hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
国際協力実験ZEUSによる電子・陽子衝突の研究

昨年度までに,国際協力によってカロリーメーター等の主要測定器を完成させた後,HERAのビーム衝突領域に移動して,宇宙線を用いたデータ取得試験を済ませていた。また,衝突装置HERAも,測定機移動までにビーム衝突のテストを行い,ルミノシティー検出器により最初の衝突が確認されていた。今年度は,当初より測定器の電磁石を励磁した状態で衝突試験が行われ,同時に測定器を動作させてビーム貯蔵時の,各々のビームからのバックグランドの測定を試みた。その際主として陽子ビームに由来する多量のバックグランドを軽減するためのトリーガー条件の検討と,解析時におけるバックグランドの識別方法を開発した。1現象当たりのデータ量が多量で平均100キロバイトを超えるので,データ取得系への負担を軽減するために,初期のトリガー段階でバックグランドを除くことが重要であった。そのため,陽子ビームの上流2mのビームパイプ近傍に,小形のシンチレーションカウンターを設置し,出力信号を高速でデジタル化して初段トリガーに飛行時間差情報を取り入れる手段を開発した。バックグランドの3分の1を除去できた。また,カロリーメーター読みだしの光電子増倍管出力からも1ナノ秒以下の精度で飛行時間測定ができ,第3段階トリガーに用いるほか,解析段階ではビームガス反応に由来するバックグランドを,ほぼ完全に判別できることが分かった。夏までに820GeV陽子と26.6GeV電子を衝突させて,最初のデータ取得を行った。ビーム電流が小さくルミノシティーは低かったが,衝突装置,測定器,データ取得系の総合試験として成功した。データを用いて,オンライン,オフライン解析の考察を行った。反応後の生成粒子中に孤立した電子が含まれた反応を検討したところ,生成粒子がビーム衝突点から発生しており,中性流電弱反応による深非弾性散乱と考えられることが分かった。また,電子が散乱角ゼロでエネルギーを大幅に失い,ルミノシティー測定器の電子検出器で捕らえられている現象が多数見つかった。これは,電子に伴う仮想光子と陽子の光反応と考えられることが分かった。夏期停止期間に衝突装置の改善がなされ秋に再度データ取得を行って,約30(1/ナノバーン)の全ルミノシティーを集積した。深非弾性散乱と仮想光子反応それぞれについて以下の知見を得た。1深非衝性散乱(1)4元運動量移行が1000(GeV/c)^2を大きく超える従来観測されたことのない反応が記録された。また荷電流弱反応による深非弾性散乱と考えられた反応も見つかった。どちらもまだ例数は少ないが,ルミノシティーが現在改善されたのにともなって1桁以上増加すると予想され,今後は十分解析できることが判明した。(2)4元運動量移行が100(GeV/c)^2代の反応が多数記録された。この場合はスケーリング変数(x)が従来観測できなかった小さな領域(10^<-3>以下)に関してもデータが得られた。この領域はまだ量子色力学(QCD)で計算出来ないところで,構造関数に関していくつかのモデルが提唱されているが,今回得られたデータでその選別ができた。(3)終状態のハドロンは予想どおりジェット構造を示すが,中に明らかな3ジェット以上の反応がみられた。これまでレプトン反応ではエネルギーが低かったせいで顕著には観測されていなかった。HERAでは十分エネルギーが高く,幅広いエネルギー領域でこうしたジェット,QCDの系統的解析が可能と分かった。2仮想光子反応(1)光子-陽子の反応全段面積を重心系エネルギー210GeVで測定した。従来約20GeVまでしかデータがなく,高エネルギーでの振る舞いが宇宙線反応等に関して問題とされていたが,今回の測定で,急激な上昇はなくわずかに増加しているだけと判明した。(2)高エネルギー光子と陽子の反応における光子の振る舞いが,QCDで予想されるとおりに複雑なものであることが分かった。光子の構造関数について,従来電子陽電子反応で測定されていたものよりはるかに高いエネルギーで測定できることが分かった。

ビーム電流が小さくルミノシティーは低かったが,衝突装置,測定器,データ取得系の総合試験として成功した。データを用いて,オンライン,オフライン解析の考察を行った。反応後の生成粒子中に孤立した電子が含まれた反応を検討したところ,生成粒子がビーム衝突点から発生しており,中性流電弱反応による深非弾性散乱と考えられることが分かった。また,電子が散乱角ゼロでエネルギーを大幅に失い,ルミノシティー測定器の電子検出器で捕らえられている現象が多数見つかった。これは,電子に伴う仮想光子と陽子の光反応と考えられることが分かった。夏期停止期間に衝突装置の改善がなされ秋に再度データ取得を行って,約30(1/ナノバーン)の全ルミノシティーを集積した。深非弾性散乱と仮想光子反応それぞれについて以下の知見を得た。1深非衝性散乱(1)4元運動量移行が1000(GeV/c)^2を大きく超える従来観測されたことのない反応が記録された。また荷電流弱反応による深非弾性散乱と考えられた反応も見つかった。どちらもまだ例数は少ないが,ルミノシティーが現在改善されたのにともなって1桁以上増加すると予想され,今後は十分解析できることが判明した。(2)4元運動量移行が100(GeV/c)^2代の反応が多数記録された。この場合はスケーリング変数(x)が従来観測できなかった小さな領域(10^<-3>以下)に関してもデータが得られた。この領域はまだ量子色力学(QCD)で計算出来ないところで,構造関数に関していくつかのモデルが提唱されているが,今回得られたデータでその選別ができた。(3)終状態のハドロンは予想どおりジェット構造を示すが,中に明らかな3ジェット以上の反応がみられた。これまでレプトン反応ではエネルギーが低かったせいで顕著には観測されていなかった。HERAでは十分エネルギーが高く,幅広いエネルギー領域でこうしたジェット,QCDの系統的解析が可能と分かった。2仮想光子反応(1)光子-陽子の反応全段面積を重心系エネルギー210GeVで測定した。従来約20GeVまでしかデータがなく,高エネルギーでの振る舞いが宇宙線反応等に関して問題とされていたが,今回の測定で,急激な上昇はなくわずかに増加しているだけと判明した。(2)高エネルギー光子と陽子の反応における光子の振る舞いが,QCDで予想されるとおりに複雑なものであることが分かった。光子の構造関数について,従来電子陽電子反応で測定されていたものよりはるかに高いエネルギーで測定できることが分かった。1.昨年度完成したパイプライン方式のトリガ-回路を、実験現場に設置して、順次各検出器の読みだし回路系と接続した。また、複雑なトリガ-条件の変更とブックキ-ピングを、効率的かつ確実に行うために、インタ-フェイスソフトウェアを開発した。このソフトウェアによって、トリガ-ロジックの変更が、条件を記述するだけで、自動的に行われ、同時に記録される。システムの試験、調整を行った後、宇宙線デ-タを取得し、オンラインとオフラインの両方で解析し、測定器、トリガ-と読みだしが正常に稼働することを確かめた。
高温雰囲気中における難加工材の加工性拡大に関する研究

