hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リスク尺度に基づくデリバティブ価格の研究

また、常微分方程式の近似方法として有効なルンゲ・クッタ法を活用し、m-similarなマルコフ作用素の具体的構成法やm-L-similarな確率変数の具体型についての研究を行い、実行可能なアルゴリズムの研究を行った。さらに東京工業大学の二宮祥一氏との共同研究により、Oxford大学のT.Lyonsらによるアイデアを改良し、モンテカルロ法も組み合わせることにより、現実に実行可能なプログラムを作り、ブラウン運動やストキャスティックエアリアに関連した期待値の計算を実行した。まだ、オイラー丸山近似との優劣について明確な結論は得られないが、場合によってはかなり高速に、オイラー丸山近似より精度良く期待値の近似計算ができることはわかった。今後はさらに効率的な方法を研究していく。また、ブラウン運動の古典力学系からの導出、境界条件を持つ確率的ニュートン方程式の研究も合わせて行った。本年度は多期間リスク尺度の研究において大きな進展があった。まず、1期間モデルに対するリスク尺度として研究していた、法則不変かつコヒーレントなリスク尺度の概念を、多期間モデルのリスク尺度に適用できるように、フィルター付きリスク尺度の概念を導入した。また、期間の単位をを小さくしていき連続時間極限をとった時、そのリスク尺度の極限が存在するか、また存在すればどのようになるかについて研究を行った。特に、次の2つのモデルに対して研究を行った。この2つのモデルについて、フィルター付きリスク尺度の値のの連続極限の存在を示し、極限の表現を得た。(1)に対する結果はF.Delabaen(ETH)らの結果の枠組みに含まれているが、より具体的な形を与えている。(2)に対する結果では、全く新しい形のリスク尺度を与えている。これらの結果のファイナンスやアクチュアリーにおける意味について現在考察中であるが、実務でも用いることのできる新しい基準が導かれるものと期待している。さらにまた、昨年度に引き続きヨーロッパ型デリバティブの数値計算手法の研究を行った。常微分方程式の近似方法として有効なルンゲ・クッタ法を活用して、m-similarなマルコフ作用素を具体的に構成するための方法の研究を行った。本年度はリスク尺度の研究及びヨーロッパ型デリバティブの数値計算手法の研究を行った。リスク尺度の研究については、多期間リスク尺度の考え方を生命保険や損害保険に適用し、保険料収入と保険金支払いのキャッシュフローのリスクの評価を行うことで、営業保険料や責任準備金が純保険料や純責任準備金からどの程度乖離するかなどについての研究を行った。保険契約の数が十分多い場合は、中心極限定理が有効に活用でき、従来の伝統的な計算方法を正当化することに成功した。保険契約の数がそれほど多くない場合は、簡単なモデルの場合にではあるが、中心極限定理は有効ではなく、大偏差原理や小偏差原理に基づいての評価が必要であることも示した。ここまで述べてきた研究では、年度毎に決算を行うという実務的な観点からの離散時間のモデルを考えていた。
リン酸塩ガラスを用いたチタン合金人工骨材料の表面改質技術の開発

本研究では、β型チタン合金の表面を改質して生体活性化させようとする新規技術を開発することを目的とした。筆者らは、リン酸カルシウム系60CaO-30P_2O_5-3TiO_2-7Na_2Oガラスを独自に開発し、上記の設計合金に塗布して熱処理すると、合金と結晶化ガラスとの界面で組成傾斜層が自動的に生成して巧く接合できることを見いだした。上記チタン合金とは、800°C以上でよく反応した。とくにリン酸成分は、チタン合金表面に生成した酸化物層と反応し、拡散することが確認された。この結晶化ガラスは、擬似体液に20日程度浸漬すると、表面に骨類似アパタイトが生成した。そしてさらに、結晶化ガラスを、蒸留水に浸漬して120180°Cでオートクレーブすると、その表面でのアパタイト生成能が著しく向上した。オートクレーブすると、ガラス相の溶出が見られたが、結晶相の形態はほとんど変化しなかった。ガラス相に存在するTi周辺の結合状態が変化してアナタース型の状態となり、擬似体液に浸漬したとき、アナタース表面でTi-OHが形成され。骨類似アパタイトの核生成を誘起しているものと推察された。さらに、透過型電子顕微鏡観察から、オートクレーブした結晶化ガラス表面には、極めて薄い、カルシウム成分に富むアモルファス相が形成され、これが、擬似体液中で優先的に溶解してカルシウム成分を徐放し、試料表面付近でのアパタイトの過飽和度を上昇させるため、アパタイト生成能が向上すると考察された。この結晶化ガラス処理した丸棒状のチタン合金を、家兎の大腿骨に埋入して、動物実験を行った。移植4週間後、新生骨が試料表面に部分的に接触していた。移植1年後の試料は、十分に成熟した骨組織に取り囲まれていた。本実験の処理チタンは良好な骨伝導性を示すことがわかった。本年度はとくに、表面改質に用いるリン酸塩ガラスの組成について検討した。リン酸カルシウム系を中心に組成を検討し、生体活性、機械的性質、結晶化傾向などについて調査した。生体活性は、37°Cの擬似体液に浸漬して表面に骨類似アパタイトが生成するか否かで判断した。60CaO-30P_2O_5-10TiO_2(mol%)ガラスを擬似体液に浸漬すると約10日後から表面にアパタイトが生成した。しかし、55CaO-35P_2O_5-10TiO_2ガラスや50CaO-40P_2O_5-10TiO_2ガラスではアパタイトは生成しなかった。ガラスからの擬似体液へのイオンの溶出量や生成したアパタイトとガラスの界面付近の観察等の結果から、擬似体液浸漬後にガラス表面に生成するリン酸塩ゲル相の性質がアパタイトの生成に大きな影響を及ぼすと考えられた。この結果から、60CaO-30P_2O_5-10TiO_2(mol%)ガラスが生体活性を示すと推測され、今後、このガラスの周辺組成で検討を進めた。次に、チタン合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zrと容易に反応し、接合できる組成を検討したところ、少量のアルカリ成分の導入が有効であることがわかった。60CaO-30P_2O_5-3TiO_2-7Na_2Oガラスは上記チタン合金と800°C以上でよく反応した。

