hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
単一ニューロンの高度な情報処理に基づく神経回路機能の生成

大脳皮質の神経細胞には、双安定状態や多重安定状態を実現する、さまざまな生理学的メカニズムが用意されていることが、過去の実験的、理論的な研究報告から示唆されている。例えばその中には閾値下の膜電位のUP、DOWNの2状態の存在、嗅内野ニューロンに見られる多重安定な持続発火などが存在する。初年度はCaストアからの放出機構を用いた多重安定なニューロンモデルを構築したが、本年度は大脳皮質ニューロンの双安定状態と認知的行動との関わりについて、入力情報の時間積分プロセスに焦点を当て、神経回路モデルの構築と生理実験データによる検証を行った。ニューロンの膜電位のダイナミクスは1020ミリ秒という時定数をもつが、行動の時間スケールは秒である。にもかかわらず、認知や意思決定のプロセスにおいて、神経回路は行動の時間スケールにおいて入力情報を積分し情報を統合する必要がある。サルの帯状皮質野の遅延期間活動を解析し、神経活動レベルに二つの状態が存在することを統計解析の手法を駆使して明確にした。また、単純な確率過程モデルを導入して解析的に解けるモデルを導入し、提案した入力の時間積分機構が働く理論的条件を明らかにした。双安定ニューロンの時間積分神経回路モデルは過去にも提案されている。我々のモデルが画期的なのは、双安定なスパイク・ニューロンの一様な相互結合ネットワークに確率過程ダイナミクスを導入することで、頑強な時間積分メカニズムを実現する点にある。これは従来までのシナプス結合の微調節に頼る時間積分回路とは、全く異なる原理である。この神経回路モデルは、神経科学および物理学の国際誌に投稿中である。また入力の時間積分メカニズムに関するレビューを欧文誌に執筆した。その中で、多重安定状態をもつニューロンが作る神経回路において、記憶情報どうしの相互関係を連続アトラクタ構造に適切に埋め込む新しい方法の可能性を議論した。準備研究において、細胞内Ca^<2+>ストア依存のメカニズムを仮定することによって、嗅内野皮質の単一神経細胞の多重安定な持続発火をモデル化した。しかしこのモデルは複雑なものなので、神経回路の研究にそのまま用いることはできない。そこでメカニズムの本質的部分を、数学的にはほぼ等価で、より単純な力学系に置き換え、回路レベルの短期記憶や時系列情報処理を探る神経細胞モデルを準備した。大脳皮質の神経細胞は、UpとDownという、二つの閾値下状態を持つことが知られている。とくに運動や知覚関連の大脳皮質の自発的神経活動においては、この二状態間の自発的遷移が顕著にみられる。これは大脳皮質の神経細胞が双安定な膜電位状態を持つ可能性を示唆しているが、このような双安定状態が認知や運動において果たす役割に関心が寄せられている。そこでサルの帯状皮質野の遅延期間活動を解析し、帯状皮質の神経活動のレベルにも二つの状態が存在することを示した。さらに遅延期間中の状態遷移の生起時間は、発火率の多数の試行に亘る平均が、一定の上昇または下降傾向を示すように決められることを明らかにした。またこのような神経活動を、双安定な発火状態をもつスパイク・ニューロンの相互結合ネットワークで実現することを成功した。これにより、神経細胞の内部状態とリカレントな神経回路からの入力の相互作用効果によって入力の積分を行うことができる、新しい神経メカニズムを明らかにした。またスパイク・タイミング依存のシナプス可塑性により、上述のような二状態間の自発的遷移が自己組織化できることを、現実的な大脳皮質神経細胞の回路モデルのシミュレーションによって示すことに成功した。さらに、最近の実験によって報告されたような、膜電位のUp-Down状態遷移のミリ秒精度の時系列が、自己組織化によって構成できることも明らかになった。

大脳皮質の神経細胞には、双安定状態や多重安定状態を実現する、さまざまな生理学的メカニズムが用意されていることが、過去の実験的、理論的な研究報告から示唆されている。例えばその中には閾値下の膜電位のUP、DOWNの2状態の存在、嗅内野ニューロンに見られる多重安定な持続発火などが存在する。昨年度はCaストアからの放出機構を用いた多重安定なニューロンモデルを構築したが、本年度は大脳皮質ニューロンの双安定状態と意思決定との関わりについて、入力情報の時間積分プロセスに焦点を当て、神経回路モデルの構築と生理実験データによる検証を行った。具体的にはサルの帯状皮質野の遅延期問活動の解析において、帯状皮質の神経活動レベルに二つの状態が存在することを、様々な統計解析の手法を駆使して明確に証明した。そのためには非定常な発火から、急激に発火率が変化するプロセスを検出する必要があるが、限られたデータセットであったにもかかわらず、「consecutive firing rate distribution」という新しい分析手段を導入し、その統計検定を行うことで、信頼性の高い証拠を得ることができた。また、単純な確率過程モデルを導入して解析的な計算を行うことによって、提案した入力の時間積分機構が働くための、理論上の制約条件を明らかにした。時間積分のための双安定ニューロンの神経回路モデルは過去にも提案されている。我々の提案が画期的な点は、一様なシナプス結合強度を持つ双安定なスパイク・ニューロンの相互結合ネットワークに、確率過程ダイナミクスを導入することによって、積分メカニズムを実現する点である。これは従来までのシナプス結合の微調節に頼る積分回路とは、全く異なる原理で機能するモデルである。この神経回路モデルは、生理実験のデータ解析の結果と併せて、神経科学の国際誌に投稿中である。また入力の時間積分メカニズムに関するレビューを欧文誌に執筆した。
強力超音波による過冷却凝固現象の制御に関する研究

純度の高い溶融液体を、非常にゆっくり冷却させた場合、核の発生が抑制されて、溶融物は凝固点温度以下でも凝固しない過冷却現象が発生する。過冷却以下に冷却された溶融液体は、一旦凝固が始まると極めて速い速度で凝固することが知られている。沈降や浮遊あるいは対流などが発生するよりも速く凝固が発生することによって、均質で高品位の結晶が合成できることが期待されている。一方、溶融液体を空中に保持する無容器状態で、冷却する場合、やはり核の発生が更に抑制され、急速冷却であっても過冷却状態が達成される可能性がある。本研究では、液滴の空間保持の手段として強力超音波の利用を考え、超音波によって空間に保持された液滴を急速冷却することで過冷却状態を達成できるか否かについて調べるとともに、一旦過冷却状態となった液体のどの位置でどのような速度で凝固が開始するかについて明らかにすることととしている。申請者は、強力超音波発生システムを用いた気泡や液滴の浮遊・制御実験に成功しており、強力超音波発生システムを現有している。本研究においては、この既存施設に、過冷却現象が達成できるよう冷却システムを付加し、過冷却雰囲気中の空間に超純水の液滴を空中保持することができるような実験装置を作製した。実験においては、液滴を空間に固定した上で、所定の速度で冷却できるような実験が可能であるように実験設備を設計・作製した。また、過冷却雰囲気中でも、空間での液滴保持に最適な音場がテスト部内に形成できるような音響システムを新たに構築した。システムの構築に当たっては、低温での音場の形成に最適なホーンを、新たに設計・製作するとともに、音場中で浮遊状態にある熔融液滴の界面変更の挙動を計測するために、高精度レーザー変位計を用いが詳細計測を行った。その結果、模擬流体を用いた実験によって、強力超音波によって形成された音場中に、高温液滴が保持できる条件範囲を同定するとともに、冷却過程における温度変化の計測を行うことができることを示した。本年度はこの既存施設に、過冷却現象が達成できるよう冷却システムを付加し、過冷却雰囲気中の空間に超純水の液滴を空中保持することができるような実験装置を作製した。

