多粒子系連立放物型過程の非平衡・動的平衡論とその硫酸系エアロゾル解析への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14048204
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 飯沼 恒一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40005484)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 義之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00005480) ; 内田 俊介 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60321973)
• Keywords: エアロゾル / 反応拡散方程式 / 大気イオン / 硫酸アンモニウム塩 / 二次粒子生成 / 反応速度定数 / 拡散係数

Research Abstract

1、連立反応拡散方程式の一般解および動的平衡解によるイオン・中性化学種混合系濃度の時空間依存性解析
エアロゾル生成・二次粒子成長過程を正負イオン種と中性化学種が多数混在する輸送・反応系としてとらえ、これらの素反応過程が複雑に競合する状況下での全てのイオン種と中性化学種の濃度の時間および位置依存性を連立微分方程式の一般解と動的平衡解により導出した。この種のイオン・中性種混合系の動態解析を実施した例は皆無であり、エアロゾルの粒径分布測定器やイオン移動度分析計の輸送係数と反応速度定数データの厳密な解析に供するものでおる。
2、硫酸アンモニウム塩の形成・転換反応率の決定
東アジア地域におけるエアロゾル研究の主たる対象である硫酸アンモニウム塩の形成・転換過程を、24の反応経路を用いてモデル化し、その反応率を決定する為に経過時間をパラメータとした各化学種濃度の空間依存性を計算した。アンモニアと硫酸の濃度(それぞれ4.3ppb,2.5ppb)のみを初期条件として代入し、アンモニアイオン、硫酸イオンを含む7種類の濃度変化を計算し、エアロゾル形成初期におけるイオン反応の重要性を定量的に指摘・評価した。
3、可動イオン源型ドリフトチューブ移動度分析計の試作
硫酸アンモニウム塩の生成・転換反応速度定数を実験的に決定する必要性から、可動イオン源型ドリフトチューブ移動度分析計を試作し、窒素・二酸化硫黄混合系、アルゴン、室内空気を対象として、大気圧下(760Torr)での到着時間スペクトルを得た。このスペクトルは多種類のイオン種の移動度と反応速度定数導出のための基礎データであり、所期の目的の達成に向けて一定の見通しを得た。

Research Products

• [Publications] K.Iinuma, S.Uchida: "Analysis of composite mobility peak for multiple atmospheric ions in equilibrium"Pro.12^<th> International Conference on Atmospheric Electricity. 373-376 (2003)
• [Publications] 飯沼 恒一: "気相イオンの輸送係数と反応速度定数の精密測定及びその理論解析に関する研究"大気電気研究. 62. 1-6 (2003)
• [Publications] H.Suto, K.Iinuma, S.Uchida, K.Takayama: "Development of dual-beam intersection technique for microwave breakdown plasma spectroscopy and detection of air compositions"Radio Science. (in press). (2004)