SDGsの分類 研究テーマ 自然科学学科の分類 工学部一般教育科 第一原理計算で解き明かす原子核の姿 工学部 一般教育科 核物理研究室 明孝之 准教授 原子核分子動力学第一原理計算 元素の源となる原子核は陽子と中性子から構成され、それらの間に作用する「核力」によって結合します。核力はパイ中間子とよばれるミクロな粒子を陽子と中性子の間で交換することにより生じます。本研究では、この特徴を持つ核力が原子核の性質にどのような影響を与えるのか調べています。背景と目的原子核は、構成粒子である陽子と中性子(核子とよばれます)の間にはたらく核力によって結合する量子多体系です。核力は、湯川秀樹氏によって提唱された「パイ中間子」とよばれる粒子を核子間で交換することで説明される、とても強い引力です(図1)。本研究では、このパイ中間子を起源とする核力が原子核の構造に与える影響を調べています。特に核力をそのまま用いて原子核の構造を調べる「第一原理計算」を数値的に行っています。原子核の第一原理計算は世界中で精力的に行われていますが、核力の扱いは一般的に難しいため、結果は炭素12(陽子6個と中性子6個)までにとどまっています。原子核は300個程度の質量数(陽子と中性子の数の総和)まで存在しますが、重い原子核は最先端の理論でも計算が不可能であり、代わりに現象を再現するモデル化が導入されています。したがって、より大きな質量数を含めた原子核全体の性質を、その結合の基本原理である核力から解き上げ、解明することは原子核物理の大きな目標となっています。 図1: 陽子と中性子間のパイ中間子交換の概念図内容本研究では核力を扱う新しい原子核の理論を提唱しています。原子核を記述するためのベースとなる模型には「分子動力学」(Molecular Dynamics, MD)を用います。この理論では、陽子と中性子がパイ中間子を交換することで生じる特徴的な引力である「テンソル力」(非等方性をもつ)に注目し、原子核の内部でテンソル力の効果を受けた陽子・中性子の運動を適切に記述します。実際に小さな質量数の原子核に適用し、精密計算を再現することを確かめました(図2)。今後はこの新理論をより重い原子核へ適用することで、核力から原子核を理解し、さらに原子核自身の新奇な構造を探っていく予定です。 図2: 新しい原子核理論「TOAMD」によるHe原子核の結合エネルギーの収束計算新規性本研究ではパイ中間子の交換から生まれる核力の特徴である「テンソル力」を扱う原子核の理論を構築しています。核力を直接扱う理論は一般的に質量数が小さい原子核に制限されます。一方、本研究の理論ではテンソル力の効果を効率的に取り入れる工夫がなされており、より大きな質量数への適用が可能であると見込まれます。原子核の形は球形だけはなく、例えば変形したり、複数のα粒子(He原子核)に分離した分子的な状態も存在します(図3)。特に分子的状態は恒星内部における元素の生成過程の理解に重要です。本研究では、核子(陽子、中性子)をガウス関数型の波束で表した分子動力学(MD)を用います。核子を表す波束が近づいたり離れたりすることで、分子的な状態の原子核を容易に記述することができます。 図3: 炭素12(12C)が励起した3α状態(ホイル状態という)の概念図用途・効果原子核物理学:量子多体系である原子核の構造を、核力を用いてより基本的な観点から解明します。多体基礎理論:物理学や化学等の分野で扱う多粒子系の現象において、粒子間にはたらく多体相関を記述する基礎理論の発展につながります。 研究者INFO: 工学部 一般教育科 核物理研究室 明孝之 准教授 研究シーズ・教員に対しての問合せや相談事項はこちら 技術相談申込フォーム
岡山 敏哉都市のオープンスペースにおける樹木配置の最適化 都市のヒートアイランド現象は、最近の気温上昇に伴い、ますます問題視されることが予想されます。その緩和策のひとつとして、顕熱・潜熱に対する効果や蒸散作用を持つ植物による緑化が効果的です。この研究は、その緑化を効率よく行うために、地面の日照時間を最小化し、一方で植樹のためのコストを最小化することを目的とした最適解を遺伝的アルゴリズム(GA:Genetic Algorithm)を用いて導き出しています。
横山 奨樹脂製マイクロ流体デバイスの量産に向けた拡散接合装置の開発 本技術は、主に金属の接合に用いられていた拡散接合を高分子樹脂に適用することで、医療用ディスポーザブルマイクロ流体デバイスの安価な量産の実現を目標としています。拡散接合は、母材を溶かすことなく接合界面を一体化するため、接合により透明性を損なうことはありません。さらに、多少の凹凸や切削痕が残っていても接合可能です。加工面への後処理も不要で、多種多様な高分子樹脂に対応可能です。現在、商用利用を目指して試作機を開発しており、テストサンプルとしてPMMA製のマイクロ流体デバイスの接合に成功しています。
松田 泰明次世代エネルギー変換デバイス材料の創成と新規エネルギー変換反応の開拓 固体中をリチウムやプロトンを始めとするイオンが高速で拡散する物質(イオニクス材料)を開拓し、固体の利点や特徴を活かした新規反応の探索、次世代蓄電・発電デバイスの開発を行っています。
鎌野 健有限多重ゼータ値の関係式 画像の無限和で定義される実数値を多重ゼータ値と呼び,多重ゼータ値全体がなす有理数体上ベクトル空間の構造は数学的に興味深い対象として研究されている.本研究では多重ゼータ値の“有限類似”とも言える有限多重ゼータ値について,積分表示を駆使することによりそれらの間の関係式を得た.