実験においては、液滴を空間に固定した上で、所定の速度で冷却できるような実験が可能であるように実験設備を設計・作製した。また、過冷却雰囲気中でも、空間での液滴保持に最適な音場がテスト部内に形成できるような音響システムを新たに構築した。システムの構築に当たっては、低温での音場の形成に最も最適なホーンを、新たに設計・製作することが必要不可欠である。その設計・製作にあたっては、ホーン先端での振動の状態を、新たに購入するレーザー変位計を用いて詳細にとらえつつ最適設計を行った。純度の高い溶融液体を、非常にゆっくり冷却させた場合、核の発生が抑制されて、溶融物は凝固点温度以下でも凝固しない過冷却現象が発生する。過冷却以下に冷却された溶融液体は、一旦凝固が始まると極めて速い速度で凝固することが知られている。沈降や浮遊あるいは対流などが発生するよりも速く凝固が発生することによって、均質で高品位の結晶が合成できることが期待されている。一方、溶融液体を空中に保持する無容器状態で、冷却する場合、やはり核の発生が更に抑制され、急速冷却であっても過冷却状態が達成される可能性がある。本研究では、液滴の空間保持の手段として強力超音波の利用を考え、超音波によって空間に保持された液滴を急速冷却することで過冷却状態を達成できるか否かについて調べるとともに、一旦過冷却状態となった液体のどの位置でどのような速度で凝固が開始するかについて明らかにすることととしている。申請者は、強力超音波発生システムを用いた気泡や液滴の浮遊・制御実験に成功しており、強力超音波発生システムを現有している。本研究においては、この既存施設に、過冷却現象が達成できるよう冷却システムを付加し、過冷却雰囲気中の空間に超純水の液滴を空中保持することができるような実験装置を作製した。システムの構築に当たっては、低温での音場の形成に最適なホーンを、新たに設計・製作するとともに、音場中で浮遊状態にある熔融液滴の界面変更の挙動を計測するために、高精度レーザー変位計を用いが詳細計測を行った。その結果、模擬流体を用いた実験によって、強力超音波によって形成された音場中に、高温液滴が保持できる条件範囲を同定するとともに、冷却過程における温度変化の計測を行うことができることを示した。
葉緑体光定位運動の改変による針葉樹の生産性向上

光合成の場である葉緑体は、光によって細胞内の位置を変える。また、葉緑体の局在変化を人工的に改変することで、植物の生産性は向上する。そこで本研究では、苗木生産に時間のかかる針葉樹を対象として、葉緑体の局在を改変することで、苗木の生産効率が上昇するか調べた。その結果、スギ、ヒノキにおいて、葉緑体の局在を変化させることで、実生苗の生産性が向上することが分かった。光依存的な葉緑体の局在変化は、植物の生育に必須な反応である。本研究は、知見の乏しい針葉樹において葉緑体運動の基礎的な知見を得ることを目的としている。本年度の研究により、本国の主要な針葉樹であるスギ、マツ、ヒノキにおいて、当年枝では葉緑体の光依存的な局在変化がみられない一方で、実生では光依存的な葉緑体の局在変化を示すことが明らかとなった。また、本研究で使用した針葉樹は裸子植物に属しており、他の裸子植物の3年生の葉においても光依存的な葉緑体の局在変化がみられないこと分かった。本国の主要な針葉樹において、成木の当年枝では光依存的な葉緑体の局在変化はみられなかったが、実生の葉では葉緑体の局在変化がみられた。成木での結果は、他の裸子植物の3年生の葉においても同じような傾向をもつことが明らかとなった。以上の研究成果より、本研究は当初の実験計画に従っておおむね順調に進行していると考えられる。我が国の主要な造林木の多くは、針葉樹である。一般的に、針葉樹などの樹木は、草本植物に比べて生長が遅く、苗木の生産には時間がかかる。そこで、本研究では、草本植物で生産効率を上昇できる葉緑体運動の改変技術を針葉樹の苗木生産に応用することで、針葉樹の苗木生産効率を高めるることができるか調べた。一年目は、まずはじめに、葉緑体運動をハイスループットに解析できる装置を作成した。葉緑体運動の変化を葉の透過率で測定するために、吸光度を指標にし、一度に大量の吸光度を測定できるマイクロプレートリーダを測定装置として用いた。さらに光の制御を行うために、LEDライトをプレートリーダートに取り付け、装置を作った。装置で測定が可能であることを草本植物で確認したのち、スギ、ヒノキ、コウヨザンで、基盤となる葉緑体運動が存在するか調べた。その結果、実生苗では葉緑体運動が確認されたのに対し、成木では顕著な葉緑体運動がみられなかった。また、他の針葉樹の成木(サワラ、クロマツ、イヌガヤ、イチイ)においても同様の解析を試みたが、顕著な葉緑体運動を示す植物種はなかった。2年目は、実際に葉緑体運動の改変技術が、針葉樹の苗木生産に有効であるかを調べた。葉緑体運動は光の質と量で変化するため、実生苗について光の制御により葉緑体運動を改変し、バイオマス量を調べた。その結果、葉緑体運動を改変した方が、バイオマスが大きくなることが分かった。これらの知見により、葉緑体運動を改変することにより、苗木の生産性を向上できることが分かった。光依存的な葉緑体の局在変化をしめす実生の葉を用いて、葉緑体の局在変化が光合成活性に与える影響を解析する。また、実生の葉と成木の当年枝における葉緑体局在変化の差異について、組織学的観点から解析を進める。植物生理学研究は順調に進んだが、3月中に購入予定であった、種子の購入が4月にずれ込んだため、その分余剰金が生じた4月の種子の購入するのに使う。
古英語動詞の比較言語学的研究

