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液晶性ポリマーを骨格とする機能性マイクロカプセルの調製とその性質

液晶性高分子を骨格とするマイクロカプセルの調製とその徐放特性について以下のような順序で研究した。2.懸濁重合によるミクロスフィアの調製とその温度特性撹拌槽中、80°C懸濁重合を行い200μmの高分子ミクロスフィアを得た。この粒子の温度変化(上昇)による光透過率(偏光板通過後)を測定することによって液晶相から等方相への相転移が確認された。3.溶液重合による分子量制御された液晶性ポリマーの調製所定のBHEモノマー濃度と所定のAIBN(開始剤)濃度でベンゼン溶液中で溶液重合を行うことにより、平均分子量100022000の7種類の液晶性ポリマーを調製した。4.徐放特性ポリスチレン-ポリBHEコポリマーからなるマイクロカプセルを調製し、Na^+の徐放率の経時変化を種々の温度(3070°C)で測定した。その結果、透過係数の温度依存性では2つの異なる不連続点が現れ、これらの点は相転移温度(固相/液晶相、液晶相/等方相)に対応していることがわかった。また、この透過係数の不連続性は制御可能であり、液晶性ポリマーマイクロカプセルの温度依存性も制御可能であることが示された。液晶ポリマーに関する膜透過についても検討を行い、徐放メカニズムの妥当性を確認した。他にもその基礎的研究として多くの(液晶性ポリマーでない)マイクロカプセルを調製してその特性を検討した。(これらの研究成果は研究発表(雑誌論文)欄に記載した。)液晶性高分子を骨格とするマイクロカプセルの調製とその徐放特性について以下のような順序で研究した。)in situ重合を利用し、液晶性ポリマーを骨格物質とし、芯物質を輸送とするマイクロカプセルを以下の方法で調製しその徐放特性について検討した。芯物質としてドデカンおよび微量のカルバゾール、また骨格物質としてスチレンモノマーおよび液晶モノマー(1-[6-(4-biphenylyloxy)hexyloxycarbonyl]-ethylene)、ラジカル開始剤、界面重合用モノマーとしてセバコイルクロリドを使用した。また、ホモジナイザーで有機相を水相に分散させ、種々の操作条件下(モノマー濃度およびスチレンと液晶モノマーとの比、架橋剤濃度、開始剤濃度、分散相分率等)in situ重合を完了させる。次に、エチレンジアミン水相を滴下して、界面重合を行わせ外部隔離を目指したマイクロカプセルを得た。得られたマイクロカプセルにつき、(1)粒径分布、(2)表面形状及び膜厚(破砕後、電子顕微鏡による)、(3)示差熱分析による熱特性を測定した。さらに、種々の温度における透過係数(ブタノール中への芯物質(カルバゾール)溶出速度測定による)を測定した。その結果、液晶性を示す領域での徐放速度について若干の加速現象を認めることができたが、当初予定した程の効果はなく、今後は液晶モノマーを変更する等の対策を考える必要があることがわかった。また、外部との完全隔離という当初の目標についても今後の大きな課題として残っている。2.懸濁重合によるミクロスフィアの調製とその温度特性攪拌槽中、80°Cで懸濁重合を行い200μmの高分子ミクロスフィアを得た。

その結果、透過係数の温度依存性では2つの異なる不連続点が現れ、これらの点は相転移温度(固相/液晶相、液晶相/等方相)に対応していることがわかった。また、この透過係数の不連続性は制御可能であり、液晶性ポリマーマイクロカプセルの温度依存性も制御可能であることか示された。液晶ポリマーに関する膜透過についても検討を行い、徐放メカニズムの妥当性を確認した。他にもその基礎的研究として多くの(液晶性ポリマーでない)マイクロカプセルを調製してその特性を検討した。(これらの研究成果は研究発表(雑誌論文)欄に記載した。)
虚血性心筋症に対する末梢血間葉系幹細胞移植に関する研究

(方法と結果)心筋梗塞作製1カ月後のラットの梗塞辺縁にMCs 5×10^6個を局所注入した。実験群はMCs群、IGF-1+MCs群、IGF-1単独、IGF-1+LY294002(PI3K阻害薬)+MCs群、コントロール群の計5群である。IGF-1+MCs群では6時間後と3日後で他群より有意に生着率は高かった。しかし移植された細胞は1ケ月後にはどの群にも認められなかった。免疫組織学染色ではIGF-1+MCs群では有意に血管の新生が認められ、massonn tricrome染色ではリモデリングの抑制を認めた。エコー上では左室駆出率の改善が他の群より有意に認められた。IGF-1+LY+MCs群ではIGF-1+MCs群の効果をすべて欠いていた。コントロール群では心筋細胞や血管の再生、心機能の改善は認めなかった。(結論)IGF-1はPI3Kを介して心筋梗塞部位に局所注入したMCsの生着を促進し、ホスト心筋細胞のアポトーシスの抑制、血管の新生といったMCs移植の効果をより促進させ、心機能および生存率を改善させた。平成18年度はまず末梢血から間葉系幹細胞を選別、増殖ために至適の抗体を検討し、次に骨髄における間葉系幹細胞の増殖とこれらの細胞の末梢血への動員におよぼすG-CSFの効果を検討した。Green fluorescent protein(GFP)発現ラットの尾静脈から2mLの末梢血を採取し、密度勾配法により得た単核球について以下の抗体を用いてFACS解析し、間葉系幹細胞を選別し培養した。そこでまず、培養細胞の接着assayを行なった。次に、培養細胞数を2、4、6日目にカウントして増殖程度を比較検討した。培養7目後に培養細胞の発現型を検討した。特に、我々が開発したmTOR活性抑制法により間葉系幹細胞が筋細胞へと分化するか否かを検討した。用いた抗体は内皮細胞特異的Flk-1、心筋細胞特異的α-sarcomeric actin、平滑筋細胞特異的α-smooth muscle actinである。また、これらの細胞にdexamethasone、β-glycerophosphate、リン酸ビタミンCを投与して骨芽細胞に、dexamethasone、insulin、3-isobutyl-1-methylxanthineを投与して脂肪細胞に、dexamethasone、リン酸ビタミンC、プロリン、ピルビン酸、ITS-Premix、TGF-3βを投与しで軟骨細胞に分化させ、間葉系幹細胞の多分化能を確認した。同様のことを骨髄細胞でも行い確認した。ラットを5日間G-CSF(250μg/kg/day)皮下注射した後、骨髄と末梢血を採取しEACS解析した。前述のごとく間葉系幹細胞の回収率を検討し、接着と増殖および表現型におよぼすG-CSFの効果を検討した。これらの基礎的研究をもとに、19年度はin vitroでの実験に発展させる予定である。19年度は前年度で確認した基礎的研究の結果を踏まえてin vivoでの実験を行った。心筋梗塞急性期の骨髄細胞動員を観察するために野生型ラットにGFP発現ラットの骨髄を骨髄内骨髄移植し、4週間後に心筋梗塞を作成した。次に心筋梗塞慢性期の骨髄細胞動員を観察するために野生型ラットに心筋梗塞を作成し、梗塞後2、6、10、14週後にGFP発現ラットの骨髄を骨髄内骨髄移植した。骨髄細胞動員は心筋梗塞3時間後から始まり、72時間後にピークを認めた。その後は心筋梗塞後8週まで動員細胞は漸減し、16週後まで増減無く平衡状態を維持した。動員された細胞の表現型は、梗塞後6時間の時点では抗CD31抗体、抗CD45抗体および抗Vimentin抗体陽性の細胞が多数存在していたが、梗塞後24時間後には一部に抗CD31抗体や抗CD45抗体陽性細胞が存在するものの、大部分は抗Vimentin抗体のみが陽性の細胞に変化していた。いずれの時点でもα-アクチニン陽性の骨髄細胞はみられなかった。