850°Cで熱処理すると、リン酸成分のみが表面から数μmの深さまで進入し、偏析することが初めて見出された。来年度はこの興味深い反応についてさらにその機構を調べる予定である。60CaO-30P_2O_5-3TiO_2-7Na_2Oガラス粉末の焼結結晶化により得られたセラミックスは高い曲げ強度を示した(曲げ160MPa)。擬似体液テストでも生体活性が期待されたので、家兎を用いた動物実験を開始したところである。昨年度の研究で開発したリン酸カルシウム結晶化ガラス60CaO-30P_2O_5-3TiO_2-7Na_2Oは、チタン合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zrとの界面でガラス中のリン酸成分等と金属酸化物層との反応が起こり、強固に接着することがわかった。この結晶化ガラスは、擬似体液SBFに20日程度浸漬すると、表面に骨類似アパタイトが生成する。そして滅菌処理として一般に用いられている水熱処理を施すと、結晶化ガラスのアパタイト生成能がさらに向上することを見出したので、本年度はこの点を中心にその現象の確認と機構解明を進めた。結晶化ガラスを、蒸留水に浸漬して100108°Cで1hオートクレーブした後、SBFに10日間まで浸漬し、その表面でのアパタイト生成能を調べた。オートクレーブ前後の結晶化ガラス表面のX線回析パターンに変化は見られず、結晶化ガラスには、β-TCPとβ-Ca_2P_2O_7(β-CPP)が存在していた。リン酸カルシウム結晶をガラス相が取り囲んだ構造となっている。オートクレーブすると、ガラス相の溶出が見られたが、結晶相の形態はほとんど変化しなかった。オートクレーブした結晶化ガラスをSBFに10日間浸漬すると、表面は完全に骨類似アパタイトで覆われた。オートクレーブしなかった結晶化ガラスではアパタイト生成に20日程度かかるのに対して、その能力が非常に向上した。X線光電子分光結果から、ガラス相に存在するTi周辺の結合状態が変化していることが示された。結晶化ガラス表面にはTi-OHが生成しているのではないかと推察され、これがアパタイト生成に影響している可能性があると考えられた。この結晶化ガラス処理した丸棒状のチタン合金を、家兎の大腿骨に埋入して、動物実験中である。すでに試料取り出しまで終了し、現在標本作製中である。この結晶化ガラスを、蒸留水に浸漬して120°C以上で1hオートクレーブすると、擬似体液に浸漬して3日目からアパタイトが生成し始め、7日で表面を覆った。オートクレーブ前後の結晶化ガラス表面のX線回折パターンに変化は見られなかった。X線光電子分光、およびレーザーラマン分光の結果から、ガラス相に存在するTi周辺の結合状態がTiO_2(アナタース)の状態に変化していることが示された。擬似体液に浸漬したとき、アナタース表面でTi-OHが形成され、骨類似アパタイトの核生成を誘起しているものと推察された。さらに、透過型電子顕微鏡観察から、オートクレーブした結晶化ガラス表面には、極めて薄い、カルシウム成分に富むアモルファス相が形成しており、これが、擬似体液中で優先的に溶解してカルシウム成分を徐放し、試料表面付近でのアパタイトの過飽和度を上昇させるため、アパタイト生成能が向上すると考察された。この結晶化ガラス処理した丸棒状のチタン合金を、家兎の大腿骨に埋入して、動物実験を行った。
大規模システムにおけるカオスとその制御

1.非線形複合システムの自己組織化機能の研究:複数個の非線形システムが結合して,全体として調和のとれた振舞いをすることを自己組織化という.この機能を研究するために,ポテンシアル関数の概念を用いて,二つの非線形発振器が結合したとき,その周波数,位相が同期するメカニズムを研究した.2.大規模生産システムにおける振動とカオスの研究:大規模システムの例として,複数個のバッファをもつ機械で,部品を加工する生産システムを考える.機械がどのバッファの部品を選択するかで,バッファの中にたまる部品の量が増減し,それが振動となる.パラメータ条件によっては,その振動がカオスになる.本研究ではパラメータを種々変えて,このシステムに起こる非線形振動を研究した.今後,一台の機械で発生した振動が,その影響を全体に波及しないための条件を研究する.3.カオスの制御の研究:最近カオスを外部フィードバックによって制御するという研究が盛んであるが,その代表的な方法であるOGY法は,不安定不動点がアトラクタの中に埋め込まれていなければ有効でない.本研究はこのような場合に対しても制御できる方法を開発したもので,大規模システムへの応用が考えられる.4.カオスの同期の研究:カオス的振動であるが,いくつかの状態が等しくなる現象をカオスの同期化とよび,伝送システムなどに利用されている.本研究は,一方向に結合のある一次元ニューラルネットワークを考え,連続したニューロンの同期化の方法,また任意のニューロンの同期化の方法などを研究した.1.非線形複合システムの自己組織化機能の研究:複数個の非線形システムが結合して,全体として調和のとれた振舞いをすることを自己組織化という.この機能を研究するために,ポテンシアル関数の概念を用いて,二つの非線形発振器が結合したとき,その周波数,位相が同期するメカニズムを研究した.2.大規模生産システムにおける振動とカオスの研究:大規模システムの例として,複数個のバッファをもつ機械で,部品を加工する生産システムを考える.機械がどのバッファの部品を選択するかで,バッファの中にたまる部品の量が増減し,それが振動となる.パラメータ条件によっては,その振動がカオスになる.本研究ではパラメータを種々変えて,このシステムに起こる非線形振動を研究した.今後,一台の機械で発生した振動が,その影響を全体に波及しないための条件を研究する.3.カオスの制御の研究:最近カオスを外部フィードバックによって制御するという研究が盛んであるが,その代表的な方法であるOGY法は,不安定不動点がアトラクタの中に埋め込まれていなければ有効でない.本研究はこのような場合に対しても制御できる方法を開発したもので,大規模システムへの応用が考えられる.4.カオスの同期の研究:カオス的振動であるが,いくつかの状態が等しくなる現象をカオスの同期化とよび,伝送システムなどに利用されている.本研究は,一方向に結合のある一次元ニューラルネットワークを考え,連続したニューロンの同期化の方法,また任意のニューロンの同期化の方法などを研究した.
インスリン受容体異常症iPS細胞を用いた2型糖尿病治療薬アッセイシステムの確立