購入した印欧語比較言語学関係図書、ゲルマン語比較言語学関係図書、古英語関係図書のうち、本研究に関係の深い研究論文を読み、これまでの研究の流れ、及びそれぞれの問題点を整理する作業が進行中である。古英語動詞の歴史的生成過程についてこれまでの研究でどのような点が究明されていないかが、これによって詳細に明らかになりつつある。購入した古英語関連図書のうち、古英語資料を与えているものを活用し、本研究に役立つものを抜粋して整理する作業が進行中である。具体的な動詞の形態と、その動詞形態が使用されている環境をデータとして蓄積し、検索可能な状態にしているところである。これに付随して、その古英語動詞に対応する他のゲルマン諸語、あるいは他の印欧諸語のデータも付け加える作業が緒に着いた状態にある。当初より予見していた古英語及び古ゲルマン語動詞形態の特異性を証明する資料が、徐々に集まりつつあり、今後これらの作業を継続することで本研究に関する成果は十分得られるであろうという見通しを得ている。ラリンジャル理論、グロッタリック理論、及び、「空間一時間仮説」との整合性の点で若干の問題点が残ってはいるものの、その点の十分な追及は来年度の課題とし、引き続き考察を進めて、まとまった論考にして発表することを考えている。このため、さらに必要な文献も未だ存在するが、来年度以降着実に継続して収集し、成果を上げる手助けとしたいと考えている。
ラット肝セリンアミノ転移酵素の2種のオルガネラ移行シグナルの相互作用の解析

ラット肝セリン:ピルビン酸アミノ転移酵素(SPT)の二種の細胞内移行シグナル、ミトコンドリア移行シグナル(MTS)とペルオキシゾーム移行シグナル(PTS)を解析し、以下の結果を得た。1.ミトコンドリア移行シグナル---N末端22アミノ酸からなるMTS内の4つの塩基性アミノ酸を単独で酸性アミノ酸へ、あるいは中性アミノ酸へと変異させただけではミトコンドリア移行機能は損なわれなかった。またAla17、あるいはAsp22をヘリックスブレーカーであるProlineに変換してもミトコンドリア移行機能は損なわれなかった。しかし、5-22あるいは9-22の欠失はミトコンドリア移行機能を抑制し、産物は大部分、細胞質に検出されたが、1-3の欠失はミトコンドリア移行機能に変化を与えなかった。MTSのミトコンドリア移行機能は22アミノ酸のうち後半、N末端より9アミノ酸以降に存在し、前半部分はミトコンドリア移行機能に直接関係しないことが示唆された。2.ペルオキシゾーム移行シグナル---予備実験よりC末端付近がPTS機能を担っていることが示唆されていたので、そこに的を絞って、変異体を作製した。代表的なPTSとして報告されているPTS1、すなわちC末端のSer-Lys-Leuあるいはそれに類するモチーフそのものはSPTのC末には存在しないが、Asn-Lys-Leuという類似の配列が存在しているので、このNKL配列がPTS1と同様の機能を持つことが考えられた。事実、C末3アミノ酸を欠失したり、あるいはC末から2番目のLysをGlu,Glyに換えると産物はペルオキシゾームに局在できなくなった。またすぐ隣のC末から4番目のLysをGlu,Gly,Glnに換えたものも産物のペルオキシゾーム局在性は失われていた。このことはC末4番目のLysも含んだPTS1様配列がSPTのペルオキシゾーム移行に重要な役割を持っていることを示している。3.MTSとPTSの機能的関連---1.で述べたようにMTSの前半部はミトコンドリア移行機能に直接関与していないと考えられる。しかし、5-22欠失と9-22欠失とを詳しく比較すると、5-22欠失の方は一部ペルオキシゾームへの局在が見られるが、9-22欠失の方ではそれが見られず、すべて細胞質局在であった。このことはMTS前半部分にC末PTSの機能を抑制する働きがあることを示唆しており、MTS,PTS両シグナルを持つSPT前駆体が選択的にミトコンドリアへ移行することの原因である可能性がある。
字体記述の精密化手法の確立による歴史的漢字字体情報アーカイブズ構築

本年度は漢字字体規範史データセットのGitリポジトリ化を進め、自由なGitホスティングシステムであるGitLabを用いhttps://gitlab.hng-data.org/HNG/を開設し、関連するツールやデータとともにGitリポジトリを公開した。また、Webサイトhttp://www.hng-data.org/を開設し、情報公開体制を確立した。また、2018年9月に北海道大学文学研究科において石塚漢字字体資料の紙カード等の保存状況を調査するとともに、北海道大学名誉教授石塚晴通氏へのインタビュー調査を行なった。2018年7月21日にはシンポジウム「文字情報データベースの保存と継承」および漢字字体規範史データセット保存会設立総会を開催し、HNGのユーザーコミュニティに対し本プロジェクトについて広報するとともに他の研究者やユーザーと今後の保存体制について議論を行なった。また、2018年12月19日から21日にかけて台湾で開催されたDADH2018に参加し、中間成果の発表を行うとともに台湾・中国を中心とした海外の研究者への広報と意見交換を行った。また、IIIFを利用した全文画像の切り出し作業を行なった。HNGのバックアップデータの整理作業及びGitリポジトリ化に関しては、既にGitリポジトリ化済みの48資料に加え、妙法蓮華經卷六(P.2195)、金剛般若經(京都国立博物館本)、鴨脚本日本書紀巻二、東禅寺版写最上秘密那拏天経、春日版大般若経巻八十、守屋本薬師功徳経、阿毘達磨大毘婆沙論巻百七十の7資料をGitリポジトリに加え55資料を公開した。また、24資料に対し解題を追加した。また、複数の版の文字データを比較するための準備を行った。また、北海道大学文学研究科で石塚漢字字体資料及び関連する紙の資料群の保存状態の現地調査を行い、一部の資料を京大人文研と国語研に移送し保存した。また、関係者への聞き取り調査も併せて行った。Gitを利用した共同開発環境としてGitLabを用いhttps://gitlab.hng-data.org/HNG/を構築した。なお、GitHub上でのミラー構築はまだ行っていない。現代的なWeb技術の利用に関しては、「HNG単字検索」https://search.hng-data.org/の開発が挙げられる。これはWebアプリケーションフレームワークを利用し、レスポンシブルwebデザインを実現しスマホやタブレット等でも快適に利用できる検索サービスを実現するとともに検索用Web APIの提供も可能としたものである。また、RDF化に関してはCHISE-wiki(EsT)でのコンテンツネゴシエーションを用いたRDF/Turtle出力等を行った。全文画像の切り出しと整理に関しては、各字形に対する座標データや文字データの付与作業は順調に進んだが、代表字の選定等のHNGと同様なデータ化の問題がまだ解決しておらず整理作業及びHNG/CHISEとの統合作業が進んでいない。HNGのバックアップデータの整理作業に関しては、公開可能な残りの8資料のGitリポジトリ化を進めるとともに、複数の版の文字データの比較し、HNGの制作過程をGitのブランチやタグ等で追えるようなデータ化を進め、製作時の作業ミスを洗い出すとともに文字整理ポリシーの変遷等を追うことでポリシーの明確化を試みる。また、関係者への聞き取り調査等を通じて用語集を作成する。また、HNG及び石塚漢字字体資料の整理に用いられた大字典および大字典データベースのデータセット化とそのCHISEへの統合および全文画像へのリンクを行い、HNGが想定する字種の情報の機械可読化を試みる。全文画像から切り出した字形データの集合をHNGとリンク可能にするために機械的に代表字形を選定するとともに字体への分類を行わないアドホックな手法を試みるとともに、人手による字体の分類および代表字選定作業も試みる。また、このためのWebベースのツールの開発を試みる。HNGのバックアップデータの整理作業及びGitリポジトリ化に関しては、既にGitリポジトリ化済みの48資料に加え、妙法蓮華經卷六(P.2195)、金剛般若經(京都国立博物館本)、鴨脚本日本書紀巻二、東禅寺版写最上秘密那拏天経、春日版大般若経巻八十、守屋本薬師功徳経、阿毘達磨大毘婆沙論巻