また心筋梗塞作製直後から5日間granulocyte colony-stimulating factor(G-CSF)を投与した群と投与しなかった群との比較では、骨髄からの動員細胞数と動員細胞の表現型に大きな差はなく、1カ月後の心臓超音波の心機能評価でも有意な改善を認めることはできなかった。心筋梗塞後の骨髄細胞の動員は3日目以降から8週後まで漸減し、それ以後は動員されにくいことが判明した。この期間に骨髄細胞の動員数の漸減を回避できる手段を確立させる事が効率的な再生治療になりうる可能性があることを示唆した。これらの結果をまとめて報告予定である。
単一細胞内タンパク質のイメージング質量分析を実現する撮像型分子検出器

本研究では、分子が入射した位置を決定できる超高感度な撮像型の分子検出器を開発する。超伝導ストリップ線をイオン受光部に応用し、現有の飛行時間型質量分析装置(TOF MS)の検出部に搭載する。単一細胞内におけるタンパク質の質量と空間分布を同時に測定できるイメージング質量分析を実現することが本研究の目的である。これまでに、ストリップ線方向の力学インダクタンスLと、誘電体層のキャパシタンスCをパラメータとして、最終目標の画素数に相当する2500段だけ直列に接続したシミュレーションを実施したところ、立ち上がり時間が1020ピコ秒の高速パルスを伝送可能なパラメータLとCを得ることができ、実現すべき検出器構造を明らかにした。さらに、シミュレーションで明らかにしたその検出器構造を実際に作製し、質量分析装置に搭載してイオンを照射したところ、イオンが衝突した際にストリップ両端から正・負極一対の電流パルスが出力されるという基本原理を世界で初めて実証した。しかしながら、出力電流パルスのS/N比が小さく、また、それら正・負一対の電流パルスの遅延時間が想定よりも早いという2つの問題点があった。1点目については、チップキャリアの高周波伝送特性が不良であることを突き止めており、高周波対応のセラミック基板を用いることで解決の糸口を掴んだ。2点目については、その原因を明らかにするため、作製した超伝導ストリップの超伝導特性を精細に調査した。具体的には、線幅の異なる様々な超伝導ストリップの磁場下における抵抗温度特性やホール係数を取得した。その結果で得られた力学インダクタンスLは、これまでの光やイオンを照射したときに得られる出力パルスの時定数から算出される値よりも一桁小さく、これが正・負一対の電流パルスを時間軸上で十分に分離できない原因であることを突き止めた。イオンが衝突した際にストリップ両端から正・負極一対の電流パルスが出力されるという基本原理を世界で初めて実証したものの、超伝導ストリップの力学インダクタンスLが想定よりも一桁小さく、それらの電流パルスを時間軸上で十分に分離できないという問題に突き当たっている。未だ単一細胞のイメージングに取り掛かれていないので「やや遅れている」が妥当である。ニオブ超伝導ストリップの力学インダクタンスLが想定よりも小さいことは、SQUIDを用いた異なる実験手段においても確認しており、間違いはない。ところでこれらの物性計測を通じて、ニオブの超流動密度と準粒子密度を得ることができるが、これらの値から、ニオブ中の電子のうち、わずか10%程度しか超伝導に寄与していないことが分かった。これが小さいLの原因であると考えている。次年度は、Lを大きくするため、ニオブの厚さを現状の40nmから10nmまで薄くする、あるいは磁場侵入長の大きな窒化ニオブで超伝導ストリップを作る、という方策で研究を進める。イメージング質量分析は、質量差によって識別された分子ごとの分布画像を得ることができる次世代の計測技術である。数10ミクロンサイズの生体試料(例えば細胞)の全面にレーザーを一度に照射して試料中の分子をイオン化させ、検出器まで飛行させる。検出器に到達するまでの飛行時間(TOF: Time-Of-Flight)を測定することで分子の質量が得られる。細胞内に分布していた分子の位置情報は、そのまま、検出器に衝突した位置へ投影される。しかしながら、計測可能な分子量と解像度は分子検出器の性能で制限されており、現在のところ、数100ミクロンサイズの比較的大きな生体組織中に存在する金属イオンなどの軽い分子の分布画像しか得られていない。一方、我々が初めて実現した超伝導ストリップ線検出器(SSLD: Superconducting Strip Line Detector)は超高感度な分子検出器であり、質量分析装置に搭載してタンパク質などの重い分子を高効率で検出している。SSLDは線幅1ミクロン程度の超伝導ストリップ線をつづら折り形状に加工したものであるが、本研究ではSSLDを発展させて超伝導ストリップ線をマイクロストリップ伝送線路として設計・製作し、タンパク質がSSLDに衝突した位置も決定できる撮像型のSSLDを開発する。単一分子が超伝導ストリップ線に衝突すると、両端から正・負極一対の電流パルスが出力されるが、両端に接続された時間デジタル変換器(TDC: Time-to-Digital Converter)でパルス到達時間差を計測することで分子が衝突した位置を決定できる。本年度はシミュレーションを行い、応答時間が10 ps程度の超高速パルスを伝送可能なSSLDマイクロストリップ伝送線路構造を解明した。これまでの超伝導ストリップ線検出器(SSLD: Superconducting Strip Line Detector)はマイクロストリップ伝送線路として設計されておらず、出力電流パルスの応答時間は電気回路の時定数で決定され、ナノ秒である。本研究では、SSLDを伝送線路として設計・製作し、SSLDが本来有している10 ps程度の超高速応答パルスを伝送可能な検出器構造を実現する。必要となるSSLDの寸法は、測定対象となる細胞の大きさが数10ミクロン、質量分析装置の像倍率が100倍であれば、数ミリ角程度である。本研究では、800ミクロン長の超伝導ストリップ線を40ミクロン角のつづら折り形状に加工したものを1画素とし、2500画素を直列につないで、縦横各50画素で全検出器サイズが2ミリ角の撮像型SSLDを開発する。SSLDをマイクロストリップ伝送線路構造として実現する上で、デバイス構造は分布定数回路として取り扱う必要があり、デバイスのストリップ線方向の力学インダクタンスLと、ストリップ層、誘電体層、およびグランドプレーン層から成るキャパシタンスCを用いたLCラダーとして回路シミュレーションを実施した。

