hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱帯雨林の着生植物とアリの共生系が林冠の生物群集にあたえる影響

熱帯雨林の林冠の最上層を形成する林冠木においては、着生植物、樹木の分枝構造、枯死部分の分布、樹上(空中)土壌・枯れ枝・樹洞などの巣場所好適空間の樹内分布がそこに生息するアリ類群集の空間利用様式を大きく規定していることが示された。また、林冠部に大きななわばりを形成する攻撃性の強いアリ種が、林冠部の植食性昆虫の量、アリ類の種類構成、およびつる植物の量に大きな影響を与えることが実証的に示された。熱帯雨林の林冠部にみられる多様で現存量の多い着生植物群がアリの群集構造にあたえる影響を調べるために、まず、東南アジア熱帯の中心部に位置するボルネオ島の低地フタバガキ混交林において、林冠を構成する突出木や高木(林冠木)上のアリ類の種構成と採餌行動圏、巣場所の分布、および、着生植物の分布を調査した。その結果、アリ類の種数、コロニー数は樹木の葉層が集中する樹冠部でもっとも多くなり、太い枝や幹の部分では、高さに関わりなくそれらの値が低くなった。また、樹冠部にみられるアリ種の多くでは、行動圏が小さく、出現頻度が低いという傾向をしめすが、幹部にみられるアリ種はコロニーサイズが大きくて行動圏が広くて出現頻度が高くなるという傾向がみられた。アリ種によって樹内の利用部位は異なっており、大半の種類が樹冠部、地上から離れた幹部、地上付近の幹部のいずれかの場所内だけに採餌行動圏と巣の両方を保持していた。樹上にみられるアリ種の多くは、枯死や穿孔虫などによって生じた細い枝にある空洞部や着生植物の根元に形成される腐食層(いわゆる空中土壌)中、あるいは、アリ植物化した着生植物の空洞部に巣を設営していた。大きな空洞部をもつ着生アリ植物内や太い枝や幹に形成された比較的広い空洞部内に営巣するいくつかのアリ類は、大きなコロニーサイズをもって広い樹上空間を占有する傾向があり、これらのアリが生息する樹木では、生息するアリ類の総種数が減るとともに、樹冠部のアリ類の行動圏が狭められ、採餌のために地上から樹上に訪れるアリ類の活動が制限をうけた。以上のことから、熱帯雨林の林冠部においては、アリ種間で採餌行動圏や巣場所のための空間資源をめぐって競争がはたらいており、着生植物などの、巣場所として利用可能な小空間の存在様式が樹上のアリ類の群集構造に大きな影響をあたえることが示唆された。本年度は、まず、熱帯雨林の林冠部における着生植物やつる植物の空間分布が、樹木サイズと樹種の違いとどのように相関しているかを調べた。その結果、樹種によって、つる植物および着生植物の量や種構成が異なっていることが示された。この原因として、樹種による枝の伸張パターンの違いがつる植物・着生植物の成長・定着に大きな影響をもたらしていることが推定された。昨年までの結果(公表準備中)により、着生植物やつる植物の量が林冠を構成する樹木上のアリ類の種構成に大きな影響を与えていることが示されているが、今年度の結果から、樹種とそこに生息するアリ類の種構成は、樹種による枝の伸張パターンが与える着生植物・つる植物の量への影響を通して密接に関係していることが示された。次に、林冠部における樹木の展葉フェノロジーと節足動物群集の調査をおこなった。その結果、林冠部では、花外蜜腺を分泌することの多い新葉の存在量とアリ類の量にも正の相関があり、また、新葉量が多くしたがってアリ類の存在量が多い林冠木では植食性昆虫の量が少なく、それらによる食害量が少なくなる傾向が認められた(公表準備中)。さらに、着生のシダ類に営巣し、林冠部の広い空間になわばりを形成する攻撃性の強いアリ種(シリアゲアリ属の一種)を林冠部の一部の空間から除去してその後の節足動物群集の経過を観察した。その結果、植食性昆虫による食害量が有意に増加することが確かめられた(公表準備中)。このアリ種が何らかの原因で消滅した林冠木では、このアリ種が利用していた着生植物が後を追って死滅する一方、何種類かのつる植物が急激に繁茂し始めており、このアリ種によるつる植物抑制効果も認められた。以上、本年度の結果は、熱帯雨林の林冠部においては、少なくとも、林冠を構成する高木、着生植物、つる植物、アリ類、植食性昆虫の間に非常に強い相互作用が直接的、間接的にはたらいており、それぞれの存在量や種類構成に大きな影響力を与えていることを示した。これまでの熱帯林の林冠部における野外調査を続ける一方、2007年度は、熱帯雨林の林冠部において、着生植物やつる植物の樹内空間分布、樹木サイズと樹種、樹木の分枝構造と枯死部分の分布、樹上(空中)土壌の樹内分布などを調べた。また、アリの採餌空間および巣場所の林冠木での樹上分布を詳細に調査した。

その結果、アリが林冠部において巣場所として利用できる空間は、枯枝の空洞部、樹皮下の空隙、空中土壌中、アリ植物化した着生植物やつる植物などに限られており、このような巣場所好適空間の樹内分布が、林冠部でのアリ類の空間利用に大きく左右されていることが強く示唆された(成果は投稿後査読審査中)。また、昨年に引き続き、アリ植物となった着生のシダ類に営巣し、林冠部の広い空間になわばりを形成する攻撃性の強いアリ種(シリアゲアリ属の一種)を林冠部の一部の樹上空間から除去した。このアリの除去により、植食性昆虫の食害量が顕著に減少するだけでなく、樹冠の表層部(樹内の最上層部・最先端部)に営巣場所と採餌空間をもつアリや、夜間に地上部から樹上へ採餌空間を広げるアリの量・種構成や空間分布が変化した。また、2007年度においては、地表部、林床の低層木、林冠ギャップの低層木上に見られるアリ類相や節足動物相に関する基礎データも収集し、これらのデータを林冠部で得られたデータと比較した。その結果、他の微小環境に比べて、林冠部に生息するアリ類は巣場所に適した空間がより強く不足していること、林冠部ではアリ類の存在量が相対的に多く植食者に対する制御効果がより強調されていることが推定された。これらのことから、着生植物の存在が、林冠構成木の樹上のアリ類相を変化させることを通じて、林冠部の他のアリ種の空間利用様式や、植食性昆虫をはじめとする多様な節足動物相あるいはそれらの量に強い影響を与えていることが示唆された。今年度は、マレーシア国サラワク州にあるランビルヒルズ国立公園においてフタバガキ低地林の林冠木、約100本において叩き網・すくい網採集を実施し、そこに棲息するアリ類を含む節足動物類を採集した。これによって、前年度までに比較的詳細に把握されてきたアリ類の空間分布に加えて、植食者や捕食者、分解者を含む他の節足動物類の林冠部における空間分布をより詳細に把握することが可能になった。アリ植物となった着生のシダ類に営巣し、林冠部の広い空間になわばりを形成する攻撃性の強いアリ種(シリアゲアリ属の一種)が、フタバガキ科の樹種の林冠木に対する植食性昆虫の食害を強く抑制することが、前年度までの調査から示唆されていたが、追加の調査・実験をおこない、この効果が統計学的に有意であるかどうかを確認した。その結果を公表に向けて論文としてまとめた。また、このアリ種は、林冠木にのぼろうとするつる植物の伸張を抑制し、林冠木の幹から除去するはたらきをもつことが、つる植物の伸張範囲とこのアリ種の採餌範囲との排他的な分布から推定された。また、このアリ種の採餌域内に人為的に付着させた(前年度から継続している実験による)つる植物に対してもこのアリ種は激しく攻撃し、そのつる植物を枯らしてしまうことも明らかになった。こうした結果から、このアリ種は植食者に対する抑制効果だけではなく、つる植物の成長も強く抑制する効果をもっており、林冠木の生存・成長過程に大きな影響をもっていることが示された。林冠の生物群集に関するその他の知見を含め、林冠においてこれまでの調査で得られたすべての知見について公表すべく、順次、論文の作成作業にとりかかった(そのうちの一部は学術誌に掲載され、その他2編が査読審査中、さらに他の2編が投稿準備中である)。
電力変換機の高効率化に向けた低損失ACフィルタインダクタに関する研究

