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九州大学応用力学研究所

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号 

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年度

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26 特 特1-2 1-226
輪島～舳倉島間の通過流量の季節変動と富山湾の流況
石川県水産総合センター 大慶則之
目的
富山湾沿岸はブリを始めとする多くの回遊性魚類が来遊することから、全国有数の定置網漁場となっている。これら水産資源の漁況を判断するためには、富山湾周辺の海況変動機構の理解が重要である。富山湾は能登半島沿岸を北上する対馬海流の影響下にあり、沿岸分枝流の季節変動に対応して、富山湾内に入り込む流れと富山湾口を横断する流れが強弱を繰り返すことが知られている。本研究では、輪島～舳倉島間の水位差から求められる能登半島沿岸の対馬海流沿岸分枝流の時間変動と能登半島周辺の定置網漁場に配置された係留系の流れの連続観測データを解析することで、沿岸分枝流の季節変動とそれに対応した沿岸流の変動を詳細に解析することを目的とする。
観測および観測資料
能登半島北端と舳倉島の南西を結ぶ約 48km の定線観測区間（図 1 に示す St.A～St.B）で収集した ADCP デー
タから推算した流量（以下沿岸分枝流量）と、輪島～舳倉島間の水位差には、有意な正の相関があり、水位差から沿岸分枝流量の推定が可能である。流量の算定に際しては、九州大学応用力学研究所が舳倉島漁港に設置した水位計と、国土地理院輪島験潮場の毎正時の観測データ
を輪島特別地域気象観測所の海面気圧で補正し、これらの 5 年平均値（2008/8/1～2013/7/31）に対する偏差の差を水位差と定義して、水位差と流量の回帰式から毎正時の値を算定した。沿岸の流れのデータは、図 1 に示す石川県西岸から富山湾沿岸の 12 ヶ所の観測点（水深 24～91m）の 10m 水深帯に係留した電磁流速計（JFE ｱﾄﾞﾊﾞﾝﾃｯ
ｸ AEM-RS/C-EM）で観測された毎正時のデータを用いた。
解析期間は 2010 年から 2013 年である。
図1

調査海域図

実線は流量計算区間を示す。

結果と考察
沿岸分枝流量と各測点における卓越流向成分の経月変動を図 2 に示す。沿岸分枝流量の変動と卓越流向成分の変動を比較すると、能登半島西岸の St.2～St.4 では、夏季の沿岸分枝流量の強化に対応して、陸岸を右に見る方向の流れが強まる傾向がみられた。一方で、St.4 と St.2 では、春季にも大きな流速値が現れたほか、県西岸南部の St.1 では、夏季に陸岸を左にみる弱い流れが現れるなど、流量変動と直接的に対応しない流れの変動もみられた。半島東岸から富山湾の St.5～12 では、半島西岸と比較して全般に流速が小さい値を示した。季節的にみると St.5～11 では冬季に岸を左に見る方向の流れが強まる傾向がみられ、この傾向は半島東岸北部の観測点（St.5）に強く現れた。また、富山湾沿岸の St.8～11 では、夏季に陸岸を右に見る方向の弱い流れがみられた。これに対して、富山湾東端のSt.12 では、周年にわたり陸岸を右に見る流れが卓越した。夏季（6 月）と冬季（12 月）のベクトル
平均流速の分布を図 3 に示した。半島東岸から富山湾沿岸では、冬季に時計回り、夏季に反時計回りの環流が形成されていることがうかがわれる。半島東岸から富山湾にみられる夏季の反時計回りの環流は、沿岸分枝流の岸に沿った流入で説明できる。一方、冬季の時計回りの環流は、夏季の沿岸分枝流の流路が離岸して沖合いから湾内に流入することが原因となっている可能性が推察される。今後は、―3―

26 特 1-2
既存の CTD 観測データから力学計算によって能登半島東岸から富山湾域の地衡流の流動パターンを求めて、沿岸分枝流量

沿岸流や沿岸分枝流の変動との関連性を検討する予定である。
SV
1.0

cm/s
15 St.5

St.A － B

0

0.0

-10
10

St.6

E-W

-10
10

St.7

NE-SW

-10
10

St.8

NNE-SSW

-10
10

St.9

NE-SW

-10
10

St.10

WNW-ESE

-10
10

St.11

WSW-ENE

-10
10

St.12

WSW-ENE

Jan. Feb. mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.

0
-5
15

St.3

ENE-WSW

0
-5
20

St.2

NNW-SSE

St.1

NE-SW

卓越流向成分流速

cm/s
20 St.4
10 ENE-WSW

卓越流向成分流速

ENE-WSW

0.5

0
10
-10

Jan. Feb. mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.

-10

図2

Jan. Feb. mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.

卓越流向成分と能登半島北西沖の対馬海流沿岸分枝流量の季節変動

卓越流向成分はSt.1~4（西岸）では陸岸を右（左）に見る方向を正値（負値）、St.5~13（東岸）では陸岸を左（右）に見る方向を正値（負値）で示す、沿岸分枝流量は北東方向の流量を正値で示す

図3

夏季（左図）と冬季（右図）のベクトル平均流速の比較
実線の矢印は流軸を模式的に示したもの―4―

26 特 1-3海洋微細構造と植物プランクトン動態の関係
独立行政法人水産総合研究センター

鬼塚

剛

１．目的
近年，八代海などの九州沿岸域では有害な植物プランクトンによる赤潮が頻発しており，漁業被害も報告されている。植物プランクトンは増殖する際に光と栄養塩を利用するため，その挙動は，分布深度
や栄養塩環境に影響を与える海洋の混合過程と密接な関わりがあることが知られている。本研究では，
九州西部海域を対象として，有害プランクトンが発生する夏季に海洋微細構造プロファイラー等を用いた観測を実施し，有害種を含む各種植物プランクトンの鉛直分布・増減過程と微細構造の鉛直分布との対応関係を明らかにすることを目的とした。
２．観測及びデータ
九州西部に位置する八代海の Stn. A（32°21.3´N，130°16.4´E，水深約 37 m）において，2014 年 7 月 30 日
10 時から 8 月 1 日 8 時にかけて，瀬戸内海区水産研究所
所属の「しらふじ丸」による 46 時間の昼夜連続観測を行った（Fig. 1）。観測中は，2 時間ごとに多項目水質計（AAQ-RINKO, JFE アドバンテック）および微細構造プ
ロファイラー（TurboMAP-N9, JFE アドバンテック）を用いて，水温・塩分・蛍光強度・光強度・濁度・流速シ
アーの鉛直分布を測定し，得られた流速シアーから乱流エネルギー散逸率 ε を算出した。また，2 時間もしくは4 時間ごとに海底上 1 m まで 1～5 m 間隔で各層採水を実施した。採水試料は，船上で 10 μm 目合いのふるいを用いた濃縮検鏡によって有害プランクトン細胞密度を計数するとともに，一部を持ち帰り栄養塩分析を行った。

Fig. 1

観測実施点（Stn. A）

３．結果と考察46 時間の昼夜連続観測結果を Fig. 2 に示す。観測期間を通して 10 m 以浅に密度躍層が形成され，半日周期で数 m 上下動していた。乱流エネルギー散逸率 ε は概して密度躍層以浅や海底近傍で高く，10-5～10-7 W kg-1 であった。また，7 月 31 日および 8 月 1 日の 4 時に海面から 10 m 深付近まで，海底近傍
では下げ潮時に 20 m 深付近まで，それぞれ ε は高い値を示した。植物プランクトンの指標となる蛍光強度の極大層は 8 月 1 日 0 時まで，ε が比較的小さい密度躍層下部で確認され，躍層の上下動とも対応していた。一方，優占種ではなかったものの有害な鞭毛藻（鞭毛による遊泳能を備えた植物プランクトン）の一種である Cochlodinium polykrikoides が観測期間中に低密度で確認された。本種の極大層は，蛍光強度の極大層とは一致せず，昼間に表層付近，夜間に 20～30 m 深に分布していたことから，本種が昼夜の日周鉛直移動をしていたと推察された。夜間の分布深度である 20 m 以深は表層に比べて DIN 濃
度が高く，鉛直移動によって下層の栄養塩を利用できたと考えられる。極大層深度の時間変化を基に算出された上昇・下降速度は 3～6 m h-1 程度となり，遊泳能力を持つ他の鞭毛藻類と比して大きいことが―5―判明した。本種の鉛直分布には躍層深度や乱流エネルギー散逸率 ε との明瞭な対応関係は認められず，
その理由として高い遊泳能力が考えられた。
４．研究組織鬼塚剛

独立行政法人水産総合研究センター

グループ長

研究代表者：現場観測・データ解析

吉川裕

京都大学大学院理学研究科准教授

研究協力者：現場観測・データ解析

油布圭

九州大学応用力学研究所

技術職員

研究協力者：現場観測松野健

九州大学応用力学研究所

教授

所内世話人

Fig. 2 2014 年 7 月 30 日 10 時から 8 月 1 日 8 時にかけての（a）乱流エネルギー散逸率 ε，（b）蛍光強度，（c）
Cochlodinium polykrikoides の水柱における存在割合（細胞密度/鉛直積算密度），（d）DIN 濃度，の鉛直分布時系列。
（a）～（c）の等値線は海水密度 σt を表す。

―6―

26 特 1-4
対馬暖流第一分枝流と第二分枝流の観測
名古屋大学地球水循環研究センター

森本 昭彦

１．研究の目的
対馬海峡から流入し日本海を北上する対馬暖流は、対馬海峡通過後２つもしくは３つの分枝流に分かれるとされている。対馬暖流の流路については諸説あり、未だ決定的な結論を得て無く、近年においても様々な流路が提唱されている。これは対馬暖流の時空間変動が大きいことと、その変動を捉える観測が実施できな
いためである。本研究では、レーダサイトから約 200 km の範囲の海面流速を高い時空間分解能で観測できる
遠距離海洋レーダにより、対馬暖流が分岐するとされる海域の表層流の連続観測と、遠距離海洋レーダ観測
海域での流速計の係留観測により、対馬暖流の分枝流の季節・季節内変化を明らかにすることを目的とする。
遠距離海洋レーダサイトの構築は終了したが、測定システムの開発を現在も行っていることから、本報告では、係留系および GPS 漂流ブイで得られた流速データと、遠距離海洋レーダにより測定された海面流速を比較し、遠距離海洋レーダの精度検証を行った結果について述べる。

２．参加者
森本

昭彦

（名古屋大学地球水循環研究センター）市川香（九州大学応用力学研究所）

３．研究成果の概要
３－１. 遠距離海洋レーダの概要
本研究で使用する遠距離海洋レーダは、情報通信研究機構が開発し、2001 年から約 10 年間台湾北東海域の黒潮を観測したレーダである。本レーダの送信周波数は 9.2 MHz、出力は 1 kW であり、3 エ
レ八木アンテナを送信に、2 エレ八木アンテナを受信アレイとして利用したシステムである。2 つのレーダを、長崎県対馬の北端と山
口県萩市沖の相島に設置した。本レーダの観測範囲はレーダサイト
から約 200km、海面流速を空間分解能約 7km、時間分解能 30 分で観測できる。それぞれのレーダサイトでは、ビーム方向（視線方向）の流速のみが観測され、両局のビームが交差する範囲において流速ベクトルを計算できる。対馬、相島両局から送受信するモノスタティックモードと、対馬から送信、対馬と相島で受信するバイスタティックモードの２つの方法による測定ができる。今回は、2014 年 6月 11 日～9 月 8 日までに行われたモノスタティックモードのデータ

図 1．対馬レーダと相島レーダのビーム配置（青線）と、海底設置式流速 計の係留場所（ 赤点）。

を使用し解析する。
３－２. 係留系および GPS 漂流ブイ観測
遠距離海洋レーダにより測定される海面流速の精度検証を行うため、2014 年 6 月 15 日～7 月 24 日まで海底設置式流速計 5 台を遠距離海洋レーダ観測海域に係留した（図 1）。海底設置式架台 TRBM, TRM,
CROM に超音波流速計 ADCP を内蔵し係留した。ADCP の測定間隔は 10 分、鉛直に 4m 毎のデータが得られ―7―ている。GPS 漂流ブイ観測は、新青丸 KS-14-9 次航海（2014 年 6 月 13－22 日）と、KS-14-12 次航海（2014年 7 月 21－28 日）において実施した。KS-14-9 次航海ではブイに抵抗体は取り付けず漂流させ、一方、
KS-14-12 次航海では、抵抗体が海面下 1m に位置するように取り付け漂流させた。位置データは 1 分毎に記録され、遠距離海洋レーダデータと比較できるように 30 分の平均流速とした。
３－３．遠距離海洋レーダデータの精度検証結果
対馬レーダの視線方向流速データと、30 分平均した GPS 漂流ブイデータとの比較を行った（図 2）。両者の比較においては、遠距離レーダの視線方向流速データを GPS 漂流ブイデータの観測位置へ補間し行った。両者の相関係数は 0.3, RMS は 36.6 cm/s であった。この値は、過去に他の海域で行われた海洋レーダ観測の結果に比べかなり悪い値であった。特に、GPS 漂流ブイ観測では大きな流速となっているにも関わらず、遠距離レーダでは強い流れがほとんど観測されていなかった。
GPS 漂流ブイとの比較では、漂流ブイの観測方法にも問題がある可能性があると考え、海底設置した ADCP データと対馬レーダの視線方向流速

図 2．GPS 漂流ブイと対馬レの比較を行った（図 3）。ここで、ADCP データは海面付近のデータが取ーダの視線方向流速の比較。

得できないため、海面下 10m のデータを使用した。また、海面下 10m
では海面付近の吹送流を捉えることが難しいため、主に潮流との比較を目的に、ADCP データは 25 時間
移動平均値からの偏差とした。相関係数は GPS 漂流ブイに比べ高く、RMS も小さく、遠距離海洋レーダはそれなりに海面流速を測定していると考えられた。場所的な違いをみると、対馬レーダの正面に位置
する測点 TRM, TRBM1 では相関係数は高かったが、対馬レーダの正面から南に位置する測点 TRBM2, CROM1
では相関係数が低くなっていた。ADCP との比較を行った海域での潮流の空間変化はそれほど大きくないことから、場所による違いは遠距離海洋レーダのデータ処理に問題があることを示唆している。

図 3．海底設置した ADCP の海面下 10m の流速の 25 時間移動平均からの偏差と対馬レーダの視線
方向流速の比較。

４．まとめ
対馬と相島に設置した遠距離海洋レーダにより測定された海面流速データと、海洋レーダ観測海域において係留系、GPS 漂流ブイにより観測された流速データの比較を行った。両者の比較から、遠距離海洋レーダの海面流速データは全体的な流動パターンを捉えることができるデータであることが分かった。しかし、データ処理部分の問題に起因して大きな誤差がある可能性が示唆された。この問題は、おそらくレーダのビームフォーミングに関わる部分と思われることから、今後データ処理を改良していく予定である。

―8―

26 特 1-5
高解像度衛星海面 flux データを用いた日本海の大気海洋相互作用研究	
 名古屋大学地球水循環研究センター	  富田裕之	
 
	
 
1.目的	
 
	
  高解像度の衛星海面 flux	
 データセット(J-OFURO2,	
 0.25 度格子,	
 2002〜2008 年,	
 日平均値)を解析することで日本海における海面 flux の変動特性について研究する。昨年度までに、日本海における J-OFURO2 デー
タについて、陸域付近のデータ処理などの追加処理を行い、現場データや大気数値モデル出力を用いた検証を実施した。また日本海の海洋循環に深く関係すると考えられる沿岸付近の海面 flux の分布について時空間変動を調べた。本年度は、J-OFURO2 に見られた特徴的な海面 flux の時空間変動特性について詳しく解析を
行う。	
 
	
 
2.	
 研究結果概要	 	  最初に顕熱 flux の冬季平均の空間分布を示す（図１）。J-OFURO2 の顕熱 flux の分布は他のデータセット
による顕熱 flux の分布と比較すると空間解像度が高く、陸域近くに特化したデータ処理手法(CSF)により沿岸域付近に値が含まれることから顕熱 flux の分布は他のデータセットと特徴が異なる（昨年度の報告書も参照）。J-OFURO2 では沿岸域で値が大きく、日本海中央部で値が小さい分布示す。図 2 は、北緯 41 度における顕熱 flux の東西変化を J-OFURO2 と、大気再解析データである NCEP 再解析	 (NRA)と	
 衛星 flux プロダクトである HOAPS3 について示したものである。NCEP 再解析は、大陸側でやや大きな値を示すものの、J-OFURO2 と比べるとかなり小さく、全体としてもほぼ一様な顕熱 flux の分布であることが分かる。また J-OFURO2 と同様に衛星プロダクトである HOAPS3 では、全体としての値が小さく、東西変化の様子も他のデータとはかなり
異なる。	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
図 2. 北緯 41 度（図 1 破線参照）における顕図 1. J-OFURO2 顕熱 flux (w/m2)

熱 flux の比較

冬季（1 月）気候学的月平均値。
―9―	  この様な顕熱 flux の分布特徴のデータセット間の違いは大きな問題である。特に、大陸側の海面 flux の分布は日本海の深層を含めた海洋循環の駆動要因となっている可能性が高く、海面 flux の分布の特徴が現実的であるかは重要である。現場観測データの比較結果から観測データの豊富な日本付近の検証は可能であり、それらの比較結果から J-OFURO2 の精度が良好であることは示したが（昨年度の報告書参照）、大陸側での現場データが得られないことや、分布の全体的な特徴を検証することは現場データとの比較だけからは難しい。
しかしながら、各データの海面 flux の変動特性を決める要因を把握し物理的な解釈を行うことである程度の検証を行うことは可能である。そこで、日本海における顕熱 flux の分布の特徴と、他のデータセットとの差異についてさらに詳しく検討した。図 3 は、北緯 41 度における顕熱 flux の平均値からの偏差を J-OFURO2 のデータについて示したものである。各破線は、顕熱 flux 偏差を説明する要因について調べるために、主要な規定要素である海面水温、海上気温、海上風の顕熱 flux 偏差への寄与を示す。この図より、J-OFURO2 の北緯 41 度における顕熱 flux 偏差を決める要因は、主に海面水温と気温の両方にあることが分かる。また、それらの寄与の割合は西部、中央部、東部で異なることが分かる。中央部では気温と水温が同程度の割合で海面 flux に寄与しているが、西部では気温が主要な要因であり、一方で、東部では気温の寄与は小さく、むし
ろ水温の寄与が大きい。一方、海上風の寄与は全体を通してあまり大きくは無かった。データセット間の違いは、主に海面水温の分布の違いによることが多かった（図省略）。例えば、NCEP などの大気再解析データ
では、データの空間解像度が小さく、日本海の海面水温の分布を正しく表現できているとは言えない。特に中央部に存在する水温フロントの存在や、大陸近くの水温分布を再現するかが重要であることが分かった。
また、HOAPS では、海面水温については解像度の高く J-OFURO と似た分布を示すが、気温の推定に大きな問題があることも分かった。	
 図 3. 北緯 41 度（図 1 破線参照）における顕熱 flux 偏差とその変動要因。破線は、顕熱
flux 偏差を規定する海面水温, 海上気温, 海
上風による顕熱 flux 偏差への寄与を示す。
それぞれの変数の寄与は顕熱 flux を計算す
るバルク式を線型化することで海面 flux へ	
 の主要な寄与を示したものである。

	 3.	
 研 究体制	 	  研究代表者	
  名古屋大学地球水循環研究センター	  富田裕之	 	  所内世話人	  九州大学応用力学研究所	
  千手智晴	 	
  研究協力者	  九州大学応用力学研究所	
  広瀬	
 直毅,	
 高山	
 勝巳

― 10 ―

26 特 1-6対馬海峡から日本海山口県沖にかけての海洋環境モニタリング
水産大学校海洋生産管理学科 滝川哲太郎

1. 目的
対馬海峡は東シナ海と日本海をつなぐ唯一の水路であり，対馬暖流は，東シナ海から対馬海峡を経て日本海に流入する．夏季には，対馬暖流は中国大陸の長江起源の淡水を多量に輸送する．対馬海峡は対馬によって韓国側の西水道と日本側の東水道に分かれる．海洋データ同化の手法を用いた数値モデル研
究では，東水道通過流は，山口県萩市沖の見島によって分岐している（広瀬ら, 2009, 海と空）．

本研究では，東シナ海から移流されてくる大陸起源の低塩分水を捉えることを念頭に，対馬海峡東水

道における水温・塩分の連続測定を実施した．また，見島での対馬暖流分枝流の変動を捉えるために，
見島とその南側対岸の青海島に水位計を設置し，両島間の水位差を測定した．さらに，萩－見島間のフェリー「おにようず」（萩海運）を用い，見島から沿岸寄りのフェリー航路上の表層水温を測定した．

2. 観測
対馬海峡東水道から山陰沿岸の 4 観測点（美津島，沖ノ島，蓋井島，青海島通）に生物付着防止機能の付いた水温・塩分計を春から初冬にかけて設置し，1 時間間隔で表層の水温と塩分を測定した．美津島，蓋井島，青海島通については漁業用定置網に，沖ノ島については海底からブイを立ち上げ，それぞれ 4～5 m 深に計測機器を設置した．

青海島通と見島宇津に小型水位計（Rugged TROLL100, In-Situ 社）を 2012 年 8 月下旬から設置し，10分間隔で 2 測点の水位を計測している（図 1）．水位計設置時に DGPS を用い，東京湾平均海面（TP）を測量した．さらに， 萩市浜崎（図 1）と見島の間を約 3 往復/1 日する定期フェリーに，水温収録装置を取付け，航路上の表層水温モニタリングを実施した．本報告では，青海島・見島の水位とフェリーによる水温観測結果について報告する．

3. 結果
青海島通と見島宇津で観測された水位に，48 時間のタイドキラーフィルター (花輪・三寺, 1985, 沿岸海洋研究ノート) を施し，潮汐成分を除去した．図 2 に，潮汐成分除去後の青海島と見島の水位と水位差を示す（2012 年 8 月下旬～2014 年 10 月下旬）．平成 25 年度報告でも指摘したとおり，2013 年 7月から 10 月の 4 か月間，水位差の変動幅は約 20 cm であり，通常の変動幅 8 cm と比べ 2.5 倍程度大きかった．他の測流結果（海底設置型 ADCP，観測期間：2013 年 6 月 8 日～7 月 1 日）を用いると，この大きな水位差変動（幅 20 cm）は，約 57 cm s-1 の流速変動に相当すると見積もられた．

2013 年 1 月から 2014 年 10 月までのフェリー航路上の水温を図 3 に示す．2014 年と比べ 2013 年の

夏季は高温であった．2013 年夏季の水温の南北勾配も 2014 年に比べ大きい．今後，これらの水温変動と大きな流速（水位差）変動との関係について検討する必要がある．

― 11 ―

131˚ 10'131˚ 20'131˚ 30'60

131˚ 00'
34˚ 50'

50

40

30

80

10 20

90

70

10
0

Mishima

90

100

0
10

m
~40 k

34˚ 40'
90

100

80

80

90

90

70

34˚ 30'40
80

50

Omijima
50

20

40
30

10

30

40

70
60

50

30

6070

30

20

10

Hagi

図 2. 青海島（赤）と見島（青）の水位（移動平10均）．黒線は両島間の水位差を示す．
34˚ 20'

図 1. 観測海域．

32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10

LATITUDE

34.7

34.6

34.5

34.4
Jan

Apr

Jul

Oct

Jan

Apr

2013

Jul

Oct

2014

図 3. 萩－見島間フェリー航路上の水温の緯度時間断面図．

4. 研究組織
研究代表者

水産大学校

滝川 哲太郎

所内世話人

九州大学応用力学研究所

千手 智晴

研究協力者

福岡県水産海洋技術センター

内藤 剛

山口県水産研究センター

渡辺 俊輝

名古屋大学地球水循環研究センター 森本 昭彦― 12 ―

26 特 1-7

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― 14 ―

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― 16 ―

26 AO-1

海洋環境モニタリングのためのグライダー型海中ロボットの研究開発
大阪府立大学・大学院工学研究科 有馬 正和□研究目的
本研究の目的は，海洋環境のモニタリングを行うためのグライダー型海中ロボットの自律制御システムを確立することである。研究代表者らは，広範囲の海洋環境モニタリングや海洋探査に利用するための水中グライダーの実用化を目指して，高い運動性能を発揮する
ことのできる「主翼独立制御型水中グライダー」の SOARER を開発した。また，長期間・広範囲に亘る海洋生態系モニタリングを実現するための実海域用ソーラー水中グライダー
Tonai60（Twilight Ocean-zonal Natural-resources and Animals Investigator）を研究	
  	
 開発している。Tonai60 には，サンゴ礁の蛍光撮影や被度のマッピングを行うための高感度ネットワークカメラと海棲哺乳類の音響	 観測を行うための水中音響データロガー，[文書の引用文や注目すべき箇所の要約を入

多項目海洋環境データロガーを搭載して	 力してください。テキスト ボックスは文書いる。Fig.1 に示す Tonai60 には実海域でのどの位置にも配置できます。抜粋用テキスの高度な自律性が求められるので，その	 ト ボックスの書式を変更するには、[描画ツ自律制御システムを確立するためには，	
 ール] タブを使用します。]

深海水槽における多岐に亘る基礎データの収集・解析が必要不可欠である。研究代表
者らの所属する大阪府立大学の船舶試験	
 

Fig.1

水槽（長さ×幅×深さ：70m×3m×1.5m）

実海域用ソーラー水中グライダー
Tonai60は，水中グライダーの性能評価を行うには幅と水深が不十分であり，九州大学・応用
力学研究所の深海機器力学実験水槽（長さ× 幅 × 深 さ ： 65m × 5m × 7m ） を 使 用	
  	
  	
 
させていただくことが本研究の進展に最も有効であると判断した。同研究所・海洋	  	
 大気力学部門・海洋流体工学分野は，海中
ビークルの運動制御に関する研究において優れた実績があり，中村昌彦准教授との情

Fig.2

Tonai60 の実海域試験（鹿児島湾）

報交換によって，本研究の飛躍的な進展が図れると考えたことも共同利用研究の目的のひとつである。また，将来的には，潜航深度1,500m の SOARER との協調制御などによって，群知能水中グライダーシステムを構築	
 して，長期間・広範囲に亘る海洋環境・生態系モニタリングの実現を目指したいと考えている。

― 17 ―

□研究の成果
深海機器力学実験水槽において実海域用
ソーラー水中グライダーTonai60 の潜航試験を実施した。浮心・重心などを調整した後，Tonai60 のグライディング性能
を水槽壁面に設置したビデオカメラで	 撮影・記録して，画像解析によって重心位置や水中重量を変化させたときの機体の 姿 勢 角 お よ び グ ラ イ デ ィ ン グ 角 ，	  	  Fig.2
グ ラ イ デ ィ ン グ 速 度 を 求 め る こ と が	 Tonai60 の潜航試験（深海機器力学	 実験水槽にて）できた。そして，12 月に鹿児島湾で	  	 実施した実海域試験では，SSBL 位置検出装置を用いてグライディング性能を計測したが，水槽試験と同じグライディング性能を有することを確認できた。
□研究成果報告 M.Arima: Development of Underwater Gliders at Osaka Prefecture University, [Oral
Presentation] Pusan National University and Osaka Prefecture University Joint
Seminar, (2014.06).
 M.Arima, H.Tonai, K.Yoshida: Development of an ocean-going solar-powered
underwater glider, Procs. the twentyfourth (2014) International Offshore and Polar
Engineering Conference (ISOPE-2014), Vol.2, pp.444-448, (2014.06).
 宮本雅之，有馬正和：実海域用ソーラー水中グライダーの制御系の構築，第 27 回ロボティクス・メカトロニクス講演会（ROBOMEC 2015 in KYOTO）論文集， (2015.05)．	
 
〔投稿中〕
□研究組織
氏	
  名	
 
有馬	
 正和	
 
宮本	
 雅之	
 
石井	
 和男	
 
中村	
 昌彦	
 

所	
  	
  属	
 

職	
 名	
 

大阪府立大学・	 大学院工学研究科	
 大阪府立大学工学部	
 九州工業大学・	 生命体工学研究科	
 九州大学・応用力学研究所	
 役割・担当分野	
 准教授	
 代表者・総括，システム計画	
 

学生	
 B4	
 

実験補助	
 

教授	
 

水中ロボットの自律制御	
 

准教授	
 

所内世話人	
 ― 18 ―

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www.isope.org

Development of an Ocean­Going Solar­Powered Underwater Glider
Masakazu Arima, Hirofumi Tonai, Kana Yoshida
Department of Marine System Engineering, Osaka Prefecture University.
Sakai, Osaka, Japan

It is widely-known that the effects of the climate change become aserious problem of the ocean ecosystems:

ABSTRACTThe purpose of this research is to develop an ocean-going solarpowered underwater glider, named Tonai60, for a long-term and widerange monitoring of ocean environment and ecosystem. The maximum
operation depth is 60 metre in the twilight ocean zone. The Tonai60
glider is equipped with a multi-parameter data logging profiler formonitoring ocean environment, a network camera for coral reefmonitoring, and an acoustic data logger for monitoring marine
mammals. This paper deals with the design of the Tonai60 glider andgliding performance obtained from tank test and sea trials.

Coral reefs are suggested to be vulnerable to the climate change, andtheir large-scale bleaching by the increased seawater temperature has
been observed frequently in recent years around the world.
Furthermore, increasing ambient concentrations of carbon dioxide willlead to more carbon dioxide dissolved into seawater and subsequent
aggravation of its acidification. Acidification of seawater will thensuppress calcification to produce calcium carbonate for the skeleton ofcorals and the shell of plankton. Some species may not be able to form
its skeleton or shell, and balance of the ecosystem may be lost due tochanges in the species composition.

KEY WORDS: Ocean-going solar-powered underwater glider;
Tonai60; piston-type buoyancy control unit; ocean-environment
monitoring; RINKO-Profiler; underwater acoustic data logger.

And the Strategy also stated about improvement of scientificinformation and knowledge:
To implement the measures necessary for marine biodiversity such asconservation, to check the effects of those measures and to react
adaptively, changes in marine ecosystems must be observed, andmonitoring must be encouraged. Through survey programs such as
Monitoring Sites 1000, data on the natural environment such as dataon biota of shallow water ecosystems (seaweed beds, tidal flats, coral
reefs, etc.) will be improved continuously. At the same time, data on sea
turtles, sea birds, marine mammals and so on will be collected andorganized. In addition, the marine environment will be continuallymonitored to evaluate the state of marine pollution.
Furthermore, if information that has not been collected continuously
turns out to be important in detecting changes in marine biodiversity, amethod to monitor such information will be examined, and efforts will
be made to accumulate it.

INTRODUCTION
Ocean covers over 70% of the Earth’s surface, and it is estimated tohave about 97% of water volume on the Earth. From a period of great
antiquity, humans have lived on various kinds of blessing from diverse
organisms and ecosystems of the ocean. It is essential to promote theconservation and sustainable use of marine biodiversity, for thesurvival of human beings with such blessings from the ocean. It is also
important to recognise marine biodiversity and realise a wide-range andlong-term monitoring of sound ocean ecosystems. Japanese Ministry of
the Environment has formulated the ‘Marine Biodiversity Conservation
Strategy’ in March 2011 (Japanese Ministry of the Environment, 2011).
Characteristics of marine ecosystems were given in this Conservation
Strategy as follows:

Recently underwater robotic vehicles such as ROV (remotely operated
vehicle) and AUV (autonomous underwater vehicle) have been
involved in scientific researches in the ocean, and they achieved
magnificent results (Maki, 2013). Underwater glider is one of the mostuseful AUVs, for reasons of greater efficiency in energy use, low-cost
manufacturing and maintenance of the vehicle (Rudnick, 2004).
Typical underwater glider has no propulsive machinery such as thrustor,
but it has an ability to realise wide-range and long-term operations byusing a buoyancy-control device and a centre-of-gravity control device.

Important in consideration on the marine environment and theecosystems there is the existence of an extensive water body. In theocean, there are layers with different water flow at different depths,
and organisms and ecosystems distribute three-dimensionally. Plants
with photosynthesis as primary producers occur in photic zones down
to about 200m from the water surface, and on sea bottoms of theshallow coastal water. There occur completely different ecosystems inthe deep sea.

444

― 19 ―

The authors have developed several kinds of underwater gliders. The
ocean-going underwater glider with independently controllable mainwings, named SOARER, was designed for the use of ocean
environmental monitoring to the middle depths (Arima, 2011). The
feasibility of the solar energy use under water was investigated in detail(Arima, 2012a) and then the ocean-going solar-powered underwater
glider was designed (Tonai, 2013). This paper deals with developmentof an ocean-going solar-powered underwater glider for a long-term andwide-range monitoring of ocean environment and ecosystem.

Specifications of on-board devices and sensors for navigation are
shown in Table 2.
Table 2. Specifications of equipped devices and sensors.

THE TONAI60 GLIDER
The ocean-going solar-powered underwater glider was named Tonai60
as an abbreviation of “Twilight Ocean-zonal Natural-resources andAnimals Investigator.” The maximum operational depth is 60 metre in
the twilight ocean zone and the purpose of this vehicle is a wide-range
and long-term monitoring of marine mammals by underwater acoustic
observation and reef corals by image analysis. External view andspecifications of the Tonai60 glider are shown in Fig. 1 and Table 1,
respectively.

Hybrid solar cell
VISORA M-HS210 × 2(Kaneka Corp.)

Max. output: 21.0 W
Size: 240 × 998 × 6 mm3
Weight: 3.1 kg / module

LifePO4 Battery
LFX18L1-BS12 × 2(Shorai Inc.)

Voltage: 12 V
Current: 18 A/Hr PbEq
Size: 148 × 66 × 105 mm3
Weight: 1.038 kg / module

GPS module
GH-81(Furuno Electric Co., Ltd.)

16 channels
Size: 21 × 21 × 10 mm3
Weight: 10 g
Horizontal accuracy: 15 m

Depth sensor
EP101A-C11-C20A*B(Yokogawa Electric Corp.)

Range: 0 ~ 1 MPa abs
Output: 1 ~ 5 V DC

Navigation system
OS5000US(Ocean Server Technology Inc.)

Magnetic compass
Accelerometers for detectingroll and pitch angle

PC for autonomous control
PICO820(Axiomtec Co., Ltd.)

CPU: IntelAtom Z510/ Z530
Size: 100 × 72 mm2
OS: Microsoft Windows 7
Professional

Micro-computer for a depth sensor
and a buoyancy control unit
H8SX/1655(Renesas Electronics Corp.)

CPU: 32bit H8SX (CISC)
Memory: 512 KB ROM
40 KB RAM
10 bit ADC × 2ch
10 bit DCA × 2ch

Fig. 1 Ocean-going solar-powered underwater glider, Tonai60.

A couple of oil-filled-pressure-compensated hybrid-type solar panels
were arranged on the top of the glider. The MPPT (Maximum Power
Point Tracking) control was introduced to maintain the optimal
utilisation of photovoltaic generation. And a balance charge circuit anda load controller were also applied for realising optimal charge anddischarge of the rechargeable battery (Tonai, 2013). A piston-typebuoyancy control device was introduced for controlling its attitude andthe gliding performance. The cylindrical buoyancy control device has alength of 797 mm and a radius of 105 mm. A piston was controlled bya DC motor (RE35, Maxon Motor AG) with gear-head (GP32HP,
Maxon) using ball screw mechanism. Water volume in the ballast tankis controlled as the position of the piston by a servo controller (ESCON
50/5, Maxon). Maximum useable depth of the Tonai60 glider is 70 m,
and this is limited by the maximum torque, 8 Nm of this DC motor so
as to exhaust sea water from the ballast tank against water pressure at a
depth of 70 m. And a lead-made 1.75 kg movable weight was also used
for controlling the glider’s attitude. Weight was controlled by a DC
motor (RE-max21, Maxon) with gear-head (GP22C, Maxon) using ballscrew mechanism. Maximum torque of the motor is 2 Nm. The positionof the weight is controlled by a digital position control unit (EPOS2
24/2, Maxon). Practical stroke of the movable weight is 470 mm, andpitching angle of the glider can be changed between about ±20 degrees
from horizontal condition. The vehicle can realise optimal gliding by
repeating diving and surfacing. Right-and-left tailplanes can becontrolled independently and it functions as aileron. Aileron and rudder
can be controlled by PC through microcomputer using three
servomotors (KRS-4034HVICS, Kondo Kagaku Co., Ltd.).

Table 1. Specifications of the Tonai60 glider.
Length1.650 mBreadth (wing span)

1.030 mHeight (including rudder)

0.528 mDiameter of fuselage

0.200 mMassabt. 92.0 kg

Volume excluding ballast tankabt. 92.5 ℓ

Volume of ballast tank

1.0 ℓ

Mass of jettison weight

3.0 kgTime to pour/discharge sea water

abt. 2.5 min. at sea surface

Cruising speed

abt. 0.2 ~ 0.5 m/s

Maximum operational depth

60 m

445

― 20 ―

CONTROLLER OF THE TONAI60 GLIDER
Systems configuration and wiring diagram of the Tonai60 glider are
shown in Figs. 2 and 3, respectively. Network camera and 3-axis digitalcompass are connected with an on-board PC through LAN and USB
cables, respectively. Depth sensor is connected with micro-computer
through USB cable. The PC and the microcomputer are connected witheach other through RS-232C cable. Buoyancy control unit is controlled
by the micro-computer using signal from the depth sensor. On the other
hand, balance weight unit is controlled by the PC using signal from 3axis digital compass. Pan and tilt angle of the network camera is also
controlled by PC using signals of the fuselage’s attitude for recording
target objects continuously. Network camera, balance weight unit,
buoyancy control unit, aileron and rudder are controlled by PID
feedback control.

Fig. 4 Application software ‘Tonai60 APP’ for controlling Tonai60.

PC

ENVIRONMENT AND ECOLOGY MONITORING SYSTEM

Micro

The Tonai60 glider is equipped with an environmental multi-parameterdata logger profiler ‘RINKO-Profiler’ (JFE Advantech Co., Ltd.), a
network camera ‘VB-M40’ (Canon Inc.) for monitoring coral reefs, andan acoustic data logger ‘A-tag’ (Marine Micro Technology Corp.) for
monitoring marine mammals. There is no requirement for such a solarpowered underwater glider to dive into deep sea. Adequate sunshine
may reach to a hundred metre or thereabouts in the middle oftransparent ocean. On the contrary, sunshine may reach only several
metres at the enclosed marginal sea. There are various kinds ofinvaluable marine organisms in the sunlight boundary layer, so-called
twilight ocean zone.

Fig. 2 Systems configuration of Tonai60’s controller.

Network Camera VB­M40 for Image Analysis
Coral reefs are very sensitive to environmental changes, and then they
can be one of environmental indices such as global warming. The
protection of coral reef is also an issue of great urgency. Covered areaand species of coral reefs are usually investigated by scuba divers, butthere are difficulties in diving time and depth. Then the authors plan tooperate the Tonai60 glider for coral monitoring. The solar-powered
underwater glider has the ability to be recharged at sea surface in thedaytime, and reef corals can be analysed from fluorescent image withultraviolet light at night. Fig. 5 shows an example of image analysis ofreef corals. The experiment was conducted using network camera andOS5000US sensor at Coral Tank of Enoshima Aquarium, Japan.
Fig. 3 Wiring diagram of Tonai60’s controller.
Application software for controlling the Tonai60 glider was establishedby C++ language. Language is Japanese for the practical use in Japan.
Control panel of the application is shown in Fig. 4. This application
runs on the on-board PC, and motion mode such as initialisation,
calibration or operation can be selected without writing in and resetting
the micro-computer. Remote desktop operation is available throughwireless LAN when the vehicle is at surface, and this helps to conduct
initialisation of the vehicle and/or calibration of buoyancy adjustment.

Fig. 5 Reef corals excited by ultraviolet light and its binarised image.

446― 21 ―

Underwater Acoustic Data Logger, A­tag
The underwater acoustic observation system has an ability to detectmarine mammals such as killer whale (Orcinus orca) and to estimate
the number of individuals. Killer whale is situated in the highest
position of a food chain in the ocean. Killer whales do not act
independently and they usually behave with their family, called ‘pod’.
The soundness of the ocean area can be thus evaluated from the numberof killer whales over the relevant sea area (Arima, 2012b). Fig. 6 shows
an external view of A-tag, which has a couple of hydrophones for
estimating the direction of killer whales’ vocalisation source. A-tag isusually attached on the base under the solar-panel unit. An example ofkiller whales’ behaviour obtained by A-tag in Southern Alaska isshown in Fig. 7. A-tag was towed singly by a small fishing vessel for
validation of this acoustic data logger. The time histories of the soundpressure (red lines), time difference (direction of sound source) (blackdots) and pulse interval (blue dots) indicate that at least two killer
whales have passed around A-tag (red ellipse).

Fig. 8 RINKO-Profiler (JFE Advantech Co., Ltd., 2013).
Table 3. Measuring items of RINKO-Profiler (JFE Advantech, 2013).
Items
Depth

Sensor type

Range

Resolution

Accuracy

Semiconductor
pressure sensor

0~1,000m

0.01m±0.3%FS

Temperature Thermistor
Conductivity Electrode±0.01°C(0 to 35 °C)±0.01mS/cm
2~70mS/cm 0.001mS/cm (2 to 65
mS/cm)-3 ~ 45 °C

0.001 °C

2 ~ 42

0.001

±0.01
(2 to 40)

Salinity

PSS-78DO

Phosphorescent

0~20mg/ ℓ 0.001mg/ ℓ±2%FS

Chlorophyll

Fluorimeter

0~400ppb

0.01ppb±1%FS
Zero drift±0.1ppb

Turbidity

Backscattering 0~1,000FTU 0.03FTU±0.3FTU or
measuredvalue ±2%Fig. 6 Acoustic data logger, A-tag.

*Time constant: DO 0.4 seconds, others 0.2 seconds
The RINKO-Profiler’s measuring items are depth, temperature,
conductivity, salinity, dissolved oxygen (DO), chlorophyll-a andturbidity. The RINKO-type DO sensor is epoch-making device forrealising short time measuring. Measurement of dissolved oxygen (DO)using conventional DO sensor takes several seconds usually. However,
newly developed RINKO-Profiler has a short time constant of 0.4
seconds, and this enables to achieve successive measurement by
underwater vehicles. RINKO-Profiler was installed into the rear cap ofTonai60’s pressure hull without the titanium case and sensor guard.
About 10 hours monitoring data can be stored into a built-in memory
card. Battery charging and data transmission can be done by connecting
cables with each pressure-resistant connector on the rear cap.

TANK TEST AND SEA TRIAL OF THE TONAI60 GLIDER

Fig. 7 An example of killer whales’ behaviour obtained by A-tag.

Tank test was conducted at the Ocean Engineering Tank of ResearchInstitute for Applied Mechanics, Kyushu University. The purpose ofthis tank test was to verify the initial design of the Tonai60 glider. The
position of the centre of gravity, centre of buoyancy and buoyancy
were checked under water, and the optimal position was fixed. Then,
gliding test was tried by shifting the centre of gravity systematically.
Gliding angle of diving was about 20~30 deg. as was expected.

Environmental Data Logger, RINKO­Profiler
The Tonai60 glider is equipped with an ocean-environment monitoringdata logger, RINKO-Profiler of JFE Advantech Co., Ltd. Exterior viewof original RINKO-Profiler and its specifications are shown in Fig. 8
and Table 3, respectively.

447― 22 ―

Field test was conducted at Kagoshima Bay, South Kyushu, Japan on
10 December, 2013. Fig. 9 shows the Tonai60 glider hanged from themother vessel, Nansei-maru of Kagoshima University. There appear
often bottlenose dolphins in Kagoshima Bay, but no marine mammals’
vocalisation data was recorded by A-tag in this field experiment.

CONCLUSIONSIn this research, an ocean-going solar-powered underwater glider,
Tonai60, was developed and the systems were verified by tank test andfield experiment. It was demonstrated that Tonai60 had an ability torealise gliding under water and the controller worked well as was
expected. Autonomous control program based on PID control is now
under construction. For future works, autonomous cruising proceduresat sea will be completed by repeating field experiments. Actual
endurance should be also investigated through field tests, because
performance of photovoltaic power generation may be deteriorated due
to biofouling.

ACKNOWLEDGEMENTS
The authors would like to express our deepest appreciation to Associate
Professor Masahiko Nakamura, Mr Masaru Inada and Mr Jyoushiro
Noda of Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University
for their valuable advices in the tank test. Acknowledgement is also due
to Associate Professor Tomoko Yamamoto and crews of Nansei-maru
of Kagoshima University for their kind cooperation in the field test at
Kagoshima Bay.
This work was supported by the KAKENHI (23360393), Grant-in-Aid
for Scientific Research (B).

Fig. 9 Sea trial of the Tonai60 glider at Kagoshima Bay.

REFERENCES

Accurate location of the mother vessel, Nansei-maru, was obtained by aportable GPS device. The depth of experimental field was about 200 m.
Tonai60 was tethered to a winch system of the mother vessel through apulley. Additional weight of 3.0 kg was fastened around the centre ofgravity so that the weight in water was adjusted to be 1.0 kg and the
Tonai60’s attitude became to be the same condition as the tank test. By
setting negative buoyancy of the vehicle and nose-down attitude,
Tonai60 started gliding. Tethered cable was veered out to the
maximum length of 20 m and then the vehicle was refloated to the sea
surface. Time histories of ocean environmental data obtained by the
RINKO-Profiler are shown in Fig. 10. Upper-side yellow-band zones
mean diving period of the Tonai60 glider.

Arima, M, Ishii, K and Nassirei AAF (2011). “Development of theocean-going underwater glider with independently controllable mainwings, SOARER,” Procs. of the twentyfirst (2011) International
Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE-2011), Vol. 2,
pp.274-278.
Arima, M, Tonai, H (2012a). “Feasibility Study of an Ocean-Going
Solar-Powered Underwater Glider,” Procs. of the twentysecond (2012)
International Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE2012), Vol.2, pp.532-537.
Arima, M, Tonai, H, Kosuga, Y (2012b). “Development of Underwater
Observatory Systems for Monitoring Ocean Ecosystem,” Procs. of2012 Fifth International Conference on Emerging Trends inEngineering and Technology (ICETET-12), pp.143-146.
Arima, M, Tonai, H, Kosuga, Y (2013). “Underwater Glider ‘SOARER’for Ocean Environmental Monitoring,” Procs. of 2013 IEEE
International Underwater Technology Symposium (UT13), UT20131096, pp.1-5.
Japanese Ministry of the Environment (2011). “Marine Biodiversity
Conservation Strategy,” Japanese Ministry of the Environment.
JFE Advantech Co., Ltd. (2014). Data given in the table are available asof 20 January 2014, Ocean and River Instruments Division, JFE
Advantech Co., Ltd. website:
http://www.jfe-advantech.co.jp/eng/ocean/rinko/rinko-profiler.html
Maki, T, Sato, Y, Matsuda, T, Kume, A, Sakamaki, T, Ura, T (2013).
“AUV Tri-TON –A Hover Capable Platform for 3D Visualization ofcomplicated surfaces–,” Procs. of International Symposium on
Underwater Technology 2013 (UT’13), UT2013-1091, CD-ROM.
Rudnick, DL, Eriksen, CC, Fratantoni, DM, and Perry, MJ (2004).
“Underwater gliders for ocean research,” Marine Technology Society
Journal, MTS, Vol.38, No.1, pp.48-59.
Tonai, H, Arima, M (2013). “Design of an Ocean-Going Solar-Powered
Underwater Glider,” Procs. of the twentythird (2013) International
Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE-2013), Vol.1,
pp.345-349.

Fig. 10 Time histories of ocean data obtained by RINKO-Profiler.
Findings from this time histories including two dives are as follows;
Maximum depth of two dives were 11.2 m and 15.2 m, respectively.
Water temperature was about 19.4 centigrade. Salinity was about 33.5
psu. Dissolved oxygen dropped slightly as the depth increased.
Conductivity was around 45.4 [mS/cm]. The gliding angle wasestimated to be about 34~49 deg. from the relationship between
maximum gliding depth and cable length under water. It was windy,
and Nansei-maru might have drifted slightly.

448― 23 ―

― 24 ―

26 AO-2
PM2.5 エアロゾル濃度変動に関わる NH3/NH4+の動態解明に関する研究�
名古屋大学大学院� 環境学研究科 長田� 和雄�
�目的�
これまでに進められてきた越境大気汚染の数値モデル研究では、その主な対象が、硫酸塩エアロ
ゾルや黄砂エアロゾルに置かれてきた。しかし、昨今の中国での高濃度の ����� 汚染が引き金となって、越境輸送されてくる ����� や国内で生じる ���� への関心が高まっている。����� は直径����� 以下の微小粒子状物質の「集合体」で、硫酸塩以外にも、硝酸塩、アンモニウム塩（����）など様々なエアロゾル成分を含む。粒子中の ����塩は、硫酸塩や硝酸塩を中和するカウンター成分として重要であるが、その動態については十分に研究されてきていない。�
本研究では、科学研究費基盤 � 研究「多波長ライダーと化学輸送モデルを統合したエアロゾル５
次元同化に関する先導的研究」で新たに導入された大気エアロゾル化学成分連続自動分析装置（����）や多波長ライダー計測とタイアップして、いままで測定されてこなかったアンモニア（���）ガスと粒子態アンモニウム塩の測定と解析を行い、����� エアロゾル濃度変動に関わる ��� と ����の役割を明らかにする。�
���� と ����の測定には、研究代表者が開 発 し た 連 続 測 定 装 置 （ ������ ��� �����
�����������������������）を用いる。こNH3, ppbv

観測方法�

+

NH4 , ppbv

��� 号室に設置し、���� 年 � 月 �� 日から
大気中の ��� と ����の分配状態を乱さずに、�� 分毎にデータセットが得られる。また、研究協力者の所有する ����を用いることで、時別の粒径別 ��� や������濃度などが得られるので、これらを

4
2

0
10

の装置を九州大学筑紫キャンパスの � 棟
観測を継続している。この測定装置では、

6

8
6
4
2
0

Aug

合わせることで、����� エアロゾル濃

Sep
2014

Oct

Nov

Dec
Month

Jan

Feb
2015

度のモデルシミュレーションの精緻化に資する。�
�

図 � 筑紫キャンパス � 棟で観測した日平均 ��� 濃度と
����濃度�

結果と考察�
図 � に示すのは、観測開始以来の ��� と ����の日平均濃度である。装置のトラブルで �� 月に数日間の欠測となったが、計画停電や装置メンテナンスを除き、ほぼ連続してデータを取得できた。
ここまでの日平均値の概要としては、��� 濃度が ���～�� ���� 程度、����濃度は ���～�� ���� 程度であった。夏から秋にかけて、��� 濃度が ����濃度より高いか同程度の日が多いのに対し、� 月以後は、粒子態の濃度がガス態を上回ることが多い。また、粒子態の濃度は数日おきに増減を繰り返す傾向があるの― 25 ―

に対し、ガス態の濃度の増減は粒子態の濃度変化に追随しないことも多い。�

図 � に示したのは、� 月に観測された日内変化の例である。日中に気温が高くなると同時に ��� の濃度も高くなり、その際に ����の濃度が低下している事例が観測された。これは、気温の上昇に伴う粒子態からガス態への相変化を示唆する。�
図 � に示したのは、���� 年 � 月に観測された高 ����� 濃度イベントである。微小粒子中の �����濃度と ����濃度の和と、����濃度はほぼバランスしており、硫酸アンモニウムと硝酸アンモニ

図����� 年 � 月の日内変化観測例。気温と日照は太ウムの混合物が存在していたことを示唆

宰府（気象庁・アメダス）での値。�

する。�
800

600

600

400

400

200

200

3

ータを解析する予定である。�

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

2­

2­

0

のデータを取得し、通年のデfSO4 , nEq/mが得られた。今後は春～初夏

800

fSO4 + fNO3

いへん興味深い時別観測値+

ションの精緻化に繋がる、たNH4 , nmol/m

測からは、モデルシミュレー

3

以上のように、初年度の観0

January, 2015

�図�

研究成果報告：���� 年 � 月の ����� 高濃度イベント時の �����本研究�、������、�����（����）濃度の観測例。�

特になし
研究組織
氏

名

所

長田

和雄

原
鵜野

由香里
伊津志

属

職名

役割・担当分野

名古屋大学

准教授

NH3/NH4+観測・解析

九州大学応用力学研究所

助教

数値モデル

九州大学応用力学研究所

教授

総合解析

― 26 ―

26 AO-3
洋上および海中を航走するビークルに働く流体力解析・機体挙動に関する研究
独立行政法人海洋研究開発機構 海洋工学センター
海洋技術開発部
百留 忠洋研究目的：
 自律型無人潜水機（AUV）の普及や多種多様化にともない、複数機を同時に運用する要求が高まっている。AUV の運用に際して、海中を別海域で航走する無人機を同時に管制す
ることは音響通信の通信距離・範囲の観点から困難である。この問題を解消するためには洋上から AUV を自動で追尾する洋上無人ビークル（ASV）を用意し、これに海中と空中の通信の中継をさせることで遠隔地にある無人機を同時に管制することができるようになる。本件では ASV の模型を用い水槽試験により流体力計測し、それを解析することで波浪中での挙動を検討する。
方法：
 実験の模様を図 1 に示す。全長 2m、全幅 0.9m、空中重量 300kg である。海中の AUVと音響による通信を行うために機体底部にキールおよびポッド部を幽する。これは実機の1/3 のスケールモデルであり、本件では機体に及ぼす流体力を計測するための実験を実施した。模型による試験では、実機で想定している巡航速力を中心に速度による変化による抵抗の変化や波の変化による動揺の程度を計測し、解析した。この結果の 1 例を図 2 に示す。

図１ 実験風景図２ 水槽実験の測定データの一例― 27 ―

― 28 ―

26 AO-4
越前沿岸域の表層流に関する研究
福井県立大学

海洋生物資源学部

兼田淳史【研究の目的】
越前沿岸域の流れは対馬暖流沿岸分枝の影響を受けやすいことが経験的に知られているが、そのことを説明できるデータは少なかった。近年、越前岬から北東 20km 程度に位置する鷹巣（図１参照）で流速の観測が行われるようになり、九州大学応用力学研究所で日本海高解像度沿岸モデルが開発されたこともあって、越前沿岸域の流況が次第に理解できるようになった。本研究は越前沿岸域の表層流の流動変動の特徴を明らかにすることを目的とし、当海域の鷹巣で実施された観測データおよび上記の高解像度沿岸モデルの計算結果の解析を行った。

図１ 若狭湾および観測を実施した鷹巣の位置【観測および解析】

福井県水産試験場の調査船「若潮丸」用いて鷹巣の定置網近傍に多層流速計（Nortek Aquadopp
profiler, 600kHz）と電磁流速計（JFE アドバンテック，compactEM）を設置し、2014 年 5-10 月のデー
タを取得した。また、データ解析には観測で取得したデータと、同じ測点で以前に取得したデータを利用し、沖合の情報として九州大学応用力学研究所が web サイトで公開している日本海高解像度沿岸モデ
ルの計算結果（DREAMS_C）を利用した。
【結果および考察】
図２には、鷹巣で取得したデータを利用して 2014 年 5-10 月の流速の時系列（海面下 10m 層）を示した。越前海岸に沿うように北東へ向かう流れが発生していたことが多いことがわかる。また、8 月 5 日に急潮が発生し、12 日まで強い流れが続いている。この
図から読み取ることは難し
いが、一時的に流速は50cm/sec を超えていた。
日本海高解像度沿岸モデ

図２．鷹巣における流速の時系列（2014 年，海面下 10m）

ルの計算結果を利用して、鷹巣で急潮が発生する前から発生するまでの流動構造の変化を調べた。その一例として、図 3 には急潮発生前の 8
月 1 日と、急潮発生時の 8
月 6 日の流況図を示した。8月 1 日の流況図をみると、対馬暖流沿岸分枝は若狭湾西

図３．急潮発生前の数値計算の結果（左，2014 年 8 月 1 日）
急潮発生時の数値計算の結果（右，2014 年 8 月 6 日）

― 29 ―

部の丹後半島付近では接岸していたものの東へ進むにつれて沖を流れるようになり、鷹巣沖では離岸していた。次に急潮が発生していた 8 月 6 日の計算結果をみると、対馬暖流沿岸分枝は丹後半島から越前岬に向かう流路に変わり、鷹巣沖で接岸流路を取っていたことが示された。この計算結果から、8 月 5
日頃に鷹巣で発生した急潮は対馬暖流沿岸分枝の越前海岸への接岸によって引き起こされたと推察した。
さらに、日本海高解像度沿岸モデルの計算結果を利用して急潮が発生したときに鷹巣沖と同様に流れが強くなった範囲や、3 日前からの流況の時間変化について検討した。8 月 4-8 日の数値モデルの計算結果を利用して鷹巣沖の流速と他のメッシュの流速との相関を計算し、相関係数を地図上にプロットした（図４）。相関係数が高い場所（図は正の相関のみ着色）は、急潮発生時に鷹巣と同じように流れが強化された場所を示している。若狭湾－鷹巣沖に注目すると、流れが強くなった範囲は越前海岸の岸から 80km 程度で強化されていたことがわかる。次に、鷹巣で流れが強くなる 3 日前に流れが強くなった
場所について調べるため、鷹巣における上記の期間の流速値と他のメッシュの 3 日前（8 月 1-5 日）の流速値を利用して Lag 相関を計算した（図５）。図５の相関係数マップから、鷹巣で流れが強くなる 3
日前には、若狭湾口部で流れが強くなっていたことが明らかになった。
急潮はその強烈な流れによって定置網などの漁具被害が発生することが知られており、急潮の発生予測は地域の水産業に対して有益な情報になると考えられている。今回の結果は、対馬暖流沿岸分枝の接岸に注目することが重要であること、さらに鷹巣で急潮が発生する 3 日程度前に若狭湾の湾口付近
で流れが強化される傾向がある可能性を示した。これらのことは、今度の鷹巣における急潮予測に関連する重要な知見といえる。今後も鷹巣で流速観測は
図４．鷹巣沖の流速と各計算メッシュの流速の相関係数（解析期間 2014 年 8 月 4-8 日）

継続される予定であることから、同様の解析を行う
ことによって、さらに詳細な急潮発生過程を把握できる可能性がある。
【研究成果報告】
鷹巣沖における流動変動とその発生要因、兼田淳史・

鮎川航太・熊木豊・千手智晴・広瀬直毅・渡邊達郎，
日本海洋学会春季大会（2015 年 3 月）．
【研究組織】
研究代表者
福井県立大学海洋生物資源学部

兼田淳史

研究協力者
福井県水試
図５．鷹巣沖の流速（期間は図４と同じ）と各計算メッシュの 3 日前の流速の相関係数

漁場環境研究グループ

鮎川航太

所内世話人
九州大学応用力学研究所（-3 日の Lag 相関の結果）― 30 ―千手智晴

26 AO-5Ķ®ĳŏŅle6#(CĿÿŦĭå7ùŉs¾©ê¿Èªå  ĦÎ ũ1¨7ŖĠ
 Ķ®ĳ3}*DCć'7lÉ«7}Ũ8Ŏ¬êįĲ7}Ũ4Į
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26 AO-6
海洋大循環の力学 ---エクマン層から中深層循環まで

北海道大学大学院

地球環境科学研究院 水田元太

1． 目的
海洋の大循環は気候や生物環境の形成に重要な影響を与えるが、そのしくみを体系的に理解することは必
ずしも十分には行われていない。本研究では数値計算、観測、理論など様々な分野の研究者が最新の知見を持ち寄り、それらを整理することで、海洋大循環のしくみに対する大局的な展望を得ることを目的とする。

2．手法
2014 年 10 月に研究会を開き、以下の話題が提供された。各話題について十分な時間を取って発表が行われ、研究者間で活発に議論を行うことにより有効に研究が進められた。
(1) 潮汐モデルを利用して黄海の海底地形データを修正する: 山口博愛・広瀬直毅(九大応力研)(2) ロスビー波による南向き(?)渦位輸送: 水田元太(北大地球環境)(3) 日本海溝斜面およびその東方の大洋底における深層流の変動特性(2): 柳本大吾(東大大気海洋研)(4) 北緯 12 度 50 分、東経 137 度における長期測流結果 -- 1989-1997 年、500-4500m (4 層) -- : 石崎廣(気象研)(5) 北西太平洋海盆における深層流の中規模変動: 宮本雅俊、岡英太郎、柳本大吾、藤尾伸三(東大大気海洋研)、黒木聖夫(JAMSTEC)、羽角博康(東大大気海洋研)(6) 黒潮続流の分岐に対する Shatksy Rise の影響: 中野英之(気象研)(7) 黒潮続流の渦エネルギーは東に運ばれるのか？西に運ばれるのか？: 相木秀則(JAMSTEC)(8) 親潮海域の平均場の力学：理想化モデル実験: 西垣肇(大分大教育福祉科学)(9) 低気圧と植物プランクトン: 磯辺篤彦(九大応力研)(10) 海面加熱時の混合層深度と風成流のスケーリング則: 吉川裕（京大理）(11) 黒潮前線に対する大気応答の風向依存性--観測・モデル、そして領域的テレコネクションの提案: 笠毛健生(九大応力研)(12) 海を見える化する: 蓮沼啓一(海洋総合研)(13) IG 方程式とその応用 −台風に対する海の応答を中心に−: 増田章(九大応力研)
3. 結果と議論(1) 縁辺海の潮汐を数値的に予測する際、海底地形データが不十分なことがしばしば影響する。その影響を系統的に調べた所、渤海の潮汐予報には渤海内部の地形よりも黄海の地形の誤差の影響が大きいことが分かった。また Green 関数法を用いて海底地形の誤差やモデルパラメータを評価する方法について検討した。