百七十の7資料をGitリポジトリに加え55資料を公開した。また、24資料に対し解題を追加した。また、複数の版の文字データを比較するための準備を行った。また、北海道大学文学研究科で石塚漢字字体資料及び関連する紙の資料群の保存状態の現地調査を行い、一部の資料を京大人文研と国語研に移送し保存した。また、関係者への聞き取り調査も併せて行った。Gitを利用した共同開発環境としてGitLabを用いhttps://gitlab.hng-data.org/HNG/を構築した。なお、GitHub上でのミラー構築はまだ行っていない。現代的なWeb技術の利用に関しては、「HNG単字検索」https://search.hng-data.org/の開発が挙げられる。これはWebアプリケーションフレームワークを利用し、レスポンシブルwebデザインを実現しスマホやタブレット等でも快適に利用できる検索サービスを実現するとともに検索用Web APIの提供も可能としたものである。また、RDF化に関してはCHISE-wiki(EsT)でのコンテンツネゴシエーションを用いたRDF/Turtle出力等を行った。全文画像の切り出しと整理に関しては、各字形に対する座標データや文字データの付与作業は順調に進んだが、代表字の選定等のHNGと同様なデータ化の問題がまだ解決しておらず整理作業及びHNG/CHISEとの統合作業が進んでいない。HNGのバックアップデータの整理作業に関しては、公開可能な残りの8資料のGitリポジトリ化を進めるとともに、複数の版の文字データの比較し、HNGの制作過程をGitのブランチやタグ等で追えるようなデータ化を進め、製作時の作業ミスを洗い出すとともに文字整理ポリシーの変遷等を追うことでポリシーの明確化を試みる。また、関係者への聞き取り調査等を通じて用語集を作成する。また、HNG及び石塚漢字字体資料の整理に用いられた大字典および大字典データベースのデータセット化とそのCHISEへの統合および全文画像へのリンクを行い、HNGが想定する字種の情報の機械可読化を試みる。全文画像から切り出した字形データの集合をHNGとリンク可能にするために機械的に代表字形を選定するとともに字体への分類を行わないアドホックな手法を試みるとともに、人手による字体の分類および代表字選定作業も試みる。また、このためのWebベースのツールの開発を試みる。全文画像の切り出しと整理に関して、各字形に対する座標データや文字データの付与作業は順調に進んだが、全文画像の切り出し作業に用いたシステムに石塚漢字字体資料及びHNGと同様な形に字形を整理するための仕組みが備わっていないことが判明したため、予定していた切り出し字形の整理作業を行うことができなかった。このため、現在、切り出した字形の字体への分類と各字体の代表字の選定を行いHNG/CHISEとのデータ統合を実現するための仕様策定を進めており、2019年度の早い段階にワークフローの設計や環境の構築を行い、2019年度中に字形の整理作業を行う予定である。
難燃性マグネシウム合金板を素材とした超軽量中空金属球発泡体の創成

難燃性マグネシウム合金中に発泡剤を分散させ、大気中で加熱発泡させることにより、内部が中空の中空金属球を作製する。これを多数積層させることにより衝撃吸収特性に優れた超軽量構造部材とする。本研究により輸送機器の軽量化と耐衝撃性向上が同時に達成される。
社会システムにおける拡大位相空間と創発

本研究の主な目的は,人間の行動および社会系のダイナミクスにおいて人間の認知容量が有限であることにより引き起こされる基本的な性質を数学的に定式化することであった.例として,2つの特徴的な問題を詳細に調べた.1つは未知の環境における動物の食糧探索を模倣するレヴィ型ランダムウォークであり,もう1つは不連続ダイナミクス,特に人間による不連続制御,をもつ系における相転移である.この問題の理解に寄与するもっとも重要な成果として,(i)生物の意図的な行動を記述するためには,位相空間を拡張する必要があることを示し, (ii)ダイナミカルトラップモデルの新しいクラスを精緻化したこと,をあげることができる.2013年度は,不安定な力学システムに対する人間の不連続制御の基礎について重点的に調べた.この概念では,制御者の行動は人間行動の能動相および受動相の交互の繰り返しから成り,能動相・受動相間の遷移はイベント駆動であると仮定される.我々は過減衰ダイナミクスをもつ仮想逆振り子の平衡に関する実験を行い,そこで得られた結果を説明する理論を構築した.結論は以下の通りである.(1)制御者の行動を記述するためには,制御者により直接コントロールされる変数を含む拡張された相空間を考える必要がある.調べた系においてそれは台車速度である.(2)能動相・受動相間の遷移は確率的であり,ダイナミカルトラップの概念によりそれを適切に記述することができる.(3)振り子の角度,台車速度および位相図の分布は普遍的な形であらわされる.(4)調べた系において制御者により直接コントロールされる台車速度の分布は鋭いピークをもつ.(5)開ループ制御システムにより支配される能動相を記述するには,変分法に基づく特別な定式化が必要である.知覚閾値近傍における人間行動を理解するための試行実験として,形状認識実験を行った.その結果,形状認識は雑音のある信号の検出という枠組みでは記述できないことが分かった.さらに,この過程は顕著なヒステリシスを示した.慣性を有する物体に対する人間の不連続制御に関する試行実験として,仮想自動車の運転における人間行動を観察した.この場合も系のダイナミクスを記述するためには拡張された相空間が必要であることが分かった.本研究の主な目的は,人間の行動および社会系のダイナミクスにおいて人間の認知容量が有限であることにより引き起こされる基本的な性質を数学的に定式化することであった.例として,2つの特徴的な問題を詳細に調べた.1つは未知の環境における動物の食糧探索を模倣するレヴィ型ランダムウォークであり,もう1つは不連続ダイナミクス,特に人間による不連続制御,をもつ系における相転移である.この問題の理解に寄与するもっとも重要な成果として,(i)生物の意図的な行動を記述するためには,位相空間を拡張する必要があることを示し, (ii)ダイナミカルトラップモデルの新しいクラスを精緻化したこと,をあげることができる.2012年度は主として2つの問題に取り組んだ.ともに人間の認知容量が有限であることの効果をモデル化するのに必要な数学的定式化を扱っており,これらは互いに結びついている.第1の問題は,動物の食糧探索を模倣するレヴィ・ランダムウォークである.2012年度は,この確率過程の連続記述を構築することに注力した.ここで重要な点は,不確実性のもとでの生物の意思決定を記述するために,粒子の加速度に類似した新しい位相変数を導入することである.実際に,1時系列パターンと位相図を用いて,開発したモデルがレヴィ・ランダムウォークを生成することを示し,2粒子のランダムな運動により形成される軌跡の分類を初めて与えた.これらの結果に基づいて,自己加速により記述される極値事象に対する新しいアプローチが構築された.1次元系に対しては,レヴィ型輸送現象を記述する普遍的でパラメータフリーな確率過程が存在することが示された.第2の問題は,知覚閾値近傍での外部刺激に対する人間のあいまいな反応である.2012年度には,ファジー集合の概念を用いてダイナミカルトラップの概念を精緻化した.特に,3人間により制御され部分均衡軌跡をもつ系に対して,ダイナミカルトラップをもつ振動子モデルが停留点の概念の自然な一般化になっていることを示した.4過減衰ダイナミクスをもつ仮想的な逆振り子の平衡に関する実験を行った.対応する位相図および分布関数が,ダイナミカルトラップをもつ振動子モデルにより生成されるものと類似していることが分かった.これは,ダイナミカルトラップの概念に対する最初の証拠と考えることができる.5動的ダイナミカルトラップなる新しい概念を導入した.これは,人間の不連続制御の理論のための新しいステップと考えることができる.さらに,動的ダイナミカルトラップがこれらの系の複雑な挙動を導きうることを示した.本研究の主な目的は,人間の行動および社会系のダイナミクスにおいて人間の認知容量が有限であることにより引き起こされる基本的な性質のモデル化のための数学的定式化を精緻化することであった.例として,2つの特徴的な問題を詳細に調べた.1つは未知の環境における動物の食糧探索を模倣するレヴィ型ランダムウォークであり,もう1つは不連続ダイナミクス,特に人間による不連続制御,をもつ系における相転移である.この問題の理解に寄与するもっとも重要な成果として,以下を挙げる.(i)生物の意図的な行動を記述するためには,位相空間を拡張する必要があることが示された.

