核磁気共鳴映像法による海水飛沫着氷の成長機構の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680541
• Research Institution: Hokkaido University of Education
• Principal Investigator: 尾関 俊浩 北海道教育大学, 教育学部岩見沢校, 助教授 (20301947)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 浩一 防災科学技術研究所, 長岡雪氷防災研究所, 主任研究員 (10180639) ; 巨瀬 勝美 筑波大学, 物理工学系, 教授 (60186690) ; 能條 歩 北海道教育大学, 教育学部岩見沢校, 助教授 (20311524)
• Keywords: 核磁気共鳴 / 海水飛沫着氷 / 可視化 / 三次元構造 / MRI / スポンジアイス / 船体着氷 / 灯台

Research Abstract

本研究は核磁気共鳴映像法を用いて海水飛沫着氷中のブラインの3次元構造を可視化することが目的である。本年度は3年計画の3年目に当たり、主に以下の3つの研究活動を行った。
1.(1)昨年度開発した小型冷凍庫内で飛沫着氷を再現する装置を改良し、常温室内で海水飛沫着氷に近い試料を作成できるようにした。この装置で試料を作成した後、時間経過、温度変化なくNMRI装置によりブラインの3次元分布を測定することが可能となった。また飛沫着氷からのブラインの排水過程をリアルタイムで測定した。
(2)北海道日本海に面した浜益漁港防波堤灯台において厳冬期に海水飛沫着氷の経時観測を行った。本冬期は暖冬のため海水飛沫着氷は成長ぜず、可視化実験に用いる試料を取得することはできなかった。
2.(1)海水飛沫着氷の3次元構造を高空間分解能で測定するために、NMRIシステムのシーケンスを新たに構築した。その結果グラディエントエコー・FLASHを使うことにより画像マトリクス256^3、ボクセルサイズ90×90×90μmの可視化画像を取得することに成功した。
(2)海水飛沫着氷試料にドデカンを浸透させて撮像した三次元データを用いて、ブライン排水路の最大値投影法による可視化を行った。また今年度取得した塩水を用いた海水飛沫着氷の再現試料についてブラインの排水路の構造と、排水によるNMR信号の変化を測定した。
3.(1)以上の結果から海水飛沫着氷内のブラインは従来考えられていたようなブラインポケットの中にあるのみではなく、着氷内に行き渡るように張り巡らされたブライン排水路が存在することがわかった。よって海水飛沫着氷が成長するとともにブライン排水路が形成され、排水が促進されるモデルを提唱した。
(2)本研究の成果を「雪と雪崩に関する国際シンポジウム」(スイス)、「第7回核磁気共鳴マイクロスコピーに関する国際会議」(USA)、「日本雪氷学会全国大会」(上越)、「第19回寒地技術シンポジウム」(釧路)において発表した。

Research Products

• [Publications] 尾関俊浩 他5名: "Three-dimensional snow images by MR Microscopy"Magnetic Resonance Imaging. 21. 351-354 (2003)
• [Publications] 尾関俊浩 他4名: "MRIによる海水飛沫着氷内のブラインチャネルの可視化"寒地技術論文・報告集. 19. 239-243 (2003)
• [Publications] 尾関俊浩 他5名: "MR microscopy of snowpack structures"Cold Regions Science and Technology. 37. 386-391 (2003)