(2) 西岸境界流の再循環域において深層で赤道向き渦位輸送が生じる理由を調べた。２層モデルの上層に振動する外力を与えると倍調波のロスビー波によって下層に赤道向きの渦位輸送が生じることが、再循環域に相当する広いパラメータ範囲で確認された。また極限的な場合において倍調波と渦位輸送の出来方を調べた。

(3) 北太平洋西部の深層で観測された流速変動の解析を行った。変動は海底勾配が急なほど海底に捕捉され、― 33 ―

変動の主軸は低周波数ほど海底地形に沿う傾向がある。これらの性質は海底捕捉波と整合的であることから
平面波を仮定し、波の波数、群速度を推定し、変動の起源を議論した。

(4) フィリピン海における長期係留観測から 500-700m では 4 年周期程度の東西流変動、4500m では北北東向
きの定常流が存在することが示された。これらは数値シミュレーションと概ね一致し、500-700m の変動は日付変更線以東から伝播していることが分かった。また全層で 70 日程度の変動が顕著であることも示された。

(5) 黒潮南方の北緯 30 度では 5、60 日程度の周期帯に顕著な流速変動が存在することが深層係留観測によって示された。解析期間の限られていた先行研究と異なり、変動の伝播速度は順圧ロスビー波では説明がつかない。数値シミュレーションとの比較から黒潮再循環によって移流される渦であることが示唆される。

(6) 黒潮続流がシャツキー海膨によって枝分かれすることが観測から示唆されている。このことを理想化した数値実験によって確かめた。続流が海膨に当たり生じた擾乱から東西縞状構造を持つ流れが形成され、それが枝分かれに対応することが示された。縞状構造はスベルドラップ流で移流され十年規模で変動する。

(7) ロスビー波によるエネルギー輸送を圧力がなす仕事から求めた場合と、群速度から求めた場合では結果が異なり、非発散なベクトル分のずれがある。ここでは準地衡流近似を行わずに、群速度に平行なエネルギ
ー輸送の形式を導いた。これを西岸境界流のエネルギー収支に適用すると従来より明瞭な結果が得られる。

(8) 2 層モデルを用いて親潮潮域の海底地形を理想化した数値実験を行った。モデル上層では千島海溝沖にある海膨を低気圧周りに迂回する循環が生じた。この循環は亜寒帯前線に沿った流れと定性的に一致する。その形成要因として海膨周りの順圧流によって傾圧ロスビー波の特性曲線に双曲点が生じたことが挙げられる。

(9) 日本海ではブルーム時に植物プランクトンが日射を吸収することで海面水温が１度近く上昇することが混合層モデルから示された。この水温上昇を領域大気モデルに与えた所、弱風時に本州東方の低気圧活動が強まった。このことからブルーム時期を決める海洋混合層の変化が低気圧活動に影響することが示唆される。

(10) 海面が加熱される時の混合層の厚さの指標として Monin-Obukov 長とエクマン層の厚さが知られているが、これらは地球自転または浮力の効果を無視しており、そのままでは現実に適合しない。衛星データの解析から Zilitinkevich の提唱した折衷的なスケーリング則が全球規模で成り立つことが示された。

(11) 観測と数値実験、データ解析から東シナ海の黒潮上で短期的に風が弱まる現象が発見された。また黒潮に平行に風が吹くときは直交する方向に風が吹くときに比べ風が収束し降水が生じやすくなることが分かった。東シナ海の黒潮上の風向は日本海にある低気圧に左右される傾向がある。

(12) 近年、海象･海上気象に関する観測、予測が様々な研究機関で公開されている。気象庁で公開されているデータでは津軽暖流水の季節変動や春先に現れる宗谷暖流水前駆水が現実的に捉えられている様である。
また、これらの情報を海上にいる漁業者に知らせ、計画的な漁業活動に貢献する試みが紹介された。

(13) 準地衡流近似が適用出来ない慣性周期より短い時間スケールの変動等を含む現象を体系的に記述することを試みた。f 平面で一変数のみを含む方程式（IG 方程式）を議論し、台風通過時における低温水域や慣性振動の発生、風応力に対する沿岸流の応答などへの適用例を示した。赤道 β 面への拡張も試みた。

― 34 ―

26 AO-7
海洋乱流の観測およびモデリング研究
京都大学大学院 理学研究科 准教授
九州大学 応用力学研究所 教授

吉川
松野

裕
健

地球温暖化や海洋酸性化など、緩やかではあるが持続的な環境変化に果たす海洋の役割は大きい。海洋の役割を正しく評価し、今後を精度よく予測するために、海洋モデルや大気海
洋結合モデルの高精度化が取り組まれているが、十分な予測信頼性を得るには至っていない。
海面境界過程や混合過程にかかわる海洋乱流現象が十分に解明されていないことが、その原因の一つである。
本研究課題では、海洋乱流の観測やモデリングなどに携わる研究者が集い、互いの知識や疑問点を共有し、海洋乱流現象の理解を深めるとともに、今後の研究の展開を模索することを主眼として、12 月 23 日に京都大学大学院理学研究科で研究会を開催した。プログラムの
詳細は最後に掲載するとおりである。出席者数は２０名であった。
最初の講演では、遠藤が東シナ海の海底乱流境界層における流動・乱流構造の観測結果を報告した。海底境界層は大きく分けて上部と下部に分けられること、下部では半日周期の潮流が、上部では日周期の潮流がそれぞれ混合を引き起こすこと、密度の水平勾配とそれを横切る潮流の時間変化に起因して、鉛直密度勾配も周期的変動をするが、上部では勾配の移流が、下部では流速の鉛直シアーによる鉛直勾配の生成が重要であり、同じ境界層でも上部と下部で性質の異なることが示された。次に古市は、同じく東シナ海の潮流混合とそれに伴う懸濁粒子の巻き上がりや沈降の様子を明らかにするため、ラージエディシミュレーションを用いた数値実験の結果の報告をした。懸濁粒子の粒径や抵抗係数などを考慮して実験を行った結果、粒子の移動速度は概ね流速に等しいこと、乱流がある場合にも粒子の自重で定まる沈降速度で平均的には沈降する様子が示された。一方後藤は、現場で乱流を計測する測器として近年その有用性が期待されている CTD フレーム搭載型乱流計（MicroRider）の計測精度の検証結果について報告を行った。既存の乱流計との比較を行ったところ、ＣＴＤの沈降速度が一定でない場合には計測値に大きな誤差が生じうることや、高速水温センサーの応答速度に関する問題を補正する方法などについての検討結果が紹介された。次に Noh は表層乱流混合を引き起こすと考えられているラングミュア循環の影響を乱流混合スキームに組み込み、海洋大循環モデルでその性能評価を行った結果について報告を行った。ラングミュア循
環は高緯度で成層の弱い時期により表層混合を強化し、現状でみられるモデルのバイアスを大幅に減少させうることなどを示し、新たな混合スキームの有効性を実証した。山崎は自身が開発したレーザーを用いて、乱流と植物プランクトンなどの微細懸濁物のサイズとの関係に関する先進的な観測結果を紹介した。その結果によれば、コロモゴロフ長よりも小さい粒子の長径は、乱流強度の大きさとともに線形に増加することなどが、黒潮域や湖水域など幅広い環境の見出され、また粒子サイズの平均値ではなく分散値が植物プランクトンの維持に重要である可能性が示された。島田は北極海の最新の研究成果と、乱流現象に関連した流動現象に関する観測結果の報告を行った。北極海では近年海氷面積の減少が著しいが、その原因の一つは北極海の海氷が融けて動くようになり、それが海洋循環を引き起こし、その結果
暖かい海水が海氷域に運ばれさらに海氷が融けるなど、正のフィードバックが働いていることに起因していることが示された。また、海氷下の流動構造を観測した結果、混合層内で慣性振動が卓越していること、その慣性振動は流氷速度に関係していることなどが示された。
田中は、ベーリング海陸棚縁辺域で高い基礎生産を生み出す要因として鉛直混合に着目し、― 35 ―

鉛直混合や流動構造の現場観測を行った。その結果、高い基礎生産は硝酸塩と鉄に律速されていること、鉄は陸棚海底から潮流混合により巻き上がり、等密度面混合を経て陸棚縁まで輸送されること、外洋で高い値をもつ硝酸塩が陸棚縁まで輸送されること、などを示した。
また、数値模型を用いた実験を行い、以上の過程が矛盾なく起きることを示した。最後に田中は赤道域にみられる熱帯不安定波に着目し、その変動が深層における海洋内部はを引き起こす過程について解析結果を紹介した。OFES と呼ばれる高分解の海洋大循環モデルの結果を解析し、不安定波の収束・発散が引き起こす鉛直流が Lee Wave を引き起こしていることを、線形解析解との比較を通じて明らかにした。
以上の話題提供とその後に行われた質疑応答や議論は、予定を大幅に超えて活発に行われた。また、これまでの断片的な知識の整理や、今後の研究の方向性を考える上で非常に有意義なものであった。とりわけ今回は若い大学院生の参加も多く、研究を始めたばかりの院生からその道のトップランナーである年長者まで幅広い年代の参加者による忌憚のない議論を可能とするこのような研究会が、海洋乱流のコミュニティーを形成・維持にも非常に有効であることが確認できた。この研究会は来年度も継続して進めることも確認された。

------------------------------ プログラム ------------------------------------2014 年 12 月 23 日
09:30 - 09:40 吉川（京大理）趣旨説明
09:40 – 10:10 遠藤（東大）・他
東シナ海陸棚上の海底混合層内で観測された成層および乱流強度の潮汐周期変動
10:10 - 10:40 古市（環境研）・他
LES に基づく海底混合層過程の数値実験
10:40 – 11:00 休憩
11:00 - 11:30 後藤（東大）・他
高速水温センサを用いたＣＴＤフレーム搭載型乱流計測の応答検証
11:30 – 12:00 Noh, Yign(Yonsei Univ）・他
Parameterization of Langmuir Circulation in the Ocean Mixed Layer Model Using
LES and its Application to the OGCM
12:00 – 14:00 休憩
14:00 – 14:30 山崎（東京海洋大）・他
海洋乱流と植物プランクトンの微細構造
14:30 - 15:00 島田（東京海洋大）・他
北極海における海氷運動と海氷下の流速変動と海氷変動
15:00 – 15:20 休憩
15:20 - 15:50 田中（東大大海研）
ベーリング海南東部陸棚縁辺域での栄養塩輸送を支える水塊構造と乱流鉛直混合に関する研究
15:50 - 16:20 田中（東大理）・他
高解像度ＯＧＣＭでみられる太平洋赤道域の内部波
16:20 – 17:20 総合討論

― 36 ―

26 AO-8
海洋表層境界層における乱流混合の観測
京都大学大学院 理学研究科 准教授
九州大学 応用力学研究所 教授

吉川
松野

裕
健

1. 目的
風による海洋表層の乱れは、100ｍ以下の小さい規模の現象であるが、混合層深度や海面水温などを変化させることで、大規模な海洋・大気場に影響を与える。このような風による乱れは、風に加えて海面加熱や波浪に影響を受けるが、その影響の詳細は不明な点が多く、海洋モデルの不確定要素であると同時に海洋の長期予報の不確実性の原因の一つとなっている。そこで本研究では、海洋表層の乱れを計測し、その風や海面加熱、波浪に対する依存性を明らかにすることを目指して行った。
2. 観測の概要
現場観測は八代海と和歌山県白浜沖でそれぞれ行った。八代海の観測は、水産研究所瀬戸内水産研究センターのしらふじ丸による有害赤潮の観測航海にて行った。7 月 29 日 16 時 45
分から 8 月 1 日 10 時にかけて、北緯 32°21.3′東経 130°16.4′に流速計と波浪計を係留し、流速と波浪の連続観測を行った。係留系は、水平流速の水平分布を計測可能な流速計（RDI
社製、HADCP600kHz、水深 2m）と、水平流速の鉛直分布を計測可能な流速計（RDI 社製、WorkHorse1200kHz、水深 10ｍ）、GPS 波浪ブイ（ゼニライト社製）からなり、応用力学研究
所の油布技術職員が制作したブイを用いて係留した。また、係留地点において、乱流微細構
造プロファイラーを用いた乱流エネルギー散逸率の観測を 7 月 30 日 10 時 30 分頃より 8 月
1 日 8 時 30 分ころまで 2 時間おきに行った。
一方、白浜での観測においては、京都大学防災研究所の白浜海象観測塔（北緯 33°43′、
東経 135°20′）に八代海でも用いた HADCP を塔脚に取り付けた（設置水面は約 3m）。また
水深 4m、8m の位置に小型メモリー式水温計も設置した。さらに塔から約 30m 離れた水深 10mの地点に、波浪計測モードを備えた ADCP（RDI 社製、WorkHorse 1200kHz）と、小規模流動構造を計測可能な ADCP（RDI 社製、SV20）を設置し、波浪と流速の小規模構造の計測を試みた。
3. 観測結果
八代海観測時には、7 月 31 日 0 時頃に 5m/s を超える強い風が吹いたが、反閉鎖性である
八代海では有義波高は 0.5m にも及ばなかった。それでも波浪に伴う軌道運動流速は大きく、
風向き方向の流速成分に大きな流速変動が検出された。また、10 分間平均した水平流速は、10m 以上の深さにまで風が引き摺る流れがおよぶ様子を検出した。乱流散逸率は 2 時過ぎに深さ 10ｍ以上にまで大きく、風による乱れが発達し、運動量を下層へ輸送することで、水平流速が徐々に深まっていくことが確認された。
また、白浜観測においては、波浪に伴う軌道運動流速を明瞭に捉えることができた。周波数解析など詳細な解析を行うことで、波浪と水平流との関係について、今後調べてゆく予定である。

― 37 ―

八代海観測結果の例。上段：有義波高および波向き。中断：風向・風速および海面熱フラックス。下段：水平流速の鉛直分布。

水平流速変動強度の時間変化。横軸は時間、縦軸は風向からの相対角度。風向が強いときに、乱れが大きくなっている様子が見て取れる。

― 38 ―

26 AO-9
水産資源量調査用グライダー型海中ビークルの開発��
九州大学大学院工学研究院 山口 悟�
�
1.

研究の目的
グライダー型水中ビークルはプロペラやスラスターといった一般的な推進装置を持たず､浮力調節により潜降、浮上することで海中を滑空して航行する。このため省エネルギー性や静粛性に優れ、近年需要の高まっている海洋の自律長時間連続観測に適していると考えられる。一方で、魚類の個体数計測等の水産資源量調査ではビークルに高い運動性能が要求されるが、スラスターを持たないグライダー型水中ビークルの場合、機体形状や重心位置などの僅かな変化が機体の運動性能に大きな影響を与える。そこで本研究では、これまでの研究で設計した運動制御系をグライダー型水中ビークルに実装し、実海域において運動制御試験を実施すると共に、実海域試験結果を用いて機体の運動モデルの精度を検討し、流体力係数の見直しを行った。�
�
2.

グライダー型海中ビークルの概要
水産資源量調査を目的として開発中の海中ビークルの機体を図 � に示す。全長は ����ｍ、最大高さは

���ｍ、幅 �����ｍであり、機体断面形状は ��������� の翼型を参考に製作している。機体は箱形の耐圧容器と翼型の外殻で構成され、耐圧容器内部に滑空推進のための水中重量調節機構が装備されている。
表 � に機体の主要目を示す。�
本機体の特徴として、耐圧容器内部に �� 本の独立した浮力調節装置を持つことが挙げられる。浮力調
節装置の写真を図 � に示す。浮力調節装置は図 � に示すように、リニアアクチュエータと筒状のジャバ
ラ、アクチュエータヘッドにより構成されている。アクチュエータヘッドの位置をリニアアクチュエー
タにより変化させジャバラ内部の容積を調節することで、機体全体の重心位置と浮力、浮心位置の変動
により機体の水中重量と姿勢を制御することが可能となる。�

 表� � 機体主要目�
浮力調節装置
図 � グライダー型海中ビークル     図 � 機体内部構造������������ �����
����������� �����
���������� �����
������������� ������図 � 浮力調節装置構造図�
�
3.

機体運動制御系
機体には圧力センサーと加速度センサーを搭載しており、機体深度とロール角、ピッチ角を観測し、フィードバック制御系を構成する。ここでは �� 制御系により各浮力調節装置のアクチュエータヘッド― 39 ―

の制御量を決定し、機体の深度と姿勢を制御する。���式に制御量算出式を示す。�

�

�
�
4.

鹿児島湾実海域試験
設計した �� 制御系を用いた運動制御試験を鹿児島湾において実施した。水深 �ｍまで潜降した後 ���ｍまで浮上する指令を与えた際の機体深度とピッチ角の時刻歴を図 � に示す。機体は約 ���ｍまで潜降した後に浮上を開始し、潜航開始後約 �� 秒で深度 ���ｍに到達した。また、この間のピッチ角は���°から���°と常に機首下げの姿勢であった。�

���

���

�

図 � 実海域試験結果（機体深度） � � � � � � 図 � シミュレーション計算結果（機体深度）�
�
5.

機体運動モデルの精度の検討

 機体固定座標系における � 自由度運動方程式に基づき、機体運動のシミュレーション計算を実施した。
実海域試験と制御系設計に用いた流体力係数によるシミュレーション結果の間には差異が見られ、幾つかの流体力係数の精度が不十分であることが認められたため、試験結果を元に流体力係数等の値を再考し運動モデルの精度向上を計った。図 � に実海域試験と新たに推算した流体力係数によるシミュレーシ
ョン計算を比較して示す。シミュレーション計算結果の方が深度 �ｍへの到達が約 � 秒早い等、若干の違いが見られるが、実海域試験結果を概ね再現する運動モデルが得られた。�
�
6.

まとめ�
機体深度、ロール角、ピッチ角をフィードバックし、浮力調節装置を用いてグライダー型水中ビーク

ルの機体運動を制御する �� 制御系を実装し、実海域において運動制御試験を実施した。機体運動モデ
ルの流体力係数の精度向上を計り、その有効性を確認した。�

― 40 ―

26 AO-10
大気エアロゾル同化システムとリモートセンシングデータを用いたエアロゾルに関する統合的研究

気象庁気象研究所


弓本

桂也

目的
黄砂は中国内部の砂漠域で舞い上がった土壌粒子が、下流域である朝鮮半島や日本列島、北太平洋へと輸送される現象であり、その活動は東アジアの春季で顕著となる。土壌から大気へと輸送される黄砂の量は 300Tg に達する。黄砂は、視程のような大気環境だけではなく、健康被害、海洋の生物循環、気候など幅広く影響を与える。こういった影響を調べるためには、黄砂の発生・輸送・沈着といった一連の過程を把握することが必要である。この目的のため、観測や数値モデルを用いた研究が行われてきたが、観測だけでは全体像を把握するのが難しく、数値モデルによるシミュレーションだけでは定量的にも不確実性が残されてしまう。われわれの研究グループでは、データ同化技術を応用し、観測データと数値モデルをより密接に結びつけることにより、黄砂の発生量の逆推定を行うとともにモデルの予報
精度の向上などの取り組みを行ってきた(例えば、Yumimoto et al., 2012; Yumimoto and Takemura,2013)。本研究では、開発した同化システムと衛星観測データを用い、長期間に及ぶ黄砂発生量の逆推計を行い、黄砂版の再解析データの整備を行った。



実験方法
エアロゾル同化システムには SPRINTARS/4D-Var (Yumimoto and Takemura, 2013)を用いた。
SPRINTARS は大気大循環モデルと結合した全球エアロゾル気候モデルで、黄砂を含めた対流圏の主要なエアロゾルを取り扱う。エアロゾルやその気候影響に関する様々な研究に用いられている他、日々の予測計算にも使われている。同化データには極軌道衛星 TERRA と AQUA に搭載された可視センサー
MODIS で観測されたエアロゾル光学的厚さを用いた。本研究では 2005‒2012 年の 8 年間におよぶ逆推定計算を実行し、最適化された黄砂の発生強度・分布から黄砂の４次元分布・沈着量・放射強制力などを求めた。また、国立環境研究所が展開する地上ライダー観測ネットワーク(AD-Net)などの観測デー
タを用いて結果を詳細に検証した。



結果と考察
図１に逆推計に対する検証結果を示す。松江ライダーサイトにおける黄砂消散係数の時間-高度断面の比較である。各図上段から、観測、逆推計前後の値、逆推計前後の差（increment）である。モデル
の空間解像度は約 2.8 度と粗いが、観測された黄砂の到来時期と濃度を全体的に良く再現出来ている。
逆推計前後の差を見てみると、逆推計による黄砂発生量の最適化によって消散係数が増減（黄砂の濃度が増減）している。特に特徴的なイベントは、2006 年 4 月 20‒23 日、2007 年 5 月 12‒14 日、2009
年 5 月 18‒21 日に到来した黄砂イベントで、モデルの過大な消散係数が逆推計によって緩和され、観測に近い値となっていることがわかる。逆に、2011 年 5 月 19‒21 日の黄砂イベントでは、モデルは観測ではみられなかった濃いダスト層を高度 2‒4 km に予測したが、逆推計を行うことで修正されている。
他にも、逆推計によって 2006 年 5 月 29‒30 日を初めとするモデルの過大評価や、2010 年 5 月 3‒5 日といった過大評価イベントが改善された。

― 41 ―

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. ()図２にゴビ砂漠およびその周辺地域での黄砂発生量の年々変動を示す。逆推計によって得られた黄砂発生量の８年平均値は 332 Tg/year で、逆推計前と比べ僅かだが減少した。これは、モデル自体に大きなバイアスは存在しないことを意味している。しかし、各年を見てみると、逆推計によって発生量が大きく変化していることがわかる。例えば、2006, 2008, 2009, 2010, 2012 年は発生量が 0.6‒61.1%増加したが、2005, 2007, 2011 年は逆に 12.3‒26.3%減少した。逆推計によって 2007 年のピークや、
2009‒2010 年の谷はなだらかになり、年々変動の振幅は逆推計前に比べて小さくなったが、それでも依然として大きな年々変動が存在している（８年間の標準偏差は 55.3 Tg/year）。

― 43 ―

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まとめ
本研究では、衛星観測を同化することで黄砂の発生量の長期間逆推計を行った。地上ライダー観測と比較することで、逆推計による発生量の最適化がモデルシミュレーションを改善していることがわかった（二乗誤差で 38‒50%）。逆推計によって得られたゴビ砂漠とその周辺地域の黄砂発生量の 2005‒2008
年の平均値は 332 Tg/year で、大きく年々変動していることがわかった。逆推計によって得られたシミ
ュレーション結果は黄砂版再解析データとして、輸送経路の理解、空間分布の年々変動、海洋への沈着
量推定、北米への長距離輸送、放射強制量の見積もり、健康被害調査のためのインプットデータなど幅広く利用されることが期待できる。



参考文献
Yumimoto, K. and Takemura T.: The SPRINTARS/4D-Var Data Assimilation System: Development and Inversion
Experiments Based on the Observing System Simulation Experiment Framework, Geosci. Model Dev., 6, 2005-2022,
doi:10.5194/gmd-6-2005-2013, 2013
Yumimoto, K., and Takemura T.: Long-term inverse modeling of Asian dust: Interannual variations of its emission, transport,
deposition, and radiative forcing, J. Geophys. Res. Atmos., 120, doi:10.1002/2014JD022390, 2015

― 44 ―

26 AO-11
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Ishimoto, H., Okamoto K., Okamoto H., Sato K. (2014). One-dimensional variational (1D-var)
retrieval of middle to upper tropospheric humidity using AIRS radiance data. J. Geophys. Res.
Atmos., 119, 7633-7654, doi:10.1002/2014JD021706.
zĝħÊÿ
Ishimoto H., Okamoto K., Okamoto H., Sato K., Humidity around ice clouds in middle to upper
troposphere retrieved by using AIRS radiance data. AOGS2014, AS48-A011, Sapporo.
ë¦ŀ¾pĺ©¹pĺñ²ētÞ ìHBeO AIRS SN* 1DVAR aTaWb7áĆĸiúň¤þØò*âÜÙ% CloudSat/CALIPSO {ê(69kÚĲ%* Ęĺ×
z 2014 ęČÑûz D202oĨzĝħÿ
Sato K., Okamoto H., Ishimoto H., Updated treatment for warm cloud microphysics: Its foundation
and application, AOGS2014, AS48-A040, Sapporo.
Okamoto H., Sato K., Hagihara Y., Ishimoto H., Borovoi A. Development of EarthCARE CPR,ATLID and MSI algorithm for cloud microphysical retrievals, AOGS2014, AS48-A028, Sapporo.
pĺ ñ²ētÞċþ£ùĹľŅ­ë¦ŀ¾ CloudSat-CALIPSO-AIRS lç*Ĭ¯ŅŃ(69xĶŎČ%ĦkģĭņĖä*{ê Ęĺ×z 2014 ęČÑûz D203oĨċþ£ùpĺ ñ²ētÞë¦ŀ¾ lçďµkcO`AOìHBeO*Ĭ¯ŅŃ(69ĦâŊ%xĶŎČ*{ê Ęĺ×z 2014 ęČÎûz C105oĨ²ētÞpĺ ñë¦ŀ¾ lçďµ?CR@YLeHĬ¯{êËĵ*}ŉròk-*ĊŃ Ęĺ×z 2014 ęČÎûz C106īpTanaka K., Okamoto H., Sato K., Ishimoto H., Relationship between ice cloud microphysics andsupersaturation from spaceborne cloud radar, lidar and infrared sounder, AUG fall meeting,A21-3158, San Francisco.
Okamoto H., Sato K., Hagihara Y., Tanaka K., Ishimoto H., Makino T., Nishizawa T., Sugimoto N.,
Evaluation of ice cloud retrievals using CloudSat/CALIPSO/MODIS/AIRS and EarthCARE, AGU
fall meeting, A13P-02, San Francisco.

― 46 ―

26 AO-12

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― 48 ―

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26 AO-13
東アジア域における大気エアロゾルの気候影響に関する研究
富山大学大学院理工学研究部（理学）	
  青木 一真

１．はじめに	 	  一般市民からの目線で考えると「PM2.5」という言葉が昨年はじめて出来たような雰囲気になっているが、今に始まったことではない。日本国内から排出される大気汚染物質に加え、中国大陸から越境する大気汚染物質、黄砂粒子、森林火災など、それらが複合した影響は、
風下側に位置する日本に影響を受けている。特に、大陸から近い九州地方では、東アジア域
における化石燃料消費等による人為起源の大気浮遊微粒子（エアロゾル）の輸送により、健康被害や気象障害など、私たちの生活にも影響している。本研究は、2003	
 年から応用力学研
究所屋上において太陽光と周辺光の放射輝度を用いたスカイラジオメーターを使って連続観測を行い、「PM2.5」を含んだエアロゾル光学的特性の解析を行っている。これらの観測デー
タにより、エアロゾルやそれが核となって形成する雲の気候影響を評価することを目的とする。エアロゾル粒子の輸送は、越境大気汚染として、次世代の大気化学・気象結合モデルの開発や応用を行うためにも、定量的な地上観測データの蓄積が重要となる。エアロゾル気候
影響を評価する際には、応用力学研究所大気環境モデリング分野で開発・改良されているエ
アロゾル気候モデルSPRINTARS	 を用いて、地上観測や衛星観測の結果を基にモデルの検証を行う。また、主として九州・沖縄地域の観測地点（福岡、長崎、福江島、沖縄等）を利用して、大陸から日本へ輸送されてくるエアロゾルをいち早くモニタリングし、それらを同化データとして組み入れ、モデルの精度向上につながることを目的としている。	
 ２．観測・解析概要	
 	
  太陽直達光と周辺光の角度分布の放射輝度を自動測定出来るスカイラジオメーター（プリード社製、http://skyrad.sci.u-toyama.ac.jp/）を利用して、九大応力研の屋上をはじめ、様々な場所において、晴天時の日中に連続観測を行っている。この観測データから解析されたエアロゾルの光学的厚さ・オングストローム指数（エアロゾル粒径の指標）
・一次散乱アルベド（放射吸収のパラメータ）を用いて、気候変動の指標である放射強制力を求める。また、
これらのデータを地上検証として用いてSPRINTARSを改良し、東アジア全体の広域的な放射強制力のさらなる精度向上を目指している。	
 ３．結果及び、考察	 	  Fig.1は、2014年1月から2014年12月までの福岡県春日市（九州大学応用力学研究所）における0.5µmのエアロゾルの光学的厚さ(AOT(0.5))とオングストローム指数（Alpha）の月平均値である。昨年（2013年）の季節変化と同様にエアロゾルの光学的厚さは、春に最大となり、秋から冬にかけて最小になる傾向が見られた。また、オングストローム指数を見てみると、春に黄砂粒子を中心とした大粒子の影響が春に確認されるとともに、人為起源のエアロゾルの影響が8月のオングストローム指数を高めていることが確認された。今後も継続した観測を― 49 ―

行うことにより、SPRINTARSや衛星観測等と比較しながら、越境大気汚染やローカルな影響評
価を行い気候影響の解明につなげていきたいと考える。	
 Kasuga/Fukuoka (KSG)
2014.01 to 2014.12
Monthly mean of AOT (0.5) and Alpha

2.0
AOT(0.5)
Alpha

1.5

1.0

0.5

0.0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Month
Fig.	
 1	
  2014年1月から2014年12月までの福岡県春日市（九州大学応用力学研究所）における	
 0.5µmのエアロゾルの光学的厚さ（AOT(0.5)）とオングストローム指数（Alpha）の月平均値

４．研究成果	 Teppei J. Yasunari, K.-M. Lau, Sarith P. P. Mahanama, Peter R. Colarco, Arlindo M. da Silva, Teruo Aoki,
Kazuma Aoki, Naoto Murao, Sadamu Yamagata, Yuji Kodama, (2014) The GOddard SnoW Impurity
Module (GOSWIM) for the NASA GEOS-5 Earth System Model: Preliminary Comparisons with
Observations in Sapporo, Japan, SOLA, 10, 57-61.

５．	
 研究組織	 	  代表者	
 

青木	
 一真	
 

（富山大学大学院理工学研究部（理学））	
 	
  協力者	
 

竹村	
 俊彦	
 

（九州大学応用力学研究所、所内世話人）	
 

	
 

河本	
 和明	
 

（長崎大学環境科学部）	
 	
 ― 50 ―	 26 AO-14

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― 53 ―

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26 AO-16
有明海における潮流と成層構造に関する観測的研究�
�
研究代表者 愛媛大学沿岸環境科学研究センター 堤 英輔�
�目的�
 九州西部に位置する有明海では、���� 年の大規模な養殖ノリの色落ち発生を契機にこれまで多数の漁業被害や海洋環境悪化が報告されてきた。多数の機関によって調査が行われてきた中で、特に物理の分野では流れ場と鉛直混合の変化が注目され多数の流速の観測や数値実験が行われているが、環境変化を明確に説明できるような結果は提示されていない。そのような中で近年我々の現地観測によって、有明海で成層期に内部潮汐が発生し顕著な鉛直混合を生じ得るといった新しい知見が得られつつある。しかし有明海のような極浅海域における内部潮汐は世界的に見ても観測例が極めて少なく、その解析方法も確立されていない。本研究では有明海において流速観測を行ってデータを蓄積するとともに、内部潮汐成分を適切に分離し、その物理的特性をより厳密に議論できる解析法を確立することを目的とする。�
�
研究方法の詳細�
内部潮汐流を観測する目的で係留系を用いた流速測定を諫早湾湾口付近の測点 � と有明海中央部の測点 � において�図 ��、���� 年 � 月 �� 日から � 月 �� 日まで行った。応用力学研究所所有の超音波流速計 ���������������������������������������;����������������������� 社�� を海底に設置して用い、流速を海底上� ���� � から海面下約� ��� まで� ���� �� 間隔で計測した。測点 � の ���� は �� �� のサンプリング
周波数で �� 分毎に ��� サンプルを記録するバーストモードで、測点 �� の ���� は ������ のサンプリン
グ周波数で �� 分毎に ��� サンプルのアンサンブルを記録するモードで使用した。�
�結果�㻌 海域には観測開始から�月中旬まで比較的強い成層が存在し、その後緩やかに弱まっていったことが別の現地観測により確認されている。測点�において得られた流速には、顕著な海底境界層を持った半日周期の順圧的な潮流が確認される一方で�図���、海洋中層において傾圧的な流速構造も認められる�図��赤破線枠�。このような流速の傾圧成分を見積もるために、カットオフ周波数� ������ ���� ������ を持つバンドパスフィルターを通過させた流速�潮流流速�の� ���� 成分に対して����解析を行い、海底境界層を持つ順圧流速成分を経験的に見積もった。これをもとの潮流流速から差し引くことで傾圧流速成分を見積もった�図��。このようにして得られた順
圧、傾圧流速の鉛直構造は、ともに理論的に予測されるものと矛盾がなく、鉛直平均流を順圧成分とする従来の解析方法よりもより適切に内部潮汐の解析が展開できると期待される。�
�
研究組織�
堤� 英輔（愛媛大学沿岸環境科学研究センター、研究代表者）、松野� 健（九州大学応用力学研究所、所内世話人）�

― 55 ―

図 1  有 明 海 に お け る 流 速 観 測 点 Stn.A(130°15.50’E, 32°56.40’N, 平均水深 11.4 m)および Stn.B (130°20.55’E, 32°56.20’N, 平均水
深 25.0m). 図中の u, v は半日周期潮流楕円の短径および長径の向きを示す.

��
図�� 測点�における��分平均流速の� ���� 長径� �� 方向成分と���� 短径� �� 方向成分�� 赤い破線の枠は内部�
潮汐と思われる鉛直構造が見られる箇所を示す。�

�図�㻌 測点�における傾圧流速の� ���� 長径� �� 方向成分と���� 短径� �� 方向成分� 赤い破線の枠は図�と同�様。�

― 56 ―

26 AO-17*.0-&

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2014 in Toyama, ÂŝÔà 1A1-G0― 58 ―

26 AO-18



強非線形・
強非線形 ・ 強分散内部波の強分散内部波 の 相互干渉
相互干渉
研究代表者

鹿児島大学大学院理工学研究科

柿沼太郎

研究の
研究 の 目的
目的
辻・及川らは， 層流体における有限小振幅モデルを用いて孤立波の  次元相互作用の数値解析的研究を行ない，初期の孤立波の振幅の  倍を超えるような新しい波の生成が起こり得ることを示した．しかしながら，非線形性・分散性が共に強い内部波の相互作用の場合に対しては，そのような結果が得られるかどうか明らかにされていない．そこで，柿沼が開発した，変分法に基づく手法を適用し，内部波の非線形性・分散性を十分に考慮して，内部波の挙動を数値解析的に研究する．柿沼・中山グループと辻・及川グループで協力して，この問題の解明にあたろうとするのが，本共同研究の目的である．
昨年度の共同研究により，非線形干渉を伴う表面波及び内部波の  次元的挙動に関して，水の波が，曲率を有するような壁面において反射するような場合も対象として研究を進めた．今
年度は，大振幅孤立波を含む複数の内部波が， 次元，または， 次元伝播する場合の非線形相互干渉に関して，数値解析に基づき研究を実施する．

研究の研究 の 方法
方法
具体的には， 次元，または， 次元伝播する内部波を対象とし，次の各事項を目的として研究を進める．
 柿沼の方法では，鉛直分布関数を適切に選択する必要があるが，内部波の初期条件・境界
条件に応じて精度よく効率的に計算を進められるような分布関数を見出す．
 多方向内部波が干渉する波の場を対象とし， の形成といった非線形現象を数値シミュ
レーションにより再現し，その生成メカニズムを考察する．
 大振幅孤立波を含む複数の内部波が， 次元伝播する場合の非線形相互干渉に関して，波の変形等のメカニズムを考察する．
これらの各段階において，数値解析や理論式に関する仕事を分担し，計画の遂行にあたる．
全メンバが直接会う機会を持ち，議論を行なう．

主要な
主要 な 成果
成果
本研究の主要な結論は，次の通りである．
・上記の研究研究の に関して，強非線形・強分散内部波方程式系の定常進行孤立波の数
研究 の 目的の
目的
値解を得る手法を開発した．すなわち， 法により移流方程式系の収束解を求める手法を適用し，変分原理に基づく非線形波動方程式系の孤立波解を求めた．そして，理論解や， 方程式系の数値解析解と比較し，得られた数値解の妥当性を検討した．その結果，内部孤立波解に関して，既存の  次元数値解析結果との比較により，本研究で用いている基礎方程式系の解が，速度ポテンシャルの展開項数を  とした場合に，精度の高いものであることが確認された．そして，内部波の振幅が大きくなるにつれて，界面形が台形状に近― 59 ―

付くことが確認された．また，この方法により孤立波を入射させ，津波の伝播解析といった，
表面波・内部波共存場の応用計算を行なった．本手法は， 型方程式系といった，
他の表面波や内部波のための波動方程式系の定常孤立波解を得るためにも適用可能な，汎用的な手法であると考えられる．
・研究
研究の に関して，平面  次元場を対象とし，内部孤立波を初期条件として与え，研究 の 目的の
目的
これが鉛直壁に入射し，その壁面で反射する場合の波の干渉問題の数値解析を行なった．その結果，平面  次元場におけるソリトン波の干渉に伴う  の生成が認められた．
・研究
研究の に関して，得られた大振幅孤立波解を初期条件として与えた時間発展解析
研究 の 目的の
目的を行ない，大振幅を有する定常進行内部波の伝播や，非線形干渉に関して調べた．内部孤立
波の  次元伝播解析では，大振幅孤立波が一定速度で変形せずに進行することが確められた．
また，鉛直壁に衝突する内部孤立波の数値解析の結果，入射波の振幅がゼロ，または，内部
孤立波の最大振幅に近い場合に，鉛直壁位置における波高増幅率が入射波の振幅の  倍程度となり，線形波に類似した性質が現れることがわかった．

研究成果報告
研究成果報告山下啓・柿沼太郎・吉本明日妃・吉川 諒 大振幅内部孤立波の伝播過程における非線形現象 土木学会論文集 （海岸工学）

山下啓・柿沼太郎・木村晃彦 深水域から浅水域に伝播する内部孤立波の数値解析 土木学会
論文集 （海岸工学）

吉川

諒・柿沼太郎・山下 啓・立和田英樹 地殻及びマントルの運動を考慮した津波伝播の数値解析 土木学会論文集 （海岸工学）


組

織
研究代表者
研究協力者
研究協力者
所内世話人

柿沼太郎（鹿児島大学大学院理工学研究科 生命環境科学専攻）
中山恵介（北見工業大学工学部 社会環境工学科）
及川正行（福岡工業大学工学部 知能機械工学科）
辻 英一（九州大学応用力学研究所 地球環境力学部門）

― 60 ―

26 AO-19

東東シナ海陸棚
棚域におけける海底境界界層の栄養
養塩輸送過 程富山大学 大学院理工工学研究部 張勁目的
20113 年度夏季には東シナ海
海の日本側をを「長崎丸」
学研究考察船船「東，中国側を中国海洋大学
方紅 2」，韓国のの排他的経済済水域では「 長崎丸」及びび「東方紅 2」による同同時期連携観観測が行われれ，データ・試料の共有有など真の意意味での共同
同研究が始ままった。東シシナ海の環境
境を支配する栄養塩の供供給動態を精精査することとを目的としして，本年度
度はこれまでで「長崎丸」及び
上述のの共同観測でで得られたデ
データを用いい，化学海洋洋学および物
物理海洋学のの異なった視視点から分析
析解析を実施施した。
調査及び分析
析解析
観測調
７月
月に，東北海海洋生態系調調査研究船 「新青丸」ににより東シナ
ナ海陸棚縁辺辺域中央，長長崎大
学付属
属練習船「長長崎丸」を用用いて対馬海海峡・九州南南西海域におおいて観測航航海を実施しし，下記の内
内容の観測･･分析およびび解析を行っ た。
a)各各層海水採取取を実施し，栄養塩等の分栄
分析・酸素水素
素同位体組成成などの化学
学分析データタに，
漂漂流ブイ観測
測と微細構造プ
プロファイラーーによる水塊
塊混合強度ととその変動解解析を行ったた。
b)堆
堆積物・間隙水
水と同時に懸懸濁粒子も採採取し，海水中栄養塩分布
布との関連をを明らかにしした。
c)平
平成２５年夏
夏期に行われた「長崎丸」」と「東方紅紅 2」によるる日本・中国国同時期連携
携観測のの結果を中心心に，物理・化化学などの試
試料・データタの分析と解解析を行ったた。

図 1.研
研究海域（20113 年に「東方方紅 2」(Dongfaanghong2)と「長長崎丸」は crooss station で同同期観測を行
行った）

結果・考察
図１
１に本研究のの観測海域と測測点を示してている。2003, 2004, 2009
9，2010，20011，2013 年の長年
崎大学
学付属練習船船「長崎丸」によって得得られた現場
場観測データ（（塩分，水温，，溶存酸素濃濃度），
採水デ
データ（塩分分，溶存酸素，栄養塩等）， また，2013
3 年「東方紅紅 2」によっって得られたた現場
観測デ
データ（塩分
分，水温，溶
溶存酸素濃度度）に基づいいた結果を下
下記にまとめめた。
済州
州南西水深 40～50m
4の海海域においてて密度躍層以以深（20m～））では，ほぼ毎
毎年の夏期にに低い
溶存酸
酸素水（LDO
OW）の分布がが確認されたた（図２）。2011 年は，例外
外的に台風通過
過直後に観測測が― 61 ―

図２．東シナ海陸棚域
域における LD
DOW 分布の経年変化

行わ
われ，海水のの鉛直混合がが発達しておおり，LDOWは見らられなかったた。また，同時時観測が行わ
われた「東方紅 2」」では，長江河河口域の水深
深 15～30m に LDOWの分 布が観測さ れた（図３） 。更に，長江
江河口域の
LDO
OW 測点は，旧河道域にに位置しているることを考慮
するとと，済州南西域域に分布するる LDOW は長長江や周辺地下水水に由来する
る可能性が考考えられた。
上述
述のように，昨昨年度の中国
国海洋大学等
等との連携
観測 の成功を元に，来年度秋
秋期に，東シ
シナ海韓国
経済排
排他的水域やや陸棚縁辺部
部から黒潮軸
軸の東部までより広範囲に亘亘り，学術研研究船「白鳳鳳丸」と「東方紅 2」の共同・連携観測調調査が予定さされており，
今後，，中国側の観
観測データと併せて広域
域・総括的
な学際
際共同研究がが期待できるる。

図３.「東東方紅 2」の LDOW 分布
布図

実績
研究実
論文：
1. An
ndreas R. andd Zhang J., CharacteristicCs of Adsorptiion Interactio
ons of Cadmiu
um(II) onto Humin
H
fromm Peat Soil inn Freshwater and Seawateer Media.
Bullletin of Envirronmental Co
ontamination and Toxicology, 92, 352-35
57, 2014.
学会発発表：
1. J. Z
Zhang, Y. Fujiishiro, T. Mattsuno and J. IIshizaka
Waater mass innteraction an
nd chlorophyyll/nutrient distributiondin the cross--slope area ofo thenorrtheastern ed
dge of the Eastt China Sea. 10th Cross-Sttrait Marine Science
S
Confeerence, Taipeii, May.
2. J. Z
Zhang, Z.-Y. Luan,L
H.-L. Ma
M and M.-X. Z
Zhao
Disstribution of low oxygen waterwmass anes in the south-western ararea off Jeju island,ind its changethEasst China Sea
a. The 7 Prrogram of th e East Asiann Cooperativee Experimentts (PEACE) Ocean
Sciience Workshop, Qindao, China,
C
Octobeer, 2014.

― 62 ―

26 AO-20




対馬暖流の長期変動と回遊性魚類の漁場変化


福岡県水産海洋技術センター

安藤

朗彦


目的
近年、九州北部沿岸では、回遊性魚類のマアジやケンサキイカの漁場が沖合化していると言う現場
漁業者が増えている。当海域に流れ込む対馬暖流は、この２魚種の漁場形成要因に深く関わっていることが報告されている。そこで過去１０年間の人工衛星観測結果と応用力学研究所において長期継続している定期航路客船（カメリア）を利用した東西対馬海峡の観測結果から対馬暖流の長期変動を捉え、漁場沖合化との関連を明らかにすることを目的とした。

方法
衛星の観測データは、～ 年に衛星  で観測された  信号を処理した水温デー
タを用いた。観測時の天候条件により、良好なデータが得られるものを選別した。
定期航路客船（カメリア）に搭載され過去１０年間に観測されたＡＤＣＰ観測結果を観測日毎に整理した東西対馬海峡における全流量の記録を用いた。
同様に過去１０年間玄界灘で操業する中型まき網漁船の日別操業記録を整理し、データセットとして解析に用いた。

結果・考察
定期航路客船（カメリア）で観測されたＡＤＣＰのデータを整理しデータセットを作成した。観測された航路上の流速と玄界灘で操業される中型まき網漁船の漁場は、同じ海域ではないため解析方法とデータの取り合わせについて検討を行った。さらに衛星データについては観測結果が時空間的に一致するようなデータの選択と解析方法を検討することが必要であると考えられた。
また中型まき網漁船の操業状況は、年により集中分散が見られるが、出漁頻度が高い漁場は、毎年ある程度の傾向がみられ、海洋構造との関連が示唆された。また漁場により漁獲物の組成が異なる傾向がみられたが、組成の違いは違いに漁場の条件だけで決定されるものではなく、近年の原油価格の高騰等、漁業経営体が抱える諸条件により変化することが伺われ、今後の解析については充分注意して解析することが必要であると考えられた。


研究成果報告特になし― 63 ―

研究組織
研究代表者

福岡県水産海洋技術センター

安藤

朗彦

所内世話人

九州大学応用力学研究所

広瀬

直毅

研究協力者

日本舶用エレクトロニクス（株）

宝槻― 64 ―

孝行

26 AO-S1

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― 68 ―

26 AO-S2（研究集会）

非線形波動研究の現状―課題と展望を探る―
研究代表者

青山学院大学理工学部

増田 哲

研究集会の目的
非線形波動は，海洋や大気の流れ，物質やエネルギーの輸送などにおいて普遍的に現れる現象であり，その性質を研究することは地球環境を理解するうえでも重要な役割を果たす．非線形波動現象の研究は現在まで，理論，実験，数値解析などの各分野が相互に密接に関連しながら発展してきた．例えば，観測や実験によって捉えられた様々な流体現象を記述するために KdV 方程式や KP 方程式などが導入され，非線形波動現象の解明はもちろん，プラズマ物理など他の分野へも応用されるようになった．また，現象を記述する方程式系の数学的構造に対する理解が深まるにつれて，セル・オートマトン系，トロピ
カル幾何学，数値計算アルゴリズムなど思いがけない分野との密接な関係が明らかになり，更には，そうした分野での成果が諸現象の解析にフィードバックされてきた．このように様々な研究分野間の交流によって，新しい研究テーマや解析手法が開拓され，基礎，応用の両面において大きな潮流を産み出し続けている．
本研究集会の目的は，これまでの非線形波動研究の進展を受け，「最先端の研究に現れる多様な非線形現象を様々な分野の立場から捉え直すことで，現象の理解や制御に関して新たな展開を目指す」である．
非線形波動をとりまく様々な分野の研究者が互いの情報を交換し，個々の研究の最前線やその拡がりを理解することで問題意識を共有するとともに，更なる発展や新しい展開を生み出す場として，本研究集
会は企画された．伝統ある共同利用研究拠点の一つである応用力学研究所において，継続して研究集会を開催することには重要な意義があり，過去に開催された関連する研究集会に引き続き，本年度も多彩な分野の研究者の参加のもと，異分野の相互作用による研究の促進を目指して本研究集会が開催されるに至った．
なお，本研究集会は日本応用数理学会応用可積分系研究部会との共催であった．
成果の概要
本研究集会は，平成 26 年 10 月 30 日から 11 月 1 日までの３日間にわたり九州大学筑紫地区筑紫ホールにおいて開催され，特別講演３件と一般講演 27 件（口頭発表 15 件およびポスター発表 12 件）が行われた．
特別講演では，３名の講演者を選定して依頼を行った．まず，セル・オートマトンに関する話題として，• 実データに基づくセル・オートマトンモデルの構成という講演が行われ，現象理解を仮定せずに観測データから直接セル・オートマトンを構成する方法について，最新の知見が紹介された．また，生物行動の現象解析の話題として，• アリの採餌行動における意思決定とゆらぎ―数理モデルと行動実験による複合的アプローチ―という講演が行われた．アリの採餌行動に着目し，先行研究の批判的検討から，実験・観察，シミュレー
ションによる解析，理論的考察に至るまで，たいへん興味深くかつ詳細な解説があった．さらに，生物種の動態に関する数理モデルの話題から，• 一回繁殖型の非線形 Leslie モデルの連続化と分岐解析という講演が行われた．モデルとなる非線形差分方程式の分岐現象を考える際に，連続極限として得られる微分方程式の解析が有効であることを示す内容の報告がなされた．これら特別講演の内容は，非線形現象およびそれを記述する数学モデルに関して，今後の研究の指針となるべき興味深い内容であった．
ポスターセッションを含む一般講演においては，非線形可積分方程式の漸近解析やハミルトン構造などの理論的な話題から，種々のセル・オートマトン系に関する興味深い性質，交通流や RNA ポリメラーゼが関わるダイナミクスといった現象のモデル化の話題，クラスター代数や（超）離散パンルヴェ方程式に関するものまで，多種多彩な内容の報告が行われた．総じて水準の高い講演がなされ，それらをもとに，分野を越えた活発な議論が繰り広げられた．
本研究集会は，数学や物理学の理論的な話題から工学的な応用に至るまで多彩なテーマを扱いつつ，講演が公募されて自由に発表できることが大きな特色である．全体を通して，非線形波動およびその関連分野の有機的なつながりが実感できる研究集会であり，「最先端の研究に現れる多様な非線形現象を様々な分野の立場から捉え直すことで，現象の理解や制御に関して新たな展開を目指す」という当初の― 69 ―

目的は，ある程度達成できたと思われる．非線形波動研究のような，様々なテーマが密接に関連しあう
分野では，本研究集会のような場の存在が極めて重要である．本共同利用研究集会を実現させていただ
いた九州大学応用力学研究所に対して，参加者を代表して深く感謝申し上げたい．
発表論文および学会発表無し

講演プログラムと概要

10 月 30 日（木）13:30-14:00

一般化戸田格子の超離散化野邊 厚（千葉大）
Lie 環用いた戸田格子の拡張（一般化戸田格子）において，とくにアフィン Lie 環に付随する戸田格子の離散化・超離散化を行い，戸田型セルオートマトンや周期箱玉系との関係について議論する．

14:00-14:30

Totally positive matrix と特異曲線上の因子
岩尾 慎介（青山学院大）Totally positive matrix の分解問題と離散可積分系の positive part との関係について知られていることを説明し, これらの対象と特異曲線上の positive part との関係を述べる. 時間があれば, トロピカル幾何との関係も説明したい.

14:45-15:45

実データに基づくセル・オートマトンモデルの構成
川原田 茜（静岡県立大）セル・オートマトンは全ての変数が離散値をとる離散力学系である。局所的な相互作用によって時間発展規則が定義され、単純な規則からも複雑で多様な挙動を示すために数理モデルとして重宝されている。しかし規則の単純さ故、実際の現象に対してそれを模倣するセル・オートマトンを構成することは一般に容易ではない。本講演では、現象理解を仮定せずに観測データから直接セル・オートマトンを構成する方法について紹介する。尚、本講演は飯間信氏（広島大学）との共同研究に基づくものである。

16:00-16:30

タイリング問題と可積分系および直交多項式との繋がり
上岡 修平（京都大）
組合せ論におけるアステカダイヤモンドや六角形領域のタイリング問題は（厳密に数え上げ可能という意味で）可解である．本講演ではタイリング問題と（厳密解を持つという意味で）可解な可積分系，およびそれに付随する直交多項式との関係を調べる．特に行列式に基づくタイリング問題の証明法について解説する．

16:30-17:00

各種多面体上の離散ソボレフ不等式の最良定数○山岸 弘幸 （都立産技高専），亀高 惟倫 （阪大），永井 敦 （日大），渡辺 宏太郎（防衛大），武村 一雄 （日大）
各種多面体（正多面体，切頂正多面体，フラーレン，カーボンナノチューブトーラス）
上の離散ソボレフ不等式の最良定数を求めた．多面体の頂点に適切な番号付けをして離散ラプラシアンを導入し，擬グリーン行列（ペンローズ・ムーア一般化逆行列）とグリーン行列（逆行列），離散熱核を求めた．最良定数は擬グリーン行列やグリーン行列の対角成分で求められる．

17:00-17:30

陽的および陰的シンプレクティック数値積分法における運動量保存則
佐々 成正（原研）
非線形偏微分方程式の時間発展に対し、シンプレクティック数値積分法を適用した時、位相空間内におけるある積分が不変量となる。その積分不変量と (近似的) 運動量保存則の関係について考察する。

10 月 31 日（金）10:00-10:30

簡略化された path-preference model のダイナミクスについて
中田 庸一（東京大）Path-preference model は RNA ポリメラーゼが転写中に行うダイナミクスを記述する
セルオートマトンであるが、このモデルについてある条件下で流量を測ったところ期待された挙動以外の不連続な変化が起ることが確認されたので、そのことについて説明する。

― 70 ―

10:30-11:00

変分原理による多孔質岩石中内にある間隙水内の超臨界二酸化炭素吸収過程の解析○深川 宏樹（九州大），辻 健（九州大）
自由エネルギーを使う二成分系混合流体モデルでは潜熱や熱流を十分に考慮することができない。今回、これらを考慮できる変分原理を使ったモデルを提案し、間隙水内の超臨界二酸化炭素の吸収過程を解析する。

11:10-12:10

アリの採餌行動における意思決定とゆらぎ —数理モデルと行動実験による複合的アプ
ローチ—
西森 拓（広島大）
アリはハチの祖先から進化し、個々の構造や振る舞いを単純化させる一方でコロニーとしての協調行動を複雑化させ、現在地球上のほとんどの地域で繁栄を謳歌している。
我々は、アリの採餌行動に着目し、トビイロケアリに関する実験と数理モデリングを行ってきた。実験では、トビイロケアリの採餌行動が、これまで広く知られている化学
走性だけでなく、視覚情報や記憶にも依拠し、これら複数の因子の精妙な組み合わせで行動決定を行っていることが分かってきた。また、数理モデルでは、アリの化学走性にゆらぎ (エラー) の効果を付与し、採餌効率とゆらぎの関係を調べた。その結果、ある給餌環境の変化に応じて、「最適採餌集団」が、同等のエラーをもった「一様集団」から、高いエラー率をもったアリとエラーがほとんどないアリの「2 極混合集団」に鋭く転移することがわかった。講演では、以上の実験・計算結果を報告するとともに、現象をより抽象化した理論的試みを紹介する。

13:30-14:00

可積分離散非線型シュレーディンガー方程式の漸近解析
山根 英司（関西学院大）defocusing な可積分離散非線型シュレーディンガー方程式 (Ablowitz-Ladik model) は逆散乱法で解ける. 本講演では, 逆散乱法の発展である非線型鞍点法によって解の t →∞における漸近展開が得られることを述べる。

14:00-14:30

高次分散を取り入れた Green-Naghdi 方程式とハミルトン構造
松野 好雅（山口大）
Green-Naghdi(GN) 方程式は大振幅波動伝播の記述に有効な水の波のモデル方程式であるが，分散効果は最低次しか考慮されていない．ここではこれを高次分散項を含む方程式に拡張する．具体例として，δ 4 のオーダーの分散項を含む GN 方程式 (δ 4 モデル) を導出する (δ は浅水パラメータ)．得られた方程式系は GN 方程式と同様のハミルトン構造を有することを示す．さらにこの系が Zakharov のハミルトン形式と等価であることを証明する．最後に，δ 4 モデルの孤立波解を摂動法により求める．

14:45-15:15

高次保存量を持つセルオートマトンについて○高橋 大輔（早稲田大），松木平 淳太（龍谷大）
状態変数の 2 次以上の保存密度を持つセルオートマトンについて、そのような保存量を持つ仕組み、解の構造、基本図の構成などについて解説する。また確率変数を導入した
場合の基本図の解析についても述べる。

15:15-15:45

セルオートマトンの逆超離散化における重ね合わせ原理とその応用○吉井 理比古（東京大），星野 隆行（東京大），満渕 邦彦（東京大）
逆超離散化において CA のルールが拡張トロピカル多項式で記述できれば重ね合わせの原理が成り立つことを証明した。また、その応用として ECA からフィルター関数を含まない PDE を導出し、そのダイナミクスを解析した。

11 月 1 日（土）10:00-10:30

時間遅れをもつ交通流モデルの離散化とその解について○松家 敬介（東京大），金井 政宏（東京大）
本講演では, Newell が提案した時間遅れ微分方程式で記述される交通流モデルの離散化
及び超離散化を紹介する. また, 離散化及び超離散化で得られた差分方程式は時間遅れをもち, それらの進行波解についても議論する. 「本講演では, Newell が提案した時間
遅れ微分方程式で記述される交通流モデルの離散化及び超離散化を紹介する. また, 離散化及び超離散化で得られた差分方程式は時間遅れをもち, それらの進行波解についても議論する.」この離散化は時間遅れをもつ差分方程式であり, 進行波解の連続極限及び定数解の線形安定性について議論する.

