hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代数問題に対する量子アルゴリズムの新展開とその応用

また、分散計算という枠組みで行列積の計算量も調べ、行列積及び行列式など様々代数的問題を計算する分散プロトコルの構築にも成功した。(2)グラフ問題に対する量子アルゴリズムの研究:様々なグラフ問題を効率良く解く量子アルゴリズムを開発してきたが、本研究では今まで密グラフのみに着目した。27年度は、構築した代数的な手法及び量子ウォークに基づく組み合わせ的な手法を疎グラフへ適応し、疎グラフ上の三角形発見問題に対して新しい量子アルゴリズムを開発した。(3)量子対話型証明系の計算量の究明:量子対話型証明系の計算能力を究明するために、対話の回数や通信量を制限したモデルを導入し、そのモデルの計算能力を究明した。本研究の目的は、代数問題を解くための新しいアプローチを開発することである。研究期間内に得られた最も重要な成果として、行列乗算を計算する新しいアルゴリズムの構築が挙げられる。行列乗算の計算は数学及び理論計算機科学の中核問題であり、1969年に巧妙な行列積アルゴリズムが示されて以来、70年代と80年代にその研究が盛んに行われてきた。我々は、正方形行列の乗算及び長方形行列の乗算を従来のアルゴリズムより速く計算するアルゴリズムを構築し、20年来できなかった改良を行うことに成功した。26年度に目標としていた(1)正方形行列積に対する古典アルゴリズムの開発及び(2)グラフ問題に対する量子アルゴリズムの開発の研究は、計画通りに従来のアルゴリズムより高速なアルゴリズムを構築することに成功したので、研究の推進は順調に進展していると考えられる。アルゴリズム、計算量理論、量子計算26年度に得られた成果に基づき研究の対象を拡張していく。特に以下の3つの柱で研究を推進していく予定である。(1)行列積の計算量の研究:26年度まで提示したアプローチを拡張することによって、古典アルゴリズムの計算時間の更なる改良を目指す。さらに、Coppersmith-Winograd法に基づくアプローチの限界も追究する予定である。また、分散計算という枠組みで行列積の計算量も調べる。(2)グラフ問題に対する量子アルゴリズムの研究:26年度は密グラフのみに着目して様々なグラフ問題を効率良く計算する量子アルゴリズムを開発してきたが、次は、構築した代数的な手法及び量子ウォークに基づく組み合わせ的な手法を疎グラフへ適応させることを目指す。(3)量子対話型証明系の計算量の究明:量子対話型証明系の計算能力を究明するために、対話の回数や通信量を制限したモデルを導入し、そのモデルの計算能力を究明する予定である。また、最終年度にあたって、国内・国際会議で発表するなど、本研究課題で得られた成果を引き続き広く公開していく予定である。25年度の目標にしていた(1)半環上の行列の積を計算する量子アルゴリズムの研究と(2)体上の正方形行列の積を計算する古典アルゴリズムの研究は計画通りに進んでおり、この二つの項目に関して従来のアルゴリズムより高速なアルゴリズムを構築することに成功した。
未利用低品位炭の改質によるエネルギー利用の効率化と環境負荷低減化

本研究では,HWD(Hot Water Drying,熱水乾燥)法による改質処理で脱水,疎水化し,これと物理的および化学的選炭とを組み合わせることで,ディーゼル発電燃料用のCWM(Coal Water Mixture)製造に適した低灰分炭(灰分5%以下)やウルトラクリーンコール(灰分1%以下)が得られることを見出した。また,HWD処理の際に生ずる溶液(改質液)中に有機還元物質が含まれていることに着目し,この改質液によるCr(VI)の還元について調べ,本液が汚染環境の浄化・修復の分野で利用できることを明らかにした。以下に、本研究の概要と主な成果について述べる。1.HWD法により改質時の温度を270,300,330°Cと変えて改質を行い,改質に伴う低品位炭の諸性質の変化を調べた。いずれの石炭も,改質により水分,カルボキシル基起因酸素量,水酸基起因酸素量が減少し,発熱量が増加した。また,改質温度が高くなるほど,これらの効果は顕著になり,それに伴い表面疎水性が増大した。2.微粒の石炭に対する浮選では,改質炭のほうが原炭(未改質炭)より2030%高い可燃成分回収率を示し,精炭灰分も低くなった。これは,改質に伴い,石炭の表面疎水性が増すことによる。アルカリ熱水溶液法でBeluga炭の原炭および改質炭を処理した場合,改質炭のほうが,また改質炭でも改質温度が高いものほど可燃成分回収率は高く,精炭灰分は低くなった。改質炭についてはいずれの条件下でアルカリ熱水溶液処理しても精炭の灰分が5%以下となり,さらに改質炭を3回浮選して得た精炭について処理すると,灰分1%以下のウルトラクリーンコールが得られた。3.Beluga炭を種々の温度でHWD処理する際に得られる溶液(改質液)について,GC/MS, HPLC, GPCなどを用いてキャラクタリゼーションを行った。270°C改質液には酢酸と分子量16003400程度のオリゴマーが共存しており,オリゴマーを構成している物質は脂肪族有機酸エステルであった。300°C改質液にはメタノールやカテコール,フェノールなどが,330°C改質液にはメタノール,アセトン,酢酸,フェノール,カテコールが含まれていた。改質温度が高くなるほど,改質液のTOC濃度も急激に増大し,またカテコール濃度も300°C改質液で10ppm,330°C改質液で1300ppmと増大した。これらの改質液に含まれるカテコール類が還元能を有することは,サイクリックボルタンメトリーによって確認した。4.いずれの改質液もCr(VI)還元能力を有しており,その還元能力は低pH領域でより強くなった。330°Cおよび300°C改質液中にはその還元に有効に作用する物質としてカテコールが存在していることを示した。このような還元物質を含有している改質液は,今後,汚染環境の浄化・修復の分野での活用が期待できる。