L = 100 pH、C = 0.04 pFとしたLCラダーを、画素数に相当する2,500段だけ直列に接続したシミュレーションにおいて、立ち上がり時間が1020psの高速パルスを伝送可能である結果を得た。これまでの研究結果により、L = 100 pHを実現するためには超伝導ストリップ線の材料として窒化ニオブを使用し、C = 0.04 pFを実現するためにはグランドプレーンとして窒化ニオブ、誘電体として窒化アルミを使用すれば実現可能であることが分かった。本研究では、分子が入射した位置を決定できる超高感度な撮像型の分子検出器を開発する。現有の飛行時間型質量分析装置(TOF MS)の検出部に搭載し、単一細胞内におけるタンパク質の質量と空間分布を同時に測定できるイメージング質量分析を実現する。本年度の研究実施計画は下記のとおりであった。1.超伝導ストリップ線をマイクロストリップ伝送線路として設計・製作する。2.単一分子が超伝導ストリップ線に衝突した際にストリップ両端から出力される正・負極一対の電流パルスを確認する。3.時間デジタル変換器を現有の冷凍機に実装してパルス到達時間差を計測する。4.レーザ走査機構等を用いてタイミングジッタを評価する。5.2500画素の撮像型検出器を開発する。項目13について、超伝導ストリップ層とグランド層としてニオブ、誘電層として二酸化ケイ素を用いた構造で、全長30 cmのマイクロストリップ伝送線路を作製した。現有の冷凍機に搭載し、飛行時間型質量分析装置から射出される単一分子を伝送線路に衝突させたところ、計画どおりに正・負極一対の電流パルスが出力された。時間デジタル変換器を用いて正・負極一対の電流パルスの伝搬時間差を測定すると、最大7.5 nsの遅延時間差であった。本研究の最終目標である全長2 mのストリップに換算すると遅延時間差は50 nsになるが、これは研究実施計画書に記載したとおりの値である。しかしながら、項目5を実施するためには項目4のタイミングジッタの評価が必須となるが、タイミングジッタを評価できるほど出力電流パルスのS/N比が良好ではないことが分かった。S/N比を向上させるための対策が現在の課題である。超伝導ストリップ粒子検出器をマイクロストリップ伝送線路として活用することで、単一分子が衝突した際にストリップ両端から正・負極一対の電流パルスが出力されるという基本原理を世界で初めて実証したことは評価できるものの、タイミングジッタを評価できるほどS/N比の高い出力信号ではなく、それが理由で今年度後半に予定していた2500画素の撮像型検出器もまだ実現できていない。従って現在の進捗状況として「(3)やや遅れている。」が妥当であるが、ネットワークアナライザを用いた実験系の測定によって、小さいS/N比の原因が検出器を搭載するチップキャリアに存在することを突き止めている。
有限群のコホモロジー論の研究

コホモロジー環を計算するうえでの基本的な理論を構築できた.すなわち,Carlson加群の直既約直和因子のvertex,加群に関する相対射影被覆とGreen対応との関係,Carlson加群とGreen対応との関係,p-ランク2の有限群のmod pコホモロジー環のproductiveな元からのパラメーター系の構成などを明らかにした.ここで,pは素数である.ランクが2のp-群で,(1)中心は巡回群である(2)ランク2のどの基本可換部分群の中心化群が可換群であるようなPをSylow部分群として含む有限群で,ランク2のどの基木可換部分群のGにおける中心化群においても,Pにおけるその中心化群がSylow部分群であるような有限群Gのmod pコホモロジー環の考察に共通的に現れる加群の構成に戒功した.これにより,これらのコホモロジー環の考察は統一的に行うことが可能となった.これらの応用として,第一に,Sylow2-部分群がwreathed 2-群である有限群のmod2コホモロジー環を計算した.第二に,sylow p-部分群が位数p^3,指数Pのextraspecial p-群である有限群のmod pコホモロジー環を考察し,このコホモロジー環の構造を調べるための一般論を構成した.その例として,一般線型群GL(3,F_p),p>3,のコホモロジー環を決定した.このような有限群でそのmod pコホモロジー環が決定されていたものは他にはMathieu群M_<12>とGL(3,F_3)のみであった.(これらは同型なコホモロジー環をもつ)われわれの理論によれば,同じSylow p-部分群をもつ他の散在型の有限単純群のコホモロジー環も計算できるはずである.コホモロジー環を計算するうえでの基本的な理論を構築できた.すなわち,Carlson加群の直既約直和因子のvertex,加群に関する相対射影被覆とGreen対応との関係,Carlson加群とGreen対応との関係,p-ランク2の有限群のmod pコホモロジー環のproductiveな元からのパラメーター系の構成などを明らかにした.ここで,pは素数である.ランクが2のp-群で,(1)中心は巡回群である(2)ランク2のどの基本可換部分群の中心化群が可換群であるようなPをSylow部分群として含む有限群で,ランク2のどの基木可換部分群のGにおける中心化群においても,Pにおけるその中心化群がSylow部分群であるような有限群Gのmod pコホモロジー環の考察に共通的に現れる加群の構成に戒功した.これにより,これらのコホモロジー環の考察は統一的に行うことが可能となった.これらの応用として,第一に,Sylow2-部分群がwreathed 2-群である有限群のmod2コホモロジー環を計算した.第二に,sylow p-部分群が位数p^3,指数Pのextraspecial p-群である有限群のmod pコホモロジー環を考察し,このコホモロジー環の構造を調べるための一般論を構成した.その例として,一般線型群GL(3,F_p),p>3,のコホモロジー環を決定した.このような有限群でそのmod pコホモロジー環が決定されていたものは他にはMathieu群M_<12>とGL(3,F_3)のみであった.(これらは同型なコホモロジー環をもつ)われわれの理論によれば,同じSylow p-部分群をもつ他の散在型の有限単純群のコホモロジー環も計算できるはずである.wreathed 2-群SをSylow 2-部分群として持つ有限群Gのmod2コホモロジー環H^*(G,k)は平成7年度一般研究(C)において一応,計算したのだが,平成4年度一般研究(C)によるSylow2-部分群が準2面体群である場合や,Sylow2-部分群が2面体群である場合も含めてかなり統一的に扱う方法を見出した.すなわち,この命題とCarlsonの定理をp-ランクが2の有限群のmod pコホモロジー環のパラメーター系に適用して,パラメーター系のコホモロジー類のCarlson加群の構造を調べることができ,以ってコホモロジー環の次元公式などを得ることができる.また,HoltとAlperinの定理を組み合せて命題2.Sを有限群GのSylow p-部分群とし,おく.Sのコホモロジー類ζがG-安定であるためには(i)N_G(S)のどの元gに対してもcon^g(ζ)=ζであり,かつ,であることが必要十分である.を得た.これはSylow p-部分群のコホモロジー類が普遍安定元であるかどうかを判定するひとつの方法である.命題12ともにexponent pのextra-special p-群に適用できる.この群の普遍安定mod pコホモロジー環は未決定である.コホモロジー環を計算するうえでの基本的な理論を構築できた.すなわち,Carlson加群の直既約直和因子のvertex,加群に関する相対射影被覆とGreen対応との関係,Carlson加群とGreen対応との関係,p-ランク2の有限群のmod p

