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Beyond 5Gネットワークにおけるネットワーク機能仮想化の動的スケーリングとリアルタイムスケジューリング
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）ネットワーク機能仮想化（NFV）とともに、移動体通信事業者は、ネットワークの柔軟性、
機動性、スケーラビリティ、コスト効率を向上させながら、第5 世代（5G）ネットワークの
構築を開始しました。しかし、5G 技術では、今後のBeyond 5G（B5G）や6G に向けて予測さ
れる、大量のIoT デバイスからの膨大なデータトラフィックの増加に対応できないと予測
されています。このため、データ需要の指数関数的な増加や、より厳しいユーザー体験要件
に対応するために、既存の5G ネットワークをアップグレードするという大きな課題が浮上
しています。
本論文では、B5G/6G トラフィックに対応し、今後のB5G/6G アプリケーションの体験品質
（QoE）を向上させるために、以下の3 つの研究を行いました。まず、B5G/6G アプリケーシ
ョンからの大量のトラフィックを処理するための性能スケーリング機構を開発しました。
これには、現在のネットワーク状況やユーザー需要に基づいてネットワーク機能を効率的
にスケーリングする技術の設計が含まれます。次に、NFV ネットワークにおける5G ユーザ
ーのサービス品質（QoS）を向上させました。提案したソリューションは、エンドツーエン
ド遅延の削減や、さまざまな5G サービスに十分な帯域幅を確保することなど、5G ユーザー
が体験するQoS を改善することを目的としています。最後に、デジタルツイン（DT）やバー
チャル/拡張現実（VR/AR）など、リアルタイムのB5G/6G アプリケーションに対するQoE を
最適化しました。著者は、B5G/6G アプリケーションのQoE を定量化する指標として情報の
鮮度（Age of Information, AoI）を用い、トラフィックルーティング問題を解決すること
でQoE を確保するアプローチを提案しました。Along with Network Function Virtualization (NFV), Mobile Network Operator
started to build the fifth generation (5G) networks while enhancing network
flexibility, agility, scalability, and cost-efficiency. However, 5G technology is
predicted to be unable to adapt to the huge data traffic generated by massive IoT
devices in the future beyond 5G (B5G) and the future 6G era. This has raised the
tremendous challenge of upgrading the existing 5G network to adapt to the
exponential growth in data demands and stricter requirements of user experience.
To make the 5G network adapt to forthcoming B5G/6G traffic and improve the
Quality of Experience (QoE) for upcoming B5G/6G applications, in this dissertation,
the author developed three research. First, the author developed a system for
scaling the network function capacity to handle massive traffic from B5G/6G
applications. Second, the author ensures the Quality of Service (QoS) for 5G
applications. The solutions aim to improve the QoS of 5G applications, such as
reducing delay and ensuring sufficient throughput for different 5G services.
Finally, the author optimized the QoE for real-time B5G/6G applications like
Digital twin (DT) and Virtual/Augmented Reality (VR/AR). The author uses a metric
called Age of Information (AoI) to measure QoE in B5G/6G applications and solve
the traffic routing problem to ensure QoE.doctoral thesi
カルボン酸およびカルボン酸塩環境下で発生する銅管の蟻の巣状腐 食に関する研究
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）暖房・換気・空調（HVAC）システムは、通常「蟻の巣腐食」として知られる局部腐食による
銅管の漏れが原因で、早期に故障する場合がある。この現象の背後にある複雑なプロセスは
未解明のままであり、著者は以下の研究を行った。(1) 蟻の巣腐食メカニズムに対するリン
の影響、 (2) ナノX 線CT 検査による無酸素銅管における蟻の巣腐食の複雑な形態の解明、
(3) ギ酸と酢酸による銅管の腐食挙動の比較。これらをまとめると以下のようになる：
1. 蟻の巣腐食は、HVAC 産業におけるリン脱酸銅管特有の早期故障である。本研究では、
