hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トーラスプラズマ合体を用いた駆動型磁気リコネクションの実験的検証

基盤研究(c)の研究計画に従い、分解能を1cmまで高めた磁気計測とイオン温度計測を駆使してX点領域の電流シートの電流分布やイオンラ-マ半径を詳細に計測した。その結果、電流シート幅が圧縮されてイオンのラ-マ半径を下回ると、電流シートの抵抗が急増し、さらにイオンも異常加熱される現象が明らかになった。これにより、イオンラ-マ半径を低下させるXラインに平行な磁場の印加による磁気リコネクション速度の低下(3成分磁気リコネクション効果)や、外部駆動力による電流シート幅の圧縮による同速度の向上(駆動型磁気リコネクション効果)が統一的に説明できた。米国側からも日本へ山田らを招へいして、TS-3実験と理論、計算機シミュレーションの対応について検討を行ない、それらが良く一致することを明らかにした。一方、、米国側MRX実験は、日本側から桂井、小野らを派遣して合体実験のソフトウエアやノウハウを移転したことによって、運転を本格化することができた。TS-3実験とは異なるスフェレータ運転により磁気リコネクションの3成分磁気リコネクション効果を磁気計測主体に検証した。その結果、Xライン磁場の有無によってOポイントやYポイントがそれぞれ生成され易くなることが判明した。以上の成果は、IAEA国際会議や1996年米国物理学会プラズマ物理部門の招待講演などを通じて公表した他、Physics of Plasmas誌の招待論文への掲載が決定している。本年度は、進展しているTS-3、MRX両プラズマ合体実験の結果を、互いに、或いは理論、計算機シミュレーションと比較、検討する形で相互協力を行った。4回の国際会議での成果公表や、3回の相互訪問の際、両実験グループにプリンストン大学、核融合科学研究所、テキサス大学理論グループ等を加えた討論を行った。電流シート幅がイオンラ-マ半径を下回ることにより磁気リコネクションの異常拡散やイオン異常加熱が引き起こされるとのTS-3実験結果は、核融合科学研究所やテキサス大学のマクロ粒子シミュレーション結果に定性的によく一致することが判明した。イオンの磁化運動が非磁化運動に転移する時点で何らかのミクロ不安定が発生し、異常拡散とイオン加熱を引き起こされることが結論された。これにより、外力によってシートを圧縮しても、小さなXラインに平行な磁場成分の印加でイオンラ-マ半径を大きくしても、リコネクション速度は向上するとの駆動型磁気リコネクションの3成分磁場効果のメカニズムを明らかになった。MRX実験によるYポイントやOポイントの形成などについても、Xラインに平行な磁場成分の効果によって電流シートに磁気島が形成されやすい点がリコネクション速度の低下につながる点が双方の実験、シミュレーションで判明した。
地域密着型クリニックを拠点とする運動器不安定症高齢者の運動支援プログラム開発

運動器不安定症高齢者の転倒を予防し、ADLを維持向上させるプログラムを開発するため、半年間の在宅トレーニングで自覚されるADLと歩行動作解析による体力測定値を介入前後で比較した。足関節可動域の変化量は、介入群がコントロール群と比較し有意な改善を認め、介入群では5m速歩時間、TUGで有意な改善を認めた。介入群はトレーニング頻度、ADL改善の自覚割合が高くドロップアウトが少なかった。そこでさらに有効な歩行動作のフィードバック方法を修正後、介入したところ、転倒につながる「つまさきのあがり」「かかとのあがり」、重心動揺で有意な改善を認め、要介護の移行防止が期待できる運動継続支援プログラムが開発できた。本研究の目的は、バランス能力および移動歩行能力の低下から、閉じこもりや転倒リスクの高い状態にある運動器不安定症高齢者の転倒・骨折リスクの軽減、要介護への移行防止である。全体的構想として、我々が現在開発中である、在宅バランストレーニングの継続支援プログラムに関する汎用版の開発と実用化の検討、および完成したプログラムを全国規模で運用し、その普及を図ることを目標とする。本研究の実施計画は、大きく2段階に分類され「第1段階」では、運動器不安定症呼応礼者に対する運動継続支援プログラムの汎用版開発と実用化の検討を図る。また、「第2段階」では、完成版(汎用版)運動継続支援プログラムの大規模運用とその最終評価を行う。またプログラムの全国的普及に向け広報活動を行い、その影響を評価する。平成24年度は、現行プログラムの介入後、分析内容の中間評価を行い、汎用版プログラムを完成させる時期に位置づけられる。具体的な実施内容は以下1.平成24年4月から6月にかけて、対象者選定を進め、7月から6ヶ月間のプログラム介入を実施した。2.介入終了後、動作解析装置を用いた歩行動作測定データを分析し、歩行状態の視覚的フィードバックが対象者の運動継続意欲向上にどのように影響しているか検討した。3.第2段階開始に向け、トレーニングによる対象者の主観的なADL改善の自覚と関連性の高い、客観的な測定項目を抽出し、より簡便な測定で、より効果の高いフィードバックにつながるよう検討した。本研究の実施計画は、大きく2段階に分類され、「第1段階」では、運動器不安定症高齢者に対する運動継続支援プログラムの汎用版開発と実用化の検討を図る。また、「第2段階」では、完成版運動継続支援プログラムの大規模運用とその最終評価を行う。またプログラムの全国的普及に向け、広報活動を行い、その影響を評価する。平成25年度は、前年度に実施した介入の分析結果をもとに、修正プログラムを用いて第2段階の介入を実施した。平成26年4月現在、介入期間が終了したところであり、今後、分析評価を行う予定である。具体的な実施内容は以下のとおりである。1.平成25年10月から6ヶ月間のプログラム介入を実施した。2.動作解析装置による歩行状態の視覚的フィードバックをより効果的なものにするため、1撮影方法の変更2測定から結果説明までの期間短縮を新たに取り入れた。3.結果説明時、集団でのトレーニングを取り入れた。本研究の実施計画は、大きく2段階に分類され「第1段階」では、運動器不安定症高齢者に対する運動継続支援プログラムの汎用版開発と実用化の検討を図る。また「第2段階」では、完成版(汎用版)運動継続支援プログラムの大規模運用とその最終評価を行う。平成23年度は「第1段階」にあたり、プログラム介入のための準備期間に位置づけられる。具体的な実施内容は以下の3点である。1.本研究の目的である、歩行状態の視覚的フィードバックが運動継続意欲の向上に影響する効果を検証するため、デバイスとなる動作解析装置の選定を入念に行い購入した。2.プログラム介入期間中、体力測定時の事故防止のための補助者、介入終了時のインタビュー調査実施時に必要となる人材を十分に確保するため、研究担当者のリクルートを行い、新たに協力メンバーが加わった。3.協力施設を募るため、地域密着型クリニック院長に対して、研究協力の依頼活動を行った。