報告者は電力変換器の効率向上にはフィルタインダクタの鉄損削減が不可欠であることに着目し,電力変換器の励磁で発生する鉄損の解析に精力的に取り組んでいた。通常,鉄損の解析を行う場合は鉄損モデルを用いて行うが,通常使用される鉄損モデルは電力変換器の励磁条件とは異なる鉄損評価モデルであるため,新たに電力変換器の励磁に適した鉄損モデルを開発する必要があった。そこで,報告者は電力変換器の励磁における鉄損の発生の原理について深く検討し,新たな鉄損モデルを開発した。開発した鉄損モデルはPWMインバータの励磁のような複雑な励磁の鉄損解析にも対応可能であり,これまで分からなかった運転モードの変更や負荷率の変更での鉄損の振る舞いが明らかになった。さらに,新たな鉄損モデルは鉄損の内訳(ヒステリシス損失,渦電流損失)を示すことができるため,インダクタの材料開発にも活かすことが可能である。この成果は国内の研究会やIEEEの論文誌に掲載しており,国内の発表では発表表彰を受賞するなど学術的に価値のあることが客観的にも示されている。報告者の取り組みと研究成果は十分に評価できる。また,29年度における研究計画の目標は既に達成しているが,報告者はさらに新型の三相インダクタを開発に踏み込ん。開発した三相インダクタは従来のインダクタと比較して直流巻線抵抗47%削減,質量37%削減,体積18%削減し,電力変換器の小型・高効率化に貢献した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
宇宙大型建造物と宇宙プラズマの電磁力学的相互作用の研究

本研究の目的は、近い将来宇宙空間に構築される宇宙ステーションなどの大型建造物と宇宙プラズマとの間の電磁力学的相互作用について計算機実験の手法を用いて定量的解析を行うことである。本研究では、大型宇宙建造物の一例としてシャトルテザ-衛星系を採用する。1次元方向に長いテザ-導体系が地球磁場を横切る時に、V×B効果により周辺プラズマとの間に最大5kVの電位差が生じる。これにより、テザ-系近傍ではプラズマの加速加熱、通信計測障害と密接に関係するプラズマ波動励起等の現象が生じると考えられる。特に本研究では、テザ-システムがアクティブになり、定常状態に至る過度状態における高電位衛星近傍の電磁場擾乱に着目した。計算機シミュレーションでは、電離層を想定した磁化プラズマで満たされた2次元空間の中に導電体をおき、その電位をゼロからある高電位にした場合の過度応答について解析を行った。衛星を周辺プラズマに対して高電位にすると、近傍電子は衛星からの強い電界に加速され衛星周辺に高密度のシースを形成する。このことにより、シース形成時には電子の特性周波数、すなわち、電子プラズマ周波数、及び、高域混成周波数における静電振動が卓越することが予想され、計算機シミュレーションでも確認された。電磁場については、高電位衛星近傍において低域混成周波数付近での擾乱が卓越していた。また、シースから少しはなれたプレシースと呼ばれる領域では電子とイオンの相対速度差による2流体プラズマ不安定性が成長することが計算機シミュレーションより明らかになった。電磁場の擾乱については、電子のE×Bドリフトによる電流が地球磁場に垂直に過渡的に流れることになり、衛星近傍で擾乱が生じるものと考えられる。また、プラズマ不安定性は衛星の電子加速等に大きな影響を与えるため、それによって衛星の電流電圧特性が制御される可能性がある。これについては検討課題である。
児童生徒の感情のコントロールに及ぼすライフスタイルの影響について

