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論文

Dynamic nuclear self-polarization of III-V semiconductors

小泉 光生; 後藤 淳*; 松木 征史*

Journal of Semiconductors, 39(8), p.082001_1 - 082001_5, 2018/08

動的自己核偏極(Dynamic nuclear self-polarization, DYNASP)はIII-V族半導体で見られる現象で、価電子帯の電子をレーザーで伝導帯に励起すると、数K程度の臨界温度以下で大きな核偏極が得られる。我々は、Dyakonovらの理論を拡張し、円偏光したレーザーによって励起した電子のスピン分布を偏らせた場合や、外部磁場がある場合の核偏極現象への影響を調べた。その結果、励起された電子スピン分布の偏りにより、臨界温度近くにおいても核偏極が得られることを明らかにした。また、外部磁場も電子スピン分布偏極と同じような影響を及ぼすことを明らかにした。こうした現象を実験的に調べるため、低温での実験ができる装置を開発し、実験の準備を進めているので、その報告もあわせて行う。

論文

Production of $$^{13}$$N-labeled nitrogen gas tracer for the imaging of nitrogen fixation in soybean nodules

石井 里美; 井倉 将人*; 尹 永根; Hung, N. V. P.*; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 小柳 淳*; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 98, 2014/03

Nitrogen is the most important nutrient for the plants. Soybean can utilize nitrogen from atmospheric N$$_{2}$$ fixed by nodules which are symbiotic organs of leguminous plants with rhizobia. In the beginning of this research project, we set our methodological goal to visualize and analyze the nitrogen fixation in the nodules and subsequent nitrogen transport to the aerial part in a plant using $$^{13}$$N and PETIS. Previously, we have developed a method of production of highly purified $$^{13}$$N-labelled nitrogen gas tracer using gas chromatography and successfully visualized nitrogen fixation in intact nodules. However, the yields of the tracer were only a few ten megabecquerels and too low to visualize the transport of fixed nitrogen to the aerial part. Therefore, we have been trying to improve the production method to gain much higher radioactivity with consideration of the very short half-life of [$$^{13}$$N]N$$_{2}$$. In this study, we tested a new technique to turn the main by-product [$$^{13}$$N]N$$_{2}$$O into the desired product [$$^{13}$$N]N$$_{2}$$ directly.

論文

Analysis of the effect of O$$_{2}$$ partial pressure on nitrogen fixation in soybean plant using positron-emitting tracer

Hung, N. V. P.; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 尹 永根; 小柳 淳; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 99, 2014/03

ダイズの根粒における共生的窒素固定に対する周辺空気の組成、とくに酸素分圧の及ぼす影響について解析するために、ポジトロンイメージング(PETIS)による画像化と解析を行った。窒素13ガスを製造、精製し、所定の酸素分圧となるようにトレーサガスを調製した。これをダイズ根粒に10分間投与し、PETISによりイメージングを行った。減衰を待ち、同一個体を対象に、酸素分圧を変えて(0%, 10%, 20%)実験を繰り返し、合計3回の実験を行った。各実験回において根粒が窒素を固定する動画像が得られ、これらのデータを解析したところ、酸素分圧が通常の20%から10%に低下した場合、窒素固定活性も顕著に低下するが、その程度は0%の場合とさほど変わりないことが明らかになった。

論文

Dynamic nuclear self-polarization for measurements of nuclear magnetic moments

小泉 光生; 後藤 淳*; 松木 征史*; 中村 詔司

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 317(Part B), p.689 - 692, 2013/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

動的自己核偏極(Dynamic nuclear self-polarization: DYNASP)はIII-V族半導体で見られる現象で、価電子帯の電子をレーザーで伝導帯に励起すると、数K程度の臨界温度以下で大きな核偏極が得られる。この現象は、Dyakonovらが理論的に予言している。われわれは、円偏光したレーザーを用いて電子を励起した場合、臨界温度近くにおいても核偏極が得られることを明らかにした。大きな核偏極が得られると、不安定核の核磁気モーメントの測定感度を上げることができる。しかしながら、DYNASPに関する実験報告は、会議録に見られるだけである。そこで、この現象を明らかにするために、DYNASPに関する研究をすすめている。本会議では、DYNASPを用いた核磁気モーメント測定法の開発について、進捗状況を報告する。

論文

Quantitative analysis of the initial transport of fixed nitrogen in nodulated soybean plants using $$^{15}$$N as a tracer

Hung, N. V. P.*; 渡部 詩織*; 石川 伸二*; 大竹 憲邦*; 末吉 邦*; 佐藤 孝*; 石井 里美; 藤巻 秀; 大山 卓爾*

Soil Science and Plant Nutrition, 59(6), p.888 - 895, 2013/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.52(Plant Sciences)

The quantitative analysis of the initial transport of fixed $$^{15}$$N in intact nodulated soybean plants was investigated at the vegetative stage and pod-filling stage by the $$^{15}$$N pulse-chase experiment. The nodulated roots were exposed to N$$_{2}$$ gas labeled with a stable isotope $$^{15}$$N for 1 hour. Plant roots and shoots were separated into three sections with the same length of the main stem or primary root. Approximately 80% and 92% of fixed N was distributed in the basal part of the nodulated roots at vegetative and pod-filling stage the end of 1 hour of $$^{15}$$N$$_{2}$$ exposure, respectively. In addition, about 90% of fixed $$^{15}$$N was retained in the nodules and 10% was exported to root and shoot after 1 hour of $$^{15}$$N$$_{2}$$ exposure at pod-filling stage. The percentage distribution of $$^{15}$$N in the nodules at pod-filling stage decreased from 90% to 7% during the 7 hours of the chase-period, and increased in the roots (14%), stems (54%) leaves (12%), pods (10%), and seeds (4%). The $$^{15}$$N distribution was negligible in the distal root segment, suggesting that nitrogen fixation activity was negligible and recycling fixed N from the shoot to the roots was very low in the initially short time of the experiment.

論文

Excitation functions for production of Rf isotopes in the $$^{248}$$Cm + $$^{18}$$O reaction

村上 昌史*; 後藤 真一*; 村山 裕史*; 小嶋 貴幸*; 工藤 久昭*; 加治 大哉*; 森本 幸司*; 羽場 宏光*; 工藤 祐生*; 住田 貴之*; et al.

Physical Review C, 88(2), p.024618_1 - 024618_8, 2013/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:38.03(Physics, Nuclear)

$$^{248}$$Cm+$$^{18}$$O反応で生成するラザホージウム同位体$$^{260}$$Rf, $$^{261a}$$Rfおよび$$^{262}$$Rfの励起関数を、エネルギー88.2-101.3MeVの範囲で気体充填反跳分離装置を用いて測定した。特に数秒の半減期をもつ自発核分裂成分の励起関数に注目した。これまで、この生成反応に伴う自発核分裂は$$^{261b}$$Rfおよび$$^{262}$$Rfの核異性体の崩壊によるものと考えられてきたが、励起関数の比較により、$$^{261b}$$Rfの崩壊にのみ関連する事象であることを明らかにし、その崩壊様式を決定した。

論文

Effect of nitrate on nodulation and nitrogen fixation of soybean

大山 卓爾; 藤掛 浩行*; 八島 裕幸*; 七夕 小百合*; 石川 伸二*; 佐藤 孝*; 西脇 俊和*; 大竹 憲邦*; 末吉 邦*; 石井 里美; et al.