材料の成形向上のために新材料の開発や、新しい加工技術の研究・開発が盛んに行われている。アルミニウム板材の温間成形は、深絞り成形・ポンチによる張出し成形・伸びフランジ成形・曲げ成形など室温成形に比べて大幅な成形性の向上が得られている。本研究では、焼戻し用塩欲剤を圧力媒体として用いた高温液圧によるアルミニウム板材のバルジ成形を行う加工機を試作し、液体の温度・板材の材質・板圧などが液圧や成形限界、成形形状及びひずみ分布などにたいしてどのような影響を与えるかについて実験的に検討するとともに、汎用有限要素法プログラムを用いて数値シュミレーションを行い、バルジ成形のメカニズムを明らかにした。製作した高温液圧バルジ成形装置を用い以下の実験を行った。供試材はA1050-II14(工業用純アルミニウム)に加えて、A5182-0(4.5%Mgを含むアルミニウム合金)とした。試験温度は200°Cから450°Cで、液圧・変形高さ・ひずみ等を測定し、また成形速度を変えて実験を行い、成形限界等に及ぼす影響を調べた。また本研究では有限要素法プログラムを用いてアルミニウムいた材のバルジ成形の解析を行った。要素は2節点軸対称要素を用い、等方性材料として扱い、曲げを考慮したかく理論により解析を行った。以上の実験により、液圧バルジ成形の成形限界を向上させることが可能となることを示した。さらに有限要素法プログラムを用いて数値シュミレーションを行い、この高温液体による加工の特性をより明らかにした結果をまとめる。(1)温度の上昇にともない液圧が減少し、450°Cでは室温の約10%の液圧で成形が可能である。(2)A1050材の最大変形高さは、400°Cより大きく向上した。A5182材は温度上昇に伴い向上した。(3)変形高さ20mmにおいては、形状・ひずみ分布の温度による影響は認められなかった。(4)変形量が増すにつれて、頂点近傍のみ変形がおこなわれる。(5)流量0.180.90l/minの範囲では、成形限界・形状の成形速度による影響は認められなかった。(6)A1050材において、350°C以下では圧延方向に破断を生じたが、400°C以上では圧延方向によらず破断する。以上によって板材の加工性の拡大の可能性を実証し、この加工法の日常的に有用であることを示した。工学の発展につれて難加工材の塑性加工の需要も増加している。しかし塑性加工を行う場合に被加工材の硬度が高いために型の硬度が不十分な場合がある。そこで本研究は雄型の代わりに高温液体で被加工材に高圧力を加え塑性加工をする方法を開発した。金属材料は温度上昇に伴って延性的性質は拡大するため、この加工法によれば加工限度も拡大し、変形抵抗も低下するために成形形状も従来の板材成形法と比較して多様化の可能性をも有する。

本年度はこの高温液体加工機の設計と、高温液体加工機の試作を行い、加工実験を行った。高温液体としては塩浴剤を使用した。今年度は被加工材をアルミニウムとし、液体の温度を200°C400°Cに設定し50°C毎に温度を変化させてバルジ成形を行った。液体の温度上昇にともなって加工限界までのその成形高さは増大した成形限界が拡大した。また、その成形形状は円錐形から半円球状に変化した。特に,高温液体の温度を450°Cとしてバルジ形成をおこなうと,成形形状はほとんど半円球状となった。ひずみについては、円周方向ε_oと半径方向ε_rのひずみは正の値を取り、板厚方向のひずみε_tは負の値を取り、ε_o+ε_r=\ε_t\の関係が成立した。また、液体の温度が200°Cにおいては、ε_tは0.2が最大であった。しかし,液体の温度が450°Cにおいてはε_tは0.6以上にも達し、加工性の拡大が顕著に表れた。来年度は、この加工機の欠陥を改良し、チタン等の難加工材の金属板への適用を検討し、その成形形状や成形限度について実験的に検討を加える。さらに,この加工について有限要素法を用いて数値シュミュレイションを行い高温液体による板材加工の特徴をより明かにする。前年度は、板材の加工性拡大のために、塩浴剤を用いた高温液体によるバルジ加工機を試作し、工業用純アルミニウムを、被加工材として、バルジ加工実験を行った。この実験によって加工性の拡大を確認した。本年度はこの加工法の特徴をより明らかにするために、供試材はA1050-II 14(工業用純アルミニウム)に加えて、A5182-0(4.5%Mgを含むアルミニウム合金)とした。試験温度は200°Cから450°Cで、液圧・変形高さ・ひずみ等を測定し、また成形速度を変えて実験を行い、成形限界等に及ぼす影響を調べた。また本研究では有限要素法プログラムを用いてアルミニウム板材のバルジ成形の解析を行った。要素は2節点軸対称要素を用い、等方性材料として扱い、曲げを考慮したかく理論により解析を行った。以上の実験により、液圧バルジ成形の成形限界を向上させることが可能となることを示した。さらに有限要素法プログラムを用いて数値シミュレーションを行い、実験結果とほぼ一致することを確認した。以下に結果をまとめる。(1)温度の上昇にともない液圧が減少し、450°Cでは室温の約10%の液圧で成形が可能である。(2)A1050材の最大変形高さは、400°Cより大きく向上した。A5182材は温度上昇に伴い向上した。(3)変形高さ20mmにおいては、形状・ひずみ分布の温度による影響は認められなかった。(4)変形量が増すにつれて、頂点近傍のみ変形がおこなわれる。(5)流量0.180.90l/minの範囲では、成形限界・形状の成形速度による影響は認められなかった。(6)A1050材において、350°C以下では圧延方向に破断を生じたが、400°C以上では圧延方向によらず破断する。以上によってこの加工法の有効性を確認した。
イオン風による太陽熱蒸発器の蒸発促進に関する基礎研究

