1:1錯体であることも明らかとなった.2)エチレンジアミン,ヘキサメチレンジアミンあるいはN, N'-ジメチルヘキサメチレンジアミンなどのジアミン類存在下でフェノール類とホルムアルデヒドを反応させて,主鎖にアルキレンジアミンを持つフェノール樹脂を合成した.生成樹脂を分別し, H-NMRおよびIRスペクトル,窒素分析などから分子構造を決定する一方, VPOを用いて分子量を, GPCクロマトグラムより分子量分布を求めた.次いで粘度と分子量の関係から溶液中での分子形状を推定したところ,かなり緻密な球状構造であることを見出した.

この原因として分岐と分子内水素結合が考えられるが,上記の結果にさらにそれら樹脂のアセチル化物のデータを考慮すれば,分子内水素結合の影響が極めて大きいことが分った.機能性を有する新規フェノール系樹脂の合成、生成反応の解析、分子特性の解明などについて研究し、以下に示す知覚を得た。1)カリクスアレン(フェノール系環状オリゴマー)は種々のコンホメーションを取り得るが、ホスト機能を最も有効に発現するのはcone型と考えられる。このコンホメーションを保持した化学修飾が望まれるが、一般に反応に際して変化する。前年度のエステル化に次いで本年度はエチルエーテル化に際してこれに成功した。またカリクスアレンの樹脂化反応の一貫として水酸基にエポキシ基を導入し、不溶性エポキシ樹脂を得、これの吸着特性を検討した。2)フェノール樹脂の初期生成反応は、フェノールが三官能性であること、付加と縮合の繰り返しであることなどのため、多くの素反応から成る。各素反応の反応速度を従来の有機化学的手法で求めることは不可能であり、コンピュータ・シミュレーション法を適用して求めた。3)フェノール樹脂分子は溶液中で緻密な球状構造をとることはすでに報告したが、その原因を明らかにするため、パラあるいはオルト置換フェノールとフェノールを共縮合させ、分岐度の異なる樹脂を合成して分岐の影響を、またそれらをアセチル化にして水素結合の影響を検討した。4)相平衡実験からフェノール樹脂に対して初めてθ温度を決定した。さらにアセチル化O-クレゾール樹脂がθ溶媒中で非摂動状態となり、良溶媒中で排除体積を示すなど線状高分子として挙動することを知った。5)主鎖に芳香族ジアミンを有するフェノール樹脂を合成し、その分子形状について前年度合成した樹脂族ジアミンを有する樹脂と比較したところ、芳香環の堅さのためアミン含有率の増加とともに拡がることがわかった。さらに脂肪族ジアミンを主鎖に導入することによって、樹脂はかなり可撓化され強靱となることを動的粘弾性実験から明らかにした。
高出力マイクロ波によるプラズマ中光子加速と機構解明