改質温度が高くなるほど,改質液のTOC濃度も急激に増大し,またカテコール濃度も300°C改質液で10ppm,330°C改質液で1300ppmと増大した。これらの改質液に含まれるカテコール類が還元能を有することは,サイクリックボルタンメトリーによって確認した。4.いずれの改質液もCr(VI)還元能力を有しており,その還元能力は低pH領域でより強くなった。330°Cおよび300°C改質液中にはその還元に有効に作用する物質としてカテコールが存在していることを示した。このような還元物質を含有している改質液は,今後,汚染環境の浄化・修復の分野での活用が期待できる。本年度は、低品位炭を様々な条件下で改質するとともに、改質液成分の分析、原炭、改質炭の物理的および化学的脱灰性、改質液および改質液の類縁構造物質である腐植物質の還元作用等について検討を行った。得られた結果を要約すると以下のようである。1.低品位炭の改質液にはカテコールが比較的多量に含まれており、六価クロム等の還元作用を有すること、また腐植物質と同様に環境浄化への応用の可能性があることがわかった。2.ベルガ原炭を浮選、水中造粒、浮沈試験等の物理的選別法による脱灰試験を行った結果、精炭灰分は低くても4%程度であった。歩留りは比重選別が最も高く、精炭灰分4%では92%であり、低品位炭の物理的脱灰には比重選別が最も効果的であることが明らかになった。3.改質炭の浮選を行った結果,原炭に比べ少ない捕収剤添加量で高い歩留りを示したが、精炭灰分は原炭を浮選した場合と同等であった。歩留りが高くなったのは、HWD(Hot Water Drying)処理によりカルボキシル基などの親水基が分解し、改質炭表面が疎水化したためである。しかし、HWD処理は、脱灰性の向上までには影響を及ぼさないことが明らかになった。4.原炭、改質炭のアルカリ熱水溶液法による脱灰を行った結果、いずれの場合もアルカリ添加濃度の増加に伴い灰分は低下し、改質炭では1%以下の超低灰分炭を得ることは可能であることがわかった。しかし、アルカリ添加濃度が高すぎると可燃分回収率が低下するためアルカリ添加条件等には注意が必要である。試料として-1000μmのベルガ原炭、改質炭(改質温度270°C、300°C、330°C)を用い、アルカリ熱水溶液法で脱灰実験した結果、原炭よりも改質炭が、改質炭でも改質温度が高い方が、アルカリが有効に鉱物質に作用し、高い可燃成分回収率で低い灰分の精炭が得られた。これは改質操作において石炭中の親水性官能基が分解され、石炭がアルカリに溶解しにくくなったためと考えられる。300°C改質炭を平均粒子径11μmに粉砕した試料について浮選実験を行った後、得られたフロス(灰分4.7%)についてアルカリ熱水溶液法による脱灰実験を行った。また、浮選に供する改質炭試料(灰分7.8%)についても同様に実験を行った。浮選処理していない改質炭のアルカリ熱水溶液法の場合、石炭懸濁液濃度29%で精炭の灰分が5.5%、可燃成分回収率が91%であるのに対し、浮選処理した石炭試料の場合、同じ懸濁液濃度で灰分が1.1%、可燃成分回収率は93%であった。この結果より、物理的選炭とアルカリ熱水溶液法を組み合わせることは、アルカリ消費量を減らすのに非常に有効であることがわかった。また、アルカリ熱水溶液法による脱灰に関して石炭試料の粒度は、あまり影響せず、HWD処理する以外の特別な粉砕は必要ないことがわかった。改質液中の含有有機物のジエチルエーテル抽出物質についてGC/MSで分析を行った結果、検出された成分のほとんどがフェノール、カテコール類であり、これらの物質の主要物質は、HPLCにより分取及び分析可能であった。さらに、
低分子量G蛋白質Cdc42,Racと標的蛋白質IQGAPによる細胞極性の制御機構

創傷の治癒過程や発生過程において細胞は極性をもって運動する。この極性形成や細胞運動には微小管とアクチン細胞骨格の協調した再編成が重要である。一方、低分子量GTP結合蛋白質Rhoファミリー(Cdc42,Rac1,RhoA)は細胞極性を制御していることが報告されているがその分子メカニズムはやはり不明であった。本年度はCdc42とRac1の標的蛋白質IQGAP1の新規結合蛋白質としてCLIP-170を同定した(Fukata et al. Cell 2002)。CLIP-170は伸長する微小管のプラス端に濃縮し、特定の細胞表層を認識し、微小管を配向、アンカーさせ、細胞極性形成に重要な役割を果たしていると考えられていた。私共はin vitroとin vivoのどちらの系においても活性型Rac1/Cdc42、IQGAP1及びCLIP-170が3者複合体を形成し、IQGAP1とCLIP-170の結合が活性型Rac1と活性型Cdc42により促進されることを明らかにした。さらに、ドミナントネガティブ型IQGFAP1を発現させることにより、CLIP-170の動態が阻害されることも見出した。微小管の細胞表層での捕捉機構は長らく細胞生物学上大きな謎であったが、本研究によりRhoファミリー(Rac1/Cdc42)と標的蛋白質IQGAP1による分子機構が初めて明らかになった。本研究成果は細胞極性形成機構を理解する上でも極めて重要であると考えられる。したがって、本年度の研究計画は達成できたと考えている。
火力発電所で排出される石炭灰の有効利用に関する研究

石炭火力発電所から副産される石炭灰の中のフライアッシュを、より積極的に建設材料として使用するために、単位セメント量の1.4倍と多量に使用したハイボリュームフライアッシュコンクリートの圧縮強度,引張強度,動ヤング係数などの強度特性に及ぼす、フライアッシュの品質,養生温度(10,20および30°C)および細骨材率の影響について研究を行い、得られた成果をまとめるとハイボリュームフライアッシュコンクリートについて次のことがいえる。(1)圧縮強度は使用するフライアッシュの品質によって影響され、SiO_2含有量や粉末度の高い良品質のものを使用すると各材齢の強度が高くなり、特に91日材齢の強度発現が顕著である。(2)初期強度の改善に早強ポルトランドセメントの使用が有効であり、10°Cとった低温時はそのセメントの使用や、単位セメント量を多くすることが望まれる。(3)30°C養生を行うと、フライアッシュを多量使用したコンクリートの強度発現が顕著であり、夏期工事およびマッシブな構造物の工事での使用が推奨される。(4)単位結合材量によって圧縮強度が最大になる最適細骨材率が存在する。(5)品質のよいフライアッシュを用いると、コンクリートの引張強度も改善される。(6)圧縮強度と動ヤング係数との関係は、配合,養生温度などの相違のかかわらず、一つの指数式で示され、両者はきわめて高い相関がある。
品質管理機構の担い手としての小胞体内シャペロンの解析

cogマウスは、チログロブリン(Tg)のC末端アセチルコリンエステラーゼ様ドメイン内にLeu2263→Pro変異をもつため分泌異常となり、異常Tgが小胞体に蓄積し、BiP.ERp72、ER60、カルレティキュリンなどの小胞体シャペロンを誘導するとともに先天性甲状腺腫を引き起こすことが知られている(Kim PS,et al.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95,9909,1998)。本研究で我々は、CHO細胞においてcog型Tgを発現させ、その分泌異常の細胞機構を調べた。パルスチェイス解析の結果、cog型Tgは半減期6時間で細胞内分解されることが示された。この分解はプロテアソーム阻害剤のほかキフネンシンなど小胞体マンノシダーゼIの阻害剤やシクロへキシミドなどタンパク質合成阻害剤の添加によって阻止された。しかし、カルネキシン・カルレティキュリンなど小胞体のレクチン様シャペロンとの会合を阻止するグルコシダーゼ阻害剤(カスタノスペルミン)は、cog型Tgの細胞内分解に影響を与えなかった。また、免疫沈降によってもcog型Tgとこれらシャペロンとの会合は検出されず、cog型Tgの品質管理はカルネキシン・カルレティキュリン以外のシャペロンによって行われる可能性が高い。さらに、細胞内でのマンノースレクチンとして知られるERGIC-53とcog型Tgとの会合も見られなかった。これらの知見はcog型Tgのタンパク質部分での折りたたみ異常とN型糖鎖のMan9型からMan8B型へのマンノーストリミングが異常タンパク質の細胞内分解において重要なシグナルになることと、品質管理の認識機構に重要な新規Man8B型認識レクチンの存在を示唆している。
幾何学構造に基づいた多孔性炭素材料の開発