コホモロジー環のproductiveな元からのパラメーター系の構成(productiveな元は自明な加群のある加群に関する相対入射抱絡から定義されるものである)などを明らかにした.ここで,pは素数である.ランクが2のp-群で,(1)中心は巡回群である(2)ランク2のどの基本可換部分群の中心化群が可換群であるようなPをSylow部分群として含む有限群で,ランク2のどの基本可換部分群のGにおける中心化群においても,Pにおけるその中心化群がSylow部分群であるような有限群Gのmod pコホモロジー環の考察に共通的に現れる加群の構成に成功した.これにより,これらのコホモロジー環の考察は統一的に行うことが可能となった.これらの応用として,Sylow p-部分群が位数p^3,指数pのextraspecial p-群である有限群のmod pコホモロジー環の考察を行い,このコホモロジー環の構造を調べるための一般論を構成した.その例として,一般線型群GL(3,F_p),p>3のコホモロジー環を決定した.このような有限群でそのmod pコホモロジー環が決定されていたものは他にはマシュー群M_<12>とGL(3,F_3)のみであった.(これらは同型なコホモロジー環をもつ)われわれの理論によれば,同じSylow p-部分群をもつ他の散在型の有限単純群のコホモロジー環も計算できるはずである.
安全性向上の観点からの核融合発電プラントシステム設計最適化

本研究では簡易モデルながら核融合炉のプラントシステム全体を記述し種々の物理・工学設計パラメータとプラント性能の関係を記述することのできるシステムコードと、核融合炉の燃料であるトリチウムのプラントシステム内での循環を記述するモデル、そして核融合炉の立ち上げから定常運転に至るまでのプラズマ運転シナリオを解析するモデルを組み合わせたプラントシステム解析コードを構築した。これによりプラントシステムの性能評価の定量的精度が大きく向上し、核融合炉の設計領域解析や、各プラント機器の設計最適化につながる成果が得られた。平成25年度は、プラントシステム解析コードの整備、特にシステム設計コードおよび炉心プラズマ運転シナリオ解析モデルの改良を行った。具体的には、平成24年度に開発したヘリカルプラズマの準1次元粒子・エネルギーバランスモデルを改良し、複数のLHD実験データへの対応を容易にしたほか、不純物や加熱効率、計測誤差等の影響も考慮できるよう計算モデルの一部を改良し、また外部加熱の制御手法に関するモデルの開発にも着手した。改良した炉心プラズマ運転シナリオ解析モデルは単体の解析コードとしてヘリカル核融合炉設計で活用され、三次元平衡・輸送計算とのクロスチェックを含めたさらなる改良にも着手している。またシステム設計コードについても、トリチウムバランス解析モデル、炉心プラズマ運転シナリオ解析モデルとの連成作業が進展したほか、物量やコストを評価するモジュールの追加も行い、より総合的な評価が可能となった。平成24年度は、研究計画に基づきプラントシステム解析コードの整備、特に炉心プラズマ運転シナリオ解析モデルの開発を行った。具体的には、核融合科学研究所大型ヘリカル装置(LHD)での実験結果に基づき、固体水素ペレットによる燃料供給を模擬できるヘリカルプラズマの準1次元粒子・エネルギーバランスモデルを構築し、炉心プラズマの線平均電子密度を基準としたフィードバックにより自己点火燃焼条件への到達およびその定常維持が原理的に可能であることを確認した。これまでヘリカル系プラズマについて、プラズマの密度・温度分布の影響を考慮した運転シナリオ解析はまだ実施されておらず、開発した炉心プラズマ運転シナリオ解析モデルは単体の解析コードとしてもヘリカル核融合炉設計において有用であり、今後の設計活動での活用が期待される。この炉心プラズマ運転シナリオ解析モデルと既存のシステム設計コード、トリチウムバランス解析モデルの連成作業については、運転シナリオ解析モデルの開発に予定より時間を要したためまだ完了していないが、コード間での変数名の統一やモジュールの整理など、統合に向けた各コードの改良作業が進んでいる。また、これらの改良作業を通じ、各コードが単体の解析コードとしても他コードの解析結果の反映が可能なものとなった。これによりトリチウムバランスを考慮したシステム解析、炉心プラズマパラメータを意識したトリチウムバランス解析等、過去の同様の解析コードでは行われなかった解析が可能であり、これも今後の設計活動での活用が期待される。なお、並行して実施する計画であった熱流動計算実行環境整備については、予定していたベンチマーク計算には至っていないが、3次元CADおよび熱流動計算ソフトウェアの専用計算機への導入を終え、基本的な動作確認が完了している。平成26年度は昨年度に引き続きプラントシステム解析コードの整備、特にシステム設計コードのおよび炉心プラズマ運転解析モデルの改良を行った。具体的には平成24年度から開発を開始したヘリカルプラズマの1次元粒子・エネルギーバランスモデルを改良し、三次元平衡・新古典輸送との連成計算を可能にしたほか、外部加熱パワーの制御手法を確立した。これにより基本運転モードの運転条件の定量的な明確化が進行した。またシステム設計コードについては、並行して職務として行っているヘリカル核融合炉概念設計の知見も生かしてコストおよびプラントパワーフローモデルの大幅な改良を進めた。これにより熱効率を除く部分でのシステムコードの自己完結性が大きく向上し、また上記1次元コードとの対応性を高めることで、より定量的に確度の高い解析が可能となった。これらの作業により、両コードのプラントシステム解析コードへの統合作業がほぼ完了した。今年度は熱流動計算の実施を試みたが、結果としてプラントシステム解析コードに組み込み可能なモデルの構築には至らなかった。そのため熱効率等もパラメータスキャンの対象する方針に変更し、システム解析コードの対応部分の改良を進めた。また、昨年度構築したプラントパワーフローモデルについて、並行して職務として進めているヘリカル核融合炉概念設計やトカマク型核融合炉システムコード改良作業の知見を生かして改良を行いより定量性の向上を進めるとともに、基本運転シナリオの確立に対応し、運転シナリオ解析モデル、トリチウムバランスモデルとの連成部分についても改良を行った。モデル構築を目指して熱流動計算のための作業を進めたが、最終的にプラントシステム解析コードに組み込む可能なモデルの構築には至らず、方針転換をする決断も遅れたため、未確定パラメータもスキャン対象としたパラメータスキャンも完了までには至っていない。また、定量性の向上に寄与はしたが、これまでに構築したモデルについても修正を行ったことも、進捗が遅れる一因となっている。本年度はプラントシステム解析コードおよび炉心プラズマ運転シナリオモデルの改良を継続し、炉心プラズマ運転シナリオに基づく定常運転パラメータをプラントシステム解析コードの密度・温度分布や、必要粒子供給量などといった情報に反映させた。これにより必要なトリチウム循環量を含めた核融合炉の設計パラメータを、炉心プラズマ運転シナリオと整合した形で評価することが可能になり、現在のプラズマ実験で達成されている物理パラメータ範囲での自己無撞着なプラズマ運転シナリオに対応した計算など、炉心プラズマ運転シナリオに応じた設計領域の評価が可能となった。

