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粉体流を用いたダスト集合体の衝突進化の実験的研究

公募研究

研究領域新しい星形成論によるパラダイムシフト:銀河系におけるハビタブル惑星系の開拓史解明
研究課題/領域番号 19H05081
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関神戸大学

研究代表者

中村 昭子  神戸大学, 理学研究科, 准教授 (40260012)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードダストアグリゲイト / 原始惑星系円盤 / 微惑星 / 衝突 / 粉体流 / ダスト円盤
研究開始時の研究の概要

固着力・サイズ・形状・表面粗さを記載したダストを自由落下させ、その流れの中で疎な構造のダスト集合体を形成させる。また、X線透過画像を用いてダスト集合体の空隙率を測定する。ダストの種類や衝突速度を変えて作ったダスト集合体どうしの衝突実験を行い、ダスト円盤内でダスト集合体が衝突により成長するのか、破壊するのかの条件を研究する。

研究実績の概要

ダストクラスター同士の衝突現象の衝突角度依存性を議論するために、垂直二方向から二台のデジタルカメラを用いて撮影を行う装置を開発した。カメラ二台を取り付けた治具をチャンバー内に設置した電磁石を用いて保持し、ダスト流を発生させるとともに電磁石の電流を切ってシャフトに沿って落下させて、クラスター成長と衝突を捉えた。また、前年度に行った隕石粒子の固着力測定結果について、および、ガラス球粒子と破片が自由落下流中に形成するクラスターの充填率について、それぞれ論文としてまとめ、査読付き欧文誌に投稿した。
並行して、ダスト流実験の試料粒子として球形のサブミクロンサイズシリカ粒子からなるダスト塊を用いた実験に着手した。シリカ粒子を目開き数100ミクロンのふるいで篩って準備したダスト塊の固着力分布を遠心法によって測定した。ダスト塊の形状と表面粗さは、光学顕微鏡画像と電子顕微鏡画像、および、レーザー共焦点顕微鏡を用いて調べた。その結果、ダスト塊の固着力は、塊を構成するシリカ粒子1個の固着力の数倍程度で記述されることを示した。次に、このダスト塊をノズルから流して自由落下流を発生させ、その中で形成されるクラスターについて、フラッシュX線撮影を行い、充填率の推定を行った。その結果、塊どうしの充填率は、ガラス球粒子と、破片(不規則形状粒子)の間の値をとることがわかった。ダスト塊形状の不規則度は、ガラス球粒子と破片の間であることから、本研究により、クラスター充填率が粉体形状の不規則度とともに小さくなることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Packing fraction of clusters formed in free-falling granular streams based on flash x-ray radiography2021

    • 著者名/発表者名
      Yuuya Nagaashi, Akiko M. Nakamura, Sunao Hasegawa, Koji Wada
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 103 号: 3

    • DOI

      10.1103/physreve.103.032903

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cohesion of regolith: Measurements of meteorite powders2021

    • 著者名/発表者名
      Nagaashi Yuuya、Aoki Takanobu、Nakamura Akiko M.
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 360 ページ: 114357-114357

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2021.114357

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Cohesive force measurements of meteorite powders2021

    • 著者名/発表者名
      Nagaashi, Y., Aoki, T., Nakamura, A. M.
    • 学会等名
      The 52nd Lunar and Planetary Science Conference (LPSC)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フラッシュX線によるダストアグリゲイトからなる粉体流の観測2021

    • 著者名/発表者名
      長足 友哉、中村 昭子、長谷川 直、和田 浩二
    • 学会等名
      宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レゴリス粒子の固着力:粒子の形状と塑性変形の効果2020

    • 著者名/発表者名
      長足 友哉、青木隆修、中村昭子
    • 学会等名
      日本惑星科学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] デブリの固着力:隕石粉の固着力測定2020

    • 著者名/発表者名
      中村 昭子
    • 学会等名
      新学術領域「星惑星形成」大研究会2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 自由落下ダスト流に形成するクラスター間衝突過程の観測2020

    • 著者名/発表者名
      長足 友哉、中村 昭子、長谷川 直、和田 浩二
    • 学会等名
      JpGU - AGU joint meeting 2020 virtual
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Measurements of the density of dust clusters forming in a granular stream using flash X-ray2019

    • 著者名/発表者名
      Nagaashi, Y., Nakamura, A. M., Hasegawa, S., Wada, K.
    • 学会等名
      The 12th meeting on Cosmic Dust, Chiba Institute of Technology, August. 12-16, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurements of adhesive force of meteorite powders using centrifugal method2019

    • 著者名/発表者名
      Nagaashi, Y., Nakamura, A. M.
    • 学会等名
      JpGU2019, Makuhari Messe, May. 26-30, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 自由落下ダスト流に形成するダストクラスター内部の充填率推定2019

    • 著者名/発表者名
      長足友哉, 中村昭子, 長谷川直, 和田浩二
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会, 熊本大学, 9月11-13日, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 遠心法で測定した隕石粉の固着力と小惑星レゴリス粒子への応用2019

    • 著者名/発表者名
      長足友哉, 中村昭子
    • 学会等名
      日本惑星科学会2019年秋季講演会, 京都産業大学, 10月7-9日, 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 自由落下ダスト流に形成するクラスター間衝突実験2019

    • 著者名/発表者名
      長足友哉, 中村昭子, 長谷川直, 和田浩二
    • 学会等名
      第15回衝突研究会:天体の衝突物理の解明 (XV) ~小惑星の表層進化~
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 粉体流に形成するダストクラスター間衝突の観測2019

    • 著者名/発表者名
      長足 友哉, 中村 昭子, 長谷川 直, 和田 浩二
    • 学会等名
      令和元年度宇宙科学に関する室内実験シンポジウム, JAXA宇宙科学研究所, 3月2-3日, 2019. (書面報告)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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