予備調査として「気分の調節不全傾向」尺度の信頼性・妥当性の検討を行った.中学生男女1-3年生478名,高校生女子1年生76名から回答が得られた.「気分の調節不全傾向」陽性率は中学男子で2.9%,中学女子で7.6%,高校女子では9.2%であった.併存的妥当性については,特に女子において抑うつ尺度とDSDと摂食尺度EAT26との関連性が強く,これらの指数との全般的な構造的な関係から構成概念妥当性においても,ほぼ十分な結果が得られた.内的整合性に基づく信頼性の係数も十分に高く,信頼性においても問題なく使用できることが示唆された.2年目は,「気分の調節不全傾向」尺度とライフスタイルとの関連を調べるための本調査を実施した.群馬県教育委員会の協力のもと,調査群として群馬県下の2つの定時制・通信制高校生徒523名に,「気分の調節不全」項目とライフスタイル項目を併せた無記名の質問紙調査を行った.また,埼玉県教育委員会の協力のもと,対照群として埼玉県下全域の小学校児童(4-6年生)1060名,中学校生徒1092名,高校生(1,2年生のみ)749名に調査を行った.調査群において,「気分の調節不全傾向」とライフスタイル指標との関連を調べたところ,就寝時刻では午前0時を過ぎると陽性率が高く,起床時刻では午前7時ごろに陽性率のピークが見られた.調査対象者が,フレックスの授業時間を採択できる定時制・通信制の高校生であることが,一つの原因と考えられる.目覚め感が悪く,睡眠不足感を抱くものが予想通り陽性率が高かったが,その反面,朝食習慣による違いはあまりはっきりしなかった.一般の対照群では,「気分の調節不全傾向」とテレビゲームやインターネットへの依存傾向との間に強い関連が見られた.このように児童生徒において,食事や睡眠といった生活習慣と気分のコントロールの障害の間に一定の関連のあることが示された.予備調査として「気分の調節不全傾向」尺度の信頼性・妥当性の検討を行った.中学生男女1-3年生478名,高校生女子1年生76名から回答が得られた.「気分の調節不全傾向」陽性率は中学男子で2.9%,中学女子で7.6%,高校女子では9.2%であった.併存的妥当性については,特に女子において抑うつ尺度とDSDと摂食尺度EAT26との関連性が強く,これらの指数との全般的な構造的な関係から構成概念妥当性においても,ほぼ十分な結果が得られた.内的整合性に基づく信頼性の係数も十分に高く,信頼性においても問題なく使用できることが示唆された.2年目は,「気分の調節不全傾向」尺度とライフスタイルとの関連を調べるための本調査を実施した.群馬県教育委員会の協力のもと,調査群として群馬県下の2つの定時制・通信制高校生徒523名に,「気分の調節不全」項目とライフスタイル項目を併せた無記名の質問紙調査を行った.また,埼玉県教育委員会の協力のもと,対照群として埼玉県下全域の小学校児童(4-6年生)1060名,中学校生徒1092名,高校生(1,2年生のみ)749名に調査を行った.調査群において,「気分の調節不全傾向」とライフスタイル指標との関連を調べたところ,就寝時刻では午前0時を過ぎると陽性率が高く,起床時刻では午前7時ごろに陽性率のピークが見られた.調査対象者が,フレックスの授業時間を採択できる定時制・通信制の高校生であることが,一つの原因と考えられる.目覚め感が悪く,睡眠不足感を抱くものが予想通り陽性率が高かったが,その反面,朝食習慣による違いはあまりはっきりしなかった.一般の対照群では,「気分の調節不全傾向」とテレビゲームやインターネットへの依存傾向との間に強い関連が見られた.このように児童生徒において,食事や睡眠といった生活習慣と気分のコントロールの障害の間に一定の関連のあることが示された.初年度は予備調査を行い、「気分の調節不全傾向」尺度について、同時にテキサス大学方式の診断的うつ状態測定尺度(DSD)や摂食障害評価尺度(EAT-26)を測定して相関分析などにより、併存的妥当性や構成概念妥当性を検証することを計画していた。初年度予備調査として採取できたデータは、中学生男女1-3年生478名、高校生女子1年生76名であった。1.「気分の調節不全傾向」陽性率:中学男子で2.9%、中学女子で7.6%、高校女子では9.2%であった。既に日本学校保健会「児童生徒の健康状態サーベイランス委員会」により行われている全国調査と比較すると、標本数が少ないため、若干のばらつきが見られた。2.併存的妥当性、構成概念妥当性:1)中学生:「気分の調節不全傾向」陽性判定と、DSDによるMDE(大うつ病エピソード)判定との関連をクロス集計し、Fisherの直接法により検定すると、中学男子女子ともに5%の有意水準で統計学的に有意な関連が見られた。同様に「気分の調節不全傾向」陽性判定と、EAT-26によるED(摂食障害)判定との関連をクロス集計し、Fisherの直接法により検定すると、中学男子においては有意な関連は見られなかったが、中学女子においては有意な関連が見られた。2)高校生(女子のみ):「気分の調節不全傾向」

陽性判定と、DSDによるMDE(大うつ病エピソード)判定やEAT-26によるED(摂食障害)判定との関連をクロス集計し、Fisherの直接法により検定すると、5%の有意水準では統計学的に有意な関連が見られなかった。しかし、標本数の少なさの問題もあるため、次年度の本調査で再確認したい。いずれにしても、追加採択であったためデータ採取が当初より遅れ、現在各種指標についてより詳細な分析を続行中である。この検討をもとに、次年度は調査票にライフスタイル項目を加えて、より規模の大きい本調査を実施する予定である。2年目は、サーベイランス委員会版「気分の調節不全」尺度とライフスタイルとの関連を調べるための本調査を実施した。初年度のデータを元に、「気分の調節不全」傾向尺度項目の信頼性・妥当性の検証が行われた。そこで、本年度はこの尺度を用いてさらに範囲の広い本調査を行い、ライフスタイル指標(食生活、睡眠など)を同時に測定して、これらの関連を多変量解析により明らかにし、気分のコントロールに悪影響を与える生活習慣のリスクを検討した。具体的には、1)群馬県教育委員会の協力のもと、調査群として、2007年7月に群馬県下の2校の高等学校の全生徒約500名を対象に、「気分の調節不全」項目とライフスタイル項目を併せた無記名の質問票を配布、自発的参加の下に回収し、統計学的分析を行った。ただし、両校ともに定時制・通信制高校である。2)埼玉県教育委員会の協力のもと、対照群として、2007年7月に埼玉県下全域の小学校児童(4-6年生)、中学校生徒、高校生生徒約3000名を対象に、「気分の調節不全」項目とライフスタイル項目を併せた無記名の質問票を配布、自発的参加の下に回収し、統計学的分析を行った。その結果、群馬県下の2つの定時制・通信制高校生徒523名、埼玉県下全域の小学校児童(4-6年生)1060名、中学校生徒1092名、高校生(1,2年生のみ)749名から有効回答が得られた。ライフスタイルとの関連では、例えば、朝食を摂っていないものは摂っているものに比べて「気分の調節不全傾向」項目が高い傾向が見られた。同様に、午前0時過ぎに就寝するものはそれ以前に就寝するものに比べて「気分の調節不全傾向」項目が高い傾向が見られた。さまざまなデータから、児童生徒において、食事や睡眠といった基本的な生活習慣と気分のコントロールの障害の間に一定の関連のあることが示された。横断調査のため因果関係を立証することは出来ないが、今後これらの生活習慣の改善が児童生徒の気分のコントロールを改善する可能性が示唆された。
神経病原性を示すトリレトロウイルスの分子系統解析とこれを基礎とした制圧の試み