― 71 ―

10:30-11:00

交通流モデルによる歩行者の引き込み現象の解析
金井 政宏（東京大）引き込みとは，弱い結合によって複数の振動子の位相が揃う現象である．今回，歩行を周期運動と捉え，基本的な交通流モデルである最適速度（ＯＶ）モデルから着想を得て作られたモデルにより歩調が揃う現象を解析する．

11:10-12:10

一回繁殖型の非線形 Leslie モデルの連続化と分岐解析
今 隆助（宮崎大）
Leslie モデルは年齢構造を持つ単一種の個体群動態を記述する差分方程式である．本講
演では非線形の Leslie モデルの自明平衡点（絶滅平衡点）の分岐について考える．特に，最終齢の個体だけが繁殖できる一回繁殖型の Leslie モデルについて考える．このような Leslie モデルは，微分方程式によって近似することがでる．本講演では，この微分方程式を解析することによって，元の差分方程式の分岐に関して理解できることを紹介する．

13:30-14:00

パンルヴェIII 型方程式のある特殊解系列の超離散極限礒島 伸（法政大）
差分パンルヴェIII 型方程式は、その成分が差分ベッセル方程式の解で与えられる行列式を用いて表される特殊解の系列を持つ。本講演では、成分に差分ベッセル関数を与えた場合の特殊解系列の符号付き超離散極限を、一般のシステムパラメータに対して与える。

14:00-14:30

クラスター代数と q-Painleve 方程式
大久保 直人（東京大）クラスター代数はクラスター変数、係数（と呼ばれる変数）、quiver に mutation と呼ばれる操作を繰り返すことで定義される。本公演では mutation-period と呼ばれる性質をもつ適当な quiver を考えたとき、クラスター変数、係数の満たす関係式が、いくつかの q-Painleve 方程式の双線形形式、非線形形式となることを紹介する。

ポスターセッション概要（1）

離散ハングリーロトカ・ボルテラ系に基づく非対称帯行列の全固有対の計算○竹内 弘史（東京理科大），相原 研輔（東京理科大），福田 亜希子（芝浦工大）．
石渡 恵美子（東京理科大）
離散ハングリーロトカ・ボルテラ (dhLV) 系に基づく，ある非対称帯行列の複素固有値を計算する方法が知られている．本研究では，dhLV 系の時間発展を利用して固有ベク
トルを計算する方法を示す．さらに，固有ベクトルの各成分の陽的な表現を与える．

（2）

離散戸田方程式のある拡張に基づく Totally Nonnegative 行列の固有値計算アルゴ
リズム○隅蔵 亮 (東京理科大），福田 亜希子 (芝浦工大)，石渡 恵美子 (東京理科大)，山本
有作 (電通大)，岩崎 雅史 (京都府立大)，中村 佳正 (京都大)本発表では，箱に番号が付いた箱玉系に由来する離散戸田方程式の拡張を基に，Totally
Nonnegative 行列の固有値を計算するアルゴリズムを示す．また，収束加速のための原
点シフトを導入する．

（3 ）平面離散曲線の例について○井ノ口 順一（山形大），加藤 慎也（山形大）
離散可積分系理論の発展に鼓舞されて、微分幾何学的対象の離散化が研究されるようになった。これまでの研究では離散可積分系で統制される離散曲線や離散曲面が主に扱われてきたが、離散曲線そのものをどのように研究対象としていくかについてはまだ研究が少ない。ハイポサイクロイドの離散化に関する研究結果を報告する。

― 72 ―

（4）Max-Min-Plus 表現を用いた 5 近傍粒子 CA の確率化について○津川 未希（龍谷大），松木平 淳太（龍谷大），高橋 大輔（早稲田大）
セルオートマトンの時間発展に確率を導入する研究が活発に行われている。確率を導入することにより、さらに現実に近いモデルとして応用が可能となることが期待できる。
しかしながら、確率変数を含んだ Max-Min 表現の発展方程式を得る方法はまだ確立されていない。本研究では、基本図と発展方程式の関係を用いて、幾何学的な観点から、確率変数を含んだ Max-Min-Plus 表現の発展方程式を得ることに成功した。従来の方法
では、4 近傍・5 近傍の粒子セルオートマトンの確率化は難しいとされていたが、本研究で用いた手法により 4 近傍では 4 個、5 近傍では 16 個のルールの確率化に成功した。

（5）

病理モデルにおける連続型と超離散型との対応関係○関口真基（都立荻窪高），石渡恵美子（東京理科大）
連続型病理モデルを超離散化することで得られる超離散型病理モデルの解の挙動が、もとの連続型モデルと同様に議論できることを示し、解の大域的性質が、連続型モデルと超離散型モデルで対応することを示す。

（6）

Jeu de taquin slide と超離散 KP 方程式○片山 陽介（立教大），筧 三郎（立教大）
三上・太田は、組合せ論における jeu de taquin slide の操作を差分方程式で表し、超離散 KP 方程式との関係を議論した。本研究では、三上・太田の結果に若干の変更を加え、逆操作にも適用可能な方程式を提案する。

（7）

情報提供による、分岐のある道路における交通流の最適化
今井 武晃（東京大）、西成 活裕（東京大）分岐のある道路においては、カーナビゲーションシステムや ITS などの交通情報提供
装置によって交通が制御されている。しかし、情報提供の内容によっては、交通量が一つの道路に偏りかえって交通状況を悪化させるようなことが起こる。最適な交通状況を実現するための情報提供内容と情報提供方法についての研究の成果を示す。

（8 ）群衆の出口選択における歩行者同士の相互作用について
井上 翔介（東京大）、西成 活裕（東京大）部屋に複数の出口があった場合、歩行者の出口選択には近接する人の選択につられ、混んでいる出口を避けるという仮定のもとでシミュレーションをし、その相互作用がどのように流れに影響するのかを調べた。

（9）

平面渦の定常配置と安定性○上野 拓（立教大），筧 三郎 (立教大)
Hemery と Veselov は、2 次元平面での完全流体における渦の定常配置に対して、新しい例を構成した。本研究では、それらの安定性を考察する。

（10） 表面張力入りの Hele-Shaw 問題○野見山 雅之（立教大）、筧三郎（立教大）、梶原健司（九大）
Hele-Shaw 問題において、ある種の表面張力効果を考慮すると、Dym 方程式に外力項を付け加えた方程式が得られる。本研究では、その方程式を双線形化法の立場から議論する。
（11） 結合型変形 KdV 方程式のソリトン解の構造○中川 剛（立教大），筧 三郎（立教大）
岩尾・広田によって提出された結合型変形 KdV 方程式のソリトン解は、多くのパラメータを含んだ複雑な構造を持つ。本研究では、ある意味で 1-ソリトン解 を調べれば十分であることを示す。
（12） 楕円曲線と Hankel 行列式
由良 文孝（はこだて未来大）楕円曲線上の点の Hankel 行列式表示について議論する。
開催の期間
参加者

平成 26 年 10 月 30 日 ∼ 平成 26 年 11 月 1 日

70 名― 73 ―

― 74 ―

26 AO-S3

研究成果報告書
日本海及び日本周辺海域の海況モニタリングと波浪計測に関する研究集会

平成 26 年 12 月 11 日（木）－12 日（金）州大学応用力学研究所東アジア海洋大気環境研究センター― 75 ―

「日本海及び日本周辺海域の海況モニタリングと波浪計測に関する研究集会」報告
研究代表者: 万田敦昌(長崎大学)
2014 年 12 月 11 日から 12 日にかけて、九州大学筑紫キャンパス応用力学研究所東アジ
ア海洋大気環境研究センターにおいて、「日本海及び日本周辺海域の海況モニタリングと波浪計測に関する研究集会」が開催された。今回は、大学および試験研究機関を中心に 53 名が参加し、合計 13 件の講演があった（講演内容はプログラム参照）。一題あたり、質疑応
答含む 25 分という十分な時間を割いたため、非常に活発な議論が行われ、時には講演時間を超過することもあった。
 例年に違わず、日本海及び日本周辺海域に関する最新のモニタリング結果と数多くの斬新な研究成果が発表され、講演者だけでなく参加者全員にとって有意義な会合となった。
それに加え今回は、海況モニタリングに関する講演だけでなく、数値シミュレーションや
データ同化といった、モニタリング結果を活用する側の講演も行われたことにより、データの相互比較やデータの有効利用といった観点からも非常に活発な議論が交わされ、参加者の情報交換・交流といった観点からも実り多い会合となった。
 今後とも、観測データに基づいたモニタリングやモニタリング結果を活用した様々な手法により、日本周辺海域の海況・波浪の研究に携わる研究者・関係者が一堂に会する集会になることを期待する。最後に、本研究集会の開催を承諾して頂いた九州大学応用力学研
究所、集会を開催するにあたりお世話いただいた東アジア海洋大気環境研究センターの広瀬直毅教授をはじめとする関係各位に深甚なる謝意を表する。

― 76 ―

プログラム「日本海及び日本周辺海域の海況モニタリングと波浪計測に関する研究集会」
日程: 平成 26 年 12 月 11 日（木）－12 日（金）場所: 九州大学筑紫キャンパス 応用力学研究所 東アジア海洋大気環境研究セ ンター6
階 Ｗ６０１(http://www.kyushu-u.ac.jp/access/map/chikushi/chikushi.html)
本研究集会は 12 月 10 日午後-11 日午前に開催されます「海洋レーダに関する研究集会」（代
表者：藤井智史（琉球大））に引き続き行います．
------- 12/11(木) ------13:30-13:40 趣旨説明
13:40-14:40
Shoaling Internal Solitary Waves in South China Sea
Ren-Chieh Lien (APL, University of Washington)
14:40-15:00
2013 年夏から秋に山陰沿岸で観測された顕著な水位差変動
滝川哲太郎（水大校），渡辺俊輝（山口水研セ），千手智晴（九大応力研），
森本昭彦（名大水循環セ）
15:00-15:20
2014 年 6 月に山陰沖・遠距離海洋レーダ観測海域で得られたプ ランクトン分布
永沼元、滝川哲太郎（水大校）、小針統（鹿大水 産）、森本昭彦（名大水循環セ）、杉谷茂夫、岩井宏徳（NICT 沖縄）、久島萌人（名大水循環セ）、藤井智史（琉大工）、市川香（九大応力研）、雨谷純（NICT 沖縄）
15:20-15:30
休憩
15:30-15:50
4 次元変分法を用いた北西太平洋海洋データ同化システムによる予測実験について
石崎士郎(気象庁)― 77 ―

15:50-16:10
気象庁海洋観測定線東シナ海 PN 線の長期変化（その２）村上 潔（気象庁海洋気象課）
16:10-16:30
日向灘北部沿岸域における流況の季節変化
渡慶次力（宮崎水試）
・清水学（水研セ中央水研）
・市川忠史（水産庁）
・広瀬直毅・千手智晴（九大応力研）
16:30-16:40
休憩
16:40-17:00
漁船による流況観測に見られた沿岸捕捉波の時空間変動
福留研一（水研セ日水研)・井桁庸介・（水研セ日水研)・大慶則之（石川水総セ）・千手智晴（九大応力研）・渡邊 達郎（水研セ日水研)
17:00-17:20
気象庁 wave setup 現業モデル開発および防波堤が wave setup に及ぼす影響について
近澤昌寿 気象庁日本海海洋気象センター
17:20-17:40
風波と規則波が吹送流に及ぼす、波と流れの相互作用の相違について
水野信二郎 （元広島工業大学）
12/11 講演終了後 懇親会------- 12/12(金) ------09:00-10:00
傾圧海洋の慣性-準地衡線形応答
増田章(九大応力研)
10:00-10:20
対馬海峡周辺における水温・塩分の短周期変動から見た低塩分水の挙動― 78 ―

冨石悠太（九州大院総理工）・松野健（九州大応力研）・千手智晴（九州大応力研）
10:20-10:40
対馬海峡と宗谷海峡における表面流速の相関関係とその要因について
佐原賢紀（京大理）、吉川 裕（京大理）、江淵 直人（北大低温研）
10:40-10:50
休憩
10:50-11:10
2014 年 2-3 月における津軽海峡への日本海水の流入について
渡邉修一、佐々木建一、脇田昌英、田中義幸、川上創、山本秀樹、津幡圭介、吉川泰司（海洋研究開発機構むつ研究所）、齊藤誠一、小林直人（北海道大学水産科学研究院）
11:10-11:30
対馬暖流の水塊起源の特定
髙谷周平(富山大院・理工), 松浦知徳(富山大院・理工), 広瀬直毅(九大応力研)
11:30-11:50
淀川感潮域における海水遡上に対する物理現象の把握
小山悠人（神戸大院海事）・中田聡史（神戸大院海事）・林美鶴（神戸大内海域セ）11:50-12:10
総合討論― 79 ―

― 80 ―

26 AO-S4
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15:50-16:15 ¾ɀȜȑ*9 Chattonella ŷƥŅëǐŬ+ǚi      ųȕtûůŨ¢(ơŨç)ĚƿȍǻŵƼƩșǁǑǢŦ(ƨĕŨĩ)ǿƞĐ(Ċƈç)
16:15-16:40 ǔȊ*9ƥȭȭǡƽ+ëŝ'ȢfM/+¶Ɠ      ÜƬȞė(ÔƖvƈĈȩ÷)16:40-17:30 ¼ȼśȂƱÉ― 83 ―

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09:50-10:15 µƍȢfM=ȣ"żǟåƝǅ+ƦčåǇ      wȚÇ(ǃÈǙ÷Ɩ)ǆĔõǩ(ǃÈȢƖ)ǆrƞĠ(ȮÂƖ)ŷrĿļ(ƈĈçÃōȷ)ɁƚȇƜ(ǃȉƖ)ȸȕŤǓ(ǃÈƖ)
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10:00-10:40

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11:20-12:00

Temporal and spatial variation of satellite primary production in the eastern

China seas
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共同利用 研 究 成 果 報 告

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第

号 

18

平成

年度

26

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九州大学応用力学研究所

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26 特 2-1
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* http://www.kyushu-u.ac.jp/pressrelease/2015/2015_01_08.pdfÚÇ û¥ğ ]u± ÀķéĤ

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26 特 2-2マイクロ波計測器信号からの乱流揺動信号抽出法の研究
核融合科学研究所・ヘリカル研究部  徳沢季彦 
１．目的
磁場閉じ込め核融合プラズマの研究において、乱流物理の理解は最重要研究課題である。これまで、
高温プラズマ中の乱流を計測する手段が非常に限られていたが、近年新しい非接触な計測手法として、
マイクロ波などの電磁波を用いた乱流揺動計測法が開発され各種装置に適用されるようになってきた。
特に、計測器システムに新しい素子技術が活用できるようになったことだけでなく、新しい解析手法が開発されてきたことによって世界各国の実験に適用されてきている。本研究では、ハードウエアとして開発を進めている空間同時多点計測システムの構築と、それによって得られる詳細な空間構造を求める
ことをまず当初の目標とし、この計測システムをプラズマ実験へ適用することによって得られる大規模データに対して、開発が進んできたデジタル信号処理手法を駆使し、乱流信号を抽出する技術開発を行い、プラズマ乱流物理への知見を得ることを目的とする。
２．計画と実験方法
 空間多点を同時に観測し、乱流の構造・物理を知るために、情報通信分野において開発適用が行われてきている周波数コムを光源とする多チャンネルマイクロ波コム反射計の構築を行う。そして、この計測システムを核融合科学研究所の大型ヘリカル装置 ＬＨＤ プラズマへ設置し密度揺動およびそのポロ
イダル回転分布の計測に適用する。また、乱流輸送において、温度揺動に関する知見が得られると期待されている新しい計測手法である FRUUHODWLRQ(&( F(&( システムの構築とそのＬＨＤプラズマへの適用による電子温度揺動計測データも取得し、これら大容量データに含まれる雑音成分から乱流揺動信号を、効率的かつ高精度で抽出する技術手法を確立することを目指した研究を行う。本年度は、前者の周
波数コムシステムは、NDEDQG から 8EDQG までの周波数領域への拡張を行い、より広い空間の情報が得られるようになった。後者の F(&( 計測について以下に詳細を述べる。
３．実験結果 電子熱流束の乱流揺動成分は、電子温度 Te, 電子密度 ne,速度 Vr を用いて、

3
3
~
~ ~
Qe  Te n~e Vr  ne Te Vr
22と記述できる。したがって、密度揺らぎだけでな
く温度揺動の情報も必要である。一般に高時間分解能が期待できる ECE ラジオメータ信号では、乱流に起因するような波数の高い揺動成分は、
ECE の雑音成分に埋没し、検出が困難である。

図１：cECE システム概略図

そこで、空間的に近接している（ただし帯域の重複の無い）2 つの空間測定位置からの ECE 信号間の相互相関を取得し、そのアンサンブル平均処理を― 93 ―

施すことにより雑音成分から電子温度乱流情報の抽出を行う cECE 法の適用を LHD にて行った。図 1 に cECE システムの概要を示す。シス号の一部を分岐これに周波数可変の局発波をミキシングすることにより、ECE 信号を検出する。
局発波の周波数を変化させることにより、プラ

ECE signal

テムは、既存の ECE ラジオメータ(RADH)の信

ズマ中の任意の位置の観測を可能とする点が特長である。本年度、局発波の周波数を PLL 安定化、バンドパスフィルタの帯域の最適化などを実施し、LHD からの放射 ECE 信号の検出に成10.8

図 1 に示すように 3ch の計測システムとして[%]

功した（図 2）。
おり、同時に異なる 2 点間の相関計測が可能でメータ信号のコヒーレンスの時間変化を示す。
ｔ>5.5s より周波数的に広がったスペクトルが

0.4
0.2
0

ある。図 3 には、相互相関解析で求めた cECEと対応する空間を計測している従来型のラジオ

0.6

3

4

5

6
time [s]789図２：cECE で計測した ECE 信号（上）とプラズ
マベータ値（下）の時間変化観測できる。また、t> 6.5s 以降では、従来のラジオメータではコヒーレンスが低くなっているが、cECE
はより高周波数まで広がっている。この差は、信号の周波数帯域が cECE の方が半分で、チャンネル間の周波数がより近接していることによると考えられる。今後、平均化処理による雑音成分の低減によるより高周波数の揺動成分や多点計測による空間相関長、径方向波数観測などの諸量の抽出手法の確立を行っていく。

RADH <ch18-ch19>

cECE <ch2-ch3>

図 3： cECE により求めた 2 点間のコヒーレンスの時間変化（左）、RADH のもの（右).

― 94 ―

26 特 2-3

26 特 2-3

複雑ネットワークの手法を用いたプラズマ乱流時系列データの新しい解析手法の開発
高知工業高等専門学校電気情報工学科

谷澤俊弘

1 研究目的
超高温のプラズマを安定して閉じ込めるためにはプラズマ中に形成されるドリフト波乱流の物理的性質を詳細に理解することが必要不可欠である。乱流は，プラズマ流体の圧力・密度・温度・電位等の物理諸量の時系
列データ中における一見したところランダムな振動として観測される。近年，本研究課題代表者（谷澤俊弘）
および研究協力者（中村知道・兵庫県立大学）によって，時系列データで表現されるダイナミクスを複雑ネッ
トワークの手法を用いて視覚化し直観的に理解する新しい手法が開発された。本研究は，この手法を磁場閉じ
込めプラズマ中のドリフト波乱流の大容量時系列データの解析に応用し，そこから物理的情報を抽出する全く新しい手法を開発することを目的とする。

2 現在までの研究結果
本研究は 2012 年に谷澤と中村によって得られた時系列データのネットワーク化手法 [1, 2, 3] を円筒形直線型プラズマ内ドリフト波乱流の観測およびシミュレーションから得られる時系列データに適用するものである。この手法は，時刻 t における時系列データ x(t) をその時刻以前のいくつかのデータ x(t − 1), x(t − 2), . . .
とランダムノイズ ε(t) を用いて

x(t) = a0 + a1 x(t − l1 ) + a2 x(t − l2 ) + . . . + aw x(t − lw ) + ε(t)(1)

と線形モデル化し，各時間項 x(t), x(t − l1 ), . . . , x(t − lw ) を表わすネットワークノードにおいて，各時間遅れ
項から時刻 t の項 x(t) へ向う連結線を引くことにより，有向ネットワークとして表現する。ここで，パラメー

タ a0 , a1 , . . . , aw は実際に観測された時系列データと線形モデルによって生成されるデータ間の誤差の二乗平均を最小にするように決められる。この線形モデルの一種である Reduced Auto-Regressive Model (RAR)
は，モデルの最適化基準として，さらに情報量基準（information criterion）を合わせて用いることにより，いくつかの時間遅れ項 x(t − l1 ), x(t − l2 ), . . . , x(t − lw ) から最適な部分集合を選び出す。この手法において

は，振動の定性的な違いがネットワークトポロジーの違いとして明確に表現されるという利点がある。

図 1 に，円筒形直線型プラズマ内ドリフト波乱流の 64 チャンネルの測定から得られた時系列データのうちの一つ（チャンネル 16）を本研究の手法によりネットワーク化したものを示す。

RAR モデリングは多変数の時系列データにも用いることができ，このネットワークを用いた可視化法は多次元の時系列データ解析にも有効であることがわかっている [4]。

1
― 95 ―

図1

円筒形直線型プラズマ内ドリフト波乱流 64 チャンネルの測定データのうちの一つのチャンネル（チャンネル 16）の時系列データを谷澤・中村の手法によりネットワークとして視覚化したもの。時間経過に伴う振動の性質の違いがネットワークトポロジーの違いとして明確に表現されている。

3 今後の研究の方向について
今後，さまざまな状況下におけるドリフト波乱流の観測および数値シミュレーションデータをこの手法によりネットワークとして視覚化し，データが表現する物理とネットワークトポロジーとの対応関係を解析していく予定である。また，さらに各チャンネル間の関係性やプラズマ乱流の非局所的相関関係についても，多次元
時系列解析の手法等も用い，解明していきたい。

4 研究成果発表
現在のところなし。

参考文献[1] Tomomichi Nakamura and Toshihiro Tanizawa: “Networks with time structure from time series,”
Physica A, Vol. 391, pp.4704-4710 (2012).
[2] Toshihiro Tanizawa and Tomomichi Nakamura: “Complex network from time series,” the Proceedings of 2011 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2011),
Kobe, Japan, Sep 4-7, 2011, pp.690–692 (2011).
[3]「時系列データの持つ構造の推定方法及び装置，記録媒体ならびにプログラム」，発明者：中村知道，谷澤俊弘，桜田一洋，特許出願番号：2011-144894 (2011).

[4] David M. Walker, Antoinette Tordesillas, Tomomichi Nakamura, and Toshihiro Tanizawa: “Directed
network topologies of smart grain sensors,” Physical Review E, Vol. 87, 032203 (2013).
2― 96 ―

26 特 2-4
磁場閉じ込め高温プラズマ中の電子熱輸送の状態評価のための確率論的手法の高度化Î¦½N¸ÀĀ Ô4½N¸ÀsĀ ŀńĳŅ¸ÀïĀ ¯´目的
Ā ¸À ×ÌĬģāġðĐįĘ»DóĒèĨÿ¡ĿŃĸłĢùKĢ§æêªqġTđĜº«á²tıî®ēĮďĞĝā»DóĒèĨÿ¡ĿŃĸłĢóĒèĨªqġöēĮđĆßtı}¼ēĮďĞġr#đĘĂďįı0ĎĜā¸Àĝģā5ßtġĉĆĜ/ĭućQþļŉĹġTđĜøûrĢ vÖĪÇÞÄb6vÖĠğıî®đā5ßtĢÿb(ı³{ēĞĞĩġā°ĠĮļŉĹÝtĞÅħ4İĕĮďĞĝÎĝĠĆĘĠ¨­pC
ıwēĮďĞı³²ĞđĜĆĮĂ
研究方法Ā ¸ÀĝÕęĜĆĮº«á²tġīĮ»DóĒèĨÿ¡ĿŃĸłĢùK§æêĢªqßĝģāĖĢì¾ĝăõĄġöēĮpCċIİįĜđĦćĂđĊđĠċĬā§æêĢªqĢā©
ġĖĢOPoıâáđīćĞđĘāĖĢªqıPěĎĜĆĮõķĵŉŅı·ĮďĞģú_ġñÚĝąĮĂĦĘāéĢ»DóĒèĨÿ¡ĿŃĸłġöēĮ¸ÀġĉĆĜāĚĢãġTđĜÙĢõķĵŉŅċÜ¢ĐįĜĆĮċąĭāãġTđĜ©l²ĠõķĵŉŅģÎĝģĠĆ1ÍoċąĮĂ`bġcČÈČāùK§æêĢªqßĝ/ĭuęĜĆĮQþļŉ
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研究結果
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¼đĘëĭāLHD ĝÜ¢ĐįĜĆĮúWsæê¬ãģāĿŃĸłĢùKRbċE$ēĮĞĞĩġ
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― 97 ―

(a) 0.7 x 1019 m-3(b) 0.9 x 1019 m-3(c) 1.2 x 1019 m-3;ōŌLHD ġĉĆĜĽņŉĶŉÒ<ŁņĻĽŊTESPELŋUġīĭúWsæê¬ãċ±¬đĘD4ġĉĎĮF%ùK¡b&ðĢõ±ZĢÁõ^ŊŋĞ3Û(V)hÊġĉĎĮF%ùK¡bĢõ±ZĂ(a)ne_bar = 0.7 x 1019 m-3, (b) ne_bar = 0.9 x 1019 m-3, (c) ne_bar = 1.2 x 1019 m-3ĂċęĜāďĢµ.äĢÆģāúWsæê¬ãĢ´|²,9ĝąĮĞËĈĬįĜĆĮòĆµöòızĚ~%ĞĢúWsµ ®ċùK¡b&ðĢF(ľŇňĽĢġgüı-ĥđĜĆĮďĞı¼8đĜĆĮĂ
今後の予定Ā »DóĒèĨĽŇĲĺŅĿŃĸłĢùK§æêġĉĎĮúWsoġĚĆĜ'y²­ÝıjĮďĞı³²ĞđĜā¸ÀĝAęĜČĘļŉĹÝtĠğıŀńĳŅĿŃĸłĢħĠĬĔā
ĽĳłĴĿŃĸłĝjĬįĘQþļŉĹġĩî®ēĮPĝąĮĂĀ
研究成果報告Ā ďďĝ¼đĘÝÆı ĢNĝ±×đĘĂ
N. Tamura, K. Ida, S. Inagaki, T. Tokuzawa, H. Tsuchiya, K. Itoh, K. Tanaka, T. Shimozuma, S.
Kubo, Y. Nagayama, S. Sudo, H. Yamada, Y. Takeiri and LHD Experiment Group, “Ballistic
Propagation of the Change Front of the Electron Temperature Gradient in the Nonlocal Electron
Heat Transport Event on LHD”, 4th Asia Pacific Transport Working Group International
Conference, (June 10-13, 2014, Kyushu Univ., Fukuoka, Japan)
研究組織（合計１０名）¸À ×ÌŎ¯´ŊÔ4½N¸Àsŋ¸À*"ÌŎ¿?¤ā[ÏeāÓfÑāÓÐŊ ā\HNn®"N¸Àsŋā=Y÷ ākMeāX¯]āÓLŊ āÔ4½N¸Àsŋ

― 98 ―

26 特 2-5

bY\zUy{Xw}9į4ox[sÖ¸<9ęňÅ¶¤ç Ğ İóĬ°ox[s¶¤9đ3@ŏŒÀā7)EÖ¸¶¤7ō£'FE±ă7:ġÒ7Ã{qz9ÒĻĪ4®ĻĪ"£?CFEÓox[s7 2ĜÑVJS|c|}Ŀ×
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26 特 2-6yk}řŜq,lĀÁ³Ŗş£Á³í 

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― 102 ―k}ėõŀJřŜ

26 特 2-7

バイスペクトル解析による電子温度勾配モードと低周波揺動の非線形結合機構解明
東北大学

大学院工学研究科

金子 俊郎

1. 目的
電子温度空間勾配を自在に制御できる新たな装置を開発し，核融合プラズマ閉じ込め装置での異常輸送の新たな要因として注目を集めている「電子温度勾配不安定性（ETG モード）駆動乱流」の発生メカニズムとそれに伴う輸送現象を解明することを目的とする．特に，電子密度勾配，空間
電位勾配等を重畳することによって励起される低周波揺動との非線形相互作用によって，ETG モ
ードが助長されるメカニズムを明らかにすることを目指す．本研究では，MHz 領域の高周波揺動とkHz 領域の低周波揺動との非線形相互作用を調べるために，大容量のデータを取得する必要があるとともに，その解析手法もバイスペクトル解析をはじめとして多岐にわたるため，応用力学研究所との共同研究として遂行する．
2. 実験方法
本実験は図 1 に示す東北大学 QT-Upgrade 装置を用いて行う. アルゴン (Ar) を作動ガスとした
電子サイクロトロン共鳴 (ECR) 放電によって磁気ミラー領域（共鳴磁場強度 2.14 kG）で高電子温度（3-4 eV）のプラズマを生成し，グリッドを通して実験領域に流入させる．一方，装置右端に配置したタングステン電極を 2000℃以上に加熱することによって低温の熱電子（約 0.2 eV）を生成し，半径方向位置に対応してこれらの重畳割合を制御することによって，径方向の電子温度勾配を形成する．電子温度のみの空間勾配を制御し，周波数が数 kHz から数 MHz の範囲で，電子温度勾配が存在する領域と存在しない領域で，発生する不安定揺動（ETG モード）の違いがあるかどうかに注目する．また，電子密度勾配および空間電位勾配を変化することでドリ
フト波（DW）モードおよびフルートモードが励起されることを観測し，さらに
径方向電場による E×B シアの形成と，それらの ETG モードとの非線形相互作用を調べる．このとき，取得した大容量のデータを応用力学研究所に持ち込み，

図 1: 電子温度勾配形成実験装置．

バイスペクトル解析を行う．
3. 実験結果及び考察

上記の装置を用いて ETG を形成したところ，ETG 強度の増大に伴い，周波数が約 0.4 MHz の
高周波揺動（ETG モード）と約 7 kHz の低周波揺動（ドリフト波モード）の二つの揺動が励起され，さらに新たに約 4 kHz の低周波揺動（フルートモード）が励起されることが観測された．図 2に ETG によって励起された ETG モード及びフルートモードの (a) I~es / I es と (b) バイコヒーレン― 103 ―

0.6_

大しており，さらにドリフト波モードとフルートモー
ドとのバイコヒーレンスが ∇Te ~ 1.6 eV/cm 以上で大きくなっていることが明らかとなった．

^2

た．このとき，フルートモードの揺動強度が次第に増

b (f1, f2)

(b) 0

0

0.01

0.005
0
0

0.5

これらの結果から, ETG のエネルギーははじめに高周波揺動である ETG モードを励起するが，非線形結合によって一度ドリフト波モードに移送され，さらにドリフト波モードとフルートモードとの非線形結合

0.4

∼

∼

ETG を強くすると，ドリフト波モードは ∇Te が 1.6

0.8
f ~ 4 kHz

0.2

波モードが励起されることが分かっているが，さらに
eV/cm を超えると次第に飽和していくことが分かっ

1.2
f ~ 7 kHzIes / Ies (% )ETG モードからのエネルギー移送によってドリフト

0.4

これまでの成果から，∇Te が 1.2 eV/cm を超えるとIes / Ies (% )(a) 0.8(Te (r = −0.5 cm)−Te (r = −1.5 cm))/ 1 cm]．

_ス ܾ෠ ଶ の電子温度勾配（∇Te）依存性を示す [∇Te ＝

1

1.5

2

|∇Te| (eV/cm)

2.5

図 2: ドリフト波モード及びフルートモード
における (a) 規格化振幅強度と (b) バイコ
ヒーレンスの∇Te 依存性.

によって，フルートモードへエネルギーが移送されることが分かった．
今後は，これらの高周波揺動と低周波揺動間のエネルギー移送の詳細を，過渡応答実験を行うことによって明らかにしていく予定である．
4. 研究組織金子 俊郎，畠山 力三，文 贊鎬（東北大学），伊藤 早苗，稲垣 滋（九州大学），伊藤 公孝，小林 達哉（核融合研）
5. 研究成果報告
1) [招待講演] 金子俊郎， 電子温度勾配乱流の非線形過程 ，Plasma Conference 2014, 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）, 2014 年 11 月 18〜21 日．
2) 小木曽舜，加藤雄人，下山学，文贊鎬，金子俊郎，平原聖文， 直線型磁化プラズマ装置を用いたプラズマ波動・粒子相互作用の直接観測実験 ，日本地球惑星科学連合 2014 年大会，パシフ
ィコ横浜会議センター（神奈川県横浜市），2014 年 4 月 28〜5.2.
3) 小木曽舜，加藤雄人，下山学，平原聖文，文贊鎬，金子俊郎，小嶋浩嗣， 実験室プラズマにおける波動・粒子相互作用の直接観測実験 ，第 136 回地球電磁気・地球惑星圏学会総会・講演会，
キッセイ文化ホール（長野県松本市），2014 年 10 月 31 日〜11 月 3 日.
4) 加藤雄人，金子俊郎，文贊鎬，平原聖文，下山学，小木曽舜， Direct measurements ofwave-particle interactions in the evolution of the drift wave instability: Application of spaceplasma instrumentation Wave-Particle Interaction Analyzer ，Plasma Conference 2014, 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）, 2014 年 11 月 18〜21 日．

― 104 ―

26 特 2-8

二次元イメージデータからのプラズマ乱流解析技法の開発㻌㻌
核融合科学研究所㻌 ヘリカル研究部㻌 大舘暁㻌目的
プラズマの揺動の情報を含んだ放射イメージの解析からプラズマの揺動の性質を調べるのが本共同研究の目的であり、㻼㻭㻺㼀㻭 プラズマからの可視光の放射を高速度カメラで計測したデータを解析対象とする。本報告では 㻞㻜㻝㻠 年２月１３日に行った実験の解析結果を主に報告する。㻌
実験結果㻼㻭㻺㼀㻭 装置の放電部の対向面に高速度カメラを設置し、軸に平行な方向から高速度カメラによる測定を行った。揺動の典型的な周波数よりも十分速い 㻡㻜㼗㻴㼦 のフレームのデータの解析を行った。㻌

 ２次元揺動データを理解するために、イメージのモード解析を行った。イメージは十分な回転対称性があることから、方位角方向にはモード数４までのフーリエ分解、径方向には１０次までのベッセル関数による展開を行い良好結果を得た。展開後、回転の位相、揺動強度の径方向分布から回転スペクトルを求めた（図１）。２～３KHz にピークを持つ支配的な揺動が見える、イオン反磁性ドリフト方向への回転を示している。これは静電プロー
ブを使ったデータ解析でも同様の特徴を示しており、高速度カメラデータの計測が密度揺動計測として十分機能していることを示唆している。図３に画像データの時間変化を示す。
ｍ=１の回転が顕著に見える。大部分の時間は準定常的に回転しているが、時々停滞あるいは、飛躍していることがわかる(たとえば t = 200.12ms)。所々で定速の回転がディスターブ
されていることがわかる。この時、プラズマのコア部に周辺部とは、接続していない高い
径方向モードを持った揺動パターンが観測されていることがわかった。

図１㻌 各モード数に対する、回転スペクトルを示す。ρ㻩㻌㻜㻚㻞㻔緑㻕、ρ㻩㻜㻚㻠（赤）、ρ㻩㻜㻚㻤（黒）㻌
㻌― 105 ―

㻌
図２㻌 揺動データの時間変化㻌 最上段に全揺動成分、２～４段目に 㼙㻩㻝㻘㻌㻞㻘㻌㻟 の成分をそれぞれ示す。㻌
㻌
今後の解析手法の開発

これまで、モードの空間構造の検出は可動式の静電プローブによる時空間相関解析より求められていた。軸上からの高速度カメラの測定により、空間構造の同定をより直接的に行うことができることを示すことができた。各点での計測結果が同時計測であることは、時空間相関解析より優れた点であり、モード間の相互作用についてさらに解析を進めることができる。観測されているプラズマ揺動のダイナミッ
クな挙動と、静電プローブ測定を通じて明らかになっている揺動の統計的性質がどのように結びついて
いるかについてさらに考察を行っていきたい。㻌
㻌
今年度の発表62KGDFKLHWDO“A study of the fluctuations observed in the PANTA device using
imaging diagnostics”3ODVPD&RQIHUHQFH1LLJDWD1RY

― 106 ―

26 特 2-9高次相関解析の並列処理による高性能化に関する研究	 MØvwvwÞw²·´ ³~ §研究目的：;B2<FÄh]Ùæ¨xÆkIQæÜ$¸ÜËWvsbæ±ÜÜvÚyâ5G3)f'  gÁ 'çæyâÛÜdQÃ¶5G3sv"Âç¬aw²· PANTA yâÈ½"æu4@E7D¨xÈ½)¬%('yâ5G3 Hà&
10GB PIÖæã¢¯ÝË5G3[«Ü è)Ð'rh"{ ç²·æã¢¯ÝË¹yâ5G3[«)ãÁÅ!æÉ/+Ìº¡$'J^[«)zXæ+D0C2=Í%/G6yÈ)ÅæãÔ
yâ5G3[«)yª' )®­'ç
研究方法：yâ5G3ã¢¯ÝËæÜ­'¸Ü­ß(R½
¨xV¯Ý)Ìº'Ê &æ5G3[«|n S '!æJ^[« á 'ç²·¯ÝËi Õ)"ãÔ9GC-t[«äFFTåJ^d)e¾æ¯ÝËJ^d+D0C2=)Í'ç¢æ»­z(J^d+D0C2=qÌº/G6)yÈæËË£Ñ$'Î)ÅçæPANTéyâÈ½¨x(L¦5G3)_¬¯ÝË)ÅæJ^[«$'ãÁdÏU)Åç
研究成果：	
 1.  ¼ æOÇ­¯ÝË' Bispectral analysis æxÏ'J^d FFT B,:BC FFTW _¬$&æ[«ãÔd)mçÓÒ¢[«æOpenMP $'Y>?CoJ^[«æMPI $']>?CoJ^[«((æ[«Á)[«5G3ÚÝ¥!'"æ/E8,B
ägcc, iccå$/E8,B.;1AE£Ñ"Åç
2. % Wavelet bicoherence analysis "æFFTW $'[«)ÅæJ^[«ÏU)Åç
3. PANTA yâÈ½¨x5G3[«k æ>?C`N#9*,DX\aJ^d)l!ãÔd$×dÍ)Åç
研究組織：	 ¤  j }

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― 108 ―26 特 2-10OaFæñ'6ĵķê(m(VeU{Ē$(NHz
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― 110 ―

26 特 2-11
直線磁化プラズマにおけるストリーマー構造の解析
九州大学 基幹教育院 山田 琢磨
・目的プラズマ乱流中のメゾスケール構造（ストリーマーやゾーナルフロー）は径方向輸送に大きな影響を与えるため、近年トロイダルプラズマや直線プラズマで広く研究されている。直線プラズマは低温度で近接性に優れ、乱流やメゾスケール構造の計測に有意である。九州大学応用力学研究所の直線プラズマ実験装置 PANTA の前身 LMD­U において、メゾスケール構造の一種であるストリーマーとその媒介波が世界で初めて発見された[1][2]。また、PANTA 装置のエンドプレートに正電圧バイアスをかける実験
では、ストリーマー構造から孤立波状態への遷移が観測され、エンドプレートバイアスによってストリーマーの制御が可能であることが確認された[3]。本研究では引き続き PANTA のストリーマー構造に対するエンドプレート実験を継続し、バイアス中の二次元フーリエスペクトルの変化や非線形結合（バイコヒーレンス）の変化を調べることでストリーマー構造の変化を観測し、ストリーマーの制御や発生機構の解明など更なる研究の進展を目指す。
・実験方法
直線プラズマ実験装置 PANTA を用いてストリーマー実験を行い、エンドプレートバイアス実験によってストリーマーの構造や、二次元スペクトル、バイコヒーレンスがどのように変化するかを観測した。
PANTA は軸方向の長さが z = 4 m、内径 r = 0.45 m の直線装置である。ソース部に付けられた内径 95 mmのガラス管に RF アンテナで 3 kW/7 MHz の RF 波を印加し、ヘリコンプラズマを発生させた。軸方向の磁場には 0.09 T を選び、内部に封入したアルゴンの圧力を 0.8 mTorr に調整することで、ドリフト波乱
流がストリーマー構造を形成した。中心部の密度は 1019 m–3 程度、電子温度は 3±0.5 eV のおおよそ平坦な分布である。軸方向 z = 1.885 m の位置に周方向 64 チャンネル静電プローブが設置されている。このプローブにより、半径 r = 40 mm の位置での詳細で精度の良い乱流の二次元フーリエスペクトルを観測した。また、軸方向 z = 1.625 m の位置には径方向 5 チャンネル静電プローブが設置されており、プラズマの電子密度や浮遊電位分布を測定する事ができる。エンドプレートの近傍の z = 3.95 m の位置に、プラズマの直径のほぼ半分となる直径 50 mm の電極があり、そこに最大で 50 V までの電圧を印加した。
・実験結果
PANTA にストリーマー構造が発生している状態（磁場 0.09 T、圧力 0.8 mTorr）でエンドプレートプ
レートバイアス実験を行ったところ、印加電圧に応じてバイアス電流が流れ、電圧に対して線形に応答したが（10 V に対して 3 A 程度）、バイアス電圧が 20 V 以上になるとバイアス電流が 6 A 程度で飽和した。ところがバイアス電圧を 50 V まで上げたところ、突然バイアス電流が 8 A まで流れる状態に遷移するようになり、6 A の低電流モードと 8 A の高電流モードの 2 つの状態を頻繁に行き来するようになった。以降は、元のストリーマー状態を S モード、低電流状態を B1 モード、高電流状態を B2 モードと呼ぶことにする。
バイアス中、バイアス電極より内側（r < 25 mm）の径では電子密度が上昇し、外側（r > 25 mm）では電子密度が減少し、電子密度の径方向分布はバイアス前よりピーキングした形となった。また、B2モードでは B1 モードに比べてよりピーキングが強くなった。電子密度揺動に関しては、全ての径で揺動の絶対レベルは減少し、特に B2 モードでは減少が顕著であった。ただし、外側の径では電子密度の平均値も減少しているため、相対揺動レベルはバイアス中でも変わらないか、むしろ上昇した。以上のことから、バイアス実験を行うことで電子密度分布はピーキングし、プラズマの乱流揺動が抑制されることが分かり、プラズマ乱流の制御に効果的であることが分かった。

― 111 ―

次に、バイアス実験によるストリーマー構造の変化を時空間構造、二次元スペクトル、バイコヒーレ
ンスの変化を観測することで調査した。図 1(a)はストリーマー状態時の電子密度揺動の時空間構造である。右上方向に伝播する数 kHz の伝送波が包絡線構造を形成し、包絡線構造自体は右下方向に 2 kHz 程度で伝播していることが分かる。図 1(b)は B1 モード、(c)は B2 モードの時空間構造である。徐々に包絡線構造が失われ、
右下方向に伝播する 2 kHz 程度の孤立波状態に遷移していることが分かる。
図 1(d)(e)(f)はそれぞれストリーマー、B1 モード、B2 モードの密度揺動の二次元スペクトルである。正の周波数を持つ波が先の伝送波、モード数 1/周波数 –2 kHz 程度の波が媒介波（包絡線構造と同じ構造）である。
バイアス中は B1 モード、B2 モードと変化するにつれて伝送波成分が減少し、媒介波が強くなった。また、媒介波の高調波成分が多く生じるようになり、時空間構造が孤立波状態に変化したことと一致した。
また、オートバイコヒーレンスを計算すると、B1 モード、B2 モードと変化するにつれて伝送波が関わる非線形結合が減少し、媒介波の自己結合が増加することが分かった。
以上のことからストリーマー状態にエンドプレートバイアスをかけることでストリーマー構造が破壊され、媒介波を基本波とした孤立波構造に遷移することが分かった。この結果は、装置外部から容易にストリーマーの制御が行える可能性を示し、非常に重要である。今後は二次元バイコヒーレンスや、
径方向構造の変化なども調査していく予定である。
参考文献[1] T. Yamada et al., Nature Phys. 4, 721 (2008).
[2] T. Yamada et al., Rev. Sci. Instrum. 78, 123501 (2007).
[3] T. Yamada et al., Nucl. Fusion 54, 114010 (2014).

図 1. (a)ストリーマー状態、(b)B1 モード、(c)B2 モードにおける電子密度揺動の時空間構造。(d)ストリーマー状態、(e)B1 モード、(f)B2 モードにおける電子密度揺動の二次元スペクトル。時空間構造で右上に伝播する波が二次元スペクトルでは正の周波数を持つ。モード数 1 で負の周波数を持つ波がストリー
マー構造の媒介波であり、バイアス中は高調波が生じている。

― 112 ―

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26 特 2-13
レーザー光波面の乱れを利用したプラズマの乱流計測手法とデータ処理方法の開発
レーザー光波面の乱れを利用したプラズマの乱流計測手法とデータ処理方法の開発

核融合科学研究所・ヘリカル研究部
核融合科学研究所・ヘリカル研究部
秋山毅志（男、38
秋山毅志（男、38
歳）
歳）

目的
目的
プラズマの閉じ込め性能を向上させるためには、乱流の物理機構を理解することが重要である。
プラズマの閉じ込め性能を向上させるためには、乱流の物理機構を理解することが重要である
その計測は様々な手法があるが、本研究ではレーザー光の波面の乱れからプラズマ乱流の情報
その計測は様々な手法があるが、本研究ではレーザー光の波面の乱れからプラズマ乱流の情報を引き出す手法を提案し、実証することを目的とする。本手法は非接触で、かつ干渉や変調などを引き出す手法を提案し、実証することを目的とする。本手法は非接触で、かつ干渉や変調などの作用を用いずに、直接的に乱流を計測できる特徴がある。
の作用を用いずに、直接的に乱流を計測できる特徴がある。

実験方法 実験方法
地上に設置した天体観測用望遠鏡では、像の瞬きやボケが問題となる。これは、大気の温度揺
地上に設置した天体観測用望遠鏡では、像の瞬きやボケが問題となる。これは、大気の温度揺らぎによって観測対象からの光の波面が乱されるためである。そこで、すばる望遠鏡を始めとするらぎによって観測対象からの光の波面が乱されるためである。そこで、すばる望遠鏡を始めとする
大型望遠鏡では、「補償光学」を追加して解像度を高めている。補償光学とは、波面の乱れを測大型望遠鏡では、「補償光学」を追加して解像度を高めている。補償光学とは、波面の乱れを測定するセンサと可変形鏡、そして帰還制御のための計算機からから成る。波面センサは入射光の定するセンサと可変形鏡、そして帰還制御のための計算機からから成る。波面センサは入射光の波面の乱れを測定し、その信号を元に可変形鏡がミラー形状を変形させて波面の乱れを補正し、波面の乱れを測定し、その信号を元に可変形鏡がミラー形状を変形させて波面の乱れを補正し、像のボケを大幅に改善している。
像のボケを大幅に改善している。
本研究では、図本研究では、図1 のようにプラズマ中にレーザー光を入射し、上記の大気の揺らぎをプラズマ
1 のようにプラズマ中にレーザー光を入射し、上記の大気の揺らぎをプラズマ中の乱流や不安定性に置き換え、乱流によって乱された波面を波面センサで測定しようという試中の乱流や不安定性に置き換え、乱流によって乱された波面を波面センサで測定しようという試みである。本手法をプラズマ計測に応用するのは初の試みであり、そのため第一ステップとして波みである。本手法をプラズマ計測に応用するのは初の試みであり、そのため第一ステップとして波面センサは市販のものを利用する。現在、CMOS
面センサは市販のものを利用する。現在、CMOS
カメラの前面にマイクロレンズアレイを配置した、カメラの前面にマイクロレンズアレイを配置した、シャックハルトマン型波面センサを利用する予定である。シャックハルトマン型波面センサに平面
シャックハルトマン型波面センサを利用する予定である。シャックハルトマン型波面センサに平面波が垂直に入射した場合は、マイクロレンズアレイによって波が垂直に入射した場合は、マイクロレンズアレイによってCMOS 上に集光点が等間隔の格子状
CMOS 上に集光点が等間隔の格子状にできるのに対し、波面が傾いたり乱れたりした場合は、集光点が不規則に点在することになる。
にできるのに対し、波面が傾いたり乱れたりした場合は、集光点が不規則に点在することになる。

図 1:波面乱れを利用したプラズマ乱流計測の概念図
図 1:波面乱れを利用したプラズマ乱流計測の概念図― 115 ―

その集光点の変位から、波面の情報を得ることができる。現在市販されているシャックハルトマン型波面センサは、フレームレートが 880 Hz であるため、単独では高周波の揺動計測を行うことは難しい。そのため、イベントトリガとして他の計測データを利用し、条件付き平均などを用いることに
より、時間分解能を補うことが必要である。
光源レーザーには、波長 1.064 m の Nd:YAG レーザーを用いる。乱流による位相変化（＝波面の乱れ）の大きさの観点では、赤外領域などより長波長の方が位相量が大きく好ましいが、現在入手可能な波面センサの帯域は可視～近赤外であることから、本波長のレーザーを選定した。利用する Crysta Laser の半導体励起の連続発振レーザーは、縦横シングルモードの発振で、干渉計にも使える周波数安定性（＝位相の安定性）を持ち、波面測定には適したレーザーである。
現状で構成できる波面計測は、乱流の信号を得るためには計測系や分解能等の面で工夫が必要であるため、その原理検証には大きな乱流や不安定性を誘起でき、またそれらの特性が他の計測器で測定できることが望ましい。その点、PANTA 装置はそれらの条件に適しており、図 2 に示す配置で初期計測を行う。まずは、PANTA 装置の多くの計測視線と同様に、直線プラズマに対して垂直に観測を行うため、磁場コイル間に上記のレーザー及びミラー、レンズ系を配置する。対向する真空容器窓の外に波面センサを配置し、乱れた波面の計測を行う。
以上の原理検証実験を、平成 27 年 3 月に実施する予定である。その際、有意な大きさの波面乱れが計測できない場合は、対向位置の波面センサをミラーに置き換え、複数回レーザー光を往復させて光路長を稼ぐか、エンド部からプラズマ生成部に向ってレーザー光を入射し、プラズマの軸に沿った長い視線での計測に変更することを検討している。また、本計測はレーザー光軸に沿った乱流の線積分値であるため、局所的な情報を得ることは単一視線では不可能である。そこで、交差する 2 視線を用意し、両者の積分値の相関を取ることで、交差部分の局所情報を試みる。
研究組織
研究代表者：秋山毅志（核融合研）
研究協力者：居田克巳（核融合研）、稲垣滋（応力研）

図 2: PANTA 装置での波面乱れ計測の原理検証実験の配置図― 116 ―

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― 120 ―

26 特 3-2
リアルタイム画像生成のための合成開口レーダ解析とその応用
九州大学産学連携センター 間瀬 淳
１．はじめにマイクロ波イメージングは、プラズマ中の揺動現象の時間空間的振舞いと閉じ込めへの影響を研究す
る有力な手段として注目されているが、各種プロセスの内部構造可視化（非破壊検査）、車載レーダ、航空機搭載レーダ等、リモートセンシングの分野でも有用である。我々も平成 19 年度よりスポットライ
ト方式マイクロ波合成開口レーダ（Synthetic Aperture Radar: SAR）の研究を進め、平成 24 年度までに周
波数 15.5±0.8 GHz のシステムを製作、平成 24­25 年度ヘリコプター搭載による画像取得試験を実施した。平成 26 年度は、研究分担者の一人（近木）により、画像処理ソフトの改良、および空間分解 10 cmとリアルタイム処理の実現を目指した研究が進められている。
マイクロ波 SAR では電波法により周波数帯域が制限されるため（2 GHz 以下）、十分な空間分解を実現することが困難という問題がある。代表者等は、この問題を克服するため、マイクロ波で振幅変調された近赤外レーザレーダを用い、合成開口処理により被測定対象の二、三次元イメージングを実現することを提案してきた。レーザの変調周波数は電波法の規制に該当しないため、1­18 GHz の超広帯域変調が可能であり、反射光信号の解析を復調マイクロ波領域で行うことにより、マイクロ波 SAR では実現不可能な空間分解 1­10 cm が期待される。    
マイクロ波変調レーザ SAR は、光無線融合を利用した計測開発ということができる。空間に放射されるのは、安全性に優れた赤外光であり、マイクロ波は空間に発射されないことに加えて以下の特長を有している。
ⅰ）従来型パルスレーザレーダでは反射レーザ光の強度だけが測定され、位相データを測定することはできない。本開発システムでは、通常のマイクロ波 SAR と同様に、振幅・位相両成分を測定できる。
ⅱ）合成開口レーダにおける信号処理において、しばしば SN 比低下の原因となるスペックル雑音については、マイクロ波を光源とする場合大きな問題となるが、本研究のようにレーザを光源とする場合は問題とならない。一方、レーザを使用する際課題となるコヒーレント長については、本研究のように復調したマイクロ波領域で信号処理を行うため殆ど影響してこないことになる
２．マイクロ波変調レーザ応用合成開口レーダ
 平成 26 年度、送受信光学系として、フィールド試験にも対応できるよう、光軸調整が容易で雑音・振動にも強いモノス
タティック方式を製作した。マイクロ波変調レーザ出力は、増幅されたのち光ファイバー、サーキュレータを経由してファイバーコリメータに入力され放射される、物体からの反射
光は、同じファイバーコリメータに入力され、光ファイバーに入り光受信器でマイクロ波信号に変換される。
レーザレーダの原理再検証の一環として、チャープマイク
ロ波を発生する電圧制御発振器の変調信号として、任意波形発生器を使用し変調周波数の線形性を改良させた。周波数掃引形（FM­CW）レーダでは、反射波と参照波をミキサに入力することにより得られる中間周波数出力は、反射波までの距
離に比例することが知られているが、本レーザレーダにおいても図 1 に示すように同一な結果が得られた。周波数掃引幅
図1. IF周波数 vs. 物体までの距離.
5 GHz、掃引時間 0.1 ms である。線形性の改良により、距離分解～1 cm が実現している。
合成開口イメージングの実現のためには、高精度チャープマイクロ波発生装置、およびレーザ出力を二次元掃引する駆動光学系が不可欠である。平成 19～24 年度開発製作したマイクロ波 SAR では掃引周
波数幅 2 GHz をもつ高精度チャープマイクロ波発生装置を製作した。本研究では掃引周波数 18 GHz が必要であるため、予算上の課題もあり、ベクトルネットワークアナライザ（VNWA）を適用することにした。VNWA の周波数領域は 1MHz～30 GHz、掃引速度は 0.2 ms/point である。また、微弱光信号の増幅のため、低出力光増幅器を使用し、中出力増幅器との間にバンド幅 1 nm をもつ波長可変フィルタを挿入して SN 比の改善を図った。現在のシステム構成を図 2 に示した。
― 121 ―

図 2. マイクロ波変調レーザ応用合成開口イメージング装置の構築.
３．駆動光学系の設計・製作
スポットライト方式合成開口イメージングのためには、レーザ光を掃引する必要がある。本研究では、ⅰ）送受信部に回転ミラーを用い、被測定対象への光照射を二次元掃引する。ⅱ）GPS アンテナ付ジンバル制御システムを使用する、の二方式について設計製作を進めた。回転ミラーはガルバノス
キャニングシステムで、応答速度は 200 s/step、φ10 mm のビームを±20°の領域で xy 方向に掃引する。一方、ジンバル制御装置は、動作範囲 -25～20°で、応答速度は 45°/s である。500 m 遠方では 180 m×
180 m の領域に相当する。いずれも今年度中に完成予定となっている。
４．まとめ
レーザレーダとしての原理的検証では、電圧制御発振器の周波数掃引の線形性を向上することにより、レンジ方向の空間分解 1 cm が得られた。本年度は第一に、反射波の位相情報を精度良く求めるためのシステムの整備があり、高精度チャープ信号の発生と位相信号の取得のためベクトルネットワークアナ
ライザを用いることにした。レーザ光掃引には、ガルバノ式回転ミラーあるいはジンバル制御装置を整備し、トモグラフィー方式ないし合成開口方式イメージングの検証を実験室で進める。その後フィールド
試験、車両搭載による地上試験に移行する予定である。
５．研究成果報告[1] X. Wang, I. Sakagami, A. Mase, M. Ichimura, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 62, 3, 422­430 (Mar. 2014).
[2] D. Zhang, A. Mase, Biomedical Eng.: Applications, Basis and Communications 26, 1450004 (Apr. 2014).
[3] X. Wang, A. Mase, H. Ikezi, M. Inutake, Y. Kogi, K. Uchino, J. Electromagnetic Waves and Applications 28,
917904 (Jun. 2014).
[4] X. Wang, I. Sakagami, A. Mase, M. Ichimura, IET Microw. Antennas, Propagation, 8, 9, 666­672 (Sep. 2014).
[5] 間瀬：「ミリ波イメージングレーダの基礎および応用と実用化事例」JTC セミナー (Nov. 2014).
[6] Y. Kogi, T. Higashi, S. Matsukawa, A. Mase, J. Kohagura, Y. Nagayama, K. Kawahata, D. Kuwahara, M.
Yoshikawa, Rev. Sci. Instrum. 85, 11D411 (Nov. 2014).
[7] X. Wang, I. Sakagami, Z. Ma, A. Mase, M. Yoshikawa, Int. J. Electron. Commun. 69, 1, 418­423 (Jan. 2015)[8] X. Wang, I. Sakagami, Z. Ma, A. Mase, M. Yoshikawa, M. Ichimura, IEEE Trans. Compon., Packag. Manuf. Technol.
(in press).