平成24年6月の介入開始に合わせ、順次、対象者の選定を実施する予定である。本研究の目的は、運動器不安定症高齢者の転倒・骨折リスクの軽減、要介護への移行防止である。現在開発中の在宅バランストレーニング継続支援プログラムに関する汎用版の開発と実用化の検討、完成版の全国規模での運用、普及を目標とした。「第1段階」では汎用版開発と実用化、「第2段階」で完成版の大規模運用と最終評価を行う予定であったが、「第1段階」実施による課題修正、評価までとなり、全国規模での運用には至らなかった。1.第1段階では6ヶ月間のプログラム介入を実施した。トレーニング継続者(週5日以上)の割合は、介入群のうち68%、コントロール群のうち53%であった。開眼片足立ち時間、5m速歩時間は介入群で有意な改善を認めた。歩行解析項目は、両群とも変化量に有意差を認めなかったが、介入群は「一歩行周期」「つまさきのあがり」の変化量改善割合が50%以上とコントロール群より高かった。ADL状況は、介入群で「階段くだり」「階段のぼり」「登り坂歩行」の順に改善の自覚割合が高く、看護師の定期的なADL改善状況の振り返りが、対象者の自覚を忠実にとらえることが示唆された。さらに効果的な解析結果のフィードバック方法が検討課題となった。2.第2段階の実施に向け、1動作解析の撮影方法変更2測定結果説明の期間短縮3結果説明時の集団トレーニングフォロー実施を新たに取り入れ、同期間の介入を実施した。トレーニング継続者は、歩行解析項目のうち「つまさきのあがり」「かかとのあがり」で有意な改善を認め、重心動揺において、開眼外周面積、開眼単位軌跡長で有意な改善を認めた。また介入後の歩行速度は、介入前と比べ、およびトレーニング頻度が週5日未満の者に比べ有意に改善を認めた。頻度に関わらず転倒は生じたが骨折には至らなかった。以上より、本プログラムは継続によって要介護への移行防止が期待でき、今後さらなる規模を拡大し、検証と実用化を進めたい。臨床看護学3次元動作解析装置の購入時期が当初の予定より遅延したため、協力施設との日程調整、研究分担者との事前準備、詳細打ち合わせ等に影響し、第1段階のプログラム介入開始時期に遅れが生じた。使用機器の選定、購入が当初の予定より遅延したため、第1段階のプログラム介入時期に遅れを生じたことから、第2段階の介入時期も同様に遅れた。本研究の重要なポイントとなる3次元動作解析装置に関して、機器選定を入念に実施したため、購入時期が当初の予定より遅れてしまったため。代表者の異動に伴い、新たなフィールドの開拓に時間を要し、また、研究分担者との専門会議開催に関する日程調整にも困難を生じたため。平成25年6月より9ヶ月間、選定施設の対象者へ汎用版プログラム介入を実施し、介入終了後、データ分析を行い最終評価を行った上で、完成版プログラムの普及広報活動を行う予定である。
高速流動研磨を用いた差圧式流量計絞り機構部分の内径コントロール

差圧式流量計の絞り機構部分に用いられているオリフィスプレートを,高速流動研磨装置を用いて精密に研磨することを試みた.試料にはφ10mm, t=0.5mmのSUS304板の中心に,最も内径の小さい部分(A面側)で,400,300,80μmとなるようにプレスで加工したものを用いた.断面形状は,A面からB面にかけて,直線部分と穴径が拡大している部分があり,B面に近づくにつれてその拡大の度合いは大きくなる.また,穴径が異なっていても,流量特性に差が出ないよう相似形になるように加工してある.実験は,各内径のオリフィスプレートに対して,平均粒径5.5μmの砥粒を用い,砥粒濃度2.03vol%,研磨圧力1.98MPa,パス回数110回として行った.スラリーの注送は穴形状を保つことを考慮し,B面側からのみ注送した.実験後の試料の評価については,加工後のオリフィスプレートを放電加工機を用いて,穴の中心を通るように切断し,SEM観察と表面粗さの測定を行った.さらに,それぞれの試料に対しN^2ガスを流して流量特性を計測した,その結果,パス回数が増加するにつれて拡大形状部分の表面粗さは低減するが,直線部分においては,過度のパス回数は内壁面の性状を悪化させることがわかった.ガス流量の測定では,穴形状が損なわれた試料に対して,明確な流量特性の違いが見られ,研磨の適否が判断されることがわかった.本実験の目的は,オリフィスプレート穴内壁面の粗さの低減を行い,形状を損なわずに真円度を保ったまま内径をコントロールすることである.表面粗さについては低減させることが出来たが,内径のコントロールに関しては,穴形状の変化様態を考慮して,最適な研磨条件を決める必要があり,今後の課題である.尚,本研究の内容に関しては,精密工学会誌に論文を投稿中である.差圧式流量計の絞り機構部分に用いられているノズルを,高速流動研磨装置を用いて精密に研磨することを試みた.試料にはφ10mm,t=0.5mmのSUS304板の中心に,最も内径の小さい部分(A面側)で,400,300,80μmとなるようにプレスで加工したものを用いた.断面形状は,A面からB面にかけて穴径が少しずつ拡大しており,その拡大の度合いはB面に近づくにつれて大きくなるように設計してある.また,穴径が異なっていても,流量特性に差が出ないよう相似形になるように加工してある.試料内壁部分を光学顕微鏡で観察してみると,プレス加工痕と思われる鱗状の痕が残っており,汚染物質の付着による流量精度の悪化や,残留応力の影響が予想される.これらの影響をなくすためにも研磨が必要であると考えられる.基礎実験として,試料を取り付けられるジグを作成し,既存の装置に装着して研磨実験を行った.実験は,平均粒径20μmの砥粒を用い,砥粒濃度3.44vol%,研磨圧力4.9MPa,パス回数10回で行った.その結果,試料内壁には局所的に除去されている部分があり,均一な研磨がなされていない事がわかった.また,表面粗さに関しても,同様の理由から場所によって値が異なる事がわかった.この原因として,加工液の流速が大きすぎること,試料を取り付ける部分の形状が加工液を集中的に送り込めていないことが考えられる.これらを考慮して,新たにジグを製作し直し,実験条件を最初の実験より小さな値を用いて実験を行った.しかしながら,形状の変化は小さくなったものの,内壁全体を均一に研磨することは出来なかった.本実験の目的は,粗さの低減を行い,ノズルの開き角度およびノズルのエッジ部分の形状を損なわずに真円度を保ったまま内径をコントロールすることであるが,目標とする実験結果を得るために,更なる装置の改良と実験条件の選定が必要である.差圧式流量計の絞り機構部分に用いられているオリフィスプレートを,高速流動研磨装置を用いて精密に研磨することを試みた.試料にはφ10mm, t=0.5mmのSUS304板の中心に,最も内径の小さい部分(A面側)で,400,300,80μmとなるようにプレスで加工したものを用いた.断面形状は,A面からB面にかけて,直線部分と穴径が拡大している部分があり,B面に近づくにつれてその拡大の度合いは大きくなる.また,穴径が異なっていても,流量特性に差が出ないよう相似形になるように加工してある.実験は,各内径のオリフィスプレートに対して,平均粒径5.5μmの砥粒を用い,砥粒濃度2.03vol%,研磨圧力1.98MPa,パス回数110回として行った.スラリーの注送は穴形状を保つことを考慮し,B面側からのみ注送した.実験後の試料の評価については,加工後のオリフィスプレートを放電加工機を用いて,穴の中心を通るように切断し,SEM観察と表面粗さの測定を行った.さらに,それぞれの試料に対しN^2ガスを流して流量特性を計測した,その結果,パス回数が増加するにつれて拡大形状部分の表面粗さは低減するが,直線部分においては,過度のパス回数は内壁面の性状を悪化させることがわかった.ガス流量の測定では,穴形状が損なわれた試料に対して,明確な流量特性の違いが見られ,研磨の適否が判断されることがわかった.本実験の目的は,オリフィス