「トリの神経膠腫fowl glioma」はトリ白血病ウイルス(ALV)A亜群に属する,トリの神経膠腫誘発ウイルス(FGV)により惹起される。本研究課題の目的はFGVの神経病原因子を明らかにし,RNA干渉(RNAi)により本疾患を制圧することである。まず,ALVの病原性に関与すると言われているenv遺伝子の中からRNAiの標的として3つの領域を選び,各々に対するsiRNAを作製した。RNAi効果を検討するため,FGVを鶏胎子線維芽細胞由来株化細胞DF-1に感染させたのち,siRNAをトランスフェクションした。細胞からRNAを抽出してリアルタイムRT-PCRで検索したところ,3種類いずれのsiRNAでも効果が認められなかった。RNAiによる遺伝子発現の抑制効果は,その標的の塩基配列に大きく依存する。その一方,FGVと変異株のenv遺伝子の中で塩基配列が完全に一致し,かつ病原性に関連すると予想された領域は非常に限られていた。従って,今回検討した標的配列でRNAiを適用するのは困難であると考えられた。一方,env遺伝子中の病原性関連領域を絞り込むため,ALV-A由来の分子クローンRCAS(A)を基に,そのenv遺伝子内SU領域をFGVのそれと入れ替えたキメラウイルスを作製した。このキメラウイルスをSPF鶏胚の卵黄嚢内に接種し,現在経過観察中である。さらに,国内の採卵鶏に発見された神経膠腫から分離されたウイルス,TymS_90の病原性を確認するため,SPF鶏胚の卵黄嚢内に接種し,孵化後,脳を検索した。本実験感染鶏にもFGV感染鶏と同等の神経膠腫が認められた。さらに,採卵鶏の自然発生例と同様の小円形細胞の増殖巣が認められた。TymS_90とFGVのゲノムは全く異なっていることから,TymS_90は第二の神経膠腫誘発ウイルスであると考えられた。まず,FGVの神経病原性規定因子を明らかにするため,国内3ヵ所の動物園の鶏計129羽をPCRで検索した。PCR陽性個体からALV14株を分離して塩基配列を解析したところ,3株でウイルスの組織向性を規定するenv遺伝子に変異が生じていた。しかし,env変異株に感染していた鶏の脳病変とFGV感染例の脳病変は同質であったことから,これらのゲノムの共通部分に神経病原性を規定する領域があると推察された。そこで,これら成績をもとにRNAiの標的となりうる遺伝子領域を検索し,候補を3ヵ所見出した。現在,候補領域に対するRNAi効果をin vitroで検討している。一方,国内の採卵鶏に皮下腫瘍と神経膠腫を併発する例が発見された。そこで,採卵鶏の神経膠腫の病理組織学的特徴と病原因子を明らかにするため,皮下腫瘍罹患鶏18羽と同居鶏222羽の脳を検索した。皮下腫瘍罹患鶏11羽と同居鶏3羽に神経膠腫が認められた。しかし,PCRによるFGV診断法では神経膠腫罹患脳は全て陰性であった。そこで,罹患脳からウイルス10株を分離し,その一つであるTymS_90のゲノム全長を解析した。その結果,トリ白血病・肉腫ウイルスに由来する遺伝子領域を4つ持っていたが,それ以外は内因性ALVにより構成されいた。すなわち,FGVの他にも神経膠腫を誘発するALVが存在することが示唆された。現在,TymS_90の神経病原性を明らかにするため,本株をSPF鶏胚の卵黄嚢内に接種し,孵化後50日齢と100日齢の脳を検索中である。

本実験感染鶏にもFGV感染鶏と同等の神経膠腫が認められた。さらに,採卵鶏の自然発生例と同様の小円形細胞の増殖巣が認められた。TymS_90とFGVのゲノムは全く異なっていることから,TymS_90は第二の神経膠腫誘発ウイルスであると考えられた。
報酬に基づく運動発現に関わる視床下部オレキシンニューロンの役割

報酬に基づく運動発現に関連する大脳基底核線条体ニューロンを解析したところ、行動結果を知らせるフィードバック信号に特異的に応答するニューロンを発見した。また、一部のニューロン活動は探索や繰り返しなどのタスク遂行戦略により変化した。また、視床下部オレキシンニューロンの傍細胞記録ならび染色によりニューロンの機能と解剖学的回路構成を明らかにしようとしているが、現在まだ進行中であり、詳細な結果を述べるには至っていない。以上の結果から、大脳基底核が報酬に基づく運動発現において重要な役割を担っていることが示唆された。1。視床下部ニューロンから傍細胞記録を行うための動物麻酔条件や電極刺入部位の検討を行った。イソフルラン1.51.7%(毎分1リットル)で良好な結果を得た。刺入部位はブレグマを基準に尾側へ3.0-3.2mm外側へ1.3mm深さ8-8.5mmで記録しやすい結果を得た。2。数ヘルツで自発発火するニューロンや、散発的に発火するニューロンを観察することができた。さらにそれらニューロンにニューロビオチンを電気泳動的に注入し、潅流固定後脳の薄切切片を作成し免疫組織化学的にニューロビオチン陽性細胞を観察することができた。オレキシンニューロンであるかを同定するためにオレキシン抗体による免疫染色はこれからの課題である。ここまでに、傍細胞記録法による観察と電気泳動による神経トレーサー注入がうまくいくことが確認された。また、比較的効率よく目標となるニューロンを記録する脳領域の確認ができたことは、今後の実験を効率良く進める上で重要な観察結果を得られた。1。2。3。4。5。オレキシンニューロンに対するドーパミン入力を調べるために黒質緻密部への電気刺激を試みている。覚醒レベルやモチベーションの維持はスポーツパフォーマンスの向上のみならず、様々な社会的活動においても、よりよい結果を生み出すために重要である。近年、視床下部外側部に散在するオレキシン(ペプチド)産生ニューロンが、摂食といった報酬系や覚醒レベルの調節に関わることが明らかになってきている。しかし、覚醒レベルや報酬系に基づく適切な運動の発現にどのように関与するかは明らかではない。本研究では単一細胞記録染色法や免疫染色を用いて、オレキシンニューロンやドーパミンニューロンなどを同定し、報酬に基づく運動の発現における視床下部並びに大脳基底核ニューロンの役割を明らかにする。細胞外記録法により麻酔下ラットの大脳基底核および視床下部からニューロン活動を記録した、大脳基底核より記録したニューロンのうち持続的に発火するニューロンの発火パターンを解析したところ3タイプに大別できた。それらのうち一部のニューロンで傍細胞記録ならびに染色に成功した。確認できたニューロンはアセチルコリン含有細胞であった。視床下部での記録でも持続的に発火するニューロンが観察された。傍細胞記録ならびに染色に成功したニューロンを現在解析中である。また。同時に脳波を記録したニューロンについては睡眠覚醒レベルとの関連を精査しているところである。当初の予想より若干オレキシンニューロンとドーパミン入力の関係を明らかにすることに時間がかかっている(In vivo実験のためブラインドで記録するため)が概ね予定とおりである。24年度が最終年度であるため、記入しない。目的とするニューロンの発見と記録、並びにドーパミン入力の有無を確かめるためには実験回数を増加する必要がある。
人為的酸化ストレス負荷によるアポートシスの抑制-Jurkat細胞、ヒト好中球、ラット肝細胞を用いた研究-