本研究では、ナノ構造の極小曲面や動的構造形成の概念といった幾何学構造に基づいて、多孔質炭素材料の新しい作製法を開発し、構造と電極特性などの物性を完全に制御することを目的とした研究を行った。まず、三次元構造を有するピラー化グラフェンの創製と形状解析については、様々な比率の単層カーボンナノチューブ(SWNT)とグラフェン(RGO)から成る複合体を作製し、それらの負極特性を検討したところ、SWNTとRGOの比率が2:1のものについてもっとも大きな容量を得ることができた。これは、ピラーとなるSWNTが多いと電解質イオンが挿入されず、少ないと電解質イオンが複合体表面に集積されないためであり、表面積及びその幾何構造と密接に関わっていることが示唆される。次に、金属有機構造体(MOF)を鋳型とする三次元多孔性炭素の創製と系統化については、interdigitated型およびピラーレイヤー型の2種のMOFを様々な温度で焼成し、酸処理をすることによって炭素材料を得た。これらの負極特性を測定したところ、ピラーレイヤー型MOFを鋳型とした場合には、配位子の種類によっては大きな容量が得られることを見出した。Interdigitated型MOFでは、もともとのMOFに空孔がないために、焼成後に得られた炭素にも空孔がまったく形成されず、電解質イオンがまったく挿入されない結果、容量が得られなかったと思われる。このように、鋳型の構造や表面積などが電極特性に影響を与えることを見出しつつある。当初の予定通り、三次元構造を有するピラー化グラフェンの創製と形状解析について、様々な比率のSWNTとRGOからなるピラー化グラフェンを作製し、その電極特性との相関を見出すなど研究はおおむね順調に進行していると言える。一方で、金属有機構造体(MOF)を鋳型とする三次元多孔性炭素の創製と系統化については、特定の構造を有するMOFを対象に、系統的に炭素の作製とその電極特性を測定しており、研究は計画通り進行している。三次元構造を有するピラー化グラフェンの創製と形状解析については、SWNT/RGO複合体の電極特性を幾何学的特徴と結び付けて議論し、高性能な電極材料を得るための一般則を見出す。さらに、SWNTの代わりに有機ホウ素架橋分子を用いることで、新しいピラー化グラフェンを創製するとともに、その形状解析を行う予定である。一方で、金属有機構造体(MOF)を鋳型とする三次元多孔性炭素の創製と系統化については、類似の格子体積、金属イオン、配位子を持つダイアモンド型、ジャイロイド型、立方体型のMOFを探索・合成し、これらを鋳型とする新しい多孔性炭素材料を作製するとともに、その負極やキャパシタ電極特性を計測し、幾何構造がどのように電極特性に影響するかを明らかにして、極小曲面と物性という数学が拓く高性能材料の開発を実現する。

一方で、金属有機構造体(MOF)を鋳型とする三次元多孔性炭素の創製と系統化については、類似の格子体積、金属イオン、配位子を持つダイアモンド型、ジャイロイド型、立方体型のMOFを探索・合成し、これらを鋳型とする新しい多孔性炭素材料を作製するとともに、その負極やキャパシタ電極特性を計測し、幾何構造がどのように電極特性に影響するかを明らかにして、極小曲面と物性という数学が拓く高性能材料の開発を実現する。
焼灼療法としての高周波磁場による誘導加熱法の研究

焼灼療法としての高周波磁場による誘導加熱法の研究19年度:焼結処理MgFe_2O_4 stickを用いた誘導加熱によるラット肝腫瘍モデルに対する抗腫瘍効果を検証した。【方法】ラット肝腫瘍株(dRLh-84 cell line)を用いてラット肝組織内に腫瘍を作成した。ラットを全身麻酔下に開腹し、肝腫瘍内に直径1.0mm長さ10mmの焼結処理MgFe_2O_4 stickを留置した。誘導加熱装置を用いてコイル内に高周波磁場(出力2kw、周波数540kHz、最高滋束密度4kA/m)を発生させ、肝腫瘍温度を測定しながら30分間加熱した。腫瘍増殖抑制効果をみるために、加熱群と非加熱群の腫瘍径を経時的に比較した。【結果】加熱腫瘍温度は60.2±1.8°Cであった。腫瘍径の変化に関して、加熱していない対象群は時間経過とともに増大傾向を示したが、加熱群の腫瘍増殖は有意に抑制された。また、加熱された腫瘍細胞は、加熱直後から核濃縮や細胞縮小などの熱性変化が観察され、呼吸系酵素であるNADH還元酵素の酵素活性の失活を認めた。加熱3日後には、腫瘍組織を含んだ加熱障害部位は繊維芽細胞層で完全に囲まれ、TUNEL染色検査にて腫瘍細胞の細胞死を確認した。【結語】本実験において、焼結処理MgFe204stickを用いた誘導加熱法がラット肝臓腫瘍を約60°Cで加熱することが確認され、非加熱群に対して加熱群は有意な腫瘍増殖抑制効果を示した。臨床応用時においては、一回の加熱で腫瘍を完全に壊死させることが理想であるが、現実的には十分な加熱効果が得られない場合も想定される。そのような場合にも、本加熱方は容易に二次加熱が可能であり、従来のラジオ波焼灼療法やマイクロ波凝固療法にない利点を有する。本実験の結果より、焼結処理MgFe204stickを用いた誘導加熱法が肝腫瘍に対する有用な局所加熱法の一つになり得ることが示唆された。焼灼療法としての高周波磁場による誘導加熱法の研究18年度:ラット正常肝臓組織に対する加熱実験高い発熱効率を有する焼結処理MgFe_2O_4stickを作成し、高周波誘導磁場下にラット正常肝に対する加熱実験を行った。【方法】ラット正常肝モデルの肝左葉に直径1.0mm長さ10mmのstickを留置した。誘導加熱装置(出力2kw,周波数540kHz,最高磁束密度4kA/m)で肝組織温を測定しながら30分間加熱し、直後、1日、3日、7日後に犠牲死させ、組織学的評価、酵素化学的染色とTUNEL染色による細胞死の確認と経時的な焼灼面積の変化を検討した。【結果】肝組織の加熱平均温度は60.7土1.1°C、最高温度の平均は61.5±0.8°Cであった。組織学的検討では加熱直後に肝細胞の核濃縮と類洞の拡張・鬱血を認め、3日後に繊維細胞が出現した。7日後には繊維細胞層内に肝再生の兆候を認めた。酵素化学的検討では加熱直後からstick周囲の肝細胞に酵素活性の失活が認められた。TUNEL染色では、1日後よりTUNEL陽性の細胞を認め、3日後に最も多くの細胞死を確認した。最大割面の焼灼面積は、直後から3日後(41.12±5.09mm^2)までに徐々に増大し、以後縮小した。【結語】焼結処趣MgFe_2O_4stickを用いた誘導加熱法は、ラット肝組織内で+分な温度上昇をきたし組織学的に不可逆的な熱損傷を与えた。また、熱による組織傷害は3日目まで続くことが判明した。来年度は、血流の多い肝腫瘍モデルに対する加熱実験を行い、腫瘍細胞に対する増殖抑制効果や血流による加熱効果への影響などのヒト肝腫瘍に対する局所加熱療法の開発に有用な実験データを調査しようと考えている。【結語】