ヒトインスリン受容体異常症患者からのiPS細胞を樹立し、インスリン感受性細胞である肝細胞または脂肪細胞へ分化させる。これらの細胞は、インスリンシグナルにより抑制されるFoxo1の活性が増加しており、その標的遺伝子発現が増加していることが予想される。そこで、High throughput screeningにより得たFoxo1活性抑制低分子化合物候補を、同細胞用いて同定していく。これまで、コントロールおよびインスリン受容体遺伝子異常症iPS細胞を樹立したが、インスリン感受性細胞への分化には至らなかった。一方、Foxo1活性調節低分子化合物の同定に関しては、ヒット化合物を得ることができた。インスリン抵抗性は2型糖尿病の基本病態の一つであり、インスリンシグナル伝達の障害と考えられる。フォークヘッド転写因子Foxo1はインスリンシグナルが伝達される代表的な転写因子である。インスリン抵抗性ではFoxo1は核内へ移行し活性が上昇していることが考えられ、その活性を制御することはインスリン抵抗性、2型糖尿病の治療戦略として重要である。近年、iPS細胞が薬剤選択スクリーニングに利用されつつ。しかしながら、2型糖尿病の創薬開発において利用しうる適切なiPS細胞は見いだされていない。今回、インスリン受容体遺伝子異常症に着目し、そのiPS細胞を樹立し、糖・エネルギー代謝に関わる臓器・組織細胞に分化させることにより、ヒトインスリン抵抗性における遺伝子発現変化・代謝産物変化を網羅的に解析することにより、インスリン抵抗性の病態の理解に寄与すること、さらに、分化させたインスリン抵抗性細胞を、用いて、低分子化合物のスクリーニングに用い、2型糖尿病治療薬の開発に役立てることを目標とする。一昨年度、コントロール、インスリン受容体遺伝子異常症iPS細胞の培養系の確立を終え、昨年度に実際に肝細胞への分化を試みた。しかしながら、肝細胞への分化がうまく成功していない。本年度、方法を変更し、分化を試みる。昨年度までに、コントロールおよびインスリン受容体遺伝子異常症iPS細胞を樹立した。さらに、肝細胞への分化を試みたが成功には至らなかった。一方、iPS細胞を用いたアッセイ系を確立したのちに使用するFoxo1活性調節低分子化合物の同定に関しては、東京大学創薬機構の化合物ライブラリーのうち構造多様性を考慮した約1万化合物においてスクリーニングを行った。約3SDとなる抑制率25%以上の化合物144個、活性化率60%以上の化合物144個をヒット化合物とし、その後細胞毒性がない化合物及びその類縁化合物につき再度スクリーニング作業を行い、目標となる活性化合物4つ、抑制化合物5つを得た。既知のFoxo抑制物質であるAS1842856においては25μMでのFoxo抑制率は37%程であり、当化合物の抑制率は10μMで抑制率が40%以上であり、大幅に抑制率が大きいことが確認された。今後、引き続きiPS細胞からの肝細胞への分化を試みるとともに、脂肪細胞への分化を試み、同定されつつある低分子化合物によるFoxo1標的遺伝子発現への影響を検討する。また、同定されつつある低分子化合物に関しては、理化学研究所、伊藤昭博先生のご協力のもと表面プラズモン共鳴現象(ビアコア)を用いてFoxo1との直接結合を検討し、今後の細胞あるいは動物実験に資する化合物の同定を行う。現在、コントロール、インスリン受容体遺伝子異常症iPS細胞の培養系の確立を終え、今年度に実際に肝細胞への分化を試みる予定である。昨年度、肝細胞への分化が成功しなかったので、方法を変更する。現在、市販でキットも販売されているので、その使用も考慮に入れる。その上で、iPS細胞から肝細胞へ分化させ、コントロールとインスリン受容体異常症での遺伝子発現変化、代謝産物変化を網羅的に解析する。

さらに、インスリン受容体異常症肝細胞においてFoxo1の活性が上昇しているか、その細胞内局在を免疫染色により、また、肝細胞における標的遺伝子であるGlucose-6-phosphatase (G6pc)、Phosphoenolpyruvate carboxykinase (Pck1)の発現をコントロールと比較する。Foxo1の活性が実際に上昇しているのが確認されれば、現在別プロジェクトで進行している同定されたFoxo1活性調節低分子化合物を投与し、iPS細胞由来の肝細胞において実際にFoxo1の活性が変化するかどうか検討する。このことは、今後インスリン抵抗性、2型糖尿病治療薬開発の有力なアッセイ系になりうると考えられる。肥満2型糖尿病iPS細胞から肝細胞へ分化させ、コントロールとインスリン受容体異常症での遺伝子発現変化、代謝産物変化を網羅的に解析する。本年度は、当初予定していたiPS細胞から、肝細胞への分化実験が予定通り、進行せず、方法の見直し、作業に時間を費やした。そのため、試薬等の購入を、方法の見直しの目処が立つ本年度に、少しでも多く使用した方が得策と考えた。本年度は、昨年度、予定通り進行しなかったiPS細胞より肝細胞への分化実験に、必要な試薬等の購入に、昨年度使用しなかった助成金を含め、使用する予定である。
空間に静止させた単一微粒子の光共鳴効果

液体微粒子は霧・インクジェット・車のガソリン噴射などで身近に見られる物体である。本研究では、大きさが波長の10倍程度の液滴を微小光共振器とみなしてその基本特性を研究した。液滴に閉じ込められた光は原子に束縛された電子に対応させて考えることもでき、photonic atomとしての興味もある。実験では、帯電した単一液滴をイオントラップ中に孤立させた状態で捕捉し、それからの発光を分光器と顕微鏡で調べるという手法をとった。このような液滴の形状はほとんど真球になるため、特定のモードの光が非常に高い効率で閉じ込められ、共振器のQ値は極めて高い。そのため液滴に色素をドープしたときのレーザー発振のしきい値も非常に低くなる。レーザー発振の特性を調べるために、以下の測定を行った:1)ポンプ光強度依存性2)偏光依存性:ポンプ光と発光の偏光には強い相関があり、共鳴線のモードに応じて偏光特性が異なることが分かった。3)色素濃度依存性:レーザー波長は、濃度が増すと共に色素自身による吸収の少ない長波長側にシフトする傾向が見られた。このような測定から、レーザー発振の異方性およびスペクトルの解析を行った。ミクロンサイズの微粒子は可視光線の波長よりは大きく,Mieによると微粒子のサイズで決まる特定の波長で共鳴することが知られている。本研究ではミクロンサイズの液滴を光共振器と考え,その光散乱特性とレーザー発振作用とを研究した。実験は,色素の希薄グリセリン溶液(10^<-4>mol/L)から単一の微小液滴を作り,これを帯電させ交流電場のもとで空中に静止させた状態で観測した。このため発光体を含んだラテックス球や基板上の液滴として観測されているものと違い,本研究で扱う液滴は理想的な球にきわめて近いものと考えてよい。このため理論との精密な比較が行いやすいという特徴を持つ。本年度は次の研究を行った。1.弾性散乱光強度の角度分布の波長依存性を観測し,Mie散乱理論で解釈した。この結果から微粒子のサイズを決定した。2.ポンプレーザーで励起された液滴内の色素分子は微粒子共振器の共鳴波長でレーザー作用を示すことを観測した。発振波長とその強度とが粒子サイズや色素濃度,ポンプ光強度へどのように依存するかを調べた。この共振器のQ値は非常に大きくきわめて効率よくレーザー作用を示すことがわかった。空中に浮遊した液滴微粒子はその表面張力によって真球に近い形状をとるため、きわめてQ値の高い光共振器となりうる。本研究では、ローダミン色素の希薄グリセリン溶液からミクロンサイズの微小液滴を作り、それを帯電させてからイオントラップ中に捕捉した。この液滴に緑色レーザーを照射したときの発光特性を、顕微鏡像の観測と分光測定とを同時に行うことによって調べた。本年度に行った研究は以下のとおりである。1.ポンプレーザー光の強度が弱い場合,色素分子の自然放射の蛍光が放射の主要部を占める。したがって顕微鏡像では液滴全体が発光し、発光スペクトルでは色素溶液固有の幅の広いスペクトルを呈する。2.ポンプレーザー光の強度が強くなると、顕微鏡像も発光スペクトルも劇的な変化を見せた。これは液滴内で、whispering galleryモードと呼ばれるモード中の特定のものがレーザー作用を起こすためである。Q値が大きくなる表面モードが強く励起されるため液滴の表面付近だけが強く発光し、スペクトルには数本の強く鋭いピーク構造が見られた。3.ポンプ光の偏光状態を変えたときの発光の偏光状態も観測し、その結果とスペクトル線の波長分布及び粒径から、Mie散乱の公式を使ってモードの同定を行った。