人為的酸化ストレスが種々の細胞のアポトーシスを抑制するか否かを検討するため、以下の研究を行った。1.JurkatヒトT細胞に、抗ヒトFasモノクロール抗体にて、アポトーシスを誘導した(約4時間)。この時、外因性の人為的酸化ストレスとして過酸化水素を、内因性の人為的酸化ストレスとして細胞内で過酸化水素を産生する6-ホルミルプテリン(6FP)を負荷した。アポトーシスの程度は、ヨウ化プロピジウム(PI)とフローサイトメトリーを用いて、核の断片化を定量化することにより、評価した。結果、100μMの過酸化水素はアポトーシスを抑制せず、逆に促進した。一方、10-250μMの6FPはアポトーシスを抑制した。この時、カスパーゼ3の活性化を、活性型カスパーゼ3抗体とフローサイトメトリーを用いて測定したところ、その活性化は抑制されていた。これより、内因性の人為的酸化ストレスがアポトーシスを抑制する可能性が示された。2.ヒト好中球は、in vitroでは自発的にアポトーシスが進行する(約24時間)。過酸化水素ならびに6FPが、この自発的アポトーシスにおよぼす影響を検討した。100μMの過酸化水素は何ら影響をおよぼさなかったが、100-250μMの6FPはアポトーシスを抑制した。この時、カスパーゼ3の活性化をイムノブロッティングにより、カスパーゼ3の活性を蛍光マイクロプレートリーダにより測定したところ、その活性化と活性は抑制されていた。3.ラット初代培養肝細胞に腫瘍壊死因子(TNF-α)と転写阻害剤アクチノマイシンDを加えるとアポトーシスが誘導される(約16時間)。過酸化水素ならびに6FPが、このアポトーシスにおよぼす影響を検討したところ、100μMの過酸化水素はアポトーシスを抑制せず、逆に促進した。一方、100-250μMの6FPはこのアポトーシスを抑制した。この時、カスパーゼ3の活性を基質と蛍光マイクロプレートリーダを用いて測定したところ、その活性は抑制されていた。これまた、内因性の人為的酸化ストレスがアポトーシスを抑制する可能性が示された。以上の結果より、種々の細胞において、人為的に特に内因性に酸化ストレスを負荷することで、アポトーシスの成立を阻止し、細胞死を防ぎうるか可能性が示された。
アンドレ・ジッドと同時代のジャーナリズム──1920年代を中心に──

当初の計画どおり、初年度(4年計画のうち)の研究作業は、アンドレ・ジッドが収集した彼自身に関する新聞・雑誌の記事・書評(総数約3,500点)のうち、1920年代発表のものについて、すでに入手済みの資料(約400点)の通時的分析を行いつつ、パリ大学附属ジャック・ドゥーセ文庫所蔵の切り抜きファイルにもとづき、写真・フォトコピーやパソコン入力によって残余の約260点のテクストを入手した。実際の分析作業は主として次のふたつ。第一は、計画開始時にすでに所有していたテクストを通覧し、記述内容の傾向と変化・推移を把握すること。第二は、これらのテクストに関連する書簡をジッド研究者用に作成された膨大な電子データ(非売版)を検索・参照しながら、各記事・書評が発表された背景・経緯を探ること。また書簡が未刊であるものについては、上述のジャック・ドゥーセ文庫やフランス国立図書館などの図書館・資料館での閲覧・調査を開始したこと。以上の分析作業をつうじて、ジッドを評する媒体もそれまでのような文芸紙誌ばかりか、広い読者層を対象とする一般紙誌へと拡大してゆくこと、また執筆者も作家や文芸評論家にくわえ、全般的な題材を扱う思想家やジャーナリストたちが多数参入し、その結果、文学的・美学的な紹介や評価記事と、思想的・倫理的な、場合によっては党派的な論評・批判とが急速に混在してくることが具体的なかたちで確認できた。別言すれば、大戦後のこの時期にいたって初めてジッドの存在はより広く社会全体の「事象」となったのである。上述のようにジッド自身が収集した新聞・雑誌の記事・書評のうち、本研究が考察の対象とする1920年代発表の約660点については、これまでの数度の現地調査をつうじて網羅的な出典一覧を完成しており、また写真・フォトコピーやパソコン入力によりすべてのテクストデータを入手している。また、それらのデータの分析作業もおおむね順調に進展している。印刷公表に至った具体的成果としては、科研費補助金(研究成果公開促進費・学術図書)を受けて2019年1月に公刊した著書『ジッドとその時代』(5部構成、総ページ数674)のうち、1920年代を対象とした第4部に多くの情報を盛り込み、実証的な厳密性を高めることことができた。これまでに入手した記事・書評の分析をさらに徹底・深化することと、調査対象をジッドが同時代の批評家・ジャーナリストと交わした書簡等にも広げ、実証的な精度を高めたい。そのために、パリ大学附属ジャック・ドゥーセ文庫やフランス国立図書館など、フランスでの現地調査(我が国では入手難の定期刊行物や関連の未刊資料の閲覧など)を継続しながら、課題について実質的な総括を目指す。なお、フランス滞在中の時間的ロスを防ぐため、参照予定の未刊書簡類にかんしてはすでに所蔵機関や遺産相続人・版権保有者からの閲覧許可を取得済みである。

そのために、パリ大学附属ジャック・ドゥーセ文庫やフランス国立図書館など、フランスでの現地調査(我が国では入手難の定期刊行物や関連の未刊資料の閲覧など)を継続しながら、課題について実質的な総括を目指す。なお、フランス滞在中の時間的ロスを防ぐため、参照予定の未刊書簡類にかんしてはすでに所蔵機関や遺産相続人・版権保有者からの閲覧許可を取得済みである。
作用素環とモンスター

