• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2015 年度 実施状況報告書

宇宙ダスト生成過程の解明に向けた核生成理論モデルの検証

研究課題

研究課題/領域番号 15K05015
研究機関北海道大学

研究代表者

田中 今日子  北海道大学, 低温科学研究所, 特別研究員 (70377993)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード宇宙ダスト / 核生成 / 分子動力学計算
研究実績の概要

宇宙ダスト微粒子の生成や進化を考える上で核生成過程は重要なプロセスであるが、最初にできる凝縮核がナノサイズより小さいため、その生成率を良く予言する一般的な理論がまだない。室内実験より得られた核生成率は、広く用いられてきた核生成の古典的理論が与える値よりも、数桁以上異なることが報告されており問題となっている。本研究では宇宙ダスト生成を考える際の根本となる理論を分子動力学計算などにより分子レベルで解明し、宇宙環境におけるさまざまな温度圧力場でも使える理論モデルの構築を目指す。本研究では超並列計算機を用いて水の核生成過程の大規模MD計算を行った。スイスのスーパーコンピュータを用いて、最大8千コアの並列計算を千時間以上かけて行い、最大400万分子で時間ステップは3億ステップという非常に大規模な分子動力学計算を実行することにより、従来よりも10万分の1という低い核生成率で進行する現象を再現し室内実験と同レベルに到達することに成功した。今回温度や圧力の広い範囲に対し得られた水蒸気からの凝縮核生成率は,古典的核生成理論から大きくずれるが,凝縮核の表面張力を補正した半現象論的モデルとはよく一致することが確認された。またこの新しい核生成理論モデルを観測ロケットを用いた微小重力下での鉄の核生成実験結果を用いて比較検討を行った。均質核生成が起きる温度と圧力を同時に測定するその場観測結果と核生成理論モデルを組み合わせることにより、宇宙ダスト生成過程を考える際に重要な鉄の付着確率などの物性値を推定した。核生成時において、鉄の付着確率は非常に小さいことが明らかになった。

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

研究実績の概要で述べた水の核生成過程の大規模MD計算の結果に関しては、学会や大学のプレスリリースでも発表され、また国際誌に掲載された。また得られた核生成理論モデルと観測ロケットを用いた微小重力下での鉄の核生成実験結果との比較検討においては、宇宙の主要物質である鉄の核生成時の付着確率の物性値を推定することができ、宇宙環境において鉄の均質核生成が非常に起こりにくいという結果が得られた。この内容は現在投稿論文を準備中である。以上より、概ね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

これまで精度の高い核生成理論モデルの構築を目指し希ガスや水に対して核生成の大規模分子動力学計算を行ってきたが、さらに相互作用ポテンシャルや環境パラメータを変化させた計算と詳細な解析を行い、ポテンシャルモデルの依存性や核生成モデルの検証を行う。また核生成実験と連携し宇宙ダストに関連するさまざまな物質の表面エネルギーや付着確率などの物性値を求める。得られた物性値と核生成モデルを用いて超新星爆発のガス放出時における宇宙ダスト生成過程について討する。

次年度使用額が生じた理由

初年度に得られた研究成果の一部を論文としてまとめ投稿する予定であったが、核生成実験の新しい結果が得られたこと等により執筆作業が当初の計画より時間がかかっており、投稿料、英文校正、印刷費などに未使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

投稿準備中の論文を次年度に投稿するため、その投稿料、英文校正、印刷費に使用する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      チューリッヒ大学
  • [雑誌論文] Homogeneous SPC/E water nucleation in large molecular dynamics simulations2015

    • 著者名/発表者名
      R. Angelil, J. Diemand, K. K. Tanaka, H. Tanaka
    • 雑誌名

      J. Chemical Physics

      巻: 143 ページ: 0640507(1-11)

    • DOI

      10.1063/1.4928055

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Simple improvements to classical bubble nucleation models2015

    • 著者名/発表者名
      K. K. Tanaka, H. Tanaka, R. Angelil, J. Diemand
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 92 ページ: 022401(1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.92.022401

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 水の凝縮核生成の大規模MD計算と核生成率のスケーリング2016

    • 著者名/発表者名
      田中今日子, Raymond Angelil, 田中秀和, Juerg Diemand
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Homogeneous SPC/E Water Nucleation in Large Molecular Dynamics Simulations2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka, K. K. Tanaka, R. Angelil, J. Diemand
    • 学会等名
      ILTS International Symposium on Low Temperature Science
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-11-30 – 2015-12-02
    • 国際学会
  • [学会発表] 液相からの気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的理論の改良2015

    • 著者名/発表者名
      田中今日子, 田中秀和, Juerg Diemand, Raymond Angelil
    • 学会等名
      第29回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2015-11-30 – 2015-12-01
  • [学会発表] Shock heating of dusts and icy planetesimals and recondensation of icy grains2015

    • 著者名/発表者名
      K. K. Tanaka, M. Nagasawa, H. Tanaka, T. Nakamoto, H. Nomura, H. Miura, and T. Yamamoto
    • 学会等名
      Goldschmidt conference 2015
    • 発表場所
      Prague Congress Center [プラハ(チェコ)]
    • 年月日
      2015-08-16 – 2015-08-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Diagnosing evaporation of icy planetesimals in protoplanetary disks2015

    • 著者名/発表者名
      H. Nomura, D. Ishimoto, M. Nagasawa, K. K. Tanaka, H. Miura, T. Nakamoto, H. Tanaka, & T. Yamamoto
    • 学会等名
      IAU General Assembly
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center [Hawaii (USA)]
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 液相からの気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的理論の改良2015

    • 著者名/発表者名
      田中今日子, 田中秀和, Juerg Diemand, Raymond Angelil
    • 学会等名
      北海道大学低温科学研究所研究集会衛星系研究会:衛星系と噴火現象
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-07-21 – 2015-07-22
  • [学会発表] 水蒸気から液滴への均質核生成の大規模分子動計算2015

    • 著者名/発表者名
      田中今日子,田中秀和, Raymond Angelil, Juerg Diemand
    • 学会等名
      地球惑星科学関連学会2015年合同大会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県・千葉市)
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-26
  • [学会発表] 気泡核生成の大規模分子動力学計算と古典的核生成理論の改良2015

    • 著者名/発表者名
      田中今日子,田中秀和, Raymond Angelil, Juerg Diemand
    • 学会等名
      地球惑星科学関連学会2015年合同大会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県・千葉市)
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-26
  • [備考] 北海道大学プレスリリース(2015. 8.19)水の凝縮核生成の大規模分子動力学シミュレーション

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/press.html

  • [備考] 核生成- from water vapor to droplet-(日本語)

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=QI4TRR-bntI&nohtml5=False

  • [備考] Nucleation -from water vapor to droplet -(English)

    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=jq8pCThPIjo&nohtml5=False

URL: 

公開日: 2017-01-06  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi