| 研究課題/領域番号 |
18K03689
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
田中 今日子 東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (70377993)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 宇宙ダスト / 核生成 / 分子動力学計算 / 金属 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、宇宙の固体微粒子（ダスト）の生成と進化に関する総合的な描像の構築を目指している。ダストの生成は気相からの凝縮核生成過程が鍵となる。従来の古典的理論では限界があるのに対し、原子・分子レベルで物質を観察できる分子動力学（MD）計算は、新しい情報を得ることが可能となる強力なツールとなる。本研究では並列計算用の汎用コードであるLAMMPSを用いて宇宙の主要な固体物質である金属物質についての核生成過程について調べた。これまで我々がH2Oなどに対して行ってきた均質核生成のMD計算の手法を金属物質（鉄やニッケルなど）に適用して計算を行った。従来の研究よりも粒子数を増やして様々な条件の下で計算を行い、核生成率の導出、付着確率、表面張力などを導出した。また、MD計算結果と核生成理論を詳細に比較するためには、表面張力や平衡蒸気圧などの物性値が必要であり、気液平衡系のMD計算を行うことにより、理論と比較するために必要な物性値を導出した。さらに、MD計算以外のダスト生成に関する理論的研究を行った。近年TiCやSiOの宇宙模擬ダストの凝縮や結晶化の実験が行われており、その実験結果と理論モデルを比較検討することにより、分子クラスターの表面張力や付着確率などの物性値を推定した。また、地球大気の中間圏で観測されている夜光雲の成因を明らかにするために、核生成理論に基づき、微隕石による氷の核生成の可能性について検討を行った。我々の結果は中間圏では従来可能だと考えられていた氷の均質核生成は起こらず、微隕石を核とした不均質核生成が卓越することを示した。
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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
これまでの凝縮核生成の分子動力学計算は希ガスや氷などの限られた物質でしか行われてこなかったが、宇宙の主要な固体物質である金属やSiOなどの高温物質にも適用できるようになった。さらに、近年行われた宇宙ダスト模擬実験との比較検討などの研究や中間圏での雲の生成過程の理論研究などの共同研究も進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
宇宙ダストと関連する様々な物質に対して分子動力学（MD)計算を行う。具体的には金属系だけでなく、宇宙模擬ダスト実験などでも用いられている炭素物質（TiC)や酸化ケイ素の計算も行う。これまでの結果をまとめて物質の効果がどのように現れるのか統合精査し、核生成過程の定式化を進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
(理由）
当該年度で計画していた研究会が中止またはオンラインに変更になり、旅費などの未使用額が生じた。ま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、当初の計画より遅れたことにより、投稿料、英文校正、印刷費などに未使用額が生じた。
（使用計画）
学会発表の参加費用、および投稿準備中の論文の投稿料、英文校正、印刷費等に使用する。
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