Soybean Physiology and Biochemistry, p.333 - 364, 2011/11

Soybean Physiology and Biochemistryの中の、ダイズ植物の根粒形成及び窒素固定に対する硝酸の影響という章で研究成果をまとめている。窒素固定について、$$^{13}$$N標識窒素ガスを製造し、非侵襲的にイメージングし、定量することができた。硝酸処理下で$$^{11}$$C標識二酸化炭素を投与して光合成産物の根への分配をPETISにより観察し、さらに根粒の成長との関連を調べた。ひとつの植物の根を、硝酸処理区と無処理区に分けて$$^{11}$$C標識光合成産物の根への移行を観察したところ、硝酸処理区の根への移行が早いことがわかった。$$^{13}$$N標識硝酸を根粒着生株と非着生株の根に与え、硝酸処理区,無処理区で吸収,移行の様子を観察したところ$$^{13}$$N標識硝酸の吸収,移行に差はなかった。このことから、根粒の着生は硝酸の吸収,移行に影響を与えないことがわかった。根粒の窒素固定や硝酸の影響に関してPETISを用いたデータが大きく貢献している。

論文

Fluorido complex formation of element 104, rutherfordium (Rf)

石井 康雄; 豊嶋 厚史; 塚田 和明; 浅井 雅人; Li, Z.*; 永目 諭一郎; 宮下 直*; 森 友隆*; 菅沼 英夫*; 羽場 宏光*; et al.

Bulletin of the Chemical Society of Japan, 84(9), p.903 - 911, 2011/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:50.96(Chemistry, Multidisciplinary)

本研究では、HF/HNO$$_{3}$$水溶液中における104番元素ラザホージウム(Rf)の陽イオン交換挙動を4族同族元素Zr, Hf並びに擬同族元素Thとともに調べた。その結果、HF/0.10M HNO$$_{3}$$水溶液中におけるRfの分配係数($$K_{d}$$)はフッ化物イオン濃度([F$$^{-}$$])の増加に対して減少することがわかった。これはRfフッ化物錯体の逐次錯形成を示している。また、Rfと同族元素の$$K_{d}$$値の変化を水素イオン濃度([H$$^{+}$$])の関数として調べた。log$$K_{d}$$値はlog[H$$^{+}$$]に対して直線的に減少し、その傾きは-2.1から-2.5の間であった。この結果はこれらの元素が同じ錯イオン、おそらく[MF]$$^{3+}$$と[MF$$_{2}$$]$$^{2+}$$の混合物として溶液中に存在することを示している。またそのフッ化物錯体形成の強さはZr$$sim$$Hf$$>$$Rf$$>$$Thの順であった。

論文

Design of a 4$$pi$$ LaBr$$_{3}$$(Ce) spectrometer for neutron capture cross section measurements

後藤 淳*; 原田 秀郎; 北谷 文人; 永井 泰樹; 大島 真澄; 瀬川 麻里子; 藤 暢輔

Journal of the Korean Physical Society, 59(2), p.1585 - 1588, 2011/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.59(Physics, Multidisciplinary)

中性子飛行時間測定法及び即発$$gamma$$線分光法を適用し、中性子捕獲断面積を導出するために、全立体角LaBr$$_{3}$$(Ce)スペクトロメータを設計した。設計にあたり、4種類の体系をモンテカルロシミュレーションにより評価し、性能とコストの最適化を図った。設計した体系を中性子捕獲断面積測定に適用した場合の性能をシミュレーションにより評価し、その有効性を示した。

論文

Dynamic nuclear self-polarization with circularly polarized light

小泉 光生; 後藤 淳*; 松木 征史*

Journal of Applied Physics, 110(1), p.013911_1 - 013911_8, 2011/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.05(Physics, Applied)

III-V半導体の格子核は、低温において、光学的に励起された伝導電子との超微細相互作用で、自ら核偏極することが理論的に予言されている。本論文では、円偏向した光で電子を励起したときの効果を理論に組み込んだので、その結果を報告する。計算から、円偏向した光を導入すると、核偏向を大きくできること、核偏極の方向を制御できること、がわかった。また、電子の偏極度を光で制御しながら変化させると、核偏極度がヒステリシスを示すことがわかった。