トリチウムバランス解析においては、当初想定していたブランケット設計に応じた増殖比の評価や、炉壁等への吸着による炉心でのインベントリ評価含んだ系統的・定量的な解析には至らなかったものの、全システム中で最も多くの循環量を有する炉心への粒子供給必要量が評価できたことにより、この最小化、という意味での最適化は可能となった。その一方で、熱効率の系統的評価にも至らなかったことと、これも含む多数の設計パラメータをインプットとして与えて計算する現在の解析においては、ある特定の設計条件に限った場合でもこれらのパラメータの与え方次第で必要なトリチウム供給量が決まってしまうため、トリチウム保持量最小化の観点からの設計領域の最適化、という当初の目的の完全達成には至っていない。一方で、本研究を通じたプラントシステム解析コードの構築およびその改良により、特に炉心設計パラメータおよびプラントのパワーバランスの評価の定量的精度は大きく向上し、特定の設計条件(特に電気出力)に対する必要トリチウム循環量の系統的評価、という観点では大きな成果が得られた。これは今後の設計領域解析や、それに伴う各プラント機器の設計最適化に大きく寄与できるものと考えている。本研究では簡易モデルながら核融合炉のプラントシステム全体を記述し種々の物理・工学設計パラメータとプラント性能の関係を記述することのできるシステムコードと、核融合炉の燃料であるトリチウムのプラントシステム内での循環を記述するモデル、そして核融合炉の立ち上げから定常運転に至るまでのプラズマ運転シナリオを解析するモデルを組み合わせたプラントシステム解析コードを構築した。これによりプラントシステムの性能評価の定量的精度が大きく向上し、核融合炉の設計領域解析や、各プラント機器の設計最適化につながる成果が得られた。並行して職務として行っているヘリカル核融合炉概念設計活動において、炉心プラズマ運転シナリオ解析コードの改良が最優先事項となり、また建設・メンテナンス手法の検討作業にも本格的に着手したため、本研究に充てられるエフォートが当初の見込みを下回った。このため、特に昨年度から遅れが生じていた熱流動計算については、条件設定の洗い出しをするなどの検討はある程度進んだものの、未だデータベース構築のための本格的な計算には着手できていない状況である。進捗が大きく遅れたたため、データ解析のため1年の期間延長を申請した。熱流動解析についても引き続きモデル構築の可能性を探りつつ、まずは大規模なパラメータスキャンを年度前半には確実に完了し、少なくともこの結果を受けた設計への提言をまとめる。核融合炉システム設計今年度が最終年度であるため、まずは大幅に遅れている熱流動計算について、年度半ばまでに少なくとも一種類(並行して行っているヘリカル核融合炉設計で採用されているブランケット方式が最有力候補)についてのデータベース構築を目指す。
数量化ボーリング土質名のスペクトル分析による地盤区分に関する研究

ボーリング土質記録の順序づけた土質カテゴリーに対し、尺度構成方とそれに続くクラスターおよびスペクトル分析を適用した。先ず、室蘭市東部でのボーリング記録の土質区分を11のカテゴリー集約した。最終的には、このカテゴリーに等現間隔尺度により、各々1,2,3,...,11を表土、高有機質土、火山性粘性土、有機質土、粘性土、シルト、砂質上、砂、礫質土、礫、岩に付与した。この尺度は、室蘭、苫小牧、岩見沢、帯広、釧路の資料に対しても当てはめた。次に、この数量化したボーリング土質記録に対しクラスター分析を行い、各市の地盤区分をクラスターに基ずいて作成した。またクラスターを代表する平均的なボーリングも抽出した。さらに、数量化したボーリング土質の記録をWalsh-Hadamard関数のスペクトルに変換した。各市の各スペクトルごとの等値線図を作成したが、各等値線巣は関数の相似性を基に解釈した。また、各スペクトルの特徴的ボーリングを抽出した。1)本年度の研究解析対象地域の北海度苫小牧市のボーリング記録である苫小牧市内土質柱状図集(北海道建築士会苫小牧支部発行)の記録から,ボーリング点を2500分の1の地形図上に再現した。これをデジタイザーを用いて数値座標に置き換え,また土質をコード化して計算機用の磁気記録としてファイル化した。ボーリング点はほとんど沖積低地部にある。次に,地表下深度12mまでの全土質を10個の継次(順序)カテゴリーにまとめた。カテゴリー中表土,腐植,粘土は非常に出現度合いが低い。2)これらのカテゴリーに対しこの順番の数値尺度に置き換えるべく,継次カテゴリーに対する数量化理論により計算するための計算プログラムをワークステーションを利用して作成した。19組の結果をえたが,以下に示す重み(Urban-Muler)付き最小自乗法での結果を採用した。表土;-0.994,腐植土;-0.911,粘土;-0.908,シルト;-0.848,砂;-0.822,レキ;-0.066,火山灰;0.804,凝灰質;1.134,凝灰岩;1.332,岩類;1.4523)これらの数値をボーリング記録の土質にあてはめてWalsh-Hadamerd関数によるスペクトル分解を行った。スペクトルごとのコンター線図によると,交差数(周波数と似た概念)0および1のスペクトル強度が高い地域地域は崖錐地域に,低い地域は海岸平野部に観られ,解析に使用した関数と堆積土質の堆積順序の相似性の高さが証明された。また交差数2以上のスペウトルで強度の高い地域はおもに海岸平野部に点在している。4)N値もこのスペクトルに分解してみると,交差数0の地域のコンターが高い値を示す地域は苫小牧市明野町および糸井駅東地域である。深度方向のN値の分布とスペクトルを観察すると明野町のそれは,上下に高N値(30-40)中間(交差数2)に較弱な堆積を挟む。糸井地域のそれは地表近くに軟弱な堆積を,下部に高N値(50以上)の堆積が観られる(交差数2)。先ず、土質区分の数量化のために、平成3,4年にすでに処理した北海道室蘭市東部でのボーリングの土質区分に対して再度尺度構成法により21種の尺度を求めた。これら尺度のうち、1.各ボーリングの土質区分を周囲のボーリング資料からより精度よく推定する、2.尺度値に置き換えた土質区分を方形波関数でスペクトル変換し、各ボーリングのスペクトルを周囲のボーリングのスペクトルからより精度よく推定する、3.できるだけ低周波数(交差数)で原波形をより十分に復元できる、等の観点より尺度の比較検討を行った。その結果、いづれの尺度を用いても大差ないことがわかった。よって、尺度としては土質区分の表土,高有機質土,火山灰質粘土,有機質土,粘性土,シルト,砂質土,砂,礫質土,礫,岩に各々1,2,3...,10,11をあてはめるのが、利用面から考えても最もよいことが判った。そこで当初の計画に沿い、北海道釧路市、帯広市、岩見沢市の各建築士会分会で収集されたボーリング資料集を借用し、土質記録とN値データを計算機の記録媒体に入力した。