本実験において、焼結処理MgFe204stickを用いた誘導加熱法がラット肝臓腫瘍を約60°Cで加熱することが確認され、非加熱群に対して加熱群は有意な腫瘍増殖抑制効果を示した。臨床応用時においては、一回の加熱で腫瘍を完全に壊死させることが理想であるが、現実的には十分な加熱効果が得られない場合も想定される。そのような場合にも、本加熱方は容易に二次加熱が可能であり、従来のラジオ波焼灼療法やマイクロ波凝固療法にない利点を有する。本実験の結果より、焼結処理MgFe204stickを用いた誘導加熱法が肝腫瘍に対する有用な局所加熱法の一つになり得ることが示唆された。
歯性感染症における抗菌薬の局所投与に関する研究

歯性感染症患者から採取した膿および成人ボランティアから採取した唾液を検体とし、あらかじめ用意した抗菌薬液と接触させた。検体数は10例で、抗菌薬はピペラシリン(PIPC)、セフメタゾル(CMZ)、イミペネム(IPM)、ミノサイタリン(MlNO)、クリンダマイシン(CLDM)およびジベカシン(DKB)の6種を用いた。薬剤濃度は静脈内投与に使用する1回量の濃度(低濃度)とその10倍濃度(高濃度)とし、それぞれトリプチケースソイ液体培地で溶解した。対照として薬剤を含まない液体培地をもちいて同様に接触させた。接触時間は5分、30分および60分とし、接触後生理食塩水で10倍連続希釈し、CDC処方血液寒天培地に塗抹した。嫌気条件下にて37°C、48時間培養し生育したコロニーより総菌数を算出した。対照と比較して総菌数が1/10以下となった抗菌薬液を有効と判定した。薬剤濃度は、低濃度より高濃度で有効数が多かった。高濃度において有効と判定された薬剤は5分では,IPMが最も多く、ついでPIPCとCLDMであり、その後CMZ、MINO、DKBが同数であった。30分では1.IPM、2.MINO、3.CLDM、4.PIPC、CMZおよびDKBとなった。60分では1.IPM、2.MINOとDKB、ついで、4.PIPCとCMZ、6.CLDMとなった。有効数は接触時間5分より30分および60分の方が多かった。全ての検体に有効な薬剤は5分ではみられなかったが、30分と60分ではIPMが認められた。60分後も全薬剤が無効である検体はなかった。以上の結果より、抗菌薬局所投与は薬剤濃度が高い方が効果が高く、.5分程度の短時間では効果が少ないため長時間作用させる必要があるものの、歯性感染症治療に有効な場合があることが示唆された。ただし、全症例に有効な薬剤はなく、各症例で投与前に有効薬剤を判定しなければならない。今後、薬剤の的確な選定法について検討したいと考えている。歯性感染症における、抗菌薬の使用法は経口や経静脈的に全身投与されるのが一般的である。このため病巣局所のみに高濃度の薬剤を作用させることは難しい。また、血流から組織への移行性が悪ければ薬剤濃度は低くなり効果は低下する。病巣局所に直接投与することができれば、薬剤を高濃度で作用させることができると考えられる。本研究は歯性感染症に対する抗菌薬局所投与について検討する初期段階の研究であり、薬剤投与時に病巣局所で生じる作用を明らかにし、薬剤の効果および可否について調査することを目的としている。まず、病巣局所環境下での病原細菌、とくに嫌気性菌に対する抗菌薬の効果をin vitroで調べる。歯性感染症患者から採取した膿を抗菌薬溶液と一定時間接触させる。その後、遠心分離して沈査を生理食塩水にて洗浄・集菌し、希釈してその一部を寒天培地に塗抹する。37°C、48時間の嫌気培養にて発育のみられたコロニー数を計測する。発育の見られたコロニーのうち主なものを新しい寒天培地に分離・再塗抹し、同定した後、当該抗菌薬に対する耐性の有無を調査する。対照として、抗菌薬溶液の代わりに生理食塩水を使用し、同一手順で発育させ、コロニー数の差異を比較する。現在、数検体について上記研究を施行しているが、まだ、結果を集計するには至っていない。今後さらに検体数を増しその効果を判定する予定である。

以上の結果より、抗菌薬局所投与は薬剤濃度が高い方が効果が高く、.5分程度の短時間では効果が少ないため長時間作用させる必要があるものの、歯性感染症治療に有効な場合があることが示唆された。ただし、全症例に有効な薬剤はなく、各症例で投与前に有効薬剤を判定しなければならない。今後、薬剤の的確な選定法について検討したいと考えている。
マルチンゲールの手法による実解析学の基礎的応用的研究