場の量子論を作用素環論を用いて数学的に研究する分野である,代数的場の量子論を研究している.この枠組みでは,カイラルな共形場理論は,円周上の,作用素環の局所共形ネットとして研究される.超対称性はその共形ネットの対称性として現れることになり,局所性は超局所性で置き換えられるが,具体的には超共形代数から生成される部分超局所共形ネットとして実現される.今年度は,S.Carpi, R.Longoと共に,そのような超対称性を持つ,超局所共形ネットの構造について研究した.まず,作用素環を用いた枠組みでの一般論を整備し,表現論の構造を明らかにした.これによって,Fredholm指数とJones指数の関係を,超対称共形場理論の枠組みで明らかにした.ついで,N=1超対称共形代数に対し,central chargeが3/2未満のケースについては離散的な表現の列を持つことが知られているが,これらのケースについて,作用素環の超対称超局所共形ネットを,コセット・ネットとして作用素環論の手法で実現した.その延長を調べることにより,離散的なcentral chargeの範囲について,超対称超局所共形ネットの分類を行った.これまでによくわかっている無限系列のほかに,6つの例外型ネットが分類リストに現れる.これらはE型のDynkin図形に関連して現れるものである.これまで我々が展開してきた,α-inductionや,完全有理性の一般論のほかに,Gannon-Waltonによるmodular invariantの分類手法を道具として用いる.場の量子論を作用素環論を用いて数学的に研究する,代数的場の量子論を計算している.そこでは,カイラルな共形場理論は,円周上の,作用素環の局所共形ネットとして研究されるが,その局所共形ネットのエントロピーと呼ぶべき量について研究した.それらの内在的な,エントロピー的な量は「熱核半群」にあたる半群のトレースの対数をとったものの時間パラメータによる展開係数として定義される.この量は,コンパクトリーマン多様体のラプラシアンの固有値の分布を調べときに現れる展開係数の類似であるので,「無限自由度の非可換多様体」に当たる対象のの幾何学的不変量と解釈できる.局所共形ネットの表現のなすテンソル圏とキャラクターに対する自然なモジュラー性の仮定の下で,「非可換面積」に当たる主要項が中心電荷に比例すること,非可換オイラー数に当たる次項がネットの大域指数の対数に比例することがわかった.さらにその次の項は再び中心電荷に比例することもわかった.このモジュラー性の仮定が成立する例はたくさん知られている.ブラックホールの場合は,事象の地平線上に局所共形ネットが現れると期待される.これを経由して,Bekenstein-Hawkingによる,ブラックホールのエントロピーを面積として解釈する考え方と,我々の結果に現れる,エントロピーを「非可換面積」と解釈する考え方との関係についても研究した.頂点作用素代数と作用素環の局所共形ネットはともに,共形場理論を数学的に厳密に取り扱う手法であるので、両者に共通した構造が期待されるのは当然である.頂点作用素代数は,非有界作用素に値を持つ作用素値超関数(ワイトマン場)を直接代数的に公理化しているが,局所共形ネットの理論では,試験関数を適用して得られる(非有界)作用素たちから生成される,有界作用素のなすネットを考えることが違いである.頂点作用素代数の理論では,もっとも有名で興味深い頂点作用素代数の例は,ムーンシャイン頂点作用素代数と呼ばれるものであり,その自己同型群が,位数最大の散在型有限単純群・モンスター群であり,その真空キャラクターがj関数である.これに対応する作用素環の局所共形ネットが当然存在すると期待されていたが,その構成と研究は行われていなかった.この構成を作用素環論の枠組みで実行し,作用素環の意味での自己同型群(ゲージ群と呼ばれる)が確かにモンスター群であり,同様に定義される真空キヤラクターがj関数であることを証明した.頂点作用素代数としての自己同型は純代数的に定義されており,また,作用素環の局所共形ネットの自己同型は関数解析的に定義されているのでそれらが一致することはまったく明らかなことではない.これには枠付き頂点作用素代数の作用素環論における対応物を用いる.また,これまでに私が研究してきた完全有理的な局所共形ネットと,局所共形ネットの表現論におけるアルファ・インダクションの理論を道具として用いる.場の量子論を作用素環論を用いて数学的に研究する分野である,代数的場の量子論を研究している.この枠組みでは,カイラルな共形場理論は,円周上の,作用素環の局所共形ネットとして研究される.超対称性はその共形ネットの対称性として現れることになり,局所性は超局所性で置き換えられるが,具体的には超共形代数から生成される部分超局所共形ネットとして実現される.今年度は,S.Carpi, R.Longoと共に,そのような超対称性を持つ,超局所共形ネットの構造について研究した.まず,作用素環を用いた枠組みでの一般論を整備し,表現論の構造を明らかにした.これによって,Fredholm指数とJones指数の関係を,超対称共形場理論の枠組みで明らかにした.ついで,N=1超対称共形代数に対し,central chargeが3/2未満のケースについては離散的な表現の列を持つことが知られているが,これらのケースについて,作用素環の超対称超局所共形ネットを,コセット・ネットとして作用素環論の手法で実現した.その延長を調べることにより,離散的なcentral chargeの範囲について,超対称超局所共形ネットの分類を行った.

これまでによくわかっている無限系列のほかに,6つの例外型ネットが分類リストに現れる.これらはE型のDynkin図形に関連して現れるものである.これまで我々が展開してきた,α-inductionや,完全有理性の一般論のほかに,Gannon-Waltonによるmodular invariantの分類手法を道具として用いる.
大規模ウインドファームを有する電力系統の総合的安定化

本研究では、風力発電や太陽光発電が導入されている電力系統を対象に、直流(HVDC)連系線の潮流制御と蓄電池の入出力制御との協調により系統周波数変動を抑制する制御系を構築した。更に、これらの自然エネルギー電源が導入されることによる系統慣性の減少に基づく安定度低下の改善を目的として、系統内の可変速風力発電機の慣性エネルギーを利用した仮想慣性制御システムによる系統安定化制御システムの構築も行った。シミュレーション解析により、HVDC連系線と蓄電池による周波数変動の抑制と可変速風力発電機の仮想慣性制御による系統の安定度改善のいずれにおいてもその有効性が確認された。本年度における研究成果を以下に箇条書きにて示す。1)可変速風力発電機を用いて、その風車・発電機部分の運動エネルギーを利用し、ウィンドファームからの出力を平滑化するための制御方法を検討し、3機9母線系統モデルを用いたシミュレーション解析によりその有効性を確認した。続いて、系統周波数変動に対してDead Bandを利用した出力制御方法を検討し、電気学会EAST10機標準モデル系統を用いた解析によりその有効性を確認した。2)風力発電機からの変動電力による系統周波数変動を蓄電池により抑制するため、系統周波数変動の周波数特性を基にして蓄電池からの入出力を決定するためのフィルターの設計法を検討し、フィルタと蓄電池の所要kWh容量の関係性を明らかにした。そしてこの関係性を利用し、蓄電池の最小化を達成する最適なフィルタを選定するための枠組みを確認した。導出した設計法は容量の最小化を達成できるため、従来のLPFを用いた場合よりも少ない貯蔵装置容量でWF出力平滑化が可能となり、よって蓄電池の低コスト化に繋がると考えられる。3)太陽光発電システムを有する電力系統の地絡故障に対する過渡安定度解析を行った。その際、系統に無限大母線がある場合と無い場合、また太陽光発電システムにFRT性能が具備されている場合と具備されていない場合とで解析を行い、それぞれの場合における系統内同期発電機の過渡安定度の特性を明らかにした。その結果、無限大母線がある系統の場合、FRT無の太陽光システムの場合において同期発電機の安定度が向上すること、無限大母線がない系統の場合、FRT無の太陽光システムの場合に同期発電機の安定度が低下するとの相反する結果が得られた。1)各種調査結果等を基にして解析のためのモデル系統を構築することに関して、電気学会のEAST10機標準モデル、IEEE(米国電気電子学会)の3機9母線標準モデルを基礎とした系統モデルをそれぞれ作成し、種々解析を実行していること。2)風力発電に起因する系統周波数変動の抑制制御に関して、可変速風力発電機の風車・発電機部分の運動エネルギーを利用した制御方法、並びにDead Bandを利用した出力制御方法に関して基本的な方法を導出し、その有効性を確認したこと。3)蓄電池による風力発電に起因する系統周波数変動の抑制制御に関して、フィルターの設計のための基本的な枠組みを構築したこと。4)太陽光発電システムを有する系統において、FRT能力の有無に対応して系統の過渡安定度の基本的な特性を示したこと。1)可変速風力発電機を用いて、その風車・発電機部分の運動エネルギーを利用し、ウィンドファームからの出力を平滑化するための制御方法に関して、従来のローパスフィルター(LPF)法を拡張し、系統周波数変動に応じてLPFの時定数を可変にする方法を検討し、3機9母線系統モデルを用いたシミュレーション解析によりその有効性を確認した。2)太陽光発電システムとウィンドファームを有する電力系統の地絡故障に対する過渡安定度解析を行った。無限大母線に関しては、実際の系統に合わせて無い場合を想定し、太陽光発電システムと風力発電機にFRT性能が具備されている場合と具備されていない場合とで解析を行い、それぞれの場合における系統内同期発電機の過渡安定度の特性を明らかにした。その結果、太陽光と風力発電システムにFRTがある場合において同期発電機の安定度が向上すること、FRT無の場合には同期発電機が減速脱調側に過渡安定度が低下するとの結果が得られた。3)風力発電機からの変動電力による系統周波数変動を可変速揚水発電機により抑制する方法として、系統周波数変動の周波数特性を基にしてノッチフィルターを用いて揚水発電機出力を制御する方法と系統周波数変動にDeadBandを適用して出力制御する方法をそれぞれ検討し、3機9母線系統モデルを用いたシミュレーション解析によりその有効性を確認した。4)風力発電機からの変動電力による系統周波数変動をHVDC直流連系線潮流制御より抑制する方法として、系統周波数変動の周波数特性を基にしてノッチフィルターを用いる方法とハイパスフィルターを用いる方法をそれぞれ検討し、3機9母線系統モデルを用いたシミュレーション解析によりその有効性を確認した。1)風力発電に起因する系統周波数変動の抑制制御に関して、可変速風力発電機の風車・発電機部分の運動エネルギーを利用した制御方法に関してはほぼ計画通りに進んでいる。2)太陽光発電システムを有する系統の解析において新たにウィンドファームも有する系統を対象にしてFRT能力の有無に対応した系統の過渡安定度解析も遂行し、解析結果がほぼ計画通りに得られている。3) HVDC直流送電線の潮流制御による系統周波数変動の抑制制御は本年初めて開始したものであるが、有益な結果が得られている。4)可変速揚水発電機の考慮は当初申請段階においては無かったものであり、その後の検討によりその優位性が期待されたので、本年より新たに検討に導入し、早速有益な結果が得られている。