その後、上記の各都市の資料を数量化し、当初計画していた方形波スペクトル解析を行い、解析対象地域ごとにスペクトル強度の等値線表示を、また卓越交差数による地盤区分図を作成した。更に、各ボーリングをクラスタ分析により分類し、その位置関係をもとに地盤のクラスタ区分図も作成し計画以上の成果を得ることができた。結果としては、地域により地盤の堆積環境の相違を反映した地盤区分図を得ることができた。これらの結果を資料提供元の各建築士会等に報告し、解説をおこなった。また計算機入力した原データとその表示プログラムも磁気媒体(フレキシブルデスク)の形で配布した。
副腎機能不全に伴う低Na血症の病態解明：CRFニューロンに共存するAVPの意義

副腎機能不全[糖質コルチコイド(GC)欠乏]は水利尿不全および低ナトリウム血症を引き起こす.抗利尿ホルモンであるバゾプレシン(AVP)の不適切分泌が病態に関与するとされるが,なぜGC欠乏ではAVPが不適切に分泌され続けるのか,そのメカニズムは明らかではない.AVPは主に視床下部室傍核(PVH)では大細胞から分泌されるが小細胞性コルチコトロピン放出因子(CRF)ニューロンからも分泌される.本課題では,「GC欠乏では負のフィードバックがはずれCRF/AVPニューロンが持続的に刺激された結果,AVPの不適切分泌が起こり,水利尿不全と低ナトリウム血症を引き起こす」という仮説の検証を行う.副腎機能不全[糖質コルチコイド(GC)欠乏]は水利尿不全および低ナトリウム血症を引き起こす.抗利尿ホルモンであるバゾプレシン(AVP)の不適切分泌が病態に関与するとされるが,なぜGC欠乏ではAVPが不適切に分泌され続けるのか,そのメカニズムは明らかではない.AVPは主に視床下部室傍核(PVH)では大細胞から分泌されるが小細胞性コルチコトロピン放出因子(CRF)ニューロンからも分泌される.本課題では,「GC欠乏では負のフィードバックがはずれCRF/AVPニューロンが持続的に刺激された結果,AVPの不適切分泌が起こり,水利尿不全と低ナトリウム血症を引き起こす」という仮説の検証を行う.
次元構造をもつ新しいスピンクロスオーバー錯体の研究

低スピンと高スピン間を相互変換するスピンクロスオーバー現象は、分子双安定性の象徴的現象であり、次世代光機能素子として大きな期待を集めている。この現象は、(1)3d^4-3d^7電子構造をもつ金属錯体にのみ観測される。(2)狭い領域の配位子場強度を与える配位子に限定される。(3)長寿命光誘起準安定状態には、大きなスピンサイト間相互作用が必要である。この制約のために、ピリジン、トリアゾール,テトラゾール系配位子のごく少数金属錯体にのみ光誘起スピンクロスオーバー現象が観測されていた。大方の研究はこれらを分子修飾することにより実施されている。私は本研究により、混合原子価、2次元キラル層構造をもつ全く新しいスピンクロスオーバー錯体を見出した。3脚型配位子H_3Lを含み、組成式[Fe^<II>H_3L][Fe^<III>L]X_2をもつ。結晶構造は、2価プロトン種[Fe^<II>H_3L]と3価脱プロトン種[Fe^<III>L]が水素結合により連結してキラル2次元層状構造を形成している。成分2価、3価錯体もスピンクロスオーバー挙動を示し、水素結合による2次元層構造を形成すると顕著なスピンサイト間相互作用が発現し、熱履歴、凍結効果が観測された。陰イオンは、スピン転移に顕著な影響を及ぼし、2段階スピン転移へと導く。本分子系は、以上のように、美しい構造と優れた特徴をもつ新しいスピンクロスオーバー錯体系であり、光誘起、キラリティのおよぼす効果を研究した。また、脱プロトン化に伴うスピン変化、酸化数変化を可逆的に起こす分子系であることを明らかにした。しかし、この現象は、(1)3d^4-3d^7電子構造をもつ金属錯体にのみ観測される。この制約のために、ピリジン、トリアゾール,テトラゾール系配位子のごく少数金属錯体にのみ光誘起スピンクロスオーバー現象が観測され、大方の研究はこれらを分子修飾することにより実施されている。我々は、混合原子価、2次元キラル層構造をもつ全く新しいスピンクロスオーバー錯体を見出した。成分2価、3価錯体もスピンクロスオーバー挙動を示し、2次元層構造を形成すると顕著なスピンサイト間相互作用が発現し、熱履歴、凍結効果が観測された。2次元錯体は、鉄の2価、3価のすべての組み合わせに加えて、異種金属イオンを用いても同様に合成できる。陰イオンは、スピン転移に顕著な影響を及ぼす。本分子系は、以上のように、美しい構造と優れた特徴をもつ新しいスピンクロスオーバー錯体系であり、光誘起、圧力誘起、キラリティのおよぼす効果が次第に明らかになりつつある。