無酸素銅管(P 0%)、リン脱酸銅管(P 0.02%)、リンを0.21%および0.29%添加した銅管
を10 ppm HCOOH 水溶液に80 日間浸漬し、蟻の巣腐食に対するリンの影響を調査する
ことを目的とした。顕微鏡で観察したところ、60 日間浸漬した銅管の表面はすべて
紫、オレンジ色から紫、灰色/茶色に変化しており、酸化還元反応による残留固形物の
生成を示しており、XRD ではCuO 層と同定された。FESEM/EDX を用いると、無酸素銅
管では、リン脱酸銅管（P 0.02%）よりも多くの分岐トンネルが見つかり、銅壁内部に
はCu とO のみが存在した。0.21%と0.29%のリンを添加した銅管では、複数の微細孔腐
食が発生した。MP-AES の結果、P 0%の試料は銅管（P 0.02%）よりもCu 濃度の平均値
が低く、酸塩基反応が初期段階の腐食に関与していることがわかった。その結果、銅
管へのリンの添加は、蟻の巣腐食の進行促進に影響を及ぼさないことが示された。電
気化学分析により、腐食の初期段階でHCOOH 溶液に浸漬した銅管にリンが急速に溶解
し、蟻の巣腐食メカニズムのアノード反応中に酸素が著しく消費されることが示され
た。したがって、蟻の巣腐食は、水分、酸素、ギ酸を同時に必要とする高純度銅管で
起こりうると結論づけることができる。
2. 「蟻の巣腐食」と呼ばれる珍しいタイプの腐食が、熱交換器に使われる銅管で確認さ
れ、早期故障につながるケースがある。この腐食の特徴は、断面分析で観察された、
アリの巣のような微細な連結トンネルに似た複雑な形態学的パターンであった。しか
し、腐食プロセスに関与する溶存酸素の正確な経路は、断面観察からは依然として不
明である。本研究では、無酸素銅管10.99 cmをギ酸およびギ酸銅（II）溶液（濃度
10、100、1000 ppm）にそれぞれ80 日間浸漬した。光学顕微鏡により蟻の巣腐食が観
察され、100ppm のギ酸、100 および1000ppm のギ酸銅（II）溶液に浸した銅管ではっ
きりと確認できた。ギ酸の平均腐食速度は、10ppm で1.2 10 nm/s、100ppm で
1.9 10 nm/s、1000ppm で0.6 10 nm/sであった。ギ酸銅(II)は、10ppm で
1.4 10 nm/s、100ppm で8.1 10 nm/s、1000ppm で1.3 10 nm/sであっ
た。SEM 観察の結果、枝分かれしたトンネルの壁が酸化皮膜で覆われていることが明ら
かになり、EPMA の結果、酸素と銅元素が主成分であることが確認された。さらに、ナ
ノX 線コンピュータ断層撮影法（CT）により、腐食は銅表面から始まり、枝分かれし
たトンネルによって特徴づけられる局所的な腐食へと進行し、その後壁を貫通するこ
とが示された。
3. カルボン酸、特にギ酸と酢酸は、「蟻の巣腐食 」として知られる局部腐食による暖
房、換気、空調システムの早期故障に関係している。この研究では、異なる濃度（5、
10、50、100ppm）のギ酸および酢酸に20、40、60、80 日間暴露した無酸素銅管の腐食
挙動を調査した。比較調査の結果、それぞれの酸が銅の腐食に与える影響に大きな違
いがあることがわかった。その結果、ギ酸は酢酸よりも銅管の平均重量損失を大きく
し、腐食の影響がより強いことが示された。ギ酸にさらされた銅サンプルは、より広
範囲に表面腐食を示し、どちらの酸も銅表面に結晶性の腐食生成物を形成すること
が、表面分析から判明した。X 線回折（XRD）研究から、ギ酸腐食の結晶性生成物は酸
化第一銅CuOと水酸化ギ酸銅であり、酢酸暴露では酸化第一銅CuOと水酸化酢酸
銅が生成されることが明らかになった。断面調査の結果、酸によって腐食形態に大き
な違いがあることがわかった。ギ酸は複雑に入り組んだ「蟻の巣」のような腐食構造
を作るのに対し、酢酸は銅の表面に浅いピットを形成することがほとんどである。The heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems failed prematurely
due to leaks in copper tubes caused by localized corrosion, usually known as “antnest
corrosion.” The complex processes behind this phenomenon remain unexplained,
motivating the author to conduct the following studies: (1) Effect of phosphorus
on the ant-nest corrosion mechanism; (2) Unveiling the complex morphology of antnest
corrosion in oxygen-free copper tubes through nano X-ray CT examination; and
(3) A comparison of the corrosion behavior of copper tubes induced by formic acid
and acetic acid. All may be summarized as follows:
1. Ant-nest corrosion is a unique premature failure of phosphorus-deoxidized
copper tubes in the HVAC industry. This study aimed to investigate the
effect of phosphorus on ant-nest corrosion by immersing oxygen-free copper
tube (P 0%), phosphorus-deoxidized copper tubes (P 0.02%), and copper tubes
with 0.21% and 0.29% phosphorus in 10 ppm HCOOH solutions for 80 days.