本研究の目的はプラズマ利用加速器の開発に必須である大振幅プラズマ波の励起方法の開発中に発見された新しい現象である、電磁波の青方変移又は光子加速の現象の解明である。この現象は、レーザー航跡場加速の研究においてプラズマ中を光速に近い速度で走る電離波面が存在する場合に起きることが、米国で発見された。しかし、本学では、電離を伴わない場合にも青方変移が起きることを発見した。この現象を明らかにするために、先ず現在の真空容器長をほぼ3倍にし、容器壁からの影響を最小限にすることを行い、現象の解明を行った。この結果、光子加速の本質的な原因ではないかと考えられていた、(1)強力なマイクロ波により電離が発生するために起きる現象と、(2)入射電磁波が境界により強く反射する結果、真空容器内に生じる定在波による現象との識別が出来るようになった。いずれの場合にも入射波の周波数9GHzに対して約2MHzの青方変移を生じるが、大きな違いは高周波成分(6・20MHzの上方側帯波)の発生の機構が異なることであった。すなわち、電離を伴う場合には成分は顕著ではないが、電離が無いあるいは極めて少ない場合には高周波成分は顕著に現れた。上方側帯波の発生機構は、電離が無い場合にホーンアンテナ直前のプラズマが動重力により、押し出され、イオン波周波数程度の密度変動を生じ、その密度変動により電磁波が変調を受けたことによる周波数上昇である。さらに、本研究成果の応用として、静電場から直接マイクロ波を発生させる機構(DC-AC Radiation Conversion)についても研究を開発し、初期的な成果を得た。現在プラズマ利用加速器の研究が盛んに行われている。この原理は、高出力のレーザをガス中に照射し、レーザの電場により直接ガスを電離させプラズマを発生させ、レーザの通った後にプラズマ波を励起することが必要である。レーザが通った後に波が立つことが、船の通った後に波が立つことに似ていることから、プラズマ航跡場とも呼ばれる。レーザによって、大振幅の電子プラズマが励起されることの原理実証はすでになされているが、実際の加速器を考えた場合、できる限り長距離にわたってプラズマ波を励起する必要がある。つまり、長時間にわたって電子をプラズマ波の電場の波に捕捉する必要がある。現状の実験では、レーザ収束の幾何学的形状で決まる値、レイリー長程度しかプラズマの存在する領域はなく、この長さを如何に長くすることができるかが、実際の加速器を建設を現実のものにするために必要である。現在我々は、この長さを長くするために、大出力マイクロ波(9GHz,250kW)をプラズマ密度2×10^<12>cm^<-3>に照射し、マイクロ波のポンデロモ-ティブ力でプラズマを押しのけ、そこにマイクロ波が通過できるダクト状の穴を掘ることによって、マイクロ波の通過後に大振幅のプラズマ波を励起する実験を行っている。現状の実験では、マイクロ波のパワーが十分ではないので、2×10^<12>cm^<-3>の密度からダクトの形成は観測できないが、ある程度密度を下げポンデラモ-ティブ力の効果が顕著になる密度領域では、マイクロ波照射時に、周辺のプラズマ密度の減少が観測され、わずかではあるが、ダクトの形成を観測した。現在、このダクトの形成のメカニズムの詳細を明らかにすべく実験を継続中である。本年度の主要課題は新規に製作した実験装置を使用し、境界条件の影響の少ない条件下で光子加速に関するデータを得、現象の早急な詳細解明を行うこと、さらに、現存のマイクロ波源の一層の短パルス化を行うための技術開発を行うことであった。これらを用いて光子加速の基礎的な物理現象を明らかにすることであった。この目標に向かって、まず真空装置の大型化を行った。

現存は長さ60cmであったが、今回あらたに1m長の真空装置をつなぐことが出来、合計1.6m長のプラズマ発生装置ができあがった。この結果、光子加速の本質的な原因と考えられていた、(1)強力なマイクロ波による電離の現象と、(2)入射電磁波の境界による強い反射が存在するために起きる定在波による現象との識別が出来るようになった。いずれの場合も約2MHz程度の光子加速の現象は発生するが、大きな違いは、高周波成分の発生(9GHzに対し,+620MHzのド-タ波の発生)が顕著な場合(電離がない(1)の場合)と高周波成分の発生は顕著には現れない場合(電離を伴う(2)の場合)があることが明らかになり、現象の本質的な解明が出来た。高周波成分はアンテナ直前のプラズマが動重力により、押し出されることによるイオン波周波数程度の密度変動の発生とその密度変動により電磁波が偏重を受けたことによる周波数上昇(up-shift)であることが明らかになった。なお、レーザープラズマ相互作用を用いたレーザー航跡場加速の場合にも光子加速現象は発見されているが、このような詳細な現象の解明はレーザーを使用したのでは極めて困難であり、従来は報告例がない。本研究で始めて明らかにされた。この現象は現在マイクロ波領域における高周波発生の機構として利用できる可能性が明らかになり、今後の応用も期待されている。