このような液滴の形状はほとんど真球になるため、特定のモードの光は非常に高い効率で閉じ込められ、共振器のQ値は極めて高い。そのため液滴に色素をドープしたときのレーザー発振のしきい値も非常に低くなる。レーザー発振の特性を調べるために、以下の測定を行った:1)ポンプ光強度依存性2)偏光依存性:ポンプ光と発光の偏光には強い相関があり、共鳴線のモードに応じて偏光特性が異なることが分かった。3)色素濃度依存性:レーザー波長は、濃度が増すと共に色素自身による吸収の少ない長波長側にシフトする傾向が見られた。ポンプ光強度が弱いときは液滴全体が蛍光を発するが、ポンプ光強度を上げていくとレーザー作用を起こして表面付近からの発光が強くなり、そのスペクトルがシャープな線構造をとるようになる。これらのレーザー線の周波数はMie理論の共鳴位置と一致する。本研究では偏光特性の測定が共鳴線のモード決定に非常に役立つことを示した。
能力に応じたソフトウェア教育のための計量化モデルに基づく支援システムの開発

本研究では,技術者個人の能力に応じたソフトウェア教育を行うための「計量化モデルに基づく支援システムの開発」を最終的な目標に掲げた.具体的には,プログラマがバグを作り込む時点から,それを発見し,除去するまでの全ての作業プロセスを定量的に観測し,各個人の作業プロセスのどこをどのように改善すればよいかを具体的に指示する枠組を作ることを目指す.先ず,「コーディング」と「テスト」の2つの工程に注目し,そこでの作業内容を計量化モデルで記述した.具体的には,大学におけるプログラム開発演習を例にとって,比較検討した.先ず,フォールト除去(文法フォールトと論理フォールトの除去)プロセスでの作業内容を定量的に評価するため,フォールト除去プロセスをペトリネットモデルで記述した.ペトリネットのトランジションに対し種々のデータが計測可能な基本作業を対応させ,プレースには状態を対応させた.次に,このモデルに基づいて4つの評価尺度:文法フォールト除去作業の繰り返し回数(CountSF)とその総時間(TimeSF),論理フォールト除去作業の繰り返し回数(CountLF)とその総時間(TimeLF),を導入した.これらの評価尺度の値はトランジションの発火回数と発火時間,プレースにト-クンが置かれていた時間,等の値が求まると計算可能となる.これらの値をソフトウェア開発プロセスから収集したデータから求めるための支援ツールを作成した.次に,大学の情報工学演習で実際にモデルの適用実験を行った.その結果,文法フォールトと論理フォールト除去の作業効率に向上が見られること,及び,それぞれの向上の中身に違いがあることが定量的に確認できた.更に,企業で実際に行われたソフトウェア開発にも提案するプロセス改善の枠組を適用した.その結果,現状のソフトウェア開発プロセスにおけるフォールトの発見・除去作業の問題点を指摘し,その問題点を解消する改善案の提示を行うことができた.本研究では,技術者個人の能力に応じたソフトウェア教育を行うための「計量化モデルに基づく支援システムの開発」を最終的な目標に掲げた.具体的には,プログラマがバグを作り込む時点から,それを発見し,除去するまでの全ての作業プロセスを定量的に観測し,各個人の作業プロセスのどこをどのように改善すればよいかを具体的に指示する枠組を作ることを目指す.先ず,「コーディング」と「テスト」の2つの工程に注目し,そこでの作業内容を計量化モデルで記述した.具体的には,大学におけるプログラム開発演習を例にとって,比較検討した.先ず,フォールト除去(文法フォールトと論理フォールトの除去)プロセスでの作業内容を定量的に評価するため,フォールト除去プロセスをペトリネットモデルで記述した.ペトリネットのトランジションに対し種々のデータが計測可能な基本作業を対応させ,プレースには状態を対応させた.次に,このモデルに基づいて4つの評価尺度:文法フォールト除去作業の繰り返し回数(CountSF)とその総時間(TimeSF),論理フォールト除去作業の繰り返し回数(CountLF)とその総時間(TimeLF),を導入した.これらの評価尺度の値はトランジションの発火回数と発火時間,プレースにト-クンが置かれていた時間,等の値が求まると計算可能となる.これらの値をソフトウェア開発プロセスから収集したデータから求めるための支援ツールを作成した.次に,大学の情報工学演習で実際にモデルの適用実験を行った.その結果,文法フォールトと論理フォールト除去の作業効率に向上が見られること,及び,それぞれの向上の中身に違いがあることが定量的に確認できた.更に,企業で実際に行われたソフトウェア開発にも提案するプロセス改善の枠組を適用した.その結果,現状のソフトウェア開発プロセスにおけるフォールトの発見・除去作業の問題点を指摘し,その問題点を解消する改善案の提示を行うことができた.
朝鮮開港後における漁場秩序の再編過程：日本人出漁の影響を通じて

朝鮮開港後から韓国併合の前後まで、日朝漁民の紛争事件について可能な限り事例を収集し類型化したうえで、その背景や経緯を掘り下げる。研究方法としての特徴は次の2点にある。(1)日朝両側の文献史料の対照。双方からの紛争の記録を比較するマルチ・アーカイブ手法を採用し、立体的に史実の復元を図る。(2)現地のフィールドワークによる文献史料の検証。水産業のあり方は現地の人文・自然環境に応じて極めて多様であったことに鑑み、紛争の現場を実際に訪れ、文献史料の記述を現地の環境に即して検証する。その際、民俗学・人類学や地理学などの隣接分野の成果を参照し、それらの研究者の協力を仰ぎながら分析の深化を図る。
生涯学習化社会における地域教育資源の再構成とネットワーク化に関する研究