研究実施計画に従い、各自の研究課題と標記研究課題との関連についての意見の交換を行いつつ、研究分担者それぞれが他大学等の研究者との研究連絡を積極的に行なった結果、次のように研究経過、実績を報告します。まず、研究代表者は、マルチンゲール列の絶対収束生についてを調べるために、今回はマルチンゲール差の絶対総和法と、その直交関数級数への拡張を中心に研究を行なった。たとえば、代表者が導入したマルチンゲール差の上の作用素λ^P、γ^P、π^P(宮城教育大学紀要18巻)については、これを直交関数級数の上の作用素とみたときには、P=1のときは、3つの作用素の概収束が同値でない例を構成できると考えて計算途中にあり、P>1については、マルチンゲール差のときと同じ結果を得るだろうと解析の続行中である。また、これに直線関連しそうな問題とし、土倉氏の共役三角級数の絶対総和法についての結果があった(1988年7月富山大、「マルチンゲールとその応用」)、氏の述べている未解決問題は、いずれもマルチンゲールの上での代表者の問題と密接に関連している。また上記の反例を作る上にも、又三角級数との関連を考えるについても、マルチンゲールとウォルシュ級数の関連、とくにウォルシュ級数の収束性の結果をマルチンゲール上でどこまで主張できるかをまとめの必要性が生じ、現在進行中である。さらに、研究分担者による関連分野(代数的組合せ論、偏微分方程式と確立微分方程式、マルチンゲールの抽象化と作用素環、ファジー理論とその応用については、各地の研究会で発表したが、論文の形にまとめて発表段階にあるのは、武元、森岡の2編である。また、瓜生も関数方程式についての結果を得ており、1989年春の数学会にし発表する予定で準備している。
フロー処理を包含したPubSub拡張とそのパターン化に基づいた都市センサ情報網

今後数千数十万規模の都市情報源をいかに取捨選択し、データ処理を行うかが重要となる。センサ情報源だけでなくセンサ情報利用主体も移動するため、利用可能な計算機資源は時々刻々と変化する。よって時空間的に超分散した計算機環境を対象とした適応的な資源選択手法が必要となる。本研究では時空間的に分散する都市情報源に対するユーザの興味を、センサの状況とユーザの状況を考慮したスコープとして定義し、動的にPubSubノードの選択と処理を実行可能なPubSubモデルを実現する。更に、本研究では効果的なスコープ定義をパターンとして提供し、ユーザのスコープ定義の負荷を軽減させ、サービス開発の指針として利用可能とする。
平面型オープンチャネルイオンクロマトグラフィーの開発とその応用による大気成分測定

本研究では、平面型オープンチャネル分離カラムを開発した。アスペクト比の大きな長方形チャネルによって大きな比表面積と短い拡散距離が低い圧力損失で得られた。固定相をバッチ処理で作成可能なため種々の固定相により分離特性を評価した。固定相基板には市販のイオン交換膜を始め、ポリスチレン板やガラス板に官能基を直接導入したものを用いた。陰イオンの分離挙動を示したものの、十分な分離度は得られなかった。また、ガス捕集部と分離部のインターフェースについて、電界下におけるイオンの泳動を利用したイオン導入法を検討した。数Vの印加電圧により定量的なイオンの取り出しに成功した。今年度は,主に,分離にかかる固定相について検討,評価を行った。本法では,平面型のチャネルを固定相を修飾した基板2枚でガスケットを挟み込むことにより構築するため,固定相の選択は分離において鍵となる。固定相として市販のイオン交換膜や,ポリスチレンやガラスの基板表面に,トリメチルアミノ基やジエチルフェニルアミノ基をバッチ法により導入して検討した。手法として,クロロメチル化による官能基の直接導入やシランカップリング剤による有機直鎖/官能基の導入を用いた。特にガラス基板への官能基の導入には,長い直鎖の末端に導入することで,高密度化をはかった。ガラス基板に導入した陰イオン交換基による分離カラムでは,市販の充填カラムと同等の交換容量が得られた。フタル酸や過塩素酸の溶離液では,十分な溶出力は得られなかったが,測定対象イオンはカラム内に保持された。そこで,水酸化物系や炭酸系の溶離液を用いて検討した。しかし,検出段階でのバックグラウンドが大きくなったため,当初の予定にはなかったが,サプレッサー方式の導電率検出を試みた。陽イオン交換膜で隔てた2つのチャネルを設け,一方のチャネルに溶離液,もう一方に再生液として硫酸を流すことで,100mMのアルカリ溶液まで溶離液として使用可能となった。その結果,高濃度のアルカリ溶液により導入した対象イオンを溶出できた。十分な分離能をまだ得られていないため,チャネルの長さや厚みについてさらなる検討を要する。一方,検出方法については,サプレッサー方式による直接接触型導電率のみならず,非接触型導電率検出に成功している。長光路の吸光度検出についても現在,検討を進めている。大気環境を把握するためには、少なくとも数種類のガス成分を同時にモニタリングすることが望ましい。また、不安定な大気試料を現場から持ち帰って分析することは困難であり、オンサイトで多成分を一斉に分析するシステムの構築を目指した。大気成分一斉分析システムは、まず、大気成分をオープンチャネルガスコレクタにより水溶液中にイオンとして定量的に捕集する。その後、捕集溶液中のイオンを分離・検出することで大気成分を定量する。今年度は、昨年度に引き続き、分離・検出部の開発を手がけた。オンサイトでの分析のためには、大型の高圧送液ポンプを必要としない分離・検出法が不可欠である。昨年度は、平面型カラムとして、ガラス基板にイオン交換基を修飾し、極薄の液層を構築し分離を試みた。しかしながら、十分な分離能を得ることはできなかった。そこで、本年度は、まず、モノリス型の分離カラムを検討した。アクリル系のモノリスを合成し、種々の修飾手法やイオン交換基、溶離液を検討したが、十分な分離能を得るには至らなかった。そこで、送液ポンプフリーな分離法であるキャピラリー電気泳動に着自した。マイクロスケールの吸光度検出器を構築後、無機陰イオン種の分離を試みた。十分な分離能が得られたものの、感度が不十分であった。そこで、非接触型電気容量検出器を検討した。現在、分離条件の最適化を進めている。分離条件の最適下の後、ガスコレクタと分離部のインターフェースについて独自の手法を取り入れてシステムの構築を進めていく。
メニーコア・超並列時代に向けた自動チューニング記述言語の方式開発