Under microscopic examination, the surfaces of all the copper tubes changed
from purple, orange to purple, gray/brown after immersion for 60 days,
indicating residual solid formation caused by redox reactions, identified
as the CuO layer by XRD. Using FESEM/EDX, more branched tunnels were found
in oxygen-free copper tubes than in the phosphorus-deoxidized copper tubes
(P 0.02%), where only Cu and O were present inside the copper wall. Copper
tubes with 0.21% and 0.29% phosphorus suffered several micro-pitting
corrosions. MP-AES results showed that P 0% samples had a lower mean of Cu
concentration than copper tubes (P 0.02%), and acid-base reactions played
a role in early-stage corrosion. The results showed that the addition of a
phosphorus solid to the copper tube had no effect on the accelerated
progression of ant-nest corrosion. Electrochemical analysis demonstrated
that phosphorus was rapidly dissolved in the copper tubes upon immersion in
the HCOOH solution during the early-stage of corrosion, leading to
significant consumption of oxygen during the anodic reaction of the antnest
corrosion mechanism. Therefore, it can be concluded that ant-nest
corrosion can occur on high-purity copper tubes, which require moisture,
oxygen, and formic acid simultaneously.
2. An unusual type of corrosion, referred to as “ant-nest corrosion”, was
identified in copper tubes used in heat exchangers, leading to premature
failure. This corrosion was characterized by intricate morphological
patterns resembling microscopic interconnecting tunnels observed in crosssectional
analyses, like an ant’s nest. However, the exact pathways of
dissolved oxygen involved in corrosion process remain unclear based on
cross-sectional observations, likely due to the preparation of methods,
such as cutting and polishing, used before examination. In this study,
oxygen-free copper tubes 10.99 cm were immersed in formic acid and copper
(II) formate solutions (concentrations of 10, 100, and 1000 ppm) for 80
days, respectively. LOM showed ant-nest corrosion, which was clearly visible
in copper tubes immersed in 100 ppm formic acid and 100 and 1000 ppm copper
(II) formate solution. The mean corrosion rates for formic acid were
1.2 10 nm/s at 10 ppm, 1.9 10 nm/s at 100 ppm, and 0.6 10 nm/
s at 1000 ppm. Copper (II) formate showed rates of 1.4 10 nm/s at 10
ppm, 8.1 10 nm/s at 100 ppm, and 1.3 10 nm/s at 1000 ppm. SEM
revealed that the branching tunnel walls were coated with an oxide layer,
which EPMA confirmed to be primarily composed of oxygen and copper elements.
Furthermore, nano X-ray computed tomography (CT) indicated that corrosion
initiates on the copper surface and progresses to localized corrosion
characterized by branching tunnels that subsequently penetrate the wall.
3. Carboxylic acids, particularly formic and acetic acids, have been related
to the premature failure of heating, ventilation, and air-conditioning
systems due to localized corrosion known as “ant-nest corrosion.” This
study investigates the corrosion behavior of oxygen-free copper tubes
subjected to different concentrations (5, 10, 50, and 100 ppm) of formic
acid and acetic acid for 20, 40, 60, and 80 days. The comparison
investigation shows significant variations in how each acid affects copper
corrosion. The results show that formic acid causes a larger average weight
loss in copper tubes than acetic acid, indicating a more aggressive
corrosive impact. Surface examinations back up this claim, since copper
samples exposed to formic acid exhibit more extensive surface corrosion,
with both acids forming crystalline corrosion products on the copper surface.
