| 研究課題/領域番号 |
19K15452
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| 研究機関 | 日本女子大学 |
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研究代表者 |
李 香福 日本女子大学, 理学部, 助教 (50836632)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 音響キャビテーション気泡 / ソノルミネセンス / 帯電 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、音響キャビテーション気泡の電気的性質について調べる。令和元年度に実施した研究では、水中のSL単一気泡（SBSL気泡）に直流電圧を極性と電圧値を変えながら印加し、その時の気泡の移動方向からSBSL気泡がプラスに帯電していることを実験的に示した。気泡が帯電を帯びている場合、電場を印加すると気泡は超音波放射力であるビヤークネス力と静電気力の平衡点へその位置が移動するはずである。令和2年と3年では実験より得られた測定値Kellerの式を利用した数値シミュレーションより、水中のSBSL気泡の電荷量を見積もった。平衡点で気泡が受けるビヤークネス力を求めるために、気泡の初期半径値が必要だが実際に測定することは出来ない。そこで、ハイドロフォンで測定した音圧値の条件で、様々な初期半径条件で半径の時間変化を計算し、レーザー散乱光強度測定の結果と最も一致する条件から気泡の初期半径を予測した。その後、測定した音圧値と気泡初期半径を用いた数値シミュレーションを行い、平衡点で気泡にかかるビヤークネス力を数値シミュレーションで求めた。電場強度は気泡位置付近の電位測定から求めた。力のつり合い関係より電荷量を2.5ｐＣと見積もることができた。しかし、音圧値と電場強度は測定値であるため、誤差が生じやすい。各測定誤差を電荷量の評価にも考慮する必要がある。音圧の測定誤差を考慮して、測定値の±0.2気圧の音圧範囲で、同様な数値シミュレーションを測定し、各音圧値の条件での最適な初期半径を散乱光強度測定結果と比較して予測した。得られた初期半径と各音圧値からビヤークネス力を計算し、電荷量を見積もった結果、 ±Δ0.6 pCの誤差を求めることができた。また、誤差には電場強度が最も影響することが分かった。令和4年には数値シミュレーションによるSBSL気泡の帯電量評価の研究成果を論文投稿するための原稿を作成した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
令和4年には、令和2年と3年に引き続き、数値シミュレーションより、SBSL気泡の電荷量評価の研究を行った。当初計画では、SBSL気泡の電気的性質の確認と、その帯電要因を明確にした上で、気泡の電荷量を評価する予定だったが、コロナ感染症流行により実験装置の使用が制限されたため、数値シミュレーションによるSBSL気泡の帯電量評価の研究を実施した。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年には、数値シミュレーションによるSBSL気泡の帯電量評価の研究成果をまとめ、論文投稿する（6月予定）。実験研究では、SBSL気泡の帯電要因を明確にするために、試料の溶存ガスへの依存性を調べる。具体的には、試料の溶存空気を希ガス（Ar）に置換し、過酸化水素、亜硝酸などの気泡圧壊時に生成される化学反応物の発生を抑制する。この測定から、気泡内部で生成された化学反応物の気泡の帯電へ影響を調べることができる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ感染症流行により、研究を実施するのに制限が生じたため、当初計画の研究内容が変更され、進歩が遅れている。数値シミュレーションによるSBSL気泡の電荷量評価の研究成果を論文投稿する予定で、その投稿費用として使用する予定である。
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