| Project/Area Number |
23K28210
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| Project/Area Number (Other) |
23H03520 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
茂木 信宏 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (20507818)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
足立 光司 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (90630814)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
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| Keywords | エアロゾル / 光散乱 / 鉱物ダスト / 海洋微粒子 / 微粒子計測技術 / 計測技術 / 装置開発 |
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| Outline of Research at the Start |
前年度までに開発した気相中微粒子（エアロゾル）を対象とした偏光複素散乱振幅センシング法の論文を執筆・出版する。本年度はさらに、この装置の検出粒径範囲を拡張するためにハードウェア改良を施し、鉱物ダスト粒子のような不規則形状粒子について、検出信号から粒子の物理特性を推定するためのデータ解析手法を開発する。球形標準粒子、形状の特徴が既知の人工非球形粒子、砂漠から採取された鉱物ダスト粒子を用いた実験により、改良装置および開発したデータ解析法の性能を評価する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気中や海水中に分散する鉱物ダスト粒子の選択的検出および濃度観測を可能にするための分析技術(Complex Ampltideu CAS-v2)を開発した(Moteki and Adachi 2024)。CAS-v2では、2つの直交する偏光成分ごとに複素散乱振幅を測定することで、単一粒子のサイズ・屈折率・形状の情報を同時に得ることができるようになった。標準試料を用いた実験により、形状の違いに起因する２偏光の信号差から他の共存粒子種から鉱物ダストを判別できる可能性を示した。CAS-v2では、個別粒子の後方散乱振幅を低コヒーレンス干渉法で検出することで粒子の光軸上の一を高精度で決定でき、そのため、試料の流路をマイクロ流路セルで制限することなしに定量的な複素散乱振幅測定が可能になった。この改良により大気中の粒子の複素散乱振幅を水中の粒子と同等の精度で観測することが可能になった。偏光成分ごとの複素散乱振幅は単一波長での光測定で観測可能な単一粒子物理量の中で最も情報量の多いものであり、本測定法により得られる４次元の単一粒子データは、粒子の形状・屈折率の実部と虚部・サイズを同時に反映する。本手法は、気相や液相の流体中の分散した粒子の種類の識別など、幅広い応用が期待される。本研究成果は、単一粒子の複素散乱振幅を流体媒質の制限なく測定可能とした点において、光散乱測定の分野におけるブレイクスルーであり、今後のエアロゾル科学、環境計測、粒子センシング技術の発展に大きく寄与するものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
偏光成分ごとに複素散乱振幅を測定する技術の開発は予定通りに進んだ。ビーム通過中の粒子位置を後方散乱の低コヒーレンス干渉により検出するアイデアおよび実装技術は当初の予定になく、研究の過程で着想したものである。その結果、液相中だけでなく気相中の粒子についても高精度に複素散乱振幅を測定することができるようになり、本粒子計測技術が適用できる試料の種類が大きく広がった。これらの理由により、当初の計画以上の成果が得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、CAS-v2技術で新たに観測可能になった偏光複素散乱振幅の単一粒子データから、粒子の形状・複素屈折率・体積を逆推定する理論およびソフトウェアの開発に取り組む予定である。その理論の有効性と適用限界を検証するために、形状や屈折率が既知の非球形粒子の試料や、球形や非球形が共存した試料を用いて実験を行う。さらに、実際の鉱物ダスト標準試料や鉱物ダスト粒子とその他の粒子が共存する混合試料を分析し、実際の環境試料に近い特性をもつ実験室試料について、形状・複素屈折率・粒径分布についての分析の性能を評価する。
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