単泡性ソノルミネッセンス気泡の発光相と化学相:制御と観察

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450073
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 林 茂雄 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (60126357)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安井 久一 早稲田大学, 理工学部, 学振特別研究員 ; 宮嵜 武 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (50142097) ; 鎌倉 友男 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (50109279)
• Keywords: ソノルミネッセンス / キャビテーション / 光散乱 / パワースペクトル / ビデオ撮影 / 数値シミュレーション / 界面活性剤

Research Abstract

計画調書でも述べた通り、本研究のめざすところは、「キャビテーションにおける発光⇔流体力学⇔化学反応という学際的問題に新たな展開をもたらすこと」である。そして(1)自動化システム、(2)気泡運動の画像撮影、(3)化学反応、を具体的な目標として掲げた。
(1)については基礎データとして、発光気泡サイズの光散乱データとハイドロフォンからの信号との相関に特徴のあることを見出した。すなわち、気泡をトラップすると圧壊の衝撃波に由来すると思われるノイズ状信号が観測され、そのパワースペクトルは駆動周波数の7〜17倍に高調波ピークをもっていた。このことは、発光に伴う音響信号をモニターすれば気泡ダイナミックスの自動制御が可能なことを示唆している。
(2)については、300倍のビデオカメラによる発光観察および照明観察に成功した。静止して発光する気泡を生成することは条件が整えば可能であるが、一般にはチューニングにずれがあってゆれながら発光する気泡となる。気泡からジェットが流出する様子や、気泡に微小粒子が吸着する様子が観測され、発光気泡の多様性が再認識された。音響流をもっと定量的に解析する作業が現在進行中である。
(3)については、主に数値シミュレーションによる研究がさらに進展した。特に、界面活性剤の存在によって気泡温度が下がり、化学反応に有利な状況が生まれるとの予測がなされた。これをスペツトル測定などの手段によって実験的に検証する試みが進行中である。
平成10年は初年度であったが、それでも以上のように新しい知見がいくつか得られている。

Research Products

• [Publications] 國分崇生: "Plural sonoluminesling bnbbles in acoustic fields of higher mode" Japanese Journal of Applied Physics. 37. 5835-5838 (1998)
• [Publications] 野村英之: "進行波内での微小粒子に作用する音響放射力" 日本音響学会誌.
• [Publications] 斉藤秀亮: "Rankine結合渦中の気泡の形状と安定性" ながれ(日本流体力学会誌). 17. 432-443 (1998)
• [Publications] 安井久一: "Single-bnbble dynamics in Liguid nitrogen" Physical Review E. 58. 471-479 (1998)
• [Publications] 安井久一: "Effect of surfactants on Single-bubble sonoluminescence" Physical Review E. 58. 4560-4567 (1998)
• [Publications] 安井久一: "Theory of sonoluminescence" Current Topics in Aconstic Research. 2. 129-134 (1998)