| 研究課題/領域番号 |
21K03488
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
藪中 俊介 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (60749852)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | ２元混合系 / 熱浸透効果 / 相分離現象 / 臨界現象 / 浸透流 / 毛管流 / 二元混合系 / 流体力学 / 非平衡クロス効果 / 擬カシミア力 / 臨界揺らぎ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
2元混合系中では、コロイドの表面は2成分のうちのどちらかの成分を引き寄せ、コロイド粒子の周りに組成勾配(正確には、組成の臨界揺らぎがさらに加わる)が生じる。コロイド粒子を複数加えた際には、この組成勾配に起因し、コロイド粒子間に相互作用が働く。静的な普遍的相互作用に関してはこれまで多くの研究がなされているものの動的な側面に関する研究は不十分である。本研究事業では、臨界揺らぎを適切に取り込んだ流体力学的手法により動的な側面に関する研究を進める。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、温度勾配下での２元混合系の熱浸透効果の研究を行った。温度勾配下での臨界点近くの２元混合系の流体力学方程式を構築し、細管中の１次元的な温度、組成、圧力勾配の下での熱力学的力と流束の間の一般的な関係を記述する枠組みを構築した。さらに境界付近で働く、温度勾配に誘起された力の過剰エンタルピーに基づく表式を得た。２成分系に関してはFrenkel らが既に表式を提案しているものの、化学ポテンシャルや異方的圧力に対し、天下り的にギブスデュエムの公式を拡張し、それを適用した議論となっている。一方、我々の議論は、線形非平衡熱力学の範囲で整合的な二成分流体の連続体方程式を用いており、より堅固な導出ができたものと考えている。また具体的な全質量流の計算も行い、どちらの成分が吸着されるかによらず、上部（下部）臨界温度をもつ混合系の場合、全質量流は、温度勾配と同じ（反対の）方向になることを示した。熱浸透効果に関しては、流体中の複雑な相互作用を理論的に考察し、その方向を予言した研究はこれまでなく、本研究はその意味でも重要ではないかと考えている。これに関しては、現在論文を準備中である。
また昨年度研究した、拡散浸透効果に関して、換算温度に関する、流量の冪則を精密に調べることを試みた。管の半径や、換算温度のパラメータ範囲で、冪則が明瞭に見える範囲がどのあたりか見当をつけ、予備的な数値計算を行い、ある程度明瞭な冪則を得た。引き続き検討を進め、論文として公表したいと考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、温度勾配下での２元混合系の理論的定式化を完了させ、質量流の普遍的な振る舞いという当初計画で予定していた研究成果を出すことができたため、「おおむね順調に進展している。」と判断する
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度も引き続き、温度勾配の下での2元混合系の研究を進め、熱泳動現象への応用を目指す。また、拡散浸透効果の換算温度に関する流量の冪則について精密な計算と検討を進めて、研究成果を論文として発表することを考えている。
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