メゾスコピック系特有の物性を取り入れた宇宙ダスト生成過程の解明実験

• 研究課題/領域番号: 24684033
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 北海道大学 (2014); 東北大学 (2012-2013)
• 研究代表者: 木村 勇気 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (50449542)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 28,080千円 (直接経費: 21,600千円、間接経費: 6,480千円); 2014年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2013年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2012年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)
• キーワード: 結晶成長 / ナノ粒子 / 宇宙ダスト / 干渉法 / 核生成

研究成果の概要

気相中で微粒子が核生成する際の温度と濃度を干渉計を用いて決定することに成功し、核生成理論を用いることで、ナノ粒子の表面自由エネルギーと付着確率の決定に成功した。その結果、均質核生成には10の4乗から10の14乗という超高過飽和が必要であり、付着確率は0.01%という小さな値を取ることが分かった。また、非晶質相が核生成した後に結晶相に転移することや、核生成初期には結晶構造が未決定なことなど、均質核生成の描像の一端を解明した。

研究成果

• [雑誌論文] In- situ infrared measurements of free-flying silicate during condensation in the laboratory (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinnosuke Ishizuka, Yuki Kimura, Itsuki Sakon
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 803 号: 2 ページ: 88-88
  • DOI: 10.1088/0004-637x/803/2/88
  • NAID: 120005745375
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] S-520 Sounding Rocket Experiments of Materials Science under Microgravity (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuko Inatomi, Yuki Kimura, Katsuo Tsukamoto, Yoshiki Takagi, Shinsuke Takeuchi, Nobuaki Ishii
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12
  • NAID: 130004696967
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of the Homogeneous Nucleation of Manganese in the Vapor Phase and Determination of Surface Free Energy and Sticking Coefficient (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura, K.K. Tanaka, H. Miura, K. Tsukamoto
  • 雑誌名: Cryst. Growth Des 巻: 12 号: 6 ページ: 3278-3284
  • DOI: 10.1021/cg300417c
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微小重力環境利用に向けた宇宙ダスト生成の "その場" 観察実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、稲富裕光、田中今日子、真木孝雄、三浦均、左近樹、野沢貴也、塚本勝
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 巻: 39 ページ: 68-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ observation of nucleation and growth environment of cosmic dustanalogues (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura, K. K. Tanaka, H. Miura, K. Tsukamoto
  • 雑誌名: Proceedings of G-COE Symposium 2012-Achievements of C-COE program for earth and planetary dynamics ページ: 103-104
• [雑誌論文] 超高過飽和環境下で生成するナノ粒子の表面自由エネルギーと吸着係数の同時決定と微小重力実験の重要性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、野沢貴也、田中今日子、三浦均、真木孝雄、塚本勝男、左近樹、稲富裕光
  • 雑誌名: 日本マイクログラビティ応用学会誌 巻: 29 ページ: 184-189
  • NAID: 10031143479
• [学会発表] 塩素酸ナトリウムナノ結晶の溶解過程のTEM観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、山﨑智也、佐藤久夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場 （千葉市）
  • 年月日: 2015-05-24 – 2015-05-28
• [学会発表] 高過飽和気相からの均一核生成過程の赤外スペクトルその場測定実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石塚紳之介、木村勇気
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場 （千葉市）
  • 年月日: 2015-05-24 – 2015-05-28
• [学会発表] ガス中蒸発法におけるナノ粒子生成過程の高速偏光“その場”観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、三原新、大沼隼志、石塚紳之介、村山健太、塚本勝男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 （横浜市）
  • 年月日: 2015-04-28 – 2015-05-02
• [学会発表] 鉄ダストの均質核生成時の付着確率 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、田中今日子、稲富裕光、竹内伸介、塚本勝男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 （横浜市）
  • 年月日: 2015-04-28 – 2015-05-02
• [学会発表] 晩期型巨星周におけるシリケイトダストの低温結晶化 : 自由浮遊ナノ粒子の赤外スペクトルその場計測実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石塚紳之介、木村勇気、左近樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 （横浜市）
  • 年月日: 2015-04-28 – 2015-05-02
• [学会発表] ガス中蒸発法による煙粒子の核生成過程の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、石塚紳之介
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス （東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Experimental approaches to understand nucleation process via metastable phases (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura, Shinnosuke Ishizuka, Kyoko K. Tanaka