特に,レヴィ統計を示す動物の移動を記述する位相変数は粒子加速変数を含まなければならない.そして,人間の意図的な行動をモデル化するためには,系の位相空間に制御変数が含まれなければならない.たとえば,自動車の運転のモデル化に必要な位相空間は,自動車の加速度および躍度(加速度の変化率)を含む4次元でなければならない.(ii)ダイナミカルトラップモデルの新しいクラスが精緻化された.そこには,人間による不連続制御において重要な役割を担うノイズにより誘発される活性化も含まれる.これらのモデルに基づいて,その平衡状態がダイナミカルトラップによって支配される系に,生物に特有な新しいタイプの相転移が現れることが示された.一連の実験により,得られた結果が正しいことが確認された.2014年度は,人間の認知状態を扱う逆振り子の平衡化における人間の行動の確率的モデル化を発展させた.このモデルによって,ノイズにより誘発される活性化の精緻化された現象論が正しいことが確認できる.さらに,以前実施された色の分類および形状認識の実験に基づいて,不確実性の下での意思決定の普遍的な創発のメカニズムに関する仮説を立てた.創発事象項目1に関する2013年度の研究計画は完全に遂行した.有限の認知容量に由来する人間行動の例を用いて,不安定な力学システムに対する人間の不連続制御について理論・実験の双方から調べた.その主要な特徴要素である能動・受動相および両相間の遷移が独立のメカニズムにより記述されること,したがって,両者は別々に調べられるべきものであることが分かった.これにより,2013年度に分かったボトルネックを反映して2014年度の研究計画の詳細を定めることができる.ここでボトルネックとは,受動相から能動相への遷移の物理および能動相の統計的な性質である.加えて,慣性を有する不安定な力学的物体に対する人間の制御の不連続性を検出するためにこれまでに得られた基準の普遍性を証明する予定である.項目2 (非線形確率過程)に関して,レヴィ過程の解析に関する主要部分はすでに2012年度に行われている.2013年度の主な興味は非線形確率過程を記述する一般的な問題に転じており,内在因果性をもつ確率過程という新しい概念が定式化された.それは,ランダムウォークの各無限小ステップの構造における因果関係に関する概念である.このタイプの確率過程が項目2における2014年度の研究の目標である.2012年度の研究計画は予定通り遂行された.そこで得られた成果により,さらに研究を進める上での「ボトルネック」が明らかになった.それは,知覚閾値近傍における人間の行動を,(i)制御者の動的および静的な挙動に対応する位相の間のランダム遷移,および,(ii)要求された行動に対する制御者の知覚を制御する系の現在の状態の効果,を含む確率過程として記述する理論を構築する必要性である.2013年度にこの問題に取り組むことによって,人間の不連続制御に関する新しいパラダイムに対して寄与できるであろう.上述した成果および研究の進行状況における記述に従って本研究を遂行する.重要なポイントを以下に記す.1.追加実験を行い,(i)さまざまな環境下の仮想逆振り子の平衡における反応遅延時間,(ii)形状認識での知覚閾値近傍における人間の意思決定,(iii)
ＥＮＤＯＲ法による光合成酸素発生における基質水分子の同定及び反応メカニズムの解明

