2001 Fiscal Year Annual Research Report
核磁気共鳴映像法による海水飛沫着氷の成長機構の解明
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13680541
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| Research Institution | Hokkaido University of Education |
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Principal Investigator |
尾関 俊浩 北海道教育大学, 教育学部・岩見沢校, 助教授 (20301947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 浩一 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (10180639)
巨瀬 勝美 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (60186690)
能條 歩 北海道教育大学, 教育学部・岩見沢校, 助教授 (20311524)
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| Keywords | 核磁気共鳴 / 海水飛沫着氷 / 可視化 / 三次元構造 / MRI / スポンジアイス / 船体着氷 |
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| Research Abstract |
本研究は核磁気共鳴映像法(NMRI)を適用し、海水飛沫着氷中のブラインの3次元構造を可視化することが目的である。本年度は主に以下の4つの研究活動を行った。
(1)海水飛沫着氷は、飛沫が物体に衝突して凍結するときに水が不純物を排除しながら凍結するため、氷粒子の間に濃い海水が分布するスポンジ状の氷となることが知られている。そこで、スポンジ状の着氷を模すために、積雪の空隙にドデカンを注入したサンプルを作成し、空間分解能200マイクロ立法、128×128×128画素の3次元核磁気共鳴映像の取得を行った。ノイズを減ずるために信号積算を行うことから、一サンプルの撮像には約30分を要した。そこで測定領域の大きさ合わせて、温度制御が可能な小型チェンバーを製作し、氷が融解せず、間隙が液体で満たされるような実験条件を実現した。
(2)実際の飛沫着氷を観測するために、厳冬期に稚内-礼文間の船舶および、北海道日本海側稚内周辺、留萌周辺の港湾設備において着氷の実態調査を行った。観測期間には顕著な着氷の成長は見られなかったが、港湾設備に発達した着氷の構造を観測することより、本年度の可視化実験に用いる試料作成の基礎データとした。
(3)飛沫着氷を再現するために、低温室において着氷実験を行った。実験には濾過水と1%プロピレングリコール(以下PG)水溶液を用いた。PGは不凍液として使われる物質で、海水と同様に凍結時にブラインが形成することから、模型氷の実験にしばしば用いられる。実験は飛沫の粒径と、雰囲気温度を変えて行い、飛沫着氷が成長する条件を求めた。
(4)上記の実験をもとに、塩化ナトリウム水溶液とPG水溶液を用いて飛沫着氷の試料を作成し、NMRI用小型チェンバーに挿入するように加工した。この試料を用いて筑波大学NMRイメージング研究室の核磁気共鳴装置により可視化実験を行った。本実験のデータは来年度に解析を行う予定である。
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