現在、生涯学習社会の構築に向けて生涯学習推進体制の整備が進行中であり、生涯学習施設についても試行錯誤的な状況にある。本研究では、地域教育資源の再構成とネットワーク化という観点から地域社会に応じた生涯学習施設の整備及び利用状況を分析し、今後の整備の方向性及び在り方を把握することを目的とする。総論においては、全国市区町村を対象に生涯学習環境整備の動向を調査して、住民の学習活動内容、及び行政による支援施策である生涯学習推進事業、地域施設の整備状況、地域固有の教育資源等の観点から地域生涯学習の整備水準を把握すると共に、地域に応じた今後の整備課題とその誘導要件を提示している。特論として従来の地域施設体系再編の方向性を捉えるために、以下の分析を行なっている。1)都道府県では生涯学習推進センターの整備が進んでいるが、市区町村では従来の地域集会施設体系等の枠を越えてホール、体育館、図書館等と複合した新しい生涯学習中心施設が建設されている。全国を対象に生涯学習中心施設の所在情報を収集すると共に、室種類と室面積の観点から建築的構成を分析し、類型化を行なっている。2)生涯学習施設整備において従来の地域集会施設体系との連続した整備が重要な柱の一つと考えられる。すなわち、市区町村における従来の公民館、コミュニティセンター、文化センターを充実整備する中で、生涯学習施設を整備する方向も必要であり、ここでは特に施設利用の観点から分析を行なっている。3)都心部では、公立の小学校や中学校統合問題、生涯学習社会に向けての社会教育・体育施設の拡充要求、高齢化社会に向けての福祉施設要求の増大を背景に、学校と地域施設の複合化が大きな課題となっており、公立小・中学校と地域施設の複合化における建築的構成と運営・管理の実態を明らかにしている。本研究では,住民の生涯学習に対する多様な要求に柔軟に対応できる学習機会の提供方法を,特に地域教育関連施設の総合化・ネットワーク化及び各種の推進方策を実施する行政システムの在り方の観点から検討し,地域の状況に応じた生涯学習環境整備についてモデル的提案を行うことを目的としている。本年度は全国の自治体における生涯学習環境整備の動向を把握するために,以下のような内容のアンケート調査を都道府県及び市区町村の生涯学習担当者を対象に実施した。(都道府県,市区は全数,町村は約1/3抽出)(1)生涯学習推進に対する考え方と推進体制生涯学習推進に対する基本的考え方・目標,生涯学習推進組織,教育委員会と首長部局との連携・総合化の動向,生涯学習環境整備の視点,など(2)生涯学習推進のための施設・ネットワークの整備状況及び既存施設のとの関係生涯学習環境整備として構成された施設体系,既存の教育関連施設の整備状況,生涯学習を支援する施設・ネットワーク(施設・情報・人材・事業)の整備状況,など(3)生涯学習支援事業の実施状況と地域教育資源の利用状況生涯学習を支援するための事業実施状況,生涯学習として実施されている学級・講座・イベントの開催状況,既存教育資源の利用状況,人材育成,など集計分析の結果,都道府県では生涯学習推進に対する取り組みがかなり進められているが,市区町村においては,まちづくりの中心的な目標としている自治体から,従来の社会教育における対応しか行っていない自治体まで,その取り組みは多様であることが捉えられた。次年度は,これらの状況を整理し,地域特性や施設を含めた既存の教育資源の整備状況途の関連を明らかにしたうえで,さらに先導的自治体を選定し,現地調査を含めた詳細な調査を行う予定である。本研究では、住民の生涯学習に対する多様な要求に柔軟に対応できる学習機会の提供方法を、特に地域教育関連施設の総合化・ネットワーク化及び各種の推進方策を実施する行政システムの在り方の観点から検討し、地域の状況に応じた生涯学習環境整備についてモデル的提案を行うことを目的とし、以下に示す内容で研究を進めた。(1)全国の自治体における生涯学習環境整備の動向について把握する。

(2)地域の特性に対応させて生涯学習環境の整備を行っている先導的な自治体の調査により、生涯学習設の利用方法、推進した行政組織の対応及び施設運営の方法、地域資源の活用について明らかにするとともに、現在までの成果と今後の整備課題を抽出する。(3)生涯学習環境整備を推進するための、地域特性を反映させる方法や施設体系の再構成手法、行政システムの構築方法などについての計画モデルを構築する。第1年度目では全国の自治体における生涯学習環境整備の動向を把握するために、以下の(1)から(3)の内容のアンケート調査を都道府県及び市区町村の生涯学習担当者を対象に実施した。(都道府県、市区は全数、町村は約1/3抽出)(1)生涯学習推進に対する考え方と推進体制(2)生涯学習推進のための施設・ネットワークの設備状況及び既存施設のとの関係(3)生涯学習支援事業の実施状況と地域教育資源の利用状況その結果、都道府県では生涯学習推進に対する取り組みがかなり進められているが、市区町村においては、まちづくりの中心的な目標としている自治体から、従来の社会教育における対応しか行っていない自治体まで、その取り組みは多様であることが捉えられた。第二年度目では、これらの状況を整理し、地域特性や施設を含めた既存の教育資源の設備状況途の関連を明らかにしたうえで、さらに先導的自治体を選定し、現地調査を含めた詳細な調査を行なった。自治体における生涯学習の推進プロセスとして、生涯学習の『活動不足型』から地域社会形成にまで活動を取り込んでいる『まちづくり型』で多様な方策をモデルとして構築し得た。また、先導的な自治体においては〈小中学校複合化〉〈地区センター〉〈生涯学習拠点施設〉の各施設の整備手法とその内容について整理を行った。
三宅島火山環境における土壌生成過程の微生物生態学的解析