1.可変速風力発電機の出力制御による電力系統安定度改善のための制御システムを構築し、固定速風力発電と太陽光発電も含む3機9母線系統モデルにおける地絡故障シミュレーション解析によりその有効性を確認した。更には、系統周波数の微分値を利用し、ファジィ制御を適用した可変速風力発電機の仮想慣性制御系も検討し、その有効性を確認した。2.HVDC直流連系線の潮流制御により再生可能エネルギー電源を有する電力系統の周波数変動を抑制する制御システムを構築した。この際、制御系にDead Bandとノッチフィルターの導入を検討し、固定速風力発電、太陽光発電を含む3機9母線系統モデルを対象としたシミュレーション解析を行い、その有効性を確認した。更には、上記系統モデルに蓄電池も導入したHVDC連系線との協調制御システムの検討、HVDC連系線潮流に関する同時同量制御システムの検討も行った。3.ディーゼル発電機へのDFIG(Doubly Fed Induction Generator)の適用に関して検討を行い、小規模電力系統における周波数変動抑制のための制御システムに関して基本的な設計を行い、風力発電機を有する小規模系統モデルを対象としたシミュレーション解析によりその有効性を確認した。4.永久磁石型同期発電機(PMSG)による風力発電機が接続された電力系統の故障時におけるPMSG直流リンク回路部の電圧上昇を抑制し、安定な運転を継続させるためのDCチョッパ制御システムを構築し、シミュレーション解析によりその有効性を確認した。5.固定速風力発電機から構成されるオフショアウインドファームに対して、クラスターコンバータを通した並列構成と陸上系統へのHVDC連系線の協調制御による新しいウィンドファーム(WF)システムを構築し、故障発生時におけるWFの安定性に関するシミュレーション解析を行い、その有効性を確認した。本研究では、風力発電や太陽光発電が導入されている電力系統を対象に、直流(HVDC)連系線の潮流制御と蓄電池の入出力制御との協調により系統周波数変動を抑制する制御系を構築した。更に、これらの自然エネルギー電源が導入されることによる系統慣性の減少に基づく安定度低下の改善を目的として、系統内の可変速風力発電機の慣性エネルギーを利用した仮想慣性制御システムによる系統安定化制御システムの構築も行った。シミュレーション解析により、HVDC連系線と蓄電池による周波数変動の抑制と可変速風力発電機の仮想慣性制御による系統の安定度改善のいずれにおいてもその有効性が確認された。1)風力発電に起因する系統周波数変動の抑制制御に関して、可変速風力発電機の風車・発電機部分の運動エネルギーを利用した制御方法とDead Bandを利用した出力制御方法に関して、更にその性能の向上を図る。2) HVDC直流連系線の潮流制御による風力発電に起因する系統周波数変動の抑制を達成する制御システムの検討。3)太陽光発電システムに加えて風力発電も有する系統において、FRT能力の有無に対応した系統の過渡安定度の基本的な特性を明らかにする。
音響浮揚装置を用いた懸濁液滴乾燥・凝集過程の定量計測