酸素発生型光合成は光エネルギーを利用して、二酸化炭素を化学エネルギー源である糖に変換する反応で、水を電子源として酸素を作り出す。光合成における酸素発生は植物やシアノバクテリアのもつ葉緑体の光化学系IIタンパク質複合体内にあるMnクラスターで行われる。マンガンクラスターは酸化状態の異なる5つの状態S0-S4を持ち、光エネルギーを吸収して酸化され状態が遷移する。最も酸化されたS4状態になると酸素を作り出して最も還元されたS0状態へと戻る。近年のX線結晶構造解析の分解能向上によりマンガンクラスターの構造が明らかにされ、基質の候補と成る4つの配位水分子の位置も明らかにされたが、各S状態遷移における構造変化やプロトン放出機構は未だ明らかではない。本研究ではさらにマンガンクラスター近傍に位置する水、アミノ酸に加えて、添加したメタノール分子のプロトンの位置について電子核二重共鳴測定により明らかにした.メタノール分子はマンガンクラスター近傍の重要な水素結合ネットワークにはおらず、間接的にマンガンクラスターと相互作用していることがわかり、また、近年計算手法により提案された水素放出機構や基質水分子の取り込みを阻害しないことがわかった。メタノールの位置解明は、プロトン放出や基質水分子の取り込み機構解明への手がかりとなる重要な成果で、The journal of physical chemistry letters誌に2017年1月に掲載された.(Nagashima and Mino, J Phys Chem Lett, 2017, 8, 621-625)28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。光合成は光エネルギーを利用して二酸化炭素と水から化学エネルギー源となる糖を合成する反応である。光合成における水分解反応は、葉緑体中の光化学系IIタンパク質複合体中にあるMnクラスターで行われる。光化学系IIの反応中心クロロフィルが光子を吸収すると電荷分離反応によりMnクラスターから電子が引き抜かれる。Mnクラスターは複数の酸化状態S0-S4を持つ。Mnクラスターから電子が引き抜かれるたびに、MnクラスターのS状態は次の状態へと移り、最も不安定なS4状態に到達すると、酸素を発生してS0状態へと戻る。水分解反応は、S状態遷移において段階的にプロトンが引き抜かれて放出されていく。Mnクラスターはこのような反応(Kok cycle model)によって水を分解している。Mnクラスターの構造は近年のX線結晶構造解析(Umena et al., Nature 2011, Suga et al., Nature2015)によって明らかにされている。X線によるとMnクラスターは4つのMnとCaイオンが酸素によって架橋され、水分子が4つ、クラスターに結合している。本研究は、X線では見えていないプロトンの検出をENDOR法によって行い、その構造を調べた。本研究は、S2状態におけるMnクラスターの構造に関し、ENDOR測定を行った。本研究では予定通りに、Ca除去Mnクラスターの測定と解析を行い、以前の研究に関する実験的な検証を行うことに成功した。この点で研究は順調に進んでおり、現在時点でSr置換MnクラスターのENDOR測定に関して進行中である。また他のS状態におけるMnクラスターの作成手法についても検討がすすんでおり、S3状態におけるEPR信号を確認することに成功した。以上の点から本研究はおおむね順調に進展しているといえる。酸素発生型光合成は光のエネルギーを化学エネルギー源へと変換する反応であり、電子供与体として水を利用することが大きな特徴である。光合成における水分解反応は高等植物やシアノバクテリアが持つ葉緑体の光化学系IIタンパク質複合体内にあるMnクラスターで行われる.マンガンクラスターは酸化状態が異なる5つの中間状態S0-S4をもち、光子の吸収により酸化されて状態が変化する。もっとも酸化度の高いS4状態になると水を酸化してマンガンクラスターはもっとも酸化度の低いS0状態へと戻る。このような反応サイクルにより水は酸化されて酸素分子が放出される。この反応サイクルはKokサイクルと呼ばれる。近年のX線結晶構造解析によって光化学系IIの構造が高分解能で解析され、配位している水分子の位置も明らかにされたものの、各S状態の遷移における構造の変化やプロトン放出機構は未だ明らかではない。本研究ではマンガンクラスター近傍に位置する水分子やアミノ酸が持つプロトンを電子核二重共鳴によって検出し、X線構造解析では困難なプロトンの位置決定を行った。電子核二重共鳴で観測されたプロトンの信号はX線構造を元として位置を決定した。これらのプロトンの位置と電子核二重共鳴信号の帰属を実験的に確認するために、マンガンクラスターを構成しているCaの位置に摂動を加え、Ca除去、Sr置換を行い電子核二重共鳴の信号の変化を観測した。さらにアンモニア分子がどの水と置き換わるかを確かめるためにアンモニアを添加したマンガンクラスターの構造について電子核二重共鳴法で調べた.以上の研究によりマンガンクラスターの周辺構造及びマンガンクラスター近傍の、生化学的処理による構造変化を明らかにした。本研究ではS2状態のマンガンクラスターの構造を詳細に明らかにするために電子核二重共鳴測定を行った。本研究では予定通りにCa除去マンガンクラスターの測定及び解析を行い、さらにSrを置換したマンガンクラスターの測定と解析を行った。以上のことから、以前の研究で行われた構造解析の結果が理論的にも実験的にも矛盾しないことが確かめられた。

以上の成果についてはThe Journal of Biological Chemistryに発表されている。さらに、他のマンガンクラスターの中間状態の試料調整や他の生化学的処理による構造の変化についても取り組み初期的な結果は確認することができていることから、本研究は当初の計画以上に進展していると考えている。酸素発生型光合成は光エネルギーを利用して、二酸化炭素を化学エネルギー源である糖に変換する反応で、水を電子源として酸素を作り出す。光合成における酸素発生は植物やシアノバクテリアのもつ葉緑体の光化学系IIタンパク質複合体内にあるMnクラスターで行われる。マンガンクラスターは酸化状態の異なる5つの状態S0-S4を持ち、光エネルギーを吸収して酸化され状態が遷移する。最も酸化されたS4状態になると酸素を作り出して最も還元されたS0状態へと戻る。近年のX線結晶構造解析の分解能向上によりマンガンクラスターの構造が明らかにされ、基質の候補と成る4つの配位水分子の位置も明らかにされたが、各S状態遷移における構造変化やプロトン放出機構は未だ明らかではない。本研究ではさらにマンガンクラスター近傍に位置する水、アミノ酸に加えて、添加したメタノール分子のプロトンの位置について電子核二重共鳴測定により明らかにした.メタノール分子はマンガンクラスター近傍の重要な水素結合ネットワークにはおらず、間接的にマンガンクラスターと相互作用していることがわかり、また、近年計算手法により提案された水素放出機構や基質水分子の取り込みを阻害しないことがわかった。メタノールの位置解明は、プロトン放出や基質水分子の取り込み機構解明への手がかりとなる重要な成果で、The journal of physical chemistry letters誌に2017年1月に掲載された.(Nagashima and Mino, J Phys Chem Lett, 2017, 8, 621-625)今後は研究計画通り、Sr置換MnクラスターのENDOR測定を進める。Sr置換ENDORスペクトルとこれまでに得られた未処理Mnクラスター、Ca除去Mnクラスターの結果を比較し、Caの役割、Ca除去時におけるMnクラスター近傍の水の位置について明らかにしていく。また、これまでの研究はS2状態Mnクラスターについて行われており、今後は、最近電子スピン共鳴の結果が報告(Cox et al., Science 2013)されたS3状態のENDOR測定を推進していく。今後は、当初の計画の通り、マンガンクラスターのS2状態の構造だけでなくS0状態やS3状態の試料調製及び電子スピン共鳴測定を行う。また、マンガンクラスターのS2状態における摂動として、アンモニア分子やアンモニウムイオンの位置の電子核二重共鳴による決定、及びメタノールなどのアルコール分子存在下での構造変化及び、それらの小分子の位置決定を通してマンガンクラスターの水分解メカニズムの機能解明を目指して研究を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。
ガンマ線照射下おける貴金属の酸化物形成に関する研究