(3)長寿命光誘起準安定状態には、大きなスピンサイト間相互作用が必要である。この制約のために、ピリジン、トリアゾール,テトラゾール系配位子のごく少数金属錯体にのみ光誘起スピンクロスオーバー現象が観測され、大方の研究はこれらを分子修飾することにより実施されている。私は混合原子価、2次元キラル層構造をもつ全く新しいスピンクロスオーバー錯体を見出した。3脚型配位子H_3Lを含み、組成式[Fe^<II>H_3L][Fe^<III>L]X_2をもつ。結晶構造は、2価プロトン種[Fe^<II>H_3L]と3価脱プロトン種[Fe^<III>L]が水素結合により連結してキラル2次元層状構造を形成している。成分2価、3価錯体もスピンクロスオーバー挙動を示し、水素結合による2次元層構造を形成すると顕著なスピンサイト間相互作用が発現し、熱履歴、凍結効果が観測された。陰イオンは、スピン転移に顕著な影響を及ぼし、2段階スピン転移へと導く。本分子系は、以上のように、美しい構造と優れた特徴をもつ新しいスピンクロスオーバー錯体系であり、光誘起、キラリティのおよぼす効果を研究した。また、脱プロトン化に伴うスピン変化、酸化数変化を可逆的に起こす分子系であることを明らかにした。
シナプス後部分子構築の動態制御に関与する細胞内シグナルの同定

培養海馬神経細胞では、培養後10日から20日の間に興奮性シナプスの局在が樹状突起のShaftからspineへと変化する。この時期には活発な樹状突起上のspine(棘突起)でのシナプス形成が起こると考えられ、シナプス構造の形成過程を解析する良いモデルシステムになると考えられる。生きた神経細胞でのシナプスの形態とシナプス前部および後部の機能分子の集積過程を可視化するために、PSD-95-GFPおよびGFP-PSD-Zip45の2種類の蛍光プローブを用いてタイムラプス蛍光観察を行った。この実験により、2つのシナプス後部蛋白質の動態が異なっており、PSD-Zip45は急速にシナプス部位に出現・消失する事が明らかになった。さらにPSD-Zip45の動態は神経活動により制御されており、神経細胞のNMDA受容体刺激によりPsD-Zip45のクラスターの分散が起こり、速い膜電位依存性カルシウムチャネルの活性化により、PSD-Zip45のクラスターの凝集が起こる事が明かになった。これらの神経細胞の活性化は、PSD-95のクラスターに対しては作用を持たないことから、同じシナプス後部に局在する蛋白質でもその神経活動に対する反応性は全く異なると考えられる。従ってシナプス後部を構築する機能分子の動態は分子種特異的かつ時期特異的であり、その集積と構造維持には個々のシナプスレベルで独立に働く情報伝達系が関与していると考えられる。1)培養海馬神経細胞では、培養後10日から20日の間に活発なシナプスの再編成が起こる。これに伴ったシナプスの形態変化の過程を観察するために、次の分子プローブを作成した。A)シナプス後部のマーカー分子であるPSD-95に、クラゲ由来の蛍光蛋白質GFPの長波長変異体であるYFPを結合したPSD-95-YFP。B)シナプス前部のマーカー分子であるsynaptophysinに、GFPの短波長変異体であるCFPを付加したsynaptophysin-CFP。これらの分子を、培養海馬神経細胞に組み換えアデノウィルスを用いて発現させ、CFPとYFPの蛍光を取得することにより、シナプス形成に伴い、短時間の内にPSD-95とsynaptophysin分子が選択的にシナプス部位に集積する過程を可視化することが出来た。また、この実験から、シナプス後部蛋白質の集積は、前部蛋白質の集積よりも遅れることがわかった。2)PSD-95分子の動態が、細胞内へのカルシウム流入によってどのように制御されるのかを解析するために、fluo-3による細胞内カルシウム濃度測定を行った。グルタミン酸とKClによる刺激によって、それぞれ樹状突起内のカルシウム濃度は顕著に上昇した。これらの刺激に伴うPSD-95分子の分布の変化を解析するために、PSD-95-GFPを発現した細胞を用いて、刺激前後でのGFPの蛍光像の変化を解析した。PSD-95-GFPの局在は、これら二種類のカルシウム濃度上昇を伴う刺激によっては変化しなかった。今後は他のPSDに存在する分子について、樹状突起でのカルシウム濃度上昇に伴ってその局在を変化させるものが存在するのかを検討する予定である。
希土類窒化物の極低温用磁気冷凍材料および蓄冷材としての実用化

