2005 Fiscal Year Annual Research Report
反応・拡散現象と流体現象の結合による新しい自己組織化秩序の創成
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17654076
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
櫻井 建成 東海大学, 電子情報学部, 助教授 (60353322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
猪本 修 九州大学, 大学院システム生命科学府, 特任助教授 (50332250)
北畑 裕之 京都大学, 大学院理学研究科, 助手 (20378532)
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| Keywords | 非平衡開放系 / 反応・拡散・流体系 / Belousov-Zhabotinsky反応 / マランゴーニ効果 / 気液界面 |
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| Research Abstract |
反応拡散系における秩序形成の問題は、自然現象・生命現象に見られるパターンやリズムの生成の類似性から、実験、数値実験、理論解析など多くの研究が行われてきた.一方、多くの自然現象では物質の移動を伴う流体現象を含んでおり、盛んに研究が行われてきた.多くの場合現象の複雑性から、反応拡散系と流体系は独立な現象として扱われ、それぞれが独自の分野を作り出し発展し成熟して来た.申請者らは、反応拡散系における秩序(パターン)形成の例として有名なBelousov-Zhabotinsky (BZ)反応やヨウ素酸・亜砒酸反応系に伴う流体現象と、その流体現象が反応拡散パターンにフィードバック効果を与えて現れる新しい階層的秩序形成を実験的に明らかにすることを目的としている.更に、数値実験、解析による理論的アプローチを行い、これまでの反応拡散系の枠組みを包括するような自己組織化秩序の学問体系の構築を目指すとともに新たな研究分野の創成を目指している。
本年度は、
1.微小重力下における反応・拡散・流体系の実験
2.BZ反応における流体現象を理解するため新しいモデルの提案と数値実験
3.水溶液界面を介した化学反応による力学的運動の発生
を行なった.微小重力下実験では、微小重力下実験に適した水溶液表面変形を観測する画像処理手法を開発し、BZ反応パターン濃度分布に起因するマランゴーニ効果による水溶液表面変形測定を行なった.また、それらの結果をもとに、水溶液表面での特殊な効果とし、弾性モデルを取り入れたモデルの提案を行なった.弾性モデルを用いることによりBZ反応にみられる反応拡散流体現象の一部の現象(長波長対流の出現)が初めて説明できることを示した.更に、化学反応から力学的運動エネルギーを発生する新しい実験系としての確立を目指した実験を行なった.そこではマランゴーニ効果がエネルギー変換を担っている要素であることを示した.
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