本研究は、三宅島2000年噴火堆積物をモデルとして、生態系形成の基盤である土壌生成と微生物の群集・機能との関係を解明し、火山噴火被災地の環境再生に関する基礎情報を提供することを目的とする。研究代表者らの解析結果に基づけば、土壌形成と炭素集積との間には正の相関があり、全炭素量(TC)が0.05%以下の母材から1%TCの一般的な環境土壌になるには約160年かかると推定される。2018年度は、1土壌化のスピードが非常に速い「三宅島・森林地帯のIG9地点」の火山灰堆積層(C層、母材)と、2三宅島・雄山山頂付近のOY地点のパイオニア植物であるハチジョウススキ根部の微生物解析を行った。IG9地点は、堆積後14年でC層の表層部がA層(通常の表土層;TC=8%)に変化し、その後の2年間でTCが1.3%に減少した後、再び8%にまで上昇した(2017-2018年)。メタゲノム解析の結果では、A層で従属栄養性のα-プロテオバクテリア、C層では硝化性古細菌であるタウムアーキオータが主要であった。さらに、A層ではアミノ酸等の有機物の分解経路に関わるCDS (Coding Sequence)数がC層に比べて多く、A層での有機物分解で生じる無機態窒素がC層に移行して、タウムアーキオータに利用されていることが推察された。この結果は、土壌生成と窒素循環系の始動に硝化性古細菌が大きく関わっている可能性を初めて示したものと言える。土壌化は植物の侵入によっても加速される。OY地点のパイオニア植物の根圏と根部内生画分の微生物相解析では、前者ではβ-プロテオバクテリアに分類されるDuganella属の新種と同定される細菌が定常的に観察された。一方、根部内生画分では、γ-プロテオバクテリアのなかで、リン溶解性が知られているPseudomonas属細菌と植物でのストレス耐性に寄与すると報告されている糸状菌エンドファイトPhialocephala fortiniiが数多く分離され、今後の応用が期待された。なお、Duganella属細菌の機能は現在、解析中である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、三宅島2000年噴火堆積物をモデルとして、生態系再生の基盤である土壌生成と微生物の群集・機能との関係を明らかにし(学術的意義)、火山噴火被災地の環境再生に関する基礎情報を提供すること(応用的意義)である。本研究実績報告では、微生物生態学的解析(細菌分類指標遺伝子のメタシークエンス解析とメタゲノム解析)の結果を中心に述べる。2016年度の研究では、経時的な土壌化の様相を明らかにするために、2014年の調査で土壌化が観察されたIG9地点の火山灰堆積物(C層、C-14)と土壌化した層(A層、A-14)を中心にして、当研究室が保有する2009年と2011年に採取した試料(C-09、C-11)と、2015年と2016年の採取試料(C-15、A-15;C-16、A-16)を解析した。まず、炭素含量(g/kg)は、C層で、2014年に急激な一過的な増加が見られた:0.3(C-09)-->0.9(C-11)-->6.7(C-14)-->1.0(C-15)-->1.3(C-16)。一方、A層が検出された2014年の試料では、C-11と比べると90倍の炭素含量の上昇があり、翌年以降減少した:80.7(A-14)-->56.9(A-15)-->13.6(A-16)。細菌叢を解析すると、C層とA層の両方で、Acidobacteria門とAlphaproteobacteria綱の割合が高かった。詳細に見ると、A-15で優占したAlphaproteobacteria綱が翌年以降に漸減するのを補完するように、Betaproteobacteria綱の割合が増加した。特に、その中のOxalobacteraceae科の一過的な増加が特徴的であった。炭素循環の観点で、RubisCOの遺伝子(rbcL)を調べた結果では、供試試料のなかでC-09が他と比べて高い割合を示し、先の研究での植生のない地点の様相と類似していた。窒素循環系の遺伝子のなかで、硝化以外の遺伝子は、全試料で検出された。今回のメタゲノム解析では、ほとんどの試料で硝化系の遺伝子が検出されなかった。これは三宅島のような環境では硝化系の回復が遅いことを示すと推察されるが、その検証は今後の課題である。三宅島2000年噴火堆積物をモデルとして、土壌形成プロセスの概要を微生物学的に明らかにしたと言える。2003年から継続してきた研究結果と今回の結果を合わせて考えると、土壌形成プロセスは、土壌微生物学的には2段階に大別され、第一段階は、炭酸ガス固定と窒素固定を行う化学合成無機栄養細菌が主体になって、大気から火山灰堆積物に炭素と窒素を取り込むステップである。第二段階は、植物の侵入によって、植物の光合成による有機炭素が火山灰堆積物に持ち込まれて、炭素含量が急激に増加し、特定の細菌群が応答して増加する。

その応答する主体は、Betaproteobacteria綱の細菌で、特に、その中のOxalobacteraceae科の細菌が重要であると考えられる。以上のことから、土壌生成と微生物の群集・機能との関係を明らかにする目的(学術的意義)は、二段階プロセスという仮説の提唱という点で、ほぼ半分程度は達成されたと言える。今後は、その検証に向けて研究を進める。本研究の目的は、三宅島2000年噴火堆積物をモデルとして、生態系再生の基盤である土壌生成と微生物の群集・機能との関係を明らかにし(学術的意義)、火山噴火被災地の環境再生に関する基礎情報を提供すること(応用的意義)である。学術的意義の面では、これまでの研究成果を分析することによって、土壌形成と炭素集積との間に一定の関係があることをまとめるに至った。この関係性では、母材が地表に表れてからの経過時間(母材年齢)に対して炭素含量(TC)をプロットすると、TC=0.1%、1%に達する母材年齢はそれぞれ16年、160年になる関係が得られる。その境界点(TC=0.1%, 1%)では、呼吸活性が変化し、細菌叢と機能遺伝子構成も遷移することを明らかにした。この成果は、これまでの本研究で、(1)調査地点であるOY地点の母材(火山灰堆積物、TC<0.1%)で微生物による炭素固定の寄与を活性と遺伝子の面から明らかにしたこと、(2)IG9地点の火山灰堆積物の継続的な調査で、15年という母材年齢でも急速な土壌化とTC上昇(>1%)が起こることを見いだしたことによる。IG9地点では、植生の光合成による炭素が一過的に多量に流入した結果であったことが推察されている。また、母材の化学的風化を促進する細菌としてArthrobacter属細菌分離株の特徴を詳細に分析した。応用的意義の展開に向けて、パイオニア植物(ハチジョウススキ)の根圏および根内の微生物を調査し、荒廃地の再生に利用できる有用な微生物資材の獲得をめざした。まず、パイオニア植物の根圏が窒素固定活性を持つことを見いだし、Burkholderia属細菌を主要な根圏細菌として分離した。根内微生物(エンドファイト)については、リン溶解活性や窒素固定活性が報告されているPseudomonas属細菌と、植物の生育促進作用が知られている糸状菌エンドファイトであるPhialocephala fortiniiグループを分離した。土壌形成と炭素集積の関係を、土壌の生化学的活性、土壌細菌叢の遷移、土壌の炭素固定や窒素循環に関わる機能遺伝子の遷移という観点からまとめることができた。現在、IG9地点での土壌層位形成において、実際に遷移している微生物群の特定をRNA解析から目指している。さらに、母材(火山灰)の化学的風化を促進する細菌に着目して、三宅島火山灰堆積物からの分離株で活性を検出している。荒廃地の再生に利用できる有用な微生物資材の獲得をめざして、パイオニア植物(ハチジョウススキ)の根圏および根内の微生物を調査した結果、Burkholderia属とPseudomonas属の細菌、糸状菌エンドファイトであるPhialocephala fortiniiグループを分離できた。本研究は、三宅島2000年噴火堆積物をモデルとして、生態系形成の基盤である土壌生成と微生物の群集・機能との関係を解明し、火山噴火被災地の環境再生に関する基礎情報を提供することを目的とする。研究代表者らの解析結果に基づけば、土壌形成と炭素集積との間には正の相関があり、全炭素量(TC)が0.05%以下の母材から1%TCの一般的な環境土壌になるには約160年かかると推定される。2018年度は、1土壌化のスピードが非常に速い「三宅島・森林地帯のIG9地点」の火山灰堆積層(C層、母材)と、2三宅島・雄山山頂付近のOY地点のパイオニア植物であるハチジョウススキ根部の微生物解析を行った。
ロジックインメモリアーキテクチャに基づくVLSIプロセッサのハイレベルシンセシス