Gd,Tb,Dy,Ho,Erの5元素の窒化物及びこれらの組合せの二元系窒化物をHIP法で合成した。その磁化、比熱を測定し磁気エントロピー変化と断熱消磁温度降下を評価した。幾つかの試料の電気伝導度を測定した。これらの物質系が水素液化のための磁気冷凍材料に最適の材料であることを示した。直径が0.85-1.0mmのGdNの球状材料を合成し、この材料が乾燥大気中で24時間保持しても酸化による重量増加が1%に満たないことを確認した。この球状窒化物材料を磁気冷凍試験機に実装し55-65Kの範囲で約5度の降温を実証した。二元系を含む希土類窒化物試料の合成HIP法、により、Dy_<0.5>Ho_<0.5>N, Tb_<0.5>Dy_<0.5>N,and Tb_<0.5>Gd_<0.5>Nを合成した。炭素熱還元法により、Ho_χEr_<1-χ>N(χ=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)を合成した。軽希土類(Nd、Smなど)を含む窒化物の合成を始めた。X線回折法によりそれらの結晶構造を確かめた。磁化測定による磁気冷媒性能の一次スクリーニング合成した試料の磁化を測定し、磁気エントロピー変化ΔSをΔS=∫^O_H(aMlaT)_HdHの方式から算出し、これらを平均原子番号、平均イオン半径、などの指標で整理しデータベース化した。比熱測定装置の導入と設置比熱測定装置(PPMS model 6000, QuANTuM DESIGN, Inc.)を導入設置した。無磁場比熱Cの測定を行った。得られた試料の絶対エントロピーを、S=∫^T_OC/TdTの式によって評価した。極低温部の挙動はデバイ理論で近似した。明瞭なラムダ型比熱曲線が観察され、測定システムが健全に機能していることを確かめた。材料安定化実験CTR法で得たErNの表面を流動パラフィンで被覆し、その耐酸化性向上への効果を調べる実験を行った。評価項目は、大気中の湿度、重量変化の測定、磁化変化の測定、とした。湿度の管理が非常に重要で、シリカゲルを使う程度の湿度管理でも大きな効果があることが判った。・磁場中比熱測定測定:超伝導磁石を本年度予算で設置し磁場中比熱測定が可能となり、LnN系の比熱データの蓄積を開始した。HIP法による調密なシート状の希土類窒化物の試料を合成し、比熱と熱伝導の測定に供した。・材料の安定化、実用材料化:炭素熱還元法で得たLnN試料の酸化活性を低減する方策として第三元素の添加を試みた。しかし有効な添加剤の発見には至らなかった。しかし、希土類の球状金属材料をHIP法で窒化じた窒化物の耐酸化性が良好であることを見出した。さらにこれにコーティングすることで乾燥大気中では数十時間の耐候性を持つ材料とすることができる感触を得た。・希土類窒化物の探索:これまでにデータの報告のなかったNdN, SmNをHIP法で合成し、比熱を測定し磁気変態に伴う異常比熱を利用した蓄冷材としての評価を行った。どちらもすぐに実用化できるほどの大きさではなかった。GdとHoに非磁性の希土類であるYやLa、或いは磁性が殆どないと言われるYb, Ceを加えた場合の両者の磁気転移温度の変化を探索する実験をおこなった。この試料は炭素熱還元法で合成した。どちらの場合も磁気転移点は低下することを見出した。また転移に伴う磁気エントロピー変化△Sは添加元素による希釈の効果で説明され、エンハンスは見られなかった。・水素液化磁気冷凍システムのシミュレーション:過去に実施した磁気冷凍システムのシュミレーションコードに実測した△Sなどのデータをインプットした計算を行い、水素液化のエネルギー効率の評価の精度を向上させた。◆本予算で整備した装置(PPMS)を用いて、対象とする希土類窒化物の比熱を磁場印加時も含めて測定した。磁気転移点で顕著なピークを確認した。測定した比熱曲線からエントロピー曲線を計算し、磁気エントロピー変化△Sと、断熱消磁温度降下△Tを算出した。◆希土類窒化物の電気伝導度の測定(磁場印加時も含めて)を開始した。磁気転移点で電気伝導度が大きく低下する逆ピークをGdを除く元素の窒化物で観測した。

また、同装置を用いて、交流磁化の測定も行い、対象とした全ての希土類元素の窒化物で、磁気転移点で顕著なピークが得られることを確認した。◆直径1ミリ弱の球状Gd金属材料を出発物質として、HIP処理条件を最適化することにより、窒化に伴う亀裂を発生させることなく球状GdN材料を安定に数百グラム合成することに成功した。この材料を、独立行政法人物質材料研究機構に設置されている磁気冷凍試験装置に装架し、5267Kの温度領域で、14Tの間の磁場変動を与え、AMRサイクルによる冷凍試験を実施した。これにより約5度の温度降下が得られることを確認した。この温度領域での世界初の磁気冷凍サイクルの作動が確認された。◆表面に銀をコーティングし、酸化耐性を大きく向上する技術を開発した。この方法によれば、室温の飽和水蒸気圧の湿潤条件のもとで24時間放置しても、磁化の低下は1%程度に抑制されることを確認した。なお上記の磁気冷凍実証試験は、コーティングを施さない裸の材料で実施した。
ピクセル化されたLSIによる高分解能硬X線イメージャの開発

将来の宇宙硬X線観測において、20秒角を切る撮像観測を実現するには、200μm角程度の小ピクセルでかつ大面積なピクセル検出器が必要となる。特にその高密度なピクセルからの信号読み出し技術の開発が鍵となる。そこで、各ピクセルの直下に一揃いの信号処理回路を配置する方式の読み出しLSIを用いて、高いエネルギー分解能と位置分解能を兼ね備えたCdTeピクセルイメージャを製作し、その読み出し手法を確立した。X線天文学において、10keV以上の硬X線帯は集光することが困難なために検出感度が限られてきたが、硬X線望遠鏡の開発が進み、テルル化カドミウム半導体(CdTe)といった高効率の検出器素子と組み合わせることで、宇宙における硬X線帯での初めての集光撮像が実現しつつ有る。硬X線望遠鏡の角度分解能が向上すればするほど、検出器素子も小ピクセル化を要求されることになるが、画素密度が高くなることにより信号配線そのものが困難になる。また、従来の読み出し方式では配線の持つ浮遊容量が増大し、性能が限られてしまう。そこで、本研究では、読み出し用の集積回路(LSI)もピクセル状に回路を構成し、検出器素子と直接接合することで、これらの問題を一挙に解決し、高いエネルギー分解能を持った硬X線イメージャを実現することを目的としている。これまでに、1ピクセルの信号を処理する回路を270um角に納まるように設計を行い、これを12x12のアレイ状に配置したLSIを開発している。本研究では、まずこのLSIの性能評価試験を行い、読み出しシステムの構築を行った。これにより、回路が正常に動作することを確認、回路に供給するバイアス電圧やバイアス電流の調整などを行うことで、極めて低い回路雑音レベルに到達した。また、電力の限られる宇宙機で使用することを考えた設計を行っており、実測で消費電力を確認した。次に、ピクセルサイズを合わせたCdTe検出器素子を用い、LSIにバンプボンディング技術で接続し、イメージャの試作機を製作した。昨年度に製作した高分解能硬X線イメージャの性能評価試験をさらに進めた。本研究で開発したイメージャは合計144ピクセルが12x12のアレイ状に並んだテルル化カドミウム半導体(CdTe)素子を用いている。CdTe素子の直下には、読み出し用のLSIが配置され、CdTe素子の各ピクセルに対応した信号処理回路がLSI内部に並んでおり、半導体素子と一対一対応で接続されるようにした。これにより、高いエネルギー分解能を実現し、またイメージの取得にも成功した。各ピクセルの信号処理回路は独立に動作しており、その性能の均一性がイメージャとして動作させた時に重要となる。そのため、ピクセルごとの回路のノイズ、ゲインや線形性などのバラツキを調査し、その結果これらが十分に均一であることが分かった。一方で、高い位置分解能を実現するために、イメージャのピクセルサイズは270umと小さくなっているため、X線光子によって生成された電荷が複数のピクセルにまたがって検出される確率が高くなる。検出効率を上げるためには、そのような現象の取り扱いが重要となる。そのためのデータ解析方法の検討も行った。今回の試作機により、CdTe素子とLSIを直結する方式で、高いエネルギー分解能と位置分解能を併せ持ったイメージャを製作するための基礎技術が獲得できた。今回は144ピクセルのものであるが、将来的には数千ピクセルにもおよぶ、大面積のイメージャを開発する予定である。