X-ray diffraction (XRD) study revealed that the crystalline products of
formic acid corrosion are cuprous oxide CuO and copper formate hydroxide,
whereas acetic acid exposure produces cuprous oxide CuO and copper
acetate hydroxide. Cross-sectional research reveals a significant variation
in corrosion morphology between the acids: formic acid creates intricate,
deeply penetrating "ant-nest" corrosion structures, whereas acetic acid
mostly forms shallow pits on the copper surface.doctoral thesi
PUFEMによる光導波路デバイスの効率的な解析に関する検討
Get PDF要素内の物理量を多項式で近似する通常の有限要素法は，任意形状への適合性に優れ，高精度な解
析が可能であるが，波動伝搬問題において一般に伝搬方向の分割数を多くする必要があり，計算コストが大きく
なる．この問題を解決する方法の一つとして，波動伝搬を考慮して通常の有限要素法の形状関数をリッチ化する
PUFEM が提案されており，必要となる未知変数を減らすことができるため，効率的な解析が可能となる．本論
文では，これまでに音波や弾性波などの問題に適用されていたPUFEM を光導波路伝搬解析に適用することで，
計算の効率化を図る検討を行っている．journal articl
Extension of measurable velocity limit of ultrasonic velocity profiling based on phase difference gradient analysis
No full textA signal processing method, called the ultrasonic cross-spectrum method, is proposed to extend the measurable velocity limit of ultrasonic velocity profiling. It focuses on the phase difference spectrum within the signal bandwidth and extends the velocity limit by analyzing its gradient. The algorithmic performance is confirmed via echo signal simulation and experimental pipe flow measurement. Consequently, setting a threshold for the coefficient of determination for phase-difference spectrum fitting enables us to reduce the false velocity detection rate to <1.6% and achieve an effective data rate of 42% in low signal-to-noise ratio conditions. This data rate is twice that of a conventional method. Moreover, a comparison of pipe flow results between our method and particle image velocimetry shows that the velocity data difference is within ±2% for a velocity range twice the conventional measurable velocity limit. In short, we demonstrate the potential of this method for high-performance velocity profiling.journal articl
Study on Electronic States and Local Structure for Strongly Correlated Amorphous Alloy Ce-Al
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）近年、アモルファス合金Ce-Alの高圧下で、低密度アモルファスクラスター(LDC)と高密度アモルファスクラスター(HDC)が共存する「ポリアモルフィズム状態」が報告された。この状態は、磁性に寄与するCeの4f電子の局在 ・非局在に起因するとされており、アモルファスのようなランダムポテンシャルにおける電子物性の解明に向けた重要なステップとして注目されている。アモルファスCe系合金の低温物性についてはこれまでに、重い電子系に特徴的な巨大な電子比熱係数γ (> 100 mJ/molK2)や低温電気抵抗のT2の巨大な係数A (> 0.02μΩcm/K2)が観測されており、構造が非周期的であっても強相関電子状態が形成されると考えられている。さらに、アモルファス合金(a-)Ce50Al50(添え字はat%)では、低温において近藤効果および重い電子状態に加え、不規則系に見られる電子の弱局在効果が認められており、不規則系における構造と電子状態の関係が注目されている。本研究では、DC高速スパッタリング法を用いてアモルファスa-Ce50-xLaxAl50およびa-CexAl100-x合金を作製し、その局所構造および電子物性を明らかにし、構造不規則系における局所構造と電子相関を議論した。
a-Ce50Al50のCeに対し、同じ希土類で4f電子を持たないLaを部分的に置換したa-Ce50-xLaxAl50において，磁化率、比熱、X線光電子分光(XPS)を測定した結果、Ceの原子価数はほぼ三価であることが示された。しかし、Ceの常磁性有効磁気モーメントは、Ce3＋で期待される値より小さかった。これは高温においてもCeの4f電子が伝導電子と混成状態にあることに起因している。また、Ce原子1 molあたりの電子比熱係数γCeはおよそ200 mJ Ce-mol-1 K-2で、La置換してもおおむね一定である。これらの結果から、アモルファスCe-Al合金におけるLaの置換はCeの4f電子と伝導電子の混成効果に対して大きな影響を及ぼさず、そのエネルギーの指標となる近藤温度が広い温度範囲に分布していることを結論した。
Ce原子の局所環境と電子間相互作用の関係を明らかにするため、2元系のa-CexAl100-x (x = 25, 50)に対して粉末X線回折測定を行い、還元二体分布関数G(r)を見積もり、その局所構造を明らかにした。その結果、a-Ce25Al75のG(r)のメインピークは、Ce-Alの結合に対応していることが明らかになった。一方、a-Ce50Al50はG(r)のピークに分離が観測され，それらは２種類のCe-Ce原子間距離に対応すると考えられる。磁気抵抗において、a-Ce25Al75がa-Ce50Al50に比べてより強い磁場感度を示す原因が、これらの局所構造の違いによって空間的に不均一な近藤効果が生じている可能性を指摘した。また、どちらの組成比においても局在化したf電子と弱く混成している2つのCeサイトの存在を指摘し、本来、磁場により誘
起される磁気スピンは、構造的乱れおよび混成の空間的分布によって抑制されていることが
