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
田中 一成空間の「ゆがみ」と避難経路 都市居住者の認知空間を取り出し,居住者が認知するまちの姿と現実空間の差違を明らかにすることで,都市空間における「ゆがみ」を抽出することを目的としています。最終的には,このゆがみをもとに,災害時の避難経路と避難場所の設定手法を提案することを目標とします。早く着きたいと思いながら避難しつつなかなか進まない経路と,よく知っていて好きな道であっという間に着く経路がある可能性があり,広く,安全なというイメージも合わせて日常的に接する形成されている可能性をみいだしました。
大島 一能IoTとAIを活用したネットワークデザイン手法 情報通信ネットワーク研究室では、IoTネットワーク技術や機械学習、AIを活用したネットワークデザイン手法の研究に取組んでいます。本サイトでは次の各テーマの概要を説明させて頂きます。 (1) 深層学習を活用した屋内位置検出: GPSなどの電波受信が難しい屋内で位置情報を利用するサービスの需要が拡大しています。BLE の電波強度(RSSI)を深層学習により分析して位置検出を行う手法を研究しています。 (2) AIを活用した局地的豪雨予測方式: 降雨観測レーダや雲画像等の気象データを活用した局地的豪雨の予測方式を研究しています。 (3) その他の研究課題: IoT と AI を活用したドローン自律制御方式や可視光LED通信の応用システム等も進めています。
本田 澄欠陥データを利用したソフトウェアプロジェクト比較手法に関する研究 本研究では様々なドメインや開発スタイルに属するソフトウェア開発に対して有効なソフトウェア信頼性モデルを構築し活用方法を広く普及することでソフトウェア開発をより効果的で制御可能とすること目的とします。そのためには多くの企業の開発データの収集方法および普及方法としてウェブアプリケーションの開発が必要です。また企業の開発データのみならずオープンソースソフトウェアにおける開発データも対象とします。本研究を行うことで現在困難とされている開発スケジュールの定量的な決定に役立つと考えられます。
馬場 望地震複合火災を受けた鉄筋コンクリート部材の残存構造性能の評価 地震に対する防災計画は,主として本震による被害軽減を対象としているが,近年の比較的大きな地震では,本震に迫る大きな余震や二次災害による被害の拡大が懸念されており,これら地震複合災害を防災計画に盛り込むことが急務となっている。本研究は,地震複合火災に着目し,既存の建物構造物に多く存在する普通強度コンクリートを用いた鉄筋コンクリート部材を対象として,加熱を受けたコンクリートの圧縮強度残存比,拘束効果を考慮した構成則及び鉄筋コンクリート部材の残存構造性能の評価法を確立することを目的とする。
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。
辻本 智子認知言語学的手法を応用した英語前置詞教材の開発 英語習得において、しばしば躓きの原因となる多義語の前置詞であり、また認知言語学における多義語研究が前置詞に関して最も進んでいることから、認知言語学の知見を生かした中学生向けオンライン教材『アニメで学ぶ 英語前置詞ネットワーク辞典』を開発した。認知言語学で言う「スキーマ図」のアニメ化がポイントである。
小林 弘一非平面アレイの放射電磁界を机上PCで計算?! 実装先プラットフォームの形状を損なわずにアレイ素子を配置することをコンフォーマルアレイと呼んでいますが、素子数が大きくなると、電磁界シミュレータでは計算時間の面で実用的でありません。そこで、コンフォーマル形状が多項式で表される場合を数学的に解析し、様々なパラメータを一元的に扱うGUIを開発しています。
荒木 英夫組み込みシステムの実現に必要なプロセッサにおけるカスタマイズ機能の検討と実現 マイコンを組み込んだ機器を作成する際に、OSを用いるか用いないかは大きな問題である。ここでOSを用いる動機として、ハードウエアリソースの管理や通信、プロセス管理などがある。そこで、これらの機能を限定的にハードウエアで実装することによりシンプルで効率的な組み込みシステムの実現が可能であると考える。この考えを基に、これまでFPGA上に小さなマイコンを複数実装して、プロセス管理をハードウエアで実現するシステムを提案してきた。しかしソフトウエア開発環境が無いため実用的ではない。そこで、mrubyと呼ばれる組み込みマイコン向けの小型VM(Virtual Machine)をハードウエア化することにより、これらの解決ができると考えて研究を行っている。
権 淳日地震から私の家を守ろう! 昔から甚大な地震被害に見舞われた日本では,地震から人命や財産を守るための努力を怠らず続けてきており,現在の耐震技術は世界の最先端となっている。これらを踏まえ,地震により被災した建物を対象として,実験および解析に基づきその損傷量や残存耐震性能を評価する。また,特定国の文化や環境を考慮した新型建築構造システムの開発およびその構造性能評価に取り組んでいる。
外波 弘之フェノールポリマーの合成とその機能性評価 近年,酵素触媒をプラスチックなどのポリマー合成に利用する方法が注目されている.これは酵素触媒の有する次のような特徴を活用しよ うというものである.1,高い触媒活性 2,基質特異性 3,生分解性 4,穏和な条件下で機能.本研究では,このような酵素触媒の特徴を活かし,主として西洋ワサビ由来のペルオキシダーゼ(HRP)を触媒としてフェノール類を重合させる.生成するフェノールポリマーについて,抗酸化性などの機能性評価を行う.