プレート穴内壁面の粗さの低減を行い,形状を損なわずに真円度を保ったまま内径をコントロールすることである.表面粗さについては低減させることが出来たが,内径のコントロールに関しては,穴形状の変化様態を考慮して,最適な研磨条件を決める必要があり,今後の課題である.尚,本研究の内容に関しては,精密工学会誌に論文を投稿中である.
金融工学的手法による原子力発電リプレースの経済性分析

本研究では,不確実性下での投資決定理論のフレームワークにより,原子力発電リプレースプロジェクトの経済性評価モデルの構築を行った.本評価モデルを用いることによって,不確実性が,どのように既存プラントの廃止措置や新規プラント設置のそれぞれの時期に影響を及ぼすかを示した.さらに,不確実性が大きくなるにしたがい,既存プラントの廃止措置,設備更新の機会は減少するものの,リプレースを選択する機会が増加することが明らかとなった.本研究では,不確実性下での投資決定理論のフレームワークにより,原子力発電リプレースプロジェクトの経済性評価モデルの構築を行った.本評価モデルを用いることによって,不確実性が,どのように既存プラントの廃止措置や新規プラント設置のそれぞれの時期に影響を及ぼすかを示した.さらに,不確実性が大きくなるにしたがい,既存プラントの廃止措置,設備更新の機会は減少するものの,リプレースを選択する機会が増加することが明らかとなった.金融工学的手法であるリアルオプションを用いた原子力発電リプレースの経済性分析に向けて、平成21年度は査読付き論文1件、図書1件および24件の学会・国際会議発表を行った。本研究課題の成果は以下のとおりである.既存の原子力発電プラントの廃止措置の意思決定は、新規設置プラントの建設投資から操業し、収益が得られたときの価値、すなわち、新規設置プラント自体の価値が既知の状態で行われる。本研究では、これをリプレースの意思決定問題として定式化を行い、本年度は、その基本モデルを構築した。本研究の評価モデルは、廃止措置オプションと新規設置オプションの複合モデルという特徴を有しおり、今後の拡張のために、解析的だけではなく、数値的アプローチからも解を求めることが可能となるように研究を遂行し、その結果、両方のアプローチから解を得られることを確認した。本年度では、このように解を得ることが可能なモデルの構築を行い、今後の拡張モデルの構築、具体的には、リプレースと寿命延伸の選択や、計画外停止の不確実性を付加させることを考えた。また、本モデルを用いることにより、原子力発電プラントリプレースの意思決定に対する電力価格の不確実性やトレンド、または、廃止措置期間の影響について分析を行った。これらの研究成果は、Energy Policyに掲載されたことや、リアルオプション国際会議、米国オペレーションズ・リサーチ/経営科学学会(INFORMS)、日本オペレーションズ・リサーチ学会、日本リアルオプション学会等の国内外の学会・国際会議において発表され、有益な成果が得られたものと考えられる.金融工学的手法であるリアルオプションを用いた原子力発電リプレースの経済性分析に向けて,平成22年度は査読付き論文5件,図書1件および16件の学会・国際会議発表を行った.本研究課題の成果は以下のとおりである.前年度同様に,リプレースプロジェクトに注目し,既存プラントの廃止措置時点と新規プラントの設置投資時点にタイム・ラグ(すなわち,有限な廃止措置期間)や新規プラントの設置期間が存在するときの状況を考慮したモデルの拡張を行った.本研究では,準解析解の導出とモンテカルロ・シミュレーションによる解の導出を試み,同様の結果が得られることを確認した.本モデルによる主な分析結果は,プロジェクト価値に対するタイム・ラグと不確実性の影響が明らかになった点である.すなわち,将来の不確実性が大きい状況下では,リプレースプロジェクト価値に対するタイム・ラグの影響が小さいことがわかった.これらの研究成果は,日本原子力学会論文誌やReview of Financial Economicsに掲載されたことや,リアルオプション国際会議米国オペレーションズ・リサーチ/経営科学学会(INFORMS),日本オペレーションズ・リサーチ学会,日本リアルオプション学会等の国内外の学会・国際会議において発表され,有益な成果が得られたものと考えられる.金融工学的手法であるリアルオプションを用いた原子力発電リプレースの経済性分析に向けて,平成23年度は査読付き論文1件,図書1件および17件の学会・国際会議発表を行った.本研究課題の成果は以下のとおりである.前年度は,リプレースプロジェクトの評価モデルの精緻化として,既存プラントの廃止措置時点と新規プラントの設置投資時点にタイム・ラグ(すなわち,有限な廃止措置期間)や新規プラントの設置期間が存在するときの状況を考慮したモデルの拡張を行った.今年度は,リプレースの意思決定のみならず,廃止措置や設備更新の意思決定が存在するときの問題に関するモデル構築及び分析を行った.基本ケースにおいて,売電価格の水準に依存し,廃止措置,リプレース,設備更新,リプレースをそれぞれ実行する4つの領域に併せて,廃止措置,もしくはリプレースを選択する領域とリプレース,もしくは設備更新を選択する領域の7つの領域が存在することが明らかとなった.これらの領域に対し、不確実性や費用の影響について分析を行った.その結果,不確実性が大きくなるにしたがい,廃止措置,設備更新の機会は減少するものの,リプレースを選択する機会が増加することが明らかとなった.これは,リプレースという意思決定の他に,廃止措置,設備更新が存在することから,これらの意思決定に対して相互作用がはたらき,個々の意思決定を単体で考えたときと異なる結果になったと考えられる.また,設備更新費用の増大により,設備更新を選択する機会は減少するものの,リプレースを選択する機会は大きく増加することがわかた.これらの研究成果は,日本リアルオプション学会論文誌に掲載されたことや,国際エネルギー経済学会(IAEE),米国オペレーションズ・リサーチ/経営科学学会(INFORMS),日本オペレーションズ・リサーチ学会,日本リアルオプション学会等の国内外の学会・国際会議において発表され,有益な成果が得られたものと考えられる.
ヒト化マウス作製技術により明らかにする脳神経系発生発達多様性の分子的基盤