示唆された。さらに、a-Ce50Al50 におけるコヒーレントおよびインコヒーレント近藤効果の
共存は、その起源が局所構造に由来すると考えられる。
本研究は、局所構造解析および電気伝導・磁気測定を通じて、強相関アモルファス合金
Ce-Alにおける局所構造と電子相関の解明を目的とした。Ceに対するLaの置換はコヒーレン
ト状態の形成を妨げる一方で、局所構造中に分布するCe原子による局所的な近藤状態には
影響を及ぼさないことが明らかとなった。さらに、二元系Ce-Alの構造解析によって、a-Ce5
0Al50の局所構造中に2種類のCe-Ce原子間距離が存在することが確認された。これに基づき、
磁気抵抗との組み合わせから、異なる局所構造が空間的に不均一な混成を引き起こし、磁気
散乱を抑制するとともに、2つの異なる近藤効果の混合をもたらすことが示唆された。Recent studies have revealed that Ce-Al amorphous alloys exhibit the coexistence of Low-
Density Cluster (LDC) and High-Density Cluster (HDC) clusters under high pressure, driven by the
localization/delocalization transition of Ce 4f electrons. This has deepened our understanding of
electron behavior in disordered structures. Amorphous Ce-based alloys exhibit a large electronic
specific heat coefficient γ (> 100 mJ/molK2) and T2 dependence with a large coefficient A (>
0.02μΩcm/K2) at low temperature. This behavior originates from the hybridization between
conduction electrons and Ce 4f electrons, indicating strongly correlated electron states in a structurally
disordered system. Notably, Ce50Al50 (the suffix is atomic percent) shows both the Kondo effect/heavy
fermion states and a weak localization at low temperatures, underscoring the importance of its
underlying structural complexity concerning electronic behavior. In this study, amorphous a-Ce50-
xLaxAl50 and a-CexAl100-x alloys were prepared using DC high-rate sputtering methods. Their local
structures and electronic properties were examined to investigate the atomic environments and
electron correlations in disordered systems. The main results are summarized as follows:
Substitution of Ce atoms with La (without 4f electrons) and measurements of magnetic
susceptibility, specific heat, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was confirmed that the Ce
valence in a-Ce50-xLaxAl50 is almost trivalent and exhibits hybridization with conduction electrons at
room temperature. This hybridization reduces the value of paramagnetic effective magnetic moment
and persists down to low temperatures. In addition, the γCe in 1 mol of Ce is almost constant in each
Ce concentration (≈ 200 mJ mol-1 K-2). It was concluded that the La substitution in amorphous Ce-
Al alloys does not significantly affect the hybridization of the conduction electrons with the Ce 4f
electrons, whose characteristic energy scale, the Kondo temperature, is distributed over a wide
temperature range.
To elucidate the relationship between the Ce atomic environment and electron behavior, we
performed powder X-ray diffraction measurements on binary amorphous alloys a-CexAl100-x. It was concluded that the Ce25Al75 favors Ce-Al nearest-neighbor interactions, while Ce50Al50 exhibits a coexistence of two structural motifs characterized by a splitting Ce-Ce distribution. The structural difference is responsible for the Ce25Al75 displaying a stronger negative magnetoresistance and magnetic field sensitivity than Ce50Al50, as limited magnetic disorder due to a uniform atomic environment of Ce25Al75, while complex local electronic interactions of Ce50Al50 and spatially inhomogeneous Kondo behavior. Both compositions exhibited evidence of partially localized f-electron states or weakly hybridized Ce sites, with field-induced alignment hindered by structural disorder and variations in hybridization. It was concluded that the mixture of coherent and incoherent Kondo effects of Ce50Al50 can be traced back to the structural origin.
