2015 Fiscal Year Annual Research Report
微小重力下の超流動ヘリウムに特異な超熱伝導性起因の沸騰・凝縮気泡挙動の解明
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25289300
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
高田 卓 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30578109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 誠宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 准教授 (10249899)
村上 正秀 筑波大学, その他部局等, 名誉教授 (40111588)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 可視化 / 超流動 / 微小重力 / 沸騰 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小重力下の超流動ヘリウム中の気泡の収縮過程と気泡成長過程を統合的に解析を進め、既存理論からの説明可能かを検証した。気泡成長過程については、Kinetic theoryから推察される熱輸送と潜熱輸送による比較的単純な式で示せることが理解されたものの、この予測式をそのまま収縮過程に適応できないことが分かった。この問題をさらに理解するためには非定常状態の実験にとどまる本実験の微小重力時間をさらに数倍にのばすことが必要なことも理論的考察から明らかになった。
さらに、これまでの知見の総合では理解ができない不安定な気泡崩壊も観測され、このモードの理解のためさらに長時間の微小重力実験が必要なことが明らかになった。
また、一方で超流動ヘリウム中の沸騰気泡周りの3次元的に広がる流速分布についてさらに知見を深めた。気泡の運動に連動した変動成分と主に熱対向流で理解される平均流速場の弁別に成功し、その流速の特徴と沸騰モードの関係を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度までに微小重力実験を実施するはずであったが、実験可能施設を調査・交渉するのに時間がかかった。その結果として国内施設をあきらめ、ZARM(The Center of Applied Space Technology and Microgravity of the Department of Production Engineering at the University of Bremen)を使用する方針を固めたため、使用のための交渉等に時間を要し今年度の実施計画となったためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究を進める上で新たな協力関係を築けたPoland、Wroclaw University of TechnologyのProf. P. Pietrowiczとの関係により、ZARM実験施設を使い27年度までに明らかになった問題について4.7秒の微小重力時間の実験を用いることで解決を図る。さらに、超流動の熱流動に関する新たに提案されているEIT(Extended Irreversible Thermodynamics)と呼ばれる表現式との整合性などを調べることでさらなる進展を狙う。
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| Causes of Carryover |
本計画では27年度に自由落下棟を使用した実験を予定していたが、国内の様々な施設を精査するうちに、使用が難しく、結果的にZARMを使用することになり、このための使用許可申請等に時間を使い、落下実験実施が28年度になったため28年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ZARM実験施設に合わせて、小型クライオスタットの改造、実験施設への旅費等に主に使用する。また、ZARM実験施設において使用できる電源が限られるため、各種測定のための電源・光源装置をAC100V対応からDC24V対応に変更するための改造等も含める。
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