[9] 間瀬、犬竹、王、池地、近木：平成 26 年度通研共同プロジェクト研究発表会 (2015 年 3 月 2 日).
６．研究組織間瀬  淳 九州大学産学連携センター
近木祐一郎 福岡工業大学電子情報工学科
犬竹 正明 東北大学電気通信研究所
池地 弘行 王  小龍 筑波大学プラズマ研究センター

伊藤 直樹 宇部工業高等専門学校
森山 敏文 長崎大学工学部
小田  誠 宮崎県工業技術センター
徳沢 季彦 核融合科学研究所
出射  浩 九州大学応用力学研究所

― 122 ―

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― 126 ―

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26 特 3-4電子サイクロトロン周波数帯静電波の衝突減衰効果のモデリングに関する研究	
 
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  核融合科学研究所	
  プラズマ加熱物理研究系	
  伊神	
  弘恵	
 
	
 
本研究の目的	 	  本研究では主に衝突減衰効果によるパワー損失も考慮にいれた電磁波と電子バーンシュタイン波(EBW)のモード変換領域付近の波動場の描像を、数値計算で得るための計算コードの開発を行うことを目的としている。モード変換領域近傍では WKB 近似が破綻するため、光線追跡計算では波動伝播の正確な描像を得ることができない。また、波動加熱/計測実験に用いられるアンテナの放射パタン
は平面波とは異なり、波動電場は有限の非一様な強度分布を持つため、波動場の広がりの範囲内で磁場や密度が 2 次元的あるいは 3 次元的に変化する場合、単純なスラブモデルでの線形理論を適用したモード変換に関する解析は不正確となる。EBW による高密度プラズマの加熱/電流駆動、ならびに EBW に由来する放射電磁波の計測は、QUEST 装置をはじめとした高βプラズマ装置における重要な研究課題である。波動場の広がりや衝突減衰の効果を考慮してなお十分な EBW 加熱効率/EBW 由来
波の受信信号強度が期待できるかを数値的に検討することは、重要である。	
 
	
  	
 
研究の方法	 	  Maxwell 方程式を境界値問題として解く TASK/WF2D コードを用いて、OX モード変換が起
こるエヴァネセント領域近傍の波動伝播の描像を、衝突項の寄与も含めて得られるようにする。マルチレイの光線追跡計算結果を参照して、エヴァネセント近傍点での有限幅をもつ波動電場の空間分布を与え、これを境界値として数値計算を行う。また、XB モード変換がおこる高域混成共鳴層近傍でも同様に衝突効果、運動論効果を入れた誘電率テンソルを用いて数値計算を行う。	
 
	
 
経緯と結果
	
  TASK/WF2D コードを適用するには、
2 次元メッシュ空間において、磁場・密度・温度の分布と境界条件を与える必要がある。図 1 に示すように、O-X モード変換が起こるプラズマカットオフの近傍で計算に用いる座標系を定義し、2 次元的にパラメータが変化する計算領域を各メッシュ点で与えることができるようにしている。座標系の原点は、ビー
ム中心のレイに関する光線追跡計算を行って、磁図 1: 計算に用いる座標系

場に対して垂直方向の屈折率が一定値を下回った点としている。今年度はビーム幅を考慮したマルチレイ計算を行い、各レイが図 1 の xd=0
平面に達した際の座標点とパワーに関する重み係数を用いて得られる離散的なビーム強度― 127 ―

分布を 2 次元補間して yd 軸上のパワー分布を得られるようにした。図 2 に補間により作成した xd=0 平面上のビーム強度分布を示す。磁場に平行方向を z’方向とすると、一様プラズマ近似により光線追跡計算から得られた波数ベクトル成分を用いて波動方程式は式(1)のように書けるので、この式を解いて Ey’ = C y’Ex’, Ez’ = C z’Ex’ と表される係数 C y’ , Cz’ をもとめ、図 1 で用いる座標系への変換を行うことで	
 Exd, Eyd , Ezd ,	
 成分を得ることができる。

式 (1)

ここで、S, P, D	
 は	
 Stix パラメータである。さらに図 1 に示しているように、メッシュ点
からビーム中心の群速度ベクトルに垂直な面の間の位相差	
 φ を考慮して、	
 (Exd, Eyd , Ezd)t
exp(iφ) とすることで、各メッシュ点間の電場の位相差を与える。図 3 に求めた Exd, Eyd , Ezdの実数成分と複素数成分の分布を示す。この初期値を用いて波動方程式を解き、O-X モード変換過程の波動伝播描像を得る予定である。また、高域混成共鳴層付近でも計算を行う
予定である。	
 
	
 
研究発表	
 
H. Igami et al. “Modeling of the electron cyclotron wave propagation in the boundary region of
the high dense plasma”, PLASMA2014, 18-21 Nov., Niigata (2014)
A. Fukuyama, H. Igami, H. Idei, “Full wave analysis of EC wave mode conversion in tokamak
plasmas”, 41th EPS Conference on Plasma Physics P4.014, Berlin, 23-27.June (2014)	
 

図 2: マルチレイ計算結果を補間して得た xd=0 平面でのビーム強度分布

図 3: yd 軸上での各電場成分の分布― 128 ―

26 特 3-5
電磁波の協同散乱計測を用いたプラズマ波動の励起構造・熱化過程の検出
核融合科学研究所

久保

伸

目的と概要

QUEST においては、電子バーンシュタイン波（EBW）による電流立ち上げと定常維持が計画の基幹となっている。しかしながら、これまで EBW の直接検出が困難であるため波動の励起、伝搬及び電流駆動の物理機構については理論的な予想、解析はあるが、実験的には必ずしも明確にはなっていない。この EBW の波動伝搬とその空間構造を直接検出し、その物理機構の検証と解明を行うことにより、電流立ち上げと定常維持を高効率・高性能化することが本研究課
題の目的である。これまでの検討の結果、波動の直接検出にはミリ波からサブミリ波の散乱計測が有効であり、散乱断面積の小ささから大電力のプローブビームと高感度の受信システムを用意する必要がある。応用力学研究所においては 170 GHz 大電力ジャイロトロンおよび伝送入射システムを有効利用できる可能性があり、これを第一候補として検討を行ったが、予想される励起 EBW 波動の波長が伝搬とともに短くなり、170 GHz では、最も短波長の計測が可能な
後方散乱 (180 度散乱) 条件でもモード変換直後の伝搬領域での測定に限られてしまうことが判明した。このため、より周波数の高いプローブビームと受信システムの検討を行うこととした。
核融合科学研究所において行われている協同トムソン散乱計測においては、その散乱ソースとして現在 77GHz 大電力ジャイロトロンを用いているが、次期計画として、より高密度で、屈折の影響を受けにくく、さらに、背景電子サイクロトロン放射のレベルが少ない 300GHz 帯のジャイロトロンを想定しており、福井大学においてジャイロトロン開発が行われている。また、それを用いた伝送システムの検討もすすめられている。そこで、今年度は 300GHz 帯のソースを用いることも視野に入れて検討を加えた。
研究の具体的方法
予想される EBW のパラメータに対してミリ波からサブミリ波をプローブビームとして使用することを想定して波動の直接計測の可能性を検討する。このために、

1. 予想される 8.2GHz の入射アンテナから励起される EBW 動による密度揺動強度及び波数の評価をおこなう。
2. 直接計測可能な EBW 動の波数範囲と電力密度を評価し、いくつかの可能性のあるミリ波からサブミリ波領域での最適かつ現実的な散乱計測のプローブビーム及び受信系配置を検討する。
3. 受信散乱波強度を評価して、必要な受信系の構成、受信素子の選択を行う。
4. 定常プラズマの特性を生かした、波動の位相検出を含めた伝搬構造の詳細計測の可能性を検討する。
を順次進め、この計測の実現可能性、有効性を見極めた上で、実際の計測準備を行う。

raytrace から予想される EBW の振舞と散乱計測
O-X-B モード変換による 8.2GHz EBW 加熱時の中心加熱・電流駆動が期待できる N∥ =0.56 とした
場合、O-mode で入射した電磁波がプラズマ遮断層において X-mode に変換され、X-mode として― 129 ―

伝搬する過程で高域共鳴層に近づいて静電波である EBW に変換されることが ray trace コードで予想されている。この場合、EBW は半径方向に伝搬する過程で半径方向の波数が大きく変化しており、300GHz や 400GHz を散乱計測のプローブビームとして用いた場合に、観測できる散乱角 (10◦ ,180◦ ）に 対 応 す る 波 数 を そ れ ぞ れ 赤 と 青 の 実 線 で 示 し た 。
90◦ ,入射電磁波が EBW に変換され、伝搬、吸収される。このEBW に変換された後の伝搬、吸収の過程において、伝搬波動の半径方向の波数が伝搬に従って大きくなり、吸収される吸収され段階では 2 × 104 m−1 程度になることが予想される。図に示したように、この場合、電子バー
ンシュタイン波を同定するためには、プローブビームとして 300-400GHz の水平面を挟んで入射受信システムを構成した後方散乱を用いるのが適当であることが解る。
EBW に伴う伝送電力と密度揺動と散乱効率の関係
密度揺動 ñ が存在する場合のプローブビームと散乱波の散乱効率 P s /Pi は、有効散乱体積 V 中に一様に密度揺動ñ(k, ω) が存在する場合、r0 を古典電子半径、散乱体積中
図 1. 8.2 GHz O モードの電磁波
心から観測点までの距離を R とするとを Quest の水平面外側から O-X-B
r02
2 2
(1)
P s /Pi = 4π 2 [ñ(k, ω)] V
モード変換に最適な入射角で入射Rと表せる。したがって、プローブビームの周波数の選択した場合の波数の変遷と 300GHz
は、直接散乱効率には影響せず、空間分解能を決定すると 400GHz のプローブビームを用
ビームサイズや散乱角によって決まる散乱体積 V を介しいた場合の散乱測定可能範囲て依存することになる。加熱波動の伝搬電力 PH と振動
電場の関係は2E˜H(2)PH = ωϵ02と表され、電荷の保存則 ∂(eñ)+ ∇ · j = 0 と電子バーンスタイン波の分散関係から加熱振動電場∂t
EH とそれに伴う電子密度揺動 ñ が決定されるので、最終的に散乱効率は、
(
){
}2
∞
( ω − nΩ )]∑r02 2 e2 n2eω [1 − Λ0 (β) −1−WΛn (β) (3)P s /Pi = 8π 2 VPH
1/2R
ϵ0 ωk2 T 2
ω
−
nΩ
|k
|(T/m)∥n=−∞と表される。ここで、kD はデバイ波数、W や Λn , β は、参考文献 [1] の表式を用いた。以上のように、プローブビームとして 300-400 GHz を選択しても、全散乱効率には依存せず、入射・受信配位から予想される散乱角と計測可能な波数の関係が決まることが解った。ただし、この
選択は、入手可能なプローブビームの発振源とその帯域での検出システムの構成に大きな影響を及ぼす。具体的な配位、プラズマパラメータ等を用いた検討は今後の課題である。
参考文献[1] S. Ichimaru, ”Basic Principles of Plasma Physics” Addison-Wesley Publishing Co. Inc. 1980.
― 130 ―

26 特 3-6

テラヘルツ波を用いた高温プラズマ計測法の開発
核融合科学研究所・ヘリカル研究部  徳沢季彦 
１．目的
核融合発電を目指した高温プラズマ閉じ込め研究において、近年高密度化が進んでいる。そのため従来マイクロ波帯の電磁波を用いていた反射法などのプラズマ計測手法へのテラヘルツ波帯への拡張が必要となってきている。例えば、核融合科学研究所で検討を行っているヘリカル型原型炉(FFHR­d1)

で想定しているプラズマ内部の特性周波数はマイクロ波からテラヘルツ波(0.1­10THz)領域に拡がる。
この空間および周波数領域を全てカバーする計測システムの構築が期待されている。しかしながら、プラズマ計測に適した光源がこれまで非常に限られていたことから、この分野の計測手法は開発がまだあまり進んでいない。そこで、近年新しく開発がなされてきたテラヘルツ波光源を用いた高温プラズマ
計測法の早急な確立が期待されている。
本研究では、これまでに実績のあるマイクロ波計測法のテラヘルツ波領域への拡張を行うことを目指してその基盤を確立するための開発研究を行う。本研究の測定対象物体は、従来の物性研究で用いられてきたテラヘルツ波計測では事例のないサイズと物体である、メートル級の大型高温プラズマであるため、これへの適用を目的としたミラーやアンテナ等の伝送光学系や信号処理等の回路系を含めたシステ
ムの設計および開発を行う。
２．計画と実験方法
 核融合科学研究所の大型ヘリカル装置ＬＨＤでは、これまで種々のマイクロ波帯の反射計、散乱計などを適用しプラズマ計測を行ってきた実績があるが、本研究では、100～1000ＧＨｚの周波数帯で２つの種類の光源を用いた新しい計測システムの開発を行う。一つはマイクロ波帯発振器出力を逓倍する方
法、もう一つは時間領域分光法で用いられるテラヘルツ波パルスを活用する方法である。前者は周波数掃引を行うことで電子密度の空間分布情報を求めるためのシステム開発を W-band を対象として行う。
平成 26 年度の実験において、初めて反射信号を受信することができた。背景雑音や偽反射信号から真の信号抽出を行うアルゴリズム処理の開発が必要で、現在解析中である。一方、後者はパルスの持つ周波数空間の広帯域性を活用した計測を行うが、ｍｍ～ｃｍサイズの物体の物性研究には実績があるが、大型の物体の研究に用いられた例は無いため、そのための開発研究を行う。本年度は時間応答性についての試験を行ったので、以下に述べる。

２．時間応答性の高めた飛行時間型パルスレーダ計測手法
 パルス計測におけるデータ取得法として、発振ジッタの影響を軽減するため、発振に同期しかつ
遅れ時間を追加したタイミング信号を用いて、信号を取得するサンプリングデータ取得法がある。
これを用いて多数の周波数成分を連続波として計測する場合、遅れ時間を生成する機構が重要で、マイクロ波帯であればこれを電気的に処理できるが、テラヘルツ帯では通常これを機械式ステージ
を用いて行うことが一般的であった。しかしこれではプラズマ計測に必要とする時間応答を満たせない。そこで、今回これに対応するため、非同期サンプリング法の特性試験を行った。

― 131 ―

図 1 非同期サンプリング法の概略図（左）とタイミングチャート（右）図 1 に非同期サンプリング法の概念図及びそのタイミン
グチャートを示す。2 つの光源をわずかに周期をずらして発振させることにより、検出器上ではビートが形成される。
このビート波形の包絡線は、元の光源から発振波形をダウ
ンサンプリングしたものとなる。通常のサンプリング手法
で波形を取得するのに比べ数桁の高い時間応答が得られる。
図 2 に、100kHz および 99kHz で 2 台のパルスジェネレー
タ（PSPL-2000）を発振させ取得したビート信号を示す。
200ns のパルスを約３桁落として観測できることが分かる。
この非同期サンプリングの原理を用いたテラヘルツ波時
間領域分光システムを用いたプラズマ計測試験を行った。
図 3 に計測配置を示す。13.56MHz の RF 波動により生成した ICP プラズマを光ファイバ接続の光伝導アンテナを介

図 2 非同期サンプリング法で求めた伝送パルス信号波形

してテラヘルツ波計測を実施した。プラズマ有無による位相の変化量を 1 計測 8ms の時間応答で計測しそれを 4096 回分平均化したものを図 4 に示す。今回の実験では電子密度が薄く、本テラヘ
ルツ波システムでは有意な差が得られなかったが、信号観測はできておるので、今後より高密度化し計測実証を目指す。

図 3 非同期サンプリング法によるプラズマ
計測テストシステム

図 4 周波数に対する位相変化― 132 ―

26 FP-1
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º4&¾ï$0 W ¦%óĝÅ 1 p¾ï§Ě$3 D2 TDS AO=HW― 133 ―

|2/#2P9Inþ-3!

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#w&nþèà ām¦%0 #¹
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50 nm

 41%k1¾ï$03w%nþ& W
à%²ÆÌÛėě%º6_|%®#ē

Å 3 peé$3 TEM «Ä^&P9I%nþ$03.%! 143

[1] H. Eleveld et al., J. Nucl. Mater. 191 (1992) 433[2] O.V. Ogorodnikova et al., J. Nucl. Mater. 415(2010) 661

D esorption rate / 10 17 D 2 m -2 s -1

2.0

0.01 dpa
0.1 dpa
0.3 dpa
1.0 dpa

1.5

1.0

0.5

0.0

400

600

800

Temperature / KÅ 4 pÖ¸ěîñ(1173 K ¾ï)§Ě$3 D2 TDS AO=HW― 134 ―

1000

26 FP-2
真空プラズマ蒸着したタングステンの微細組織と強度特性の相関
京都大学エネルギー理工学研究所 谷口修一、奥西成良、韓 文妥、木村 晃彦


１．目的
核融合炉のダイバータ・ブランケットでは、耐熱負荷特性や耐スパッタリング特性に優れ、さらに水素同位体リテンションの少ないタングステン（:）を低放射化構造材料の表面に被覆・接合し、アーマ
材として使用することが期待されている。しかし、: と代表的な低放射化構造材料であるフェライト鋼の接合・被覆については、両者の熱膨張係数が大きく異なるため、熱疲労による破壊を考慮した適切な界面強度設計が必要である。真空プラズマ溶射（936）法は、金属粉末を溶射することで、材料表面を異種金属などで覆う被覆法であり、936: を第一壁として採用するブランケットの設計もあるが、936:そのものの諸特性については不明な点が残されている。そこで本研究では、低放射化材料に 936 法を用いて作製したタングステン被覆材そのものの強度特性評価および微細組織観察を実施し、第一壁材料としてより優れた 936: を作製するための金属組織学的因子を明らかにすることを目的とする。
２．研究成果の概要
１）: 溶射法：本実験での W 溶射は、トーカロ株式会社でスルザーメテコ社製の装置を用いて真空プラ
ズマ溶射(VPS)法で行った。溶射システムは、スルザーメテコ社製 A-2000V タイプで、溶射ガンは F4VB型である。基板材料には ODS 鋼と F82H 鋼を用いた。基板温度の調整は、プラズマジェットと基板材料との距離を変化させることによって行っている。より良い製膜を行うためには、基板温度を高くする
ことが有効であることが分かっている。しかし、それぞれの材料には、求められている機械的特性を維持できる最高温度が決まっている。これまでの研究において ODS 鋼では 1510 K において機械的特性が変化しないことが確認されている。また F82H については、製造時に 1013 K で焼き戻し処理を行っているためそれ以上の温度では組織が変化する。よって W 溶射時には基板温度をこれらの温度より十分に低くする必要がある。
２）マスキング法：本実験では、2 種類の溶射法を採用した。大きな違いは、溶射時の基板温度、タン
グステン粉末粒径、グラファイトマスクの有無である。本実験では W 粉末溶射時にグラファイトマス
クを用いたものを「VPS-W(M)」、グラファイトマスクを用いないで溶射したものを「VPS-W(NOM)」と呼称する。
「VPS-W(NOM)」では、溶射時に溶融した W 粉末が積層するまでに再凝固し被膜表面に堆積する。この再凝固粒が多い
層では気孔が多く形成され、熱伝導率に影響を与えることが分かっている。これを改善するため、再凝固粒を遮断する目的でグラファイトマスクを用いた。溶射の概略図を図 1 に示す。グラファイトマスクは溶射ガンの中心から、Y 軸方向に20mm 離れた位置に設置している。これは+25 mm 以上の範囲に堆積する W 粉末で再凝固粒の割合が高いためである。
それぞれの方法で ODS 鋼と F82H に W 粉末を溶射した接図 ：: 溶射の概略図（グラファイトマ
スク装着時）

合体の機械的特性評価を行った。

― 135 ―

３）接合体の強度と密度の関係 微小 3 点曲げ試験の結果、すべての接合体の破断は VPS-W 内で発生していた。破断位置を観察する
ため試験後樹脂埋めを行い、振動式自動研磨装置 Vibromet2(ビューラー社製)を用いて 1 時間研磨を行った。VPS-W 内に発生した亀裂は、VPS-W の層境界に沿って発生していることが分かった。また柱状粒が伸びている部分には亀裂は発生していない。また、亀裂の進展が VPS-W の層境界に沿って起こっていることが分かった。VPS-W の機械的特性評価では、亀裂は柱状粒に沿って進展していた。また、破断強度においても VPS-W(M)で 400MPa 程度であったが、接合体では VPS-W(M)で 100MPa 前後であり大きな違いが認められた。よってこれらの違いは、VPS-W の破断と、接合体における VPS-W の破断が異なっていることを示している。
 接合体の破断強度は、VPS-W(M)で大幅に改善している。図２に相対密度と接合体の破断強度との関係を示す。この図から密度が上昇することで強度も上昇していることが分かる。よって、VPS-W の密度が接合体の破断強度に影響を与えていることが分かる。
VPS-W(M)ではグラファイトマスクによって再凝固粒を遮断している。これにより溶融した W 粉末のみが基板材料まで到

図 ：相対密度と接合体破断強度の関係

達する。さらに、溶射 W 粉末粒径を 37μm と大きくしていることで保持できるエネルギーが大きくなり、加えて基板温度も上昇させている。これらの理由から、
VPS-W(M)では基板に到達した後も溶融状態を長時間維持することができる。よって W 同士の密着性が良くなると考えられる。密着性が上昇すると柱状粒の割合が高くなることが分かっている。さらに、4 種類の VPS-W の層の厚さを 5 カ所で測定し、平均を求めた結果、両基板材料ともに

図３ 接合体での亀裂進展 概略図
VPS-W(M)で約 4.1μm、VPS-W(NOM)で約 2.0 μm となり、VPS-W(M)層の方が厚くなっていることが確認できた。よって柱状粒の数が増加し、大きく成長することで亀裂の進展が起こりにくくなり強度が改善したと考えられる（図３）。層が VPS-W(M)において厚くなった原因としては溶射時の W 粉末粒径の違いと、基板材料へ到達後の冷却速度の違いが考えられるが、断定するにはさらなる調査が必要である。
接合体の微小 3 点曲げ試験より、VPS-W(M)で大幅な破断強度の改善が確認できた。一方で、すべての接合体が VPS-W 内の層境界に沿って破断していた。このことから本実験の破断強度は VPS-W 内の剥離強度である。すなわち接合界面の強度は本実験の破断強度より高いと考えられる。今後、高温域での評価も必要である。

― 136 ―

４．成果発表

奥西成良、能登裕之、谷口修一、韓 文妥、木村晃彦：高熱負荷を受けたタングステンモ
ノブロック冷却構造体の組織観察、核融合エネルギー連合講演会、2014 年 6 月 19-20 日、つくば国際会議場
奥西成良、能登裕之、谷口修一、韓 文妥、木村晃彦：高熱負荷を受けた W-モノブロック

冷却構造体の組織観察、日本原子力学会、2014 年 9 月 8-10 日、京都大学

奥西成良、能登裕之、谷口修一、韓 文妥、木村晃彦：高熱負荷を受けた W-モノブロック冷却構造

体の組織観察、日本金属学会、2014 年 9 月 24-26 日、名古屋大学



― 137 ―

― 138 ―26 FP-3
カスケード損傷下における空孔型欠陥のクラスター形成に及ぼす共存水素同位体の影響
富山大学

水素同位体科学研究センター

波多野雄治

１．はじめに原子炉材料および核融合炉材料は高エネルギー中性子の照射を受けカスケード損傷を生じる。また、
原子炉材料中には冷却水から発生した水素が、核融合炉材料中には燃料である重水素とトリチウムが浸入する。照射損傷と水素同位体のいずれもが材料を脆化させるが、両者が共存する場合の相互作用についてはわかっていない部分が多い。応用力学研究所の高エネルギーイオン発生装置は重イオンと水素同位体イオンの同時照射を実施できる世界でもユニークな装置であり、この分野での貢献が大きく期待される。本研究の目的は重イオンと水素同位体イオンの同時照射によりカスケード損傷組織の発達に及ぼす共存水素同位体の影響を明らかにすることであるが、今年度はそれに先立ち、重イオン単独での照射実験を行い微細組織観察した。試料には近年照射損傷導入後の水素同位体挙動が活発に調べられている
タングステン（W）を用いた。また、欠陥濃度の一つの目安として、照射後に重水素（D）を導入し照射欠陥に捕獲された D 濃度を測定した。
２．実験
供試材には Goodfellow 社製の純 W 板材(純度 99.95%)を用いた。直径 3 mm の薄膜試料を調製したのち、応用力学研究所の高エネルギーイオン発生装置を用いて室温あるいは 600℃で 2.4 MeV の Cu イオンを0.5 dpa（損傷ピーク深さでの値）まで照射し、微細組織を同様に応用力学研究所の透過電子顕微鏡（TEM）
で観察した。また、10×10×0.5 mm の板状試料を調製し、250、500、800、1000 ℃にて 6.4 MeV の Fe
イオンを 0.5 dpa（損傷ピーク深さでの値）まで照射した。そののち 0.1 MPa の D2 ガスに 400℃で 10 時
間曝露し、捕獲された D 濃度を核反応法（NRA）で測定した。Fe イオン照射には京都大学の加速器 DuET
を用い、NRA 測定はドイツ

マックスプランク・プラズマ物理研究所との共同研究として実施した。

３．結果および考察
2.4 MeV の Cu イオンを室温あるいは 600 ℃で 0.5 dpa 照射した W の TEM 明視野像を図 1 に示す。黒いコントラストが格子間原子あるいは原子空孔が集積して形成された転位ループである。600 ℃で照射した場合には転位ループが大きく成長すると共に、密度が低下している。これは高温では格子間原子や空孔、特に室温ではほとんど動かない空孔の拡散が活発になり長距離拡散するためだと考えられる。
図 2 は同様の試料をアンダーフォーカスにて観察した像で、ボイド（空孔集合体）の観察を試みたものである。室温で照射した場合にはボイドが明確には観察されなかったが、600℃で照射した場合にはいくつかを矢印で例示したように直径 1 nm 程度のボイドが多数見られた。転位ループの場合と同様に、
600 ℃では空孔の長距離拡散が活性化したため集合体の形成が進展したものと考えられる。図 3 では、250～1000 ℃において Fe イオンで 0.5 dpa まで照射したのち D2 ガスに曝露した試料の損傷領域中の捕獲 D 濃度を照射温度に対してプロットしている。照射温度の増大と共に捕獲 D 濃度が減少しており、
1000 ℃で照射した場合には 250 ℃の約 1/3 となっている。これらの結果をまとめると、この温度領域
では照射温度の上昇に伴い照射欠陥の集積が進みより粗大な集合体が低密度に形成されるようになり、結果として水素同位体の捕獲サイトとして働く欠陥の密度が低下するものと考えられる。
水素同位体は空孔型欠陥とクラスターを形成することが知られている。照射中に水素同位体が共存す― 139 ―

ると、クラスターの形成を通して空孔型欠陥の拡散に影響を及ぼす可能性があり、上述の微細組織がどのように変化するか大変興味深い。

図 1 室温（左）および 600 ℃（右）で 2.4 MeV の Cu イオンを 0.5 dpa 照射した W の TEM 明視野像.

D concentration at damage peak (at.%)

図 2 室温（左）および 600 ℃（右）で 2.4 MeV の Cu イオンを 0.5 dpa 照射した W の TEM 明視野像
（アンダーフォーカス）.
0.3
D2 gas (673 K @ 100 kPa @ 10 h)  W

irradiated with 6.4 MeV Fe ions to 0.5 dpa

0.2

0.1

0.0

0

200

400

600

800

1000

1200

o

Fe-ion-irradiation temperature ( C)

図3

6.4 MeV の Fe イオンを 0.5 dpa 照射したのち 400℃で 0.1 MPa の D2 ガスに 10 時間曝露
した W 試料の損傷領域中の捕獲 D 濃度（損傷ピークでの値）.

― 140 ―

学会発表
1) Y. Hatano, V. Kh. Alimov, N. Yoshida, H. Watanabe, M. Oyaidzu and T. Hayashi, “Surface Morphologyof F82H Reduced Activation Ferritic/Martensitic Steel Exposed to High Flux Deuterium Plasma”, 12th
International Workshop on Hydrogen Isotopes in Fusion Reactor Materials, June 2 - 4, 2014, Universityof Toyama, Toyama, Japan.
2) Y. Hatano, V.Kh. Alimov, N. Yoshida, H. Watanabe, M. Oyaidzu, T. Hayashi, “Surface morphology
change and sputtering of F82H reduced activation ferritic/martensitic steel and Fe by low-energy
high-flux deuterium plasma”, Plasma Conference 2014, November 18-21, 2014, TOKI MESSE Niigata
Convention Center, Niigata, Japan.

― 141 ―

― 142 ―26 FP-4

ヘリウムイオン/プラズマ照射したタングステンにおけるヘリウムバブル形成挙動の系統的観察島根大学大学院総合理工学研究科

宮本光貴

1. はじめに将来の核融合炉においては，燃焼プラズマを定常的に取扱い，壁材料は反応生成物の高エネルギーヘ
リウムを含む多様な粒子負荷および過酷な熱負荷に絶え間なく曝されることが予想される．特にヘリウ
ムは，材料欠陥との相互作用が極めて強く，ヘリウムイオン照射やプラズマ曝露が表面特性に著しい影響を及ぼすことが示されている．この表面特性の変化には，表面直下に形成するヘリウムバブルが主要な役割を担うと考えられるが，様々な条件下におけるヘリウムバブルの形成とその成長過程に関連した系統的な研究は成されていない．そこで本研究では，多様な条件下でヘリウム照射/曝露したタングステ
ン試料を用いて，ヘリウムバブルの形成挙動（密度，サイズ，深さ分布）を，照射条件（照射量，エネ
ルギー，温度）の関数として評価することを目的とした．
2. 実験方法
本実験では，㈱ニラコ社製の粉末焼結タングステンを予めφ3×t0.1 mm3 に形成後，再結晶熱処理を施し試料として用いた．ジェット研磨により薄膜加工した試料を，イオン照射装置直結型透過顕微鏡により，室温から 1273 K の温度範囲における一定温度で 3 keV-He+(~2.5×1017m-2s-1)イオン照射下その場観察を行った．
3. 結果および考察
図１は室温から 1273Kの範囲の一定温度で，3keV-He イオン照射下でのタングステンの微視的損
傷発達過程を示した．いずれの温度においても，照射量の増加に伴い，明瞭なバブル形成が観察されている．また，照射温度の増加に伴い，より低照射量からバブルが観察され始める傾向が確認された．これは空孔やヘリウム-空孔複合体の移動が，高温により活発になりバブルの核形成が促進されたものだと考えられる．図 2 には，これらの観察から得られたバ

図 1 室温から 1273K の一定温度下で 3 keV-He イオン照射した
タングステンの微視的損傷発達過程（TEM 像）．

― 143 ―

ブル密度，およびサイズの照射量依存性を示す．
本実験範囲においては，1073K 以下の照射温度
ではバブルの急激な成長は観察されず，1-2nm程度のサイズに留まり，密度も飽和傾向を示した．一方，1273K で照射した試料においては，
バブルの連続的な成長と，1020He/m2 以上の照射量における密度の減少が確認された．また，1273K における照射下その場観察では，隣接するバブル同士の合体成長や，比較的大きなバブル(~10nm)の表面での消失が観察された．これ
らの結果は，1273K 以上の照射温度では，バブルが移動を伴い成長していることを示している．
現在，同様の条件下で照射したタングステン
試料を集束イオンビーム(FIB)加工により断面薄膜化し，断面組織観察に取り組んでいる．バブルの深さ分布も含めて，データを整理する予図 2 一定温度照射下でタングステン試料中に形成定である．また，本実験ではバブルの明確な長したヘリウムバブルの密度(上)，およびサイズ

距離移動は観察されなかったが，今後，照射条(下)の照射量依存性．

件の拡張，および高純度試料の利用等により，バブルの動的挙動の実時間観察を行い，移動のメカニズムや関連する移動エネルギーの評価を行う予定である．



研究組織
研究代表者： 宮本光貴 (島根大学大学院総合理工学研究科准教授)
所内世話人： 渡辺英雄（九州大学応用力学研究所准教授）
研究協力者： 飯島信行，田中徳人，三上 聡（島根大学大学院総合理工学研究科博士前期課程）― 144 ―

26 FP-5

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¥ĂĤÐ Â°î· ÙĘëōç ăŏuçÁ³ī¤[1] K. Ohsawa et al., Phys. Rev. B 82 (2010) 184117.
[2] K. Ohsawa et al., Phys. Rev. B 85 (2012) 094102.
[3] K. Ohsawa et al., J. Nucl. Mater. 458 (2015) 187.
― 146 ―

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26 FP-6

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[1] M.J.Puska, R.M.Nieminen; J.Phys. F:¸) č)Ĭĝ(£9%ÓÃ:0ñÿ
Met.Phys, vol.3, 20 (1991) 3455.
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ŚģÎ¤ÌWfGc],Ú8Á>$ŚģÎ¤Ì=¼
[3] E.Boronski, R.M.Nieminen; Phys. Rev. B346
(1986) 3820.
%%4(H26ĲĤ(ÖÏģÎýå×ÐŠ)Śģ
ÎäŐćĝ6+xù§v%)ĸ©Ħ=ÂµÖÏ9 [4] T.Haraguchi, F.Hori, R.Oshima and
M.Kogachi; Intermetellics 9 (2001) 763.
«Āí[5] T.Haraguchi, M.Kogachi, S.M.Kim;
Ō Íû ďÈĿŞď«ĎĻØ
Intermetellics 6, 6 (1998) 499.
ďŨpï ÞďqŘŢ«ââĭóŧïèœŚŅ ďÈĿŞď«ŢØ― 148 ―

26 FP-7

圧力容器鋼の磁気特性に与えるイオン照射効果
岩手大学工学部マテリアル工学科

鎌田康寛

目的
原子力・核融合分野において様々な機器構造材料として用いられている Fe 基合金の、照射環境下での脆化機構の解明と非破壊評価法の検討が求められている。それらを効率的に進める研究手法
として、①重イオン照射：中性子照射と似たカスケード損傷が生じる一方、放射化せず試料が扱い易い、②単結晶薄膜：試料全体が損傷し解析が容易、③磁気計測：非破壊評価への応用の可能性、の 3 つを組み合わせた研究を進めている。
高温環境下で二相分離により脆化が生じるとされる Fe-Cr合金に着目し、膜厚 30nm の Fe-20%Cr 単結晶薄膜を 475℃でイオン照射した結果、磁気ヒステリシ
ス曲線の保磁力の増加を確認し、二相分離の照射促進を磁気的に捉えたと考えている[参考文献 1]。
これまでの実験では、試料作製の制約から膜厚の薄い単結晶合金について調べてきた。実材料に与える照射効果を考える上で、さらに膜厚の厚い試料の作製と照射実験が必要である。このような考えに基づき、膜厚 180nm の Fe-20%Cr 単結晶膜を作製し、成膜中の詳細な構造評価を実施するとともに、磁気ヒステリシス特性に与える重イオン照射効果を調べた。また、並行して膜厚 330nm の純鉄単結晶を作製して重イオン照射を行い、陽電子μプローブを用いた陽電子寿命測定を行った。
方法
超高真空中で電子ビーム蒸着により試料を作製した。MgO(001)基板上に室温で Fe-20%Cr 合金を成膜し、180nm 積層後、600℃で 10min 熱処理を行った。成膜および熱処理時には、反射高速電子
線回折（RHEED）観察を行い、結晶構造・薄膜形態を観察した。その後、タンデム型加速器（九大・応力研）を用いて、照射温度 3 条件（室温、290℃、475℃）で 2.4MeV の Cu2+イオンを照射した（照射量：1.2×1018 個/m2）。未照射材と照射材のそれぞれの磁気ヒステリシス特性を VSM により測定した。並行して膜厚 330nm の純鉄単結晶薄膜を作製し、室温と 290℃で Cu2+イオン照射をした
後、陽電子μプローブ（産総研）で陽電子寿命測定を行った。
結果および考察
図 1 に RHEED 観察の結果を示す。Fe-Cr 薄膜は膜厚が薄い段階では MgO(001)と膜面内で 45 度
回転した Fe-Cr(001)が成長した（図 1(a)）。ところが膜厚が厚くなると、Fe-Cr(001)に加えて Fe-Cr(221)の双晶ドメインが島状成長することを確認した（図 1(b)）。この成長挙動は、純鉄でも同様に確認された。この種の報告はこれまでに無く、その成長機構の解明には成膜条件を系統的に変えた実験がさらに必要であるが、原因の一つとして MgO(001)基板のステップに起因して生じる厚さ方向の格子整合性が関係すると考えている。一方、600℃で熱処理すると(221)の回折パターンは消え、(001)のみのストリーク状パターンとなった（図 1(c)）。
図 2 に磁化測定の結果を示す。保磁力は、未照射材でも保時温度が高くなると小さく、照射によ― 149 ―

りさらに減少する傾向が見られた。これは、膜厚 30nm の Fe-20%Cr 単結晶薄膜の 475℃重イオン照射[参考文献 1]および Fe-20%Cr バルク材の 290℃中性子照射[成果報告 1]で見られた、保磁力増加と挙動が異なる。本実験では膜厚が厚い場合、成膜時に(221)双晶ドメインが成長した。成膜直後の熱処理により双晶ドメインは消失したと考えているが、何らかの残存欠陥組織が照射により回復する
ことで保磁力が低下した可能性がある。残存欠陥組織の存在を示唆する結果として、未照射の膜厚330nm の純鉄単結晶薄膜で陽電子寿命が長いことが確認している[成果報告 2]。今後、(221)成長の影響を排除した試料の検討が必要である。
参考文献：[1] Y. Kamada, H. Watanabe, S. Mitani, J. N. Mohapatra, H. Kikuchi, S. Kobayashi, M. Mizuguchi, and K.
Takanashi: Ion-irradiation Enhancement of Materials Degradation in Fe-Cr Single Crystals Detected by
Magnetic Technique, J, Nucl, Mater. 442 (2013) S861-864.

成果報告：[1] 兜森達彦, 鎌田康寛, 小林悟, 三谷誠司, 渡辺英雄, “Fe-Cr2 元合金の磁気ヒステリシス特性に与える照射効果”, 日本金属学会東北支部第 30 回研究発表大会, 講演概要集 p16, 岩手
大, 盛岡, 2014.12.10[2] N. Oshima, Y. Kamada, H. Watanabe, A. Kinomura and R. Suzuki, Development of Combinatorial
Defect analysis with an Intense Positron Microprobe, JJAP Conf. Proc. 2 (2014) 011306/1-10. ほか

研究組織 : 鎌田康寛, 菊池弘昭, 小林悟, 村上武 : 岩手大学工学部マテリアル工学科
渡辺英雄 : 九州大学応用力学研究所

(a)

(b)

(c)

図 1 Fe-20%Cr 合金薄膜の成膜中の RHEED 観察。[100]MgO 入射。
(a) 10nm 積層後、(b)100nm 積層後、(c) 180nm 積層後に 600℃アニール
0
0
0
2

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0
2

12

(a)

(b)

(c)

11

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Coercivity, Hc/Oe

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100

図 2 Fe-20%Cr 合金薄膜の磁気特性に与える重イオン照射効果(a)未照射試料および(b)照射試料の M-H 曲線、(c)保磁力の照射効果― 150 ―

200

300

400

Irradiation temperature, T/C500

26 FP-8
26FP-8電子ビーム照射による材料表面の高エネルギー密度入射損耗開始閾値の評価（第２報）
応用ながれ研究所、レーザー技術総合研究所
糟谷 紘一
目的

昨年度の本研究成果報告書には、WやSiCの耐力測定応用力学研究所の電子ビーム熱負荷発生装置を用

結果を書いたが、市販の多結晶CVDダイヤモンドのいて、諸材料表面を照射し、電子天秤を含む計測装耐力も、我々の以前の研究で、明らかになってい置等により、表面損耗量（喪失総質量）を測定する。そこで、ここでは、一例として、タングステン

る。同時に、レーザー変位計等を用いて、３次元表

コートのダイヤモンド（複合材料）層を、同じく市

面損耗状態を観測する。例えば、熱負荷量（Ｘ座

販の表面変位計と組み合わせた損耗計測利用・炉壁標）の関数として、損耗深さの最大値や、喪失総質

破壊防止監視モニターを提案する。

量を（Ｙ座標）表示し、データフィッティング線を描く。この線を座標原点方向に内挿することによタングステンによるモニターヘッドの表面コーティ

り、熱負荷量の損耗開始閾値を評価する。粗さの影

ング

響が小さい、十分大きな変数量側から、粗さ程度のエルミネット社に依頼して、ターボスパッターコ

変数量に向かってデータ内挿を行うことにより、初ーターによる英国製多結晶CVDダイヤモンド円板

期粗さ等が損耗閾値評価結果に及ぼす悪影響を除く（直径8mm）のタングステンコーティングを行っことができる。種々のサンプル材料を照射して、閾た。コーティング条件は(a)50mAx5分（スピード値等の比較により、高熱負荷下における諸材料の表

5.8nm/分x5分）の予備コーティングにより、29nm厚

面強度（損耗耐力）を定量的に評価する。

さのコーティングを行い、(b)100mAx60分（スピー異なる入射強度の電子ビームによる評価結果や、

ド11.8nm/分x60分）の708nmの主コーティングを行

各種のレーザービーム照射による評価結果を、既にった。これらの厚さは概算予想値で、実際の厚さ測多く蓄積しているので、これらと、本共同研究結果

定は、別所に示す。コーティング後の円板を第１図の比較を行う。これらが本共同研究のあらましであ右側に示す。図中左側の四角形状のものは。別の米るが、現在、電子ビーム装置が修理中であるので、国製のものである。両板上には、左下コーナー部と本年度はサンプル材料のレーザー照射を準備した。

右下コーナー部に、コート層の一部を機械的にはが内容の中心は、タングステンコートしたダイヤモン

した切り欠き部がある。これらは、レーザー損耗小ド（複合）層による、高エネルギー密度入射下装置

穴作成前に、試験的に作成した模擬損耗穴である。

壁の損耗破壊に起因する各種装置の破壊予防モニタ

上記のサンプルを変位計により計測した結果、第ーの提案と、その初期実験結果の報告である。

２図（３次元鳥瞰図例）が得られた。切り欠き部
は、ダークアウト領域として観測できた。このよう厳しい環境下にある内壁検査のための変位計光学モ

なモニター複合層を核融合装置内壁に面一に設置しニターの提案ておけば、高密度熱入射によるタングステン薄層の厳しい環境下に置かれる構造物の代表的なもの

損耗が発生する場合に、これを検知して警告を発す

は、核融合装置の観測窓、第１壁、リミター、ダイることができる。ArFレーザーの多重照射による小バーターなどの、いわゆるプラズマ対向壁である。

穴作成模擬実験は、近く実施する予定である。

― 151 ―

かなり薄い厚さである。この場合、タングステンコ
ートなしのダイヤモンド板を、タングステンと変位計先端部の間に設置し、タングステン損耗小穴等が発生する場合に、炉全体の真空度低下などに伴う稼働の妨げがないようにする。この場合、SI-F80R厚さ計が有用である。但し、現存の厚さ計で測定可能とするには、損耗によりできるクレーター形状に、第１図

タングステンコートしたダイヤモンド板例

厚さ計側から見て凹面状態となる部分を含む必要がある。これらの計測ヘッド群とは別に、SI-Tシリー
ズセンサーヘッド(SI-T10, SI-T80)があるが、これらは、全タングステン仕様の炉壁のごく一部に純ダイヤモンド板を面一に設置したモニターの場合に有効である。もちろん、先と同様に、現存の市販計器を使う場合、観測できるクレーター形状に、上記と同様の制限がある場合に限られる。

第２図

切り欠き付サンプルの変位計測定結果

謝辞（３次元鳥瞰図中にブラックアウト穴の観測）

本研究を進めるにあたり，東工大名誉教授の井関孝好先生、応用ながれ研究所、レーザー技術総合研

核融合反応炉の安全監視モニター用変位計の候補

究所、大阪大学レーザーエネルギー学研究センタ

監視モニターシステムの１例が、別論文に示してー、核融合科学研究所、九州大学応用力学研究所、ある。上記のようなタングステンコートのダイヤモ

ポーランド・オプトエレクトロニクス研究所、

ンドサンプルを、炉壁に面一に設置する。サンプル（株）キーエンス、（株）東海高熱工業、（株）エル

背後に設置した変位計により、タングステン表面の

ミネットなどの方々にお世話になった。

損耗を監視する。核融合プラズマの高熱流負荷によりタングステン層の一部或いは全部が損耗消失する

発表資料

時、ダークアウト信号の開始をモニターできる。も[1] K.Kasuya et al., Laser Erosion Diagnostics

ちろん、ダークアウト以前のタングステン層厚さ減

of Plasma Facing Materials with Displacement

少を観測できる場合には、より早期の警戒信号を発Sensors and their Application to Safe Guard

することができる。これにより、炉のメンテナンス

Monitors to Protect Nuclear Fusion Chambers,に移行することが可能となる。

20th International Symposium on High Power

市販の変位計の中で、当該モニターに使えそうな

Lasers and Applications, 25.08.2014-

モデル例として、キーエンス社の以下のものがあ29.08.2014, Chengdu, China, Proceedings inる。ダークアウト信号のみの観測でよい場合には、print (2015).

SIシリーズ(熱耐力に応じて、SI-F01, SI-F10, SI-[2] K.Kasuya et al., Laser Erosion of PlasmaF80)がある。より高度の変位計として、タングステ

Facing Materials: Observations with

ン薄層厚さの定量的測定ができるものが望まれる。

Displacement Sensors and Their Applications,

もちろん、この場合の純タングステン層厚さは、炉レーザ研シンポジウム2015報告書, 平成27年4月8日

壁の大部分を占める場所のタングステン厚さよりも-9日, 大阪大学・銀杏会館、印刷中 (2015).

― 152 ―

26 FP-9

LHD 長時間放電に曝露された金属材料中のヘリウム粒子の吸蔵・放出挙動
核融合科学研究所 ヘリカル研究部 時谷 政行【目的】
核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)では，ヘリウムプラズマによる長時間放電の研究が行われている．加熱入力は水素マイノリティの ICH+ECH が用いられており，平成 25 年度の実験においては平均で1.2MW の加熱入力で T i,e ~2 keV，n e ~1.2×1019m-3のプラズマを 47 分間にわたって維持することに成功している．密度フィードバックの粒子供給制御により，47 分間の放電時間全域にわたってほぼ一定の電子密度を得ることができたが，そのバックグラウンドでは「①壁排気率の動的変化」と「②不純物混入によるプラズマ放電の停止」という 2 つの制御困難な問題を抱えていた．LHD のプラズマ対向壁は 90%以上が第一壁材料であるス
テンレス鋼(SUS316L)，残りの 5%程度が炭素性のダイバータタイルで構成されている．放電中は第一壁の温度はほぼ室温に保たれている．平成 25 年度までに実施した応用力学研究所との共同研究において，このような対向材料の特徴が①と②の物理に深く関わっていることが少しずつ明らかになってきた．特に注目すべきは，長時間放電中の対向材料表面には，放電中にダイバータタイルや第一壁からスパッタリングされた炭素や鉄の不純物が堆積することで，炭素を主とし，鉄をわずかに含む Mixed-material 堆積層が連続して形成され続けることが示されたことである．この堆積層にヘリウムが吸蔵・放出されることで LHD の長時間放電中の粒子
バランス，つまり壁排気の動的変化に影響を与えていることが予想される．また，Mixed-material 堆積層は構造的に脆い性質を有しており，熱負荷や堆積層中に発生するガスバブルの圧力などによって剥離を引き起こし，
プラズマ中に混入することが考えられる．このように，Mixed-material 堆積層の構造特性評価とそこに捕捉されるヘリウム粒子の定量評価を行うことで，①と②を引き起こす物理を解明できる可能性がある．今年度の研究では，昨年度得られた上記の知見に対して次のような追加解析を実施した．①では，材料中に捕捉されるヘリウム粒子が実際の粒子バランスに対してどの程度の量であるのかを定量的に比較検討した．②では，堆積層の構造特性をより詳細に解析することで堆積層の剥離機構のモデル化を目指した解析を実施した．
【実験方法】
ステンレス鋼試料を LHD の第一壁位置まで挿入し，「目的」の節で述べたヘリウムの長時間放電に 1000 秒，
3389 秒，9980 秒曝露した．取り出した試料表面には Mixed-material 堆積層が形成されており，この試料に対して集束イオンビーム加工観察装置(FIB)と透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて表面微細構造のナノ観察を行った．また，昇温脱離ガス分析装置(TDS)を用いて捕捉されたヘリウム粒子の定量評価を実施した．昨年度実施
した結果も含まれるが，今年度はグローバル粒子バランス解析との比較を行うことで「①壁排気率の動的変化」の機構解明を目指した．また，LHD のダイバータタイルや第一壁に堆積した Mixed-material 堆積層に対しても FIB と TEM を併用した微細構造解析を行い，「②不純物混入によるプラズマ放電の停止」の機構解明を目指した．こちらについても．昨年度実施した結果も含まれるが，より詳細な考察を行った．本報告書では「①壁排気率の動的変化」の機構解明についてのみ報告する．
【結果および考察】
図 1 に LHD 長時間放電に(a)1000 秒，(b)3389 秒，(c)9980 秒曝露したステンレス鋼(SUS)試料とその表面に堆積した Mixed-material 堆積層の断面 TEM 像を示す．曝露時間が増加するごとに堆積層の厚さも増加していることがわかる．また，電子線回折(ED)像から，堆積層の構造はアモルファスに近い微細構造を有していることが明らかになった．加速器を用いたイオンビーム分析の結果から，堆積層の組成
は 98%が炭素，2%が鉄で構成されている Mixed-material 堆積層であることが確認された．TEM 像のコントラストから判断して，この堆積層はポーラスな構造であり，空隙を多く有している．このような空隙部がプラズマから入射するヘリウム粒子の捕捉サイトとして機能している可能性が考えられる．
次に，この堆積層にどの程度のヘリウム粒子が捕捉され，その捕捉率は単位時間当たりどの程度であるのかを定量的に求めるための解析を行った．昨年度の TDS 実験結果により，定常長時間放電曝露後の試料では，室温(300K)から 600K までに急激なヘリウムの放出が確認されている．このような室温付近での放出は，弱い捕捉機構であり，大分分が Mixed-material 堆積層に捕捉された，ヘリウムである可能性が高い．そこで，― 153 ―

図 1．LHD 長時間放電に(a)1000 秒，(b)3389 秒，(c)9980 秒曝露したステンレス鋼(SUS)試料とその表面に堆積した Mixed-material 堆積層の断面 TEM 像．
各 TEM 像左上に示した図は堆積層と SUS
基盤の電子線回折(ED)像．

Thickness of depo. layer [nm]He desorbed at 300­600K [He/m2]

300-600K までの放出量の積分値を定常放電への試料の曝露時間に対してプロットした図を図 2 に示す．この図より，Mixed-material 堆積層へのヘリウムの捕捉率は堆積層の厚さの増加と共にリニアに増加し，その捕捉量は 10000 秒経過後であっても飽和する傾向が無いことがわかる．これはすなわち，Mixed-material 堆積層が形成され続ける限り長時間放電中のヘリウムの壁排気が飽和することなく継続することを示唆している．47
分間の放電におけるグローバル粒子バランス解析の結果では[1]，壁排気率(Γ wall )は時間と共に動的に変動することが示されており，その排気率はΓ wall ~1.0×1020 He/s (0-300s)，Γ wall ~-3.5×1018 He/s (400-1500s)，
Γ wall ~1.4×1019 He/s (1900-2800s) と な る ． こ れ に 対 し て ， 図 2 の 材 料 分 析 結 果 か ら 求 め ら れ る
Mixed-material 堆積層へのヘリウムの平均の捕捉率 1.6×1016 He/m2s で壁排気率を予
50
2.0x1020
Retention rate:
測すると，Mixed-material 堆積層が LHD の40
1.6×1016 He/m2s
20
壁全体の 3/4 (~548m2)に形成されていると
1.5x10182
仮定した場合，Γ wall ~8.8×10 He/m s と見
30
積もることができる．この値はグローバル粒
1.0x1020
子バランスで求めた 1900-2800s のときの壁
20
排気率~1.4×1019 He/s に近い値である．本
5.0x1019
結果より，長時間放電中に発生する壁排気
10率の動的変化は，壁表面に連続して形成さ0.00
れる Mixed-material 堆積層による影響が極02000 4000 6000 8000 10000
めて高いことが示唆される．今後は，加熱入Exposure time [s]
力がさらに高くなった場合に壁温度がどのよ
図 2．照射時間増加に伴う 300-600K における He 放出量
うに変化し，それに伴う壁排気特性の変化にと Mixed-material 堆積層の厚さの関係ついて研究を進めていく必要がある．
Reference[1] G. Motojima et al., J. Nucl. Mater. in press【成果報告】
M. Tokitani et al., “Plasma wall interaction in long-pulse helium discharge in LHD – Microscopic modificationof the wall surface and its impact on particle balance and impurity generation” J. Nucl. Mater. accepted, inpress― 154 ―

26 FP-10
タングステンの水素吸蔵に対する表面改質効果に関する研究
筑波大学数理物質系 坂本瑞樹

１．はじめに プラズマに照射される材料の表面状態は、照射損傷、スパッタリング、再堆積、バブル形成等の様々なプラズマ・壁相互作用（PWI）現象に起因して変化する。この表面改質が壁の水素吸蔵・放出特性に与える影響の理解は、材料の特性を理解する上で重要である。本研究では、低損耗、高融点、低水素吸蔵率という特長から現在注目を集めているタングステン材料に着目し、小型の直線型
プラズマ生成装置 APSEDAS を用いた低エネルギー・高フラックスプラズマのタングステンへの照射及びタンデムミラー型プラズマ閉じ込め装置 GAMMA10 を用いた高イオン温度プラズマのタ
ングステンへの照射実験を行い、極限環境下におけるタングステン中の水素吸蔵、材料損傷に関する基礎過程の理解を深めることを目的としている。本報告では、ヘリウムバブルの効果を中心に報告する。
２．実験結果及び考察
 タングステン表面へのヘリウムバブル生成は APSEDAS を用いて行われた。通常は試料を冷却ステージにしっかりと固定するが、今回は冷却が効かないようにステージの上に設置した。このタ
ングステン試料（ニラコ社製、厚さ 0.1mm）に対して、フルエンス 4~8 x 1025 He/m2 程度ヘリウ
ムプラズマを照射した。ヘリウムのフラックスは約 2 x 1022 He/m2s であり、エネルギーは約 30 eVであった。また、タングステンの表面温度は、1700 K ~ 1900 K であった。このようなヘリウムプ
ラズマにより生成されたタングステン表面の SEM 画像を図１に示す。表面に数μm 以下の凹凸や筋模様ができていることが分かる。また、FIB 加工と TEM 観測を組み合わせた試料の断面画像を
図２に示す。表面直下に約 10nm から 200nm 以下のヘリウムバブルが形成されていることが分かる。
 ヘリウムプラズマを照射して、表面にヘリウムバブルを形成したタングステン試料に対して、昇温脱離装置を用いた加熱（昇温速度 1 K/s、最高温度 1173 K）により試料内部のヘリウムの脱離を３回実施した。これにより、800 K 以下でのヘリウムの脱離は観測されなくなった。この試料に対して、APSEDAS を用いて重水素プラズマ照射を行い、その後昇温脱離スペクトル（TDS）測定を行った。
 今回の実験では、同一のヘリウム予照射試料に対し、フルエンスを変えて重水素プラズマ照射とその後の TDS 解析を繰り返し行った。ヘリウム予照射試料に用いた重水素プ
ラズマパラメータは、電子密度が 2~3×1017 m-3、電子温度
が 6～8 eV、空間電位が 20~30 V、フラックスが 2.6~3.0×
1021 D/m2s であり、プラズマ照射中の試料温度は約 500Kであった。重水素プラズマの照射時間は、600 秒～約 14000 図１ ヘリウムプラズマ照射された秒であり、重水素フルエンスは 1.6×1024 ～ 4×1025 D/m2 タングステン試料表面の SEM 画像

図２ ヘリウムプラズマ照射されたタングステン表面の断面 TEM 画像― 155 ―

Ion current(A)

10-5
10

-6

10

-7

10

-8

10

-9

He
D2

-10

10

-11

10

200 400

600 800 1000 1200 1400 1600

Temperature(K)

図３ 重水素プラズマ照射を行ったヘリウム

予照射試料の高分解能 QMS 解析による昇温
脱離スペクトル
10

22

He­pre W
Anneal W

1

2

Retention (D/m )である。TDS の条件は昇温速度 1 K/s、最高温
度は 750 K である。図 3 に重水素プラズマ照射(フルエンス 1.8×1024 D/m2)を行ったヘリウ
ム予照射試料の高分解能 QMS 解析による昇温
脱離スペクトル（昇温速度 1K/s）を示す。重水素の脱離が約 600 K 以下で起きているのに対し、ヘリウムの脱離は 1000K 以上で主に観測されている。TDS 中の最高温度が高い場合、材料内におけるバブルの移動(>1300K)や高温側に捕捉されているヘリウムの脱離による特性の変化が考えられるため、実際の TDS 測定
では最高温度を低く設定（773K）した。
 図４にヘリウム予照射タングステン試料とヘリウム未照射試料に対する重水素リテンシ
ョンのフルエンス依存性を示す。ヘリウムプラ
ズマを照射していない未照射タングステンの重水素リテンションはフルエンスの約 0.5 乗で増加するが、ヘリウム予照射試料では、低フルエンス側ではリテンションが未照射タングス
テンよりも１桁以上高いのに対し、高フルエン
ス側ではリテンションが飽和傾向にあり、未照
射タングステンとほぼ同じ値になっていることが分かる。この現象は、ヘリウムバブル層が、重水素の捕捉サイトになっていることと同時に材料中の重水素の放出も促進していることを示唆していると考えられる。６番目と７番目のリテンションが低いのは、それまでの重水素プラズマ照射と TDS の繰り返しにより、ヘリウムバブル層の特性が変化したものであると考えられる。

10

3

6

10

2

21

4

5

7

20

10

24

10

25

10

26

2

Fluence (D/m )図４ ヘリウム予照射タングステン試料と未照射試料に対する重水素リテンションのフル
エンス依存性。図中の数字は重水素プラズマ
照射の順番を示している。

３．研究組織
氏名

所属

職名等

坂本 瑞樹

筑波大学・数理物質系

教授

代表者

大木 健輔

筑波大学・プラズマ研究センター

研究員

プラズマ計測吉川 基輝

筑波大学・数理物質科学研究科

大学院生（M2）

表面計測

野原 涼

筑波大学・数理物質科学研究科

大学院生（M2）

プラズマ計測寺門 明紘

筑波大学・数理物質科学研究科

大学院生（M1）

表面計測

野尻 訓平

筑波大学・数理物質科学研究科

大学院生（M1）

プラズマ計測宮本 光貴

島根大学・大学院総合理工学研究科

准教授

水素吸蔵解析

時谷 政行

核融合科学研究所

助教

微細組織解析

渡邉 英雄

九州大学・応用力学研究所

准教授

所内世話人

吉田 直亮

九州大学・応用力学研究所

名誉教授

微細組織解析

― 156 ―

役割分担

26 FP-11
輸送コードに導入するためのジャイロ運動論解析を用いた熱拡散係数のモデリング
核融合科学研究所

登田慎一郎

磁気核融合装置におけるプラズマ閉じ込めを行うには，乱流輸送は最も重要な課題のひとつである。
最近では，トロイダルプラズマにおいて多数のジャイロ運動論シミュレーションが行われている。
LHD における ITG モードや帯状流を研究するのにジャイロ運動論方程式を解く GKV-X コードが使われている。LHD での高イオン温度放電 (#88343) のときに，簡約化モデル χi ∼ ρ2ti vti f (L, τ̃ZF )/Rが提唱されている。L は混合長概算 γ̃k̃y /k̃y2 を k̃y 空間で積分したものである。ここで，γ̃k̃y は ITG モードを規格化した線形成長率で，τ̃ZF は規格化した帯状流崩壊時間である。しかしながら，TASK3Dのような動的な輸送コードで時間ステップごとにジャイロ運動論線形シミュレーションを行うのはコストがかかる。なぜならヘリカルプラズマを対象とする輸送解析は，径電場や磁場配位を正確に評価するために径方向に高解像度が必要だからである。本研究では，低計算コストでの，ジャイ
ロ運動論シミュレーションから導かれた ITG モードの乱流熱拡散係数に関する簡約化モデルの適用方法を示す。簡約化モデルの中の項 L は，動的な輸送コードでのプラズマ不安定性のパラメー
ター依存性を含むことが必要である。イオン温度勾配の典型長 LTi (= −Ti /(∂Ti /∂r)) が L を，輸送コードで適用するパラメーターとして選ばれる。磁場配位は輸送シミュレーションの初期状態で固定される。項 L に対する式を LTi に関してモデル化した。帯状流の崩壊時間は磁場配位にのみ依存し，プラズマ分布には依存しない。従って，帯状流崩壊時間の式は初期状態でのみ計算する必要がある。項 L と τ̃ZF の式を簡約化モデルに代入した計算は，簡約化モデルの値を許容できる誤差の範囲内で再現できる。輸送シミュレーションでの時間ステップごとで乱流イオン熱拡散係数の値を得るためのコストは，本研究でのモデリングによれば，線形ジャイロ運動論シミュレーショ
ンによるものよりも大きく削減できる。本研究で示すモデリングは輸送コードに適用され，シミュレーション結果を LHD における実験結果と比較研究することができる。
初めに，LHD での高イオン温度放電 (#88343) における ITG 不安定性について考察した。
(1)
まず，乱流イオン熱拡散係数
χi /χGB
の値は関数
i
)
( ∫
(1)
2
GB
L ≡ (γ̃k̃y /k̃y )dk̃y だけで，χi /χi = C0 (CT L)δ
のように近似されている。ここで χGBはジャイロi
ボーム因子であり，規格化は γ̃ = γ/(vti /R) と k̃y =ky ρti である。また L と τ̃ZF (= τZF /(R/vti )) の関数である ITG 乱流熱拡散係数の簡約化モデルは，(2)
χi /χGB= A1 Lα /(A2 + τ̃ZF /L1/2 ) のように得られiている。C0 , CT , A1 , A2 , α と δ は数値因子である。
図 1: (a) R/LTc と (b) a(ρ) の径方向依存性
イオン温度勾配の特性長が ITG 不安定性に重要なパラメーターであると考えられている。LTi の関数として, パラメーター L は以下のようにモデル化
される。
)
(
R
R
−
(1)
L = a(ρ)
L Ti
LTc
ここで LTc は ITG モードが不安定化する規格化したイオン温度勾配である。ITG モードにおけるLTc を調べるために，イオン温度勾配以外のプラズマパラメーターを固定して，L の R/LTi に対する依存性を調べた。密度やイオン温度分布については，LHD 高イオン温度放電 (#88343) での時刻
t = 2.233s の実験結果を用いた。径方向点で線形関数 (1) を計算し，R/LTc の値を得た。ITG モードの臨界イオン温度勾配 (a) R/LTc と R/LTi に関する傾き (b) は図１で得られる。統合輸送コードでイ
オン熱拡散係数を計算する際，R/LTc と a(ρ) の補間多項式 R/LTc = 4.0929 − 3.7681ρ + 19.712ρ2 +11.087ρ3 − 14.272ρ4 と a(ρ) = 0.38661 − 0.070919ρ + 0.2571ρ2 + 0.95949ρ3 − 0.92978ρ4 を使用する。

― 157 ―

帯状流崩壊時間に対する補間関数は τ̃ZF (f it) = 0.98565−0.65943ρ+2.4471ρ2 +3.2337ρ3 −2.8382ρ4(1)のLにで与えられ，輸送シミュレーションの際に使われる。項 a(ρ)(R/LTi − R/LTc ) を χi /χGBi
代入した最初のモデル化したイオン熱拡散係数は，
F T S(1)

χi
χGB
i

= C0

(

(

R
R
CT a(ρ)
−
LTi
L Tc

))δ

(2)

の L に代入し，補間関数 τ̃ZF (f it) を χi /χGBので示される。項 a(ρ)(R/LTi − R/LTc ) を χi /χGBiiτ̃ZF に代入した 2 つめのモデル化したイオン熱拡散係数は
(2)

(2)

F T S(2)
χi
=
χGB
i

(

A1 a(ρ)

(

(

R
− LRT
LTi
c

A2 + τ̃ZF (f it)/ a(ρ)

(

))α

R
− LRT
LTi
c

))1/2

(3)

で与えられる。輸送コードの各時間ステップごとに乱流イオン熱拡散係数の値を得るために，式(2) と (3) が使われる。
次に TASK3D を使って，モデル化したイオン熱拡散係数を適用し輸送ダイナミクスを考察した。イ
オン温度分布の初期条件として，LHD 高イオン温度放電 (#88343) において t = 2.233s での実験結果を用いた。Ti 分布ダイナミクスを拡散方程式を解析することにより考察した。径方向領域 0.265 ≤ρ ≤ 0.785 で径電場の 3 つの解が求められる。径電場分布は時間的に固定する。式 (2) と (3) を用いて乱流拡散係数を計算する。まず，正電場を選ぶ。図 2 において，t = 0.1s での定常イオン温度分布のF T S(1)シミュレーション結果を示す。図 2(a) では, χiを用いたときのイオン温度分布のシミュレーショ
F T S(2)ン結果を示す。χiを用いたときのイオン温度分布を図 2(b) で示す。LHD 放電#88343 における
t = 2.233s での Ti 分布を破線で示している。図 2 では，Ti 分布の解析結果は，実験結果と矛盾しない。
特に，乱流イオン熱拡散係数を LTi に加えて τ̃ZF でモデル化した図 2(b) の場合，実験結果とシミュレーション結果との間でより良い一致が見られる。イオン温度
勾配 LTi による L のモデリングには，違う LTi の値について 3 回のプログラム実
行が径方向の 1 点について動的な輸送シ
ミュレーションの前に必要である。１回のプログラム実行について 1 時間かかる。
もし L の値を TASK3D で時間ごとに計
図 2: Ti 分布のシミュレーション結果
算すると，10 万回のプログラム実行が必要である。それ故，ジャイロ運動論解析に基づく簡約化モデルのさらなるモデル化により輸送シミュ
レーションの低コスト化を行うことができた。次に負電場を選んだ。イオン中心温度は Ti ≃ 3.2keVになり，実験結果とは違いが見られる。
計算コストを減らすために，ジャイロ運動論解析の精度を保ったまま，動的輸送コードにジャイロ
運動論解析に基づく輸送モデルの適用の仕方を示した。イオン温度勾配の典型長に関する付加的モデリングのために GKV-X コードを実行した。簡約化モデルの帯状流崩壊時間に対する補間式を与えられた磁場配位で求めた。非常に低計算コストで，さらにモデル化した乱流イオン拡散係数
により，簡約化モデルの値を再現した。モデル化した乱流イオン拡散係数を動的な輸送コードに適用した場合の計算結果を示した。本研究では，許容できる誤差の範囲内で，ジャイロ運動論輸送モデルを輸送コードに適用する手法を提唱した。ここで示した乱流イオン熱拡散係数の式は LHD 高
イオン温度放電 (#88343) で適用できる。

― 158 ―

26 FP-12

乱流計測シミュレータによるジャイロ運動論的シミュレーション・データの数値乱流計測
核融合科学研究所 ヘリカル研究部

沼波 政倫

研究の目的

高温磁場閉じ込めプラズマ研究において、乱流輸送機構の解明と定量予測は最重要課題の一つである。ジャイロ運動論に基づいた第一原理シミュレーションによる数値解析は、その理解に向けた強力なツールの一つである。一方、シミュレーションに対する Validation 解析は、定量的な輸送評価に向けても必須である。本研究では、これまでに我々が進めてきたジャイロ運動論的乱流シミュレーションによって蓄積された乱流計算データに対して、応用力学研究所で開発が進められている乱流計測シミュレータを適用し、実験計測を数値的に模擬することで、ジャイロ運動
論的シミュレーションの Validation 解析手法を確立することを目的としている。特に、乱流揺動分布の詳細な計測に威力を発揮する 2 次元位相コントラスト・イメージング（2D-PCI）[1] による数値計測をこの乱流計測シミュレータで模擬し、シミュレーション内で観測される乱流揺動のス
ペクトル構造や空間分布を詳細に調べ、実際のプラズマ実験での観測結果と定量的な比較を行う
ことで、ジャイロ運動論的シミュレーションにおける定量的な乱流構造解析の手法確立を目指す。
研究方法

本研究課題で用いる乱流計測シミュレータは、磁場閉じ込めプラズマにおける乱流シミュレー
ションとその実験計測を模擬した数値診断を行うためのコード群である [2]。この中には、PCI、反射計、重イオンビームプローブ等が含まれており、乱流シミュレーションや計測手法の特性を考慮し、それぞれの組み合わせから、目的に応じた解析を選択し実行することができる。
本課題で対象とする乱流シミュレーション・データは、局所フラックス・チューブ配位の下でのジャイロ運動論的シミュレーション・コード GKV-X[3] で得られたポテンシャル揺動分布データを用いる。従って、実空間上での計測を模擬するにあたっては、いくつかの点においてデータの準備が必要になる。まず、対象となる揺動分布の時系列データを、乱流計測シミュレータに即した時系列データとして整理する。次に、局所フラックス・チューブ配位に対する幾何データを実空間配位に変換する。局所フラックス・チューブ近似の下で得られているシミュレーション・デー
タは、磁気座標を用いた 3 次元平衡コードによって空間幾何配位が計算されている。従って、数値揺動計測にあたっては、実空間上への変換が必要になるため、シミュレーション・データの計
測シミュレータに適合したデータへの変換を進める。変換された乱流揺動データに対して、計測
シミュレータを用いて、２次元 PCI 計測を模擬し、乱流揺動の波数空間スペクトルや実空間分布を計測する。ここで得られる計測結果とこれまでの乱流シミュレーション解析結果を基に、シミュ
レーションの Validation 手法の確立を進める。
今年度の成果密度揺動の波数スペクトル計測に使われる PCI は、入射レーザーの密度揺動による散乱を利用して、揺動の波数に関する 2 次元パターンを得る。乱流計測シミュレータにおける PCI 計測モジュー
ルでは、乱流場データから観測位置での密度の値を抽出し、2 次元分布に描き直す。レーザーの入射位置と観測位置を任意に選択することが出来、プラズマを有限な領域幅で切り出した上で、2 点を結ぶ視線方向で積分して 2 次元イメージの密度分布を得る。さらにフーリエ変換する事で、2 次
元波数スペクトルを出力する。

― 159 ―

この計測シミュレータをジャイロ
運動論的シミュレーションから得られたデータに適用するため、今年度はまず、データの精査と局所フラックス・チューブ配位の幾何情報の実空間配位への変換処理を進めた。フラックス・チューブ配位では、ある磁力線の近傍において、磁気座標系 (r, θ, ζ) を用いて (x, y, z) =(r − r0 , (r0 /q0 )(qθ − ζ), θ) の ﬁeldaligned 座標を用いている。ここで、
r0 、q0 はそれぞれ、注目する磁気面における小半径と安全係数である。
一方、乱流計測シミュレータでは、実空間の直交座標系でシミュレー
ション・データを取り込むため、双図 1: 乱流計測シミュレータによる GKV-X シミュレーショ
方の座標系変換を行う必要がある。
ンで得られた 3 次元乱流ポテンシャル揺動分布データのポ
図 1 は、複雑な 3 次元構造をもつ
ロイダル断面への変換例。座標系の変換も含めて問題なく
磁場配位において実行した GKV動作していることが確認できる。
X によるシミュレーションで得られるポテンシャル揺動分布データ
を円筒座標系を介して、実空間直交座標系に変換したデータを、数値計測シミュレータに読み込ませた例である。あるポロイダル断面上のポテンシャル揺動分布が出力されており、座標変換とデータの読み込みが問題なく処理されていることが分かる。ここで変換された揺動分布データに対して、上記で述べた PCI 計測のモジュールを適用することで、現実的な PCI 揺動分布計測を模擬することが可能になる。
まとめ
乱流計測シミュレータは, 実験計測を数値的に模擬するためのシミュレーション・コード群である。これによって、3 次元乱流シミュレーションと実際の実験計測結果を直接比較が可能になる。
本課題では、乱流構造の理解に強力な手法の一つとなる PCI 計測の模擬を目指し、計測シミュレー
タにおける PCI 計測モジュールのジャイロ運動論的乱流シミュレーションでの乱流揺動データへの適用を試みた。今回、計測シミュレータへ適用されたデータを利用し、今後は 2 次元波数スペク
トルなど、実際の実験で計測される乱流揺動分布との直接的な比較を行い、乱流シミュレーションの Validation 解析を進めるともに、より多くの数値乱流シミュレーションのデータを利用し、数値解析の側から実験計測に対する指針提供に繋げていきたいと考えている。
参考文献[1] K. Tanaka, et, al., Rev. Sci. Instrum. 79, 10E702 (2008).
[2] N. Kasuya, et al., Plasma Sci. Technol. 13, 326 (2011).
[3] M. Nunami, et al., Plasma Fusion Res. 5, 016 (2010).