本研究では、多様な計算機環境において高性能を達成するため、自動チューニング(AT)を実現する以下の研究開発を行った。(1)マルチコア・超並列環境に適用できるAT言語ABCLibScriptの機能拡張;(2)マルチコアCPUおよびGPUでのAT効果の検証;(3)いくつかのアプリケーションソフトウェアに新規ABCLibScript機能を適用し有効性を検証;(4)新規ABCLibScript処理系を、フリーソフトウェアとしてインターネット上に公開。研究目的:情報社会の基盤を支える計算機が高度に並列化し多様化している。近い将来、PCにおいては数十コア、スーパコンピュータに至っては数十万コアのメニーコア・超並列環境となる。本研究の目的は、自動チューニング(AT)を達成する方式、AT記述用言語処理系のプロトタイピングを行うことにある。本年度の研究実施計画と実績:以下の3点にまとめられる。1.新ABCLibScriptの仕様の設計・プロトタイピング:AT記述言語を新規開発するための基礎データ取得と、既存言語ABCLibScriptの機能検証を行うとともにそのAT方式の検証を行った。2.4000コア超のマルチコア・超並列環境でのAT効果検証:(1)並列処理におけるATの数理アルゴリズムについて研究を行った。並列実験、並列試行、重複実施を提案した。並列実験について疎行列ベクトル積の格納形式の最適化に適用した。(2)CPUとGPUとの性能差を実行時に予測し、その予測結果に基づいてプロセッサを切り替える方式について検討を進めるとともに、GPU向けのプログラミングにおいて設定が求められるパラメタのAT手法を実装・評価した。3.開発言語の実用性を高めるための数値計算ライブラリ上の性能パラメタ調査:(1)T2Kオープンスパコン(東大版)の1ノード上で、固有値ソルバABCLib_DRSSEDの実行性能を調査し、性能向上の見積もりとABCLibScript仕様との適合性について検証を行った。(2)線形方程式求解アルゴリズムの記述に関して潜在している問題点の指摘と具体的な改善について議論した。また、品質管理の手法も採り入れソフトウェア工学の観点からも研究を実施した。(3)電磁場解析における一般的な手法の一つであるFDTD法において、キャッシュメモリを有効に活用する実装法を提案した。提案手法において、自動チューニング技術の対象となるパラメータの抽出を行い、その適用に関する基本的な調査を行った。本研究の目的は、このような多様化した計算機で困難となった性能チューニングについて、自動チューニング(AT)を達成する方式、AT記述用言語処理系のプロトタイピングを行うことにある。本年度の研究実施計画と実績は以下の3点にまとめられる。1.新ABCLibScriptの仕様の設計・プロトタイピング:AT記述言語ABCLibScriptのC言語版の新規開発を行った。非均質計算機環境への適用として、CPUとGPUの処理の切り換えATを実装し評価した。2.4000コア超のマルチコア・超並列環境でのAT効果検証:(1)「無関連タスク問題」、「同一タスク問題」、「相関タスク問題」を定式化した。さらに無関連タスク問題、同一タスク問題の一部に対して、ワンステップ近似に基づく逐次実験計画手法を提案した。(2)既存のOpenCL実装の性能評価、新規OpenCL実装のための要素技術、およびOpenCL環境下でのプロセッサ自動選択方式の検討を行った。3.開発言語の実用性を高めるための数値計算ライブラリ上の性能パラメタ調査(1)固有値ソルバ(もしくは一般の線形計算プログラム)には冗長計算と集団通信を併用するが、複数プロセスグループ間での通信を削減する実装方法ならびに、集団通信のアルゴリズム選択機構について研究を開始した。(2)線形方程式求解アルゴリズムの求解性能情報を分析し、そこから見出された事象に対して分析と改善を行った。反復法の収束判定、および前処理付きアルゴリズムの設計に起因する問題点を改善し研究成果としてまとめた。(3)電磁場解析における一般的な手法の一つであるFDTD実装法をさらに発展し、冗長な計算を必要としない新たな方法を考案した。複数のジョブを簡便に扱うジョブスクリプト言語と連携し、同手法上のブロックサイズをATするための枠組みを整備した。研究目的:情報社会の基盤を支える計算機が高度に並列化され多様化している。成果を以下にまとめる。1.新ABCLibScriptの高度化:マルチコア環境に適用できるAT機能の拡張を行った。特に、近年普及したGPUへの対応のため、GPUとマルチコアCPUのプログラムに対してのAT機能を持つ、HxABCLibScriptの設計と基本機能の開発を行った。また、CUDAプログラムのスレッドブロックサイズを実行時ATする機構を開発し、その知見を集積することが出来た。2.マルチコアCPUおよびGPU環境でのAT効果検証:上記1のAT新機能の検証を、以下のアプリケーションで行った:(1)行列-行列積、

(2)ヤコビ反復解法、(3)姫野ベンチマーク。10000コアを超える大規模な分散並列型計算機上で動作する固有値ソルバを自動チューニングする際に必要となるチューニング項目とパラメタの特定を実施した。および、並列処理における自動チューニングのための数理手法について研究し、知見を集積した。3.アプリケーションへの適用評価:AT言語の実用性を検証するため、高精度行列-行列積プログラムにHxABCLibScript適用評価し有効性の検証を行った。疎行列を係数行列に持つ線形方程式に対する反復解法の前処理付きアルゴリズム、および、高周波電磁場解析で一般的3次元FDTD法のキャッシュヒット率を向上させる時空間タイリングによる実装法について、ATの観点から効果検証を実施した。4.開発ソフトウェアの公開:開発したHxABCLibScriptの処理系のコードを、フリーソフトウェアとしてインターネット上に公開した。
ワレカラ類を用いた沿岸生態系中の有機スズ汚染のモニタリング

船舶塗料の防汚剤や塩化ビニルの安定剤などに利用された有機スズ化合物は、日本では1990年に小型船舶や養殖施設等での使用が禁止された。しかし、その後も有機スズ化合物は浅海域生態系に残留しており、非常に低い濃度でも生物に影響を与えることが報告されている。本研究は、小型甲殻類の一群であるワレカラ類を用いて有機スズ化合物濃度のモニタリング方法を確立することを目的として実施した。今年度は、大槌湾に棲息するワレカラ類と同じ端脚目甲殻類であるヨコエビ類の急性毒性耐性、及び、有機スズ化合物(TBT、DBT、MBT)の残留組成を検討した。その結果、20°Cにおける48時間LC_<50>はワレカラ類で1.2-6.6μgTBT/Lとなり、ヨコエビ類の17.8-23.1μgTBT/Lより有意に低い値を示した。また、有機スズ化合物の残留組成は、ワレカラ類では海水中と同様にTBTの割合が70%以上を示すが、ヨコエビ類では、逆にTBTの分解代謝物であるDBTとMBTが70%以上であった。今年度も、昨年度に引き続き、東京湾等よりガラモ場群落や各種海洋構造物上に生息するワレカラ類を生息環境中の海水とともに採取し、有機スズ化合物の残留濃度の分析に供した。過去3ヶ年に採集した全てのワレカラ類のサンプルから有機スズ化合物が検出された。山形県飛島から採取したマルエラワレカラCaprella Penantis R-typeの<1ngBTs/gから熊本県天草から採取したマギレワレカラCaprella decipiens Mayerの466ngBTs/g wet weightまで約500倍の変化が確認された。本結果は現在投稿中である(Takeuchi et al.MS)。以上より、ワレカラ類はTBTの分解代謝能力が低く、海水中の有機スズ化合物濃度を反映し、モニタリング生物としての有効性が高いと考えられた。船舶塗料の防汚剤や塩化ビニルの安定剤などに利用された有機スズ化合物は、日本では1990年に小型船舶や養殖施設等での使用が禁止されたが、海洋生態系における有機スズ化合物の生物濃縮や蓄積の態様については多くの未解決課題が残されており、その毒性影響に関する研究が期待されている。本年度は、岩手県大槌湾の沿岸生態系において、海水及び、ワレカラ類をはじめとする各栄養段階の鍵種の有機スズ化合物の残留濃度を測定し、その分布、動態、及び、濃縮の特徴について調査・研究した。海水と各栄養段階の生物のブチルスズ化合物濃度を比較した結果、海水-生物間では数千数万倍の濃縮が見られたが、生態系内の栄養段階上昇に伴う残留レベルの増加は認められなかった。魚介類中の残留レベルは概ね低値であったが、ワレカラ類と魚類の一部は東京湾沿岸の生物に匹敵する高い残留濃度を示した。ブチルスズ化合物の残留組成や生物濃縮係数を検討したところ、これらの生物は他の生物種に比べTBT分解能力の弱いことが推察された。このことは、環境中の有機スズ汚染レベルが低くても、海水-ワレカラ類間で有機スズ化合物の高い濃縮が起こる可能性を示している。次に、東北地方各地や紀伊半島、瀬戸内海沿岸、及び九州西岸よりワレカラ属Caprellaに属する9種のワレカラ類を採取・分析したが、全ての検体からブチルスズ化合物が検出された。