原水温度1種類について、線電極の研究を一通り完了し、以下の結果が得られた。水面の裸眼観察の結果、イオン電流I=0でも主流速度U_∞≧0.6m/sでは波立ちがみられた。一方、I≧16μAではU_∞に関係なく必ず波立ちがみられ、I≧100μAでは水面が激しく波打つのが観察された。(1)物質伝達率とレイノルズ数の関係Iが一定のもとでは、低い主流湿度H_Rにおける物質伝達率h_Dはレイノルズ数Reの増加とともに減少するが、H_Rが大きくなるにつれてh_Dがほぼ一定値をとるようになる。(2)物質伝達率に対するイオン電流の影響Iの増大につれてh_Dも増大する。本研究の条件の範囲内では、低いH_R、低いU_∞の範囲のh_Dは、高いH_R、高いU_∞の範囲のh_Dより平均して50%程度も大きく、H_R、U_∞が大きくなるにつれて小さくなる。Iを一定としたときのh_Dの最小値はH_R、U_∞によって決まると考えられる。(3)イオン電流による蒸発量の制御範囲本研究の条件の範囲内ではH_R=40%、U_∞=0.2m/sにおいてIを0から144μAまで変化させたときに最大の制御範囲が得られ、I=0のときを1として約7倍まで可能であった。(4)消費電力蒸発促進時におけるイオン風の発生に必要な電力を知ることができた。以上、要するに、イオン風によって蒸発促進を行った場合の、強制対流物質伝達率とレイノルズ数、およびイオン電流との関係、またイオン電流を変化させた場合に制御できる蒸発量の範囲を示すことができた。なお、櫛形電極については現在実験中であり、明年度も継続の予定である。
教員の異文化感受性を高める適応力の要素とは：持続可能な日米教員養成グローバル改革

日米教員志望者を対象に、異文化適応力を構成する要素(異文化に対する知識、自己覚知力、コミュニケーションスキル)のうちどれが、彼らの異文化感受性の発達に最も強く影響を及ぼすかを混合分析する。重回帰分析からは構成要素の影響力が、半構造化面接からはその深層構造が明確になる。つまり、異文化感受性の発達に最も影響力のある適応力要素を抽出し、その構成成分を分析することで、異文化感受性と異文化適応力に長けた教員の育成のために有効な方策を導き出す。日米比較は、欧米やアジア諸国の教員養成グローバル改革にも一石を投じ、高い異文化感受性および豊かな適応力を備えた教員の育成に世界規模で貢献するものと考える。
マイクロ波選択加熱を使った非平衡動的過程のIn-Situ計測実験研究

マイクロ波帯の電磁界エネルギーが物質中で変換される過程を基礎学理に基づいて研究。マイクロ波の電磁界が、物質中の電子に運動エネルギーを与え、非衝突過程によって累積し、活性化エネルギーの付与、構造相転移の発生という現象を生み出す。(1)マイクロ波帯は、熱に緩和する前に、活性化エネルギーを供給することを実験的に証明した。(2)マイクロ波加熱では、単色で位相がそろった電磁波を使うため、物質の電子およびイオンに集団(コレクティブ)運動が励起され、ボルツマン分布からの揺らぎを伴う速度空間における非平衡が発生する。(3)また、融点より200400°C低い温度で、ミクロンオーダーの単結晶を,乱雑な方位で連続した1050ナノの微細多結晶体構造に分解する現象を見出した。公募研究によって、これらの結果を補強する実験的研究が行われた。即ち、マイクロ波照射下で物質の構造変化をIn-Situに観測するNMR法(内藤)、ラマン散乱によるボルツマン分布からの揺らぎの計測(芦田、和田)である。マイクロ波の波長は数ミリから数センチであり、ミクロンからナノメートル程度の物質の微構造に較べて数桁ほど大きい。また、エネルギーの高いフォトンやフォノンで物質を加熱するレーザーや従来からの高温ガスは、高温から低温に熱エネルギーを伝達するという熱力学第1法則で説明できる。マイクロ波は、フォトンとしてのエネルギーが、室温に相当するフォノンエネルギーと比較しても13桁ほど低い。このように低いエネルギーによる物質の加熱は、熱力学的な不可逆過程を伴う筈であるが、量子と古典の中間に位置するマイクロ波に関して、その物理的な機構はまだ分かっていない。本研究では、マイクロ波を、数十から数百ピコ秒で交番する電界または磁界が物質中の電子と相互作用する反応場という視点で捉え、物質中の電子やイオン、結晶格子の振動に至るエネルギーの緩和過程を実験的に究明し、その物理機構を明らかにする。マイクロ波は、在来型の単なる代替え手段ではなく、微視的な強い非熱平衡系という物性学上の新しい領域にある。マイクロ波加熱時の微細領域の動的観察とIn-Situ解析を行い、電磁場環境下での非平衡反応場を解明する。マイクロ波の電場及び磁場が物質に結合するエネルギー経路、マイクロ波の電磁場が物質内の原子配列、欠陥構造、質量移動、電子状態等に及ぼす作用を実験的に計測した。このデータを電子論的アプローチにより解析し、マイクロ波と物質の化学結合・電子状態の相関を明らかにした。最終的に、「マイクロ波効果」のメカニズムを解明し、この基礎知見の工業応用を検討する。(1)マイクロ波加熱における電磁波の侵入現象:マイクロ波加熱においては、物質と電磁波の相互作用の理解が重要である。(2)マイクロ波電磁界エネルギーの物質への侵入経路の解明:マイクロ波の電磁エネルギーが、物質内に入り、熱を始めとしその他の影響がどのような経路で起こるのか、広い視点から議論を行った。(3)物質の高温誘電率・透磁率と損失の特性評価:マイクロ波加熱高温における物性データは乏しく、マイクロ波加熱を解析する上で、測定は重要課題と言える。(4)セラミック焼結における緻密化および電界・磁界加熱効果の解明:セラミックスのマイクロ波焼結における焼結速度促進効果、マイクロ波電場、磁場の加熱効果に関し総合的に検討した。(5)分光測定による高温反応過程の解明:分光法は、高温反応におけるIn-situ測定を可能としマイクロ波励起反応の特異性を調べる有用な手段である。(6)ナノ構造のマイクロ波による創出:周波数2.45GHzマイクロ波を照射して、磁性金属酸化物を加熱し、その組織を観察したところ、これまで発見されていなかった新しい結晶構造が形成されていることが判明した。さらに詳細な比較実験を行っている。また、照射方法、計測分析の適用に新規性が高く、関連する特許出願を準備している。マイクロ波加熱の機構は、対象となる物質の構造と状態、電界・磁界との相互作用には多様性があるが、エネルギー論から見ると、低いエネルギーで大きな構造変化を生むという非平衡・開放系の熱力学の典型的な形態であることを見いだす結果が得られた。マグネタイトが加熱還元される過程は、Fe304+マイクロ波→3FeO+0+フォノン(熱)であり、これは本質的に平衡状態である。