脳神経系発生発達の多様性は、ゲノムの個体差を基に、環境因子の影響が加わって生み出されると考えられる。そのような「個性創発」メカニズムを客観的・科学的に理解することを目指す本研究領域において、ヒトでは計測できないゲノム改変による脳活動・行動様式の変化を検証可能なモデル動物は重要な役割を担う。特に遺伝学の基盤が充実しているマウスに関しては、近年のゲノム編集技術の進展により、短期間で遺伝子改変個体を作製可能になった。本課題では、最先端のCRISPR/Cas9システムを駆使して、以下の研究と支援を行った。(1)社会性行動を促進的に制御することが知られるオキシトシンは、脳内に広く分布するオキシトシン受容体を介して、神経細胞の機能を修飾する。オキシトシン受容体遺伝子のイントロン配列内にある一塩基多型が、社会性行動の多様性と関連することが盛んに報告されているが、その神経科学的メカニズムは謎のままである。イントロン配列の個体差と受容体発現様式・社会性行動との関わりを探るためのツールとして、マウス受精卵を用いたゲノム編集によりオキシトシン受容体遺伝子座を「ヒト化」したマウス作製を試みた。まず、マウス遺伝子座を完全に欠損した個体を作出し、fusional PITCh法によりヒト遺伝子座のノックインを試みている。後半の研究期間では、このヒト化マウスを用いた解析を進める。(2)受精卵を用いたゲノム編集による遺伝子改変マウス作製は、従来のES細胞を用いる方法と比べると格段に速く、低コストである。2年間の研究期間内に、5件以上の領域内研究課題に対して、マウスモデルを迅速に提供し、領域内研究の推進を支援した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。「個性」を客観的・科学的に理解することを目指す本領域の中で、本研究では「個性」の客観的指標のひとつとなりうるautistic-like traits(閾値下の自閉症的行動特性)に関わる遺伝子座に着目し、ゲノム編集技術を駆使して「ヒト化マウス」を作製する。これは、ヒトでは計測できないゲノム改変による脳活動・行動様式の変化を検証可能な齧歯類モデルとして有用であると期待される。本研究ではオキシトシン受容体遺伝子座に着目している。神経伝達物質としてのオキシトシンは、脳内に広く分布するオキシトシン受容体を介して社会性行動に関わることが知られているが、受容体蛋白質に対する高い特異性を持つ抗体が市販されておらず、また、mRNAの分布を検出するin situ hybridization法も複数の研究室で試されたが成功していないため、そもそも、マウス脳内での受容体発現パターンを正確に把握する必要があった。このような場合、自己切断ペプチド2Aを利用して、標的遺伝子と共にGFP/RFPなどの蛍光蛋白質を発現させるノックインマウスが有効である。今年度は、CRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて、オキシトシン受容体遺伝子座に2A-EGFPあるいは2A-(多重化RFP)を挿入したノックインマウス作出に成功し、内在性受容体発現を明瞭に可視化することができた。また、ゲノム編集とBAC(細菌人工染色体)を併用して、マウス・オキシトシン受容体遺伝子をノックアウトすると同時に、ヒト・オキシトシン受容体遺伝子座を丸ごとノックインする「ヒト化マウス」作製も進めている。以上のような研究に加えて、領域内の技術支援として、マウス受精卵を用いたゲノム編集による遺伝子改変マウス作製を多数行い、連携研究者へ提供した。社会性行動に関わる遺伝子座として、オキシトシン受容体遺伝子に着目し、ゲノム編集によりノックインマウスを作製して、脳内での受容体発現パターンの可視化に成功した。また、マウス遺伝子をノックアウトすると同時にヒト遺伝子を丸ごとノックインして、ヒト型プロモーター・エンハンサーによる遺伝子発現制御を保持する「ヒト化マウス」作製にも取り組んでいる。今年度は、論文報告があるヒトBACノックイン法を試したが、効率が悪く、ヒト化マウス作出には至らなかった。一方で、領域内の技術支援として、マウス受精卵を用いたゲノム編集による遺伝子改変マウス作製を多数行い、連携研究者へ順調に提供できている。

(2)受精卵を用いたゲノム編集による遺伝子改変マウス作製は、従来のES細胞を用いる方法と比べると格段に速く、低コストである。2年間の研究期間内に、5件以上の領域内研究課題に対して、マウスモデルを迅速に提供し、領域内研究の推進を支援した。オキシトシン受容体遺伝子座を「ヒト化」したマウス作製については、現在、ヒトBACをベースとして新たな方法でターゲティングベクター作製に取り組んでいる。また、マウス受精卵内でより効率良くゲノム編集を行うために、CRISPR/Cas9ツールを受精卵に導入後、数日間培養した胚盤胞を用いてゲノム切断効率を調べ、最もよく切れるCRISPRツールを予め選んでおくことにより、ヒト化マウス作製を進める。以上のような研究に加えて、引き続き、領域内の連携研究者の要望に応じて、マウス受精卵を用いたゲノム編集による遺伝子改変マウス作製を行い、提供する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
励磁機なしブラシレス交流発電機の開発研究