In this study, we aimed to elucidate the electronic states and local structure for strongly correlated amorphous alloy Ce-Al, through local structural analysis as well as electrical and magnetic measurements. It was found that La substitution suppresses the formation of a coherent state. At the same time, it does not affect the local Kondo states induced by Ce atoms randomly distributed within the local structure. Furthermore, structural analysis of the binary alloy a-Ce-Al confirmed the coexistence of two Ce-Ce interatomic distances structural motifs within the local structure of Ce50Al50. Based on this finding, in combination with magnetoresistance measurements, it was indicated that differences in local structure led to spatially inhomogeneous hybridization, suppressing magnetic scattering and resulting in a mixture of two different types of Kondo effects.doctoral thesi
寒冷地の路床・路盤への軽量材の高度利用に関する研究
Get PDF室蘭工業大学Muroran Institute of Technology博士（工学）本研究は，寒冷地におけるアスファルト舗装道路の補修性や耐久性の向上を目指し，地盤条件や気象条件に適した路床と路盤の改良を提案するものである．本研究では，リサイクル材を原料とした軽量盛土材として、下水汚泥と膨張性頁岩を原料にした人工軽量盛土材（軽量材KG）と，廃ガラスを原料としたガラス発泡軽量材（軽量材SS）の2種類を選定した．軽量材KGは路盤への適用性，軽量材SSは路床への適用性を主目的としている．これらの材料を用いて土質試験や凍上試験，繰返し載荷試験，熱的特性試験を実施した．また，寒冷地における切込砕石の上層路盤への適用性を検討するため，粒度調整した砕石を用いてCBR試験と凍上試験を行った．論文の構成は以下の通りである．
第1章では，本論文の背景と研究目的を述べるとともに，論文全体の構成を示した．
第2章では，本研究で使用するリサイクル軽量盛土材の諸元に加え，先行研究で得た知見や問題点を整理するとともに，路盤材の寒冷地利用における既往研究として，粒度調整砕石の上層路盤への適用性や下層路盤における凍結融解履歴に関する研究事例を整理した．
第3章では，軽量材KGの性状確認のための土質試験や凍上試験に加え，珪砂を混合して簡易的に粒度調整を行った3試料においてCBR試験，2種類の拘束圧及び繰返し載荷の有無の条件で三軸試験を実施し強度・変形特性を検討し，剛性と軽量性を併せもつ適正な粒度を提案した．
第4章では，軽量材SSの性状確認のための土質試験やCBR試験および凍上試験に加え，熱的定数を調べて粒子内に多くの間隙が存在することの効果により一般的な砕石と比較して優位な熱的性質であることを示した．さらに凍結深さの抑制効果を熱伝導解析によって明らかにした．
第5章では，寒冷地における粒度調整砕石の最適粒度を検討するため、耐凍上性と支持力を両立する粒度の検討を目的とし品質規格の範囲内で粒度調整した砕石を用いてCBRと凍上試験を実施した．その凍上試験結果，供試体の上部に未凍結部からの水蒸気移動が原因と疑われるアイスレンズが発生する特異な状態を示した．そこで，砕石に対する凍上性判定の課題整理を目的に種々の条件で凍上試験を実施し，供試体上部の密閉度や下部の防湿性が凍上量に与える影響を明らかにすることで水蒸気移動による凍上を裏付けた．
第6章は結論として，本研究の成果の主体をなす第3～4章の内容を総括し，本研究で目指したリサイクル軽量盛土材の路盤または路床への高度利用の適用性を示すとともに第5章で検討した粒度調整した砕石における水蒸気に起因した疑似凍上発生のメカニズムを示し，最後に今後の課題について述べた．
本研究は，寒冷地におけるアスファルト舗装道路の維持管理や耐久性の向上を目指した取り組みに位置づけられ，一連の三軸試験，CBR試験，凍上試験を系統的に実施し，提案する新たな路盤材には，粒子内に多くの間隙が存在することの効果により一般的な砕石と比較して優位な熱的性質であることを明らかにするとともに，凍結深さの抑制効果を熱伝導解析によって明らかにしており，本研究による成果は，寒冷地の既設道路における路床・路盤材の改良に関する研究に対して，社会的に大いに寄与するものであると考えられる．This study focuses on improving the repairability and durability of asphalt pavements in cold regions by adapting the subgrade and subbase course to the soil and weather conditions. Two types of recycled lightweight embankment materials were selected: KG lightweight material (made from sewage sludge and expansive shale) for the subgrade and SS lightweight material (made from waste glass) for the subgrade. Various tests, including soil tests, frost heave tests, cyclic loading tests, and thermal property tests, were performed on these materials. In addition, CBR and frost heave tests were performed on graded crushed stone to evaluate its suitability for upper base course in cold regions. The thesis is structured as follows: 1） Introduction: Background, objectives and structure of the thesis; 2）Literature Review: Previous studies on base course materials in cold regions, focusing on lightweight material and graded crushed stone; 3） Lightweight material KG: Soil tests, frost heave tests, CBR tests with silica sand, and triaxial tests to propose optimal grading; 4） Lightweight material SS: Soil tests, CBR tests, frost heave tests, and thermal property measurements to highlight superior thermal properties. Graded crushed stone: Optimal grading to balance frost heave resistance and bearing capacity, with tests showing ice lenses due to water vapor movement; 5） CBR and freeze-up tests were conducted to determine the optimal grain size of graded crushed stone in cold regions. The tests aimed to find a grain size that balances freeze-up resistance and bearing capacity. Results showed ice lenses forming in the upper part of the specimen, due to water vapor migration from the unfrozen part. Various conditions were tested to understand the effects of sealing the upper part and damp-proofing the lower part on freezing, confirming that water vapor movement causes freezing; 6) This chapter summarizes the main findings from Chapters 3 and 4, demonstrating the applicability of recycled lightweight embankment materials for advanced use in base and subgrades. It also explains the mechanism of pseudo-freezing caused by water vapor in graded crushed stone, as investigated in Chapter 6, and discusses future challenges.