この実験結果は、その酸素が全部外部に放出されるのではなく、一部が過剰な酸素としてマグネタイト相に残り、非平衡状を造りだすことを示している。マイクロ波励起・高温非平衡反応場におけるミクロな機構は、多様であるが、低いエネルギーのフォトンであるマイクロ波で高いエネルギーのフォノンを作り出す過程が、熱力学的に不可逆過程であることを示している。これは、熱力学第2法則「低温から高温にエネルギーを移動させるには、系にストレスを残す」を、ナノレベルで実証した世界で最初の実験結果である。高真空状態でマイクロ波還元を行い、放出酸素量を測定する実験を開始した。アレニウスプロットと対比させると、酸素の放出に大きな幅がある。これは被照射体の過剰酸素の受容度が非平衡という不安定ないし準安定状態であることと関連していると推定できる。21年度からは、公募研究により、300ギガヘルツまでの加熱実験が可能になり、また、NMRによりマイクロ波印加中の分子内の状態が測定できるようになる。単純な高周波の交換電(磁)場であるので、非平衡系で構造が遷移するルールを非平衡系で見つけだす。生命現象を律している速度がナノピコ秒の間で、これはギガからテラの周波数領域に対応する。クラスター、コロイド、タンパク質、ナノなど、低温の現象にも適用できるとして、各班の運営を進める。最近の研究の急展開によって、マイクロ波加熱は、電磁波の電場・磁場成分の選択的効果、ミクロンオーダーの結晶から数十ナノの結晶への転移、スピノーダル分解による微視的な層構造の形成、低温迅速焼結など、これまでの熱平衡過程では説明できない非平衡現象が見いだされている。電磁波から物質系へのエネルギー伝達過程で、どのような集団運動が励起され、それがいかに緩和し、反応を進めるかという課題として、理論と実験の両面から研究を推進している。理論仮説:GHzTHz帯の電磁波は物質の微構造に較べて格段に波長が長いため、物質の荷電粒子中にコレクティブな集団運動を励起する。このKOのコレクティブな振動は、粒界や欠陥などの不連続性があると、この不連続の長さ程度の波長、すなわち有限な波数kに分解される。また、電子が加速されその電子が制動輻射によって放出した波動を別の電子が吸収し再放射する過程の繰り返しによって、コヒーレントな源振動は高次のスペクトラムに分解してゆく。これらの、波長と周波数が高次のスペクトラムに分解する過程で、その波動が物質と共振すると、例えば、超音波が十分に増幅され、結晶格子などの微構造にKineticな力による非平衡な現象を生み出す。実験:この共振を検出する実験を行っている。マイクロ波加熱中に、THzレーザーおよび炭酸ガスレーザーを試験体に照射して、コヒーレントな電子の運動によって生じるドップラー散乱を計測する。ピエゾ素子を試験体として光学系の調整を進め,理論的に予想される0.1nm程度の振幅の計測に必要なS/N比で、検出できるめどが立った。22年度は計測実験を進め、理論を検証する。マイクロ波というコヒーレントな、つまり単色で位相がそろった電磁波が,物質の電子に集団運動を励起し、そのコヒーレントな性質を保存しながら、機械的エネルギーが化学反応および分子・結晶などの構造変化をもたらすに必要な大きさまで累積する。
ヴィクトリア期における美術教育の再評価

本研究では,ヘンリー・コウル(Henry Cole)によるヴィクトリア期後半の大衆美術教育普及の実現に先立ち行われた,コウル自身によるデザイン教化活動に注目し,彼のデザイン観,デザイン教化の内容を明らかにすることを目的とした.万国博覧会への道程を経,コウルが大衆美術教育に取り組むまでのそれらの変化を,コウルが編集し発行した"Journal of Design and Manufactures",1849-1851の調査により検証を行った.本研究では,ヘンリー・コウル(Henry Cole)によるヴィクトリア期後半の大衆美術教育普及の実現に先立ち行われた,コウル自身によるデザイン教化活動に注目し,彼のデザイン観,デザイン教化の内容を明らかにすることを目的とした.万国博覧会への道程を経,コウルが大衆美術教育に取り組むまでのそれらの変化を,コウルが編集し発行した"Journal of Design and Manufactures",1849-1851の調査により検証を行った.国内にて入手可能な文献・資料を収集し、調査を行った.特に18世紀から19世紀にかけてのテキスタイルを中心としたヨーロッパのデザイン資料を可能な限り収集し、ヴィクトリア期におけるイギリスのデザインについて他国と比較検討しながら調査を行うことができた.収集した資料をもとに,技術的・経済的な面など当時の実際的なデザイン事情を踏まえ,ヘンリー・コウル,リチャード・レッドグレイヴを中心とするサウスケンジントン・サークルに関する装飾及びデザイン観を明確にし,考察を行った.その結果,コウルらは従来の歴史的様式よりも,機械大量製産に適したデザインを大衆へ浸透させようとしていたことがわかった.また特に,コウルらのグループを代表するデザイナーであったクリストファー・ドレッサーに関しては,そのデザイン及びデザイン論について考察を加えた.ドレッサーの著書"Principles of decorative design"から読み取れるデザイン論と実際の彼のインダストリアル・デザインを対照することにより,ドレッサーのインダストリアル・デザインの根拠は,その機能美にあったのではなく経済性にあったのではないかという仮説に至った.引き続き,本年度の研究にてさ精査を行い発展させたいと考える.本研究では,ヴィクトリア朝盛期にヘンリー・コウル(Henry Cole)によってデザインの教化がどのようになされたのか,また,それは万国博覧会への道程を経てどのように変化していったのかを明らかにすることを目的とし,後にコウルが長となる「科学・芸術局」の設立に先立ち,コウルがデザイン及びデザイン教育に関してどのような考えを保持していたのかを,コウルが編集し発行した“Journal of Design",1849-1851から,「著作権の保護」,「デザイン学校の改革」,「装飾展覧会の支援」,「美術製品の普及」の4項目にわけ調査を行った.コウルの試みは,製造業者に対するデザインの教化を目的とした商業的なものであったが,項目からもわかるように,デザインそのものに関することだけではなく,製造業者やデザイナーの支援,美術・デザイン教育にも及んでいる.故に,コウルの広く社会全体を変革しようとする能力や意識が高いことがわかる.コウルは1851年万国博覧会の成功から,装飾芸術品への大衆の興味・関心などを実感したのであろう,“Journal of Design"は,次第に,その内容は万国博覧会を経て,商品の購買者である大衆へ,あるいは将来の職人や購買者となるであろう子どもの教育に関するものへ変化しつつあることがわかった.それには,ウィリアム・ダイス(William Dyce)らによるコウル自身のデザイン観に対する影響も推察される.また,コウルによるデザインの教化は,前掲の雑誌に紹介された主な商品の安価さからも,大衆,即ちこれまで美術品を独占していた階級だけではなく労働者階級までを対象としていた点においても画期的なことであった.今後の課題として1850年代,科学・芸術局が実際に行った美術教育の内容や影響に関して,引き続き検証を行い,また教材に関する考察についても研究を進める予定である.
個別化医療に貢献する新規分子設計に基づく汎用性の高い低酸素可視化プローブの創成

