| Project/Area Number |
21K18682
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 水素 / 輸送現象 / 量子効果 / 分子動力学法 / 水素脆性 / 物質輸送 / 水素吸蔵合金 / 分子間ポテンシャル / 水素拡散 / 鉄の熱振動 / 経路積分法 / プロトン輸送 / 分子動力学 / エネルギー障壁 |
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| Outline of Research at the Start |
本課題ではミクロスケールの解析手法を用いて原子位置の不確定性と量子トンネル効果の影響を評価してモデル化し、マクロな水素の拡散挙動を解析するシミュレータに組み込むことにより大規模数値計算を可能にする。このように水素の量子性まで取り込んで大規模系の拡散現象を解析する研究は、量子力学と分子熱流体工学にまたがる学際的な研究であり、極めて独創的かつ挑戦的な研究である。
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| Outline of Final Research Achievements |
The metal was iron, and carbon was used as a preliminary step to the hydrogen system, and a simulator was constructed to analyze the diffusion phenomenon of carbon inside iron. The EAM potential was used as the interatomic potential for iron atoms, and carbon was expressed using the Becquart & Mayer potential. When the energy barrier for the transport of carbon in this system was calculated, it was almost consistent with the results of quantum chemical calculations, demonstrating the validity of the intermolecular potential. When the diffusion coefficient of carbon was calculated using this system with temperature as a parameter, it was confirmed that the energy barrier calculated from the diffusion coefficient was lower than the value calculated by quantum chemical calculations, but the reason for this was not clarified.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
水素は金属内部を移動して金属の脆化を引き起こすため、水素の金属内部の移動現象を把握することは水素危機の安全性を保証する上で極めて重要である。この意味でこの研究は極めて社会的意義の大きい研究である。しかしながら水素は通常の分子に比べて質量が軽いため、不確定性原理の影響を強く受け、通常の分子動力学法による解析が困難である。この問題を克服するため、本課題では量子効果を取り込んだ分子動力学計算手法を確立することを目的とした。これは学術的にも極めて挑戦的かつ価値の高い研究であると言える。
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