VLSIプロセッサの配線問題を軽減するために、演算回路とそれに直結したローカルメモリからなる処理要素を多数配置し、リニアアレーや共通バスなどのシンプルな相互結合回路網でそれらの処理要素を結合した空間並列構造の専用VLSIプロセッサのモデルを提案する。提案するVLSI構造において、専用の処理すなわち処理アルゴリズムをデータ依存グラフで与えるとき、アルゴリズムを最高性能で処理を行うプロセッサ構造をロジックインメモリアーキテクチャと呼ぶことにし、そのための最適化問題について研究を行った。提案する構造は演算器とメモリ間の配線問題を軽減できる。しかしながら、処理要素間のデータ転送時間が必要であることから、提案するハードウェアモデル上で、処理アルゴリズムを最小の処理時間で実行をするためには、演算ノードをどの演算器に割当て、どのタイミングで行なわせるかという組合せ問題を解く必要がある。演算ノードが多くなると、組合せが爆発することから、.最適解の探索は困難になる。そこで、最適設計問題に、分枝枝限定法や遺伝的アルゴリズムなどの組合せ問題の解法を適用すること、さらには探索空間を軽減するために、データ依存グラフのノードの割り当ての自由度を用いることについて研究を行った。問題の枠組みとしては、リニアアレー構造を取り上げ、処理時間制約下におけるハードウェア量最小化問題、ハードウェア量制約化における処理時間最小化問題、処理時間制約下における消費電力最小化問題などをとりあげた。その結果、実際的な計算時間で最適解を探索するためには、データ依存グラフのノードの割り当ての自由度(モビリティ)を用いる方法が有効であることを、シミュレーションにより確認した。これによると、数学的に保証できる最適解の探索はできないものの、ほぼこれに近い近時解を探索することができた。特に、総当り法や分枝限定法を用いると、演算ノード数の増加に伴う計算時間が膨大になるが、提案するモビリティを用いる計算方法では、指数関数的な計算時間の増加は抑えることができた。さらには、遺伝的アルゴリズムにおけるエリート個体の作成にモビリティに基づく方法を用いたところ、最適解の探索時間軽減に効果的であることを確認できた。しかしながら,処理要素間のデータ転送時間が必要であることから、提案するハードウェアモデル上で,処理アルゴリズムを最小の処理時間で実行をするためには,演算ノードをどの演算器に割当て,どのタイミングで行なわせるかという組合せ問題を解く必要がある.演算ノードが多くなると,組合せが爆発することから,最適解の探索は困難になる。そこで,最適設計問題に、分枝枝限定法や遺伝的アルゴリズムなどの組合せ問題の解法を適用すること、さらには探索空間を軽減するために、データ依存グラフのノードの割り当ての自由度を用いることについて研究を行った。その結果、実際的な計算時間で最適解を探索するためには、データ依存グラフのノードの割り当ての自由度を用いる方法が有効であることの可能性を、実験的に確認できた。

VLSIプロセッサの配線問題を軽減するために、演算回路とそれに直結したローカルメモリからなる処理要素を多数配置し、リニアアレーや共通バスなどのシンプルな相互結合回路網でそれらの処理要素を結合した空間並列構造の専用VLSIプロセッサのモデルを提案する。提案するVLSI構造において、専用の処理すなわち処理アルゴリズムをデータ依存グラフで与えるとき、アルゴリズムを最高性能で処理を行うプロセッサ構造をロジックインメモリアーキテクチャと呼ぶことにし、そのための最適化問題について研究を行った。提案する構造は演算器とメモリ間の配線問題を軽減できる。しかしながら,処理要素間のデータ転送時間が必要であることから、提案するハードウェアモデル上で,処理アルゴリズムを最小の処理時間で実行をするためには,演算ノードをどの演算器に割当て,どのタイミングで行なわせるかという組合せ問題を解く必要がある.演算ノードが多くなると,組合せが爆発することから,最適解の探索は困難になる。そこで,最適設計問題に、分枝枝限定法や遺伝的アルゴリズムなどの組合せ問題の解法を適用すること、さらには探索空間を軽減するために、データ依存グラフのノードの割り当ての自由度を用いることについて研究を行った。問題の枠組みとしては、リニアアレー構造を取り上げ、処理時間制約下におけるハードウェア量最小化問題、ハードウェア量制約化における処理時間最小化問題、処理時間制約下における消費電力最小化問題などをとりあげた。その結果、16年度の研究においては、実際的な計算時間で最適解を探索するためには、データ依存グラフのノードの割り当ての自由度(モビリティ)を用いる方法が有効であることの可能性を得ていた。17年度は、この可能性をシミュレーションするプログラムを開発した。これによると、数学的に保証できる最適解の探索はできないものの、ほぼこれに近い最適解を探索することができた。特に、総当り法や分枝限定法を用いると、演算ノード数の増加に伴う計算時間が膨大になる。しかしながら提案するモビリティを用いる計算方法の場合、指数関数的な計算時間の増加は抑えることができることを実験により、確認できた。
イオン照射その場観察法による鉄及び鉄基合金中の可動欠陥クラスタの特性解明