本研究では従来とは異なる新しい低酸素集積機序の概念を提起し、かつ汎用性の高い核種Tc-99mを用いて、新規低酸素イメージング剤の開発を目指した。新規概念に基づいてプローブの分子設計を行い、12種類の化合物を合成し、その中から低酸素環境特異的な集積を示す候補化合物を得た。それらは担がん動物モデルにおいて、低酸素環境に依存した優れた集積を示した。In vivo SPECT/CTイメージングにおいても腫瘍を明瞭に描画できた。得られた成績は、従来開発のPET低酸素イメージングプローブと同等もしくは凌いでおり、本Tc-99m標識プローブは新しい低酸素イメージングプローブとして有用と期待される。腫瘍内低酸素環境は腫瘍の悪性度や治療抵抗性に密接に関係する。従ってそのin vivo可視化はがん治療最適化において重要な課題である。従来開発品は放射線増感剤を土台としたニトロイミダゾール含有化合物が主で、またその大半はPETプローブである。本研究では、汎用性を高めるためSPECT核種を用い、かつ従来とは全く異なる機序で低酸素領域を可視化するプローブ開発を目指している。初年度は候補化合物の設計・合成と培養細胞ならびに担がんマウスを用いての評価に注力した。構造内にN3SあるいはN2S2を基本骨格とした99mTc結合リガンドと、4-nitrobenzyl esterあるいは4-nitrobenzyl sulfideを脱離基とてして併せもつコンパクトな分子を設計の土台とした。低酸素下の過還元状態において、4-nitrobenzyl基が還元・脱離し、その結果、水溶性でかつ負電荷をもつ99mTc標識化合物に変化して酸素細胞に留まることを期待しての設計である。この設計に基づいて複数の候補化合物を合成し、それぞれを99mTcで標識した。いずれも高い放射化学純度を得た。細胞取込実験において、低酸素条件下の細胞へのプローブ取込は正常状態の細胞より有意に高い成績を得た。一方、これらのプローブを担がん動物に投与した場合、腫瘍への集積率は低酸素集積機序とは別の因子で制御されることが明らかとなった。すなわち血中で安定性を保ち、標的である腫瘍に到達することが必要であった。これを可能にするため、99mTc結合リガンド部分に幾つかの改変を加えた結果、投与1時間後で、投与量の約1-2%/gの腫瘍集積率を示し、腫瘍/正常組織比も良好なプローブを得ることが出来た。凍結切片オートラジオグラフィとピモニダゾール免疫染色による検討から低酸素環境を反映した集積であることを検証した。本研究では、独自の分子設計に基づき、腫瘍内低酸素環境に選択的に集積する候補化合物を得ることを第一の目的としている。これまでの検討により、良好な成績の化合物を得ることができており、研究の進捗は概ね順調と考えられる。固形腫瘍内低酸素領域は、放射線治療や化学療法への抵抗性と密接な関係にあり、低酸素領域可視化はがん診療最適化の重要な課題である。これまでの開発は放射線増感剤を土台としたニトロイミダゾール含有化合物が主体で、またその大半はPETプローブであった。本研究では、汎用性を高めるためSPECT核種を用い、かつ従来とは全く異なる機序で低酸素領域を可視化するプローブ開発を目指した。構造内にTc-99m結合部位とニトロベンジル基等の脱離基をもつコンパクトな分子を分子設計の土台とした。低酸素環境での還元反応によって脱離基が脱離し、構造変化を起こし、低酸素腫瘍細胞に蓄積させる分子設計を行った。また、候補化合物を液相合成し、培養細胞ならびに担がんマウスを用いて評価した。培養細胞での検討では、新規プローブは低酸素状態に依存した集積を示し、HPLC-MSの解析より想定した還元代謝による代謝物生成が確認され、分子設計の妥当性が検証できた。担がんマウスを用いた検討では、候補化合物では、投与後、速やかに腎排泄され、腫瘍内低酸素領域に集積するに至らなかった。そこでプローブ構造設計でTc-99mに対する配位原子、構造内のカルボニル基の位置や数、脱離基の構造等を変化させ、プローブの物理的性質を調整して体内動態の最適化を図り、腫瘍内低酸素領域への集積の改善を図った。何樹種理のプローブを検討し、良好な腫瘍集積、腫瘍/正常組織比を得るものを見出し、in vivoイメージングで腫瘍への集積を可視化できた。摘出腫瘍薄切切片によるオートラジオグラフィと低酸素領域免疫染色領域には良好な相関が認められ、低酸素領域がin vivoで可視化できる可能性が示された。本研究は計画に沿って比較的順調に進んでいたが、28年度に予定していた有用性の評価の段階で、当初予定より時間がかかっている。低酸素イメージングの臨床有用性としては、癌の悪性度や予後の推定、放射線治療での難治部位推定などが想定されるが、従来の研究でこれらを明確に示したものはほとんどなく、極めて難しい課題である。現在、低酸素環境標的治療薬の効果予測が可能かなどの検討を進めている。固形腫瘍内には低酸素領域が存在し、放射線治療や化学療法に対する抵抗性と密接な関係にあり、低酸素領域可視化はがん診療最適化の重要課題である。従来の開発は放射線増感剤を土台としたニトロイミダゾール含有化合物が主体で、またその大半はPETプローブであった。

本研究では、汎用性を高めるためSPECT核種を用い、かつ従来とは全く異なる機序で低酸素領域を可視化するプローブ開発を目指した。構造内に99mTc結合部位とニトロベンジル基等の脱離基をもつコンパクトな分子を土台とし、低酸素環境での還元反応によって脱離基が脱離し、構造変化を起こし、低酸素腫瘍細胞に蓄積させる分子設計を施した。候補化合物を液相合成し、細胞および動物を用いて評価した。培養細胞での検討では、新規プローブは低酸素状態に依存した集積を示し、HPLC-MSの解析より想定した還元代謝による代謝物生成が確認され、分子設計の妥当性が検証できた。しかし担がんマウスを用いた検討では、最初の候補化合物は、投与後速やかに排泄され、腫瘍集積に至らなかった。そこで99mTcに対する配位原子、構造内のカルボニル基の位置や数、脱離基の構造等を変化させ、プローブの物理的性質を調整して体内動態の最適化、腫瘍内低酸素領域への集積改善を図った。腫瘍集積性と腫瘍/血液比を指標として、ブローブ構造に改変を加えた結果、投与3時間後で、腫瘍集積率が約1-2投与量%/g、腫瘍/血液比2-3、腫瘍/筋肉比15-20程度の良好なプローブを得ることが出来た。In vivo SPECTイメージングによって、腫瘍集積が明瞭に描画された。腫瘍を摘出してオートラジオグラフィと低酸素マーカーであるピモニダゾール免疫染色を行った結果、両者の分布はよく一致していた。これらの結果より、本研究で開発した99mTc標識プローブは、新しい腫瘍低酸素核医学プローブとして期待される。本研究では従来とは異なる新しい低酸素集積機序の概念を提起し、かつ汎用性の高い核種Tc-99mを用いて、新規低酸素イメージング剤の開発を目指した。新規概念に基づいてプローブの分子設計を行い、12種類の化合物を合成し、その中から低酸素環境特異的な集積を示す候補化合物を得た。それらは担がん動物モデルにおいて、低酸素環境に依存した優れた集積を示した。In vivo SPECT/CTイメージングにおいても腫瘍を明瞭に描画できた。得られた成績は、従来開発のPET低酸素イメージングプローブと同等もしくは凌いでおり、本Tc-99m標識プローブは新しい低酸素イメージングプローブとして有用と期待される。小動物専用SPECT/CT装置を用いて、腫瘍内低酸素環境in vivoイメージングが可能であるかを検討する。がん腫やがんのステージによって低酸素環境の有無や広がりが異なることが予想されることから、それらを反映できる実験を予定する。イメージングによるデータ取得と並行して、臨床有用性の検討や、非臨床試験移行に備えてのGMP準拠薬剤合成方法の検討などを実施し、臨床導出を睨んだ研究展開に努める。本研究で開発した低酸素イメージングプローブは、腫瘍内低酸素領域をin vivoで描出することができ、かつ汎用性の高いプローブと考えられる。今後はその臨床有用性を明確にし、臨床応用への展開を果たしたい。分子イメージング、放射性薬品化学、腫瘍核医学担がん動物を用いた体内動態の検討など、人手を要する実験を予定しており、そのための研究補助員雇用費用(3ヶ月分)および実験動物などの購入費を計上している。当該実験の開始が予定より若干遅くなったことなどにより、次年度使用額が生じた。
多層カーボンナノチューブの関節内滑膜反応とケモカイン分泌量