向出 静司想定を超える大地震下における鋼構造建物の倒壊余裕度の向上 建築基準法の想定を超える大地震に対して,建築物は耐力を保持できる変形域を超えて耐力劣化し,倒壊する懸念がある.本研究者は,一般的な鋼構造ラーメン骨組を対象に,(1)超大変形域に至るまでの構成部材の破壊実験を通じて,その耐力劣化性状を把握すること,(2)超大変形域の挙動を考慮した建物全体の地震応答解析により,その倒壊性状を把握すること,(3)倒壊メカニズムに基づいた倒壊余裕度の評価方法を提案すること,などを実施している.
福原 和則本に親しむ場の設計 若者に読書の魅力を伝える地域図書館の建設計画を研究室にて実施した。これからの図書館に求められる傾向を先進事例と図書館建築特有の特殊設備の動向を調査し、管理予定者に対するヒヤリングを通じてニーズの把握したうえで設計試案を作成した。設計試案を用いたコスト検証を加えて建設与件を整理し実現可能性を検証する。
橋本 渉容易に構築できる球面ディスプレイ環境 球面型没入ディスプレイ環境構築をサポートするシミュレータを開発した.球面ディスプレイを作る際には,ドームスクリーンへの特殊な歪み補正を考慮した投影系の光学設計を行う必要がある.しかし,実際に製作される光学系はシミュレーション通りの精度が保証されるわけではない.使用する際に改めて光学系の微調整が必要となる.本研究では,投影系の光学設計と同時に,光学系の微調整や歪み補正が実行可能な投影シミュレータを開発している.
山口 行一マルチエージェントを用いた避難行動シミュレーション分析 近年,豪雨災害や地震災害が連続し,巨大地震の可能性が高まっていますが,対象地域から来街者全員が円滑に避難を完了できるかについては,個人ではなく,群集としての避難行動を把握する必要があります。本研究室では,マルチエージェント・システムを用いてシミュレーションを行い,複数の避難誘導案や施設整備案を比較・評価し,対象地域の避難完了時間や避難者で混雑する場所を把握することで,防災・減災メニューを検討できるようなパッケージの構築をしています。
古崎 康哲嫌気性消化(メタン発酵) 研究者が扱うバイオマスは、下水汚泥、生ごみ、である。 リアクタの小型化に資する前処理技術を研究している。 生ごみについて、でんぷん質が多い場合に有効な前処理として、「バイオエタノール化」を行い、メタン発酵リアクタに投入するシステムを提案している。 バイオガス中メタン濃度向上、汚泥生成量削減、分解率向上、高負荷運転の達成、などの効果を確認している。
杉本 賢二衛星夜間光データを用いた停電地域の把握 災害による停電地域の早期復旧に向けた被害状況の把握には,二次災害リスクを軽減するため遠隔で受動的に得られるデータが求められている.本研究では,2019年台風15号を対象に,千葉県における停電地域と,人工衛星により観測される夜間における地表面の光強度(輝度)とを比較し,停電地域の推定を行った.その結果,市街地では復旧により輝度が大きく変化するが,山間部では判別が難しいことが明らかになった.
日置 和昭降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究 都市デザイン工学科の地盤領域(地盤防災研究室、地盤環境工学研究室)では,近年多発する豪雨や来たるべき巨大地震により山腹斜面や土構造物が崩壊する危険度を予測・評価するためのさまざまな研究を行っています.このうち,降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究を紹介します.
