2014 Fiscal Year Annual Research Report
新粒子成長過程における大気エアロゾル粒径別化学組成の追跡分級計測システムの開発
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25281004
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
竹川 暢之 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (00324369)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 博 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 室長 (50392618)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 環境計測 / 物質循環 / 地球温暖化 / 大気エアロゾル / 組成分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エアロゾルは直接・間接効果によって気候変動に大きな影響を与える。新粒子生成は雲凝結核数を変化させる要因として重要である。本研究の目的は、エアロゾル粒子質量分級装置 (APM) やレーザー脱離質量分析計 (PT-LDMS) 等を駆使することにより、新粒子成長過程における化学組成の変化を実時間計測するシステムを開発することである。当該年度は各要素部分の改良を行うとともに、これらを統合して全体システムの開発を行った。また、産総研において試験観測を実施した。
1. 各要素の評価・改良： PT-LDMSのナノ粒子型エアロダイナミックレンズ (Nano-ADL) と改良型チェンバーを組み合わせた装置の性能評価を行った。実験室において硫酸塩およびオレイン酸の粒子を発生させて粒子透過効率の測定を行った。その結果に基づき改良を施し、ナノ粒径の透過率向上を実現した。さらに、粒子分級部 (単極荷電部、電気移動度分級装置 (DMA)、APM) の試作を完了し、性能評価を行った。放電型単極荷電装置の粒子荷電効率を測定し、粒径30 nmにおいて従来の放射性同位体型荷電装置を上回る＋1価荷電効率が得られることを確認した。
2. 全体システムの開発と校正： 各要素技術のうち粒子分級部 (DMAとAPM)のシステム化開発を行った。DMAの粒径を段階的に変化させ、各粒径でAPMの質量をスキャンし下流の粒子数濃度を測定するためのハードウェア・ソフトウェアを構築した。これにより、各粒径で質量分布 (混合状態別の数濃度) を自動測定することが可能になった。校正用のナノ粒子発生装置については、長時間安定に粒子を発生させるための機器改良を行った。
3. 試験観測と分析条件の決定： 開発したシステムを用いて産総研において試験観測を行った。粒子分級部の粒径分解能や積分時間等を変化させて最適条件の検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
1. 各要素の評価・改良： PT-LDMSについては、平成26年度に行った改良試作によって粒子検出効率が大幅に向上した。一方、実験データを詳細に解析した結果、粒子トラップ温度、反応セル温度、真空排気系についてさらなる改良案が見出された。このため、要素単体としての完成はやや遅れている。
2. 全体システムの開発と校正： 粒子分級部のシステム化については、おおむね予定通り進行している。一方、PT-LDMSは上記の改良を優先し、全体システムとの統合の時期を遅らせた。
3. 試験観測と分析条件の決定： 粒子分級部の試験観測についてはおおむね予定通り進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 各要素部分の完成：PT-LDMSについて、装置のさらなる改良を行う。粒子透過効率や検出感度の評価を行い、改良の効果を検証した上で、全体システムに統合する。高効率粒子分級部については、おおむね予定通り推進する予定である。放電型の単極荷電装置によって、従来の放射性同位体型の荷電装置を総合的に上回る性能を達成することを重点目標とする。これらの作業は平成27年度前半に完了する見込みである。
2. 全体システムの開発および大気観測： 各要素技術を統合し、専用ラックに一体化する。可搬型となるように小型化・軽量化を目指す。また、測定サイクルを自動化するためのハードウェア・ソフトウェアの開発を行う。ナノ粒子発生装置の準備が遅れた分、他の作業を加速化することで、全体の進捗に大きな遅れが生じないようにする。観測は平成27年度後半に実施する。
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| Causes of Carryover |
当該経費は、主にPT-LDMSの改良試作・評価に要する経費である。実験を進める中で見出されたものであり、当初計画にはなかったため、計画の一部見直しを行った。性能が向上することで実験の効率化が見込まれることから、全体の目標達成に大きな影響はないものと考えている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
設計は完了しているため、改良試作・評価の経費は翌年度分と合わせて平成27年度前半には執行できる計画である。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Variability of aerosol particle number concentrations observed over the western Pacific in the spring of 20092014
Author(s)
Takegawa, N., N. Moteki, N. Oshima, M. Koike, K. Kita, A. Shimizu, N. Sugimoto, and Y. Kondo
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Journal Title
J. Geophys. Res. Atmos.
Volume: 119
Pages: 13,474-13,488
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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