多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)を生体材料に応用する場合には、使用する部位の組織や細胞によって、その生物学的反応が大きく異なる。本研究は、関節内の主たる生物学的反応の場である滑膜のMWCNTsに対する反応を評価した。その結果、MWCNTsに対して滑膜が特異的な生物学的反応を示すこと、MWCNTsを関節内に使用する際には、一定量以下であれば滑膜に対して大きな問題がないことが明らかになった。本研究の結果は、肺や腹腔の反応とは明確に異なるものであり、今後MWCNTsを生体材料として臨床応用するためには、使用する部位に合致した詳細な生物学的反応評価が必要である。Multi Walled Carbon Nnaotubes (MWCNTs)複合ポリエチレン(MWCNTsPE)を人工膝関節の摺動面として用いた際の検討を行った。MWCNTsPEが膝関節内でそれぞれ約1年、10年、100年用いられた場合に摩耗粉として関節内に露出すると思われるMWCNTs量を10週♂の両膝関節内に投与して、その滑膜反応を評価した。比較ナノサイズ炭素材料としてCarbon Black (CB)を用いた。CBは100年摩耗量のみの投与とした。コントロール群では生理食塩水を同様に両膝関節内投与した。生食投与群では投与後1週、4週、12週と全ての時期において正常な滑膜組織が認められ、滑膜表面には滑膜線維芽細胞(B型細胞)が存在していた。1年分摩耗量CNTsを投与した場合、投与後1週の時点でCNTsは滑膜表面に存在する滑膜上皮細胞よりやや深層の滑膜内に取り込まれ、周辺にはマクロファージ、リンパ球の集積を認めた。強拡大で見るといくつかのマクロファージは自身のライソソーム内にCNTsを取り込んでいた。このようなCNTsに対する軽度の滑膜炎症反応は経時的に収束傾向にあり、12週の時点ではその反応は組織的に完全に鎮静化していた。100年摩耗量CBを投与した場合、全ての時期においてCBは滑膜表面にほぼ付着した状態で存在しており、ごくわずかなマクロファージを始めとする異形細胞の集積のみが認められた。このように1年分摩耗量CNTs投与に関しては、組織学的にはほぼ正常な滑膜が認められた。10年分摩耗量MWCNTsを投与した場合、1年分と同様に起こった滑膜炎症反応はその反応領域が明らかに大きく、CNTsもより滑膜深層へと取り込まれていた。周辺には同様にマクロファージ、リンパ球を始めとする炎症細胞の浸潤が認められた。反応は経時的に収束し、12週の時点では固定していた。これまでCarbon nanotubes (CNTs)に対する生物学的反応の評価は、吸い込みを対象として肺や腹腔にある組織や細胞で行われることがほとんどであった。しかし、CNTsを生体材料に応用する場合には、使用する部位の組織や細胞によって、その生物学的反応が大きく異なると考えられる。近年CNTsを骨再生医療の足場材に用いる研究、人工関節の強化剤fillerに用いる研究、関節リウマチの薬剤伝達系に用いる研究等が進んでおり、これらの場合には、CNTsを応用した生体材料を関節内に使用する可能性が高い。本研究は、関節内の主たる生物学的反応の場である滑膜の、multi-walled CNTs (MWCNTs)に対する反応を評価した。In vivo試験で、ラットの膝関節にMWCNTsを注入すると、量依存性に滑膜深部に取り込まれ肉芽組織を形成したが、炎症反応は早期に鎮静化した。In vitro試験で、MWCNTsはhuman fibroblast like synoviocytes (HFLS)の細胞内に取り込まれたが、マクロファージであるRAW264細胞と比較して、細胞毒性は低かった。またMWCNTsはHFLSの放出するサイトカインやケモカインを抑制する傾向を認めた。本研究によって、MWCNTsに対して滑膜が特異的な生物学的反応を示すこと、MWCNTsを関節内に使用する際には、一定量以下であれば滑膜に対して大きな問題がないことが明らかになった。本研究の結果は、肺や腹腔の反応とは明確に異なるものであり、今後CNTsを生体材料として臨床応用するためには、使用する部位に合致した詳細な生物学的反応評価が必要である。実験当初困難と思われた多層カーボンナノチューブのラット膝関節内投与の手技がほぼ確実に行えるようになり、実験系として確立された。難関である動物実験を8割終え、順調な実験進捗状況であると思われる。整形外科今後早期に約100年分摩耗量であるMWCNTsの関節内投与を行い、組織評価する。細胞実験にて滑膜細胞、マクロファージによるMWCNTsの毒性を評価する。動物の追加購入、細胞実験に必要な試薬購入のため生じた。
ナノワイヤ利用微細凹凸による極低摩擦係数薄膜の開発