  • 学会等名: Second Workshop on Experimental Laboratory Astrophysics
  • 発表場所: Poipu, Kauai, Hawaii
  • 年月日: 2015-02-23 – 2015-02-26
• [学会発表] メゾスコピック領域で起こる結晶化初期過程の解明に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、石塚紳之介、田中今日子、左近樹、竹内伸介、稲富裕光
  • 学会等名: 第29回宇宙環境利用シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所 （相模原市）
  • 年月日: 2015-01-24 – 2015-01-25
• [学会発表] Nucleation processes of cosmic dust particles: Case of iron (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気
  • 学会等名: 第31回 Grain Formation Workshop
  • 発表場所: 文部科学省共済組合箱根宿泊所 強羅静雲荘 （神奈川県足柄下郡箱根町）
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] Direct observation of nucleation and dissolution of crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura
  • 学会等名: 14th Japanese-American Frontiers of Science Symposium
  • 発表場所: ホテルニューオータニ （東京）
  • 年月日: 2014-12-04 – 2014-12-07
• [学会発表] 観測ロケットで得られる微小重力環境下での気相からの均質核生成の“その場”観察実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、田中今日子、塚本勝男、竹内伸介、稲富裕光
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会第28回学術講演会
  • 発表場所: イーグレひめじ （姫路市）
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [学会発表] Crystallization mechanism of silicate formed from supersaturated vapor investigated by in-situ IR measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishizuka, Y. Kimura
  • 学会等名: Workshop on Interstellar Matter 2014
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所 （札幌市）
  • 年月日: 2014-10-16 – 2014-10-18
• [学会発表] ダスト形成過程の赤外スペクトル“その場”測定実験：星周シリケイトの結晶化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石塚紳之介、木村勇気
  • 学会等名: 日本惑星科学会2014年秋季講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパス・さくらホール （仙台市）
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] 高過飽和気相からの酸化物ナノ粒子核生成過程の赤外スペクトル“その場”測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石塚紳之介、木村勇気
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス （春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] IR evolution of condensing silicate nanoparticles: Effects of iron on the 10 μm band and crystallization (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishizuka, Y. Kimura, I. Sakon
  • 学会等名: 7th meeting on Cosmic Dust
  • 発表場所: 大阪産業大学梅田サテライトキャンパス （大阪市）
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-08
• [学会発表] Advanced methods for nucleation studies (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura
  • 学会等名: 4th International School of Crystallization
  • 発表場所: Granada, Spain
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-30
  • 招待講演
• [学会発表] 観測ロケットS-520-28号機を用いた微小重力環境における鉄蒸気からの均質核生成実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、稲富裕光、竹内伸介、塚本勝男、田中今日子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(発表確定)
  • 年月日: 2013-05-19
• [学会発表] Direct determination of a sticking probability in a nucleation event based on microgravity experiment and its formation process of iron dust (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura, K. K. Tanaka, S. Takeuchi, K. Tsukamoto, Y. Inatomi
  • 学会等名: The Life Cycle of Dust in the Universe
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [学会発表] Dual-wave length interferometric observation of homogeneous nucleation from supercooled vapor under 1G and μG (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura, Kyoko K. Tanaka, Hitoshi Miura, Katsuo Tsukamoto, Yuko Inatomi
  • 学会等名: 9th China-Japan-Korea Workshop on Microgravity Sciences, Asian Microgravity Pre-Symposium
  • 発表場所: 桂林、中国
  • 年月日: 2012-10-31
• [学会発表] In-situ observation of nucleation and growth environment of cosmic dustanalogues using an interferogram in laboratory (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura, Kyoko K. Tanaka, Hitoshi Miura, Katsuo Tsukamoto
  • 学会等名: Achievements of G-COE Program for Earth and Planetary Dynamics and the Future Perspectives
