2014 Fiscal Year Annual Research Report
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23340108
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
矢野 英雄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70231652)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 流体力学 / 超流動ヘリウム / 量子渦 / 量子乱流 / 量子流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超流動ヘリウム（4He）の渦の量子化の発見から半世紀がたつが、渦の慣性質量や波動といった動的な性質は、いまだ明らかになっていない。それは、渦芯が0.1 nmと大変細く、渦の運動を観測する手段が少ないためである。我々は、超流動ヘリウムの量子渦が境界（壁）に付着し、境界の振動に伴って量子渦が運動することを発見した。本研究では、この量子渦のユニークな性質を利用し、渦の線形・非線型波動を実験的に研究する。本年度の主な研究実績は以下のとおりである。
１.我々はこれまでの研究から、量子渦が付着する境界の速い振動により、渦に波動が誘起され、渦が成長し、渦間の再結合により渦環が生成されることを明らかにした。境界として極微細超伝導線（直径２μｍ）を用い、その振動方向とそれと垂直方向について放出される渦環を検出し、放出渦環のサイズ分布とそのサイズの放出頻度を調べた。直径が10μｍと40μｍの渦環の放出頻度を比べると、同じ乱流生成パワーに対して、10μｍの渦環の放出頻度が１桁以上多い。またこれらのサイズの渦環は、垂直方向への放出が振動方向に比べより低パワーで始まり、放出頻度も多い。これは渦の波動を考察する上で重要な示唆を与える。
２.我々は、境界の振動によって誘起される渦の波動と生成される渦環の運動を、数値シミュレーションにより調べた。シミュレーションの制限から振動境界として球（直径２μｍ）を使用し、また量子渦を太さのない糸と近似し、超流動流れ場に対する量子渦の運動をすべて考慮するフルビオサバール法により、シミュレーションを行った。これにより、振動方向への渦環飛行の頻度は垂直方向に比べ多くなることを明らかにした。これは実験結果と異なり、境界の形状の違いが渦環生成に影響を与えることを示している。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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