1.コンデンサ励磁ブラシレス自励形単相同期発電機の最適設計の研究有限要素法による磁界解析手法として、発電機各部の電流値を未知数とした電圧方程式を離散化し、ポアソンの方程式との連立方程式を解き、磁束分布と各電流を同時に解析できる計算法を開発した。これにより、計算時間、精度共に改善され、空間高調波、鉄心の飽和を厳密に考慮することが可能となった。その結果、コンデンサ励磁回路の第3調波同調時における自励発電の様子が明確にされ、最適構造に対する有力な設計指針を得ることができた。2.インバータによる無効電力調整かご形誘導発電機の開発研究60年度購入のGTOサイリスタ・ダイオードでGTOサイリスタインバータを試作、インバーターかご形誘導発電機システムを構成し、このシステムの特性を理論と実験により解明した。インバータにパルス幅変調を適用し、誘導機電流を正弦波化することにより、特性の大幅な改善が可能であることが判明し、パルス幅変調の有用性が確認された。3.固定子直流励磁ブラシレス三相および単相同期発電機の最適設計の研究60年度設備備品として購入した励磁機なしブラシレス2極同期発電機について、さらに発電特性の詳細な解明を行った結果、4個の回転子突極界磁コイルにダイオードを接続して半波整流回路とする本発電機において、単相機の場合、ダイオードを1個除去することによって固定子直流励磁一定でも自動的に平複巻特性となる特長が明白にされた。また、この界磁回路方式の場合に固定子の2極負荷巻線と4極励磁巻線の角度によってもその特性は大幅に変化し、適切な角度により良好な定電圧特性となることが判明した。4.かご形誘導発電機の最適制御法の研究マイコン制御GTO電圧形インバータから発電機に必要な無効電力を供給し、直流入力側に負荷を接続する方式について、基礎的実験資料を得た。1.固定子直流励磁ブラシレス三相同期発電機の開発研究昭和60年度設備備品として励磁機なしブラシレス2極三相同期発電機を特別発注で製作すると共に、60年度設備備品として購入したアナライジングレコーダを用いて、発電機波形の観測および特性の詳細な検討を行った。その結果、2極三相主巻線とは別に施した4極直流励磁巻線には回転子界磁電流の交流分によって交流電圧が誘導するが、励磁巻線に並列にダイオードを接続することにより、固定子直流制御電流のリプルが軽減され励磁効果が増大することが確認された。2.有限要素法による固定子直流励磁ブラシレス三相同期発電機の磁界解析発電機各部電流の瞬時値を実測、その値を用いて各回転角に対する内部の磁束分布図を描き、最適構造の研究を行った。本発電機は固定子に主巻線とは極数の異なる直流励磁巻線を施し、回転子は各極界磁巻線にダイオードを接続してブラシレス構造とするもので、有限要素法による解析の結果、励磁巻線による静止磁界は回転子界磁電流の交流分によってほとんど打消され、通常の同期発電機と同様な磁束分布図を示すことが明確にされ、発電機の最適構造に対する有力な設計指針を得ることができた。3.固定子直流励磁ブラシレス単相同期発電機の開発研究上記の試作2極三相発電機を用い、2極単相発電機として発電特性の詳細な検討を実験により行った。

種々の回転子界磁回路方式についての特性比較を行った結果、界磁回路の適切な選定により、負荷電流に比例した直巻効果が加わり、固定子直流電流一定でも自動的に平複巻特性となり、出力波形も良好であることが確認され、その有用性が明らかになった。現在、コンデンサ励磁ブラシレス自励形単相同期発電機およびインバータによる無効電力調整かご形誘導発電機について、特性の基礎実験に取り掛かっており、61年度も継続して行う。
メニエール病の病因としてのアレルギーの関与に関する研究

メニエール病の病理組織学的特徴は内リンパ水腫であり、アレルギー・自己免疫・ウイルス・遺伝・水代謝異常など種々の因子が原因として考えられている。吸入アレルゲンや食物アレルギーに起因するメニエール病患者とアレルギーに関する臨床症例についての報告がなされている。本研究では全身感作によるI型アレルギー性内リンパ水腫動物を作成し、内リンパ水腫形成へのアレルギー関与の分子生物学的な病態解明を目的とした。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作アレルギーモデル動物を作成し、形態学的に標本作製の過程で脱水処理等の操作を必要としないimaging画像撮影手法について検討した。光干渉断層像(Optical Coherence Tomography, OCT)は赤外光を用いて非侵襲的に生体組織などの不透明な構造物の断層画像を得る方法である。OCT画像にてアレルギー性内リンパ水腫形成されていることを確認した。肥満細胞のケミカルメディエーターであるヒスタミン及びロイコトリエン受容体の内耳における局在について免疫組織化学的に検討した。内リンパ嚢においてヒスタミンH1,H2,H3の各レセプター、ロイコトリエンCysLT receptor type 1のレセプターの局在を免疫染色により確認した。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作後、ロイコトリエン受容体及びヒスタミン受容体の内リンパ嚢での定量的研究をウエスタンブロット法にて検討したが、再現性のある結果を得ることはできなかった。しかしながら蝸牛血管条の基底細胞にロイコトリエンCysLT receptor type 1のレセプターの局在を免疫染色により確認した。このことより血管条においても内リンパ嚢と同様、内耳の免疫反応機構を担っている可能性があると考えられた。メニエール病の内耳では病理組織学的には内リンパ水腫が生じていることが広く知られているが、その病態については解明されていない点も多い。またメニエール病の原因としては、アレルギー・自己免疫・ウイルス・遺伝・水代謝異常など種々のものが考えられており、多因子疾患として病態の解明を目指した研究がすすめられている。正常内耳では内リンパ嚢が内耳の免疫反応機構を担うものと考えられている。実際にモルモットの内リンパ嚢への直接抗原刺激による実験的内リンパ水腫の報告がある。方法論としては内耳の局所感作よりも全身感作の方が抗原提示は容易であることから、実際の臨床においてメニエール病の原因となる可能性がより高いと考えられる。本研究では全身感作によるI型アレルギー性内リンパ水腫動物を作成し、内リンパ水腫形成へのアレルギー関与の分子生物学的な病態解明を目的とする。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作アレルギーモデル動物を作成し、形態学的にアレルギー性内リンパ水腫形成がされているかについて検討する。また肥満細胞のケミカルメディエーターであるヒスタミン及びロイコトリエン受容体の内耳における局在について免疫組織化学的に明らかにする。ヒスタミンはH1,H2,H3の各レセプター、ロイコトリエンはCysLT receptor type 1の関連が考えられる。ヒスタミンはH1,H2,H3の各レセプター、ロイコトリエンはCysLT receptor type 1の蝸牛及び内リンパ嚢における局在を免疫染色により確認した。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作アレルギーモデル動物を作成し、アレルギー性内リンパ水腫形成を確認する。これまで内耳形態学的検討手法では深麻酔下にホルマリンで経心灌流後側頭骨を採取、ホルマリンでの浸漬固定後にEDTAにて脱灰し、切片を作成、HE染色し、光学顕微鏡にて内リンパ水腫形成を確認していたが、HE標本は生体組織ではないこと、標本作製の際のアーチファクトが少なからず見られることなどの問題があった。そこで本研究では従来のHE標本による検討手法に加え、標本作製の過程で脱水処理等の操作を必要としないimaging画像撮影手法についても検討することとした。光干渉断層像(Optical Coherence Tomography, OCT)は、赤外光を用いて非侵襲的に生体組織などの不透明な構造物の断層画像を得る方法である。OCT画像ではにより蝸牛の骨壁だけでなく、その内部構造、ライスネル膜、らせん靱帯、コルチ器、基底板が観察され、HE標本で見られるのと同様の形態が認められた。