ガンマ線照射環境下で用いる水素ガスセンサーなどに触媒として使用できる貴金属に関する知見を得ることを目的に、7種類の貴金属元素に対して結晶配向した薄膜試料を作製し、空気中のガンマ線照射による影響を調べた。その結果、Pd、Ag膜では1 MGy以上の吸収線量で酸化物の形成が確認され、空気中に存在する窒素の放射線分解生成物と水分との反応で生じた硝酸が酸化物形成に関与することが示唆された。一方、Pt、Au、Rh、Ru、Irでは著しい酸化物の形成は確認されず、触媒として使用できることがわかった。本研究では、空気中のガンマ線照射により誘発されるパラジウム、白金などの貴金属の酸化物の形成過程の解明を目的に、種々の雰囲気でガンマ線照射した貴金属薄膜の深さ方向の組成をイオンビーム分析法等により評価している。本年度は、ガンマ線照射用の薄膜試料の作製を目的に蒸着用基板加熱ステージを既存のスパッタリング装置に導入し、石英、サファイア単結晶の基板上に成膜中の基板温度をパラメータに厚さ100 nm程度のパラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)の薄膜を作製するとともに、ラザフォード後方散乱法、X線回折法を用いて結晶構造を評価した。その結果、Pd及びPtでは、基板温度600°Cでサファイア(0001)基板上にPd(111), Pt(111)単結晶膜、石英基板上では、(111)に一軸配向した結晶配向膜を形成することができた。Auでは、サファイア(0001)及び石英基板表面に厚さ1 nmのPt層を緩和層として基板温度600°Cで形成し、さらにAu膜を基板温度300°Cで堆積することにより、Au(111)単結晶膜及び一軸結晶配向膜が形成することがわかった。次に作製したPd, Pt, Au薄膜に対して空気中でガンマ線(60Co線源:1.17, 1.33 MeV,高崎量子応用研究所・ガンマ線照射施設)照射を行い薄膜試料の酸化物形成を調べた。その結果、Pd薄膜では、照射量:2.5 MGyのガンマ線照射により表面から約10 nmの領域で酸化物が形成していることが確認できた。さらに照射量:5.5 MGyまで照射すると膜全体が酸化物に変化することが確認できた。一方、Pt, Au薄膜では、照射量:5.5 MGyまで照射を行っても、金属光沢を保ち膜表面には有意な酸化物層の形成は確認できなかった。以上の結果から貴金属の種類のより空気中のガンマ線照射により誘発される酸化物形成に違いがあることが明らかとなった。本研究では、種々の雰囲気でガンマ線照射した貴金属薄膜の深さ方向の組成をラザフォード後方散乱法等により調べ、ガンマ線照射により誘発される貴金属(Pd、Ptなど)の酸化物形成過程の解明を進めている。これまでに厚さ約100 nmのPd薄膜をガンマ線照射(照射量:2.5 MGy)すると、表面から約10 nmの領域で酸化物の形成が起こり、照射量の増加とともに膜全体に酸化が進行することを確認した。さらに、Pt, Au薄膜では、照射量:5.5 MGyまで照射を行っても、金属光沢を保ち膜表面には有意な酸化物層の形成は起こらず、貴金属の種類によりガンマ線照射により誘発される酸化物形成に違いがあることを見出した。本年度は、ガンマ線照射により酸化物の形成が起こるPd薄膜を対象に、ガンマ線照射下の試料温度の影響について調べた。実験ではガンマ線照射中の試料温度が制御できる照射容器の製作を行い、スパッタリング法によりサファイア(0001)基板及び石英基板上に形成したPd(111)単結晶膜及び多結晶Pd薄膜試料に対してガンマ線照射を実施した。室温で2.5 MGyまで照射したPd薄膜試料では、薄膜表面の金属光沢が褐色に変化した。しかし、試料温度:120°Cに保持して照射量:3.8 MGyまでガンマ線照射したPd薄膜試料では、金属光沢が保たれていた。これらのPd試料表面の組成をX線光電子分光法及びラザフォード後方散乱法により調べた結果、ガンマ線照射したPd膜表面には、窒素が検出されるようになり、さらに試料温度:120°Cで照射したPd薄膜では、室温で照射した試料よりも窒素量が増加し、また、形成される酸化層が薄くなる傾向を示した。以上の結果から、ガンマ線照射中の試料温度の違いによりPd薄膜表面に形成される酸化物に違いが生じることがわかった。本研究では、空気中のガンマ線照射により誘発されるパラジウム(Pd)などの貴金属の酸化物形成及び放射線環境下で使用する各種センサーなどに触媒として使用可能な貴金属に関する知見を得ることを目的に、これらの貴金属の薄膜試料を作製して空気中でガンマ線照射したときの表面状態、深さ方向の組成の変化を調べた。本年度は、Pd膜を対象に酸化物形成の吸収線量の依存性、さらに、Pd以外の貴金属薄膜に対する空気中のガンマ線照射を実施して酸化物形成の有無を調べた。実験では、サファイア(0001)基板上に形成したPd(111)薄膜を用いてガンマ線照射を最大5 MGyまで行い、表面近傍の組成、化学状態、表面形態をラザフォード後方散乱法、X線光電子分光法等により評価した結果、Pd(111)

薄膜では1 MGyの吸収線量で膜表面に直径10μm程度の酸化物が島状に形成され、吸収線量の増加とともに膜全体に酸化物の形成が進むことがわかった。一方、真空中でガンマ線照射を行ったPd薄膜では、有意な酸化物の形成が確認できなかった。このことからPd酸化物の形成は、空気中に存在する窒素の放射線分解生成物と水分との反応で生じた硝酸が膜表面に付着することで起こると示唆された。さらに、これまでにガンマ線照射実験を実施したPd、白金(Pt)、金(Au)に加えてルテニウム(Ru)、ロジウム(Ru)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)の貴金属薄膜を作製して、空気中でガンマ線照射を5 MGyまで実施した。その結果、Ag薄膜で酸化物の形成が生じ、その他の貴金属薄膜では金属光沢を保ち自然酸化以上の著しい酸化物の形成は確認できなかった。ガンマ線照射による以上の結果から、Pt、Au、Rh、Ru、Irが触媒として使用できる貴金属であることがわかった。ガンマ線照射環境下で用いる水素ガスセンサーなどに触媒として使用できる貴金属に関する知見を得ることを目的に、7種類の貴金属元素に対して結晶配向した薄膜試料を作製し、空気中のガンマ線照射による影響を調べた。その結果、Pd、Ag膜では1 MGy以上の吸収線量で酸化物の形成が確認され、空気中に存在する窒素の放射線分解生成物と水分との反応で生じた硝酸が酸化物形成に関与することが示唆された。一方、Pt、Au、Rh、Ru、Irでは著しい酸化物の形成は確認されず、触媒として使用できることがわかった。ガンマ線照射容器の作製とともに試料温度を制御したガンマ線照射を実施し、Pd薄膜の試料温度を120°Cに保持することにより酸化物の形成が抑制できること、さらにPd膜表面に窒素の存在が確認できたことから、ガンマ線照射下で生じる酸化物形成には硝酸が関与するなど酸化物形成過程の解明に進展が図れた。材料工学前年度の実験結果にもとづき、貴金属薄膜作製及びガンマ線照射実験を継続し、ガンマ線照射下における貴金属の酸化物形成過程を考察するとともに、放射線環境下で使用する各種センサーなどに触媒として用いられる貴金属層の作製に関する知見を得る。本年度の研究目的とした、パラジウム、白金、金のガンマ線照射用の単結晶薄膜試料を作製するとともに空気中のガンマ線照射を実施し、パラジウム薄膜において酸化物の形成が起こるガンマ線照射量を見積もることができ、次年度の研究に必要なデータが得られた。本年度に作製したガンマ線照射容器では、高線量のガンマ線照射により試料加熱ヒーター、配線類及びガスシール材などが著しく劣化するため、各部品を交換する必要が生じた。このため、平成26年度の直接経費の使用計画を見直しを行い、平成27年度に交換部品を購入するための費用を確保したことにより、次年度使用額が発生した。本年度に実施したガンマ線照射実験の結果をもとにガンマ線照射容器を製作し、真空、不活性ガス、酸素ガス中など種々の条件で貴金属薄膜試料のガンマ線照射を実施する。次年度使用額は、ガンマ線照射容器で用いる交換部品の購入に使用する。平成27年度交付分の経費は、当初の予定通り、使用する。当初予定していた国内出張を次年度に延期したため、次年度使用額が生じた。国内出張旅費として使用する。
サンスクリット写本識語に基づく11-15世紀インド仏教史の再検討

