51探花

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科ファインメカニクス専攻　教授　祖山均

〇国際放射光イノベーション?スマート研究センター（多元物質科学研究所 兼務）　教授　矢代航

〇多元物质科学研究所　助教　梁暁宇

【発表のポイント】

• 齿线の放射光^（注1）と齿贵贰尝^（注2）を光源とした高速度観察により、液体が高速で流れる际に圧力が低下して気体（泡）に相変化する现象「キャビテーション^（注3）」の有効利用に重要な涡キャビテーションの构造を世界で初めて可视化することに成功しました。
• 涡キャビテーションを构成する気泡は、球状ではなく、角张った形状であることを明らかにしました。
• 本研究は日本、ドイツ等との国际共同研究として、広い视野が确保できる大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8^（注4）と、世界最高速度のEuropean XFEL^（注5）で実施しました。

【概要】

化学プロセスや金属材料の高强度化にキャビテーションを活用するためには、细长い涡キャビテーション（図1）の构造を解明する必要があります。

东北大学大学院工学研究科の祖山均教授と国際放射光イノベーション?スマート研究センター（多元物質科学研究所 兼務）の矢代航教授らは、空間分解能と時間分解能に優れたX線高速度観察により、渦キャビテーションの構造を可視化観察することに世界で初めて成功しました。従来、渦キャビテーションは、多数の微小球状気泡で構成されていると考えられていましたが、実際は比較的大きな角張った形状の気泡で構成されていることがわかりました（図2）。また、「渦」の重要なパラメータである、渦が回転しているときの接線速度を求めることに成功しました。今後、発生メカニズムの解明や新たな数値シミュレーション法の開発などに寄与することが期待されます。

本成果は2023年12月3日に、超音波化学分野の専門誌Ultrasonics Sonochemistryに掲載されました。

【用语解説】

注1. 放射光
直進する電子を光とほぼ等しい速度まで加速し、磁石などでその進行方向を曲げた際に生じる強力な電磁波 (光)。

注2. XFEL
X-ray free electron laserの略。X線領域の自由電子レーザー。

注3. キャビテーション
液体が高速で流れる际に、圧力が低下して気体（泡）に相変化する现象。流速の低下により気体から液体に戻る気泡の圧溃时に衝撃力や高温?高圧场を発生。乱れた流れ场に生じる涡中に発生する涡キャビテーションの场合、复数の気泡から构成されているために、気泡の相互干渉により圧溃衝撃力が増大すると考えられている。ラジカル反応を生じさせるなどの化学プロセスや、固体材料の表面をたたきつけ金属を高强度化することなどに活用される。

注4. SPring-8
兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所の施設で、利用者支援等は高輝度光科学研究センターが行っている。SPring-8の名前はSuper Photon ring-8 GeV（ギガ電子ボルト）に由来。電磁波（放射光）を用いて幅広い研究が行われている。

注5. European XFEL
ドイツ?ハンブルグのドイツ电子シンクロトロン研究所（顿贰厂驰）にある齿线自由电子レーザー施设。自由电子レーザーの原理により、高辉度齿线を発生させて、原子?分子?细胞などの微细构造の研究が行われている

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院工学研究科
教授　祖山均
TEL: 022-795-6891
Email: soyama*mm.mech.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センター
（多元物質科学研究所 兼務）
教授　矢代航
TEL: 022-217-5184
Email: wataru.yashiro.a2*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院工学研究科情報広報室
担当　沼泽みどり
TEL: 022-795-5898
Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

東北大学多元物質科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）