OCT画像にてアレルギー性内リンパ水腫形成されていることを確認した。肥満細胞のケミカルメディエーターであるヒスタミン及びロイコトリエン受容体の内耳における局在について免疫組織化学的に検討した。内リンパ嚢においてヒスタミンH1,H2,H3の各レセプター、ロイコトリエンCysLT receptor type 1のレセプターの局在を免疫染色により確認した。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作後、ロイコトリエン受容体及びヒスタミン受容体の内リンパ嚢での定量的研究をウエスタンブロット法にて検討したが、再現性のある結果を得ることはできなかった。しかしながら蝸牛血管条の基底細胞にロイコトリエンCysLT receptor type 1のレセプターの局在を免疫染色により確認した。このことより血管条においても内リンパ嚢と同様、内耳の免疫反応機構を担っている可能性があると考えられた。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作アレルギーモデル動物を作成し、OCT画像を用いて、アレルギー性内リンパ水腫形成を確認する。HE標本との差異について検討を加えアーチファクトが認められないことによる正確な内リンパ水腫の測定が可能であるかを確認する。OCTでは標本を動かすことにより、任意の断面像を得ることができるのでより詳細な水腫の観察が可能となることが推察される。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作後、内リンパ嚢内腔へ出現する肥満細胞のケミカルメディエーターであるロイコトリエン受容体(CysLT1,CysLT2)及びヒスタミン受容体(H1,H2,H3,H4)の内耳及び内リンパ嚢での定量的研究を行う。ウエスタンブロット法にてロイコトリエン及びヒスタミン受容体のタンパク発現量を定量し、コントロール群と比較検討する。先行研究において我々はロイコトリエン受容体拮抗剤及び第2世代抗ヒスタミン剤により内リンパ水腫の軽減を実験的に証明している。さらに本研究では次年度以降、ロイコトリエン受容体拮抗剤及び第2世代抗ヒスタミン剤により内耳及び内リンパ嚢での影響を分子細胞生物学的に解明する。2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作アレルギーモデル動物にロイコトリエン拮抗薬および抗ヒスタミン剤をDNP-BSA投与1時間前に投与後し、DNP-BSA投与1時間後に採取した組織を用いてウエスタンブロット法にてロイコトリエンとヒスタミン受容体のタンパクの発現量を2,4-dinitrophenylated(DNP) Ascarisによる全身感作アレルギーモデル動物と比較検討する。アレルギー性内リンパ水腫モデル動物の形態評価法に関して当初の計画よりも進捗状況に遅れが生じ、国際学会等での発表に至らなかったため、当該助成金にわずかながら余剰が生じた。
マイニング技術を応用した著者推定法の開発とディケンズ・ジャーナルの計量文体研究

本研究では,様々なマイニング手法を比較検討することにより,検出力の優劣や適性をメタ分析によって考察し,精度の高い計量文体学的著者推定方法論の確立を試みた。特に,共著テクストにおける文体変化に対する分析感度を最適化するために,テクストの分割サイズ,ステップサイズ,分析変数のタイプや項目数を変化させた条件下で,Support Vector Machine, Nearest ShrunkenCentroids, Naive Bayesなどデータマイニングで用いられている分類手法をテクストチャンクの著者推定に応用した。本研究で開発した解析法により極めて高い精度で著者交代の箇所の特定が可能となった。まず当研究の目的を達成するため,次の5段階の計画を立てた。(1)一次資料としてのディケンズ・ジャーナルコーパスの整備,テクスト処理実験の試行(2)統計学的文体分析アルゴリズムの研究およびRによる分析器プロトタイプ開発(3)さまざまな著者推定法,マイニング法によるデータ解析・視覚化,解析結果の比較検討(4)最適化した分析アルゴリズムによるコーパス分析結果の言語文化学的考察,有効性の検証(5)成果発表およびコーパス・文体研究用のWebアプリケーションの開発と公開。平成27年度は,上記の工程のうち(1),(2)を中心に計画を遂行した。まず,過去の研究課題で編纂・構築した大規模コーパス(総語数1,758万語)を基にテクスト処理実験を試行した。並行して,未整備のディケンズ週刊ジャーナルコーパスの編集構築を進めた。週刊ジャーナルコーパスの編集は,古書のスキャン画像をOCRで取り込んだデータを使用た。しかし,19世紀の古書画像の場合,飾り文字の使用や,印字画像の質が悪いものも数多く存在するなど,OCRを行う条件は過酷であり,手作業での修正作業を余儀なくされた。校正が済んだデータは文書電子化の国際互換規格であるText Encoding Initiative (TEI)P5に準拠した構造化マークアップを施した。他方,計量文体分析の実験を繰り返す過程でで,テクスト中のハイフネーション・綴字正書法の統一などを図った。綴字正書法の統一等に際しては,処理実験で使用する語彙頻度一覧作成プログラムや正規表現を活用することによって作業を効率化した。主成分分析,対応分析,SVM,Random forests等のツールに加えて,著者推定における識別力に優れている手法Burrows's Delta, Craig's Zeta等のアルゴリズムを研究し, Rで分析ツールの開発を行なった。計画している工程をほぼ予定通り実施しており,順調に進展していると判断できる。2年目までに行うことを予定していた工程をほぼ完了しており,その成果を上記の国際学会や研究集会において発表している。研究計画最終年度の平成29年度は,申請者がこれまでに活用してきた伝統的な多変量解析に加え,Latent Dirichlet Allocation (潜在的ディリクレ配分法;LDA)に基づくトピックモデリングを文体分析に応用する方法論を研究した。LDAは確率論に基づき,コーパス中の潜在的意味構造を発見,抽出する分析モデルである。本研究では,LDAをマクロ的なトピックから,ミクロ的なトピックまで様々なレベルの意味的特徴をモデリングするように最適化を行った。それにより,従来のテクストグループ間のクラスタリング,識別のよりどころとして機能語を中心とする高頻度語を変数とする分析モデルに,新たに意味的なパラミターを加える可能性を検討した。語彙項目とトピックの複雑な関係性をネットワークグラフで可視化する共に,トピックとテクスト,あるいは著者との関係性を同様にネットワークグラフで視覚化し,さらにはテクストごと,作家ごとのトピック濃度をヒートマップグラフによって提示することで,LDAが著者識別,著者推定にも応用できる可能性を示すことができた。また,分析手法間の検出度の差異や特徴を明らかにするために,先行研究において著者推定における有効性が示されているNaive Bayes Classfifierや,Nearest Shrunken Centroids法(Jockers & Witten, 2010),Support Vector Machine等の分類器のメタアナリシスを実施した。これらの研究成果は米国ウェストチェスター大学で開催された国際文体論学会PALA2017や,国際会議JADH2017,さらにはドイツ連邦ヴュルツブルクで行われたDARIAH-EU Expert Workshop on Distant Readingなどで発表した。今後の研究推進計画は以下の通りである。(1)パイロットスタディ実施:分析器プロトタイプを用いてサブコーパスの一部を解析するパイロットスタディを実施する。様々な分析手法の比較検討に基づいて,分析器ツールを修正・最適化し,Webアプリケーションの開発に着手する。パイロットスタディの成果は,国際会議Digital Humanities 2016のワークショップ,およびPALA2016において発表の予定である。これらの成果発表で2年目時点での研究計画の達成度を評価し,可能であれば3年目の計画を前倒しで進めたい。

