2014 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツ技術を用いた新たなガスハイドレート研究方法の展開
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25709091
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
竹家 啓 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70515874)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ガスハイドレート / テラヘルツ波技術 / 自然エネルギーの利用 / 光学定数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代のエネルギー資源、輸送形態として、ガスハイドレートに対する研究が盛んに行われている。ガスハイドレートは密度や構造が氷と似ていることから、従来の観測手段では氷点下における非破壊での識別や、非平衡状態での観測に困難さが伴う。本研究では、テラヘルツ時間領域分光法による観測でハイドレートと氷の定量的、定性的な識別が可能であることを示すとともに、複素光学定数、誘電定数を算出することで、ハイドレート基礎研究における新たな観測手段として確立することを目的としている。
これまでにおいて、分光用冷凍機を組み込んだテラヘルツ時間領域分光計を構築しており、氷、重水氷、構造II型ハイドレートといったサンプルを測定し、テラヘルツ帯における誘電特性、光学特性を幅広い温度領域で測定してきた。
本年はメタンハイドレートをテラヘルツ時間領域分光法で観測することで、結晶が安定に存在できる温度領域での誘電特性を測定した。メタンハイドレートは熱力学的に大気圧条件では193K以上が結晶の分解する非平衡条件であるが、250Kを中心とした温度範囲のみで分解が非常に緩やかになることが報告されている。これは自己保存効果と呼ばれ、その原因としていろいろな仮説があるが、まだ決定的な解明はなされていない。申請者はこの自己保存効果のメカニズムの一端には過冷却水の存在があると考えテラヘルツ波を使った観測を進めている。テラヘルツ波は水に強く吸収される一方で、氷は比較的透過する。この特性を活用して非平衡状態に置かれたメタンハイドレートをテラヘルツ波で測定したところ、屈折率実部はほぼ変化しない一方で、吸収係数の大きな増大が観測された。この吸収係数の増大については現在解析中であるが、吸収曲線の形状および、複素誘電率の値、および温度領域の検証から、過冷却水を観測しているものと思われる。今後さらに検証を深めていきたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
分光用冷凍機を組み込んだテラヘルツ時間領域分光測定系を構築、およびガスハイドレート結晶作成装置を用いて種々のガスハイドレートを調整しテラヘルツ分光にて観測を行っている。種々のガスハイドレート及び水や過冷却水のテラヘルツ帯での特性を得ており、テラヘルツ波技術を用いた観測がガスハイドレートの性質を調べることが可能なことが確認できている。現在はメタンハイドレート分解中における過冷却水の検出を行っており、ある特定の温度領域でテラヘルツ波の吸収が大きくなることを観測している。この吸収の詳細な分析を現在進めているところである。
一時、実験装置にトラブルが生じたため、復旧を要したが、現在は滞りなく実験を行えてる。
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| Strategy for Future Research Activity |
メタンハイドレート分解過程の過冷却水の検出を現在行っている。この分析、より詳細な検討を行う事でメタンハイドレート分解過程のメカニズム解明を目指す。また、その際に得られる情報は随時論文として投稿する予定であり、一部は準備中である。
メタンハイドレートにおいてはテラヘルツ分光を様々な温度条件で行い、さらに時間変化を観測することで分解過程を詳細にしらべる。また他のガスハイドレートの分解過程も観測を行う。今後の予定として一つは反射型分光システムを用いて広帯域な測定が必要かと思われる。ガスハイドレートは数THzの周波数において大きな吸収ピークを持ち、その吸収ピークは構造に起因する。したがってその吸収ピークを分析することで結晶構造に関連する情報が得られるが、現在のシステムでは吸収が大きすぎて1.5THz以上の帯域での測定が不可能である。そこで広帯域分光が可能になる反射型分光システムの構築を検討している。
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| Causes of Carryover |
平成26年8月、テラヘルツ分光実験に使用していたテラヘルツ時間領域分光測定装置に不測の故障が生じたため、当装置の修理・調整が必要となり、テラヘルツ分光実験の再開までに2ヶ月間を要した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
システムの復旧を行った後、測定を再開し、サンプルのテラヘルツ帯での特性を計測し、メタンハイドレート分解過程の観測を行う。
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