論文

Regulation of root nodule formation in leguminous plants

伊藤 小百合; 藤巻 秀; 加藤 太一*; 大竹 憲邦*; 末吉 邦*; 大山 卓爾*

Nitrogen assimilation in plants, p.205 - 214, 2010/07

Leguminous plants can form root nodules as symbiotic organs with soil bacterium rhizobia. The rhizobia fix atmospheric nitrogen in nodules, and the host plants can use this fixed nitrogen in exchange for providing photosynthate as an energy source. The nodule formation is regulated systemically in the host plants to prevent excess nodulation. This process is referred to as autoregulation of nodulation (AON), which includes communication between shoot and root. Hypernodulation mutants, a part of the AON is impaired, can form large number of nodules than the wild type. Using the hypernodulation mutants is thought to be an effective approach to clarify the mechanism of the AON. Recently, we found that the AON is related to the control system of leaf cell proliferation by analysis of the growth of the mutants. In this report, the AON mechanism is reviewed especially in relations to physiological features of the hypernodulation mutants.

論文

Extraction of chromatographic behavior of Rf, Zr, and Hf in HCl solution with styrenedivinylbenzene copolymer resin modified by TOPO (trioctylphosphine oxide)

豊嶋 厚史; 笠松 良崇*; 塚田 和明; 浅井 雅人; 石井 康雄; 當銘 勇人*; 西中 一朗; 佐藤 哲也; 永目 諭一郎; Sch$"a$del, M.; et al.

Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences, 11(1), p.7 - 11, 2010/06

本研究では、ラザホージウム(Rf)並びに同族元素Zr, Hfの2.0-7.0M塩酸水溶液からトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)への抽出挙動を調べた。塩酸水溶液の濃度増加に伴ってこれらの元素の抽出率は増加し、その抽出順はZr$$>$$Hf$$geq$$Rfであることを明らかにした。この実験結果から、RfCl$$_{4}$$$$cdot$$2(TOPO)錯体の安定性は同族元素の同じ錯体よりも低いことが考えられる。

論文

空気中の窒素を養分にするマメ科植物の「根粒」の機能の画像化

藤巻 秀; 石井 里美; 大山 卓爾*

放射線と産業, (124), p.32 - 35, 2009/12

根粒は、マメ科植物などの根が土壌細菌の一種である「根粒菌」に感染することにより着生する特殊な器官であり、根粒菌が空気中の窒素ガスをアンモニアに変換する働きにより、植物は窒素栄養を獲得することができる。この「共生的窒素固定」と呼ばれる機能は世界の食糧生産にとって非常に重要な役割を果たしている。最近、筆者らのグループは、この「共生的窒素固定」の様子をポジトロンイメージング技術と窒素13標識窒素ガストレーサを用いて非侵襲的にイメージングすることに成功し、論文発表を行った。本論文はこの内容を紹介するとともに、その学術的・社会的背景についても述べるものである。

論文

The Production of $$^{13}$$N-labeled nitrogen gas tracer and the imaging of nitrogen fixation in soybean nodules

石井 里美; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平; 大竹 憲邦*; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2009-041, JAEA Takasaki Annual Report 2008, P. 106, 2009/12

The nodule is a symbiotic organ of leguminous plants with rhizobium. Soybean plants utilize nitrogen (N) fixed by nodules from atmospheric N$$_{2}$$. Until now, $$^{15}$$N, a stable isotope, has long been used for studies of N$$_{2}$$ fixation. However, because this method is invasive, it has been difficult to analyze an instant response to an environmental (ex. temperature, light) changes. The purpose of our study is to image the N$$_{2}$$ fixation and analyze the kinetics quantitatively and noninvasively by using nitrogen gas labeled with $$^{13}$$N (half life: 10 min), a positron emitting isotope, and PETIS (positron-emitting tracer imaging system). Previously, we succeeded in producing $$^{13}$$N-labeled nitrogen gas However, it was required to purify the gas because it was likely to contain physiologically active $$^{13}$$N-labeled impurities. In this paper, we report development of a new method of production of pure $$^{13}$$N$$_{2}$$ and the imaging of nitrogen fixation.