東北地方や紀伊半島及び瀬戸内海沿岸では、ワレカラ類中の有機スズ化合物の体内濃度は40160ng/g wet wtであった。九州西岸から採集されたワレカラ類では、一部からブチルスズ化合物の高い濃度が測定され、最高は460ng/g wet wtに達した。船舶塗料の防汚剤や塩化ビニルの安定剤などに利用された有機スズ化合物は、日本では1990年に小型船舶や養殖施設等での使用が禁止された。しかし、その後も有機スズ化合物は浅海域生態系に残留しており、非常に低い濃度でも生物に影響を与えることが報告されている。そこで、我々は小型甲殻類の一群であるワレカラ類を用いて有機スズ化合物濃度のモニタリング方法を確立を目指している。今年度は、昨年度の研究成果、すなわち、沿岸生態系における食物連鎖中、低次の海水から一次消費者であるワレカラ類等間の低次段階で数万倍の高い濃縮が認められたが、それ以降では栄養段階の上昇に伴う濃縮は認められないこと、を取りまとめ"Archives of Environmental Contamination and Toxicology"に投稿し、受理された。また、昨年度に引き続き、南西諸島、東京湾、日本海沿岸、及び東北地方沿岸よりガラモ場群落や各種海洋構造物上に生息するワレカラ類を、生息環境中の海水とともに採取し、有機スズ化合物の残留濃度の分析に供した.その結果、日本沿岸の幾つかの地域において、今なお、湾奥部の比較的狭い範囲中でホットスポットと呼ばれる有機スズ化合物濃度が極めて高い箇所が存在することが確認された.現在、採集したワレカラ類中の有機スズ化合物の体内濃度を測定中である。なお、ワレカラ類は日本近海から約100種以上が報告されているように種多様性が極めて高い.そこでワレカラ類の同定を容易にするため、日本産ワレカラ類に関する知見を整理し、チェックリストを作成した.その成果を"Otsuchi Marine Science′′に投稿し、受理された。本研究は、小型甲殻類の一群であるワレカラ類を用いて有機スズ化合物濃度のモニタリング方法を確立することを目的として実施した。今年度は、大槌湾に棲息するワレカラ類と同じ端脚目甲殻類であるヨコエビ類の急性毒性耐性、及び、有機スズ化合物(TBT、DBT、MBT)の残留組成を検討した。その結果、20°Cにおける48時間LC_<50>はワレカラ類で1.2-6.6μgTBT/Lとなり、ヨコエビ類の17.8-23.1μgTBT/Lより有意に低い値を示した。また、有機スズ化合物の残留組成は、ワレカラ類では海水中と同様にTBTの割合が70%以上を示すが、ヨコエビ類では、逆にTBTの分解代謝物であるDBTとMBTが70%以上であった。今年度も、昨年度に引き続き、東京湾等よりガラモ場群落や各種海洋構造物上に生息するワレカラ類を生息環境中の海水とともに採取し、有機スズ化合物の残留濃度の分析に供した。過去3ヶ年に採集した全てのワレカラ類のサンプルから有機スズ化合物が検出された。山形県飛島から採集したマルエラワレカラCaprella penantis R-typeの<1ngBTs/gから熊本県天草から採集したマギレワレカラCaprella decipiens Mayerの466ngBTs/g wet weightまで約500倍の変化が確認された。本結果は現在投稿中である(Takeuchi et al.MS)。
構造化個体群動態を記述するマルチスケールモデルの理論構築とデータ解析への応用

ウイルス感染現象を方程式を用いて数学的に表現することで、ウイルスの動態や治療戦略の方針など多くの知見を得ることができる。本研究では従来より用いられてきた常微分方程式モデルを偏微分方程式に拡張し、多様なウイルスをより詳細かつ統一的に表現する数理モデルを構築することを目指す。構築したモデルを解析することで得られる知見は医学、ウイルス学、応用数学分野などの広くにわたって次世代研究の核になることが期待される。
三次元離散渦法に基づく船体に作用する流体力の推定法に関する研究

大きな斜航角を伴って運動する船体に作用する流体力を推定することは,港湾内等における航行船舶の安全性の観点からも非常に重要であると考えられる。従って,本研究においては,3次元渦離散法を基礎として吹き出しパネル法と組み合わせることにより,船体に作用する流体力の実用的な推定法を開発することを目的としている。昨年度は,3次元離散渦法と吹き出しパネル法を組み合わせることにより,斜航する船体まわりの3次元的な流れ場を精度よく表現する方法について検討を行った結果,剥離した流れを表わす自由渦の導入位置等のパラメータが船体に作用する流体力の推定結果に大きな影響を及ぼすことが分かった。また,旋回角速度を伴う運動へ適用することを目的として,流体力推定法の拡張について検討を行った。旋回運動時には船体まわりの流れの流速および流向が船長方向に変化するため,剥離点の位置をビルジ部のような一意の場所に固定することができないことから,船体横断面内の流速の最大値等を参考に剥離点の位置を設定する方法について検討を行った。本年度は,昨年度に引き続き本推定法の旋回運動への拡張について検討,ならびに実船型への適用について検討を行った。本推定法に基づく計算結果と模型実験による計測結果を比較した結果,船体から流出する自由渦の分布や流体力の推定値の精度は十分であるとは言い難いため,剥離点の位置や自由渦の流出法等についてさらなる検討が必要である。まずはじめに,3次元離散渦法と吹き出しパネル法を組み合わせることにより,斜航する船体まわりの3次元的な流れ場を精度よく表現する方法について検討を行った。検討の対象とした船舶は,断面形状がほぼ単純な直線で構成され,剥離点の位置の設定が比較的容易であると考えられるバージ船型とした。その結果,剥離した流れを表わす自由渦の導入位置等のパラメータが船体に作用する流体力の推定結果に大きな影響を及ぼすことが分かった。さらに,旋回角速度を伴う運動へ適用することを目的として,流体力推定法の拡張について検討を行った。旋回運動時には船体まわりの流れの流速および流向が船長方向に変化するため,剥離点の位置をビルジ部のような一意の場所に固定することができない,船体横断面内の流速の最大値等を参考に剥離点の位置を設定する方法について検討を行ったが,いまだ十分な推定精度は得られておらず,旋回運動への適用にはさらなる検討が必要である。来年度以降は,引き続き本推定法の旋回運動への拡張ならびに実船型への適用について検討を行う予定である。
球周り流れの数値的・実験的研究に基づく圧縮性混相流モデルの構築と微粒子の影響解明