まず既存の写本カタログや美術館・博物館の図録等を手掛かりに、東インドに由来するサンスクリット写本を抽出する。所蔵機関に写本の閲覧・撮影申請を行い、可能な場合は現地に赴いて実見調査・赤外線撮影等を実施し識語を可能な限り精確に解読する。識語に含まれる様々な情報(筆写年代・地名・寺院名・王名・筆写者名・寄進者名・所有者名・肩書等)を収集する。年代・日付が記される場合は、インドの暦法に基づき西暦換算・確定を試みる。地名が記される場合は、地理情報システム(GIS)データベースを援用しながら作成場所の特定を試みる。比定できる蓋然性が高い村落が見つかった場合は、現地調査を実施し仏教徒の痕跡を探る。
海面処分場における遮水工構造の最適化と、埋立護岸の安全性・性能向上に関する研究

本研究は,より安全で信頼性の高い海面埋立処分場技術の構築を目的として,H-H継手を施した連結鋼管矢板を開発し,廃棄物埋立護岸への適用性を検討した.本研究で得られた結論は以下のとおりである.(1)海水環境におけるH-H継手を施した連結鋼管矢板の遮水性は,比較的高い水圧が作用する下で淡水環境に比べ透水係数が高くなる.しかしながら,廃棄物埋立護岸としてのH-H継手を施した連結鋼管矢板の遮水性能は,海水および淡水環境に差異がなく,遮水工構造基準を2オーダー程度下回る高い遮水性を発揮できる.(2)H-H継手を施した連結鋼管矢板は,H-H継手内に接着した膨潤シートが打設等に伴い75%欠損した場合を想定しても,廃棄物埋立護岸に求められる遮水性能(k_e<1×10^<-6>cm/s)を発揮できる.(3)H-H継手を施した連結鋼管矢板は,従来から実施されている鋼管矢板継手の遮水処理法を改良したものではなく,全く新しい視点で高い遮水性を発揮する廃棄物埋立護岸を構築できる.(4)H-H継手を施した連結鋼管矢板の遮水処理において用いられる膨潤止水材の塗膜強度は,淡水環境に比べ海水環境に曝された方が大きく,また時間の経過に伴い塗膜強度は安定傾向を示す.さらに,安定傾向を示した塗膜強度では,海面処分場において十分な耐圧力を有している.(5)継手で嵌合された鋼管矢板を廃棄物埋立護岸として用いるためには,下部堆積粘土層内へ根入れを確実に実施した条件下で10^<-8>cm/sオーダーの透水係数を確保することが望ましい.さらに,有害物質の封じ込めに効果的な鋼管矢板を用いた廃棄物埋立護岸の構築には,継手箇所の遮水処理が容易かつ信頼性の高い遮水処理技術が開発されるべきである.海面処分場における鋼管矢板護岸の設計では,想定される海上特有の諸条件に対して,鋼管矢板ならびに継手箇所の力学・水理学特性を定量的に評価しなければならない.特に,継手箇所における低い剛性,施工性,および遮水性の問題は,鋼管矢板を適用する上で解決しなければならない急務の課題であり,研究代表者は革新的な技術の一つとして,2本の鋼管がH鋼であらかじめ溶接された部材である「連結鋼管矢板」を開発している.さらに,連結鋼管矢板の開発に係わる技術として,2つのH鋼を用いた「H-H継手」による連結鋼管矢板端部の継手性能の向上を提案するとともに,より安全で信頼性の高い海面処分場技術の構築を目的として,H-H継手で介する連結鋼管矢板を用いた廃棄物埋立護岸の構築を検討している.本研究では,従来型継手を有する鋼管矢板の問題点を明らかにするとともに,廃棄物埋立護岸としての連結鋼管矢板およびH-H継手の有効性を遮水性の観点から述べる.さらに,連結鋼管矢板を実際に建設するために検証しなければならない打設性能,および現場継手性能を評価するため,実大規模の現場施工試験ならびに現場継手部の曲げ試験を実施した.その結果から得られた知見を以下に示す.(1)連結鋼管矢板を鋼管矢板構造物として利用することにより,従来型鋼管矢板と比較して鋼材の縮減と工期の短縮が期待できる.(3)連結鋼管矢板は,バイブロハンマにダブルヘッド型のアタッチメントを装着することで,N=25程度の砂質地盤において打設可能である.(4)連結鋼管矢板の最大耐力および残留耐力は,現場継手の有無に係わらずほぼ同等であり,現場継手構造は十分な耐力を発揮できる.本研究は,より安全で信頼性の高い海面埋立処分場技術の構築を目的として,H-H継手を施した連結鋼管矢板を開発し,廃棄物埋立護岸への適用性を検討した.本研究で得られた結論は以下のとおりである.(1)海水環境におけるH-H継手を施した連結鋼管矢板の遮水性は,比較的高い水圧が作用する下で淡水環境に比べ透水係数が高くなる.しかしながら,廃棄物埋立護岸としてのH-H継手を施した連結鋼管矢板の遮水性能は,海水および淡水環境に差異がなく,遮水工構造基準を2オーダー程度下回る高い遮水性を発揮できる.(2)H-H継手を施した連結鋼管矢板は,H-H継手内に接着した膨潤シートが打設等に伴い75%欠損した場合を想定しても,廃棄物埋立護岸に求められる遮水性能(k_e<1×10^<-6>cm/s)を発揮できる.(3)H-H継手を施した連結鋼管矢板は,従来から実施されている鋼管矢板継手の遮水処理法を改良したものではなく,全く新しい視点で高い遮水性を発揮する廃棄物埋立護岸を構築できる.(4)H-H継手を施した連結鋼管矢板の遮水処理において用いられる膨潤止水材の塗膜強度は,淡水環境に比べ海水環境に曝された方が大きく,また時間の経過に伴い塗膜強度は安定傾向を示す.さらに,安定傾向を示した塗膜強度では,海面処分場において十分な耐圧力を有している.(5)継手で嵌合された鋼管矢板を廃棄物埋立護岸として用いるためには,下部堆積粘土層内へ根入れを確実に実施した条件下で10^<-8>cm/sオーダーの透水係数を確保することが望ましい.