ナノワイヤの高密度形成のため,基材をオーステナイト系ステンレス鋼(JIS:SUS304)として各種条件でプラズマ放電を実施した.その結果,受け入れ状態のままでは高密度に形成されないことがわかった.高密度化のため,浸炭処理を実施した.炭素粉中に試験片を浸漬し温度1273Kー1373K,時間1.8-72ksの範囲で加熱し,急冷した.その結果,ナノワイヤ形成密度に大きな向上はないことがわかった.浸炭による炭素浸入深さの不足が示唆されたので,炭素拡散の目的で,浸炭ののち1273Kで3.6-36ksの範囲で真空加熱を行った.この試験片を用いプラズマ放電を実施したところ,放電条件を適切にすれば形成密度が増加する傾向が明らかになった.ナノワイヤを利用して形成した凹凸が摩擦係数に及ぼす影響の調査を引き続き行った.本年度はナノワイヤの高さが極めて低い場合のデータを取得することを行った.実験条件を種々変更して行うことにより,高さが1μm以下のナノワイヤを形成することができた.ナノワイヤを形成した試験片にSiC薄膜を成膜し,自作したピン・オン・ディスク方式摩擦摩耗試験機により摩擦係数評価を行った.その結果,ナノワイヤの高さが極めて低いと,摩擦係数は殆ど変化しないことが明らかとなった.さらに,はく離強度評価のため,ステンレス円環に表面にナノワイヤを形成し,その後SiC薄膜を成膜した.円環圧縮試験により薄膜がはく離するととを確認した.当初の計画にくらべ遅れが生じている部分もあるが,他を前倒しで実施することにより,全体としては概ね計画に従って進行していると判断する.当初の方針に従って研究を遂行する.計画の大きな変更は予定していない.ナノ凹凸および低摩擦係数膜の組み合わせにより,無潤滑で極低摩擦係数(0.02)となる摩擦材および相手材の組み合わせを開発する目的のため,本年度は,ナノワイヤの形成方法に関する検討を実施する計画であった.本研究で使用するナノワイヤの形成条件の理解のため,市販品を改良した装置を使用して,ステンレス鋼を装置内に設置し,各種ガスを導入した減圧下で高周波へのプラズマ放電を種々の条件で行った.その結果,ワイヤの形成は条件を適切にすれば形成されるが,その密度は極めて低いことがわかった.これは,ステンレス鋼に含まれる炭素含有量が極めて低いことに由来すると考えられる.密度向上のためSUS304への前処理として侵炭処理を導入した.その結果,形成密度の大幅な向上が示唆される結果が得られた.また,当初の計画の実施予定には含まれていない,ナノワイヤ上への薄膜の成膜も実施した.ヘリコンスパッタ装置を使用して,SiC薄膜をナノワイヤを形成した試験片上に成膜した.その結果,薄膜の形成も条件が適切であれば形成されることがわかった.高さが極めて高い等,条件が不適切であると膜がはく離することがあることも明らかになった.申請時に計画した内容の実施に加え,次年度実施予定の内容も専攻して実施しているが,今年度実施した実験について,明確な結論が得られていないので,当初の計画と比べ,やや遅れていると判断する.ナノワイヤの高密度形成のため,基材をオーステナイト系ステンレス鋼(JIS:SUS304)として各種条件でプラズマ放電を実施した.その結果,受け入れ状態のままでは高密度に形成されないことがわかった.高密度化のため,浸炭処理を実施した.炭素粉中に試験片を浸漬し温度1273Kー1373K,時間1.8-72ksの範囲で加熱し,急冷した.その結果,ナノワイヤ形成密度に大きな向上はないことがわかった.浸炭による炭素浸入深さの不足が示唆されたので,炭素拡散の目的で,浸炭ののち1273Kで3.6-36ksの範囲で真空加熱を行った.この試験片を用いプラズマ放電を実施したところ,放電条件を適切にすれば形成密度が増加する傾向が明らかになった.ナノワイヤを利用して形成した凹凸が摩擦係数に及ぼす影響の調査を引き続き行った.本年度はナノワイヤの高さが極めて低い場合のデータを取得することを行った.実験条件を種々変更して行うことにより,高さが1μm以下のナノワイヤを形成することができた.ナノワイヤを形成した試験片にSiC薄膜を成膜し,自作したピン・オン・ディスク方式摩擦摩耗試験機により摩擦係数評価を行った.その結果,ナノワイヤの高さが極めて低いと,摩擦係数は殆ど変化しないことが明らかとなった.さらに,はく離強度評価のため,ステンレス円環に表面にナノワイヤを形成し,その後SiC薄膜を成膜した.円環圧縮試験により薄膜がはく離するととを確認した.当初の計画にくらべ遅れが生じている部分もあるが,他を前倒しで実施することにより,全体としては概ね計画に従って進行していると判断する.本報告の内容について結論を得たのち,次の項目の研究を実施する予定である.各種条件で形成したナノワイヤの摩擦・摩耗特性評価.我々が独自に開発した大気中・真空中の摩擦・摩耗特性評価が可能な試験機を用いて,得られた結論を元に条件を調整して形成させたナノワイヤ上にヘリコンスパッタ装置を用いて成膜した後評価を行う.実験は相手材料等の組み合わせについても兼用する.当初の方針に従って研究を遂行する.計画の大きな変更は予定していない.当初計画で予定していた物品の購入費用が安価であったことおよび旅費の支出がなかったことによる.当初の計画の進行状況に前後の食い違いが生じたため.
アフリカツメガエルEnx-α遺伝子の胚発生における役割とその標的遺伝子の同定

平成15年度の研究計画に沿って実験を行った。Polycomb蛋白質群は、Hox遺伝子群の転写を負に調節をしていることが知られている。whole mount in situ hybridization法を用いて、胚発生の各ステージにおけるEnx-α遺伝子の発現様式を調べたところ、homeotic遺伝子の一つであるotx2遺伝子の発現様式と酷似していることが分かった。我々は、Enx-α蛋白質がotx2遺伝子の転写調節を行っているかどうかを調べるために、マイクロイクロインジェクション法にて、Enx-αmRNAとoligoDNAをアフリカツメガエル受精卵に注入した。インジェクション後の胚をインキュベーションして各ステージの胚を採取し、otx2遺伝子の発現をRT-PCR法にて調べたところ、oligoDNA注入胚でotx2遺伝子の発現量は増加し、一方Enx-αmRNA注入胚ではotx2遺伝子の発現量は減少していることが明らかになった。このことからotx2遺伝子はEnx-α遺伝子の下流に存在することが明らかになった。次に我々は、Enx-α蛋白質が直接,otx2遺伝子の転写制御をしているかどうかを調べるために、ホルムアルデヒドを用いてアフリカツメガエルEnx-α蛋白質と標的遺伝子の転写調節領域を架橋・固定し、作製済みのポリクローナル抗体を用いて、DNA-蛋白質複合体を免疫沈降した。このDNA-蛋白質複合体をDNAと蛋白質に分離し、得られたDNA断片をotx2特異的プライマーを用いてPCRにより増幅した。その結果、otx2遺伝子断片の特異的増幅が認められたので、in vivoにおいてEnx-α蛋白質がotx2遺伝子の発現調節領域に結合していることが明らかとなった。これらの実験結果を基に、現在、論文投稿準備中である。我々は、平成14年度の研究計画に従い実験を行い、次の結果を得たので報告する。卵成熟過程と胚発生の各時期におけるアフリカツメガエルenhancer of zeste(E(z))ホモローグの発現の消長を、RT-PCR法により追跡した。その結果、ツメガエルE(z)ホモローグmRNAは母性因子とてDumont stage Iの卵から同stage VIの卵まで卵成熟過程の全ての時期にその存在が認められた。また初期胚においては、受精後から中期胞胚変移期までは、徐々にツメガエルE(z)ホモローグmRNA量は減少するが、中期胞胚変移期以降、接合子自らツメガエルE(z)ホモローグ遺伝子の転写を開始するため、ツメガエルE(z)ホモローグmRNA量は漸増していた。次にwhole mount in situ hybridization法により、ツメガエル胚における詳細な発現部位の検索を行ったところ、原腸胚においては外胚葉由来の組織にのみ発現がみられ、また神経胚では、予定眼胞領域および神経管に強い陽性反応が認められた。更にステージが進み、尾芽胚では前脳、鰓弓や眼胞などの頭部の器官にツメガエルE(z)ホモローグ遺伝子の発現が強く認められた。現在、マイクロインジェクション法を用いて、センス及びアンチセンスRNAあるいはモルフォリーノoligo DNAを受精卵に注入することにより、胚の表現型にどのような変化がみられるかを調べることによりツメガエルE(z)ホモローグの形態形成における役割を解明する。
数値解析と応用解析の総合的研究