2― 160 ―

26 FP-13

SiO2 ñ-=YcD]CEfÒÀ¦wıêjē Ý¨ĦÂğĥčÄêoĬķÎ þĺnĨüôĵ
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― 162 ―

26 FP-14
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― 163 ―

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D2 desorption rate ['1016/m 2s]

2

1

0

350

400

450

500

550

600

650

-4

4

2

0

700

Temperature [K]22+1.3x10-4dpa + D2+1keV 1x10 22
1.3x10-4dpa + D2+1keV 1x10 21 *1.3x10-5dpa + D2+1keV 5x10 22
2.9x10-5dpa + D2+1keV 1x10 21 *2.9x10 dpa + D2 1keV 5x10 **exposed to air

6

400

600

800

1000

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16

2

D2 desorption rate ['10 /m s]+22

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1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Temperature [K]ñ, lfipI27VěIrn{    ñ- lfipI27V°¿ÜÆĈIr   9W@ÝòþJĺß               n{9W@ÝòþJĺß

― 164 ―

26 FP-15

有限自由度モデルを用いたプラズマ乱流の統計解析
Statistical analysis of plasma turbulence by a few degrees of freedom models

富山大学・人間発達科学部 成行 泰裕
研究目的：
プラズマ中に圧力・密度・温度勾配やビーム成分などが存在する時、それらを緩和する過程でドリフト波乱流などが励起される。プラズマが層流状態から乱流状態へ遷移する過程
においては、乱流中の不安定モードは少数であると考えられるため、系から少数の不安定モードを抜き出した少数自由度モデルを用いた解析が可能である。ただし、小数自由度モ
デルにおいても個々のモードの時間発展はカオスになるため、統計的な性質の理解が不可欠である。
本研究では、前年度に引き続き森の射影演算子法から導かれる時間相関スペクトルと記憶関数スペクトルの関係式に着目して、主にアルヴェンカオスを記述する小数自由度モ
デル[1]の散乱モデルの統計的性質について議論を行う。

研究方法：
本研究の推進に当たっては、それぞれの研究グループが理論的・数値的に発展させた結果について、定期的に筑紫キャンパスに参集して議論を行うことを基本としている。

研究成果：
本年度の研究成果は以下の通りである。いくつかの初期結果については、学会発表を行っている[成果 1]。
(1)アルヴェンカオス系におけるカオス摩擦の評価と周期成分の抽出  アルヴェンカオス系の直接数値計算を行い時系列データから射影演算子法を用いてカオス摩擦の評価を行った。具体的には、(1)記憶関数をマルコフ化して摩擦係数にする、(2)時間相関関数の発展方程式を強制減衰振動の式に変形する、(3)数値計算
データの周波数分析(FFT)から得られた外力(印加アルヴェン波)モードのパワーを拘束条件として強制減衰振動子の解から摩擦係数を求める、という手順で評価を行った。
この手順ではサイドバンドによる変調は再現することができないが、求まった強制減衰振動子の解の位相は数値計算データの速度相関のものと良く一致することが分かった。また、求めた摩擦係数の大きさは他の係数の値と比べて同オーダーの値をとった。
(2)アルヴェンカオス系における時系列の位相相関  (1)で用いた数値計算データに対して、サロゲートデータ法を用いた位相相関指数の計算[3]を行った。具体的には、フーリエランダムサロゲートを生成し、そのデータ― 165 ―

とオリジナルデータ、位相を人工的に揃えたデータの構造関数をそれぞれ評価したものを用いて、ランダムサロゲートとオリジナルデータの有意差を示す 0 から 1 の値をとる指数の計算を行った。その結果、カオスが生じる場合でも、パラメータによって有意な位相相関がみられる場合と位相相関が弱い場合（ガウス過程に近い場合）とが確認された。ただし、マルコフ化を施した(1)の評価では位相相関指数にあまり関係な
く良い一致が見られていることから、有限な位相相関がある時系列に対しても(1)のようなカオス摩擦の定義が使用可能であることが示唆された。
時系列の周波数分析より、外力モードの印加アルヴェン波が親波となった変調不安定性により励起されたサイドバンドが確認された。有限の位相相関もこの変調不安定性(波動間相互作用)により生成されていると考えられるため、物理的意味合いの理解のためには高次統計量と位相相関指数の関係性を明らかにする必要がある。また、
時間相関関数を用いた定式化からはウィーナーヒンチンの定理よりフーリエモードの位相の情報が失われているため、(1)の計算や過去の研究[1,4]で行われているような記憶関数(記憶スペクトル)の評価とは別の視点からの時系列の非マルコフ的な性質の評価を検討する必要がある。
引用文献[1] T. Hada et al, Phys. Fluids B 2(11), 2581 (1990); A. C. –L. Chian et al, J.
Geophys. Res., 11, A07S03 (2006). [2]e.g., H. Mori and M. Okamura, Phys. Rev. E, 80,
051124 (2009). [3] T. Hada et al, Space Sci. Rev., 107, 463–466, 2003; F. Sahraoui, PRE, 78,026402, 2008. [4] R. Ishizaki, S. Kuroki, H. Tominaga, N. Mori, and H. Mori, Prog. Theor.
Phys., 109(2), 169 (2003); R. Ishizaki, H. Mori, H. Tominaga, S. Kuroki, and N. Mori, Prog.
Theor. Phys., 116(6), 1051 (2006); H. Mori, S. Kuroki, H. Tominaga, R. Ishizaki, and N. Mori,
Prog. Theor. Phys., 111(5), 635 (2004).

公表状況：(学会発表)[成果 1]成行泰裕佐々木真，糟谷直宏，羽田亨，矢木雅敏，Evaluation of chaos-induced
friction in Alfven system by using the projection operator method, Plasma Conference 2014,
20PA-043, 新潟，2014.11.
研究組織：
成行泰裕（富大・人間発達）、佐々木真（九大・応力研）、羽田亨（九大・総理工）
謝辞：
有益なコメントを頂いた九大応力研の糟谷先生、岡村先生、原研の矢木先生に謝意を表します。

― 166 ―

26 FP-16
プラズマ物理におけるマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション研究	
 日本原子力研究開発機構

矢木雅敏
	
 

目的
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研究成果
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― 167 ―










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参考文献[1] 矢木雅敏、平成 25 年度共同利用報告書 25FP-1[2] Yagi, M., Matsuyama, A., Miyato, N., et al., "Simulation study of nonlocal transport fromedge to core in tokamak plasmas," Contribution to Plasma Physics, 54, 363 (2014).
[3] Miyato, N., "Effect of Ion Temperature Gradient Driven Turbulence on the Edge-Core
Connection for Transient Edge Temperature Sink," Plasma and Fusion Research, 9, 1203148(2014).
研究組織
矢木雅敏(原子力機構)、宮戸直亮(原子力機構)、松山顕之(原子力機構)、糟谷直宏(九大応力研)、佐々木真(九大応力研)― 168 ―

26 FP-17
高温構造材料の重イオン照射による組織変化初期過程と中性子照射との相関
核融合科学研究所 室賀健夫
１. 目的
各種原子力プラントにおいて照射下で使用される高温構造材の使用下限温度を決めるのは、多くの場
合照射による硬化とそれに伴う脆化である。低温領域では照射による析出は起こりにくく、転位ループの形成、成長による硬化が支配的であることが知られている。転位ループの形成、成長については、純金属やモデル合金に関し多くの研究があるが、先進耐照射性材料として期待される V-4Cr-4Ti 合金における研究例は少なく、中性子照射との相関研究は極めて限られている。原子炉による中性子照射の機会が限られている現状では、重イオン照射の役割が特に大きい。本研究では、上記合金の照射脆化が顕著な温度領域において制御された重イオン照射を行い、微細組織、特に転位ループの形成・成長過程を明らかにし、中性子照射と比較することにより、重イオン照射による使用下限温度の予測の精度を高めることを目的とした。
２．方法
核融合科学研究所で製作した、V-4Cr-4Ti 合金共通試料 NIFS-HEAT-2 を対象とした。応用力学研究所の重イオン加速器を用い、照射脆化の激しい 400-600K で 0.1-1 dpa の照射を行い、照射後の組織観察
を応用力学研究所および核融合科学研究所の透過電子顕微鏡とエネルギー分散型Ｘ線分光器を用い、転位ループの密度、サイズの変化を求めた。また Ti が転位に局所濃縮、欠乏していないかを確かめ、転位誘起の Ti-CON 析出の可能性を調べた。さらに JMTR 中性子照射組織と比較し、重イオン‐中性子照射
相関を求めた。
３．結果と考察
Table 1 に照射条件を示す。Fig. 1 に、イオン照射の組織変化を示す。観察された組織はほとんど転位ループあるいはドットイメージであった。微小な欠陥の観察のため、暗視野弱ビーム法による観察を併用した。
Fig. 2 に転位ループ、ドット密度の照射温度依存性を示す。比較のため、電子線照射による V-20Ti,
V-3Ti-1Si のデータも示す。[1] 温度依存性が 500K 以下でほとんど無く、500K 以上で顕著に現れる点、全体に同じ傾向が見られる。中性子照射材の密度が他と比べてやや低いが、これは損傷速度の違いを考慮すると定性的に説明できる。573K イオン照射材においてループへの Ti 偏析は確認できなかった。
今後は、転位ループへの Ti の偏析のイオン・中性子照射の差、より高温における照射誘起析出の発生過程を明らかにする予定である。
参考文献[1] T. Muroga, H. Watanabe, N. Yoshida, ASTM STP 1047 (1990) 199-209
４．研究組織室賀健夫、菱沼良光、宮澤健（核融合科学研究所）、渡辺英雄（九州大学応用力学研究所）
５．発表論文(1)T. Muroga, J.M. Chen, V.M. Chernov, R.J. Kurtz, M. Le Flem, " Present status of vanadium alloys
for fusion applications ", J. Nuclear Materials, 455, 2014, 263-268(2) T. Miyazawa, T. Nagasaka, R. Kasada, Y. Hishinuma, T. Muroga, H. Watanabe, T. Yamamoto, S.
Nogami, M. Hatakeyama, “ Evaluation of irradiation hardening of ion-irradiated V–4Cr–4Ti and
V–4Cr–4Ti–0.15Y alloys by nanoindentation techniques” J. Nuclear Materials, 455, 2014, 440-444
６．国際会議での発表
T. Muroga, T. Miyazawa, T. Nagasaka, H. Watanabe, “Dislocation Loop Evolution in V-4Cr-4Ti by
Heavy Ion and Neutron Irradiation at Relatively Low Temperature”, JCS-12 (Sept. 2014, Shizuoka)― 169 ―

Table 1. 照射条件

Fig. 1

V-4Cr-4Ti 合金のイオン照射による組織変化

Fig. 2 V-4Cr-4Ti 合金の転位ループ密度の照射温度依存性。
V-20Ti 合金, V-3Ti-1Si 合金の電子線照射[1]と比較して示す。

― 170 ―

26 FP-18
PdCu 透過薄膜を用いた水素原子束プローブの開発

京都大学・高木郁二
課題番号：26FP-18
研究課題：PdCu 透過薄膜を用いた水素原子束プローブの開発
研究期間：H26 年 4 月 1 日－H27 年 3 月 31 日
所内世話人：図子秀樹
協力者：3 名（大中雅侑、図子秀樹，A. Kuzmin），旅費（9.3 万円）
配分額：研究費（6 万円）
目的：
真空中での水素分子モニターは各種の電離真空計が多数存在するが、水素原子モニター機器は実用に耐える形では十分には確立していない。水素分子が金属中に溶解するためには表面で原子に解離しなければならないこと、原子への解離確率は特殊な場合を除いては極めて小さいこと、水素原子は金属中に容易に溶解
し、拡散・透過することから、金属膜をプラズマに曝すと、プラズマから飛来した水素原子はよく透過するが、周辺から飛来する水素分子はほとんど透過しないというプラズマ誘起透過現象が起こる。透過量を四重極ガス分析器などで測定すると、水素分子が多数存在する条件であっても、水素原子を選択的に検出することができる。このシステムを水素原子プローブと呼ぶ。
本研究では水素原子束を定量的にリアルタイムで測定し、しかも耐久性のあるプローブを開発し、水素原子束測定方法の確立をめざす。これにより、１）プラズマ実験において正確な壁入射フルエンスの実測、
２）局所壁吸蔵率と global 吸蔵率との関係を明らかにすることを目的としている。昨年度まではプローブシ
ステムを設計、製作し、QUEST 内の複数の位置に設置し、透過量を観測してきた。今年度は、プローブの定量性（感度、検出限界）、時間応答性および耐久性を評価することが目的である。

水素プローブとその耐久性：
代表者らは、平成 21 年から 23 年にかけて QUEST に直径 16mmφ の透過プローブ(Ni,SUS,Pd 薄膜）を設置し、水素透過の実測を行ってきた。これにより、数１０００ショットに及ぶ回数でもプローブが安定して動作すること、同一プラズマ条件での透過量の再現性が極めて優れていること、プローブは水素原子に対して感度が高いこと、約３桁の範囲にわたって透過量が測定できることなどを確認した。しかしリアルタ
イムで水素原子束の時間変化を観察するには性能が不十分であった。そこで、水素の拡散が速く、薄くても破損しないような優れた機械的強度を有し、水素化物を生成しない金属膜として PdCu を選択し、平成 24

年度に厚さが 22µm で、真空に耐えうるように両面を透過率 50%、厚さ１ミリのステンレスで支持する構造の原子束計測プローブ（長さ約 80mm,直径 30mm)を開発した。同年、このプローブを QUEST 内の下側ダ

イバーター部に設置し、水素原子プローブとしての基本性能を 100-400℃の温度範囲で満たすことを確認した。平成 25 年度はこのプローブを２個製作し、図１に示すように上下の平板ダイバーター（PDP4）、外側

水平壁部（PDP6）に設置し、多点位置での局所吸蔵率の推定を行った。プローブへの入射束はこのプローブに垂直方向のみに限定しているので、いずれも磁力線を横切るイオン束、ならびに中性粒子束を検出している。
QUEST で 38 日間、892 回のショットに曝した後で水素分子による透過実験で評価したところ、透過量は最大でも 5%しか減少していなかった。また、QUEST に設置したプローブは２年間、8095 回のショットに曝しても稼働していた。これらのことから、PdCu 膜のプローブは十分な耐久性を有していると言える。

― 171 ―

定量評価：
PdCu 膜の定量評価のための実験は、京都大学にある小型プラズマ実験装置を用いた。この装置は 20W 程度の RF 発振器と放電管、水素透過系で構成しており、イオン加速器からイオンをその場で透過試料に照射できるようになっている。
試料は厚さ 0.02mm の PdCu 膜であり、この片面を重水素の RF プラズマに曝して、他方に透過する重水素量の時間変化を測定した。
また、試料をプラズマに曝した状態のまま 3He
イオンを照射し、核反応法を用いて試料表面近傍の重水素濃度を測定した。

図１

先ずプラズマ側と透過側の再結合定数Ku、Set up of PDP4-6 probes

Kd を求めた。通常の透過実験ではKuとKdはア
レニウス型の温度依存性を示すと仮定するが、本実験では濃度を直接測定しているために値を一義的に決定することができる。その結果、図２に示すように。Kd は高温部と低温部で温度依存性が異なることが分かった。これらの値を用いて透過束の時間変化を計算したところ、図３に示す
ように実験値とよく一致し、値の妥当性を確認することができた。透過束をJ、入射水素原子束をF とすると、定常状態における収支はF = (Ku + Kd)J/Kd

図２ 再結合定数の温度依存性(1)と表される。図２によると480K以下ではKu=Kd とみなせる
ため、定常状態ではF = 2J という極めて単純な関係で水素原子束を評価できることが分かった。
時間応答性については、プラズマと試料との間に設置した機械的なシャッターを開閉し、透過束を測定した。その結果、シャッターを動作してから0.9s 以内に透過束が変化した。実際の応答はこれよりも早いと考えられるので、より速い計測が可能な機器を用いて今後追試を行う。また、
拡散係数と再結合定数から時間応答を数値解析によって評価することもできるため、拡散係数の測定も行う。

図３ 483K における透過束の時間変化

入射束の検出限界は、評価に用いた小型プラズマ実験
装置では4.6×1011 atoms cm−2 s−1であった。検出限界はガス分析計のバックグランドのゆらぎに最も強い影響を受けるため、安定したガス分析計を用いれば更に高感度のシステムを構築できることが分かった。
以上の成果は2015年原子力学会春の年会にて発表した。

― 172 ―

26 FP-19

QUEST ス ク レ イ プ オ フ 層 に お け る
原子密度・速度局所計測のための近赤外干渉分光器の開発
京都大学大学院工学研究科 四竈 泰一

研究目的
 ト カ マ ク プ ラ ズ マ 境 界 の 開 い た 磁 場 構 造 を 持 つ ス ク レ イ プ オ フ 層（ Scrape-off-layer: SOL）に
お け る イ オ ン 流 れ は ，プ ラ ズ マ の 境 界 条 件 を 決 め る 重 要 な 因 子 で あ る と 考 え ら れ て お り ，流 れの 駆 動 メ カ ニ ズ ム の 理 解 と 制 御 に 向 け た 研 究 が 進 め ら れ て い る ．流 れ の 駆 動 力 の 一 つ は ，磁 力線 に 沿 っ た イ オ ン 圧 力 勾 配 で あ り ，ま た ，流 れ は イ オ ン と 原 子 の 荷 電 交 換 反 応 に よ る 運 動 量 損
失 で 散 逸 す る ．こ れ ら の 過 程 は ，電 離 束 及 び 荷 電 交 換 の 反 応 レ ー ト を 通 し て 原 子 の 密 度 ，速 度の 空 間 分 布 に 影 響 を 受 け る こ と か ら ，イ オ ン 流 れ の 生 成 ，散 逸 メ カ ニ ズ ム を 理 解 す る た め に は ，原子の密度及び速度の空間分布を計測することが必要だと考えられる．

原子は電荷を持たないため，プラズマ中でその密度，速度を測定するためには，発光線形状の測定（発光強度，ドップラーシフト）がほぼ唯一の方法である．この際，単純な受動分光法では，測定値は視線上に存在する発光の線積分値となる．空間分解した発光の情報を得るためには，レーザ誘起蛍光のような能動的な分光法， あるいは複数の視線を利用したトモグラフィー法を用いる必要がある．しかし，レーザを用いる場合は入射経路や観測視線配置の制限により空間分布を得ることが簡単ではなく，トモグラフィー法では波長シフトの情報を空間分解することが困難である．そこで申請者は，磁場中の発光線のゼー
マン分裂を利用することで，受動分光法単独で原子発光線の局所計測が可能となる新たな手法の開発に取り組んできた．
 原 子 発 光 線 は SOL 近 傍 に 局 在 し て い る ．さ ら に ト カ マ ク 内 で は 磁 場 強 度 の 勾 配 が 存 在 する．これらの性質を利用することで，発光位置に応じたゼーマン分裂の違いから局所発光線を分離することが可能となる．これまでに，この手法を水素，ヘリウム原子からの可視発光線に適用し，原子の局所計測が可能であることを実証した． 本研究では，更に進んで
上記計測手法を原子の近赤外発光線へと拡張し，計測精度を向上させることで，放電条件に応じた原子の密度，速度の空間分布を明らかにすることを目的とする．本年度は，ヘリウ ム 原 子 2 3 S-2 3 P 発 光 線（ 波 長 1083 nm）を 高 波 長 分 解 能 で 測 定 す る こ と が 可 能 な 近 赤 外 干
渉 分 光 器 を 開 発 し ， QUEST で の 初 期 デ ー タ 取 得 を 試 み た ．
研究方法・結果
 開発した近赤外干渉分光器の模式図を図 1 に示す．捕集した発光を光ファイバで分光器
内 に 導 入 し ， 対 物 レ ン ズ （ ミ ツ ト ヨ M Plan Apo NIR 10×） に よ り 直 径 約 8 mm の 平 行 光 線に 変 換 す る ． こ の 際 ， シ ア リ ン グ 干 渉 計 （ シ グ マ 光 機 SPV-05） を 利 用 し ， 光 線 の 広 が り
角 が 0.1 度 以 下 で あ る こ と を 確 認 し た ． そ の 後 ， 虹 彩 絞 り （ シ グ マ 光 機 IH-30） に よ り 光
線 の 直 径 を 1 mm 程 度 に 減 少 さ せ ，フ ァ ブ リ -ペ ロ ー エ タ ロ ン（ LightMachinery OP-1986-64,
波 長 1083 nm）に 入 射 す る ．エ タ ロ ン は 実 効 フ ィ ネ ス が 約 30，FSR が 約 0.6 nm で あ り ，ピ
エゾ素子によってギャップ長を掃引することで透過波長を変化させることができる．掃引
速 度 は 最 大 で 1 FSR あ た り 10 kHz で あ り ， 本 報 告 内 の 測 定 時 に は 20 V p p ， 10 Hz の 三 角 波
電 圧 を 印 加 し ， 約 2 FSR の 波 長 領 域 を 掃 引 し た ． エ タ ロ ン を 透 過 し た 光 は ， 干 渉 フ ィ ル タ（ Omega Optical XB173 -1080BP10，
中 心 波 長 1080 nm，FWHM 20 nm）
を通り，冷却光電子増倍管（浜松
ホ ト ニ ク ス R5509-43）で 検 出 さ れる．全ての光学部品はアルミ製の筐体内に設置しており，標準的な空調環境下で約 1 日の間，測定値の再現性を確認している．
 エタロンの掃引電圧と透過波長との関係を校正するために，グロ
図 1. 近 赤 外 干 渉 分 光 器 の 模 式 図ー放電プラズマからのヘリウム原― 173 ―

子発光線を観測した．測定結果を図 2 に示 す ．2 3 S-2 3 P 発 光 線 は 表 1 に 示 す 3 本 の微細構造を持ち，これらが 2 つのピークと し て 観 測 さ れ て い る ．掃 引 電 圧 -透 過 波
長間の線形性を仮定し，ドップラーシフ
トを無視し，ふく射再吸収を考慮した 2
つのピーク波長の計算値から，透過波長(  )と 掃 引 電 圧 (V)の 関 係 を d  /dV = 73.0
pm/V と 見 積 も っ た ．図 2 上 の 横 軸 に 電 圧 ，下の横軸に波長を示す．
 次に，分光器の装置関数を評価するた
めに，装置関数と比較して線幅が十分に小さい単一縦モードレーザダイオード(Thorlabs L1060P200J; 波 長 1060 nm) の光を測定した．発光線をローレンツ関数
でフィッティングした際の半値全幅は約
235 mV と な っ た ．d  /dV は 波 長 に 依 存 するが，エタロンのギャップ長 l に対してd  /dV  /l と 近 似 す る と ， 1060 nm で はd  /dV = 71.4 pm/V， 装 置 関 数 は 16.8 pmとなる．さらに，装置関数が波長の 2 乗に 比 例 す る と 近 似 す る と ， 1083 nm に お
け る 装 置 関 数 は 17.5 pm と 見 積 も ら れ た ．
 開 発 し た 分 光 器 を QUEST に 適 用 し た ．
トロイダル磁場のみを印加した状態で，8.2 GHz ECH に よ り セ ン タ ー ス タ ッ ク 近
傍に局在した円筒状のプラズマを生成し，中央平面上の径方向視線を用いて磁場に垂 直 な 方 向 か ら 発 光 を 計 測 し た （ 図 3）．
発光線形状から，ドップラー広がり，シ
フトを評価可能であることを確認した．

表 1. ヘ リ ウ ム 原 子 2 3 S-2 3 P
発光線の微細構造
A 係数
波長
遷移(×10 7 s - 1 )(nm)
2 3 S 1 -2 3 P 01082.909
1.02163
3
2 S 1 -2 P 11083.025
1.02162 3 S 1 -2 3 P 21083.034
1.0216

図 2. ヘ リ ウ ム 原 子 発 光 線 （ グ ロ ー 放 電 ）

成果報告
図 3. ヘ リ ウ ム 原 子 発 光 線 （ QUEST）[1] T. Shikama, S. Ogane, H. Ishii, Y. Iida,
and M. Hasuo, "Measurements of helium 2 3 S metastable atom density in low-pressure glow
discharge plasmas by self-absorption spectroscopy of HeI 2 3 S–2 3 P transition", Jpn. J. Appl.
Phys. 53, 086101 (2014).
[2] S. Ogane, T. Shikama, H. Zushi, and M. Hasuo, "Development of a near -infrared interference
spectrometer for measurements of the local helium atomic emission lines in the sphericaltokamak QUEST", 7th Japan­Korea Seminar on Advanced Diagnostics for Steady ­State Fusion
Plasmas, P1-17, 2014.8.17-20, Kyoto, Japan.
[3] 大 金 修 平 ， 四 竈 泰 一 ， 図 子 秀 樹 ， 蓮 尾 昌 裕 ,「 球 状 ト カ マ ク QUESTに お け る ヘ リ ウ
ム 原 子 発 光 線 局 所 計 測 の た め の 近 赤 外 干 渉 分 光 器 の 開 発 」 Plasma Conference 2014,
19PB-085, 2014.11.18-21, 新 潟 ．
[4] 四 竈 泰 一 ， 大 金 修 平 ， 飯 田 洋 平 ， 蓮 尾 昌 裕 ，「 ふ く 射 再 吸 収 に よ る ヘ リ ウ ム 原 子
2 3 S-2 3 P発 光 線 形 状 の 変 化 を 利 用 し た 磁 場 中 の ヘ リ ウ ム 2 3 S準 安 定 原 子 密 度 計 測 」 日 本 物
理 学 会 第 70回 年 次 大 会 , 21pBH-1, 2015.3.21-24, 東 京 (予 定 )．
[5] 大 金 修 平 ， 四 竈 泰 一 ， 図 子 秀 樹 ， 蓮 尾 昌 裕 , 「 球 状 ト カ マ ク QUEST に お け る 近 赤
外 干 渉 分 光 器 を 用 い た ヘ リ ウ ム 原 子 発 光 線 の 局 所 計 測 」日 本 物 理 学 会 第 70 回 年 次 大 会 ,21pBH-4, 2015.3.21-24, 東 京 (予 定 )． 㻌
― 174 ―

26 FP-20

高温プラズマ曝露炉内機器の表面変質と損傷に関する総合的研究
九州大学 吉田直亮


本研究グループでは、高温プラズマ閉じ込め装置 QUEST および LHD におけるプラズマ・壁相互作
用（PWI）の実態を明らかにするために多くのプローブ試料やテスト機器を炉内に設置し、高温プラズ
マがプラズマ対向材料に及ぼす照射効果について調べてきた。いずれの装置においても、近年プラズマの性能が上がるにつれて PWI によってプラズマの閉じ込め性能が左右される事象が多く見られるようになり、この分野の研究が一段と重要になってきた。
本年度は QUEST や LHD でプラズマ曝露された各種試料について応用力学研究所に設置されている
走査型電子顕微鏡（JSM-5900）、透過電子顕微鏡（JEM-2000EX）を用いて表面組織や内部組織を詳細に調べると共に、低エネルギーガスイオン注入装置や昇温脱離装置を用いて水素同位体の吸蔵・放出特性（特に各装置の壁面温度近傍での最大吸蔵量や放出の時定数など）を調べた。また、断面組織の観察には収束イオ
ンビーム加工観察装置（FB-2100）を用い試料を加工した。研究成果の一部は末尾に記した学会で報告したが、本稿では QUEST におけるプラズマ対向壁の表面変質の実態とそこに至った原因とプロセスについての研究に絞って報告する。
図１(a)は 2014 年春・夏キャンペーン（2014SS）終了後の QUEST 内部を示す写真であり、壁面の色が場
所によって大きく異なることが注目される。トロイダ
ル方向（水平方向）はほぼ同じような色合いになっているが、ポロイダル方向（垂直方向）では複雑に変化しているのが特徴である。写真中に記した T1～B21 に沿って測った壁面の RGB 値（ポータブル型カラーアナライ

図１(a)  2014SS 実験終了後の炉内の状況
(b) T1 から B24 近傍の RGB 値

ザーで測定、1024 諧調表示）を図１(b)に示す。最上部は最も強く変色しているが、下がるにつれてRGB 値は急激に増加し、上部壁の中段から赤道部
壁中心（赤道線）にかけての広い領域で変色は僅かで本来の壁（ステンレス鋼）に近い色を保っている。これとは対照的に、赤道線より下側ではポロイダル方向の変化も弱く薄い茶褐色となっている。図２は図１(a)に記した 5 か所（T1, T2, T3, T4、B15）から採取した壁面サンプルの断面組織写真である。実測した堆積層の厚さを写真中に記した。
着色が激しいほど（RGB 値が低いほど）堆積層は厚くなっており、厚い T1、T2 では各放電キャン

図２ 壁面より剥がしたサンプルの断面組織を示す透過電子顕微鏡写真

ペーンに対応する明瞭な層状構造を持っている。図３は T1 の断面組織写真とそれに対応する GD-OES― 175 ―

分析データを比較したものである。例えば、中央部の白い部分では金属元素は少な
く C が主となっている。個々の実験キャン
ペーンで堆積した不純物の組成と比較することにより、この白色の領域は C の発生が異常に多かった 2012SS、2012AW で形成されたものであることが判った。その上に積もった黒い層は内部機器（ステンレス

下地（66 鋼）鋼製）の一部が放電中に溶融したことによって放出された Fe, Cr などを通常より多く含む 2013SS、2013AW の堆積層である。
他の層についてもそれらが形成されたキャンペーンを図中に記した。一方、上部壁

図３ T1 の断面組織とそれに対応する構成原子の深瀬
分布（GD-OES 分析）

中央部から採取した T4 の表面は 10nm 程
度の薄い不純物層で覆われている。この近傍で 2014SS のみのプラズマに曝した試料への堆積層の厚さも同程度であることからこの領域では付着した不純物原子はいずれ再放出されるいわゆる損耗ドミナ
ントな現象が起こっていることが判る。
堆積層の厚さと RGB 値には図４に示すような相関がある。この換算曲線を用いると評価に手数がかかる堆積層の厚さを簡便な RGB 測定から容易に評価することが可能となる。ただし、この手法の適用に当たっては堆積層に組成や構造が似通って物質であることが前提となる。両者の相関を理論付ける詳細な研究は別途行われている。
図５は 2014SS において炉内の 6 ヶ所（P26-OT, P26-T, P26-OE, P26-E, P26-B, P26-UB）に置かれ試料ホルダーの写真である。図６は左右に隣り合う 2 枚の薄板試料（圧さ 0.1mm）と上下の 2 枚の固定板（厚さ 0.1mm）で囲まれ周りより 0.1mm 程度低くなった長方形（1x10mm 程度）の隙間（窪み）を拡大して示した写真である。写真を撮るにあたっては周りの試料や固定板は取り外してあり、その部
分はプラズマに曝されていないため本来に色を保っている。隙間の着色（不純物原子の堆積）は設置場
所によって大きく異なるのみならず、均一に着色した隙間もあれば、一部のみ着色したものもある。着色は正味の不純物堆積量（全堆積量－全損耗量）で決まり、水素プラ
ズマによるスパッタリングにより損耗起こったと仮定すると、以下の

図４ RGB 値と堆積層の厚さとの関係

図５ プラズマ曝露
試料の固定状況。赤線で囲った試料の隙間
分部を図６に示した。

― 176 ―

図６ 各所において試料の間に積もった不純物

ことが推論できる。
① 不純物（C, Fe, Cr, W など）は壁の全面に飛来しているが赤道線より上側で多くなっている。
② 不純物原子の飛来方向は、ほぼランダムである。
③ 損耗を起こす水素の飛来は設置場所依存性が強い。上部壁半ばから赤道線までの間では水素のフラックスが高く、損耗ドミナント（堆積速度＜損耗速度）となっており、表面には両者の動的なバランスにより僅かの不純物原子が存在する。
④ 隙間周辺部の堆積層の付き方から上部壁半ばから赤道線までの領域では水素は左下から右上方約20°の角度でまた壁面に対しては 20～25°度程度の角度で入射していることがわかる。
⑤ 赤道面より下の領域では不純物原子の飛来は少ないが、損耗を起こす水素は更に少なく徐々に正味の堆積が起こっている。ただし、キャンペーンによっては損耗ドミナントな時もあり際どいバ
ランスで堆積が優位となっている。
⑥ 最上部は 不純物堆積 ≫スパッタリング損耗 の状況にあるが、水素のフラックスが他の場所よりはるかに低いということが主な原因であると思われる。

上述の実験結果から、QUEST の水素リサイクリング過程を精度良く評価するにあたっては、赤道面より上側の損耗ドミナントな領域と赤道面より下側の穏やかな堆積ドミナントな領域についてそれぞれ水素の吸蔵・放出過程を議論する必要があることが判った。粒子バランスのモデリングにはこれらの表面についてのバランス方程式を連立させることにより精度の良い評価が可能になると思われる。
詳細は省略するが、2014SS でプラズマ曝露し不純物が 20nm 程度堆積したステンレス鋼は従来見られなかった水素の吸蔵・放出挙動を示すことが明らかになった。水素リサイクリングを大幅に変える可能性のある現象であり、来年度の課題として詳細な検討を予定している。
学会発表
1.

PSI2014 (Kanazawa, 2014.5), “Plasma Facing Surface and Retention and Desorption of
Hydrogen in QUEST”, N. Yugami, N. Yoshida, K. Matsumoto, T. Fujiwara, K. Araki, R.
Yoshihara, H. Watanabe, K. Hanada, H. Zushi, Y. Hatano, Y. Oya and K. Okuno

2.

PSI2014 (Kanazawa, 2014.5), “Temperature impact on W surface exposed to He plasma in LHD
and its consequences for the material properties”, E. Bernard, R. Sakamoto, N. Yoshida, H.
Yamada and LHD group

3.

PSI2014 (Kanazawa, 2014.5), “Retention and Desorption of Hydrogen and Helium from
Stainless Steel Exposed to Plasmas of LHD”, N. Yoshida, N. Yugami, Y. Kimura, H. Harada, T.
Fujiwara, K. Araki, R. Yoshihara, H. Watanabe, M. Tokitani, S. Masuzaki, Y. Hatano, Y. Oya
and K. Okuno

4.

Hydrogen Workshop (Toyama, 2014.6), “Application of TEM for Nanoscopic Understanding of
Plasma-Wall Interaction”, Naoaki Yoshida

5.

Plasma conference 2014 (新潟, 2014.11) ”QUEST プラズマ対向壁の水素吸蔵・放出特性(2)”, 湯上尚之, 吉田直亮,藤原正，荒木邦明，吉原麗子，渡邉英雄，花田和明，図子秀樹, 波多野雄治，大矢恭久，奥野健二

6.

プラズマ・核融合学会九州・沖縄・山口支部会支部大会（春日、2014.12）, “QUEST における壁の色測定による膜厚評価”, 下地貴大，花田和明，吉田直亮，図子秀樹，他 14 名


― 177 ―

― 178 ―26 FP-21
構造材料中の水素挙動に及ぼす照射損傷の影響
茨城大学工学部 車田 亮
 研究目的 核融合実験装置等の構造材料は、プラズマ対向材料を透過した中性子損傷を受けるとともに、重水素やトリチウム等が材料内部に拡散すると考えられる。一方、構造材料のき裂進展や破壊には、応力腐食
割れ（6&&）や活性経路割れ（$3&）等がしばしば問題となり、その  つの要因として材料中の水素の影
響が懸念されている。そこで、本研究では、構造材料（ステンレス鋼等）中の水素の透過・放出挙動が、照射環境下でどのように変化するかを調査することを目的とする。そのために、茨大の水素マイクロプ
リント法（+037）や昇温脱離ガス分析装置（7'6）と、九大応力研の高エネルギーイオン発生装置や 6(0・7(0 の微細組織観察装置を共同研究に利用する。その結果、材料に関する豊富な知識と経験を共有しな
がら、核融合実験装置等の構造材料中の水素の透過・放出挙動を解明することにより、重水素やトリチウムと構造壁との相互作用を抑制・制御できる知見を得て、核融合実験装置等の構造材料の健全性および実用寿命の延長に貢献する。
 実験方法
 試料 試料には、高強度鋼の欠点である応力腐食割れや粒界腐食の発生を抑制した準安定オーステナイト系
ステンレス鋼（686/）を用い、試験片形状は、-,6 規格に基づくダンベル形引張試験片をワイヤーカ
ット放電加工機により切り出した。その後、+62 水溶液 S+ ，触媒：>PDVV1+6&1@ を用いて、陰極を試験片、陽極を 3W とし、電圧 >9@、電流密度 >P$FP@、>PLQ@の電気分解を利用した水素チャージを実施した。
 水素マイクロプリント法 +037 
水素マイクロプリント法（+037）は、材料を鏡面仕上げした後、水素ガスチャージや電解水素チャージにより水素原子を材料中に浸透させ、その後、写真用乳剤中の臭化銀の水素還元反応により還元された銀粒子の場所と量を 6(0・7(0 観察することにより、材料中の水素の透過・放出挙動を解明することができる。ここで、写真用乳剤中のハロゲン化銀と鋼材中から放出される水素の化学的な還元作用は、下記の反応式により表される。
$J+ H → Ag + H            引張応力負荷
 水素チャージした試験片に写真用乳剤を塗布した後、観察面を遮光した状態で、引張速度 >PPPLQ@と >PPPLQ@の負荷速度で、引張強度の >@まで引張応力負荷を実施した。
 実験結果及び考察
)LJ は、陰極水素チャージを施した観察面の +0376(0 画像を示した。ここでは、水素侵入面を ,6、水素透過面を 76 とし、電気分解による水素チャージを (+& で表わした。 D は無負荷材の侵入面 6(0 画
像を示した。水素放出箇所を表す銀粒子は局所的に粒界から検出され、検出量も少なかった。 E は引

― 179
1 ―

張速度 >PPPLQ@の引張応力負荷材の侵入面 6(0 画像を示した。無負荷材よりも銀粒子の検出量が約 倍増加し、粒界以外に粒内からも検出された。これは、塑性変形によって増大した転位による水素の輸送が要因と考えられた。F は引張速度 >PPPLQ@の引張応力負荷材の侵入面 6(0 画像を示した。
銀粒子の検出箇所は粒界と粒内の両方であり、検出量は無負荷材の約  倍となった。これは、低速引張による加工誘起マルテンサイト相中の水素拡散や転位による水素の輸送が要因と考えられた。 G は引張速度 >PPPLQ@の引張応力負荷材の透過面 6(0 画像を示した。侵入面と比較して銀粒子検出量が明らかに減少していた。この理由として、低速引張であっても侵入面からの水素放出が主となったことが考えられた。

(a)

(b)





(d)

(c)





(a)IS without tensile loading, (b)IS after tensile loading (0.5[mm/min]),(c)IS after tensile loading (0.005[mm/min]), (d)TS after tensile loading (0.005[mm/min])Fig.1 HMPT/SEM images after EHC
 まとめ
本研究は、構造材料（686/）中の水素侵入・放出挙動に及ぼす応力負荷の影響を、水素マイクロプリント法（+037）により究明した。その結果を以下に示す。
>@ 水素の主な放出経路は粒界であり、塑性変形に伴う転位の移動により粒内からも少量放出された。
>@ 引張応力負荷材の場合、塑性変形に伴う転位とその回りの応力場に高い水素集積が生じ、水素放出
量が無負荷材の約  倍に増加した。
>@ より低速で引張応力負荷材の場合、水素が加工誘起マルテンサイト相中も拡散し、水素放出量が無負荷材の約  倍に増加した。
>@ 透過面においては、より低速で引張応力負荷した場合であっても、侵入面からの水素放出が主なた
め、水素の放出量は全体的に極めて微量となった。

― 180
2 ―

26 FP-22
タングステン材料の高熱流束負荷下における損傷変化と熱応力評価
茨城大学工学部  車田 亮【目的】プラズマ閉じ込め実験装置の第一壁・ダイバータのアーマ材には、高温特性及びスパッタリン
グによる損耗特性などに優れ、さらに水素リテンションの少ないタングステン(W)材が使用される。たとえば、ダイバータに使用される際には、再結晶温度の 1300℃程度以下で使用される。本研究では、これらを踏まえ、タングステンの延性脆性遷移温度(DBTT；350℃程度)以上の高温領域に着目し、W 材を使用する際、熱負荷や接合等により発生する応力が引き起こす弾塑性変形による表面形状及び内部組織
変化、亀裂発生、破壊、寿命低下等の材料挙動を明らかにする。特に、大型プラズマ閉じ込め装置のダ
イバータ板の開発を進める上では、まず、要素材料の試作・評価を行い、これを元にさらに改良材を作製し、試験用の小型モックアップ、プロトタイプのモックアップ等を作製・評価し、実機サイズのダイ
バータ板の製作を完成させる必要がある。このため、要素材の特性評価は最も基本となるものである。
しかし、要素材とダイバータ板では、その実験及び使用条件が大きく異なり、ダイバータ板に使用された際の性能を、要素材で評価する方法を確立することが必要である。本年度は、要素材の熱負荷特性評価法を確立するために、Ｗ材の熱負荷実験を行い、温度変動下において人工的に熱応力を負荷し、その際発生する損傷を調べた。また、熱解析と比較することによる定量評価も行った。
【実験及び解析】実験には、粉末焼結材（ITER Grade W；IG W）とその再結晶処理材（RC IG W）を使用した。試料サイズは 10mm×10mm×1mm で、実験前に電解研磨を行った。また、本実験では、九州
大学応用力学研究所の電子ビーム熱負荷実験装置を用いた。熱源として電子ビームを用い、試料は Cu
製の強制水冷却を行っている試験台にφ5mm の孔が開いた W 製の押さえ板で機械的に固定した。試料の表面温度は、二色放射温度計を用いて測定した。電子ビームの加速電圧は 20 kV で、ビームサイズは
約φ3mm、2 秒間の照射で試料表面が約 1300℃に達するようパワーを調節した。2 秒間のビーム照射の後、冷却時間として 7.5 秒間保持することで、1 サイクル 9.5 秒とした。このようなサイクルを、各試料に対し計 200 回繰り返した。また、損傷過程を確認するため適宜取り出し、走査型電子顕微鏡（SEM）
を用いて表面観察を行った。さらに、熱負荷実験時の試料の温度分布や熱応力の定量的な評価を行うた
めに、有限要素法を用いた熱および応力解析を行った。解析に使用したモデルは対称性を利用し、実験で使用した試料の 1/4 モデルとした。これにより計算時間の短縮を図った。試料へ負荷される熱流束は、実験とほぼ同じ熱流束の 40 MW/m2 で、φ3 mm の部分を照射した。試料と冷却台には、温度依存性を考慮した熱伝導率、熱膨張率、比熱、密度を定義した。応力解析では、弾性域だけではなく塑性域に達した際の、試料に生じる応力やひずみを正確に求めるために、引張試験結果から求めた応力-ひずみ曲線の温度依存性を定義した。この応力-ひずみ曲線には、2 直線近似したものを使用していており、使用した応力-ひずみ曲線を図 1 に示した。降伏応力は、温度が上昇するにつれて低下し、温度が高いほど塑性
変形が起こり易いことが分かった。また、応力-ひずみ曲線は移動硬化則に従うこととし、バウシンガー
効果を考慮した。これらの条件で解析を行い、熱流束を試料に負荷させた時から冷却に至るまでの温度分布と x、y、z 軸方向の応力分布及び Mises 応力分布の時間変化を求めた。
【結果】図 2 及び図 3 に、それぞれ、未処理材及び再結処理晶材に 200 回繰り返し熱負荷を行った各試料の SEM 観察結果を示した。繰り返し熱負荷前では、IG W の表面は滑らかで粒界などを識別することは困難だった。一方、RC IG-W では、表面は滑らかであったが、SEM 像の明暗により粒界が確認できた。これは、再結晶処理材であるため、結晶方位の違いによる入射電子線のチャンネリングにより発生― 181 ―

する SEM 像の明暗がはっきりしているためであると考えられた。熱負荷を 20 回繰り返し後、両試料で変形が生じた。IG W では結晶内に白線が確認でき、転位の移動により生じたすべり線であると考えられた。結晶粒界にも変形が生じているが、その程度は小さかった。RC IG-W では、IG W よりも表面が荒れていた。結晶粒内は IG Ｗより多くのすべり線が見られ、結晶粒界も凹凸が生じていた。40 サイク
ル後では、IG W 及び RC IG W 共に、新たなすべり線や結晶粒界部分の凹凸に大きな変化は見られなかった。70 サイクル後では、IG W では多少凹凸が激しくなっているが、大きな変化は見られなかった。
RC IG W も同様に顕著な変化は確認できなかった。200 サイクル後、IG W の損傷が急激に進み、表面の凹凸は激しくなり、結晶粒内及び結晶粒界共に亀裂が確認できた。また、粒界に沿う剥離も観察された。
図 4 には、ビーム照射開始 2 秒後の温度及び応力分布の熱解析結果を示した。温度は中心部表面で最も高く、電子ビーム熱負荷実験による最高到達温度とほぼ同じ温度である約 1300℃となった。また、中心から遠ざかるにつれて小さくなっていき、その勾配も緩やかになった。この温度分布により熱応力が発生し、中心部の表面では約 400MPa が負荷された。さらに、この熱応力により歪が発生し、中心部で最も大きくなった。また、熱負荷中の試料中心部分付近には、圧縮応力が働き、降伏応力を越え塑性変形が発生していた。これは、熱負荷実験でも中心部付近の試料表面にすべり線が形成されており、実験結果と一致していた。さらに、熱解析では、ビームを止めた後の冷却中には試料中心部付近に、引張応力が生じていた。熱負荷実験においても、試料中心部付近には粒界等にミクロな亀裂が観察されており、この冷却中に発生する引張応力によって形成されたものと考えられた。以上のように、実験と解析を比較することにより、試料の温度分布及び負荷される応力を評価し、要素材の定量的な熱特性評価を行う
ことができることを実証した。今後、実機装置のダイバータ板の温度及び応力分布を解析等で求め、その状況が要素材において実現できるか検討する。

Stress(105) （Pa）

200℃

400℃
650℃
1000℃
800℃
1300℃

Strain(10-3)

図 1 応力-ひずみ曲線（二直線近似）

図 2 IG W の電子ビーム照射後の SEM 像(a)

図 3 RC IG W の電子ビーム照射後の
SEM 像

(b)

図 4 IG W の電子ビーム照射時の温度(a)及び応力(b)分布― 182 ―

26 FP-23
多孔質金属膜における水素捕捉・放出挙動に関する研究
九州大学大学院総合理工学研究院 片山一成
【緒言】 利用時に環境負荷が小さい水素は、クリーンな二次エネルギーとして注目されており、水素の製造・貯蔵・輸送に関連する技術向上のため、高機能材料開発及び種々の材料における水素挙動の理解が求められている。ジル
コニウムやパラジウムが優れた水素吸蔵能を有するのに対して、白金やタングステン(W)はほとんど水素を吸蔵しないことが知られている。しかし申請者らの研究により、水素プラズマスパッタリングを利用してこれらの金属から形成される薄膜は、膜形成過程で多量の水素を捕捉することが明らかとなっている。応用力学研究所とのこれまでの共同研究により、重水素プラズマスパッタリングにより形成される W 薄膜は、数 nm の微結晶粒から構成さ
れ多くの空隙を有することがわかっている。このことから捕捉された水素の多くは微結晶粒の粒界や空隙に捕捉されていると推定される。しかしながら、W 堆積過程での水素捕捉機構については明らかとなっていない。本研
究では、プラズマスパッタ装置内の異なる環境下における W 堆積量と水素捕捉量を調査し、W 堆積過程での水素捕捉機構について考察した。
13.56 MHz Matching box~【実験方法】 容量結合型 RF 水素プラズマにより W をスパッタリングして、基板上に W 薄膜を作製した。プラズマスパッタ装置
Pirani
RF Power
H2gaugeの概略図を Fig.1 に示す。アルミニウム製の基板設置ステージは、下部のグラウンド電極上に固定した。スパッタターゲットとして W板(ニラコ社製 50mm×50mm,厚さ 1mm)を上部の RF 電極に設置
Earth
MS-5A
RF
し、基板として W 箔(10mm×5mm、厚さ 0.2mm)及び石英片(10mmshieldelectrode
300 mm×5mm,厚さ 1mm)をステージの各位置に設置した。ターゲットを除 Mass flow
W target
く部分はステンレス製のメッシュでアースシールドをし、電極構造 controller
Substrate stage
100
TC
mm
材の損耗を防いだ。グラウンド電極、基板設置ステージ及び真空容
Substrate
器は接地した。水素ガスは、マスフローコントローラーにより流量
Groundを制御して真空容器に導入した。ガス圧が安定した後、100W の RF
Vacuumelectrodepump
電力を印加して放電を開始し 310 時間放電を継続した。放電前後の200mm
基板質量変化をマイクロ電子天秤で測定し、堆積量を算出した。Wが堆積した W 基板をアルゴン雰囲気で 100℃ずつ段階的に 800℃
Fig.1 プラズマスパッタ装置概略図
まで加熱し放出される水素量をガスクロマトグラフで測定した。
なお、温度毎に水素放出が検出されなくなるまで測定を行った。石
英基板は SEM 観察に用いたが本報告では省略する。
基板設置位置の詳細を Fig.2 に示す。Fig.2(a)は装置上部から見た基板設置位置を示し、Fig.2(b)は装置断面から見た基板設置位置を示す。基板設置環境は次の 3 つにわけられる。
A 領域:プラズマと接し、ターゲットが見通せる。
B 領域:プラズマとは接さず、ターゲットが見通せる。
C 領域:プラズマとは接さず、ターゲットが見通せない。
堆積過程で装置内に存在する水素の形態を次の３つに分類する。
HI:プラズマ中の水素イオン
HR:ターゲットからの反跳水素
HM:水素分子プラズマの空間電位は数 10V 程度であるため、接地された基板への水素イオンの入射エネルギーは数 10eV 程度である。ターゲット Wには、およそ 1kV の自己バイアスが発生するため、1keV のエネル
ギーで水素イオンが衝突し、その多くは高エネルギーを保持して反Fig.2 基板設置位置詳細図. 装置上部か跳される。エネルギー反射係数はおよそ 0.5 程度であるため、反跳らみた基板設置位置(a), 装置断面から見水素はおよそ 500eV 程度の初期エネルギーでターゲットから飛びた基板設置位置(b)出し、水素分子との衝突でエネルギーを失いながら基板へ到達する。なお、10PaH2 雰囲気での W 薄膜への水素分子の溶解量は極めて少ないと考えられる。

― 183 ―

水素プラズマによりスパッタされた W 原子は、
表面結合エネルギー(8.7eV)以上のエネルギーを持って飛び出し、気相中の水素分子との衝突でエネルギーを失いながら基板へ到達する。W 原子の質量は水素分子よりはるかに大きいため、1 回の衝突でのエネルギー損失は小さく、弾道的に基板へ衝突する W 原子が存在する。水素分子との衝突によりエネルギーを失った W は、プラズマ中或いは気相中を拡散・浮遊した後に基板へ到達する。気相中を浮遊する W 原子が拡散過程でTable 1 薄膜形成に寄与する水素およびクラスターを形成し、微粒子として堆積する機構も想定される。ここでW の形態
は堆積機構により W を 2 つに分類する。
HI HR HM WB WD
WB:ターゲットから弾道的に飛来する W 原子
領域 A ○ ○ ○ ○○WD:プラズマ中或いは気相中を拡散・浮遊した後に飛来する W 原子
領域 B × ○ ○ ○○或いは W クラスター
領域 C × × ○ ×○
各領域で薄膜形成表面に飛来する水素及び W を Table1 にまとめる。
【結果及び考察】 Fig.3 に領域 A,B,C に設置した W 基板への

3.0

2.832

0.10

H/W

H/W

Deposited W [mg/cm2]

単位面積当たりの堆積量[mg/cm2]と薄膜中の H/W 比を示す。
0.08
0.089
2.5
水素原子数は、800℃までに放出された水素量から算出し、
0.074
2.0
0.06
0.066
W 原子数は堆積量から見積もった。領域 A の堆積量が最もDeposited W
1.5
H/W
多く、周囲を壁に囲まれている領域 B の堆積量は領域 A の
0.04
0.888
1.0
1/3 程度であった。この結果は領域 A において、ターゲット
0.02
から弾道的に飛来・堆積する機構(WB)よりも、水素分子との
0.5
0.018
衝突を繰り返しながら全方位から堆積する機構(WD)の方が
0.0
0.00
A
B
C
支配的であることを示す。領域 C にもわずかながら堆積がみられ、プラズマ中及び気相中を拡散・浮遊した後に飛来すFig.3 領域 A,B,C に設置した W 基板への単位面
る W が存在することが確認された。薄膜中の H/W 比は、堆積当たりの W 堆積量と薄膜中 H/W 比
積量が最も少ない領域 C で最も高く、領域 A が最も低いこ0.05とがわかった。Fig.4 に領域 A,B,C の W 薄膜から各温度でA放出された水素量を H/W 比で比較する。水素放出挙動は領B
0.04
C
域ごとに大きく異なることがわかった。これは、水素捕捉機構の違いを反映している。これらの結果から、各領域で0.03の主要な水素捕捉機構について、一つの仮説として次のよ
うに考察する。
領域 C では薄膜形成表面への水素イオン HI、
0.02
反跳水素 HR の入射はないため、プラズマ中を拡散・浮遊す
0.01
る W 微粒子に水素イオンが化学吸着し、水素を取込んだ W
微粒子が基板へ堆積する(捕捉機構 A)。領域 B では比較的
0.00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
高いエネルギーを持った反跳水素 HR が薄膜形成表面に打oTemperature [ C]
ち込まれることで水素が捕捉される(捕捉機構 B)。領域 A
では反跳水素 HR の入射(捕捉 B)とプラズマ‐薄膜界面でのFig.4 領域 A,B,C の W 薄膜から各温度で放出さ水素イオン HI の W への化学吸着(捕捉機構 C)により水素れた水素量(W 原子数あたりの放出水素原子数)が捕捉される。プラズマ中或いはプラズマ‐薄膜界面での水素イオン HI と W との吸着反応により捕捉される水素(捕捉機構 A,C)の放出ピークは 500~600℃と高く、薄膜に打ち込まれた水素(捕捉機構 B)の放出ピークは 300℃と低いことが示唆される。領域 A では、両機構で捕捉される水素が同程度あることから、ピーク位置が 400℃になったと推測される。今後さらに実験データを取得し、水素捕捉機構の解明を進める予定である。
【成果報告】[1] K. Katayama, K. Uehara, H. Date, S. Fukada, H. Watanabe, “Temperature dependence of deuterium retention intungsten deposits by deuterium ion irradiation”, Journal of Nuclear Materials, In Press, Corrected Proof, Available
online 3 December 2014.
[2] K. Uehara, K. Katayama, H. Date, S. Fukada, “Hydrogen gas driven permeation through tungsten deposition layer
formed by hydrogen plasma sputtering”, 28th SOFT, Sep 29th –Oct 3rd 2014, San Sebastian, Spain.