論文

Real-time imaging of nitrogen fixation in an intact soybean plant with nodules using $$^{13}$$N-labeled nitrogen gas

石井 里美; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 河地 有木; 大竹 憲邦*; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

Soil Science and Plant Nutrition, 55(5), p.660 - 666, 2009/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:69.71(Plant Sciences)

Real-time images of nitrogen fixation in an intact nodule of hydroponically cultured soybean (Glycine max [L] Merr.) were obtained. In this study, we developed a rapid method to produce and purify $$^{13}$$N (half life: 9.97 min)-labeled radioactive nitrogen gas. $$^{13}$$N was produced from the $$^{16}$$O (p, $$alpha$$) $$^{13}$$N nuclear reaction. CO$$_{2}$$was filled in a target chamber and irradiated for 10 min with protons at energy of 18.3 MeV and electric current of 5 $$mu$$A which was delivered from a cyclotron. All CO$$_{2}$$ in the collected gas was absorbed and removed with powdered soda-lime in a syringe, and replaced by helium gas. The resulting gas was injected into GC and separated, and 35 mL of fraction including the peak of [$$^{13}$$N]-nitrogen gas was collected by monitoring the chromatogram. The obtained gas was mixed with 10 mL of O$$_{2}$$ and 5 mL of N$$_{2}$$ and used in the tracer experiment. The tracer gas was fed to the underground part of intact nodulated soybean plants and serial images of distribution of $$^{13}$$N were obtained noninvasively using PETIS (positron-emitting tracer imaging system). The rates of nitrogen fixation of the six test plants were estimated as 0.17 $$pm$$ 0.10 $$mu$$mol N$$_{2}$$h$$^{-1}$$ (mean $$pm$$ SD) from the PETIS image data. The decreasing rates of assimilated nitrogen were also estimated as 0.012 $$pm$$ 0.011 $$mu$$mol N$$_{2}$$h$$^{-1}$$ (mean $$pm$$ SD).

論文

Adsorption of Db and its homologues Nb and Ta, and the pseudo-homologue Pa on anion-exchange resin in HF solution

塚田 和明; 羽場 宏光*; 浅井 雅人; 豊嶋 厚史; 秋山 和彦*; 笠松 良崇; 西中 一朗; 市川 進一; 安田 健一郎; 宮本 ユタカ; et al.

Radiochimica Acta, 97(2), p.83 - 89, 2009/02

 被引用回数:19 パーセンタイル:15.82(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

105番元素ドブニウム(Db)及び周期表上同族の5族元素ニオブ(Nb),タンタル(Ta),擬5族のプロトアクチニウム(Pa)のフッ化水素酸水溶液中における陰イオン交換挙動を観測した。実験にはタンデム加速器施設に設置したオンライン自動迅速イオン交換分離装置を利用し、$$^{248}$$Cm+$$^{19}$$F反応で生成する$$^{262}$$Db(半減期34秒)を対象に13.9Mフッ化水素酸水溶液におけるイオン交換樹脂への分配係数を測定した。上記元素とDbの溶離挙動を比較すると、Dbの分配係数は5族元素Nb及びTaに比べて小さく、その傾向はむしろ擬5族のPaに近いという結果を得た。この結果は超アクチノイド元素であるDbのフッ化物陰イオン錯体が同族元素と異なるという興味深いものである。

論文

The Production of $$^{13}$$N-labeled nitrogen gas for imaging of nitrogen fixation by soybean nodule

石井 里美; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平; 大竹 憲邦*; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 111, 2008/11

The nodule is a symbiotic organ of leguminous plants with rhizobium. Soybean plants utilize nitrogen (N) fixed by nodules from atmospheric N$$_{2}$$. Until now, $$^{15}$$N, a stable isotope, has long been used for kinetics of N$$_{2}$$ fixation and dynamics of transport of fixed N. However, because this method is invasive, it has been difficult to analyze an instant response to an environmental (ex. temperature, light conditions) change with these methods because they are invasive. We are planning to image and analyze such kinetics and dynamics quantitatively and noninvasively by using nitrogen gas labeled with $$^{13}$$N (half life: 10 min), a positron emitting isotope, and PETIS (positron imaging tracer imaging system). In this paper, we report the synthesis and purification of $$^{13}$$N-labeled nitrogen gas ($$^{13}$$N$$_{2}$$).