川原 幸一新規細胞老化抑制剤|アンヒドロフルクトース 正常細胞は一定の分裂・増殖の後に停止する。この現象を細胞老化といい、分裂を停止した細胞を老化細胞という。特徴として、肥大化とsenescence-associated βガラクトシダーゼ(SA-β-gal)活性が見られる。 老化細胞は無害で、がん化もしないと言われていた。最近、老化細胞は炎症性サイトカインを分泌し、臓器・組織機能低下・障害を引き起こし、多様な加齢性疾患をもたらすことが判明した。さらにガン化の誘導にも関与している。 細胞の老化を抑制することは、現在の日本の超高齢社会において重要である。
藤元 章火星移住計画と太陽系ツアーをテーマにした課題解決型授業 [概要] 大阪工業大学の工学部では,PBL(ProblemあるいはProject-Based Learning)を基軸とした教育カリキュラムを実施している。1年次では各学科の専門分野に関連した課題の実験・実習的なPBLを行い,2年次生には物理学,地球科学,生物科学の分野横断型PBLを提供している。2015年度から2018年度まで「火星移住計画」を題材にして進めてきた。そして, 2019年度からは,火星の枠を飛び出して,「太陽系ツアー」をテーマにしたPBL型授業を進めている。
原田 義之顕微ラマン-フォトルミネッセンス測定システムの開発 半導体微粒子の光物性研究,および表面増強ラマン散乱(SERS)の機構解明と多機能センサーへの応用を進めるため,これまで顕微ラマン-PL測定システムの開発を行ってきた。本研究で開発したシステムは,共焦点レンズ光学系を基本とする装置本体,焦点距離550 mmの分光器,紫外高感度型冷却CCD検出器,各種レーザー光源,顕微用極低温冷却装置,及び,精密x-y走査ステージから構成される。ラマン散乱,及び,PL測定用の励起光源としては,Nd-YAGレーザー(535 nm, 200 mW) ,He-Cdレーザー(325 nm, 50 mW)を用い,測定はすべて室温で行った。
田中 耕司流域治水の思想を踏まえた新たな河川整備への挑戦 これまでの河川の開発は、治水・利水計画規模に対して必要な施設を建設してきました。しかし近年、これらの計画を超過する洪水・土砂災害が発生し、激甚化しており、現状の整備水準や将来の計画では“まち”を守れないきれない時代に,じわじわと突入しています。 これからの我が国は、洪水・氾濫の発生を許容できる粘り強い“まち”が求められます。本研究では水害特性を過去から読み解き、将来を高精度に予測し、その変化に適応した“まちづくり”を考究し、提案します。
田熊 隆史腕振り運動の科学 動物の四脚歩行と異なり,ヒトの二脚歩行は力学的に不安定なものです.体幹や腕部といった質量の大きな部位が脚の上にあり,これを転倒せずに片足で支える制御は大変難しいです.本研究ではこれら上半身を制御の安定性を阻害する要素と考えるのではなく,「うまく上半身を動かすことで歩行を促進できないか?」と考え,そのメカニズムの解明と検証を行います.検証では上半身をバネ要素を持つ柔軟体幹と前後に質点を移動させる腕パーツに近似し,歩行の安定指標である床反力中心が腕振り運動を調整することで操作可能であることを数理的に示しました.またこのことを検証するために実機を試作し,腕振り運動により床反力中心が歩行をしやすいように移動していること,それにより歩行が可能であることを確認しました.
小林 弘一レーダ画像からレーダ断面積とアンテナパターンが評価できる?! 電気長の非常に大きな物体のレーダ断面積、アンテナパターンの計測は困難を極めます。このため、物体近傍の散乱電磁界を計測し、逆合成開口による画像処理後、遠方電磁界を数学的に評価する方法を確立、提案しています。
松浦 清科学と宗教を繋ぐ美術 星曼荼羅の二形式すなわち円形式および方形式(図1)の構成要素とその配置に基づく構成原理ならびに成立と展開の解明を研究の中心としつつ、須弥山図(図2)などの絵画作品において、天文学に基づく科学知識と天空への思想がどのように関連して作品として成立しているのかを研究している。
大石 容一デザインアーカイブ研究の手法と発展 2015年9月に締結した大阪工業大学と大阪市経済戦略局(大阪市新美術館建設準備室)との包括連携協定(2015.Sep.~2019.Mar.)のもと, 2021年開館予定である中之島美術館(2019年に正式名称として決定)の展示コンテンツの基となるデザインアーカイブの研究を目的とし, インダストリアルデザイン・アーカイブズ研究プロジェクト(IDAP)との共同研究及びシンポジウムの運営を行っている。発明家やデザイナー, 企業, 研究者他に聞き取りを行いながら情報を収集・編集し, デザインアーカイブとして未来に繋げることを目指す。