This study is positioned as an effort to improve the maintenance and durability of asphalt paved roads in cold climates region. In this study, a series of triaxial tests, CBR tests, and frost heaving test were conducted systematically. The proposed new roadbed and subgrade materials were shown to have a large number of voids within the particles, and the effect of this on the thermal properties was found to be superior to that of ordinary crushed stone. The effect of the freezing depth suppression is also clarified by heat conduction analysis. The results of this study are expected to make a significant contribution to research on the improvement of roadbed and subgrade materials on existing roads in cold regions.doctoral thesi
電場変調分光法を用いたπ共役系有機半導体および蛍光プローブ分子の電子状態に関する研究
Get PDF室蘭工業大学博士（工学）有機半導体および蛍光プローブ分子は、有機エレクトロニクス、有機光エレクトロニクス、太陽電池、バイオイメージング、蛍光センサーなどへの応用が期待されており、それらの電子状態を理解することは基本的に重要である。電子状態を特徴づけるパラメーターとして分極率および電気双極子モーメントが知られており、これらのパラメーターは電場や光に対する分子の挙動を理解する上で重要である。これらのパラメーターに関する情報を得る最も強力な手法の一つが電場変調分光法であり、励起状態と基底状態の間の双極子モーメントや分極率の変化を実験的に決定できる。双極子モーメントは光励起にともなう電荷移動・電荷分離を定量的に示す指標として重要であり、分極率の値は分子軌道の空間的な広がりに関する情報を与える。本論文では有機半導体分子PTCDIおよび複数の蛍光プローブ分子について研究を行った。
PTCDIは、π共役電子系をもつ化合物であり高い電子移動度と大きなモル吸収係数を特徴とするn型有機半導体分子である。また光電子デバイス、有機薄膜トランジスタ、センサー、有機太陽電池の作成などに広く応用されている分子である。自己組織化によりナノワイヤー/ナノファイバーなどの超分子系を形成し、光触媒活性を示すことも知られている。本研究ではPTCDI-C8の電場変調スペクトルを測定し、励起子の非局在化メカニズムについて研究を行った。Excimer-like蛍光バンドにおける分極率の変化量がモノマー分子に比べて大きいことを明らかにし、複数のPTCDI-C8分子の間でコヒーレントなエネルギー移動が起きていることを示唆する結果を得た。
BODIPYおよびBOPHY誘導体は、可視光領域から近赤外光領域にわたる蛍光を示す熱的・光化学的安定性に優れた蛍光プローブ分子として知られている。これらの特性により、バイオイメージング、蛍光センシング、光線力学療法、および有機発光ダイオードなど幅広い分野での応用が期待されている。本研究ではBODIPY誘導体の電場吸収スペクトルを測定し、その解析から励起状態と基底状態間の分極率や双極子モーメントの変化を求めた。さらにBOPHY誘導体が示すパラメーターの比較から、電子状態の置換基効果について考察した。
以上、本論文では、電場変調分光法を用いることにより、有機半導体分子の励起子輸送メカニズムを明らかにし、蛍光プローブ分子の電子状態を特徴づけるパラメーターを決定した。本研究で得られた新たな知見は、これらの機能性分子を諸分野に応用するうえで有用であると考えられる。Understanding the electronic states in organic semiconductors and fluorescence probe molecules is important for advancing their applications in organic electronics, organic optoelectronics, photovoltaics, bioimaging, and fluorescence sensor. The polarizability and dipole moment are parameters which characterize the electronic states, and they are also fundamental properties of molecules which play crucial roles in understanding the behavior of molecules in response to electric fields and light. One of the most powerful methods to obtain information on these molecular parameters is an electric field modulation spectroscopy. By using this technique, we can experimentally determine the change in dipole moment and polarizability between the excited and ground states. The dipole moment is important as the measure of the charge transfer and charge separation associated with photoexcitation. The polarizability can provide with information on the spatial extension of the molecular orbitals in the excited state.
