2013 Fiscal Year Research-status Report
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25610135
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
荒川 政彦 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10222738)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 微小重力 / 天体衝突 / 粉粒体 / クレーター / 貫入抵抗 / 応力伝播 / クレータースケール則 / 自由落下 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，まず，天体表面における微小重力を再現し，その環境下で粉粒体の流動的性質とクレーター形成過程を研究するために微小重力シミュレーターを開発することである．そのために本シミュレーターでは衝突実験システムと応力計測システムを構築する．
平成25年度は応力計測システムを作成し，その装置を用いた1Gでの衝突実験を行った．標的には，クレーター形成過程に対する粒子形状の影響を調べるため，粒径500μmの石英砂及び同サイズのガラスビーズを用いた．ガラス球，アルミナ球の弾丸を用いて速度2m/sから70m/sで衝突実験を行い，クレーター形成時の応力測定を行った．
弾丸の運動エネギーとクレーターサイズの関係から，ガラスビーズ標的の方が系統的に大きなクレーターが形成されることが確認された．一方，観測した衝突応力履歴から求めた最高衝突応力とその持続時間の積でクレーターサイズを整理するとこの系統的な差は，ほぼ解消した．
この原因を調べるため，衝突応力の発生・伝播の素過程をより詳しく調べた．まず．粒子層の厚みを変えて衝突応力の距離減衰を計測した．その結果，衝突応力は，距離の1～1.5乗で減衰することがわかった．また，クレーターサイズがほぼ同じ時の衝突応力のプロファイルを観測すると，砂の厚みが同じ場合，砂の種類により極端に異なる応力履歴が観察された．500μmのガラスビーズ標的では，同じ粒径の石英砂標的に比べて衝突応力の持続時間が5倍程度長く，最高応力が2～3倍小さくなった．次に，衝突応力の持続時間を決めるメカニズムを確定するため，それぞれの標的への弾丸貫入実験を行い，貫入距離の時間変化をレーザー変位計により調べた．その結果，衝突応力の持続時間がほぼ潜り込み時間と一致することがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
微小重力シミュレーターの主要部分である落下制御部を完成することはできなかったが，落下装置本体と応力計測システムを完成することができた．さらにこのシステムを用いて，１Ｇ下での衝突実験を行い，標的を構成する粒子形状が及ぼす衝突応力の発生とその伝播過程への影響を定量化することができた．これは，今後の微小重力下での実験のレファレンスとなるべき結果である．また，粉粒体への貫入抵抗を計測する方法として，新たにレーザー変位計を用いた手法が有効であることを確認した．この方法は，次年度からの装置開発に取り入れることにした．一方，最も重要な落下制御部は，支持フレームを準備したのみであるので，次年度は落下制御部の作製と試運転を行っていく予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は、25年度に完成できなかった落下制御部を完成させる．そして当初予定していた衝突実験機能を付加する．そのために，小型ガス銃をシミュレーターに設置し，微小重力下での衝突実験を可能にする．さらに衝突過程を高速デジタルビデオで撮影するための光学系とトリガーシステムの整備を行う．
まず、微小重力下での衝突実験を行うために小型衝突銃を設置する．直径3mm の弾丸を10-300m/s で発射できる電磁弁型のガス銃を製作する．粉粒体のクレーター形成実験を行うために、予測されるクレーター径より充分大きな直径10cm 以上の試料容器を用意する．試料容器が自由落下している間に弾丸が試料表面に着弾できるようにタイミングをとる．さらに， 着弾によるクレーター形成過程を高速デジタルビデオにより撮影する．また、実験試料粒子間の付着力が及ぼすクレーター形成への効果を調べるために剪断応力試験と同様に粒径を変化させたガラス球もしくはシリカ球を粉粒体の実験試料とする．粒径が10 μm以下の試料では空隙率を40-90%で変化させる．なお、小型ガス銃は高速電磁弁の開閉によりガス供給を制御する．その開閉時間は3ms なので，試料容器が高速デジタルビデオの視野内に入った時に弾丸の発射トリガーをかけると所定の位置で衝突実験と高速ビデオの撮影を同期させることができる．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
落下制御部の作製に遅れが生じたために，その製作部品代の一部に繰り越しが生じた．
平成26年度に必要な部品を購入し，落下制御部を製作する．
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[Journal Article] A formation mechanism for concentric ridges in ejecta surrounding impact craters in a layer of fine glass beads2013
Author(s)
Suzuki, A. I., Nakamura, A. M., Kadono, T., Wada, K., Yamamoto, S., Arakawa, M.
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Journal Title
Icarus
Volume: 225
Pages: 298-307
DOI
Peer Reviewed
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