乾燥食品パウダー製造過程の物理化学モデルの構築を目指して,音響浮揚を利用した単一固液二相液滴乾燥・凝集過程実験装置の製作を行った.昨年度の研究から,実験に用いる微小液滴(直径100μm以下)発生法の確立が必要であることが分かったため,本年度は,主に,微小(流体)粒子発生装置の開発・試作を進めた.開発した発生装置は,圧電型インクジェットノズルの原理を応用したものである.圧電セラミクスを駆動して作動流体に超音波パルスを与え,微細オリフィス(開口部直径20μm-100μm)を通じて粒子を吐出・離脱させる.開発した装置は,液滴だけでなく,気泡発生装置としても利用可能である.まず,空気,シリコン油を作動流体として気泡発生装置としての特性試験を進めた.オリフィスの材質は,油との親和性に優れるステンレスとした.試験では,超高速ビデオカメラ(撮影速度125,000fps-500,000fps)を用いて,気泡発生過程をとらえた.発生気泡サイズに対する各種パラメータ(パルス波形・振幅,および,オリフィス直径)の影響を詳しく検討した.その結果,直径20μm程度のオリフィスを用いて,適切なパルス波形・振幅を与えることで,直径100μm程度の気泡を再現性良く発生できた.また,オリフィスを通じた気体の流入,流出特性が,気泡発生メカニズムのキーとなることが分かった.つぎに,さらに微小な気泡を発生させる手法を検討した.その結果,開口部の大きな(直径100μm)オリフィスを用い,微小な加減圧を与えることで,直径20mm程度の気泡を作ることが出来た.また,この発生には,気液界面の変形,特に表面波の形成が重要な役割を果たすことが分かった.乾燥食品パウダー製造過程の物理化学モデルの構築を目的として,音響浮揚装置を用いた単一固液二相液滴乾燥過程の実験的研究を行った.音響力によって空気中に浮遊する微小液滴の投影像を,デジタルビデオカメラを用いたバックライト撮影によってとらえた.得られた投影像を画像処理することで,乾燥にともなう液滴直径の時間変化を算出した.実験結果を対応する理論に基づく数値解と比べた.比較に基づき,液滴内固液二相媒体の相互拡散係数を見積もった.実験には,スキムミルク,豆乳など,異なる4種類の乳製品パウダーを用いた.さまざまな固相(パウダー)質量含有率の溶液を準備し,マイクロシリンジを用いて液滴を作成した.乾燥前の液滴直径は約1mmとした.周囲の気体温度は,常温(25°C),および,70°Cとした.実験結果から,本手法を用いて,相互拡散係数の概略値が求まることを確かめた.しかし,本実験で用いた液滴の場合,実験中に凹みをともなう非球形形状になる.そのため,拡散係数算出の根拠である気泡半径時間変化の測定精度が確保できない,という問題があることが分かった.以上の欠点を改善するために,より微小な液滴(直径0.1mm以下)を発生する方法を検討した.空気圧により微小オリフィス(開口直径30μm)から液滴を発生させるべく,精密圧力変動発生装置を試作した.装置特性を把握するために,液体中に空気気泡を押し出す試験を行った.その結果,1ms程度の時間スケール,0.1kPa程度の精度で,圧力の時間変化を作り出せることが分かった.乾燥食品パウダー製造過程の物理化学モデルの構築を目指して,音響浮揚を利用した単一固液二相液滴乾燥・凝集過程実験装置の製作を行った.昨年度の研究から,実験に用いる微小液滴(直径100μm以下)発生法の確立が必要であることが分かったため,本年度は,主に,微小(流体)粒子発生装置の開発・試作を進めた.開発した発生装置は,圧電型インクジェットノズルの原理を応用したものである.圧電セラミクスを駆動して作動流体に超音波パルスを与え,微細オリフィス(開口部直径20μm-100μm)を通じて粒子を吐出・離脱させる.開発した装置は,液滴だけでなく,気泡発生装置としても利用可能である.まず,空気,シリコン油を作動流体として気泡発生装置としての特性試験を進めた.オリフィスの材質は,油との親和性に優れるステンレスとした.試験では,超高速ビデオカメラ(撮影速度125,000fps-500,000fps)を用いて,気泡発生過程をとらえた.発生気泡サイズに対する各種パラメータ(パルス波形・振幅,および,オリフィス直径)の影響を詳しく検討した.その結果,直径20μm程度のオリフィスを用いて,適切なパルス波形・振幅を与えることで,直径100μm程度の気泡を再現性良く発生できた.また,オリフィスを通じた気体の流入,流出特性が,気泡発生メカニズムのキーとなることが分かった.つぎに,さらに微小な気泡を発生させる手法を検討した.その結果,開口部の大きな(直径100μm)オリフィスを用い,微小な加減圧を与えることで,直径20mm程度の気泡を作ることが出来た.また,この発生には,気液界面の変形,特に表面波の形成が重要な役割を果たすことが分かった.
シミュレーションを用いたガラス転移ダイナミクスの研究

ガラス転移は液体を融点以下に急冷したときに、その構造がアモルファス上に凍結する現象である。私の研究の目標は、ガラス転移における系の熱力学、動力学の役割を解明し、ガラス転移の基本的描像を得ることである。本年度は、(1)ガラスの熱力学的理論であるレプリカ理論と動力学的理論であるモード結合理論を詳細に比較する研究と、(2)斬新な相互作用系におけるガラス転移の研究を展開した。(1)平均場スピングラス模型とのアナロジーからは、この両者はガラス転移の動力学と熱力学における平均場理論に相当しており、整合した描像/結果を与えると期待される。しかし現状では、その整合性を認めることは容易ではない。私はほぼ厳密な計算が遂行できる無限次元系に注目し、両者の計算を実行し結果を詳細に比較した。その結果、平均場スピングラス模型の場合とは異なり、両理論が環状では整合していないこと、そしてこの不一致の原因がモード結合理論にあることを明らかにした。(2)従来のガラス転移の研究では、対象とするモデル系は剛体球系等に限られて来た。私は斬新なモデルを導入し、新しい観点からガラス転移を考察することが有効だと考えた。そこで、1つの粒子が大多数の粒子と相互作用する極端なモデルとして、柔らかい粒子系を超高密度にしたモデルに注目した。この系のシミュレーションを行ったところ、高密度で動力学が極めて平均場的になることを見出した。従来、ガラス転移において、平均場的挙動が実際に見られるモデル系は、存在しないと考えられてきた。しかし本研究では、実際にそのような液体モデルが実在することを、世界で初めて示した。以上(1)と(2)の成果は、共にガラス転移の理解に対する大きな一歩であり、論文はPhys.Rev.Lett.誌に掲載された。また、(2)については同誌のEditor's suggestionに選ばれた。実際に実験的にみられるのは、低温で劇的に分子の動力学が遅くなる現象である。ガラス転移を理解するために、これまでも様々な理論が提案されてきたが、それらを大別すると、熱力学的な特異性がガラス転移を生み出すとする考え方と、ガラス転移は純粋に動力学的な現象であるとする考え方が乱立している状況にある。この目標を達成するために、私は三次元系だけでなく、より高次元のガラス系を考察することを考えた。そうすれば、三次元という一つの条件だけでなく、空間次元に対する依存性を含めて、熱力学的な理論と動力学的な理論を比較できると考えたためである。そこで、私は三次元によらず適用できるモード結合理論を定式化し、そして得られた方程式を解くためのプログラムコードを作成した。これにより、任意の次元での動力学をモード結合理論、すなわち純粋に動力学的な理論、にもとづいて予測できるようになった。そして、その結果と熱力学的な理論の結果を比較し、検討を行った。あわせて、二次元系でのシミュレーションを用いたガラス転移の研究を行い、モード結合理論の予測との比較も行った。これらの研究結果については、今年度報告する予定である。本年度は、ガラスの熱力学的理論であるレプリカ理論と動力学的理論であるモード結合理論を詳細に比較する研究を展開した。平均場スピングラス模型(例えばp-スピン模型)とのアナロジーからは、この両者はそれぞれガラス転移の動力学と熱力学における平均場理論に相当しており、平均場レベルでの整合した描像/結果を与えると期待される。しかし現状では、この2つの理論はまったく異なる立場から導出されており、そこに整合性を認めることは容易ではない。私は両理論に関してほぼ厳密な計算が遂行できる無限次元系に注目し、両者の計算を実行し結果を詳細に比較した。その結果、平均場スピングラス模型の場合とは異なり、両理論が現状では整合していないことを明らかにした。この成果に基づき、今後は、モード結合理論とレプリカ理論を整合的に定式化するなどの理論的枠組みの改良を視野に入れたい。