非線形化学反応の微小重力場における振動挙動追跡の高精度化

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09640718
• Research Institution: OCHANOMIZU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 藤枝 修子 お茶の水女子大学, 理学部, 教授 (70017200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴田 文明 お茶の水女子大学, 理学部, 教授 (20011702)
• Keywords: 化学振動反応 / ベローゾフ-ザボチンスキー反応 / 微小重力場 / 重力 / 非線形反応 / 複雑系科学 / 可視化情報 / 反応拡散系化学波

Research Abstract

化学振動反応は非平衡過程で進行する非線形化学反応の典型であり、本研究では先行報告が多いBelousov-Zhabotinsky(BZ)反応を用いた。バッチ形式の反応を微小重力実験装置内で1時間半程度にわたって行わせる必要があり、比較的安定な反応拡散系化学波を出来るだけ長時間保つ物質と各濃度の検討を行った。反応溶液は硫酸酸性下の臭素酸塩、1,4-シクロヘキサンジオン(CHD)、フェロインで構成した。微小重力実験(落下実験)は北海道空知郡上砂川町の(株)地下無重力実験センター(実験装置を装着したカプセルを地上から地下に向けて自由落下させ、10万分の1g程度の微小重力状態を約10秒維持し、その後、5-7gの制動を加えてカプセルを止める)で行った。昨年度に行った擬1次元系水溶液の実験では、落下中に化学波の全面が凸や凹に変形したことから、高精度化をはかるための検討として、反応容器の改良を行った。外径が同じで、内径が異なるガラス製細管を用い、反応溶液の導入口と排出口の造作を工夫することにより、微小重力時の化学波の変形は見られなくなった。さらに制動時の大きいgの状況下でも画像収録が今回の実験ではじめて実現できた。画像解析は、CCDカメラからえたアナログ画像をディジタル化し、NIH imageによって行い、化学波ごとの時系列画像から1つの波が進む速さとして求めた。gの大きさに対応する移動速度がえられ、化学反応場における物質移動への対流の影響を数量的に区別することができた。

Research Products

• [Publications] S.Fujieda et al.: "Automated Experimental Assembly for Studying the Reaction-Diffusion Behavior of Belousor-Zhabotiusky Reactions under Microgravity" Analytical Science. 15・2. 159-164 (1999)
• [Publications] S.Fujieda et al.: "Nonequilibrium/Nonlinear Chemical Oscillation in the Virtual Absence of Gravity" Advances in Space Research. 印刷中. (1999)
• [Publications] F.Shibata et al.: "Periodically Driven hinear System with Multiplicative Colourea Noise" Physical Review. E57. 6555-6563 (1998)