(2)ディケンズ・ジャーナルコーパスの本格的分析,結果の文体論的考察,有効性検証:大規模コーパスの文体分析に最適化した分析プログラムを完成させ,本格的なコーパス分析研究を展開する。言語項目間の(共起)関係,テクスト間の関係,そして語彙項目の生起パターンとテクストとの相互関係を多次元空間に投影・視覚化する。一連の分析結果をディケンズの言語の内的変異及び19世紀英語発達の文脈の両面から捉え文体論的考察を展開する。(3)研究成果の総括,成果データ・コーパス・文体分析用Webアプリケーション公開:発展させた研究の成果をDigital Humanities 2017および,PALA2017またはICAME2017などで発表する。三年間の研究計画で得た成果をまとめ。研究計画の遂行過程で開発するコーパスや,著者推定アプリケーションは連携関係にある研究機関に所属するの研究者との共同研究に活用する一方で,専用の配信サーバを設置し,インターネット経由で利用可能な形態にして公開したい。これにより,他の研究者にこの研究資産を提供すると同時に,利用者からのフィードバックをコーパスや解析法の修正・改良に反映させて,質的により完成度の高い計量文体分析モデルの確立を目指す。今後の研究計画では,特に以下の2点について,実質的な成果を出すべく研究を進展させる予定である。1)ディケンズ週刊ジャーナルコーパスの本格的分析,結果の文体論的考察,有効性検証大規模コーパスの文体分析に最適化した分析プログラムを完成させ,本格的なコーパス分析研究を開始する。2)研究成果の取りまとめ,成果データ・コーパス・文体分析用Rスクリプトの公開コーパス文体論,デジタルヒューマニティーズ今年度の予算にてデータ入力用のラップトップコンピュータを購入する予定であったが,物品費,旅費,その他の支出が当初予定よりも大きくなった。研究計画遂行に必要とされるスペックを備えたコンピュータを購入するには予算が不足しており,今年度の購入を見送った。次年度は7月中旬にペンシルベニア州ウェストチェスターにて開催のPALA2017および,8月上旬にカナダ,モントリオールにて開催されるDh2017にそれぞれ出張を予定しており,出張のための予算を確保するために今年度の支出を抑えたため。繰越予算額(次年度使用額)と2016年度の助成金の一部を合算してデータ入力用のラップトップコンピュータを購入することを予定している。上記2学会への出張に充当する。
ピリジルアミノ化法を用いた精密人工複合糖質の作成

ニワトリ卵60個より定法に従いIgYを4g精製した。得られたIgYをサーモリシン消化(60°C,5時間)、続いてプロナーゼで消化(37°C,48時間)を行った。消化物をゲル濾過(Bio-Gel P-2,4.5 X 55cm)にて分離し,アントロン一硫酸法で陽性画分をとりグロコペプチド画分とした。得られたグリコペプチド画分をヒドラジン分解(100°C,10時間)、N-アセチル化、ピリジルアミノ化を行い、糖鎖を遊離・標識し、過剰の反応試薬はクロロフォルム抽出とゲル濾過で除いた。得られたピリジルアミノ化(PA-)糖鎖混合物を0.1M HCIで80°C40分間消化し、シアル酸を外した。さらにβ-ガラクトシダーゼ(jack bean)で加水分解し、アシアロ複合型の糖鎖の一部を脳特異的糖鎖(BA2)の構造に導いた。この標品中には他にも多くのPA-糖鎖が混合しているため、逆相HPLCで精製し、標準糖鎖であるBA2-PAと同じ位置に溶出された画分を分取して、精製されたBA2-PAを得た。分取したBA-2-PAを常圧、室温で3時間接触還元し、上清を濃縮乾固した。残査をヒドラジンで処理(70°C,2分)し、さらにゲル濾過(1X100cm)で精製し、1-アミノ-1-デオキシ誘導体にした。この化合物とホスファチジルグリコールアルデヒドを還元アミノ化反応を用いて結合させた。反応混合物をゲル濾過により精製して、目的の人工複合糖脂質を調製した。得られた人工複合糖脂質の構造は種々の構造解析法を行い確認した。
網膜移植した神経幹細胞の増殖・分化に影響を与える眼内因子についての研究

1)Ephサブクラス受容体型チロシンキナーゼ、そのリガンドのニワトリ網膜発生過程における発現パターンの解析Ephサブクラス受容体型チロシンキナーゼに属する5つの分子(Chick embryonic kinase (Cek4,Cek5,Cek7,Cek8,Cek9)について、ジゴキシゲニン標識RNAプローブを用いたin situ hybridization法により組織学的解析を行い、発生過程のニワトリ網膜において特徴的な発現パターンが示されることを報告した。さらにこれらのリガンドの発現パターンを、ニワトリ胚網膜およびその投射系である視蓋において、in situ hybridization法により調べ、その特徴的な発現パターンが示された。2)ラット網膜におけるの発現パターンの解析その発現より網膜の神経発生分化に重要な役割を果たしていると考えられるEphサブクラス受容体型チロシンキナーゼについて哺乳動物で移植実験に用いられているラットでの発現を調べるため、幼若ラット脳組織よりmRNAを抽出しRT-PCR法を行い、サブクローニング、前述のEphサブクラス受容体型チロシンキナーゼ分子のラットホモローグ(EphA3,4)を単離した。in situ hybridization法により、発生過程におけるその特徴的な発現パターンが示された。3)神経前駆細胞の培養GFP脳海馬組織由来神経前駆細胞(PZ5)の供与を受け、この継代培養法を確立中である。さらに、毛様体色素上皮から得られる網膜幹細胞についても解析を行なっている。この神経前駆細胞を既知の増殖因子とともにラット眼内へ移植し、網膜内における分化増殖機構を既知のマーカーを用いて観察中である。さらに実験数を増やし最適な移植条件を確立したのち、Eph分子の発現を解析する予定である。1)Ephサブクラス受容体型チロシンキナーゼ、そのリガンドのニワトリ網膜発生過程における発現パターンの解析Ephサブクラス受容体型チロシンキナーゼに属する5つの分子(Chick embryonic kinase(Cek)4,Cek5,Cek7,Cek8,Cek9)について、ジゴキシゲニン標識RNAプローブを用いたin situ hybridization法により組織学的解析を行い、発生過程のニワトリ網膜において特徴的な発現パターンが示されることを報告した。さらにこわらのリガンドの発現パターンを、ニワトリ胚網膜およびその投射系である視蓋において、in situ hybridization法により調べ、その特徴的な発現パターンが示された。さらにリガンド等についてもクローニングの予定である。3)神経前駆細胞の培養これまで報告にある脳海馬組織由来の神経前駆細胞の継代培養法を確立中である。今後、ラット眼組織を組織培養しその培養上清を継代培養した神経前駆細胞に加えた、その細胞の増殖能と形態変化を調べる。またこの神経前駆細胞を用いたラット眼内への移植実験および移植された移植細胞の運命を既知のマーカー及び2)で得られたマーカーを利用して解析する予定である。
原子位置分解能を有するテラヘルツ光分光

