2022 Fiscal Year Final Research Report
Influence of the interference effects on radiative transfer in dense colloidal suspensions
| Project/Area Number |
20H02076
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 吾朗 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (30218193)
渡部 正夫 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30274484)
小林 一道 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80453140)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体内光伝播 / ふく射輸送理論 / 光学特性値 / 生体模擬溶液 / 干渉効果 / 電磁波散乱理論 / 近赤外分光法とイメージング |
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| Outline of Final Research Achievements |
This study aimed to clarify the interference effect on the light-scattering properties (e.g., scattering coefficient) and radiative transfer characteristics (e.g., mean time of flight) in dense colloidal suspensions by developing the radiative transfer model combined with the dependent scattering theory. We showed the interference of the electric fields scattered by colloidal particles strongly influences the light scattering properties and radiative transfer characteristics. For further analysis, we developed model equations for the properties and characteristics. The developed model equations allow us to evaluate the two factors: the single-particle scattering factor and the interference factor. Dimensionless analysis based on the two factors showed the results are collapsed on a single curve. This result suggests there exists the universality of the interference effect, independently of the optical wavelength, particle size, and so on.
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| Free Research Field |
光工学、熱工学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
近赤外波長帯域の光による生体イメージングや治療において、生体内の光伝播を定量的に予測することが重要である。しかし、近赤外光は生体により強く散乱され、光伝播の予測を困難とする。基礎研究として、生体を模擬した溶液である高濃度なコロイド溶液の光散乱特性を調べることが重要である。高濃度なコロイド溶液では、散乱体間の距離が短く、散乱波は干渉し、光散乱特性に強く影響を及ぼす（干渉効果）。本研究では、干渉効果が光散乱特性だけではなく光伝播にも顕著にあらわれることを示した。さらに、干渉効果の普遍的な性質も見出した。本研究の成果は散乱光によるイメージングや治療の開発や社会応用において有用な知見である。
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