| 研究課題/領域番号 |
10480138
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
環境保全
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
古川 義純 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20113623)
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| 研究分担者 |
遠藤 辰雄 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20001844)
横山 悦郎 山口大学, 工学部, 助教授 (40212302)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 2000
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| キーワード | 多結晶氷晶 / オゾンホール / 酸性物質 / 実質分配係数 / 結晶粒界 / 一方向成長法 / マッハツエンダー干渉計 |
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| 研究概要 |
一方向成長装置により、氷/水界面の成長にともなうパターン発展と界面付近での不純物濃度分布を測定することにより、界面での実質分配係数を決定することができる。このため、新しい一方向成長実験システムを構築した。この装置をマッハツエンダー干渉計に搭載することで、界面パターン発展と界面近傍での不純物濃度分布を定量的にその場観察することが初めて可能になった。一方向成長法では、結晶成長開始とともに界面不安定が発生し、やがて等間隔の指状パターンが生成される。この指状パターンの隣接した結晶の境界面は結晶粒界と見なして良い。この過程を、干渉計で観察すると、結晶成長とともに界面近傍での溶液内で干渉縞に曲がりが生じる。これは、界面付近の不純物濃度が結晶の成長とともに上昇したことをしめし、その不純物は界面から溶液に向かって拡散するため、界面近傍には濃度分布が生じるのである。
このような実験の解析から、界面における不純物濃度の時間変動を測定した。その結果、界面濃度は、氷/水界面が平らな形状を保ったままで成長している間は、結晶の成長にともない界面から排斥される不純物量と拡散により界面から溶液内に移動する塩分量が完全に一致した。すなわち、界面が安定(平ら)で、結晶粒界が存在しないときには、界面での不純物の質量は保存されている。しかしながら、氷/水界面が不安定化し、界面形状が結晶粒界を多数含む指状パターンになると、界面から拡散する不純物の量が界面で排斥される不純物の量より圧倒的に大きくなった。すなわち、不純物の一部は界面に存在する結晶粒界に取り込まれたために、見かけ上の分配係数が大きくなったことを実証している。
本実験でKClを不純物モデルとして使用し、見かけ上の不純物の分配係数(実質分配係数)を求めると0.35の値をとることが初めて明らかになった。
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