| 研究課題/領域番号 |
11640423
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
成田 英器 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20001662)
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| 研究分担者 |
巨瀬 勝美 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (60186690)
曽根 敏雄 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (10222077)
山田 知充 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (50002100)
八久保 晶弘 北見工業大学, 未利用エネルギー研究センター, 助教授 (50312450)
田口 善弘 中央大学, 理工学部, 助教授 (30206932)
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| キーワード | 核磁気共鳴 / 積雪 / 可視化 / MRI / 三次元構造 / ざらめ雪 / しもざらめ雪 |
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| 研究概要 |
地上に降り積もった雪「積雪」は複雑な形状をもつ無数の氷粒子と空気の2相混合物で、「新雪」、「しまり雪」、「ざらめ雪」、「しもざらめ雪」に大きく分類することができる。同じ密度の積雪でも、雪質の違いによって粒子同士の結合や空隙の形は多様であり、その複雑なネットワーク構造が、熱や水蒸気などの輸送機構、さらには力学的性質などの積雪の物性を決定する最大の要因となる。
本研究では、画像医学診断の分野で広範に用いられるようになった核磁気共鳴映像法(NMRI)を適用し、積雪3次元マイクロネットワーク構造の可視化とその定量化を行うことを目的とした。実験には巨瀬が実験用に開発したNMRIシステム(4.74T、口径89mmの超伝導磁石)を用いた。氷からのNMR信号は微少であるため、試行錯誤の結果、浸透性がよく、融点が-12℃の有機化合物であるドデカンC_<12>H_<26>に常磁性試薬(C_<15>H_<21>O_6Fe)を加えた溶液で空隙を満たすことで十分な信号強度が得られることが確認された。
3次元画像データを取得するのには最低30分、良好な映像を得るためにはさらに信号積算を行う必要があるため、測定時間は30〜60分を要する。そこで容器の外縁に冷媒を循環させてサンプル温度を一定に維持する冷却システムの開発を行なった。アクリル製の40mmの外管と20mmの内管からなる二重円筒の間に冷気を通して内管内の試料を冷却する方法により、氷と液体のドデカン(融点:-12℃)を長時間共存させることが可能となった。
この結果、イメージマトリックス128^3、ピクセルサイズ0.2×0.2mm^2、厚さ0.2mmの3次元マイクロ画像データを氷球(直径3mm)、比較的粒径の大きい天然の「ざらめ雪」「しもざらめ雪」について取得することに成功した。
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