橋本 智昭融液内対流のモデル予測制御 融液内対流を制御する手法としては,るつぼの回転速度の調整,るつぼ側面の温度調整,磁場の印加などが制御入力の候補として考えられる.融液の対流現象を表現するための基礎方程式として,融液を非圧縮性流体と仮定すると,質量保存則から導かれる連続の式,運動量保存則から導かれるNavier-Stokes方程式,温度の拡散現象を表すエネルギー式,濃度の拡散現象を表す物質拡散方程式が挙げられる.これらの基礎方程式で記述される熱流体システムに対して,モデル予測制御系設計法が確立されている.
棚橋 一郎金属コロイド粒子の作製と応用 金や銀等の貴金属は、その輝きから人々を魅了し、装飾品や硬貨として用いられてきました。金は、コロイド粒子になると赤紫色に、銀は黄色に発色します。このような金属コロイド粒子は、古くからステンドグラス等に使用されてきた色材以外に、バイオセンサ、3次非線形光学材料あるいは触媒材料としての応用が進められています。ここでは、銀コロイド粒子の作製方法とSERS(表面増強ラマン散乱)センサとしての特性について紹介します。
長田 昭義緑藻類の交流インピーダンス計測技術の開発 現在、低コストで高効率的なオイル生産をめざして生物学・農学面からの実証研究が先行する中、複雑化した緑藻類の培養過程の解明に必要な計測評価技術が必要と考える。そこで、オイル産生緑藻類の高増殖・量産化効果を検証する計測評価技術として、電気電子分野の計測装置を活用した交流インピーダンス計測法を提案する。第一段階として、クロレラ培養の増殖過程における周波数特性について評価・議論し、本計測技術の定量解析への適用性について検証した。
中村 吉伸シランカップリング剤によるエポキシ樹脂の高性能化 超LSIの封止樹脂は,エポキシ樹脂にシリカ粒子が分散されており,界面の接着による高強度化や吸水率低減の目的でシランカップリング剤も加えられている。発表者らは,以下の比較からさらに高性能化できるシランカップリング剤の構造と使用方法を明らかにした。1)前処理法とインテグラルブレンド法 2)構造:界面結合型と疎水化型 3)界面の結合とマトリックスの改質 今後,自動車組立はエポキシ樹脂による接着が主流になるが,この高性能化にも応用可能である。
中西 真悟標準正規分布の幾何学的対称性 連続な確率変数の確率密度関数の積分形は、0から1までで評価できる累積分布関数です。では、累積分布関数を積分するとき、積分形の関数の一階の導関数は、累積確率として0から1までの傾きになります。つまり、直角三角形を用いた三平方の定理による評価が可能になります。そこで、標準正規分布の幾何学的対称性を応用しながら三平方の定理を用いてみると、新たな確率評価基準が思考できます。
鎌倉 良成シミュレーションによる半導体デバイスの解析・設計支援技術 [概要] コンピュータシミュレーションを用いて、半導体素子の特性を解析する研究を行っています。ナノ~マイクロメートルスケールにおける電子や原子、あるいは熱の挙動を独自開発した粒子シミュレータで高精度に予測し、より高性能で信頼性の高い半導体素子設計に役立てることを目指しています。
河合 紀彦映像中から物体をリアルタイムで除去する隠消現実感 隠消現実感(Diminished Reality)とは、映像中の不要物体の上に背景画像を重畳することで、不要物体をリアルタイムで視覚的に取り除く技術であり、映像中に仮想的な物体を重畳する拡張現実感(Augmented Reality) とは反対の概念を持ちます。本シーズでは、画像修復技術を用いて不要物体の周辺情報から尤もらしい背景画像を生成し、かつ背景の形状を推定することで、移動するカメラの映像から物体をリアルタイムで取り除きます。
布施 宏革新的 超薄肉ダイカスト! アルミダイカスト製品における4大ニーズ(高耐食性・高放熱性・軽量・低線膨張)を同時に満足する世界初の「革新的超薄肉次世代アルミダイカスト」をご紹介します. 本シーズは新開発の「過共晶Al-25%Si合金」を材料としており,安価な化成処理を施すだけで,革新的耐食性(JIS Z 2371-2000に基づく連続塩水噴霧試験で500時間以上)を実現します. また,低速ダイカストマシンでも肉厚1mm以下の超薄肉化の実現が可能で,アルマイト処理を施すことにより放射率0.9以上の性能が実現可能です. 肉厚1mm以下の超薄肉純アルミのダイカストの研究も行っています.
小西 将人実行不要な命令を動的に排除する効率的なプロセッサ プロセッサの命令実行の効率性を妨げる要因の1つとして,ロード命令の実行にかかる時間が大きいことが挙げられる。この研究の目的は,不要なロード命令の一部を動的に排除(スキップ)するようなプロセッサの構成を提案し,命令実行の効率性をあげようとするものである。予備評価によりおおよそ15%程度のロード命令がスキップできる可能性があり、プロセッサ全体の性能を向上させることが期待できる。
林 暁光高力ボルトを用いた鉄骨部材接合部の性能評価 従来の鉄骨構造の接合部設計では、剛接合とピン接合のどちらかで設計されている。本研究は高力ボルトと接合金物を用いた接合部の実態を剛接合でもピン接合でもないグレーゾーンの接合部として捉え、ありのままの姿で半剛半強の接合として検討している。具体的には耐震設計で必要とされている接合部力学性能指標のうち、接合部の初期剛性や耐力、復元力履歴特性およびエネルギー吸収能力の評価精度の向上を目指している。