― 184 ―

26 FP-24
ヘリウム照射によるタングステンの損傷組織形成に及ぼす照射温度の影響
核融合科学研究所

坂本隆一

目的

プラズマ対向材料として使用されるタングステンの材料強度特性，水素リサイクリング特性といったグローバルな特性に及ぼすヘリウムの照射効果を，素過程から理解することを目的として，
ヘリウムプラズマや，ヘリウムビームで照射したタングステンの損傷組織変化を透過型電子顕微鏡
観察するとともに，微小押込み試験や昇温脱離実験を行う．

ヘリウムは水素と比べて，材料中の格子欠陥との相互作用が強く，高温環境下でも材料中に捕捉され，損傷組織形成に大きな影響を及ぼすことから，ヘリウム灰が生じる核融合炉やヘリウム放電実験を行うITERの初期実験フェーズにおいて重要な課題となっている．本研究では特に，核融合炉第一壁を想定した，高温領域におけるヘリウム照射効果に着目した研究を行った．
研究方法

低エネルギーイオンビーム照射装置を用いて，温度制御されたタングステンへのヘリウム照射実験を行い，その照射損傷組織を透過型電子顕微鏡（水素動態観測装置）にて観察するとともに，微小押込み試験や水素イオンの追照射後の昇温脱離実験を行い，ヘリウム照射によるミクロな損

傷組織変化が，機械強度や水素吸蔵特性といったグローバルな材料特性におよぼす影響を調べる．
また，高エネルギーイオン発生装置にて，予め高エネルギーの重イオンを照射した試料へのヘリ
ウム照射実験を行うことにより，損傷組織とヘリウムの相互作用に関する知見を得る．さらに，核融合科学研究所のLHDにて，高温環境下でヘリウムプラズマを曝したタングステンについても同様な観測を行い，イオンビームを用いたヘリウム照射実験との比較を行う．LHDプラズマへ曝した場合，弾き出し損傷を起こさない様な低エネルギー成分のヘリウムによる照射環境下にあり，
この比較実験によって，材料中に注入されたヘリウムや，損傷組織が材料特性に及ぼす影響を明らかにする．
実験

今回の共同研究費は，タングステン照射試料作成（電解研磨と真空焼鈍）と高エネルギー重イ

オン予照射実験を，応用力学研究所にて行うための旅費として使用させていただいた．試料は0.1
mm厚のタングステン薄板を切り出して作成し，水酸化ナトリウム水溶液による電解研磨ののち，
真空雰囲気中で1000 ℃を3時間保持する歪みとり焼鈍材と，約2000 ℃で15分保持する再結晶熱処理材を作成した．主に，電子顕微鏡観察用として，再結晶熱処理材を用い，その他の目的には歪み取り焼鈍材を用いた．

照射実験は核融合科学研究所のLHDの10.5Lポートに設置された試料駆動装置を用いて，真空容

器壁位置まで挿入し，ICH加熱したヘリウム放電の周辺プラズマに曝した．照射時間は合計で約1000秒である．照射試料を載せた試料ホルダは，55 Wのセラミックヒータにて最大1300 Kまで昇温可能であり，今回の照射実験においては1073 Kに定温維持した．図1に高温試料ホルダの形状と温度分布を示す．ホルダには，透過型電子顕微鏡（TEM）用薄膜試料（3 mmディスク）に加えて，収束イオンビーム（FIB）加工による断面観察用試料（3 mmディスク），昇温脱離実験用試料（7 mm正方形，15 mmディスク）など，複数種類の試料を配置し，全試料とも同条件下で照射実― 185 ―

験を行った．試料ホルダを設置した真空容器壁位置では，主に荷電交換中性粒子による照射が主であり，数eVからkeVまでの広いエネルギー範囲の粒子負荷環境下に置かれ，弾き出し損傷に比べて，100倍程度多いヘリウム粒子が注入されていることが，エネルギー分布を考慮したTRIM
コード計算より予測される（図2）．
また，中性子照射環境下におけるヘリウムプラズマ照射効果を調べることを目的として，応用力学研究所の高エネルギーイオン発生装置（加速器）にて，高エネルギー銅イオンの予照射実験を行った．

実験結果と今後の計画
LHDプラズマに曝したタングステン薄膜試料を透過型電子顕微鏡観察し，図3に示すようにヘリウムナノバブルが形成されていることを確認した．観測された損傷組織は，これまで行った1000 K
以下でのLHDプラズマ照射による損傷組織と大きな違いはない．現在，FIBによる断面観察試料を作成しており，バブルのサイズや深さ方向分布を詳細に調べ，照射温度が損傷組織形成に及ぼす影響について調べる．また，銅イオン予照射したタングステンに対してもヘリウムプラズマ照射実
験を行い，予め導入された照射欠陥がヘリウムバブル形成に及ぼす影響を調べる．
4

0.04
19

2

0
0

図1 高温ホルダ上の試料配置と温度分布．

3/m

Vacancy [dpa / s]

He deposition [apa /s]

ne = 2x10

0.02

5
10
Depth [nm]015図2 荷電交換中性粒子のエ
ネルギー分布を考慮して計算した，照射欠陥量とヘリウム
粒子量

図3 LHDヘリウムプラズマ
照射によって導入された，照射損傷組織（バブル）．

研究成果報告（予定）
R. Sakamoto, E. Bernard, N. Yoshida et al., “High temperature helium irradiation of tungsten:multi technique defect characterization and additional H trapping”, 15th International Conferenceon Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications (PFMC-15), 18—22 May
2015, Aix-en-Provence (France).
研究組織

研究代表者
核融合科学研究所，坂本隆一（男性，46歳）
研究協力者
核融合科学研究所，Elodie Bernard（女性，30歳），現・Aix-Marseille大学
九州大学 応用力学研究所，吉田直亮

九州大学 応用力学研究所，花田和明（所内世話人）― 186 ―

26 FP-25

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― 189 ―

600100dpa

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― 190 ―26 FP-26
QUEST 装置における ECH プラズマ分光のための CCD 雑音の経年変化に関する研究
核融合科学研究所・大型ヘリカル研究部・森田繁
課題番号：26FP-26
研究課題：QUEST 装置における ECH プラズマでの希ガス不純物の振舞いに関する研究
研究期間：H26 年 4 月 1 日－H27 年 3 月 31 日
所内世話人：図子秀樹
協力者：５名（森田繁，大石鉄太郎，黄賢礼，張洪明，6DQWDQX%DQHUMHH），旅費（1０２千円）
配分額：研究費（３０千円）
目的：  不純物分光のために QUEST では VUV 分光器，LHD では EUV 分光器を使用している．QUEST
では ECH で加速された高エネルギー電子が放射する硬 X 線が真空容器を貫通して，LHD では NBI に起因した高エネルギー中性粒子が回折格子で反射して CCD 検出器に到達し，大きな雑音の発生源となる．これら硬 X 線や高エネルギー中性粒子の CCD 検出器に与える損傷の経時変化について研究した．
今回の結果は中性子による CCD 検出器損傷を推測するための参照データとして有用な情報を与える．
実施方法：
  QUEST に設置した 20cm 直入射真空紫外分光器と LHD に設置した EUV 分光器の同じ背面照射型 CCD 検出器で検出された雑音を比較し，検出器性能の経年変化を調べる．QUEST には 2008 年度に，LHDには 2004 年度に同型の CCD 検出器を設置し，計測を継続している．
図１ 背面照射 CCD 検出器

実験結果：

QUEST では放電密度が低いので逃走電子のエネルギーが大きく，最大 1MeV 程度までの硬 X線が装置から放射される．装置から 2m 程度の距離に設置された CCD 検出器には容易に硬 X 線が貫通し，大きな雑音を生じさせる．図２(a)にその典型的な硬 X 線によるスペクトルを示す．すべて硬 X 線
による雑音であり，VUV スペクトルは雑音に比べ強度が弱く認識することは難しい．それぞれの雑音
パルスの波高を解析することにより，CCD に検出されている硬 X 線のエネルギー分布を得ることができる．結果を図２(b)に示す．おおよそ 80keV 程度のまでの硬 X 線を検出していることが分かる．
3

200

(b)

(a)

150

QUEST
2012/Jan/19

Counts/ch

103 Counts/ch

QUEST 2012/Jan/17 #17607

2

100

1

50

0
700

900

1100

1300
Wavelength (Å)

1500

1700

0
0

20

40
60
EHX (keV)80100

図２(a) QUEST で観測される硬 X 線による雑音パルス (b) 硬 X 線エネルギー波高分布― 191 ―

無電流プラズマを生成する LHD では硬 X 線は発生しないが，NBI ビームに起因した高エネル
ギー中性水素粒子がプラズマから放出される．その高エネルギー粒子は EUV 分光器の回折格子で反射され CCD 検出器に到達する．特に低密度放電ではビームの減衰時間が長く，より多くの高エネルギー粒子が観測される．図３(a)にその典型的な高エネルギー粒子によるスペクトルを示す．EUV スペクト
ルは唯一 67.4Åのところに CVI の 2 次光が確認できる．QUEST の場合と同様に，その雑音パルスの波高を分析することにより CCD にやってきている高エネルギー粒子のエネルギー分布を求めた．結果
を図３(b)に示す．最大で 150keV までの粒子を観測でき，このエネルギーは 180keV で入射されている
負イオン NBI に対応する．正イオン NBI の入射エネルギーは 40keV である．

6

100

(a)

Counts/E

8

n-NBI

p-NBI

LHD 2011/Aug/11 #106099
2xCVI

I (103 counts/ch)

10

4

(b)
10

2

w/ C filter

0
50

100

 (Å)

150

10

200

50

100
150
Energy (keV)

200

図３(a) LHD で観測される高エネルギー中性粒子による雑音パルス (b) 高エネルギー粒子波高分布
QUEST では 8 年間，LHD では 12 年間，同じ CCD を継続して使用した．従って CCD 検出
器はその期間の間，硬 X 線もしくは高エネルギー粒子の照射を受けたことになる．そこで，CCD 検出器で得られるスペクトルを使用し始めた時期とごく最近の時期とで比較した．紙面の都合上，ごく最近得られたスペクトルのみ図４に示す．図４(a)は QUEST からの VUV スペクトル，(b)は LHD からの
EUV スペクトルである．LHD のデータはネオンをパフした放電から得られている．長年の硬 X 線や高エネルギー中性粒子の照射にも関わらず，スペクトルには全く雑音らしきものは観測されていない．使用し始めに得られたスペクトルと同様の性能を示しており，全く CCD 検出器に損傷は見当たらない．

ことが分かった．

20
0

0

100

200

300

硬 X 線は CCD 素子内の電子に吸

800

CII (1037.018Å)OII (1074.962Å)CIII (977.02Å)CIII (903.3Å)

OIII (833.742Å)

700

900

1000

0
50

100

 (Å)

NeVI 143.34

150

OV 192.8
2*NeVIII 196.52

たデータは今後の分光計測にかかる中性

NeV 164.15
NeV 167.67
NeV 168.85
2*NeVIII 176.18

5

NeVI 136.34

10

響を直接には比較できないが，今回得られ子影響についての参考となる．

600

4.5s (Attached)
5.5s (Detached)

NeVII 121.1
NeVI 122.49
NeVII 127.663

15

(b)

NeVIII 88.09
NeVII 95.82
NeVII 97.502
NeVIII 103.09 NeVIII 98.26

20

2*CVI 67.46
NeVIII 73.563
NeVIII 74.637

移動させると考えられるので，お互いの影

I (counts 103/ch)

子は CCD 素子を構成する原子そのものを500

Channnel number

収され，また，高エネルギー粒子は CCD
検出器のごく表面で電子を励起する．中性

400

HI (1025.7Å: 3-1)

40

OIII (832.9Å)(a)

HeI (537: 3-1Å)

照射量では CCD 検出器は損傷を受けない

60

NeVII 106.192

で観測される硬 X 線や高エネルギー粒子#24979@4.0-5.0s

80
HeII (303.8Å)

全くない．結論として，通常の核融合装置

100

I (103 counts/ch)ても，CCD 素子の損傷を示す白い斑点もHeI (584.3Å: 2-1)

また，2 次元の画像でスペクトルを観測し200

図４ 最近観測した(a) QUEST の VUV スペクトル及び
(b) LHD の EUV スペクトル．

― 192 ―

26 FP-27

űċ  Śň wƈƔ³ó¢ő³
[cM\ƃĜƍƘ ċŵÉôīŨè ƄÇ³ójō½À ƄÇŜø[cM\ç¶1ç¹09+®ĆŃ+@¹ÓTgDPe[cM\1ƃĜƍƘCpėĆŃ#ŌÇIU/.4ċC Ç!@-0=(+ľƓłƅºƔC²ù!@-2ĉ ł/Ž-ŘåA+@ Ź³,2TgDPe[cM\1ƋƐ0Ĩ¨?Ê8ƍƘ0*ēoƍƘCÂ
ċƋƐƃĜ-ÂĞ«ċ1ƍƘŤC³!@-CƁł-!@B#+ƃĜIU0ƈ>A@ƍƘäCÐą1ƍƘŃ0t(&;14-Æňz!@-CƁł!@$+ŦűÅ­[cM\1Ō®ƔCÂĶ!@ÞCƁÙ![1, 2]
 uŦűÅ -śƈ>A@ářűÅ>1ƙƎ1ňÇľƓzîƊ@1,2/-Ľł/´ŶĿƐ0@ƙƎ1ňÇC.1=0ï!@
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 ç¶,2ƃĜ¹û,1¥óGgK`1ŠACŘ!@Ĭ/ĆŴCœ&
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&[3] n 2[cM\żň rć0ç¶°Cqƈ!@íƊƃĜ© L-H ēo1=

― 193 ―

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C ľþWchL1ť<êřŅŞĠ- Ŗ)1Ŷŷ,Ý8&;1,@ƒèƎA+@Þ2|ìŚƊ1ŕ,(&Inagaki >1Ţ´2ƃĜ1wŋÁ0Æâ·0ź:Ê7A&;1,@ÞCſã&úÒ0xňŲŐ1á§ÂĞCůč
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~řŗƔ1ëƑá0ģ>At < t0 ,2~řt > t0 ,2Û-kę0@êł/~řŲz0Ĩw+yƐ1kĴ,2xňŲzkęĵACà)×ł_Se
1ýÇ,2ŲŐĳ 0ÐĬÐö1$A%ACť!@-yƐ1ƎA&kĴ,2
"A;56ő =/kęĵACã! p)1áľĈCà) &íƊ1ƅĘ-2n/?ç¶Ġ,2ŲŐĳ 0 1kę2×_Se-ƕß1ĵACã!~ř on-off 1Ā£1ŅĮ2"(-ġáľĈ,ŅĮA+@ſ>0ŭĈ1áľĈ¢Ĥ+@íƊ´ŏA+&Źæł/ƂĭCŢ´&-º@1Ġ1ŪųĊCŘ!@m1ŇƔCĢ&Ɩ3āÊ8ŷCÑƈ&Þ,~řŲŐêşĈ1ÆĻşŻÆČň,Ġ!@Þŝ0/(&âââŊ1
ÆĻş1§ůũCť!@Þ,įò/×_SeŠA+@ÞCŘ!@ŶŷCã&[6, 7]A0=?ƚż/®Ġŝ/ĬªěĴ',2/»>A&÷Ĉ
1kĴ180ĠSO»>A@=/Ā£0(+;ƃĜ1¥óGgK`1ŠACç¶ł0Ġ!@Þŝ0/(&ĦĈ1ç¶Ġ<ƍƘčCĚƌ!@ĚÇƘŰC7-:ŢŨ&[2, 8]

êł/áŲzCà)~ř_KafJbh0Ĩ!@xňďŐ1á§ŲzCã!Îğ×_Se1ýÇ1Ą@ūrğç¶Ġ ć C;&>!Ā£ ÐüĲêł/ŗƔ1ŲŐĸĲzţ¬(r/a) 0.37, 0.82 ,1êłxňŲŐÐ
yĲxňŲŐ1áţ¬ƀü1ĕħĝ,@[5]

― 194 ―


 1 Inagaki >1Ţ´2xň¾š<żň¾šŊ1íƊÃ>A+&řƔŲĈ
1ĥ0ƃĜCØ@ąřƔŲĈ@ÞCã+@
 ƍƘł01Ƃĭ0é?Ė8[cM\1kę§7,ƋƐƃĜ1ƂĭCĺ&$+ ůũĈCŲ«!@Ɣ 0ķƁ!@Þ,[cM\1~řŗƔĽĎ0řƐCŲz#@ŝĊCÙŁ&[9, 10, 11]íƊ1č2ůũĈ1Ųz \QGLEF
eůũ>1"A CÃÖ!@-2(& ůũĈCŲ«!@Ɣ 0ķƁ!@Þ2ž(&$1ƔCŨ¹!@Xc^O-+ŀiA+?ą&0ŦűÅĊCŨ¹!@Xc^O h ŒŗA&ƋƐƃĜ©Ĉ
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Inagaki >1Ġ2ůũĈ1\QGLEFeůũ>1µĹ/"ACÔ@Ĕ0řƐŲz+@ÞCã+@$AYLRdJL0¹A@ą&/řƔł/Ɣ
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ēo0@á§PDV]QGL1âç¶ĠCé?7-:+ŢŨ&[14]

 [1] P. H. Diamond, S.-I. Itoh, K. Itoh: Physical Kinetics of Turbulent Plasmas, (Cambridge
University Press, 2010) 570 pages[2] ] S.-I. Itoh, et al.: Project review J. Plasma Fusion Res. Vol.90, No.12 (2014)793[3] S. Inagaki, et al.: Nucl. Fus. 53 (2013) 113006[4] S.-I. Itoh and K. Itoh, Phys. Rev. Lett. 60, 2276 (1988).
[5] S.-Inagaki, et al.: Dynamic method to study turbulence and turbulence transport , IAEA
Conference on Fusion Energy, 2014, St. Petersburg, paper EX2-1[6] S. Inagaki, et al.: Plasma and Fusion Research 8 (2013) 1202173[7] S. Inagaki, et al.: Plasma and Fusion Research: Rapid Comm. 9, 1202052 (2014)[8] K. Ida, et al.: Nucl. Fusion 55 (2015) 013022[9] Itoh, S.-I. and Itoh, K.: Sci. Rep. 2 (2012) 860[10] Sanae-I. Itoh, Kimitaka Itoh: Nucl. Fusion 53 (2013) 073035[11] Yusuke Kosuga, Sanae-I. Itoh, Kimitaka Itoh: JPS Conf. Proc. , 1, 015002 (2014)[12] K. Itoh, et al.: ITC 24 (2014) paper I3.
[13] S.-I. Itoh and K. Itoh: Nucl. Fusion 54 (2014) 114017[14] T. Kobayashi, K. Itoh, et al.: Nucl. Fusion 54 (2014) 073017― 195 ―

― 196 ―26 FP-28
先端電子顕微鏡を用いた粒界破壊の動的観察実験
先端電子顕微鏡を用いた粒界破壊の動的観察実験
東北大学
・目的

金属材料研究所東北大学 金属材料研究所
松川義孝 44松川義孝
歳 男 44 歳

男

・目的

本研究は、応用力学研究所に今年度に導入された最新鋭の球面収差補正機構付き透過型
本研究は、応用力学研究所に今年度に導入された最新鋭の球面収差補正機構付き透過型
電子顕微鏡 電子顕微鏡
JEOL JEM-ARM200CF
JEOL JEM-ARM200CFの機能を最大限に活用した、原子力材料の構造寿命予測の機能を最大限に活用した、原子力材料の構造寿命予測
モデルを確立するために必要不可欠な基礎研究である。原子力材料の寿命を損なう脆化モ
モデルを確立するために必要不可欠な基礎研究である。原子力材料の寿命を損なう脆化モードの一つである粒界破壊は、材料中の結晶粒界に偏析した不純物が原因で起こることはードの一つである粒界破壊は、材料中の結晶粒界に偏析した不純物が原因で起こることはよく知られているが、そのメカニズムの詳細は未だ明らかではない。例えば、申請者は最よく知られているが、そのメカニズムの詳細は未だ明らかではない。例えば、申請者は最近、割れた粒界の両破面を精密に組成分析した結果、同じ粒界であっても不純物濃度が場
近、割れた粒界の両破面を精密に組成分析した結果、同じ粒界であっても不純物濃度が場
所によって異なることや、粒界は必ずしも偏析濃度ピークのところを境にして均等に割れ所によって異なることや、粒界は必ずしも偏析濃度ピークのところを境にして均等に割れる訳ではないことを見出した（Fig.
る訳ではないことを見出した（Fig.
1）が、これらは従来の理解・予想を覆す全く新しい知
1）が、これらは従来の理解・予想を覆す全く新しい知見である。本申請研究では、これらの新知見を足掛かりにし、最新鋭の電子顕微鏡を用い見である。本申請研究では、これらの新知見を足掛かりにし、最新鋭の電子顕微鏡を用いて、技術的に難易度の高い実験を行うことで、“破壊の起点はどこか？”というマテリアルて、技術的に難易度の高い実験を行うことで、“破壊の起点はどこか？”というマテリアル
サイエンスの古典問題を解明することを目指す。
サイエンスの古典問題を解明することを目指す。

Fig.1 |

不純物（硫黄）が偏析したニッケルの粒界割れのFig.1 |
不純物（硫黄）が偏析したニッケルの粒界割れのEDS マップ EDS マップ

・実験方法 ・実験方法

粒界に不純物を偏析させた金属試料を、透過型電子顕微鏡の中で引張り破断し、その破粒界に不純物を偏析させた金属試料を、透過型電子顕微鏡の中で引張り破断し、その破断過程を動的観察する
断過程を動的観察する（引張りホルダは自前の物を持参）（引張りホルダは自前の物を持参）。粒界に偏析した不純物の濃度を、。粒界に偏析した不純物の濃度を、破断前後で比較することによって、破壊の起点を不純物濃度の観点から議論する。組成分
破断前後で比較することによって、破壊の起点を不純物濃度の観点から議論する。組成分析に用いる 析に用いる
EDS（エネルギー分散型
EDS（エネルギー分散型
X 線分光）に関しては、S/N
X 線分光）に関しては、S/N比に優れた最高水準のも比に優れた最高水準のものが装備されている（冷陰極電界放出型電子銃、コンデンサレンズの球面収差補正機構、のが装備されている（冷陰極電界放出型電子銃、コンデンサレンズの球面収差補正機構、
直径 100 ミリの検出器）ため、偏析濃度が低い場合でも定量分析が十分可能であると期待
直径 100 ミリの検出器）ため、偏析濃度が低い場合でも定量分析が十分可能であると期待できる。従来の電子顕微鏡では、割れた粒界（自由表面）の結晶格子縞を観察する際に、できる。従来の電子顕微鏡では、割れた粒界（自由表面）の結晶格子縞を観察する際に、格子縞が実際の試料位置よりも外側まで滲み出てしまい、どこに現れた格子縞が粒界の真格子縞が実際の試料位置よりも外側まで滲み出てしまい、どこに現れた格子縞が粒界の真― 197 ―

の情報を反映しているのかがわからないという問題があった（image delocalization と呼ばれる問題である）。これは顕微鏡レンズの球面収差に起因する問題であり、本電子顕微鏡は正にこの点を改善した仕様となっている。破断過程の動的観察は技術的に極めて難しい実験
だが、破断前後の組成分析は比較的容易である。しかし、この電子顕微鏡では容易にできる“破断前後の粒界組成の比較”や“割れた両破面の同時観察”は、粒界破壊の研究にこれまでよく用いられてきたオージェ電子分光法や 3 次元レーザーアトムプローブでは、やりたくてもできない分析である。これが本研究で期待できる成果の新奇性についての、最低保証ラインである。
・研究経過及び結果
放射線従事者登録の書類手続きが難航したため、電顕を使用できたのは 2/24~2/25 の 2日間のみであった。他のユーザーと共に装置の使用方法についてガイダンスを受講するという制約があったため、引張りホルダを使用した本格的な実験は行わず、装置の操作方法
をマスターすることを主目的として、難易度の低い試料の分析を行った（Fig. 2）。この試料の元素マッピングは、分析に特化したこの電顕では容易であったが、これとは仕様が異なる同型機種（ショットキー電界放出型電子銃、対物レンズの球面収差補正機構、直径 30ミリの検出器）では、微細な析出物をここまで鮮明に映し出すことはできなかった。尚、このデータは本申請課題である粒界の研究テーマとは直接関係していないが、単なるテス
ト分析という訳ではなく、現在投稿中の論文に必要不可欠なものであるという意味で有意義な実験である（Nature Physics のレフリーからのコメントに対応するための追加データ）。
この他に、これとは別の電子顕微鏡を用いて原子レベルの動的観察技術のノウハウ蓄積は着々と進めており（Fig. 3）、次年度からの本格的な実験に向けて、準備は整いつつある。

Fig. 2 |2 相ステンレスに析出した金属間化合物 G 相と Cr-rich α′相の EDS マップ

Fig. 3 |

進展するクラックの原子レベル動

的観察

・成果報告
実験開始が 2/24 であったため、この成果報告書を執筆している時点（2/28）では、論文及び学会発表は無し。

― 198 ―

26 FP-29
D-C-N 反応性低温プラズマによる炭素堆積膜中への水素同位体吸蔵制御金沢大学理工学域電子情報学系

上杉喜彦

１．はじめに核融合装置の壁材料はプラズマとの相互作用によって装置内で再堆積層やダストを形成する。核融合燃料であり，放射性物質であるトリチウムの堆積物への取り込みは放射性物質の炉内残留を引き起こし，またダスト粒子飛散による放射性物質拡散の可能性があるため，安全面で大きな問題となっている。壁候補材の一つである炭素材料は低 Z 材で耐熱衝撃性に優れるため、今までの核融合実験装置のプラズマ対向壁として広く使用されてきたが、核融合燃料である水素同位体による損耗率が高いため多量の再堆積層およびダストが生成されること、またこ
れらの炭素系堆積物に多くの水素同位体が取り込まれることが問題となっている。これまで、Heliotron-DR 装置を用いた低温・低密度水素プラズマに炭素不純物としてメタン (CH4) を用いた水素化炭素膜堆積実験により、水素・メタン混合プラズマにわずかな窒素導入（QN/QH~0.05)
によって炭素膜堆積が大きく抑制されることを見いだしている。
２．Heliotron-DR における重水素ベンゼンを用いた炭素不純物導入
図１に Heliotron-DR を用いた炭素膜堆積および重水素吸蔵の実験概要図を示す。これまで炭素不純物源としてメタン (CH4) を用いてきたが、今回、将来の昇温脱離分析（TDS) なども考慮
して軽水素を極力含まない水素化炭素膜堆積とその抑制実験を行うために、炭素不純物として重水素化ベンゼン (C6D6) を用いた実験を行った。窒素導入に伴う原子・分子反応の解明のために、
3 台の四十極質量分析器を主排気ダクトおよび加熱試料台の差動排気系に接続し排出ガス分析を行った。また、可視分光器により発光粒子分析を行った。水素化炭素膜の成長過程の観察のために加熱試料台に置かれたシリコン試料上に堆積する水素化炭素膜厚を分光エリプソメータで測定し、光学顕微鏡ならびに SEM で表面観察を行った。
図 2 にシリコン表面に堆積した水素化炭素膜堆積速度の表面温度依存性を示す。加熱試料台
を試料導入用ポート内側（円形真空容器壁面より ~4 cm 外側）の陰領域に設置した場合においても、メタンと同程度の ~ 数 nm/h 程度の堆積速度を持った炭素膜堆積特性を得たが、メタンと重水素化ベンゼンで異なる表面温度依存性が見られている。この異なる炭素膜堆積特性が炭
素不純物源の違いによるものか、または試料台の設置位置の違いによるものかについては、今後検討する予定である。以降、重水素化ベンゼンを用いた炭素膜堆積抑制実験は十分な炭素膜堆積が得られる Ts=300~320 K の温度領域で行った。
Deposition rate [nm/hour]10

図2

図 1 Heliotron-DR 装置 ( 断面概略図と試料台 ) と実験概要図― 199 ―

8

D2:20 sccm C6D6:2.1 mg/min
H2:20 sccm CH4:1 sccm
D2/C6D6 plasma

642

H2/CH4 plasma0
300 350 400 450 500 550 600
Surface temperture [K]メタンまたは重水素化ベンゼン導入による水素化炭素膜堆積速度の試料表面温度依存性

３．窒素導入による水素化炭素膜堆積と重水素吸蔵の抑制：窒素スカベンジャー効果
図 3 に重水素 / 重水素化ベンゼンプラズマ中に窒素を導入したときの質量分析結果を示す。
窒素導入に伴い、揮発性の ND3 や CN などの N を含む粒子分圧値の大きな増加が見られる。一方、可視分光測定からは CN 分子スペクトル強度の大きな上昇が観測されている。これらの観測結果は、窒素導入により低温領域で凝集性の強い炭化水素（CxDy）から非凝集性の NDz や
CN 系粒子が選択的に生成されたことによるものと考えられる（窒素スカベンジャー効果）。図4 に窒素導入に伴う水素化炭素膜膜厚変化を示す。窒素導入により水素化炭素膜成長が強く抑制されている。この炭素膜成長の抑制は、炭素膜中に吸蔵されている重水素量の低減効果をもたらすことが期待される。
図 5 に窒素ガスをステップ的に導入した時のND3, CD4(20)N2, DCN,
w/o N addition-3
主要な分子性粒子のガス分圧時間変化を示す。
with N addition
C2D2(28)10CN,ND2, CD3(18)水素化炭素膜堆積の抑制に主要な役割を果たす
C2D(26)
ND, CD2(16)揮発性 CN 系粒子や重水素吸蔵を抑制すること
N, CD(14)-41x10が期待される揮発性 ND 系分子の分圧上昇が見られる。また、これら揮発性ガス分圧変化の特-5性時間 (10~20 分 ) は、装置のガス導入 / 排気系
1x10の特性時間や炭素不純物導入時の炭化水素分圧変化の特性時間に比べてはるかに長く、導入さC D 11.6 mg/min addition-610
12 13 14 15 16 17 18 20 26 27 28
れた窒素が関与する分子反応は炭素堆積膜中へ
m/zの窒素原子の拡散と膜中での揮発性分子形成が
図 3 重水素 / 重水素化ベンゼンプラズマへの窒素強く関係していることを示唆するものと考えて導入有無によるガス分圧値の比較いる。
図６に同様に窒素導入量をステップ的に変化
60
C6D6 2.26 mg/min addition
させた時の重水素原子分圧の時間変化を示す。
50
窒素導入量の増加につれて、重水素原子の分圧
w/o N2 addition
40
はステップ的に増加する。この分圧上昇は、ベンゼン導入に伴い重水素を取り込みながら炭素30
膜が形成されていた（重水素化炭素膜の形成）
with N2 2 sccm addition20
系に窒素が導入されることで炭素膜中への重水
10
素吸蔵が抑制されたことを示すのもである。同0様な分圧上昇が、D2(m/z=4) や HD(m/z=3) にも見
300
320
340
360
380
400
Target surface temperture [K]られており、今後、詳細な重水素吸蔵量の評価
図 4 堆積膜厚の試料表面温度依存性を行い、窒素導入による重水素吸蔵抑制効果を明らかにする予定である。
2

Partial pressure [Pa]2

6

C6D6 6.17 mg/min addition

Partial pressure [Pa]-310

N2, DCN, C2D2(m/z=28)
ND3, CD4(m/z=20)

N2 [sccm]
0 0.4

0.8

1.2

1.6 2.0
ND, CD2(m/z=16)

-4

1x10

-5

1x10

CN, C2D HCN, C2HD
(m/z=26) (m/z=27)

-6

10

60

120

180

240

300

360

420

480

Partial pressure [a.u.]-2

10Absorption/desorption
16
rate of D [10 /min]

Film thickness [nm]60.000400.000350.000300.000250.000200.000150.00010

Time [min]図5

重水素 / 重水素ベンゼンプラズマ中への窒素導入に伴う分子性ガス分圧の時間変化

6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4

Desorption

C6D6 6.17 mg/min

0.0

0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
Nitrogen gas flow rate [sccm] Absorption
D, H2(m/z=2)N2 [sccm]

0
210

0.4
240

270

0.8

1.2 1.6 2.0

300

330

360

390

420

Time [min]図6― 200 ―

重水素 / 重水素ベンゼンプラズマ中への窒素導入に伴う重水素原子分圧の時間変化

26 FP-30

dja]iY[PW<_\NIELHMKJFGTj^@Y[@ceXbZ
Thermal release property of hydrogen absorbed and stored in lithium oxides ceramics for fuel cells

ď·Öięiÿ ê\ Ă
Bun Tsuchiya
Faculty of Science and Technology, Meijo Univ.

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26 FP-31
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12

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Conditions
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 1373 K, 300 torr, 1 h

0
500

1000

1500

Temperature (K)
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  YSZ

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8 10

-6

6 10

-6

4 10

-6

2 10

-6

0

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Hydrogen molecule(3, 4)
Water vapor molecule(19, 20)

1173

1273

H mol / 1 mol ZrO2

Mole fraction (mol D / mol oxide)xùŁÓă7>ÓđÒł+x

10

-4

10

-5

10

-6

10-7

10-8
0.4

1373

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1000/T (1/K)

Loading temperature (K)
	
  	
  	
  	
  Ņ	
  TDS ½ YSZ Hashizume (c-ZrO2 in DT)
 Yamanaka (m-ZrO2 in H2O)
 Park (t-ZrO2 in H2)
 Present data (c-YSZ in D2),´q7>ù	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ņ	
  =P;F2YÓăßęĬ

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― 204 ―

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ZiAĆH?î74ê34CS"Ğ0PGtXZiøEÕàúĆF!sºF83Æ7¶

EYbg[%Dnâ9S;M!ď¿ÚEÁĤOYbg[%DP=?čx9S"5E;M!sºF
83Æ7¶EYbg[%]d\ag2¦-¶ħD0-?!ĞtXZiøEÕàúĆ2Ì¿Õ#Õñ~õDJ9¤|VėQ1D9S5A2Åĝ@,S"Èqa$Ù§ÞµxĊ@,S CeO2 2¨ ·Vk´r½e(TEM)2Ñ ´,%47DT¥\2
Ñ 47D2z /´ 47D2¢)|1¡47DÂW#$¦"ÏÓ/m[Õ47DÂW#$¦2Ð^/47D"`'Nf"¬&Èºµ$!ÙµxĊ@,S  VæÍA7!Ğ0PGtXZiEF83Æ7ãÉĆOù¶Ħ¤|CB2pCSÑw@EÌ¿Õ#Õñ~õVėQ1D9S5AVĘöA
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― 205 ―

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(1) K. Yasunaga, K. Yasuda, S. Matsumura, T. Sonoda, Nucl. Instrum. Meth. B 266 (2008) 2877.
(2) K. Shiiyama, T. Yamamoto, T. Takahashi, A. Guglielmetti, A. Chartier, K. Yasuda, S. Matsumura,
K. Yasunaga, C. Meis, Nucl. Instrum. Meth. B 268 (2010) 2980.
(3) S.Takaki, T. Yamamoto, M. Kutsuwada, K.Yasuda, S. Matsumura, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
'Advances in Materials for Nuclear Energy' 1514 (2013) 93.
(4) js o h©X×Ã2015.
(5) M. Kiritani et al.: J. Phys. Soc. Japan 35 (1973) 6.

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― 206 ―

26 FP-S1
各種磁場配位での周辺揺動研究
広島大学大学院工学研究科 西野信博
目的と特徴
核融合プラズマを実現する上で重要なキーとして，今なお閉じ込め制御，定常化が挙げられる。特に，閉じ込め制御に関しては，周辺プラズマにおける乱流状態を抑制・制御する必要があり，そのための実験や理論的研究、あるいは，シミュレーションが盛んに行われている。既に、多種の磁場配位で突発的な粒子・エネルギーの掃出しを伴う乱流現象が観測されており、この乱流 %ORE と称される はプラズマと磁場との相互作用において一般的な物理現象と認識されている。
日本における核融合研究では、全国に種々の磁場配位の装置が稼働している。代表的な直線磁場配位
は筑波大学の *$00$ があり，ヘリカル型配位では /+' や +HOLRWURQ-，また，ＳＴ，あるいは，トカ
マク型配位では，九州大学の 48(67 がある。このように，現時点で稼働している実験装置の磁場配位の種類は世界一といってよい。そこで、本研究会の目的は、日本の利点を生かし、上記多種の磁場配位の装置で実験的に観測されているエネルギー閉じ込め特性（エネルギー・粒子閉じ込め時間）の向上を阻む周辺プラズマ乱流の計測結果を統一的な視点でとらえようとする試みである。
最終年度の本年は，今までの計測結果のまとめ，また，最新の乱流の計測結果の紹介，今後の乱流計測の計画などを参加者で議論し、乱流現象に対する理解を深めることにある。主催者の個人的な偏見ではあるが、この３年の間に装置間での乱流研究の知見の交換ができ、磁場配位との関連性が見え始めてきた感があり、本研究会を開催できて本当によかったと思っている。
以下は、本年度開催した研究会の情報である。
プロシーディングスを含む詳細な資料（３年分）は，応用力学研究所の +3 （https://storage.iii.kyushu­
u.ac.jp/public/9WVQAAhIXQ4ANkABupJLJpmPlqPTpNUeHiaozvj7SfV9）にパスワード付で掲載している。参加者以外で情報を得たい方は，西野（広大），発表資料の各担当者，もしくは，所内世話人図子秀
樹教授に連絡されたい。

研究会日程とプログラム
日時：平成 27 年 2 月 13 日（金）  会場：九州大学応用力学研究所 QUEST 棟２F 会議室  代表者：西野信博（広島大学大学院工学研究院、准教授）
  所内世話人：図子秀樹
  トピックス：各装置における周辺乱流研究の紹介と今後の計画など
プログラム
13：00－13：15 Opening address by Nobuhiro Nishino (Hiroshima Univ.)
Chair: Nobuhiro Nishino (Hiroshima Univ.)
13：15－14：15 ヘリカル・直線型装置における静電揺動解析E\+LURKLNRTanaka (NIFS)― 207 ―

14：15－14：20 (Coffee Break)
14：20－15：20 ヘリオトロン-装置における揺動研究E\Shinsuke Ohshima（Kyoto University）
15：20－15：25 (Coffee Break)
15：25－15：55 直線円筒形プラズマのためのトモグラフィアルゴリズムの開発 'HYHORSPHQW RI
7RPRJUDSK\$OJRULWKPVIRUD/LQHDU&\OLQGULFDO3ODVPD E\大野 翔（Kyushu University）
15：55－16：25 直線プラズマ装置 PANTA におけるトモグラフィーシステムを用いたプラズマ揺動とコヒーレンスモード構造解析 by 高橋 宏輔 (Kyushu University）
15：25－16：55 多チャンネル多波長分光による直線プラズマのトモグラフィーと乱流特性解析(Tomography and Turbulence Characterization Observed with Multi­channel and Multi­wavelength Spectroscopic
System in Linear Cylindrical Plasma) by 武次 克哉（Kyushu University）
16：55－17：00 Closing Address by Nobuhiro Nishino (Hiroshima Univ.)

参加者名簿
西野 信博 （広大院・工学研究院・准教授）
大島 慎介 （京大・エネルギー理工学研究所・助教）
田中 宏彦 （核融合科学研究所・助教）
恩地 拓己（九大応用力学研究所・研究員）
大野 翔 （九大応用力学研究所・修士)
高橋 宏輔

九大応用力学研究所・修士)

武次 克哉

九大応用力学研究所・修士)


発表概要は、以下のとおり。
１．H. Tanaka
LHD における研究成果と進捗状況について
Plasma Blob 輸送、非接触プラズマ中の間欠的輸送に関しての発表
GAMMA 10 における研究成果と進捗状況
コア－エッジ揺動相関に関する発表
２．S. Ohshima+HOLRWURQ-における長距離相関に関する研究発表
瞬時位相差を導入した信号解析に関する発表
３．S. Ohno 直線装置 PANTA プラズマを対象としたトモグラフィー解析の開発に関する発表
４．H. Takahashi
 直線装置 PANTA プラズマの揺動解析（主に、スペクトル解析、モード解析）に関する発表
５．K. Taketsugi
 直線装置 PANTA プラズマの ArI, ArII の発光強度分布と揺動スペクトルに関する発表装置としては、直線装置 GAMMA 10 と PANTA、環状装置 LHD, Heliotron J の発表があった。最後に、３年間の間いろいろご協力いただいた応用力学研究所特に，48(67 関係者に深く感謝いたします。
― 208 ―

26 FP-S2
共同利用研究集会	
 第 12 回トロイダルプラズマ統合コード研究会	 12th Burning Plasma Simulation Initiative (BPSI) Meeting
研究代表者	
  京都大学	  福山淳
所内世話人	
  糟谷直宏１．研究集会の開催目的
応用力学研究所においては、これまで京都大学との共同研究により核燃焼プラズマ統合
コード構想を発足させ、活動を行ってきた （プロジェクトの詳細はhttp://bpsi.nucleng.kyoto-u.ac.jp/BPSI/）。このプロジェクトは、科研費「核燃焼プラズマ統合
コードによる構造形成と複合ダイナミクスの解析」(2004~2006)、「統合コードによる ITER
プラズマのマルチスケール物理に関する総合的研究」(2007~2010)、「トロイダルプラズマの運動論的統合シミュレーションコードの開発」(2008~2012)等によって部分的に支援されてきた。各年度の活動状況および次年度の活動計画を含めて成果報告会を毎年開催している。今回で第 12 回目となるが、そのうち、第 2 回〜第 8 回と前回第 11 回は応用力学研究
所の共同研究集会として開催してきた実績がある。前回よりトロイダルプラズマに対象を拡大し、炉心プラズマと周辺プラズマ、MHD 現象と輸送現象、高エネルギー粒子と乱流輸
送、加熱・電流駆動と長時間運転等の複合現象の統合モデリングおよびそのシミュレーシ
ョンについて、包括的なアプローチとして議論しようとするものである。
２．開催日時
開催日程： 2014 年 12 月 11 日（木）－ 12 日（金）開催場所： 九州大学応用力学研究所 2 階大会議室
講演数：23 件、参加者数：29 名
３．研究集会の内容
トロイダルプラズマにおける複合現象の統合モデリングおよびそのシミュレーションの進展について議論するため研究集会を 2 日間にわたって開催した。講演 23 件を内容別に分類するとトカマク統合シミュレーション 8 件、ヘリカル 5 件（うち統合シミュレーション
3 件、乱流 2 件）、SOL/ダイバータ 4 件、基礎 6 件であった。どれも質の高い研究成果報告であった。今回は SOL/ダイバータ関連のセッションを構成することができた。また、高周
波物理、運動論効果、材料特性などプラズマ複合現象のシミュレーションの基盤となる基礎研究の発表も数多く、幅広い研究内容を含む研究会とすることができた。本年も昨年に引き続き若手研究者による講演が 10 件以上あり、当該分野の若手育成も進んでいることを印象付けた。以下に講演内容を抜粋して説明する。
研究会の冒頭に SOL/ダイバータセッションを構成した。滝塚より SOL プラズマの輸送に重要な中性粒子拡散係数に関する考察がなされた。空間領域からの損失を表す成分が拡
散係数を小さくし、流体モデルと運動論モデルの差を埋め得ることが報告された。河村よ― 209 ―

り LHD 周辺プラズマシミュレーションについてダイバータ構造による輸送の違いが報告された。本間より新古典効果を含むモデリングと粒子シミュレーション計算がなされ、ピンチ項と温度遮蔽効果項の影響について報告された。
矢木からはプラズマ崩壊現象のシミュレーションについてレビュー講演がなされた。逃走電子の振る舞いを理解することが重要で、その生成機構、MHD 不安定性との結合による再分配、持続機構と制御、磁場摂動による逃走電子の損失について説明があった、また奴賀からは電子分布関数の hot tail による逃走電子生成について報告された。林からはJT60-SA の運転シナリオについて、統合コードを用いた予測の進展が報告された。藤田からは統合コード TOTAL へのピンチモデルと高エネルギー粒子効果の導入により不純物輸
送と sawtooth 制御についてそれぞれ議論がなされた。本多からは統合コード TOPICS に新古典トロイダル粘性を計算するドリフト運動論コードを組み合わせてトロイダル回転を評
価する取り組みに境界モデルを導入した進展について報告された。糟谷からはヘリカルコ
アプラズマの流体モデルを用いた乱流シミュレーションで、熱流束‐圧力勾配関係のヒス
テリシスとそこで働く揺動がもたらす輸送伝播機構が報告された。河野からはアンテナとプラズマの相互作用による RF シースの形成が報告された。福山からは TASK コードの進展について波動解析を中心に報告された。
輸送をモデル化しコードに取り入れることで、少ない計算量で実験を再現する取り組みが数多くなされている。登田はジャイロ運動論コード GKV-X によるイオン温度勾配不安
定性計算結果をモデル化し、LHD の輸送解析に取り入れた。横山は LHD 実験解析を
TASK3D-a コードを用いることにより効率化し、データベース作成および輸送スケーリン
グ導出を行った。LHD については村上、山口よりも NBI 加熱プラズマの解析結果が報告された。
基礎研究も進展をしている。大澤からは壁材料の水素吸蔵についての第一原理シミュレーション結果が報告された。Lesur からは運動論的非線形性と流体的非線形性を組み合わせ
た高エネルギー粒子駆動不安定性解析から、線形安定な領域での不安定性励起機構について議論がなされた。小菅、佐々木、服部からは基礎実験装置においても多様な乱流構造が形成され、核融合プラズマの構造形成と関連付けた研究が行えることが示された。
来年度も第 13 回研究会を九州大学で開催するべく応用力学研究所共同研究に応募する
こと、世代交代を促進していくことを決定し、閉会した。
４．研究集会プログラム(18 min talk+7 min discuss or 15min talk+5min discuss)
12 月 11 日(木)9:00 – 9:10 はじめに
福山 (京大)(座長：矢木)
9:10 – 9:35 講演 1-1
滝塚 (阪大)On the Fluid Modeling of Neutral Particle Transport in a SOL Plasma
9:35 – 10:00 講演 1-2
河村 (核融合研)Transport Modeling of Peripheral Plasma in the Open/Closed LHD Divertor Configuraionts
10:00 – 10:25 講演 1-3
本間 (慶大)Kinetic Modeling of Classical and Neo-Classical Transport for High-Z impurities in Fusion― 210 ―

SOL/Divertor Plasmas using Binary Collision Method
10:25 – 10:45 講演 1-4
東郷 (東大)Simulation Study of SOL-Divertor Plasmas Using a Virtual Divertor Model
10:45 – 11:00 休憩(座長：河村)11:00 – 11:25 講演 1-5
登田 (核融合研)How to Apply a Turbulent Transport Model Based on a Gyrokinetic Simulation for Helical
Plasmas11:25 – 11:50 講演 1-6
村上 (京大)Integrated Transport Simulation of High Ti LHD Plasmas by TASK3D
11:50 – 12:50 昼休み(座長：福山)12:50 – 13:15 講演 2-1
藤間 (原子力機構)
Integrated Simulation with the Fast Ion Fokker-Planck Modeling Consistent with the
Evolving Equilibrium in Tokamaks
13:15 – 13:40 講演 2-2
奴賀 (原子力機構)
Fokker-Planck Simulation of the Runaway Electron Generation in Tokamak Disruption
13:40 – 14:05 講演 2-3
Lesur (九大)Hybrid, Reduced Modeling of Coupled Energetic-Particle Modes
14:05 – 14:30 講演 2-4
佐々木 (九大)Formation Mechanism of Steep Wave Front in Magnetized Plasmas
14:30 – 14:45 休憩(座長：村上)14:45 – 15:10 講演 2-5
林 (原子力機構)
Integrated Modeling of JT-60SA Plasma Operation Scenarios with Model Validation andVerification
15:10 – 15:35 講演 2-6
糟谷 (九大)Simulation Study of Hysteresis in the Flux-Gradient Relation Responding to a Source
Modulation
15:35 – 16:00 講演 2-7
河野 (九工大)
Radio-Frequency Sheath-Plasma Interactions in a Semi-Realistic Tokamak Model
16:00 – 16:20 講演 2-8
山口 (京大)NBI Heating Analysis in Multi-Ion Species Plasma in LHD
16:20 – 16:35 休憩(座長：登田)16:35 – 17:00 講演 2-9
瀬戸 (原子力機構)
Development of L-H Transition Simulation Framework with BOUT++ Code17:00 – 17:25 講演 2-10
大澤 (九大)Isotope Effect of Hydrogen in Tungsten
17:25 – 17:45 講演 2-11
服部 (九大)Analysis of Ion-Temperature-Gradient Instabilities by Using a Gyro-Fluid Model in
Cylindrical Plasmas
17:45 散会
19:30 – 22:00 懇親会
12 月 12 日(金)9:00 – 9:05 事務連絡― 211 ―

(座長：糟谷)9:05 – 9:30 講演 3-1
藤田 (名大)Simulation on Tungsten Transport and Sawtooth Control in Tokamak Plasmas with TOTAL Code9:30 – 9:55 講演 3-2
本多 (原子力機構)
Toroidal Rotation Modeling with the 3D Non-Local Drift-Kinetic Code and Boundary
Models for JT-60U Analyses and Predictive Simulations
9:55 – 10:20 講演 3-3
小菅 (九大)Density Peaking by Parallel Flow Shear Driven Instability
10:20 – 10:35 休憩(座長：藤田)10:35 – 11:00 講演 3-5
矢木 (原子力機構)
Progress on Disruption Research by Integrated Simulation
11:00 – 11:25 講演 3-6
福山 (京大)Progress of Integrated Modeling Code TASK
11:25 – 11:50 講演 3-7
横山 (核融合研)
Statistical Approach for Predicting Energy Transport in LHD Plasmas Based on the
TASK3D-a Analyses Database
11:50 – 12:00 まとめ矢木
12:00 – 13:00 昼休み
13:00 – 17:00 核融合エネルギーフォーラムサブクラスター会合
17:00 散会
５．参加者リスト
氏名

所属

氏名

所属

鈴木隆

原子力機構

東郷訓

東大新領域

瀬戸春樹

原子力機構

本間裕貴

慶大理工

藤間光徳

原子力機構

藤田隆明

名古屋大学

奴賀秀男

原子力機構

稲垣滋

九大応力研

林伸彦

原子力機構

大澤一人

九大応力研

本多充

原子力機構

糟谷直宏

九大応力研

矢木雅敏

原子力機構

小菅佑輔

九大高等研

河村学思

核融合研

佐々木真

九大応力研

登田慎一郎

核融合研

花田和明

九大応力研

横山雅之

核融合研

Maxime Lesur

九大応力研

福山	
  淳

京大工

河津賢太朗

九大総理工

村上定義

京大工

仙頭寛輝

九大総理工

山口裕之

京大工

服部元隆

九大総理工

河野晴彦

九州工業大学

福永航平

九大総理工

滝塚知典

阪大工

	
 

	
 

― 212 ―

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What determines the SOL layer width?, L. Wang (ASIPP)
Particle transport and fueling effect on ELMs, X. L. Zou (CEA) `,hVo,ex
A. Turbulence suppression and transport barrier formation
Effect of magnetic topology on MHD activity and transport― 213 ―

B. Non-diffusive contribution of momentum and particle transport
C. Non-local transport and turbulence spreading and coupling
D. Energetic particles and instability
 gZ],\_Xlr °±¯dS,mj Whn,
D¬@ONM*~D $&#( EszC7N?-MD@¹£E6<KP¦¸7N;8*
K. Ida, J. M. Kwon, M. Leconte, W. H. Ko, S. Inagaki, Y. Todo, Y. Kosuga"The 4th Asia-Pacific Transport Working Group (APTWG) Meeting"Nuclear Fusion (2015) vol.55 017001¡EµH?Poster Prize1Ã4KN)ÙÏ 2âDÅtwCJMÕÞCJL)Ms. Dongmei Fan
Dalian University of Technology, China
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― 214 ―

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共同利用 研 究 成 果 報 告

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第

号 

18

平成

年度

26

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九州大学応用力学研究所

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26 特 4-1
26 ĉ 4-1
AlGaN öbęďćè(sĐª×%ÃÕù(ċĺmgØ
Study on Thermodynamics of Crystal Growth and Fabrication of AlN Nitride Substrates

íĔ ¬ï»Î

¬½îmîm] m}dÁĊÒĿÎ nÜ{ĭ ºîm _Ĳĺm}Á

čöbęďćè( AlN sĐ(ª×6}êÄ'īuævá:NC<?TVÕùġ MOVPE ġ 

K9JU9JváÕùġ HVPE ġ '03Õùßfþ(Ķg,!ā\ĥă(ý6ĩÿ%3
Ąk©Ĺ6Ĳ!HL9@+(_ĲĻ%#Ă¯Ýļx0* LED Light Emitting Diode 6ĵ
Ĳ!Ê±jiĎ143($) AlGaN ¦Ã(àÕ6Ó3%$òÈĎ(-$&@R=IVė(øÖ/cČ&ĎĉÔtë$3,!AlNGaN )´ÒíMXHL9@Ĳ©Ĺ%#/_ĲcČ$2Ăĺ(£ķĵĲĝoķ(ý'³3©Ĺ$
3ģ}$)ĄkÃ©Ĺ(£ĕ·b£uČb'#1) sĐą(O8AEIì'03ĝø2) ÕùĹ(~Õù`ă'03ĝø6¢41(ĝø'03'03àÕÓ
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14!°Í6'Õù¸6¢ AlN/-Al2O3 GYPWI6ª×3 ºîm'3}Ċį
¬½îm'#ª×! AlN/-Al2O3 GYPWI6ÀtsĐ%#ºîm'#èB@ı^Õù Solid Source Solution Growth; 3SG ġ'02 AlN Ĥ6éÙ33SG-AlN(0001)Õù$)
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― 216 ―

26 特 4-2
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26 特 4-4

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26 特 5-1
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Numerical and Experimental Strategies for Tidal Turbine Farms Design (Keynote Invited Lecture)
Pierre Ferrant (Director, LHEEA Lab, Ecole Centrale de Nantes, France)
The state of the art of the research and development activities in France on utilization of tidal current energy
is outlined. Major research projects in LHEEA Lab on marine renewable energy development are introduced,
including WEC, floating wind turbine, fixed wind turbine, and tidal turbine farm. Newly obtained research
results on numerical modeling, model tests and full scale testing are presented.
Offshore Wind Energy in the US and the Development of new IEC Design Standards for Offshore Wind
Turbines (Keynote Invited Lecture)
James Manwell (Director, Wind Energy Center, University of Massachusetts, USA)In this presentation, the IEC 61400-3 standard is explained, which is a set of design requirements foroffshore wind turbines, to ensure that wind turbines are appropriately engineered against damage from hazards
within the planned lifetime. Related researches on offshore wind turbine in USA are also introduced.
Downwind Rotor Technologies for Offshore Wind Turbines
Shigeo Yoshida (Kyushu University, Japan)
Downwind rotor is shown to be promising for floating offshore wind turbines. Researches on wind-rotoralignment, floating wind turbine stability, tower shadow modeling, and noise/infrasound measurement havebeen carried out and recently obtained results are presented.

― 225 ―

Numerical Simulations of Offshore Wind Turbine Wake Flows and its Supported Floating Platform
Flows
Decheng Wan (Shanghai Jiao Tong University, China)
An in-house CFD solver, naoe-FOAM SJTU 1.0, for viscous wake flows around offshore wind turbine isdeveloped. Major techniques on the solve are explained including: (1) Decoupled pressure field and velocity
field by PISO (pressure-implicit split-operator); (2) Free surface by level set; (3) Complex shape of ship hullis handled by overset grid technique; (4) RANS turbulent model and (5) High performance parallel
computation.
A Preliminary Design and Performance Estimation of an Ocean Current Turbine
Kohei Tokunaga, Hidetsugu Iwashita (Hiroshima University, Japan
Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) has proposed an ocean current turbine concept. In thisresearch preliminary design of the ocean current turbine are carried out and numerical simulation and modelexperiment are performed to study its performance of. studies.
CFD Simulation of a Horizontal Axis Tidal Turbine based on OpenFOAM
Cheng Liu, Changhong Hu (Kyushu University, Japan)
As a preliminary study, this paper presents the numerical simulation of a three bladed horizontal axis tidal
turbine (HATT) by OpenFOAM, in which the Reynolds Average Navier Stokes (RANS) equation with Shear
Stress Transport (SST) turbulence model is applied. The Multi Reference Framework (MRF) method isadopted for dealing with grid relative rotating or moving. The rotor pressure coefficients and wake vortex as
well as flow field information are presented in details. The resultant power and thrust coefficients of thesesimulations are compared with experimental results at various tip speed ratios.
Development of accurate and practical unstructured-grid model for interfacial multi-phase fluid
dynamics
Feng Xiao, Bin Xie (Tokyo Institute of Technology, Japan)
This talk presents a numerical solver for interfacial multiphase fluid dynamics on unstructured grids. The
fluid solver is based on a multi-moment finite volume formulation, where both the volume integrated average(VIA) and the point value (PV) are treated as the computational variables and updated simultaneously at eachtime step. The THINC method is used as the interface capturing method. Integrating these component
schemes and other physical models on the OpenFOAM platform, we developed a multi-functional numericalsolver on unstructured grids for interfacial multiphase flows.
Numerical and experimental study of the aero/hydrodynamics of FOWT in HEU
Liang Zhang (Harbin Engineering University, China)
Numerical and experimental researches on aero/hydrodynamics of FOWT, which are carried out in Harbin
Engineering University, are presented. A simplified non-linear model for coupled motion of FOWT is
proposed. Comparison between the numerical results and model test are carried out.
Prescreening of environmental conditions for dynamic analysis of floating structures
Dong-Hyun Lim, Taeyoung Kim, Yonghwan Kim (SNU, Korea)
As modern offshore platforms are operated in ocean deeper than ever, and the floating-type platforms are
getting popular. One of difficulties in the design of floating-type offshore platforms is to simulate theinteraction of body motion and mooring lines in the various conditions of ocean waves, wind, and currents.
This study introduces a new methodology and procedure to prescreen the severity of mooring loads in various
ocean environmental conditions. This method doesnt require huge CPU time and the accuracy is very
acceptable range. This study validates such reliability and accuracy by comparing the results of direct
simulation.

― 226 ―

Prediction of springing-induced tension on TLPs

Taeyoung Kim, Yonghwan Kim (SNU, Korea)
In this study, we develop a new method to predict the contribution of the second-order springing to extremeloads on TLP. Particularly the developed method is not based on direct simulation of load signal but based on
an analytic method which is more accurate and simpler than the numerical generation of load signals. The
statistical properties of the springing loads are predicted by using eigen-value analysis, and the extreme wave
loads are obtained by using such properties. The results are validated by comparing the results of statisticalanalysis of direct signal simulation, showing a very good correspondence.
Characteristics of Motions of a Floating Body for Offshore Wind Power Generation
Kyohei Kajino, Hidetsugu Iwashita, Yasushi Higo (Hiroshima University, Japan)
Three years ago, Kyushu Univ., Osaka Univ., some companies and us, Hiroshima Univ., launched out ajoint project to develop a new-type platform for offshore wind power generation, and proposed asemisubmersible type floating structure. Unlike the general offshore structures, the platform for offshore
wind power generation is usually installed at a site where we can expect abundant wind resources, that is,strong wind condition. Therefore it is easily supposed that the strong wind affects the motions of the platform
significantly. In this study, we investigate the effect of the static attitude of the platform (as a result of thesteady drift, sinkage, trim and heel) due to the strong wind upon the motions of the platform in waves.
Hydrodynamic prediction of FOWT with multiple wind-lens turbines
Yingyi Liu, Changhong Hu (Kyushu University, Japan)
In this study, a potential flow based numerical model is proposed for analysis of the dynamic response of an
offshore floating wind turbine system, with the consideration of hydrodynamic loads on the floating platform,
the aerodynamic loads on the multiple wind turbine, and the hydrodynamic loads on the mooring lines. A
semi-sub type floating wind turbine which is being developed in Kyushu University is analyzed by the
proposed numerical model..
Conversion efficiency of Backward Bent Duct Buoy
Yasutaka Imai (Saga University, Japan)
The influence of moment of inertia on the generation efficiency of a "backward bent duct buoy" wave
energy converter was investigated at the tank test in the RIAM, Kyushu University. And the experimental
results were compared with the result which was carried out in 2012. The highest efficiency was same order ofthe 2012 experiment. On the other hand, the generation efficiency became higher in a long wave region.
Measurement of sloshing flows using Particle Image Velocimetry
Jieung Kim, Sang-Yeob Kim, Yonghwan Kim (SNU, Korea)
This study is the first step of the measurement of fluid velocity in sloshing flow fields. PIV has been
applied to measure the velocity field in a 2D tank which is under regular harmonic motion. The difficulty inthis application is the sloshing flow is unsteady and sometime very violent. In this study, as the first trial of
PIV application, sloshing flows due to small amplitude excitation are generated, and the velocity vectors in adomain near tank wall are measured. The measured velocities are compared with the analytic solution basedon potential theory. It is shown that the current PIV measurement has very fair agreement with the analytic
solution of linear boundary value problem.
Zero scattered-wave energy and wave pattern in cloaking phenomenon
Takahito Iida, Mariko Miki, Masashi Kashiwagi (Osaka University, Japan)
Present study has revealed that scattered wave can be estimated by the scattered-wave energy and can bepractically zero by arranging some outer optimized bodies, and zero wave drift force is also achieved as well.