PTCDI is a π-conjugated n-type organic semiconductor molecule widely utilized in development of optoelectronic devices, organic thin-film transistors, sensors, organic solar cells, and nanowires/nanofibers due to its high electron mobility and large molar absorption coefficient. PTCDI can form supramolecular systems such as nanofibers via self-assembly, and the aggregated PTCDI has photocatalytic activity. Electric field modulation spectroscopy was used to study the mechanism of the exciton delocalization in the aggregated system of PTCDI-C8. The larger change in the polarizability was observed for the excimer-like fluorescence band than that for the monomer fluorescence. This result demonstrates that coherent energy transfer occurs among PTCDI-C8 molecules leading to the exciton delocalization.
BODIPY and BOPHY dyes are highly versatile class of fluorophores which have excellent thermal and photochemical stability, and fluorescence characteristics across the visible and near-infrared regions, making them widely applicable in bioimaging, sensing, photodynamic therapy, optoelectronic devices, and organic photovoltaic cells. From the analysis of the electroabsorption spectra of the BODIPY and BOPHY derivatives, the change in polarizability and dipole moment between the excited and ground states was obtained. The substitution effect on the electronic states was discussed from the difference in the dipole moment and polarizability of molecules having different substitution groups
In this thesis, using electric field modulation spectroscopies, the electronic states and energy transfer mechanism of organic semiconductor and fluorescence dye molecules have been studied. The insights gained in this thesis are critical for expanding the horizon of the applications of these molecules in their respective fields.doctoral thesi
An Analysis of Student Responses to English Communication Classes during COVID
Get PDFThis paper presents the results from a study focused specifically on EFL classes that used a communicative language teaching (CLT) approach. The aim of the study was to explore students’ attitudes to both online and in-classroom communicative English language learning, and subsequently consider what implications these would have for student learning and teacher pedagogy. As part of a questionnaire survey administered to 327 non-English major students at a science and engineering university, an open response section was included in the survey. Participants were asked to write about their overall experience of learning communicative English both online and in the classroom. A total of 43 valid responses were received. Summative content analysis was used to identify eight main themes from the written data: Technical issues; Worksheets; Breakout rooms – benefits; Breakout rooms – problems; Online advantages; Classroom advantages; Health; and Preferences. As with the questionnaire data, analysis of the written responses showed that students clearly prefer in-class language learning. Students considered the classroom-based pedagogy to be more effective, particularly in terms of peer involvement and interaction. Findings from this study have significant implications for how students experience communicative language learning and how teachers can best enhance this experience.departmental bulletin pape
Improvement and Future Issues in “Basics of Economy” and “Economy Today”
Get PDFThis report discusses improvements and issues in the lectures of the liberal arts courses " Basics of Economy" and "Economy Today". Improvements in "Basics of Economy" include the promotion of communication with students and the implementation of group discussions among students. Problems with "Basics of Economy" include issues that occur in group discussions, the adverse effects of large classes, time constraints, and fairness among classes. Improvements of "Economy Today" include teachers' understanding of students' level of understanding due to the face-to-face teaching, renewal of lecture contents, and inviting new outside lecturers. The issue unique to "Economy Today" is the selection and appointment of appropriate external lecturers.departmental bulletin pape
High-Pressure Synthesis, Crystal Structures, and Hydrogenation Properties of MgYNi and (Mg,Y)2Ni Compounds
No full textThis study presents two new structures of compounds in the Mg−Y−Ni ternary system, MgYNi
with a hexagonal ZrNiAl-type structure and Mg2-xYxNi with an orthorhombic Mg2Cu-type
structure, both obtained through a high-pressure synthesis technique at GPa-order pressures.
MgYNi with the ZrNiAl-type structure underwent a phase transformation into an orthorhombic
MoAlB-type structure at 622 K in an Ar atmosphere via an exothermic reaction. Additionally,
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MgYNi with the ZrNiAl-type structure exhibited hydrogen absorption at 313 K under 5 MPa H2
and formed MgYNiH∼4.7 with the ZrNiAl-type structure, resulting in volume expansion of
approximately 24.7%. Mg2-xYxNi with the Mg2Cu-type structure was obtained at 0.12 < x < 0.26.
Hydrogenation of Mg2-xYxNi with the Mg2Cu-type structure at 598 K and 8 MPa resulted in
decomposition into monoclinic and orthorhombic phases of Mg2NiH4 along with YH3 and Ni.
Hydrogen desorption temperature of the hydrogenated Mg2-xYxNi was approximately 50 K lower
than that of Mg2Ni after hydrogenation.journal articl