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-09-27
• [学会発表] ダスト生成に重要な吸着係数と表面自由エネルギーの同時決定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、田中今日子、三浦均、塚本勝男、稲富裕光
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2012年秋季講演会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] 赤外線継続観測に基づく新星V1280Sco周囲でのダスト形成史(2) (2012)
  • 著者名/発表者名: 左近樹、酒向重行、大澤亮、中村友彦、下西隆、宮田隆志、高橋英則、尾中敬、野沢貴也、木村勇気、小笹隆司、藤吉拓哉、植村誠、新井彰
  • 学会等名: 日本天文学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 大分大学
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] 宇宙における微粒子生成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気
  • 学会等名: 平成24年度東北大通研共同プロジェクト研究会プログラム、微粒子プラズマの応用に関する基礎研究
  • 発表場所: 東北大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-03
• [学会発表] Simultaneous determination of surface free energy and sticking probabiltybased on formation experiment of cosmic dust and nucleation theories (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura
  • 学会等名: The 5^<th>h meeting on Cosmic Dust
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2012-08-06
• [学会発表] Simultaneous determination of sticking probability and surface free energy by the homogeneous nucleation experiment (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura
  • 学会等名: 3rd Workshop of Nucleation Related to Cosmic Dust & its contribution to the organic formation in 4.6 billion years ago
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2012-07-23
• [学会発表] 航空機による微小重力環境を利用した核生成の"その場"観察実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村勇気、田中今日子、三浦均、塚本勝男、稲富裕光
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2012-05-25
• [学会発表] Microgravity experiment using the sounding rocket S-520-28 for understanding a formation process of cosmic dust
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura, Y. Inatomi, S. Takeuchi, K. Tsukamoto, K. K. Tanaka
  • 学会等名: 3rd International Conference on Crystallogenesis and Mineralogy
  • 発表場所: Novosibirsk, Russia
• [学会発表] 観測ロケット“S-520-28号機”を用いた微小重力実験から探る鉄微粒子の生成過程
  • 著者名/発表者名: 木村 勇気、田中今日子、塚本勝男、竹内伸介、稲富祐光
  • 学会等名: 日本惑星科学会2013年秋季講演会
  • 発表場所: 石垣市民会館 沖縄県
• [学会発表] 酸素に富むAGB星周における高温凝縮ダスト形成過程解明への赤外分光スペクトルその場計測実験
  • 著者名/発表者名: 木村 勇気，田中今日子，竹内伸介，塚本勝男，三浦均，稲富裕光
  • 学会等名: 第43回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 長野市生涯学習センター、長野県
• [学会発表] Microgravity experiment using the sounding rocket S-520-28 for understanding a formation process of cosmic dust
  • 著者名/発表者名: 石塚紳之介，木村勇気，中村智樹
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 東北大学 川内キャンパス、宮城県
• [学会発表] Nucleation experiment in vapor phase under microgravity using the sounding rocket S-520-28
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura, Kyoko K. Tanaka, Katsuo Tsukamoto, Shinsuke Takeuchi, Yuko Inatomi
  • 学会等名: 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 発表場所: Warsaw, Poland
• [学会発表] Nucleation and growth of cosmic nanominerals based on size effects in mesoscale
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura
  • 学会等名: 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 招待講演
• [学会発表] Nucleation experiments of iron dust under microgravity
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura, Yuko Inatomi, Shinsuke Takeuchi, Katsuo Tsukamoto, Kyoko K. Tanaka
  • 学会等名: Cosmic Dust VI
  • 発表場所: 神戸大学、兵庫県
• [学会発表] Nucleation and growth take into account physical properties of nanoparticles
  • 著者名/発表者名: Yuki Kimura
  • 学会等名: The 2013 Collaborative Conference on Crystal Growth
  • 発表場所: Cancun, Mexico
• [学会発表] 観測ロケットS-520-28号機を用いた微小重力環境における鉄蒸気からの均質核生成実験
  • 著者名/発表者名: 木村 勇気、稲富裕光、竹内伸介、塚本 勝男、田中 今日子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ 国際会議場，千葉県
• [学会発表] 自由浮遊ナノ粒子の赤外スペクトルその場計測実験と未同定バンド解明への挑戦
  • 著者名/発表者名: 石塚 紳之介、木村 勇気、中村 智樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ 国際会議場，千葉県
• [図書] Nanodust in the Solar System: Discoveries and Interpretations (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura
  • 出版者: Springer-Verlag