本研究では、当該グループの加速器結合型電子顕微鏡技術や分子動力学計算の経験を踏まえ、原子炉の主要な材料であり、構造材料としてより重要性の高い鉄について、イオン照射下における可動欠陥クラスタのその場観察実験と理論的確認を行うことを目的とした。そしてこの欠陥クラスタについて詳細に調査し、基礎的特性を明確にした。具体的には、レーザー・アブレーション法を利用し組成を制御した高純度試料の作製法を確立し、加速器結合型電子顕微鏡法による可動欠陥クラスタを直接観察し、分子動力学的な評価を行い、イオン照射後等時焼鈍による格子欠陥クラスタの拡散測定を行った。そして、可動欠陥クラスタの移動特性、鉄結晶の原子はじき出ししきいエネルギーの評価とクラウディオン型格子間原子の影響によるマルチプルスレッショルド現象、ならびにクラウディオン型格子間原子の回復ステージ等を見出した。本研究では、当該グループにおける加速器結合型電子顕微鏡技術をもとにした経験を踏まえ、原子炉の主要な材料であり、構造材料としてより重要性の高い鉄およびその合金について、イオン照射下における可動欠陥クラスタのその場観察実験を行う。そしてこの欠陥クラスタについて詳細に調査し、基礎的特性を明確にする。具体的には、以下の項目について研究を行う。(1)組成を制御した高純度試料の作製法の確立(平成21年度)(2)加速器結合型電子顕微鏡法による可動欠陥クラスクの直接観察(平成2223年度)(3)実機環境における影響評価(平成23年度)今年度はこのうち項目1について実施した。パルスレーザー装置とターボ分子ポンプを導入し、また蒸着用高真空チャンバーを作製し、レーザーの光学系を最適化し、そして高純度のFeターゲットを入手した。これらによって組成を制御しかつ酸化等の不純物影響の少ない鉄系合金薄膜を作製するレーザー・アブレーション蒸着法を確立した。そして、本手法を用いて電子顕微鏡用薄膜試料を作製した。この非晶質様試料に対してX線回折法を用いてその配向特性を明らかにし、さらに電子顕微鏡内ないし高真空真空容器内で熱処理することで結晶性試料が得られることを確認した。平成22年度以降は、当該試料のX線回折をさらに実施し詳細に構造解析する。そして加速器結合型電子顕微鏡内にてイオン照射実験を行うことを予定している。本研究では、当該グループの加速器結合型電子顕微鏡技術や分子動力学計算の経験を踏まえ、原子炉の主要な材料であり、構造材料としてより重要性の高い鉄について、イオン照射下における可動欠陥クラスタのその場観察実験と理論的確認を行う。(1)組成を制御した高純度試料の作製法の確立(2)加速器結合型電子顕微鏡法による可動欠陥クラスタの直接観察(3)分子動力学的評価平成22年度は特に項目2について実験を進め、また3について検討を進めた。比較的イオンビームの得やすい水素イオンを用いた予備実験を行い、ビーム透過能の確認とその場観察可能であることの確認を行った。そして水素吸収に伴う水素化物の形成を確認した。さらに同種の実験を鉄合金(F82H、A533B、ODS)やZrに対しても実施可能であることを確認した。また、鉄およびZr単結晶に対して分子動力学計算を行い、一次はじき出し原子の運動方向(θ、φ)の依存性として原子はじき出ししきいエネルギーを計算した。そして既往研究と比較し、同等の結果が得られることを確認し、開発した手法が妥当であることを結論した。(1)組成を制御した高純度試料の作製法の確立(2)加速器結合型電子顕微鏡法による可動欠陥クラスタの直接観察(3)分子動力学的評価今年度は特に項目3について検討を進めた。鉄単結晶に対して分子動力学計算を行い、原子はじき出ししきいエネルギーの異方性を計算し、そして空間的に平均化することによって平均はじき出ししきいエネルギーを得た。またはじき出ししきいエネルギーよりも大きなエネルギーで損傷関数がゼロとなり、さらに大きなエネルギーで新たなはじき出ししきいエネルギーが見られるという、マルチプルスレッショルドを見出し、これについて詳細評価と原因に関する考察を進めた。

そしてはじき出し一次過程における複数の置換連鎖衝突の形成とその一部が元に戻る(回復する)過程のタイミング(位相)が揃うときに点欠陥の回復が生じること、そして有限温度における原子配置の乱雑さによってこの効果が減ずること、同様の効果はFeだけでなくZrでも観察されることを見出した。
相関を制御したヘリウム3・フェルミ流体の研究

FSM-16の1次元ナノトンネル中で,細孔壁を1層程度の4He薄膜で前もって覆い,そこに3Heを吸着すると,十分に希薄な密度の3Heは,低温ではトンネル断面内は基底状態で,トンネル方向のみ自由度が残った1次元フェルミ量子流体が実現した.温度を上げるとトンネル断面の第一励起準位への熱励起のために,励起準位までのギャップエネルギーΔの約1/3の温度にショットキー比熱ピークが現れ,さらに温度を上げると,2次元ボルツマンガスの比熱をしめすことを,28Åの1次元ナノ細孔で発見した.更に22および18Åの1次元細孔の場合にも観測して,ショットキーピーク温度が細孔直径を小さくすると,高温にシフトすることを見出した.3次元多孔体HMM-2に吸着した4Heにおいては,比熱とねじれ振り子による超流動を同時測定した.3次元相転移で期待される比熱ピークと超流動オンセット温度は,実験誤差内(約10mK)で一致している.現在は実験精度の更なる改善を行っている.また,吸着圧力測定から,1-3次元ナノ細孔基盤上ヘリウムの吸着状態や量子流体状態を明らかにした.4He量子流体の場合は,吸着圧力測定から求めた4Heボース流体の圧縮率や音速と,1あるいは2次元フォノン比熱から求めた値がよい一致をしめし,ナノ多孔体中の低次元4Heボース流体の詳細が判明した。2次元や1次元の新しいメゾ多孔体基盤に吸着したヘリウムの研究では,先ずヘリウム原子が基盤上に層などの構造を作ってどのように吸着するかを明らかにする必要がある。そこで我々は,吸着ヘリウムと化学ポテンシャルが等しいガスの圧力の温度と吸着量依存の測定から,細孔壁面へのヘリウムの吸着エネルギーや吸着膜の圧縮率を測定する手法を確立した。そして孔径が18-48Åの1次元細孔(FSM-16)壁面に2層までの層形成を明らかにし,4Heの場合は2層目の圧縮率を測定した。そしてこれから求めた18Å細孔基盤での音速は,比熱測定から求めた4Heボース流体の音速と一致する事を明らかにした。これらのことは,2層目の直径がおよそ11Åの4He薄膜チューブが真に1次元のボース流体になることを示している。3Heについては,28Åの1次元細孔においてフェルミ流体を実現する研究を東大物性研と共同研究で行っている。その結果,1.35層程度4Heで壁面を覆った後に3Heを吸着すると3Heは全て流体になることを,10mKまでの比熱測定により発見した。1次元フェルミ流体を検証するには希薄な密度でさらに低温で測定する必要があり,現在装置の改良などを行っている。また理論的には1次元フェルミガスの比熱の計算を行い,これまでに得られた実験結果と比較した。3Heフェルミ流体の研究では,吸着圧力,比熱測定の他にNMRも極めて有効な研究手段である。熱伝導や測定における発熱の問題を克服するためにSQUIDを用いたNMRを試みている。新規メゾ多孔体基盤として2および1次元多孔体の他に,新しく直径28Åの3次元多孔体HMM-2においても吸着ヘリウムの研究を開始した。これらのナノ細孔の壁面にヘリウムが何層まで一様に層形成するかなどの吸着状態を,吸着圧力の精密測定から明らかにした。直径28Åの1次元細孔では,1.4層を4Heで前もって覆い,その上に希薄な密度の3Heを吸着させて5mKまでの比熱測定を行った。この温度と密度の条件は,細孔の断面内における3He原子の運動は基底状態にあり,1次元方向のみの運動の自由度がある1次元フェルミガスの条件を満たすことが期待できる。結果は30mK程度以下ではフェルミ縮退を示すT-比例の依存をしめし,温度をあげると約300mK以上で2次元古典ガスの比熱の大きさを示した。この結果を理解するため,3He原子の運動の固有状態を細孔中の現実的なポテンシャルに対してもとめ,3Heガスの比熱計算を行った。