論文

Hexafluoro complex of rutherfordium in mixed HF/HNO$$_{3}$$ solutions

豊嶋 厚史; 羽場 宏光*; 塚田 和明; 浅井 雅人; 秋山 和彦*; 後藤 真一*; 石井 康雄; 西中 一朗; 佐藤 哲也; 永目 諭一郎; et al.

Radiochimica Acta, 96(3), p.125 - 134, 2008/03

 被引用回数:23 パーセンタイル:13(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

$$^{248}$$Cm($$^{18}$$O,5n)$$^{261}$$Rf反応により104番元素ラザホージウム(Rf)を生成し、陰イオンフッ化物錯体の形成を陰イオン交換法を用いて調べた。フッ化物イオン濃度0.0005-0.013MでRfヘキサフルオロ錯体[RfF$$_{6}$$]$$^{2-}$$が形成することを初めて明らかにした。[RfF$$_{6}$$]$$^{2-}$$の形成は同族元素Zr, Hfのヘキサフルオロ錯体と著しく異なり、[RfF$$_{6}$$]$$^{2-}$$の錯形成定数は同族元素Zr, Hfの錯形成定数より少なくとも一桁小さいことを明らかにした。

論文

Excitation energy dependence of fragment mass and total kinetic energy distributions in proton-induced fission of uranium isotopes

西中 一朗; 谷川 勝至*; 後藤 真一*; 西尾 勝久; 浅井 雅人; 塚田 和明; 永目 諭一郎; 工藤 久昭*

Nuclear Physics A, 805, p.434 - 436, 2008/00

アクチノイドの核分裂過程において、分裂核や分裂片の殻効果が、変形や質量分割に対してどのように影響しているのかを解明するため、$$^{233,238}$$Uの10.0, 11.5, 13.0MeV陽子誘起核分裂で生成する分裂片の質量と全運動エネルギー分布の励起エネルギー依存性を実験的に調べた。非対称分裂モードにおける中性子数82の球形殻効果を持つ質量数132近傍の分裂片収率の励起エネルギー依存性が、中性子数86-88の変形殻効果を持つ質量数143近傍の分裂片収率の励起エネルギー依存性に比べ、大きいことがわかった。この非対称分裂モードにおける収率のエネルギー依存性は、アクチノイドの熱中性子核分裂と冷たい核分裂での観測と相反する傾向である。本実験結果とこれまでに報告された他の核分裂系での結果を比較し、非対称分裂モードにおける分裂片質量と運動エネルギー分布に対する分裂片の殻効果について議論する。

論文

Analysis toxic elements by MPGA

藤 暢輔; 小泉 光生; 大島 真澄; 木村 敦; 初川 雄一; 長 明彦; 後藤 淳*

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 272(2), p.303 - 305, 2007/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.65(Chemistry, Analytical)

核データ測定の応用研究として多重即発$$gamma$$線分析法の開発研究を実施している。即発$$gamma$$線分析は迅速・非破壊分析であり、試料の化学状態や形による影響を受けない。多重即発$$gamma$$線分析(MPGA)では、同時に放出される即発$$gamma$$線を2台以上の検出器を用いて検出し、2次元スペクトルを作成して解析を行う。これにより従来法に比べて分解能が飛躍的に向上する。MPGAでは元素の出す即発$$gamma$$線のエネルギーだけでなく、核構造データも必要となるが、即発$$gamma$$線のエネルギーに比べ原子核の励起状態は解明されていない領域が多く存在している。そのため、MPGAに必要な核構造に関するデータベース構築を行う予定である。MPGAの検出装置をJRR-3Mの中性子ガイドホールに設置した。この装置は3台のクローバー型Ge検出器及びBGOコンプトンサプレッサーで構成されており、1MeVの$$gamma$$線に対する絶対効率は8パーセント程度である。ADC-DSPによるデータ収集モジュール,液体窒素自動補給装置等を整備し、Cd, Auなどの即発$$gamma$$線による基本性能テストを行った。本研究は新エネルギー産業技術総合開発機構(NEDO)産業技術研究助成事業の一部として実施された。

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