THz領域のSTM発光の検出の可能性を確認するため、実験的研究を行った。Sb_2Te_3試料-W探針ギャップからのTHzSTM発光の観測に成功した。発光励起源であるSTM中の電子ビームが原子レベルまで収束されているので、この結果は原子レベルの位置分解能を有するTHz分光が可能になることを示す。2年間の本研究計画を実施した結果、THz領域におけるSTM発光計測に成功した。原子レベルにまで収束されたトンネル電子ビームによる発光であるので、原子位置分解能は本手法に備わった特性で有り、課題名に表現された研究目的は達成された。THz領域は多くの物質の振動領域に該当し、この周波数領域の分光学的研究は材料物性の研究や評価に極めて有用である。しかし、nmレベルの局所領域でTHz分光を行う手段は皆無であった。本研究の目的はTHz領域におけるSTM発光検出の可能性を探索することにあった。THzよりも2桁程度周波数の高い可視域のSTM発光は原子レベルの位置分解能を有する有用な測定技術として確立されている。nAレベルのトンネル電流で励起された可視発光は光子数計数法により計測され、概ね毎秒数1000カウントかそれ以下の信号として検出される。STM発光は基本的に一種の双極子放射であり、その放射効率は周波数の4乗に比例する。従って、可視域で経験的に知られているSTM発光強度の単純な外挿からはTHz領域でSTM発光を観測することは不可能という結論になる。しかし、予備的な理論計算の結果、表面フォノン・ポラリトン等の素励起を介したSTM発光の効率はTHz領域で劇的に増大し、検出可能レベルに到達できる可能性があることが判っていた。STM発光は極めて微弱で有り、実験的には発光信号を観測しながら光軸調整を行うことはできない。加えて、THz光は目視できない。このため、検出器(ボロメーター)の仕様策定やレンズ等の光学材料の選択は、完全な光軸調整が可能になるよう、約1年をかけて慎重におこなった。光学材料の制約から超高真空環境での実験はできなかったが、高真空で実験が行えるようにシステムを構築し(2年目)、安定した実験が可能になった。その結果、トンネル電流に比例するTHz発光の観測に成功した。平成23年度の目標は、表面フォノン・ポラリトンを介したTHz領域での走査トンネル顕微鏡(STM)発光の検出実験の開始であった。STMは既存装置を用いる計画であったので、検出器(Siボロメーター)の機種選定を行った。STMの微弱なトンネル電流により励起されるTHz発光は基本的に微弱である。このため、Siボロメーターの仕様決定に際しては製造業者と十分な打合せを行う必要があり、計画に従って平成23年度の前半はこのための検討に充てた。検討の結果、検出器内に集光系を組み込むことが可能であることが判ったので、そのようにした。仕様決定後、直ちに発注を行ったが、納品は平成24年3月になった。納品を待っている間に、STMの整備を行い、検出器を組み込めば実験ができる状態に整備した。また、計画調書にも記載したように、プリズム結合型のSTM発光取りだし機構の解明は本研究計画において重要である。計画調書の作成段階において利用可能であった解析手法は誘電関数理論のみであったが、この理論においては取り扱いが可能な試料と探針の形状が極めて限定的であり、本研究計画の実施には不十分であった。この欠点を補うために、数値解析手法の一つである有限差分時間領域法(FDTD法)を初めてプリズム結合型STM発光に適用することを試みた。幾つかのモデルケースについて誘電関数理論と有限差分時間領域法による計算を行い、結果を比較した。その結果、有限差分時間領域法においても誘電関数理論と同程度の精度でプリズム結合型STM発光を取り扱い得ることがわかった。当初計画では、年度後半からTHz領域でのSTM発光計測を開始する予定であった。しかし、予想以上に検出器の納期がかかり、発光計測は平成24年度当初からの実施にずれ込んだ。しかし、予定している検出の判定方法は極めてシンプルであり(フィルターにより検出予定波長領域以外の光が検出されないようにしておき、トンネル電流を増加させていった際に検出器信号が増加ずるか否かで判断する)、やや遅れている程度であると判断している。今年度前半で、昨年度に積み残した計測を行う。その後、実施計画に沿って、半球型のプリズムによるTHz信号の増強実験を実施する。この場合には、Sb2Te3薄膜をプリズム底面にスパッターで堆積する。これを試料としてSTM発光計測を行う。プリズムの存在によりどれ位THz光が増強されたかを評価する。実験研究と並行して表面フォノン・ポラリトン発光にプリズムが果たしている役割を明らかにする。表面フォノン・ポラリトンと類似した「表面プラズモン・ポラリトン(SPP、フォノンではなくプラズモンと電磁波との連成波)」からの可視発光におけるプリズムを介しての発光の増強はよく研究・理解されている。

計画調書に記載したように、事前の理論計算によれば、表面フォノン・ポラリトンにおいてもSPPと同様に半球型プリズムによる発光の増強が予想される。しかし、発光に関与している表面フォノン・ポラリトンはSPPよりもずっと大きな波数を持ち、半球プリズムが発光過程で果たしている役割は両者で異なる筈である。表面フォノン・ポラリトンの発光を誘電関数理論や有限差分時間領域(FDTD)法で解析することにより半球プリズムが果たす役割を明らかにし、発光効率向上に寄与する機構を明らかにし、高効率光源としての展開を図る。計画予算(直接経費:3,700,000円)の中、約84%は平成23年度に執行した。残りは、光学プリズムと寒剤(液体窒素と液体ヘリウム。検出器に使用)に用いる予定である。