― 227 ―

These can be confirmed not only numerical computation but also model experiment. Thus cloaking may bepractical application so as to reduce the wave drift force.
Development of an ocean current turbine at OIST
Katsutoshi Shirasawa, Tsumoru Shintaki (Okinawa Institute of Science and Technology, Japan)
Our ocean current turbine will be moored from seabed to convert the kinetic energy of the marine current
into electricity. So, a stability of the mooring system is an important issue to realize this power takes off
system. In order to verify the mooring system, we have developed a scale model of the OIST ocean current
turbine. The scale mode was set in a circulation water channel. we have observed the stability of the floating
body under various flow and wave conditions. The experimental results have demonstrated that the mooring
system works stably.
Offshore wind farm experiment using Wind-lens turbines
Tomo Nagai (Kyushu University, Japan)
This study presents the results of our first offshore hybrid energy farm experiment in Hakata bay, Fukuoka,
Japan. One of the main goals of this experiment was to clarify the advantage of wind farming at offshore
locations, even relatively short distances from the adjacent shore, with typical annual average wind speed inJapan. The floating platform is equipped with new type of highly efficient shrouded turbines, named theWind-lens turbine, developed at Kyushu University. This experiment is a significant step toward
next-generation mid-size offshore hybrid farms.
Recent Progress of Tidal Current Power Projects in Japan
Yusaku Kyozuka (Kyushu University, Japan)
Present status of the tidal current power generation is introduced in several aspects such as the total power
potential of tidal currents of the world, R&D of the tidal power devices, and the information of the fielddemonstration sites together with the ongoing projects of the world. The characteristics of tidal power devices
including the horizontal- and vertical axis turbines, oscillating wing devices, and the vortex induced vibration
devices are discussed. Recent situation of the tidal current power generation in Japan is explained about thetrends of financial supports, feed-in tariff system started from 2012 and the ongoing projects supported by the
public funding. Finally, the outline of the joint project by the Ministry of Environment and NEDO, (New
Energy and Industrial Technology Development Organization), which our group deeply concerns as aconsortium member in the demonstration experiments in Goto Islands, Nagasaki Prefecture, is briefly
explained.
æ×8EQ;G4K#gÐ 3:TD"²#Ùä-{t).fíÐÀ»ÐÀæÖîÐÀÏïÐÀ! #fæ8EQ;êçÞß"m·|3¤* Ýl3
!#{tc$]î{8EQ;nÒqwY{t@UAv=UI>7
K International Symposium on Ocean Renewable Energy Technologies +vÆg!.12 z 19 Ë"GOU?5LP9¹-ºâ!{t",.ÉÜ\3 )µµjÄuxµjÂµj^Êajqµj-#{tÐÔ 20Ëà#fæ8EQ;gÐ3{t"åX
r!{tcÌ·0 /3i¡― 228 ―    ( B 2014E< 26C
- 1B+ B@; : ,8>%HJ%.):F& 6 # W601 5

19 December (Friday)
13:00 - 13:10

Opening Address
Yuji Ohya (Director, RIAM, Kyushu University, Japan)

13:10 - 14:00

Keynote Invited Lecture
Numerical and experimental strategies for tidal turbine farms design
Pierre Ferrant (Director, LHEEA Lab, Ecole Centrale de Nantes, France)

14:00 - 14:50

Keynote Invited Lecture
Offshore Wind Energy in the US and the Development of new IEC Design Standards for
Offshore Wind Turbines
James Manwell (Director, Wind Energy Center, University of Massachusetts, USA)

14:50 - 15:00

Coffee break

15:00 - 15:30

Downwind Rotor Technologies for Offshore Wind Turbines
Shigeo Yoshida (Kyushu University, Japan)

15:30 - 16:00

Numerical Simulations of Offshore Wind Turbine Wake Flows and its Supported Floating
Platform Flows
Decheng Wan (Shanghai Jiao Tong University, China)

16:00 - 16:30

A Preliminary Design and Performance Estimation of an Ocean Current Turbine
Kohei Tokunaga, Hidetsugu Iwashita (Hiroshima University, Japan

16:30 - 17:00

CFD Simulation of a Horizontal Axis Tidal Turbine based on OpenFOAM
Cheng Liu, Changhong Hu (Kyushu University, Japan)

17:00 - 17:30

Development of accurate and practical unstructured-grid model for interfacial multi-phasefluid dynamics
Feng Xiao, Bin Xie (Tokyo Institute of Technology, Japan)

20 December (Saturday)
9:00 - 9:30

Numerical and experimental study of the aero/hydrodynamics of FOWT in HEU
Liang Zhang (Harbin Engineering University, China)

9:30 - 10:00

Prescreening of environmental conditions for dynamic analysis of floating structures
Dong-Hyun Lim, Taeyoung Kim, Yonghwan Kim (SNU, Korea)

10:00 - 10:30

Precition of springing-induced tension on TLPs
Taeyoung Kim, Yonghwan Kim (SNU, Korea)

10:30 - 11:00

Characteristics of Motions of a Floating Body for Offshore Wind Power Generation
Kyohei Kajino, Hidetsugu Iwashita, Yasushi Higo (Hiroshima University, Japan)― 229 ―

11:00 - 11:30

Hydrodynamic prediction of FOWT with multiple wind-lens turbines
Yingyi Liu, Changhong Hu (Kyushu University, Japan)

11:30 - 12:00

Conversion efficiency of Backward Bent Duct Buoy
Yasutaka Imai (Saga University, Japan)

12:00 - 13:00

Lunch

13:00 - 13:30

Measurement of sloshing flows using Particle Image Velocimetry
Jieung Kim, Sang-Yeob Kim, Yonghwan Kim (SNU, Korea)

13:30 - 14:00

Zero scattered-wave energy and wave pattern in cloaking phenomenon
Takahito Iida, Mariko Miki, Masashi Kashiwagi (Osaka University, Japan)

14:00 - 14:30

Development of an ocean current turbine at OIST
Katsutoshi Shirasawa, Tsumoru Shintaki (Okinawa Institute of Science and Technology,
Japan)
Kohei Tokunaga, Hidetsugu Iwashita (Hiroshima University, Japan

14:30 - 15:00

Offshore wind farm experiment using Wind-lens turbines
Tomo Nagai (Kyushu University, Japan)

15:00 - 15:30

Recent Progress of Tidal Current Power Projects in Japan
Yusaku Kyozuka (Kyushu University, Japan)

15:30 - 15:40

Closing Remarks
Hidetsugu Iwashita (Hiroshima University, Japan

― 230 ―

26 特 5-2

" 26  %&   #$!%  

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― 232 ―

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S>NţHřÌ0ýŸB*S  Šóig]Òĝ   ig]şHŤ·   ƀšŝ"ƀ#%#ŠýFPSŠóÒĝHŇ ŠýFĤ9SŠó¦şFáŷ9Sw!v~jčŢ;WĭƀF@+AI<T=Tīƀīw!v~jFĤ9SŇVL:«NŠóHerg_FP?AûŎFĘº
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― 233 ―

čŢ;WĭƀFPSŤ·čŢ;WĭƀFPSƀ

Table 2 ŠóHă¿ig]ű/QHkf|Ø6
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Ðƀ¶Ď
1.02
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20m/s
Šý
168659N

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60m/s
878018N

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PSŇ0ÛOÁ7+>NŠó¦şHÒĝĘºHĄÞE½ŉ0ÑFśŸB*S5C0
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1.30E+02 2.65E+00
3.59E+01 9.48E-01
Ɔ
1.15E+02 2.40E+00
3.20E+01 9.31E-01
Ƈ
1.31E+02 2.52E+00
3.35E+01 8.74E-01
ƈ
1.16E+02 2.32E+00
3.20E+01 9.31E-01( ¼Ã µùĨF.+AŗĴHŞģíŶĆŠƀŗłeh!cy~HÒĝŗF¤Ɓ7
ŞģÒĝHŌFŠóÒĝHŠóìý.PJŠýFĤ9SÒĝŇVĵKoX!dn{hX.PJĄÞÒĝ½ŉHśŸEşšVŰQ/F7>

― 234 ―

26 特 5-3
荒天下にて浮体式洋上風力発電プラットフォームの係留索に働く最大張力の推定
神戸大学大学院海事科学研究科

橋本 博公

研究目的
我が国の浮体式洋上風力発電を考える際には、台風や津波来襲時の安全性確保が重要な課題となる。
特に浮体式プラットフォームの位置保持に係る係留索の破断は深刻な漂流事故に繋がりうるため、係留索に作用する変動張力、最大張力の推定は破断の有無を検討するうえで不可欠である。本研究では浮体式洋上プラットフォームの定量的な安全性評価手法を構築すべく、粒子法にもとづく強非線形水波中での波浪外力推定と係留索の動的解析、さらには風外力推定手法を組み合わせることで、極限的な荒天下における浮体式プラットフォームの動揺予測と係留索に作用する最大張力の推定を試みる。

数値計算の概要
台風来襲時のような極限的荒天下での波浪外力の推定のため、強非線形自由表面流れの数値解法として知られる粒子法を用いる。粒子法の中でも完全陽解法の SPH 法は並列化効率に優れ大規模計算に適している。そこで本研究では SPH 法のオープンソースである DualSPHysics を流体ソルバーとして用いた。
DualSPHysics は演算処理に CPU ではなく GPU を使用しており、安価な計算機でも数千万粒子の計算が実行可能である．

計算結果（2 次元）
まずは数値計算の妥当性を確認するため、2 次元の数値水槽に単純なスパー型の浮体を浮かべた状態
にて、水槽両側のプランジャを周期的に上下させることで造波を行い、入射波に対する浮体運動の時刻歴を求めた。計算は浮体を全く係留しない状態と水面下の重心位置に直立のマストに対して±30 度の角度で線形バネにより係留した場合の 2 パターンについて行った。線形バネの影響は、SPH 法から求まる
流体力を用いて浮体の運動方程式を解く際に考慮している。Fig.1 に線形バネありの計算例を示す。なお、
プランジャにより造波された波の岨度は砕波寸前の 1/10 程度である。

Fig.1 An example of 2-D simulation― 235 ―

今回は計算の妥当性を示すため、バネ定数を系統的に変更し、浮体の sway 運動と波が同調するポイ
ントを探索した。このときの sway と pitch の時系列を Fig.2 に示す。バネなしの場合と比較すると、sway
が同調して非常に大きくなった半面、pitch 運動は抑えられていることが分かる。以上より、SPH 法による 2 次元流体力計算と運動方程式へのバネの考慮が正しく行われていることが確認できた。
w/ spring

w/o spring

15

0.02

10

0.01

5

0
‐0.01

0

1

2

3

4

5

6

‐0.02
‐0.03

pitch (deg)sway (m)w/ spring
0.03

w/o spring

0
‐5

0

1

2

3

4

5

6

‐10
‐15

t(s)

t(s)

Fig.2 Effect of spring on sway and pitch motions of a floater

計算結果（3 次元）
2 次元計算の妥当性が確認できたので、続いて 3 次元計算の検討を行った。その第一歩として、任意の波動場が再現可能となるように逆円錐型連結プランジャ造波機を備えた数値水槽を採用し、極限的波
浪として水槽中央部で集中波を発生させた。この計算結果を Fig.3 に示す。集中波が重力に逆らって高く突き上がる様子が再現されている。今後はこの集中波を浮体に作用させた場合の非線形応答を計算し、その場合の張力について検討を行う予定である。

Fig.3 Concentrated wave by 3-D SPH

まとめSPH 法をベースとした極限的波浪を受ける洋上浮体の非線形応答計算の基礎が構築された。今回は係留索モデルとして単純な線形バネを用いたが、今後はプラットフォームの漂流影響を正確に考慮すべく、ランプドマス法による動的解析等に切り替えていく予定である。

成果報告
特になし

― 236 ―

26 特 5-4
Z>8yPk,B&Sf|ojper516"?}

ķ­Í²ĩ£*ĩ£ĜÓũÍ£¿¬ ā Řv¶÷ĩ£ťů£¿¬ýGL)Ŏůńĵ*Łůńĵ*ŬńĵH2CBŤìĚ^n~`,ÂZĜÓĲ6DËŪĲJ
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íJ4W(ŚôŗGL)>NFKºàœĎLĴĪG1WBQ)ÙþļĄŗĸŇÎĝâJ5:WÒĔĶŕ¦ŗZĳť=S>9IV)ºàĔĶ«MâJĦ>WpdlđKęJ¹7W(

Table 1. Comparison of the numerical errors in velocity and pressure for different methods on
unstructured grids of good quality (Grid A) and bad quality (Grid B). The small the degradation
error is, the more robust the numerical method is in respect to the grid quality.

ŉ/JL)ļêÀj,},Kshu,ajdlJTW¾Ă¼Z
ë>(İÉđ)d_{md)[dtalņKãň6UŋîKŮ2â-Grid
A.H2â-Grid B.Zť2)ùŦ·KšÄĥĖŗ-FVM.
)VPM ŗ
«M MCV ŗ@XAXKÈ×ŊZÐCB(ģKôŗJņN)MCV ŗKºà¼LĠĶHůąJ52FÙRþ<2ĎĪÈ×Zë=F2W(OB)
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  č/Lj,},Kshu,ajdlJ5:Wĺ^n~`,ßKöĞŪZŉ>(VPM ŗJņN)MCV ŗKĎĪßÈ×Lĩ89Áÿ
=B;HLŜU6JIW(TCF)MCV ŗLÒ]o~eĎSŧŬĸKÃ

Fig.1 The convergence rate innumerical dissipation for Taylor
vortex test problem.

ăKcv{,c|JTVŠXB;HZëÖ>W(― 237 ―

č0JL)Þ¢¸_zqj\ŬXKºà¼Zë>(IW]o~eĎJ5:Wºà¼LģKÒĔĶôŗK¼HT9ī=F2W(



Fig.2 Streamline contours of lid-driven triangular cavity
viscous flow tests. Displayed are the results for Reynolds
number of 100(left), 500(middle) and 1000(right)
respectively.

Pk@V"Z>A.-4ŇÎĝâJ5:WĨĎ·  -$#

#.ìŢŝŔ ŗG1W  ŗZń=)ïťJÌ:BŮZÐCB(ľ¸ćKŇÎĝ
âf~J52FĎĪĖőJ¨E9ĤêÀ ØÎĬŗJĒÊ=B(;XJTCF){XH oR[!'*>IW;|! )C:TPt,  !nc KUgx,z*Pk@V!*J+`!'*Z>"80.2,Q>"^DJa#
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flow test problem on unstructured grid. The black dot line
represents the initial profile(exact solution).

Fig.4 Numerical results for time-dependent 3D vorticaldeformation flow test. Displayed are the isosurfaces ofcontour 0.5 of the instantaneous solutions.

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― 238 ―

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     

― 239 ―

3

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― 240 ―

26 特 5-6

海流発電タービンの発電特性に関する研究
沖縄科学技術大学院大学

量子波光学顕微鏡ユニット

白澤克年

1. 目的
沖縄科学技術大学院大学（以下 OIST）では 2012 年度より，海流発電機の開発を行っている。これまでは，
コスト，メンテナンス，送電などの問題で海流からエネルギーを取り出す技術が実用化されることは無かった。2011 年 3 月に発生した福島第 1 の原発事故以降，再生可能エネルギーの必要性が急速に高まっており，
海洋エネルギーもその１つである。欧州では中心に潮流発電を始めとした海洋エネルギーの活発な技術開発が行なわれている。海洋エネルギーの１つである海流に着目すると，日本は世界 2 大海流の 1 つである黒潮が近海を流れているなど，非常に恵まれた環境にある。黒潮は海面より深さ約 500 m, 幅約 100 km にわたって流れており，その流速は 1〜1.5 m/s 程度である。この黒潮の中にプロペラを持つ発電機を設置して発電を行う。海面付近は波浪の影響が強いため，深さ 100 m 程度の水深で安定に流れる海流をつかまえ，プ
ロペラを回転させる。波浪の影響は海面ほど強く，深くなるに従って指数関数的に減少する。発電機は，海底に沈めた重りから伸びるチェーンにて係留され，浮力を調整する事により最適な水深で運転する。発電機の上部にフロートと下部に重りを備え，その浮力と重力を復元力とすることで水中にて海流をとらえ水平軸型タービンにより安定に発電する。OIST はこれまでにタービン直径 2 m の試験機を製作し，海洋実験や曳航水槽実験などを行い機体の安定性や発電効率などを調査してきた。回流水槽においても小型模型を用いた係留試験を行い，機体や係留システムの安定性を確認している。また 2014 年度からはタービン直径 5 m, 定
格出力 10 kW の機体を目標として研究開発進めている。この計画では設置コストの問題などから海流ではなく沿岸近くの潮汐流を利用して発電システムを実証す
ることを考えている。

2. 開発状況OIST では現在 10 kW 機の開発を目標として研究開発を進めている。その状況を以下に報告する。

発電機
海流発電機には，水中で動作する発電機が必須である。
今回は発電機の外装がナセルを兼ねると仮定している。そこで，我々はスカイ電子（株）社製の 1 kW 発電機(SKY-MG350)の駆動軸部にメカニカルシールを設置する事により，耐水性を持たせることにした。図１に発電機とメカニカルシールの写真を示す。メカニカルシールは三和工機株式会社製のものを使用した。メカニカルシールは炭化ケイ素(SiC)の摺動面で液体をシールする。発電機としての性能を評価するために駆動用のモーターとトルクモニタを介して接続し，発電特性を測定した。シール部は水圧をかけるためのケースを更に設置し，水圧 10 気圧を― 241 ―

図 1，新規開発したブレードと海流発電機。

かけながら測定を行った。結果
として，メカニカルシールによる損失は殆どなかった。また，水の漏れも見られなかった。

観測用中層浮体
実際の海況を観測し，係留された浮体がどのような動きをするのか観測するために，観測用中層浮体の設置を行っている。
図 2 に概略を示す。浮体本体は実績のある中層漁礁を使用しており，海流から受ける抗力が直径 5 m のタービンと同じになる
ように断面積を調整している。
海底に設置されたシンカーより係
留索にて固定されている。浮体本

図 2，観測用中層浮体の概略図。

体の高さは約 8 m であり，浮体の上部が水深 15 m 以上となるように設置する計画である。浮体の上部，下部と係留索の中間に水深計を備えており，流れを受けた時の各部の水深を計測できる仕組みになっている。
海上には通信と標識を兼ねたブイを設置する。ブイの下部には ADCP を設置して，鉛直方向の流速分布を計測する。取得されたデータは携帯電話の回線を使用して定期的に送信し，OIST に設置された PC より閲覧する事が可能となる。また加速度計を浮体本体の数カ所に設置し，運動を観測するが，これは通信にはのせず，ロガー方式となる予定である。設置場所は沖縄県北部の宜名真漁港沖であり，水深は約 100 m である。浮
体本体の設置は 2014 年 12 月末に終わっており，順次ブイや通信機器の設置を行っていく予定である。

3. まとめ
平成２６年度は研究の進捗により，九州大学応用力学研究所の施設を使用した実験は実施しなかった。しかし，発電機を始めとする各要素技術の開発や海況観測装置の設置などを着実に進めることができた。今後，水槽などの施設を利用しながら開発品の実証や性能評価などを行っていきたいと考えている。

4. 研究組織
氏名

所属

岩下英嗣

広島大学大学院工学研究院

エネルギー・環境部門

広島大学大学院工学研究科

輸送・環境システム専攻

白澤克年
南潤一郎
徳永紘平
胡

長洪

沖縄科学技術大学院大学
沖縄科学技術大学院大学
九州大学応用力学研究所― 242 ―

職名

役割担当

教授

実験解析

研究員
技術員

修士 2 年
准教授

代表者

実験補助
実験補助
実験指導

26 特 5-7
日本南岸での黒潮を利用した海流発電の適地選定に関する研究
鹿児島大学大学院理工学研究科  山城 徹
 はじめに
日本南岸域には海流発電に適した北太平洋亜>FPV@

熱帯循環系の西岸強化流である黒潮が流れ，その

流速は速いところで 2m/s に達することもある．



本研究では，数値モデル（MRI.COM）の計算結

果を用いて黒潮のエネルギーポテンシャルを調

房総半島沖（)）
べ，ポテンシャルの観点から黒潮を利用した海流発電に適した海域を示した．さらに，それらの海域のエネルギーポテンシャルの変動特性を明ら

東シナ海（%）



四国沖（'）
  紀伊半島沖（(）

トカラ海峡（&）





かにした．




台湾西方沖（$）



 日本近海のエネルギーポテンシャル 気象庁気象研究所海洋研究部で開発された



MOVE/MRI.COM の 1993 年～2012 年の日平均流図 20 年間のスカラー平均流速

速値（水平解像度：約 10km）を用いて黒潮のエ

表 各線上のエネルギーポテンシャルの
平均値，標準偏差，最大値，最小値

ネルギーポテンシャルを解析した．20 年間のス
カラー平均流速を図 に示す．台湾西方沖（A

台湾西方沖（A)
東シナ海（B)
トカラ海峡（C)
四国沖（D)
紀伊半島沖（E)
房総半島沖（F)線）と東シナ海（B 線），四国沖（D 線），紀伊半
島沖（E 線），房総半島沖（F 線）で黒潮の強流域が存在し，これらの線上には海流発電を行うのに必要な条件として挙げられている平均流速 1m/s
以上の強い流れが存在していた．海流発電のター

平均値 標準偏差
㻔㻹㼃㻕
㻔㻹㼃㻕
㻟㻣㻚㻣
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㻟㻡㻚㻤
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㻞㻢㻚㻢
㻡㻥㻚㻢
㻞㻥㻚㻥
㻟㻣㻚㻞
㻝㻥㻚㻢

最大値
㻔㻹㼃㻕
㻝㻢㻡㻚㻢
㻝㻞㻟㻚㻠
㻟㻥㻚㻟
㻝㻥㻡㻚㻠
㻞㻢㻝㻚㻢
㻝㻤㻥㻚㻢

最小値
㻔㻹㼃㻕
㻜㻚㻠
㻢㻚㻣
㻜㻚㻟
㻝㻚㻣
㻠㻚㻜
㻜㻚㻝

$ 線

ビン設置水深である深さ 50m のエネルギーポテ% 線

ンシャルの比較を行うと，20 年間の平均値は紀伊半島沖の E 線と四国沖の D 線で最も大きく，& 線

次いで台湾西方沖の A 線と東シナ海の B 線，房' 線

総半島沖の F 線となり，トカラ海峡の C 線で最

'''）
( 線

も小さい値を示している（表）．

) 線

 $～) 線上のエネルギーポテンシャルの変動

>年@

特性
黒潮の流路や流速は必ずしも時空間的に一定

図 A～F 線上のエネルギーポテンシャルの時系列

ではなく変動するものであることから，海流発電の事業化を目指すためには予めポテンシャルの時間変動の特性を把握しておく必要がある．上記 6 線の深さ 50m におけるポテンシャルの 20 年間の時系列を調べると（図），どの海域の線上においてもポテンシャルが大きな増減を繰り返している．特に紀伊― 243 ―

半島沖の E 線，四国沖の D 線は平均値だけでなく変動幅も非常に大きい．このような大きな変動の卓越周期をスペクトル解析で調べると（図），
ピークは無く，それよりも長い周期帯でエネルギーレベルが高いことが示された．図 をみると，紀伊半島沖の E 線では 2004～2005 年の大蛇行期㻔㼃㻕㻞㻛㻔㼏㻚㼜㻚㼐㻚㻕㻌

トカラ海峡以東の D～F 線では 1 年周期の明瞭なにはポテンシャルが大きく増大している．ポテン
シャルは大蛇行期間では非大蛇行期間よりも紀伊半島沖では約 2 倍，房総半島沖では約 1.5 倍に大きくなっている．
図 D～F 線のエネルギーポテンシャルのスペクトル

．6W と 6W のポテンシャルの変動特性

D 

E 

発電装置を実際に設置することを考える

>@



紀伊半島


と，広い範囲のポテンシャルの特徴を把握す

6W

るだけではなく，実際に設置場所を決めるた
めには，黒潮の短期的な流路変動も考慮する

$ 線

6W



台湾

必要である．そこで，各線上おいて，海流発





電の適地選定における基準の 1 つである流速1m/s 以上の出現頻度が最も高い地点でのポ

テンシャルの変動特性を調べることにした．



例として，台湾西方沖 A 線上の陸から約

( 線


30km 沖合の地点（St.1）と，紀伊半島沖の E
図 深さ 50m の（a）台湾西方沖 A 線と（b）紀伊半島沖 E線上の陸から約 50km 沖合の地点（St.2）の 2線付近の流速 1m/s 以上の出現頻度

つの地点を挙げる（図）．各線上の 1 格子
当たりの平均ポテンシャルと 1 地点のポテン（D）

シャルの時系列を比較すると（図），St.1，
St.2 のポテンシャル変動の方が非常に大きく，
台湾沖では最小で約-7MW，最大で約 23MW，
紀 伊 半 島 沖 では 最 小 で約 -9MW ， 最 大 で 約
34MW の変動を示している．このような変動（E）

は台湾沖の St.1 では黒潮の流速変動，紀伊半
島沖の St.2 では，黒潮の流速変動のみならず流路の南北変動の影響も大きく受けていた．


謝辞：MOVE/MRI.COM の計算結果は気象庁
から貸与されたもので，ここに深く感謝申し
上げます．





 >年@図 (a) A 線上の平均ポテンシャル（青線）と St.1 のポテン
シャル（赤線）と（b）E 線上の平均ポテンシャル（青線）とSt.2 のポテンシャル（赤線）の時系列

― 244 ―

26 特 5-8

波浪中浮体の流体力と波動場の高度計測技術に関する研究
広島大学大学院工学研院エネルギー・環境部門
教授 岩下 英嗣

研究目的
波浪中の浮体や船舶に作用する流体力や動揺の計測技術はある意味完成された技術となっているが，近年の数値流体力学の進展に伴い，その結果を検証するためのより高精度な実験データが必要になって来ているのも事実である．そこで切望されるデータとは，浮体や船舶に作用する流体力や，その外力を受けて生じる動揺など，いわゆる積分量としてのデータではなく，浮体や船舶が造波する波や物体表面の圧力などの局部的な物理量であり，これらを計測・解析する新たな技術の開発が急務となってきている．
こうした背景を受け，本研究では，水槽実験において波や圧力など波動場の計測技術を高度化させることを目的として行う．

研究方法
船体形状の異なる供試模型をいくつか用いて九州大学応用力学研究所の深海機器力学実験水槽において水槽試験を行い，船体に作用する流体力や抵抗，船体運動を計測する．実施する試験は強制動揺試験，
波強制力試験，運動計測試験である．同時に船体近傍での非定常波の計測も行う，船体近傍での波形は，
地上波高計を用いて縦切り波形を計測する，いわゆる大楠法により得ることができるが，この方法では抵抗増加への寄与の大きな船首近傍の波形を取得することができない．そこで，船体表面上のガースに沿って取り付けた容量式波高計を用いて，船首側壁に沿った非定常波を計測する方法を提案した．これにより船体側面において波形を直接的に計測することができる．また，船体には複数個の圧力計が設置されており，船体が動揺する際の船体表面圧力を計測することができる．

研究組織
本研究は下記のような組織で行った。
氏 名

岩下 英嗣
伊藤 悠真
高橋 悠
徳永 紘平
森 孝彦
安田 栄史

所 属

広島大学大学院工学研究科
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科輸送・環境システム専攻
大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻
大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻― 245 ―

職 名

教授
博士課程
修士課程
修士課程
修士課程
修士課程

役割・担当
年
年
年
年
年

代表者
実験補助
実験補助
実験補助
実験補助
実験補助

研究結果
供試模型
実験で使用する供試模型の図とその諸次元を，，に示す．実験には船首形状の異なる 種類の型の供試模型および模型，
模型を使用した．
船型に示すように，片方の船型にはチャインラインが入っておりフレアーが強くなっていの違いは模型には船側波高を計測するために容量式波高計を設置しており，直接的に船首近傍での波る．
形の計測を行うことができる．容量式波高計についてはの左図に示すように両船型とも左舷側の
，
，
，
，
，
の つの断面に沿って，船体側面からのところに設置し，波高を直接的に計測する．後者の 船型に関しては圧力計が設置できるようになっており
模型は
，
の 点，
模型は
，
の 点に設置可能となっている．圧力ゲージは，喫水面から船底へ垂線を下ろしたときの角度を 度とし， 度おきに点設置する．船尾部には度と度を除いた 点に設置した．
0

0

&RQWDLQHU

0

0

%XONFDUULHU

模型

模型

模型
諸次元
要目

運動計測試験

強制動揺試験
波強制力試験

運動計測試験

・― 246 ―

運動計測試験

強制動揺試験
波強制力試験

運動計測試験

圧力計

z

感圧面

ゴムリング
O型リング

ord.8.5(Container)
ord.9.5(Bulk carrier)ord. 1.5䝏䝱䞁䝛䝹␒ྕ 䃗㻌㻔㼐㼑㼓㼟㻚㻕䐟㻌㻝㻠㼏㼔
䐠㻌㻝㻡㼏㼔
䐡㻌㻝㻢㼏㼔
䐢㻌㻝㻣㼏㼔
䐣㻌㻝㻤㼏㼔
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䐩㻌㻞㻠㼏㼔
䐪㻌㻞㻡㼏㼔

⑦
⑥
⑤

⑫

④

⑪
③

② ① ⑧

⑨

⑩

㻜㻚㻜
㻝㻡㻚㻜
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㻜㻚㻜
㻟㻜㻚㻜
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㻣㻡㻚㻜

㼦㻌㻔㼙㼙㻕
㼦㻌㻔㼙㼙㻕
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㻙㻡㻡㻚㻜
㻙㻥㻚㻠
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圧力計の設置方法
試験内容
水槽試験
模型
，
模型に対しては運動計測装置を用いた運動・抵抗増試験項目は，
加計測試験および大楠によって開発されたにより非定常波形の計測，船首近傍船側波形の計測を行った．実験は静水中を航走する定常試験，また入射波中を航走する非定常試験の 項目を離れた重心周りである．
模型，
模型
行った．解析位置は船体中央からに対しては上記に加え，強制動揺装置を用いた，方向の強制動揺試験と入射波中を船体を固模型は喫水をバラスト状態に設定して計測定して曳航する波強制力試験を行った．なお，に運動計測試験の装置設置図，に運動計測試験時のシステム図，
に強制
を行った．
動揺試験の装置設置図，に強制動揺試験システム図を示す．供試模型と地上波高計との距離は船の位置である．
体側面から

PC

アンプ

㐠ືィ

コンテナ模型

z

PA

x

アンプ

地上波高計

y

圧力計
PF

X1 X2

x’6

X

船側波高計
サーボ式波高計

トリガー

xG

x

運動計測試験システム図

運動計測装置設置図― 247 ―

X6

x

x’1

検力計，ポテンショメータ

U

アンプ

⿦⨨

o

O

D

中継BOX

モニター
A/D変換ボード

Y

入射波

PC

モニター

Y

中継BOX
アンプ

A/D変換ボード

アンプ

アンプᙉไືᦂ⿦⨨

コンテナ模型
PA

z
検力計

) D

)

㹄
回転中心

検力計

U

x

x

圧力計
PF

o

O

) I

地上波高計

y

X1 X2

X6

x

X

x’1

x’6

船側波高計
サーボ式波高計

トリガー

強制動揺試験システム図

強制動揺装置設置図
実験条件

船速は
模型が
，
模型が
で行った．
模型に関してはと設計船速のよりも船速を遅くして計測を行った．計測範囲は運動・抵抗増加計
で正面向かい波
中の曳航試験を行った．強制動揺試験
測試験に関してはをに換算した値を基準として計測を行い，強制動揺装置で計測しうる
に相当す
では
る
から
に相当する
の範囲で計測を行った．強制試験の動揺振であり，強制試験では強制動揺装置のシャフトを入れ替え強制動揺さ
幅はであるため，動揺振幅はせるため はラジアン表記する．回転中心からシャフトまでの距離が
となる．
結果・考察
流体力計測
，
に
模型で行った強制動揺試験により計測した，模型に作用する付加質量に船長をかけた無次元値をとり，縦軸に各係数をとってと減衰力係数を示す．グラフは横軸に波数いる．
には波強制力試験で得られた波強制力の結果を示す．横軸に入射波の波長を船長で除したをとり，縦軸に波強制力の無次元値で表している．下段は横軸にをとり，縦軸に入射
無次元値波に対する船体の位相をとっている．
船体運動に模型の船体運動の結果を示す．グラフは左から，，の船体運をとり，縦軸に運動振幅を入射波の振幅で動を示す．横軸に入射波の波長を船長で除した無次元値除した無次元値で表している．下段は横軸にをとり，縦軸に入射波に対する船体の位相をとっている．白丸は運動計測で得られた結果，黒丸は実験で得られた流体力より運動方程式を解くことで得たに船体運動となっているが，両者はよく一致していることから，実験の妥当性が確認できる．
模型の船首形状を 種類変更し行った運動計測の結果を，に模型の結果を示
す．
模型の運動の同調点は付近に存在し，運動の同調点は付近
運動には同調点は存在しない．
船型の運動を比較すると同調点付近におに存在している．
いてチャインラインの入ったフレアーの強い船型の方が運動が小さくなっている．

― 248 ―

非定常波形解析，に運動計測試験において船体が造波した波を地上波高計と船首近傍の船側波で計測した結果を示す．それぞれ，の結果である．グラフは縦軸
高計で除したに波高を入射波の波高で除した値をとっている．横軸は船体中央からの距離 を半船長
値をとっており， が船首， が船尾の位置を示す． 段目はフーリエ解析をした 次成分の値， 段目は 次成分の値， 段目は定常成分の値であり定常波を示している．結果を比較すると抵抗増加に対す船型のほうが小さな波形となっている．また，
る寄与の大きい船首近傍の波形がフレアーの強い
短波長域であるの波形と同調点付近である波形を比較すると，同調点付近における船側波形の 次成分の振幅が縦切り波形の振幅に比べて大きいのが確認できる．このことから，船首近傍では非線形性が強いということが分かる．
船体表面圧力に模型で計測した船首船尾近傍圧力の結果を示す．それぞれと，の結果を示す．グラフは縦軸に圧力の無次元値，横軸に船底を 度としたときの圧力計の設置位置をとっている．結果をみると，船尾側の圧力は船首側に比べて入射波波長の変化による変動が小さいことが分
かる．
まとめ
圧力や波形などを含んだ計測システムを構築し，それを検証する目的で船型の異なる 種類の模型を使用した水槽実験を行った．一連の研究により，当初目的としていた流体力，運動，抵抗増加，波形，物体表面圧力の計測が行えるようになり，加えてこれまでにない局所物理量を含んだデータ構築ができたことになる．

― 249 ―

A33/ρV3

B33/ρVωe3experiment

2

2

1

1

0

0

10

20

KL

30

A53/ρVL

0.4

0

40

0

20

30

40

20

30

40

KL

B53/ρVωeL

0.3

0.3

10

0.2

0.2
0.1

0.1

0

0
-0.1

-0.1

-0.2
-0.2

-0.3
-0.4

0

10

強制

20

KL

30

40

方向の強制動揺による

0

10

KL

模型の付加質量及び減衰力係数

A55/ρVL2

0.2

-0.3

B55/ρVωeL2

0.2
experiment

0.1

0

0.1

0

10

20

KL

30

A35/ρVL

0.2

0

40

0

10

20

30

40

20

30

40

KL

B35/ρVωeL

0.3
0.2
0.1

0

0
-0.1
-0.2

-0.2

0

10

強制

20

KL

30

40

-0.3

方向の強制動揺による

0

10

KL

模型の付加質量及び減衰力係数― 250 ―

|E1|/ρgABL

0.5|E3|/ρgABL

1|E5|/ρgABL2

0.2experiment
0.4
0.3
0.5

0.1

0.2
0.1
0

0

1

180

λ/L

2

0

3

0

1

180

2

λ/L

0

3

0

1

180

90

90

0

0

0

-90

-90

-90

-180

-180

2

λ/L

3

90

-180

模型の波強制力2|ξ1| /A|ξ3| /A2|ξ5| /KA2

experimentcal. with experimental hydro

1

1

0
0

1

180

2

λ/L

3

1

0
0

1

180

2

λ/L

3

0
0

1

λ/L

180

2

3

90

90

90

0

0

0

-90

-90

-90

-180

-180

-180

模型の船体運動

ξ1/A

2

ξ3/A

2

experiment M14053
experiment M14070

experiment M14053
experiment M14070

experiment M14053
experiment M14070

1

1

1

0

0

1

λ/L

2

ξ5/k0A

2

3

0

0

1

λ/L

2

3

0

180

180

180

90

90

90

0

0

0

-90

-90

-90

-180

-180

-180

模型の船体運動― 251 ―

0

1

λ/L

2

3

ξ1/A

2

ξ3/A

2

ξ5/k0A

2

RPM(DBF)
RPM(NK)
experiment

0

1

1

1

0

1

2

λ/L

3

0

0

1

2

λ/L

3

0

180

180

180

90

90

90

0

0

0

-90

-90

-90

-180

-180

-180

0

1

λ/L

2

3

模型の船体運動2

cos component (M14070)
s in component (M14070)
cos component (M14053)
s in component (M14053)

ζ /A

1

2

0

0

-1

-1

cos component (M14070)
s in component (M14070)
cos component (M14053)
s in component (M14053)

ζ /A

cos component-2nd (M14070)
s in component-2nd (M14070)
cos component-2nd (M14053)
s in component-2nd (M14053)

-2

-2
2

ζ /A

cos component-2nd (M14070)
s in component-2nd (M14070)
cos component-2nd (M14053)
s in component-2nd (M14053)

1

2
1

0

0

-1

-1

-2

-2

1

1

2K 0 ζs

2K 0 ζss teady wave (M14070)
s teady wave (M14053)

0

-1

ζ /A

1

s teady wave (M14070)
s teady wave (M14053)

0

2

1

0

-1

-2

-3

-1

2

1

0

x / (L/2)の縦切り波形 左 と船首近傍船側波形 右2

cos component (M14070)
s in component (M14070)
cos component (M14053)
s in component (M14053)

ζ /A

1

2

-2

0

0
-1

-2

，

-3

，

ζ /A

cos component (M14070)
s in component (M14070)
cos component (M14053)
s in component (M14053)

ζ /A

cos component-2nd (M14070)
s in component-2nd (M14070)
cos component-2nd (M14053)
s in component-2nd (M14053)

1

-1

-2

2

ζ /A

cos component-2nd (M14070)
s in component-2nd (M14070)
cos component-2nd (M14053)
s in component-2nd (M14053)

1

2
1

0

0

-1

-1

-2

-2

1

1

2K 0 ζs

2K 0 ζss teady wave (M14070)
s teady wave (M14053)

0

-1

-1

x / (L/2)

s teady wave (M14070)
s teady wave (M14053)

0

2

1

0

-1

-2

-3

-1

2

x / (L/2)

1

0

-1

-2

x / (L/2)の縦切り波形 左 と船首近傍船側波形 右― 252 ―

，

，

-3

6

|p| / ρg A

6

ord.= 1.50, RPM(DBF)
ord.= 8.50, RPM(DBF)
ord.= 1.50, RPM(NK)ord.= 8.50, RPM(NK)ord.= 1.50, exp.
ord.= 8.50, exp.

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0

0

30

180

θ (degs.)

60

0

90

90

0

0

-90

-90

-180

-180

|p| / ρg A

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0
180

0

30

θ (degs.)

030

θ (degs.)

60

90

30

θ (degs.)

60

90

180

90

6

|p| / ρg A

60

0

90

180

90

90

0

0

-90

-90

-180

-180

模型の船首船尾圧力― 253 ―

|p| / ρg A

0

― 254 ―26 特 5-9ğŢķĪŚóÛnY;ķ¬              ßĔĔwćÀŞ¸¬w £ĢŔËě}ę:GIŘ9ŏĖ%ðÁ+5#I);ĐË7+5řP_lQ?;Ē%¿B35 Jõĕt;Ōü;ĶčĦ£ÆóuMŒ,JıŇ:#5řP_lQ<¿ f\pUhlMĻC5#IřP_lQMŒµŝŚ,J)7%6&K=Ð²ŏĖ
;ĩ$HDĔ :Őš4D;6JB1ÊĴ©:<øľ:GIØécNl^%ĀĤ*Kß:# 5
DÃ­7ĠÈ­%ğŢķĪĿďÕřëŁŤķĪ;ØécNl^7+5ĀĤ*K1);)7$HDřP_lQ;ØŚ%³ØŊMđ>);Ĭ&<*H:
Č+5F'D;7¼"HKJ
/)6Ň¬6<řP_lQ;ĝ6DğŢP_lQ/;ĝ6DóńÖķĪóÛ:ĜŎ+1ğŢ<ĤíJ <Þö%IMŕċ+E, Ñ$HP_lQ²7+5Ē*K5 J¿µŠóÛ;nYdm^Mķ,J)7%Ň¬;ŎĦ6J/

Fig.1 NACA4 ¦ś;ŗºĺ;¤Ì¨(vŀ)

Fig.2 NACA4415

î)+

2.1 2 %#/ (Ň¬6<Ó±śûŚ;ckXc] :G35ŗºĺM¤Ì+dm^WRUip;§ĤM¾3
1mO`lVô<7+s~;Üť;
śMĐê7+5¤Ì+1
4¦¢Ŧ


5¦¢Ŧ


Fig. 3 T^ĠŃĽ <¥:Đ,J¦¢Ŧś;ŗºĺ;¤Ì¨;vŀMÔ,)KH;¨$H ;ŗºĺ%¥
:# 5 M{"5ÄĔĚ7931;6 ; î; MÅŚ,J)7:+1
2.2 śĂxĬţŞŧdm^%Ŗ"HK1ÞČĺ:# 5ÄĔ;aoMķ,JG!:dm^;b[ZŃĽ  #G>T^ĠŃĽ  MCJśĂxĬţŞŧMŚ 1þ¤ÕM~:Ô,
äÞČĺ

(1)
Öņ·œĮô
a 

a 



r

a



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 



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ýÿņ·œĮô
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 a
a 

Fig. 4 b[ZŃĽ b[ZŃĽ  r T^ĠŃĽ  

(3)

 a
 a   r

(4)
(5)

C r 

 ra  
N B C t   a 

Ct  

C L   

C D   

(6)
(7)

12+ þ¤ÞČĺ Ĺ¡ņ·ş óÛĹ¡¥ śŉô  ŗŤô  ºŤô― 255 ― #G>;    MŖ"MŚ 5Äħdm^M§Ĥ,J)7%ĵ6
J%śĘŀ:# 5<Ó±yMÝ(J);1C;àùÕ% '4$ĥr*K5 J%))6<
:GJàùÕMħŚ+1ìÀ7+9 ìÀ:4 5¨Mĺ+1dm^ėď;ìÀmpVMĈĜ,JìÀ;Õ;Œŋ:GJÄħþ¤dm^;T^
ĠŃĽ7b[ZŃĽ;¨M#G>:Ô,'$ōŚóÛ;úÉ:<ekpYMŚ 1 
<ekpY;å±7ÙñMÔ,dm^ġ¡<
6J;6/;BBď7+5úÉ%6&9 ;6ŉ;dm^7Uhc]ŀ;Ń6úÉ+ýĜ
Ç:G35ăš51

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79IŁmpVĈĜÒ6<ļŌãŞMÎ+1 %;7&7931dm^ėįÒŁmpVĈĜÒ7D:GIDµŠ<·ë+5#I¿µŠ9dm^Mķ,J)7%6&17 "Jdm^ėįÒ6<;àùM+9 ņ%¿µŠ
7931%ŁmpVĈĜÒ<;àù;Œŋ:G
Jaoô;Ä¿Ě<BIŅ+9$31+$+
;àùM"1D;;ņ%ÞČĺ;ĉ:ĸ!ö
ĵģ~%ç9'935 JļŌ;¬ň:G35ő ;µŠ;Ĕł9·ë%ĳ6
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-.

Ø°<|ŚŤ¬ä;z½ďÏ°óĆ6¾31óÛ?;ŢĲČīU7+gY:GIóÛ;ĨônMąÉ+5 Ĩô;óÛ;]lRTM
ċĤ,JóÛ<āâ+1ïÜ7áŜ$HÍLK5&1ś;¤Üť6Ø°M¾31

Fig. 5

3D ekpYå±&"!
5.1 dm^ėįÒ;öĵĺ:dm^ėįÒ;aoô;SjcMÔ,ïdm^;;Ä¿Ě<%67931vņ6<679IÂ É÷+1
ïdm^;ņ%áŜśGI¿µŠ7931
dm^ėįŚ:þ¤+1dm^:4 5< -KDþ¤ÞČĺ:5Ä¿µŠ7935 J)7$H
Äħþ¤%6&5 J7¼"HKJB1mpVİŢ
Č;àù;Œŋ:$$LH-;àùM"59 D;;ņ%¿µŠ7931+$+;àù
M"1D;;ņ%ÞČĺ;ĉ:ĸ!öĵģ~%ç97 "J
5.2 ŁmpVĈĜÒ;öĵĺ:ŁmpVĈĜÒ;aoô;SjcMÔ,ïdm^;;Ä¿Ě<%6
%6vņ6<67931
ŁmpVŚ:þ¤+1ïdm^<Ä¿µŠ)/äĦ:æ35 JD;;;ņ%ł¹ ÞČĺ:#5qĤ+1öĵM®.5 JŁmpVĈĜÒ;Ä¿µŠ<;àù;Œŋ:$$LH-@AĭŘ;Ě
M735 J%dm^ėįÒ7ĭŘ:;àù
M"1D;;ņ%ÞČĺ;ĉ:ĸ!öĵģ~%ç9'/;µ<ŁmpVĈĜÒ;ņ%¯Ğ:³K5 J
5.3 ļŌãŞ;Œŋ:GJöĵĺ
së;Ø°<¶*6üĄĊ *K1/;BB;ļŌ;dm^6¾35&1))6<dm^;ļŌöî%óÛµŠ:8;G!9yMD1H,$«é,J1C7 ;Ü;dm^:4 5ļŌ¬ňMÎ+Ø°M¾31))6ļŌãŞMÎ+1D;M/K0K   7,J :ŁmpVĈĜÒ;aoô;SjcMÔ,;Ä¿Ě< 6<;7&:
 6<;7&79I$9I;µŠ·ë%ĳ*K1ļŌãŞ:GJµŠ;·ë<ÞČĺ%¿'9J:4K5Ĕ&'935 JļŌãŞ:G35óÛµŠ<Ĕł:ëè+5#I  
:+5<7ĺ+5ő;µŠ;·ë%ĳ6&1

― 256 ―

Fig. 6 dm^ėįÒ;aoôFig. 7 mpVĈĜÒ;aoôFig. 8 dm^ļŌ¬ň;y
¬ēļÚ

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26 ME-1
26ME26ME-1 風レンズ風車用に開発された軽量・高強度素材の疲労強度評価
琉球大学

工学部

真壁朝敏

・目的
前年度に引き続き風レンズ風車を軽量化する目的で，九州大学応用力学研究室（新川教授）で開発された炭素繊維系の複合材料の疲労特性と強度について検討した． 前報(１)においては,機械加工が可能であり,２次元編みの炭素繊維シート
を重ねて製作された市販の C/C コンポジットについて主に検討した．その結果,スリット試験片や切欠試験片において,正味応力で評価すると,スリットや切欠寸法に関係なく,統一的な強度評価が可能であった．その検討に引き続き,本年度の研究においては,一方向の炭素繊維シートを用いた場合の炭素繊維複合材料の強度評価を行った．試験片の製作においては九州大学応用力学研究所から指導をいただき, Vacuum assisted Resin Transfer Molding (2)によって平板を製作し,それから試験片を切り出した．そして,試験片における繊維の方向を一方向や交互の方向に変化させ,疲労強度と破損・破壊機構を検討した．また,前報にならって正味応力によって疲労強度が統一的に評価できるどうかについても検討している．
なお,塩害による素材の劣化を調べるため,加工した試験片を２ヶ月から６ヶ月間塩水に浸し後に疲労試験を行った．その結果は,塩水に浸さない通常の疲労試験の結果とほぼ同じであったので,現時点（あるいは本研究の段階）では,詳細な検討を行っていない・材料および実験方法
材料および実験方法
実験に使用した炭素繊維シートは, 有限会社 CAST が製造したカーボン UD であり，炭素繊維が一方向に配置されている．この炭素繊維シートを所定に大きさに切り揃え,12 枚を重ね真空ポンプを使用しエポキシ樹脂をシートの間に流し込み板状に成形した．この手法は Vacuum assisted Resin Transfer Molding (VaRTM)と称され広く活用されている．これまでの研究によって炭素繊維複合材料は，繊維方向の違いによって強度が変化する異方性を持っていることがわかっている．本研究においては,試験片の繊維方向が全て荷重方向になる場合と荷重方向及びそれに垂直方向の交互に繊維方向を配列した場合について主な検討を行った．他の繊維の組み合わせについても検討したが,それは参考程度にデータを収集する目的で試験片を製作した．また,前報(1)の素材である東洋炭素（株）製の機械加工が可能な C/C コンポジット CX-31（この材料はフェノール樹脂を炭素繊維で編んだ布にしみこませ，布の方向を揃えて何枚も重ね高温圧縮し板に成形したもの）との比較も若干行った．本研究の場合の真空中で繊維素材の間にエポキシをしみ込ませた場合と前報の C/C コン
ポジットの場合の製造方法等によって，強度特性や破壊特性に差異が生じるのかどうかを検討する必要もあると考えている．
図１にエポキシを用いた炭素繊維複合材料の場合の試験片の試験部形状（板厚 b は 2.5～
3.1ｍｍ）を示す．なお，フェノール樹脂を用いた前報(1)の C/C コンポジットの場合は，ス
リットや穴等を有する試験片について検討を行った．本報告では，一方向繊維素材における破壊過程をスリット試験片のみについて観察結果に基づき検討した．疲労限度については,
応力振幅を徐々に増加させていく荷重漸増法（LIT）と一般的な一定応力振幅での疲労試験を行って得られる S-N 曲線に基づく評価によって考察している．そして，前報(1)の結果とも比較して，実験結果を整理している．
疲労試験は，引張・圧縮方式で行っている．応力比 R は主に-1 であり，周波数は 10Hz を基本とした．き裂はマイクロスコープを用いて直接観察した．

Fig.1 Geometry of specimen (t=10mm – 14.5mm, 2W=30mm）

・実験結果および考察
まず，前報(1)の C/C コンポジットの結果を簡単に紹介する．目的にも記したが,正味応力で評価したσw’の値は切欠きの形状の影響が少なく，ほぼ一定と近似して差し支えがないものとみなせる．また, 応力分布を解析した結果,き裂の発生挙動は応力集中に関係して切欠きの影響があった．しかしながら,フェノールの部分から発生したき裂の進展は炭素繊維の影響によって,応力集中に大きな影響を受けないことが考察された．以上の結果から，C/C コンポジットでは，切欠底の高い応力の部分でのき裂発生は疲労強度に大きく影響しない．そのようなことが疲労限度の傾向と関係している．また，き裂は板厚方向では斜めに傾斜し，試験片表面では荷重方向にほぼ垂直な方向であった．
エポキシを基材とし VaRTM で製作した試験片では，一方向の繊維の異方性の影響が疲労強度に強く表れた．図２に
S-N 曲線の例を示す．繊維方向が一方向（One-direction）に対して，交互の方向(Double-direction) の場合には疲労限度σw― 257 ―

が明らかに低下していることが分かる．そして，交互の方向の場合のσw は C/C コンポジットの場合に近い値になっていることが分かり，繊維が横方向に配列されることにより著しく強度が低下することが分かった．図 2 の結果はリガメントが 3mm と比較的狭い試験片の場合のものであるが,リガメント幅が大きい場合においても,同じような疲労限度の傾向が得られることは LIT の結果から確認している．なお，図 3 に LIT によって簡便に疲労限度を求めた結果を示した．図 2と図 3 の比較から両者の疲労限度の値はほぼ同じであることが分かる．縦方向の繊維と横方向の繊維の割合を変化させても，図 2 と同じような結果が得られ，また，図 3 のように LIT で実験すると効率良く疲労限度が検討できる．図 2 から繊維の方向を荷重方向に揃えることができる場合には試験片の強度を高くできるが，その理由を破壊過程の観察によって考察した．

Fig. 2 S-N curves in the case of Epoxy based composite

Fig. 3 Fatigue limit determined by Load Increase Test (LIT)

Fig.5 Examples of crack growth indouble-direction fiberFig.6 Comparison of crack growth:(a) Fig.4, (b) Fig.5

図 4 に一方向繊維の試験片においてスリット先端から進展したき裂の観察例を示す．
き裂は荷重軸方向にせん断モードで進展している．それに対して，図 5 に示す交互に繊Fig. 4 Example of crack growthin one-direction fiber

維方向を配列した試験片では，表面での観察結果によるとき裂は荷重方向に垂直方向にも進展している．そのようなき裂の進展挙動が疲労限度や疲労寿命に関係しており，交互に繊維を配列すると荷重軸方向の繊維の体積率から予想される値よりも低くなる．図6 は両者を強調して描いて,比較した模式図である．図 5 においては，せん断によって横方向に発生したき裂が縦方向の繊維を切る様子が観察される．今後，複合材料同士あるいは金属と複合材料の接合について検討する予定である．接合等を行う場合や切欠きを加工する場合は接合面のはく離や図 5 のような問題等を解決する必要があると考えている．
・文献(1) 真壁，藤川，Md. S. Ferdous，S. A. Setyabudi，機械加工が可能な C/C コンポジット切欠試験片の疲労強度について，
圧力技術，Vol.51 (2013)，pp.303-311.
(2) 松野下，宇田，小野，永安，平川，永尾，VaRTM 成形 CFRP 積層板の品質向上と CAI 特性に関する研究，第 52 回
構造強度に関する講演会講演集 (JSASS-2010-3054) 4 ページ― 258 ―

26 ME-2
26ME-2  洋上レンズ風車を用いた海水の電気分解による水素製造技術
研究実施：鹿児島高専 小田原 悟，所内世話人：烏谷 隆
1. 緒 言  水素社会の到来に向けて再生可能エネルギ
ーとして水素の有効性を検証するための実験的研究が重要とされている．風力エネルギーによって得られた水電解
水素で燃料電池を稼働して発電する．平成 24 年度補正予算で鹿児島高専に導入された再生可能エネルギー発電装
置としてレンズ風車(RIAMWIND 社製)および燃料電池システム(FC R&D 社製)がある．これを利用して都市型の水素社会コミュニティを校内に構築できる．図 1 に示すように電極を近接させたときの水の電気分解では水素と酸素

図 1 電極間の HHO ガスの発生が混合されて酸水素ガスが得られる．酸水素ガスはこれま
で爆鳴気として危険扱いされてきたが，膜を使ってうまく

2. 実験および考察  酸水素ガスの発生効率の実験とし

水素と酸素に分離できれば高効率で安全なエネルギーとて種々の条件で実施した．図 2 に示すように(a)ステンレ

して利用できる可能性がある．

ス板を 2 枚近接させたもの，(b)11 枚にした市販の HHO ガ

通常の水電解システムは単位発生水素あたりの電力量
3ス発生電極(OGO 製)，(c)10 枚の板を 2 ほんの軸に固定しが 4~5kWh/H2Nm であるので，本研究が目指す酸水素ガスて振動モータに接続した構造(オオマサガス)などの電極発生技術でこの値をいかに低く抑えるかがカギとなる．

を用いて実験した．図 2 のようにプラス極，マイナス極を そこで，本研究は酸水素ガスをより高い効率で発生させ接続した．
図 2(b)の n とは neutral plate で電極は繋がない．

るための基礎データを得ることを目標とする．図 1 に示す

ガス発生効率 q[ml/min/W]はガス発生量 Q[ml/min]を消ような狭い電極間で電気分解されると，電極間で水素 H

費電力 P[W]で割った値である．Q は市販の流量計(コフロと酸素 O が混合されて新たな組成の HHO ガスが生成されック製)で測定した．通常，電気分解において効率は水素

る．電極間隔を狭くすれば，電流を抑えられて触媒の量をガスが標準状態で 1m3 発生させるのに要する電力量 kWh減らすことができる．また，この混合ガスの成分は水クラとして表されるが，本研究においては現用の流量計がスターであるといわれている．純水な水素よりも酸水素ガ

L/min の目盛で，安定化電源が電圧 V[V], 電流 I[A]で表示

スの方が燃料電池の起電力が条件によっては 10%程度増されるので単位として ml/min/W を使用する．なお，世界(1)

加することが報告されている ．

的にもガス発生効率としてこの単位が使用され始めてお酸水素ガスの発生効率向上に効果的な要素は，電極間隔り，短縮して”mmW”と表記される．

をある程度小さくすること，電解触媒を少量入れることの2 点に加えてマイクロバブル状の酸水素ガス-水の 2 相流からガスのみを分離する技術や電極表面に流れを作って電解反応や水分子の分解を促進することなどの工夫が必要となる．
風力による水電解水素の研究については強風が常に吹
きすさぶ南米パタゴニアから運搬する技術の構想設計(NEDO)などを中心にして実施されてきた (2)．しかし，遠方からの運搬コストが課題となり液化水素が有効なエネ
ルギーとは言い難い．ところが，日本国内の近海において中小分散型の洋上風力の技術が開発されてきており，陸地(a) 2 枚(自作)  (b) 11 枚(OGO 製) (c) オオマサガス(1)への運搬も低コストで実現できる．さらに，通常の純粋な図 2 種々の電極構造

水素(－253℃)よりも格段に液化温度が高いオオマサガス(－179℃)の発明 (1)により高密度の風力エネルギーの運搬に成功する可能性がある．本研究により水電解の効率を格

ファラデーの法則に基づくガス発生効率 qF[ml/minW]の計算は次の式①を用いた．

段に向上させることが可能となれば，原発に頼らない完全な再生可能エネルギーによる水素社会を実現できる．

― 259 ―

𝑞𝑞𝐹𝐹 =

𝑉𝑉𝑜𝑜𝑜𝑜𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅= 6 × 107 (+) /𝐼𝐼𝐼𝐼
𝑡𝑡𝑡𝑡
𝑧𝑧𝐻𝐻 𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑧𝑧𝑂𝑂 𝑝𝑝𝑝𝑝⋯①

ここで，ガス体積 Vol [ml]，時間 t [min.]，ファラデー定数が溶液の wt%濃度で縦軸が 2 枚電極のガス発生効率 q であF=96485As/mol，ガス定数 R=8.31 J/Kmol, 標準大気圧

る．KOH, NaOH，NaHCO3(重曹)の順で q の値が小さくな

5

p=1.013×10 Pa, 室温 T=293.15K，イオン価 zH =2, zO =4 とっている．KOH の場合，濃度 C=0.4wt%でも q≅16mmWした．

で十分大きい．C >1.0%の条件では実験はしていないが電図 3 において電極間隔が小さいほど q が大きくなる傾流が大きくなる分 q は下がると予想される．すなわち，電向がある．特に 11 枚電極の場合，=0.8mm のとき q が解液としては KOH 溶液が最も適している．これまで KOH

10mmW を越えている．また，ファラデーの法則から導か

濃度を 10~20%とすると多くのガスが発生するとされてきれる qF に対してどの実験も上回っている．これは H と Oた(1)が，単位電力あたりで考えると KOH 濃度は 1%以下のが近接した電極の配置によって特別な結合の HHO ガス(3)

少量でも効率は十分高いことが分かった．

として発生することで高い q となったと考える．今後，ガ

因みに，オオマサガス発生装置は 10mm 以上の間隔の電スの成分分析を詳細に行い，分子構造が H2, O2 のみでない

極列の振動によって電極板表面に特殊な流れ場を利用してことを確認する．

製造する酸水素ガスである．ゆえに，電極間隔を小さくすると

ただし，オオマサガスの場合 q は=10mm 程度なので
q=0.6mmW とかなり小さい．この値はファラデーの qF

流れが促進されない(1)．発生したガスはマイクロバブル状で泡の粒径は目視では 0.1mm 以下である．㻌=8mmW よりも小さい．q が qF よりも大きくなるのはが1mm 以下の間隔が極端に狭いときである．

造を利用したガス成分分離技術(4)にも注目する必要がある．

16.00

ガス発生率 q[mL/minW]

なお，海上での水電解には図 3 のように H2, O2 のみでなくCl2 も発生する．ガスを単独で捕集するためには特殊膜の構2枚(海水)
2枚KOH0.8%
OGO(水道水)
2枚(水道水)2枚(純水)
Faraday

14.00

12.00

今後の課題としては酸水素ガスの発生効率向上のために高電圧パルスを利用する．パルスの形状は矩形波とし，周波数 2kHz~5kHz の範囲で可変できる回路を新たに開発