昭和61, 62年の2年間に渡って,工学,物理学,生物学等の自然科学の分野に現われる非線形現象を数理的に解明するために大きく分けて4つの研究グループが構成された.(1)さまざまな現象のモデリングをするグループ,(2)それらのモデルを解析する手法を発展させるグループ,(3)数値解法を開発するグループ,(4)数値解法を支える基本的な研究である計算機アルゴリズムを開発するグループ.これらのグループは相補的協力のもとで効果的な研究集会を開き,数多くの成果をあげた.例えば,非線形現象に現われるパターン形成に関してモデリングの重要性の視点から,ワークショップ"Modeling,Simulation & Visualization"が開かれた.この会には応用解析や数値解析に興味をもつ人達以外に流体力学,工学,プラズマ物理,生物学,化学等の分野のモデリング,計算機シミュレーションに興味をもつ多くの参加者があり,このようなタイトルの研究が新しい応用数学の一つの分野になるものと確信された.理論的側面からは特に若い研究者を育成するために"Winter Institute for MathematicalScience"を2回開かれた.第1回は「非線形現象,理論そして応用」,第2回は「計算数学の世界」というタイトルで開かれ,今後の応用数学の方向性を認識する上で意義深い会であった.一方, 4つのグループによって得られた成果は数多くあり,それらの一部はJapan Journal of Applied Mathmaticsで発表されている.昭和61, 62年の2年間に渡って,工学,物理学,生物学等の自然科学の分野に現われる非線形現象を数理的に解明するために大きく分けて4つの研究グループが構成された.(1)さまざまな現象のモデリングをするグループ,(2)それらのモデルを解析する手法を発展させるグループ,(3)数値解法を開発するグループ,(4)数値解法を支える基本的な研究である計算機アルゴリズムを開発するグループ.これらのグループは相補的協力のもとで効果的な研究集会を開き,数多くの成果をあげた.例えば,非線形現象に現われるパターン形成に関してモデリングの重要性の視点から,ワークショップ"Modeling,Simulation & Visualization"が開かれた.この会には応用解析や数値解析に興味をもつ人達以外に流体力学,工学,プラズマ物理,生物学,化学等の分野のモデリング,計算機シミュレーションに興味をもつ多くの参加者があり,このようなタイトルの研究が新しい応用数学の一つの分野になるものと確信された.理論的側面からは特に若い研究者を育成するために"Winter Institute for MathematicalScience"を2回開かれた.第1回は「非線形現象,理論そして応用」,第2回は「計算数学の世界」というタイトルで開かれ,今後の応用数学の方向性を認識する上で意義深い会であった.一方, 4つのグループによって得られた成果は数多くあり,それらの一部はJapan Journal of Applied Mathmaticsで発表されている.物理学、生物学、化学そして工学等の諸分野に現われる数々の非線形現象を数理的に解明することを目的として、モデルを構築するグループ、それらを解析するための手法(数値解析、近似理論等を含む)を開発するグループの相補的協力のもとで多くの成果が、国内、国際研究集会で発表された。1.自然科学でみられる非線形現象、とりわけパターン形成の解析そしてそれの視覚化を主目的としたワークショップ"Modeling,Simulation&Visualization′86"を開いた。この集会は現象のモデル化、それを計算機でシミュレーションすることから生じる膨大な数値データをいかに適切に表現し、関連分野の研究者のコミュニケーションを円滑にするにはいかにすべきかという応用数学における一つの方向性を与える意味で重要でかつ興味深い集会であった。そこで発表された結果は近日中に報告集として発刊される予定である。2.プラズマ発生、完全流体、凝固等の自由境界問題は工学、物理学において重要なテーマである。幾人かの分担者はその問題の解の定性的性質を調べるために有効な理論的、数値解析的手法を提示し、応用解析学上興味ある成果を挙げている。3.生物学、化学等に現われる反応拡散方程式の定常解の存在および安定性に対して、特異摂動法、それに基いた特異極限固有値問題の研究が進められ、いくつかの結果が出されている。この方面の我国の研究は現在最先端に位置しているものと思われる。4.以上の諸問題の基礎的研究としての計算機解析(数式処理、スーパーコンピュータのアルゴリズム開発、非線形微分方程式、非線形代数方程式の解法、有限要素法、境界要素法等)に関する重要な成果も挙げられている。以上の結果の一部分はすでにJapanJournal of Applied Mathematicsで発表されている。昭和61年度にあげられた成果にもとづいて研究を継続,推進し,応用解析,数安解析の各分野での研究結果の情報交換を通してそれらをさらに深めてきたのが本年度の研究実績である.自然科学に現われる現象のうち,例えば固体力学における塑性変形,凝固における成長過程,プラズマ平衡,流体力学における熱対流,渦流,そして生物学における非平衡過程としての神経興奮伝導,生態学における個体群力学等はとりわけ強い非線形性のもとで生じる現象である.これらの諸現象を数理的に解き明かす一般的な数学的方法はなく,そのために現象に即した手法が必要である.本研究ではそのため応用を重点においた解析手法(エネルギー法,分岐理論,特異摂動動法,応用関数解析等)を発展させ,その手法の相補的位置にある数値解法(有限要素法,境界要素法,関数近似,数値積分,代数方程式の数値解法等)の開発を進め,同時にその解法の基礎となる計算機アルゴリズムの開発を行ってきた.