圧縮性Navier-Stokes方程式の直接数値解析と弾道飛行装置による弾道飛行試験,及び衝撃波管を用いた球-平面衝撃波干渉実験により,圧縮性低Reynolds数における球周り流れの特性を調べた.直接数値解析による研究では,主流に対して垂直方向に回転軸を持つ回転球周りの流れについて,Reynolds数100-300, Mach数0.2-2.0,無次元回転速度0-1.0の条件で,渦構造や空力係数,壁面応力を調べた.回転による揚力は,Mach数の増加により抑制されることを明らかにし,非圧縮性の混相流では粒子の回転による揚力が粒子クラスタの分散を促進するのに対して,圧縮性流れでは粒子クラスタが維持されやすく高密度の粒子クラスタが形成される可能性を示唆した.バリスティックレンジを用いた弾道飛行実験では,Reynolds数3.8 ×10^3-1.0 ×10^5, Mach数0.9-1.5の条件で自由飛行する球周りの流れをシュリーレン法により可視化し,後流渦の構造や再循環領域の長さ,衝撃波離脱距離を調べた.この試験で得られた時間平均場とReynolds数1000以下のDNSのデータから,Reynolds数1,000-3,000付近に再循環領域長さの変曲点の存在を示し,その条件で流れの様相が大きく変化する可能性を示唆した.また,可視化画像に対して特異値分解を応用し,ノイズが強く不鮮明な画像から流れ場のモードを抽出することに成功した.加えて,より低Reynolds数で試験を行うために衝撃波管による球-平面衝撃波干渉実験の実験系確立とそれを用いた流れの可視化,抵抗係数推定を行った.弾道飛行試験と異なり,光学ガラス上の境界層のパターンにより特に球が小さい場合に球後流の可視化が困難なことが分かったが,断層シュリーレン法を用て解決可能と考えている.抵抗係数は問題なく取得できており,継続して実験を行う予定である.弾道飛行装置による実験は予定通り進展し,成果を学術誌に投稿・査読中である.加えて,衝撃波管を用いた球-衝撃波干渉実験により弾道飛行試験よりもさらにReynolds数を下げた実験も行った.一方,直接数値解析による研究では,高温・低温球周り流れの解析,回転球周りの解析を行いその成果は学術雑誌に掲載済みだが,今年度行う予定だった剪断流中の球周り流れの解析については数値振動などの問題と計算リソースの問題から計算の開始が年度末までずれ込んだ.また,弾道飛行装置や衝撃波管を用いた実験に想定以上に時間を消費したため,DNSデータベースを用いた熱伝達モデルの構築には至っていない.粒子抵抗モデルに関しては既存のモデルを改良したモデルを構築している段階にある.実施が遅れた剪断流中の球周り流れの解析を極力早い段階で完了し,DNSデータベースを用いて粒子の挙動を記述するモデルを構築する.構築したモデルを用いた混相流解析の実施は計算時間の観点から難しいため,既存のモデルと性質を比較することによって新たに構築したモデルの性質を検討する.圧縮性Navier-Stokes方程式の直接数値解析と弾道飛行装置による弾道飛行試験,及び衝撃波管を用いた球-平面衝撃波干渉実験により,圧縮性低Reynolds数における球周り流れの特性を調べた.直接数値解析による研究では,主流に対して垂直方向に回転軸を持つ回転球周りの流れについて,Reynolds数100-300, Mach数0.2-2.0,無次元回転速度0-1.0の条件で,渦構造や空力係数,壁面応力を調べた.回転による揚力は,Mach数の増加により抑制されることを明らかにし,非圧縮性の混相流では粒子の回転による揚力が粒子クラスタの分散を促進するのに対して,圧縮性流れでは粒子クラスタが維持されやすく高密度の粒子クラスタが形成される可能性を示唆した.バリスティックレンジを用いた弾道飛行実験では,Reynolds数3.8 ×10^3-1.0 ×10^5, Mach数0.9-1.5の条件で自由飛行する球周りの流れをシュリーレン法により可視化し,後流渦の構造や再循環領域の長さ,衝撃波離脱距離を調べた.この試験で得られた時間平均場とReynolds数1000以下のDNSのデータから,Reynolds数1,000-3,000付近に再循環領域長さの変曲点の存在を示し,その条件で流れの様相が大きく変化する可能性を示唆した.また,可視化画像に対して特異値分解を応用し,ノイズが強く不鮮明な画像から流れ場のモードを抽出することに成功した.加えて,より低Reynolds数で試験を行うために衝撃波管による球-平面衝撃波干渉実験の実験系確立とそれを用いた流れの可視化,抵抗係数推定を行った.弾道飛行試験と異なり,光学ガラス上の境界層のパターンにより特に球が小さい場合に球後流の可視化が困難なことが分かったが,断層シュリーレン法を用て解決可能と考えている.抵抗係数は問題なく取得できており,継続して実験を行う予定である.弾道飛行装置による実験は予定通り進展し,成果を学術誌に投稿・査読中である.加えて,衝撃波管を用いた球-衝撃波干渉実験により弾道飛行試験よりもさらにReynolds数を下げた実験も行った.

一方,直接数値解析による研究では,高温・低温球周り流れの解析,回転球周りの解析を行いその成果は学術雑誌に掲載済みだが,今年度行う予定だった剪断流中の球周り流れの解析については数値振動などの問題と計算リソースの問題から計算の開始が年度末までずれ込んだ.また,弾道飛行装置や衝撃波管を用いた実験に想定以上に時間を消費したため,DNSデータベースを用いた熱伝達モデルの構築には至っていない.粒子抵抗モデルに関しては既存のモデルを改良したモデルを構築している段階にある.実施が遅れた剪断流中の球周り流れの解析を極力早い段階で完了し,DNSデータベースを用いて粒子の挙動を記述するモデルを構築する.構築したモデルを用いた混相流解析の実施は計算時間の観点から難しいため,既存のモデルと性質を比較することによって新たに構築したモデルの性質を検討する.