10.00

する．そして，LC 共振を利用した電流抑制の高電圧パル

8.00スで得られた酸水素ガスと直流の場合とを比較検証する．

6.00
4.00

3. 結 論  洋上レンズ風車を用いた海水の電気分解に2.00

よる高効率な水素製造を実現するための予備的な実験と0.00

して狭い間隔の電極の水電解により水素酸素混合の酸水
0

0.5

1

1.5

2
電極間隔 [mm]2.5

素ガス発生実験を試みた．
1) 電極が狭いほど高いガス発生効率 q が得られた．
特に，

図 3 電極間隔とガス発生効率

=1.0mm 以下のとき，q がファラデーの qF よりも大きい
次に，電解液の成分と q との関係に着目する．図 3 で 2値になった．

枚電極の水道水と純水について q の値にさほど差はない．

2) 水電解の触媒として KOH が最も適しているが，その濃海水を模した 3%食塩水の場合，q=10mmW を超えた．こ度については本実験の条件では C=0.4wt%でも q≅16mmWのガスには H2 や O2 のみでなく食塩 NaCl が分解された塩で十分発生効率 q は高い値となった．

素ガス Cl2 も含まれている．一方，図 4 に示すように電解※ なお，当初計画していた「レンズ風車の負荷制御の最触媒によって q 値が変化することが分かった．図 4 は横軸

適化と集風構造体の振動特性との関係」については九州大
学応用力学研究所風工学研究室で十分なデータが得られ18.00

たので，標記のテーマに変更することとなった．

ガス発生効率 q [ml/min/W]

16.00
14.00
12.00
10.00
8.00
6.00

KOH

4.00

NaOH

2.00

NaHCO3

0.00
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

溶液濃度C [wt%]図 4 種々の溶液濃度 C とガス発生効率 q の関係

参考文献(1) 新しいエネルギー「オオマサガス」公式サイト，
http://www.ohmasa-gas.org/index.html(2) 太田 健一郎 ほか 5 名：”平成 17 年度調査報告書 05003143-0「南米の再生化エネルギーを利用した水素の生産に関する調査
第Ⅱ部 アルゼンチンの風力/水素エネルギー生産の可能性調査」”，NEDO，(2006)．
(3) Moray B. King: Water Electrolyzers and the Zero-Point Energy,
Space, Propulsion & Energy Sciences International Forum-2011,
Physics Procedia 20 pp. 435-445.
(4)水素分離膜装置「UBE 水素分離膜」，
http://www.ube-ind.co.jp/japanese/products/fine/fine_05_01.htm，宇部興産．

― 260 ―

26 ME-3
26ME–3風レンズ風車用の炭素繊維強化複合材（CFRP）の衝撃特性評価
岡山理科大学

１．緒

工学部

横山

隆

言

九州大学では、効率に優れた「風レンズ風車」を「6 角形浮体」に搭載した「洋上エネルギーファーム」の実証試験が 2011 年 11 月から開始した。第 1 期計画では博多湾に直径 18 m の浮体、第 2 期計画
では福岡県津屋崎沖に直径 60 m の浮体と 2 機の風レンズ風車を搭載した実験が計画されている。今後、エネルギーファームの効率を更に高めるためには、軽量でかつ高強度，高剛性である大型風車を開発する必要がある。このような観点から、風車の大型構造部材に炭素繊維強化複合材（CFRP）の使用が計画されている。九州大学応用力学研究所のエネルギー変換工学分野では、真空樹脂含浸製造法（Vacuum
assisted Resin Transfer Molding：VaRTM）による CFRP の開発研究が新しいテーマとして開始されている。この手法を用いると、風車や集風体など複雑な大型部材を作製することが比較的容易になる。風
レンズ風車が大波高波浪による衝撃を受けた時の安全性を評価するために、CFRP の衝撃特性データが不可欠である。
本研究の目的は、VaRTM 法により成形した直交対称積層カーボン／エポキシ複合材の板厚方向の衝
撃圧縮応力－ひずみ特性を評価することである。まず、標準的なホプキンソン棒装置を用いて、直交積
層カーボン／エポキシ複合材から板厚方向に切出した薄い円柱状試験片について、高ひずみ速度（  ≒103/s）での破壊までの圧縮応力－ひずみ関係を測定した。この圧縮応力－ひずみ関係から、極限圧縮強度，極限圧縮ひずみ，極限圧縮ひずみ値までの吸収エネルギを決定した。次に、インストロン試験機により低・中ひずみ速度での圧縮応力－ひずみ関係を測定した。両試験結果の比較に基づき、直交積層カーボン／エポキシ複合材の圧縮特性に及ぼすひずみ速度の影響を詳細に調べた。
２．積層板と圧縮試験片の形状寸法
供試材として、VaRTM 法により成形された厚さ約 3.5 mm の直交対称積層（[0/90/0/90/0/90]S）カーボン／エポキシ複合材を使用した。この積層複合材の強化繊維材，マトリックス樹脂の種類及び繊維体
積含有率を、表 1 に示す。機械加工により、積層複合材の板厚方向に沿って円柱状圧縮試験片を採取した。円柱状試験片の適正な細長比（厚さ h／直径 d）の制約上、以下のように形状寸法を決定した。静的圧縮試験片形状について、ASTM E9-89a1) 規格では細長比 h／d = 1.5～2.0 が推奨されている。本積層複合材の板厚（≒3.5 mm）が薄いため、この細長比を満足するように直径を小さく機械加工することは困難である。そのため、やむを得ず試験片を接着剤により 3 枚重ねて、細長比 h／d≒1.3 となるように、直径の寸法（d = 8 mm）を決定した。一方、衝撃圧縮試験片形状については、標準型ホプキンソン
棒試験における適正な試験片細長比の範囲（0.5≦h／d≦1.0）2) に入るように、直径の寸法（d = 8 mm）を決定した。
表 1 本試験で使用した複合材の強化繊維材，マトリックス樹脂の種類及び繊維体積含有率
Cross-ply carbon/epoxy laminated composite
Fiber
HTS40 F13 12K (Toho Tenax)
MatrixEpoxy XNR/H 6815
Fiber volume ratio Vf
0.56― 261 ―

３．試験方法と手順
３・１

インストロン試験機（モデル 5500R）を用いて、室温にて静的・中間ひずみ

静的圧縮試験

速度で圧縮試験を行なった。静的試験片を試験機の上下圧縮治具間に挟み、一定クロスヘッド速度 1, 50
mm/min で試験片が破壊するまで圧縮負荷を行なった。試験片の両端面と上下圧縮治具間での摩擦拘束による樽形変形の影響を極力少なくするために、固体潤滑剤である工業用ワセリンを試験片の両端面に
塗布した。
３・２

ホプキンソン棒法による衝撃圧縮試験

衝撃試験では、圧縮型ホプキンソン棒装置を使用した。本装置は、主として入出力棒（JIS SUJ2，直径 16 mm，長さ 1500 mm）と打出し棒（JIS SK5，
直径 15.9 mm，長さ 350 mm）から構成されている。衝撃試験片を入力棒と出力棒の間に挟み込んで取り付ける。静的試験と同様、試験片の両端面には工業用ワセリンを塗布している。試験手順及び測定理論の詳細については、研究成果報告の文献を参照されたい。
４．試験結果および考察
静的および衝撃圧縮応力－ひずみ関係の比較を、図 1 に示す。実線が衝撃試験，一点鎖線が中間ひずみ速度試験，破線が低ひずみ速度試験の結果を示している。この図より、ひずみ速度の上昇と共に極限
圧縮強度（最大圧縮応力値）は顕著に増加していることがわかる。極限圧縮強度  C を圧壊時のひずみ
速度（ f   C / t f ； t f は圧壊開始時刻）に対してプロットした結果を、図 2 に示す（極限圧縮ひずみ  C ，
極限圧縮ひずみまでの吸収エネルギ UC については、紙面の都合上、省略する）。極限圧縮強度は、圧壊時のひずみ速度が上昇するにつれて増加していることがわかる。これは、母材であるエポキシ樹脂に固有の粘弾性特性によるものである。
800

800

C (MPa)

Cross-ply CFRP.
. = 790/s -2 (h/d = 0.4)
. = 8.0x10-3/s (h/d = 1.3)
 = 1.6x10 /s (h/d = 1.3)

d = 8 mm

600

X
X
X

400

Ultimate strength

Compressive stress (MPa)1000

X: Failure

200
0

0

0.05

0.1

Compressive strain



Cross-ply CFRP

図 1 直交積層複合材の板厚方向における
静的・衝撃圧縮応力－ひずみ関係

SHPB

101 102.
Strain rate at failure f (1/s)

103

600

400

200

0 -4
10

0.15

Instron

10-3

10-2

10-1

100

104

図 2 直交積層複合材の板厚方向における極限圧縮強度とひずみ速度の関係

極限圧縮強度のひずみ速度依存性を考察するために、試験片の巨視的破壊モードの観察をおこなった。
図 3 に低・中間ひずみ速度，衝撃圧縮試験後の試験片の写真を示す。低・中間ひずみ速度下での破壊モードをみると、ある部分から亀裂が発生し約 45°方向に伝ぱしており、マトリックス樹脂部でのせん断破壊が支配的である。衝撃圧縮試験では試験片が破壊開始後も入力棒の左端（自由端）で反射する圧縮
負荷パルスを繰り返し受けて、試験片が粉砕されるので、破壊モードを明確に把握することができない（図 3 の右端から 2 番目）。そこで本研究では、図 3（挿入図）に示すような簡単な円筒状スリーブ（材質：SUS304）を試験片の大部分を覆うように出力棒の先端部に取り付けることで、試験片が初期の衝― 262 ―

撃圧縮負荷パルスで圧壊した後にそれ以上負荷が作用しない（さらに繰り返し圧縮負荷パルスも作用しない）ように工夫した。この手法を適用すると、初期の圧縮負荷パルスのみで圧壊した試験片（図 3 の右端）が回収できて、破壊モードを正確に調べることができる。通常の衝撃圧縮試験で粉砕された試験片と比較すれば、破壊モードへ及ぼすその効果が理解される。図 3 より、ひずみ速度により、破壊モードは大きく変化していることがわかる。

図 3 静的・衝撃圧縮試験後の試験片の写真
５．結言

直交積層カーボン／エポキシ複合材の板厚方向の低・高ひずみ速度（  ≒10–3～103/s）での圧縮応力－ひずみ特性を、標準型ホプキンソン棒法及びインストロン試験機を使用して評価した。その結果、次のような結論を得た。
(1) ひずみ速度が上昇するにつれて、極限圧縮強度及び極限圧縮ひずみまでの吸収エネルギは増加す
るが、極限圧縮ひずみはわずかに減少する。
(2) ひずみ速度により、破壊モードは大きく変化する。
参考文献
1) ASTM E9-89a: Annual Book of ASTM Standards, Vol.03.01, American Society for Testing andMaterials, Philadelphia (1995), 98–105.
2) G. T. Gray III: ASM Handbook, Vol.8, Mechanical Testing and Evaluation, ASM International, Materials
Park, OH (2000), 462–476.
研究成果報告1) 中井賢治，横山隆，陳丁丁，新川和夫：直交積層カーボン／エポキシ複合材の板厚方向の衝撃圧

縮応力－ひずみ特性，日本非破壊検査協会主催

第 46 回応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム

講演論文集（2015），pp. 23–28.
2) 中井賢治，横山隆，陳丁丁，新川和夫：直交積層カーボン／エポキシ複合材の板厚方向の衝撃圧

縮挙動，日本実験力学会主催

2014 年度年次講演会講演論文集, No. 14 (2014), pp. 297–301.

研究組織
・ 研究代表者横山隆（岡山理科大学

工学部

・ 研究協力者

中井

賢治（岡山理科大学

・ 研究協力者

陳・ 所内世話人

新川

丁丁（九州大学大学院
和夫（九州大学

工学部

機械システム工学科）
機械システム工学科）

総合理工学府

応用力学研究所― 263 ―

物質理工学専攻）
新エネルギー力学部門）

― 264 ―26 ME-4

GrL`BpBZ­ ÌŚŋļęĘŶķĦō-ÖĄ)ķŚĂŔ£ÕĜÅŘķÜŚŹÅ }ó¡Ű¸Ł.5,
D\rIůĝ>²;HXJ]tP-ěœ(;ĘŶķĦ.ĭLQZËÁŻĞă¤ū)<';!-Ī(6ûÔſ(;    . 7  Ĺ-sAmTr>3&Èăºďĥ¦ô,ţŗ,;#5ĭLQZ(; °ĘŶķĦ. ńıĸ-(ĩè,¶§ŠÍēÐò(; )şÁŻĞă<':ń  vô-ù/Ż>Ğă';đ¤,ËÁŻ>Ğ
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― 268 ―

26 ME-5
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,MWCNTs G DMF 4łÁ%)DMF ő5 PU ÙÅ1İº&ĖvįũŨ4/q3¼ºs43DA4²ľ&,
n3D CNTs őŜ (3,7, and 9 wt%) 8°% (0.1, 0.5, and 2 mm) G¿ô&,ĵ5,>PU 5=5ÇŠ?¿ô&,
<,n3DĉýµăQ WØŤG¿ô&,
Ĩġð5ĺx CNTs 6ŐE,ĨġðGő&/D`fa

15XZŁºw4ACŒġĊ¾Š13D

*5,>¾Š5ġĚ´6 CNTs 5őš4lć(

Fig.1 The measurement of electric
conductivity.

DġĚ´5Ąę6ġŉGŕ,(Fig.1) ġÊįÔŅ5ĺx ÇŠ5ġÊįÔŅīðGĺx(D,>4ġÊ6ÔŅ¯|(SEShielding Effectiveness)GĄ
ę&,SE 6¾Š4ĬÑ(DġÊįA8Ġā­5ġ
Êį5ĵŜ0Ĺ%EDŋĄęĀĒ5ŞìG Fig.2 4
Ë(ĄęÚįí6 0.5-18 GHz 0D<,ġįÔŅ
īð6¾Š5ĨġðŒġīð1ÿD1¶
BE¿ñ&,¾Š5ĨġðŒġīð5Ąę?¸-,

― 269 ―

Fig.2 The schematic of an EMI
shielding measurement system.

ÇŠ5ĵŒġŜĵĥÊŜA8Œġòõ5Ąę6ä5ħÎ4ÉGÖCĽ!D#14A-/Ąę&,
§|A8¶ÀCNTs XZPi`RUW5Ĩġð  
Fig.3 4n3D CNTs őŜņw4ċ(DĨġðG
Ë(CNTs 1 wt%5åº, Ĩġð6 1.26×10-2 S/m 0
CPU ÙÅďĊ5 10 ¥;2Ď<, CNTs 9
wt%5åº, 35 S/m 13D.
g

1 wt%ø­6\ PQdiūĐ0D#1łD

ġÊįÔŅīð
Fig.4 4 CNTs őŜ4AD¿ô&,¾Š °%Fig.3 DC conductivity of CNT/PU composites
containing various loadings of CNTs.

2mm5ġÊįÔŅ¯|(EMI SE)GË(CNTs őŜ5Ăy4ĳEMI SE ĕ& Ăy&/D#1
łDCNTs őŜ 3 wt%5åº sSE 5ńĐ
6 7.7dB 0-,79 wt%5åº*E+E 1 28.5 dB 13CCNTs 5Ğy4ADġÊįÔŅ¯|ĕ&#1ĪBE,<,¹ÚįíČp4/6%B4¹ÔŅ¯|CCNTs 9 wt%,
Úįí 16GHz 4/ 35dB 13-,
Ï¾Š5 SE œĄ46
ÈÍ6ÃFEDFig.5
4ĄęĐ1œĄĐ5ĵG¸##0j6

Fig.4 SE of CNT/PU composites (thickness 2 mm)with various CNT loadings (3, 7, 9 wt%) .

ĥÊŜk6ĨġŜf 6Úįí0D

SE 39.5 10 log

2 f

8.7d

f

(1)

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Güô&,ħ¾Š5ġĜīð@ġÊįÔŅīðGęšĜ
4ĺx&<,śŦĜœĄG¸Ĳ&,¾Š5ĮðĲ

Fig.5 Comparison between calculated andexperiment results for the SE of CNT/PU
composites of CNTs 7 and 9 wt%.

¬G©Ĥ&,CNTs őš5Ăy4ACġÊįÔŅ¯|ĕ& ±ä%E,#1ŌB13-,<,XZ]Je 5M _iXZTc ^GĞy(D#10ġĜīð6Ď ù%E,\ P g QdiĐ6 CNTs őŜ 1wtø­13CĈ5XZ]HK[,17 VGCFs4ĵ:Ō4ù%E,

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― 270 ―

26 ME-6

洋上エネルギープラントへの輸送用航空機の流力に関する研究
広島大学大学院工学研究院エネルギー・環境部門
教授 岩下 英嗣

研究目的
現在、洋上風力発電に代表されるように、我が国周辺に広がる広大な洋上にエネルギープラントを建造し、集中的に高効率で自然エネルギーを生成するプロジェクトが各所で進行中である。将来の建造、運転を考えた場合、エネルギープラントへの人や物資の輸送手段についても検討を行う必要があり、その候補として洋上を高速で飛行する地面効果翼機が考えられる。滑走路などのインフラが不要であり、も良いことから、主機とし低空を飛行するため与圧機も不要かつ揚抗比が通常航空機よりもてプラントで得た電力で駆動するモーターを利用することもできるであろう。本研究では、こうした利点を有する地面効果翼機に関して、その供試模型を用いた水中曳航試験を行い、その空力性能や飛行安定性について検討することを目的としている。

研究組織
氏 名

所 属

職 名

役割・担当

胡 長洪

九州大学応用力学研究所

准教授

実験指導

岩下 英嗣
伊藤 悠真
梶野 恭平
高橋 悠

広島大学大学院工学研究院 エネルギー・環境部門
広島大学大学院工学研究科 輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科 輸送・環境システム専攻
広島大学大学院工学研究科 輸送・環境システム専攻

教授
博士 年
修士課程 年
修士課程 年

代表者
実験補助
実験補助
実験補助

実験の概要
供試模型について
著者らは，久保・秋元らと共に新たな前翼式地面効果翼機を提案しており，ポテンシャル理論を用いた理論計算と風洞試験を通して様々な設計検討を行ってきた．その結果，左に示す下反角・テーを有する形状に至っている．本研究ではこの主翼と右に示した
パー角そして翼端板
アスペクト比 の単純矩形翼を対象とし，翼単体における空力特性と飛行した際に生じる翼周りの圧力場について明らかにした．
に模型の諸次元を示す．水中曳航速度は矩形翼と主翼とでそれぞれ，に設定し，実験を行った．

― 271 ―

水中曳航試験について

240 mm九州大学応用力学研究所所有の深海機器力学実験水槽において実験を行った．
に実験のセット
アップ図を示す．
に示した供試模型は，定格の検力計を前後に つ設置した強制動揺装置，
スウォードを介して水中に設置した．水中での迎角設定が容易に行える用，耐水性の加速度センサー 共，定格を使用し，リアスパーに取り付けられたシャフトを回転させ翼に迎角
和電業製，を設定した．検出された加速度を角度に変換することで水中で迎角設定を行った．また，水中には幅，長さの地面板を設置した 地面板中央部には，翼の幅方向に 本，翼中央と翼端部の進行方向に本ずつ圧力センサー 共和電業製，定格を設置した 矩形翼と主翼について地面上を定常曳航させ，検力計により翼に作用する流体力を計測すると同時に，幅方向 本の圧力センサーで定常圧力を計測した．さらに，強制試験を行うことにより，動揺飛行時の流体力と，翼中央部と翼端部に設置した 本の圧力計により非定常流体力を計測した．計測法は大楠によって開発された船体周を非定常圧力計測に応用した．設定水深については，
りの非定常波形計測技術
事前に境界要素法による理論計算を行い，自由表面が翼性能に及ぼす影響が，翼性能に対して
以下になる様に決定している．
720 mm
また，本実験では，翼にタフトを取り付ける
NACA3409, AR = 3
ことで地面効果内における流線の観察も行った．
に翼に設置したタフトを示す．重力や浮No.3
力の影響を受けない比重 のテグスを左右に
240
240
240
No.2
本ずつ翼中央から翼端にかけて
間隔
No.1
Tuft
Tuft
Tuft
Tuft
Tuft
Tuft
で取り付けた．飛行高度は地面と後縁までの高
をコード長
の比
として定義
さ
しており，飛行高度と迎角をそれぞれ変化させて実験を行った．
No.1

No.2

No.3

No.4

No.5

Radiation device
3-component
load cell (50kgf)

Ground plate (5000×2000)

840

Pressure sensor (×7)
( Steady pressure )Towing carriage
Shaft for setting
angle of attack
2000
1000
920

Towing direction( 2.213 m/s )Sward

Acceleration sensor( KYOWA ASW-5A)
for setting angle of attack

Pressure sensor (×12)( Unsteady pressure )5000

Ground plate
Pressure sensor (×17 )( KYOWA PS-05KD)

理論計算
自由表面干渉影響
空気場，水中場共に非圧縮，非粘性，非回転の理想流体と仮定し，空気場を一定速度で進む翼に物体固定座標系を示す． は物体を考える．
は後流面， は自由表面を示している．法
表面，線ベクトル は流体内向きとし，自由表面は剛体壁，― 272 ―

No.6

後流面は主流に沿って平行に流れると仮定する 空気の速度ポテンシャルをと表し，次の境界条件を満足する

流体領域にの第 定理を適用すると，次の積分方程式が得られる．

ただし，

，
，

ここで，
と
は後縁上下面での速度ポテンシャルを表している．
と上で速度ポテン
シャルが求まれば，自由表面の干渉を含まない空力を求めることができる．
次に，自由表面場について考える．水中場についても非圧縮，非粘性，非回転の理想流体を考え水中をと定義する．運動学的条件と力学的条件を満足
場の速度ポテンシャル
における線形自由表面条件式と隆起量を求める式が得られる．
させ，

ここで，波数はと定義し， は水の密度である．ランキンパネル法によってに関する境界値問題を解くことによって，波の隆起量 を求めることができる．波面との干渉影響を調べるため，の境界条件を新たな境界条件であるに変更する．こうして再度計算された波面の剛体壁上を飛行する空力と，最初に計算された干渉を含まない空力とを比較することによって，自由表面干渉影響について考察を行った．本研究では，翼が定常飛行した際に作用する地面上圧力分布を実験と計算結果とで比較することによって自由表面干渉影響の一部の妥当性の検証を行った
後流影響・強制計算法

翼が飛行しているときの後流変形による影響，非定常運動する翼の流体力の調査も行うため，時間領に解析に使用した空間固定
域解法を適用した．
座標系を示す．自由表面は剛体壁として扱う．解析手法として，初期状態の解析では定常問題～
を用いてを解く．したがって，境界条件は境界値問題を解くが，この時の後流は主流に沿って平行に流出させる．
以降は時間刻みにの後流面を追加しな
従って時々刻々，長さがら一定速度で前進させる．空気の速度ポテンシャル
次の境界条件を満足する．

― 273 ―

・・

・・

・

0

・・

・・

・

は各時間ステップにおいて

空気の速度ポテンシャル

に関する積分方程式は次の様になる．

ただし，各時間ステップにおいて積分方程式を解き，物体表面上での速度ポテンシャル
面上での流速場を求めることができる．即ち，の両辺に を取って，この手法により，すべての後流面グリッドの流速を計算し，時間変化の移動量を求めることができる．
に強制計算に使用した空間固定座標系
計算についても時間領域境界要を示す 強制素法を適用したが，長時間計算する必要があったた
め，後流の変形は考慮していない 翼に与える強制運動はで与える ここで，は加振振幅， は動揺の円周波数である 全ての時間
ステップ計算を行うと，揚力・抗力・モーメントに関する時系列データが得られ，それらをフーリエ級数
展開することで非定常流体力について議論しているが求められると，後流を乗ずることで，後流グリッド͐͐

実験結果と考察
自由表面圧力場と隆起量・干渉影響
翼が定常飛行した際の圧力場について，翼幅方向に設置した圧力計で計測した実験結果と境界要素法
による計算結果をに示す 飛行高度及び迎角は，の結果である．圧力の実験結
シフトさせて計測され果は翼幅方向に並べた 本の圧力センサーを用い，かつ模型を 方向に
， ，
，
における
た合計 本分の計測結果であり，上が翼下面から後流下面
断面の圧力分布，下が圧力コンター図である．圧力センサーにより得られたデータを見ると若干のばらつきは見られるものの，地面板上の圧力分布を十分な精度で捕らえることができている．よって，波， では翼中心近傍で大きの隆起量を計算する前段階の妥当性が確認された 翼模型直下のな正圧が作用しておりその大きさは翼端へ向かって小さくなっている．この分布は翼に作用するスパン
方向の荷重分布と類似している．翼の下流部である，では翼端部に圧力の落ち込みが見― 274 ―

られる．固定後流モデルによる計算では翼端部に負圧域が見られるが，後流変形を追跡して計算する自由後流モデルでは負圧の大きさが小さくなり実験結果と合致してくる．一方，翼に作用する空力に関しては，固定後流モデルと自由後流モデルとによる推定とにほとんど相違が見られないことが分かっている ．このことから，空力という積分量の推定においては固定後流モデルで差し支えないものの，圧力分布など局所量の推定に関しては自由後流モデルを用いる必要があると言える．
に翼端板付き主翼の実験結果と計算結果を示す．飛行高度及び迎角は，前翼式地面効果翼機の設計高度と迎角である，である．矩形翼と比較すると，翼中央部における正圧分布は翼中央から翼端にかけてほぼ一定値を保っており，翼端位置において急激に小さくなる．翼端板付き主翼についても自由後流モデルを用いて計算した方が圧力は実験結果と良く一致している．その優位性は
翼端部圧力において矩形翼の場合よりも明瞭に現れている．以上から，地面板上の圧力分布の推定に関して，提案する計算法が十分な精度を有していることが確認されたと言え，この圧力分布をベースに推定した翼の造波問題に関する知見の妥当性が示されたに得られた圧力分布を基にして計算された波の隆起量を示す フルード数は
と定
義し，
，
，
の結果である 矩形翼の結果を示しており，，である 低速飛行時では，ケルビン波が観察できるが，飛行速度の増加に伴い，翼端からの隆起が顕著に
以下 コード長の程度 であり，波はほとんど起なることが確認できる しかし，その量はきないことが分かったに検力計で計測された空力の実験結果と境界要素法による空力の計算結果を示す 実線が平板の剛体壁面として計算された結果であり，点線が波面の剛体壁面として計算された結果である 両者の相違は以下であり，
によって生じる波が空力に及ぼす影響はほとんど無視できることが分かっ
から低高度
において
た また，地面効果によって揚力傾斜が変化し，高高度，揚抗比の向上が見られた．計算結果と実験結果は良好に一致しており，本研究で提案した境界約
要素法が十分な精度を有することが確認できた
後流の可視化
，にタフト法で観察された後流流線を示す
は，
で固定し，
と
における側面からの観測結果であり，はにおいて，飛行高度をとに変化させたときの上方から観測した結果である 側面図からは，迎角の増加に伴い，コード長の延長線上に流線が流出していくことが確認できる．また，ののタフトは，翼端渦の渦中心に位置しが顕著に観察できる．
から，地面効果内における後流はており，翼端からの地面の存在により翼幅方向に広がっていくことが分かる．通常，高高度を飛行する場合は後流面は縮流となるため，飛行時の後流が翼幅方向に広がるといった特徴は地面効果内特有の現象と言える．
非定常流体力と非定常圧力分布試験については波数の無次元値としてを定義し実験を行った．
に，とにおける矩形翼の非定常流体力を示す．横軸はとしており，縦軸はフーリエ級数展開後の定常項，非定常項の振幅と位相を表している．非定常項については 次オーダーまで展開
した．まず，定常項についてみると，揚力，モーメントの定常項の実験結果は定常試験の結果と良く一致しており，実験の妥当性が確認できた．抗力については波数が大きくなるほど定常試験の結果よりも小さくなることが確認できるが，これは振動翼が推力を発生することに起因している．非定常成分を見ると，飛行高度の減少と共に定常・非定常流体力共に増加していることが確認でき，非定常流体力につのとき，定常揚力に占める非
いても地面効果の影響を顕著に受けることが分かった．動揺振幅がに達するが，その位相は約であり，減衰力として作用していること
定常揚力の割合は約が分かる．よって，これらの非定常流体力はの飛行運動を悪化させる方向には働かないことが示強制― 275 ―

唆される．揚力，モーメントには 次オーダーはほとんど含まれないが，これらに比べ値の小さい抗力の 次オーダーが混入しており，動揺振幅の影響を大きく受けることが分かった．
は 次成分の約は，，における翼中央部と翼端部での非定常圧力分布である．横軸はコード長 で無次元化しており， が翼後縁， が翼前縁を表している．翼中央部・翼端部進行方向
によって計測された結果である．翼に 本ずつ設置した圧力計を用いて大楠の端部においてはほとんど非定常圧力は生じないが，翼中央部においては定常圧力と同程度の大きさの非定常圧力が作用することが分かる．
，
を通して，本研究で提案した時間領域境界要素法は空力特性と圧力分布の観点から非常に良い推定精度を持つことが確認された．

結言
本研究で実施した水中曳航試験により，地面上圧力分布と空力の同時計測を行い，これまでに無い貴重なデータを取得した．得られた知見を以下に示す．
地面上圧力分布の妥当性が水中曳航試験により確認された．よって，圧力分布をベースとして得といった高速飛行時においても，波の隆られた自由表面隆起量も妥当であると考えられ，
起量はコード長の程度である．自由表面干渉影響は極めて小さいことが確認された．
地面効果内での後流変形は，地面の存在により翼幅方向に広がるといった特徴を有する．翼端に等もタフト法により明瞭に確認できた．
おける
運動しながら飛行した際の非定常流体力は減衰力として働くため，翼の運動を抑える方向を応用し，非定常圧力分布の解析に成功しに働く．非定常波形の解析法である
た．非定常圧力は翼中央部では顕著に作用するが，翼端部においてはほとんど作用しない．
本研究により提案した境界要素法による定常計算，時間領域解法による非定常計算は，圧力分布，
空力共に良好な推定精度を持つことが分かった．

久保昇三，秋元博路，

表面効果翼艇の現状と展望，日本航空宇宙学会誌，第

巻，第

号，

伊藤悠真 岩下英嗣：地面効果内を飛行する 次元翼と全機空力に関する自由表面干渉影響と後流
年春季講演会，講演会論文集，
影響について，日本船舶海洋工学会平成― 276 ―

22

x/c = 0.75

(p-p0)/(ρaU /2)

0.5

0.5

Cal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.4
0.3

2

x/c = 0.00

(p-p0)/(ρaU /2)

0.4
0.3

2

x/c = -1.50(p-p0)/(ρaU /2)

0.5

Cal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.5

Cal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.4
0.3

0.3

0.2

0.2

0.2

0.1

0.1

0.1

0.1

0
-0.1
0

y/c

y/c

1

-0.1
2

3

-0.2

0

3

0

y/c

1

-0.2

3

1

2

0.0

0.0

0.0
3
0.0
4

0.04

0.03

0.02

0.01

1

0

-1
0.
0. 01
02

0.0

1

0.0
2
0.
03
0.
04

2

3

0.03

0.04
0.05

0.01

3

2
0.0

0.02

1

0

-4

-5

0.00

-1

0.00

6

5

4

-2

-3

-4

-5

0.03
0.06

0.03
0.05

0.05

0.05

6

0.06

2

1

0

x/c

-1

，
(p-p0)/(ρaU2/2)

x/c = 0.75

0.5Cal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.4
0.3

(p-p0)/(ρaU2/2)

x/c = 0.00

0.5

Cal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.4
0.3

-2

-3

-4

(p-p0)/(ρaU2/2)

x/c = -1.50

0.5

Cal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.4
0.3

0.2

0.1

0.1

0.1

0.1

y/c

y/c

1

2

3

-0.2

0

1

3

-0.2

0

01
0.

0.
01

03
0.

3

0.04

0.03

0.02

0.01

4

2

1

0

0.0

0.
01

0.0
0.0 0
2

0.03
0.03

1

0.0

1

y/c

2

3

0.00

-2

-3
0.00

0.
02

0.01

0.01

-2

-3

0.02

0.02

0.04

0.03

0.03

x/c

0

，

― 277 ―

-4

-5

0.01

0.05

1

-5

0.00

0.01

0.03

0.03

0.06

0.07

2

-4
0.00

0.00

0.03

3

-0.01
0.00

5
0.0

0.
03

05
0.

4

-0.05

-0.01

1

-1
05
0.

4

0
0.03

2

0.02

5

0.02

0.01

3
0.03

0.5

6

0

0.00

3
0.0
4
0.0

4

0.0

-1

0.01

02 .03
0.
0 .03
0

0.02

5

Experiment

1

-0.2

-0.04

0.00

0.5

6

3

-0.04

02
0.
3
0.0
0.04

5

Calculation( Free-wake sheet )

1

2

-0.03

0.5
6

y/c

1

Wing tip-0.1(p-p0)/ρaU2(1/2): -0.10 -0.09 -0.08 -0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20

Calculation(Fixed-wake sheet)

1

y/c

2

x/c = -3.00

0Wing tip

-0.1

0.
04

0

-0.1

0.
02

-0.1

0

Wing tip-6

Cal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.3

0.2

0

(p-p0)/(ρaU2/2)

0.4

0.2

Wing tip

-5

，

0.2
0

-6

0.02

.03

3

0.00

1

3

0.
04

7

-6

-0.01

0.0

0

0.00

-3

06
0.

0

-0.01

-2

0.
06

.02

-0.03

0.01

4

0.5

0

2

-0.03

0.00

0.02

5

-0.01

0.
00
0.0

Experiment

0.5

y/c

-0.03

-0.02

0.
01

0.03

6

1

2

3

1

0

1

-0.03

0.00

0.0

4

0.04
0.05
0.05

7

1.5

0.0

3
0.0
0.04

5

0.5

0

0

-0.02

0

6

Calculation( Free-wake sheet )

1

-0.2

Wing tip

-0.1

2

0.0

7

1.5

1

0.5

0

2

0.0

Calculation(Fixed-wake sheet)

1

0

y/c

1

-0.2

0

Wing tip-0.1(p-p0)/ρaU2(1/2): -0.10 -0.09 -0.08 -0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20

1.5

0

0

Wing tip

0.02

-0.2

0

Wing tipCal. ( Fixed wake sheet )Cal. ( Free wake sheet )
Exp.

0.4

0.2

x/c = -3.00(p-p0)/(ρaU /2)

-1

-2

，

-3

-4

-5

0

Fn = 1.0( U = 1.0 m/s )

00
0.0

01

1

-0

00

-0.0

00

0.00

01

ζ/c

1

0.002

00
1

0.001

0.0
00
1

0

01

-0.001

0

-5

x/c
0.0

.00

00

-2

1

Fn = 3.0( U = 6.0 m/s )

-3

00

0

-0

0.0

-4

000

5

y/c

-0.0

4

01

01 0.0000

0.0

00

3

.00

00
0.

-0

00
0.

2

-0.0

01
0.00

1

-0.0001

0.00-0.000

-1

1

00
0.

1

01

0.0

-2

00

0.0

-0.0

1

0

00

00

00

0

0.0

-0.0

Fn = 1.0( U = 1.0 m/s )-30.0000

y/c
-4

-10

001

0.0

00

-0

0

.0

00

-15

1

-0.0

Fn = 3.0( U = 6.0 m/s )

002
003
-0.0

-0.0

-1

-0.002003

ζ/c-0.0001

0
1

0.002

-0.0001

2
0.0

3

00

0.0

1

00

0

-0

4
5

y/c
-4

0

Fn = 10.0( U = 20.0 m/s )

-3
-2

-0.0

.0

00

-0.0

1

-5

x/c

-0.0
00 3

0.001
003

0
-0.001

0 02

-10

-15

-0.002

Fn = 10.0( U = 20.0 m/s )0.0002

0.0

00

2

0

0.00020.0002

-1
-0.0

ζ/c

0
.0
1

018

0.002

4

1

-0

-0.00002

0.001

0.00020.000230.0002000.0002-0.001

4

0.003

5

ζ/c

0

x/c

-5

-10

Fn=1.0Fn=3.0
Fn=10.0

Mid-span (y/c=0.0)

0.002
0.001

-0.002-15

0.003

Wing tip (y/c=1.5)

0.001

0

0

-0.001-0.001-0.002

ζ/c

0.002-0.002-0.003

10

5

0

x/c

-5

-10

-15

-0.003

10

5

0

x/c

-5

-10

-15

，
0.8

CL

0.08

0.7

0.07

0.6

0.06

0.5

0.05

0.4

0.04

0.3

0.03

0.2

0.02

0.1

0.01

0
1

-1

CP

0

1

2

α (degs.)

3

4

5

0
30

CD

Cal. h/c=0.30 ( Flat surface )Cal. h/c=0.30 ( Wavy surface )Exp. h/c=0.30
Cal. h/c=1.00 ( Flat surface )Exp. h/c=1.00

-1

0

1

-1

0

1

CL/CD

2

3

4

5

2

3

4

5

，

，

α (degs.)

20
0.5
10

0

-1

0

1

2

α (degs.)

3

4

5

0

― 278 ―α (degs.)

Calculation

Calculation

α＝3.0°, h/c = 0.30

Experiment

Experiment
α＝3.0°, h/c = 0.30

No.1

No.2

α＝5.0°, h/c = 0.30

No.1

No.3

，

Calculation

Experiment

α＝5.0°, h/c = 0.30

No.2

No.3

，

，

Calculation

α= 3.0°, h/c = 0.30

Experiment

α= 3.0°, h/c = 0.30

α= 3.0°, h/c = 1.00

α= 3.0°, h/c = 1.00

No.6

No.6

No.5

No.5

No.4

No.4

，

― 279 ―

，

，

2

0.06
0.05

-F5/(ρU2Sc1/2)

2-F1/(ρU S1/2)

Cal. Kc=1.0
Exp. Kc=1.0
Cal. Kc=4.0
Exp. Kc=4.0
Exp. (Steady)Steady force

0.04

1

0.03

F3/(ρU S1/2)

Cal. Kc=1.0
Exp. Kc=1.0
Cal. Kc=4.0
Exp. Kc=4.0
Exp. (Steady)Steady force

0.1
0

-0.1
-0.2

0.5

0.02

-0.3

0.01
0
0.06
0.05

-0.4

Unsteady force( 1st-order )Cal. Kc=1.0
Exp. Kc=1.0
Cal. Kc=4.0
Exp. Kc=4.0

0.04
0.03

0
1

Unsteady force( 1st-order )Cal. Kc=1.0
Exp. Kc=1.0
Cal. Kc=4.0
Exp. Kc=4.0

0.5

-0.5
0.5
0.4
0.3

0

0

0

0.02

0.2

0.2

Unsteady force( 2nd-order )0.15

Unsteady force( 2nd-order )

0.15

0.01

0.1

0.1

0.005

0.05

0.05

180

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

h/carg. (degs.)

0

1

180

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

h/carg. (degs.)

0

1

180

90

90

0

0

0

-90

-90

-90

-180

Cal. Kc=1.0
Exp. Kc=1.0
Cal. Kc=4.0
Exp. Kc=4.0

0.1

0.01

0

Unsteady force( 1st-order )

0.2

0.02

0.015

Cal. Kc=1.0
Exp. Kc=1.0
Cal. Kc=4.0
Exp. Kc=4.0
Exp. (Steady)Steady force

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

-180

1

Unsteady force( 2nd-order )0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

arg. (degs.)

h/c

1

90

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1

-180

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1

，
2

0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2

(p-p0)/ρaU /2

Steady termMid-span ( y/c = 0.0 )Cal. cos component
Exp. cos component
Cal. sin component
Exp. sin component

Unsteady term

4

0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2

Cal.
Exp.

(p-p0)/ρaU2/2

3

2

1

x/c

0

-1

-2

Steady term
Wing tip ( y/c = 1.5 )

Cal.
Exp.

Cal. cos component
Exp. cos component
Cal. sin component
Exp. sin component

Unsteady term

4

3

-3

2

1

，

x/c

，

― 280 ―

0

-1

，

-2

-3

26 ME-7
CT-FEM を用いた臼蓋形成不全及び臼蓋後捻のバイオメカ二クス的検討
九州大学医学研究院

中島康晴

1. INTRODUCTION
Total hip arthroplasty (THA) has been the most suggested treatment for later stage of hip osteoarthritis (OA) patients.
Several demographic risk factors were reported contribute to the disease such as elder age, female gender and bodymass index [1]. The challenges in promoting long term stability of the arthroplasty are still continue and investigate
towards clinical, experimental and computational study. In computational discipline, issues of stress shielding and bone
remodeling were continuously discussed and predicted. Both factors were believed to contribute to bone resorption,bone growth and hence lead to implant instability. The presence of hip prosthesis stem has created a mismatch in theelastic modulus of two materials inside the bone. Alteration of stress-strain stimuli in bone will increase bone resorption
stage and initiate bone remodeling [2]. Understanding of biomechanical behavior for human lower limbs will be benefit
to predict long term performance of hip arthroplasty and gait stability. Thus, the objectives of this research were to (i)develop 3D inhomogeneous model of lower limbs with hip OA and hip arthroplasty, (ii) to evaluate the stress variation
and adaptation of lower limbs on both cases and (iii) to predict bone remodeling behavior on the resulting bone mineraldensity. A weight load distribution of quiet standing is considered in the analysis using the finite element method.
2. FINITE ELEMENT MODEL
Computed tomography (CT) based images data of a 79-year old female patient (with hip OA) were used in developing a
3D lower limbs model. The model was designed to be inhomogeneous material using commercial biomedical software,
Mechanical Finder v6.1. Distributions of Young’s moduli were predicted using the Hounsfield unit of the CT images.
The FE model of lower limbs ware consisted of sacrum, left and right ilium and femoral shafts. Bonds between cartilage,
acetabulum and femoral head, sacrum and ilium were assumed to be rigidly connected. Three dimensional models of
lower limbs with hip OA and THA were illustrated in Figs.1. CAD data of total hip replacement were imported andaligned to the hip OA limb (left femur). Interfacial connection between implant and bone was considered as perfectly
bonded. A load case of quiet standing was considered in this study. The posture in the foot side-by-side position
contributes to structurally and functionally equivalent of the lower limbs. A 60kg load of the patients’ body weight wasapplied at the cross sectional sacrum and fixed at the distal of femoral shafts, as shown in Fig.1.
3. RESULTS AND DISCUSSION
The body weight of a patient was transferred to lower limbs and distribute to left and right limbs, symmetrically.
Findings in this study showed that the stress variation was differed between right and left side as osteoarthritis occurredat the left hip joint. Cross-sectional observation of maximum principal stress was illustrated Fig.2(a) and (b) for lower
limbs with hip OA and THA, respectively.
Similar pattern of stress variation was indicated on right femurs (healthy hip joint) of both lower limbs. Higher stresswere defined at femoral neck and well distributed along the cortical bone shafts. Left femur with hip OA indicated quiet
similar pattern of distribution but in lower magnitude. Different pattern of stress distribution was analyzed in left femur
with THA. Major load were dominant in stiffer prosthesis stem and lead to stress shielding phenomenon. Presence of
prosthesis stem in lower limbs has created a mismatch material inside the bone and contributes to biomechanicalinstability. More loads were transferred to stiffer material stem and concurrently reduced the stress at the surrounding
bone. Changes of stress variation on left femurs between hip OA and THA were demonstrated in Fig.3.
60kg

Fig.1. 3D model of lower limbs with OA or THA, and Boundary conditions― 281 ―

(a) Hip OA(b) THA
Fig.2 Maximum principal stress variation of lower limbs at cross-sectional anterior-posterior (A-P) viewFig.3. Stress adaptation at left limb

Fig.4. Highest magnitude of principal stress in left limbs

Two different regions were identified to experience most differences namely proximal and distal region. Fig.4
indicates that the stress adaptation occurred in both regions. Magnitude of maximum principal stress in THA was
reduced up to 56.36% as compare to hip OA at the proximal region. Unlike proximal region, increament of stress values
were indicated in distal region at 39.08% and was expected to promote bone thickening. Less stress that predicted at theproximal femoral shaft may promote to bone resorption and become weak at the respective region. While in the areas ofdiminished load, the skeleton preserve as much bone tissue as is necessary to sustain the low load level. Normally, theskeleton in the unloaded areas was weaker and at high risk of fracture under unexpected high force.
4. CONCLUSION
Development of 3D inhomogeneous model of lower limbs had appropriately contributed to predict body weight
distribution and bone adaptation. Predictions of bone resorption and bone loss were defined on the resulting principal
stress and bone mineral density on lower limbs with hip OA and THA. Reduction of stress in THA limbs as compare to
hip OA limbs explained biomechanically the resorption phenomenon. Both affected/non-affected and operated/nonoperated limbs presenting the changes and experienced bone adaptation. The findings were expected to contribute to
gait instability and adaptation of the patients.
REFERENCES[1][2]

C. Y. Chung, M. S. Park, K. M. Lee, S. H. Lee, T.K. Kim, K. W. Kim, J. H. Park and J. J. Lee, Osteoarthritis andCartilage, vol. 18, pp. 312-316, 2010.
H. M. Frost, The Anatomical Record, vol. 262(4), pp. 398-419, 2001.

― 282 ―

26 ME-8
薬徐放機能を有するバイオセラミックス/ポリマー複合系多孔体の創製と評価
九州大学歯学研究院

古谷野潔

I. INTRODUCTION

For a large bone defect caused by tumor or cyst, regenerative treatment should be applied to reconstruct the damage
bone. Autografting is the standard treatment for such bone regeneration, however, limit of amount, excision of healthybone, and pain at the excision point has been problems to be solved. Therefore, artificial bone substitutes made of bioceramics have been developed as a substitution for autografts. Calcium phosphates such as hydroxyapatite (HA) and TCP have been utilized to develop artificial substitutes because of their similar chemical structure to inorganic component of bone, therefore, excellent biocompatibility. However, the rate of bone formation by the bioceramic substitutes isusually much lower than that of autograft. Development of functional scaffolds is one of the key technologies in bone
tissue engineering. Recently, scaffolds with drug release function have also been developed. In the present study, bioceramic/biopolymer composite scaffolds with drug release function were developed by using the template method. A
commercial drug, statin, which is known to enhance bone formation in vivo was introduced into the composite scaffolds.
Micromorphology was observed by a field-emission scanning microscope. Compressive mechanical properties were
evaluated to assess the effect of polymer coating on the properties. Drug release rates were also measured and effects oftype of polymer and type of statin distribution were examined.
II. EXPERIMENTAL

Porous HA materials were fabricated by using the template method. The HA porous materials were sintered at 1300
C for 3 hours to solidify the structures. Bioabsorbable polymers, PLGA (Gunze Co., Ltd.) and PCL (Dicel ChemicalCo., Ltd.) , were dissolved in dichloromethane (DCM) , respectively. Powder of Fluvastatin Sodium Salt (thereafter,
simply called ‘statin’) was then mixed with the polymer solutions. The HA scaffolds were immersed into the solutions
and dried completely to obtain polymer coated HA scaffolds. Those composite scaffolds are thereafter called ‘statincontained type’ scaffolds. On the other hand, polymer coated HA scaffolds without statin were also prepared. Statin
powder was mixed into distilled water (DW) and the polymer coated HA scaffolds were immersed into the statincontained DW and then dried completely. These composite scaffolds are thereafter called ‘statin-adhered type’ scaffolds.
The scaffold codes and the compositions of the coating materials are presented in Table 1. The microstructures wereobserved by FE-SEM. Compressive mechanical tests were also conducted to evaluate compressive elastic moduli andstrength. The composite scaffolds were also immersed in phosphate buffered saline (PBS) solutions at an incubator holdat 37 oC up to 3 weeks in order to measure the release rate of statin. The concentration of statin in PBS solution was
evaluated by measuring the absorption rate using a spectrophotometer (Shimadzu Co. Ltd.). The surface morphology ofthe specimens after the drug release tests was also observed by FE-SEM.
o

Codes

Table 1 Materials
Coating polymer solution [wt%]+ Statin solution [wt%]

HA

－

HPS1

Statin[1] / PLGA[1] / DCM[98]HPS2

Statin[1] / PCL[1] / DCM[98]

HPS3

PLGA[1] / DCM[99] + Statin[1] / DW[99]

HPS4

PCL[1] / DCM[99] + Statin[1] / DW[99]III. RESULTS AND DISCUSSION

FE-SEM microimages of porous structure of a PCL/HA/statin composite scaffold and the surface morphology of
two types of the scaffolds are shown in Fig.1. It can be observed from Fig.1 (a) that a continuous porous structure waswell developed in the scaffold. The porous structure is very similar to that shown in Fig.1, indicating that the porous― 283 ―

structure of PU sponge was well transferred to the composite scaffold. Statin particles distributed in PCL are seen in
Fig.1 (b). The particles tended to be aggregated and PCL formed a kind of mesh structure. In the statin-adhered type,aggregated statin particles were well attached on the PCL surface.
The compressive mechanical properties are shown in Fig.2. It is clearly seen that all the properties, elastic modulus,
strength and SED, were effectively improved by introducing the polymer coating on the HA surfaces. The modulus,
strength and SED of the composite scaffolds are about 1.5, 2 and 6 times larger than those of pure HA scaffold, respectively. It is also seen that the difference between PLGA and PCL coatings is very small and almost negligible. The
effect of the type of statin distribution is not very significant.
The results of the drug release tests are summarized in Fig.3. It is obviously seen that the release rates of HPS1 and 2
were much slower than those of HPS3 and HPS4 because statin particles attached on the polymer surfaces are easily
released in PBS solution (HPS3 and HPS4), while the embedded statin particles within the polymer coatings are notreleased until the polymers are degraded or statin particles are decomposed into PBS solution. It is noted that HPS1
exhibited higher release rate than HPS2, corresponding to the faster degradation rate of PLGA than that of PCL. The
times when the amount of released statin reached its peak value are about 10 days for HPS1, 20 days for HPS2, and 5days for HPS3 and 4. This experimental results clearly show that one can control the drug release rate by changing thetype of polymer coated on the HA surface (low or high degradation rate) and the type of statin distribution (contained oradhered).
Surface morphology of a HA/PLGA/statin composite scaffold before and after the statin release test is shown in
Fig.4. It is clearly seen from the comparison of the top and bottom figures that almost all the statin particles were removed from the surface. Also, the surface became very rough, indicating that PLGA was degraded in PBS solution.

(a)Porous microstructure(b) Statin-contained PLGA coating (c) Statin-adhered PLGA coating
Fig.1 Porous microstructure and distributed statin particles.

Fig.2 Compressive mechanical properties.

Fig.3 Variation of amount of statin released.

(a)Before(b)AfterFig.4 Surface morphology of a HA/PLGA/statin composite scaffold after statin release test.

― 284 ―

26 ME-9
複合系 scaffold と間葉系幹細胞のハイブリッド化による骨・軟骨再生研究
大阪大学未来医療センター

名井

陽

１．諸 言
近年，変形性関節症等により損傷した軟骨に対して組織工学的な軟骨再生法の臨床応用が検討されている．たとえば，患者から採取した軟骨から軟骨細胞を単離し，アテロコラーゲンゲル中で培養後，患部に埋植する方法が行われている．しかし，コラーゲンゲルと軟骨細胞を用いて in vitro で作製した再生培養軟骨は，実際の生体軟骨に比べると力学特性の点で劣るため，比較的小規模な損傷の再生に限られているのが現状である．これまでに著者らは，再生軟骨の力学適合性を向上させるために，軟骨再生用の新規足場材料として，コラーゲンゲルとコラーゲンスポ
ン ジ (Fig.1(a)) を 組 み 合 わ せ た 材 料 (Fig.1(b)) を 作 製 し ， 圧 縮 力 学 特 性 の 評 価 お よ び ヒ ト 間 葉 系 幹 細 胞 (humanmesenchymal stem cell; hMSC)を用いた培養実験を行ってきた．その結果，コラーゲンゲル/スポンジ複合体は，コラーゲンゲル単体やコラーゲンスポンジ単体よりも圧縮力学特性の点で優れると共に，良好な細胞増殖能を有することが分かった．また，軟骨分化誘導剤を用いた軟骨分化培養実験を行ったところ，軟骨分化マーカ―である type II コ
ラーゲンやアグリカンの発現が確認され，hMSC が軟骨細胞へと順調に分化している様子が観察された．しかし，
hMSC を軟骨細胞へと分化させたことで，細胞の増殖や細胞外基質の形成が抑制されるために，圧縮力学特性は低下してしまった．そこで本研究では，コラーゲンゲル/スポンジ複合 scaffold に hMSC を播種後，細胞増殖用培地を添加し，14 日間通常培養することで細胞数を増加させた後，軟骨分化培地を添加し，軟骨分化培養実験を行った．
最長 28 日間培養を行い，圧縮力学特性の評価，細胞増殖能，ALP 活性，遺伝子発現解析，FE-SEM による構造観察を行うことで，組み合わせ培養の効果について検討した．

(a) Sponge(b) Gel/sponge
Fig.1 Over view of collagen scaffolds.
２．実験方法
コラーゲンスポンジは，ニワトリ軟骨製コラーゲン溶液（type II コラーゲン，日本ハム(株)）を用いて，凍結乾燥法により作製した．コラーゲンスポンジのサイズは直径が約 6.5mm，厚さが約 5.0mm である．次にコラーゲンス
ポンジをシリコンゴムで作製した型に入れ，ゲル化する前のコラーゲンゲル溶液と細胞の混合液に浸漬させた後にインキュベータ内(37℃，5%CO2)で 1 時間静置し，ゲル化させることで作製した．用いたコラーゲンゲルは，Cellmatrix
TypeI-A（新田ゼラチン(株)）を用いて作製した．コラーゲン溶液，10 倍濃度の MEM ハンクス培地(新田ゼラチン(株))，再構成用緩衝液(新田ゼラチン(株))を 8:1:1 の割合で混合している．また，ゲル溶液には hMSC（UE6E7T-3，理研バ
イオリソースセンター）を 1.0×105cells/scaffold となるように播種している．
次に，作製したコラーゲンゲル/スポンジ複合体を用いて，通常培養と軟骨分化培養を組み合わせた培養実験を行った．まず，細胞増殖培地（MEM-α，10%FBS，1% penicillin-streptomycin）を添加し，14 日間培養することで複合材内の細胞数を増加させた．次に，軟骨分化誘導剤を含有した軟骨細胞分化用培地（RPMI1640，血清，アスコ
ルビン酸含有，プライマリーセル(株)）を添加し，さらに 14 日間軟骨分化培養実験を行った．培地は 1 週間に 2 回の頻度で交換を行った．最長 28 日間組み合わせ培養を行い，FE-SEM による構造観察，細胞数，圧縮弾性率について評価すると共に，軟骨分化マーカの測定を行った．なお，細胞数の測定には Cell Counting Kit（同仁化学研究所(株)）を使用し，プレートリーダーにより吸光度を測定した．圧縮弾性率は，卓上簡易試験機を用いて，室温下で負荷速
度 1mm/min で負荷を与えて測定した．構造観察には FE-SEM を使用し，凍結乾燥後の試料を観察した．軟骨分化
マーカの測定には NucleoSpin®RNA II (MACHEREY-NAGEL GmbH＆Co.)を使用し，RT-PCR を用いて type II コラー
ゲン，アグリカンを測定した．
３．結果および考察
細胞増殖挙動の実験結果を Fig.2 に示す．培養 1 日目から 14 日目の前半の 14 日間が増殖培養，培養 15 日目から
28 日目までの後半の 14 日間が軟骨分化培養を行った期間である．前半の増殖培養を行った期間では，細胞数は約8.7×105cells/scaffold まで増加した．一方，軟骨分化培養では細胞数があまり変化せず，培養 28 日目において約9.0×105cells/scaffold となっていた． このことは，後半の軟骨分化培養を行った期間では，hMSC が軟骨細胞へと分化したことで細胞数の増殖が抑えられたことを示唆している．

― 285 ―

Type II コラーゲンの変化を Fig.3 に示す．前半の増殖培養を行った期間では，Type II コラーゲンはほとんど検出されなかった．一方，後半の軟骨分化培養では Type II コラーゲンが検出されており，培養日数とともに増加する傾向にあった．この実験結果から軟骨分化培養により hMSC が軟骨細胞へと分化したと考えられる．
アグリカンの変化を Fig.4 に示す．前半の増殖培養ではアグリカンは増加せず，培養 14 日目において減少していた．一方，後半の軟骨分化培養では，培養日数とともにアグリカンは順調に増加している．この測定結果も軟骨分化培養により hMSC の軟骨細胞への分化が促進されたことが理解できる．
初期弾性率の測定結果を Fig.5 に示す．前半の増殖培養を行った期間では圧縮弾性率は 2.8kPa から 3.4kPa まで増加している．これは，通常培養により，細胞の増殖や細胞外基質の形成が促進されたために構造が強化されたと考えられる．一方，後半の軟骨分化培養では，ほとんど圧縮弾性率の増加は見られなかった．しかし，細胞を播種してからすぐに軟骨分化用培地を添加した場合とは異なり，前半の 14 日間の通常培養により，細胞数の増加や細胞外基質の形成が行われたことで構造が強化され，軟骨分化培養の期間中でも圧縮力学特性を保持していた．培養 28
日目の初期弾性率は 4.4kPa であり，軟骨分化培養のみを行った場合の弾性率より，2 倍程度高い値を示していた．
Fig.6 に培養開始後 28 日目でのゲル/スポンジ複合 scaffold 表面と断面の FE-SEM 画像を示す．試料の表面には軟骨特有の球状の細胞と線維状構造体が多く形成されている様子が観察された．直接に軟骨分化培養のみを行った場
合と比較すると，組み合わせ培養を行った試料ではより多くの細胞が確認された．このような細胞数の増加や細胞外基質形成により，Fig.5 に示すような圧縮力学特性の向上が生じたと考えられる．

Fig.2 Variation of cell viability.

Fig.3 Variation of type II collagen.

Fig.4 Variation of aggrecan.

Fig.5 Compressive mechanical properties.

(a) Surface(b) Cross-section
Fig.6 FE-SEM micrographs of cells after 28 days culture.

― 286 ―

26 ME-10
特発性大腿骨頭壊死症のバイオメカニクス的検討
横浜市立大学医学部

稲葉 裕

1.緒言
大腿骨頭壊死症は，大腿骨頭が阻血性壊死に陥って破壊され，股関節機能が失われる疾患である．
大腿骨頭壊死症は血液凝固系の活性上昇や脂質代謝異常，骨頭内圧上昇により骨頭への血流が障害されることにより発症すると考えられている(1)．骨頭死が発生した段階では自覚症状はなく，大腿骨頭に圧潰が生じた際に痛みが出現する．治療法として予後が良いと判断される場合は，杖による免荷や長距離歩行の制限などの保存療法が行われる．進行状態が深刻な場合は，大腿骨頭を前方あるいは後方に回転させ健常部を新しい荷重部とする大腿骨頭回転骨切り術や人工股関節置換術などが行われる(2)．大腿骨頭壊死に関する医学的な研究は進んでおり，血管内皮細胞において細胞周期の停止や細胞死が誘導され，血管の再生や新生の障害を介して発症する(3)というメカニズムが提唱されているが，壊死部の力学的特性を定量的に評価した研究は少ないのが現状である(4)．壊死発症後の圧潰のメカニ
ズムを明らかにするためにも，壊死部とその周辺組織の力学特性を明らかにすることは必要不可欠である．
そこで本研究では，大腿骨頭壊死患者から摘出したヒト大腿骨頭から試験片を作製し，圧縮試験を行うことで力学特性を評価した．さらに，μ-CT や FE-SEM により微視構造観察を行い，壊死による構造の変化についても検討した．
2.実験方法横浜市立大学病院において，人工股関節置換術の際に大腿骨頭壊死症患者から摘出した骨頭を凍結保存したものを試験体として使用した．本研究では大腿骨頭壊死症で圧潰を認める stage3 以上でステ
ロイド性の検体から摘出した骨頭 3 例を対象とした．試験体の 1 例を Fig.1 に示す．また，圧縮試験片を切り出す前に micro-CT（SkyScan1176，東陽テクニカ）を用いて 80kV, 100μA，スライス厚 19μmの条件で構造観察を行った．なお，本試験については横浜市立大学附属病院研究倫理委員会，福岡歯科大学倫理委員会の承認を得ており，患者本人のインフォームド・コンセントを得て実施しており，試験体の保存，データの管理はすべて両機関で行った．
大腿骨頭を万力で固定し,卓上ボール盤と埋木錐（内径 8mm，全長 25mm）を用いて骨頭から円柱状試験片を抽出した．1 つの骨頭から 2~3 本の試験片を抽出した．抽出した試験片の 1 例を Fig.1 に示す．
試験片をメス及び剃刀を用いて壊死部，
壊死部と海綿骨の境界領域，海綿骨の 3 種類に分離した（Fig.1）．
試験片は高さ約 5mm の円柱状に 4~6 等分した．卓上小型材料試験機（EZ-L，島津製作所）を用いて圧縮試験を行った．負荷速度は 1mm/min である．得られた荷重－変位関係より応力-ひずみ関係を算出し，さらに初期の線形弾性領域より圧縮弾性率を評価した．なお，電界放射形走査型電子顕微鏡（FE-SEM）を用いて，圧縮試験前に壊死部と正常軟骨部の表面の微視構造観察を行った．

Fig.1Femoral head with necrosis and specimen

3.結果と考察― 287 ―

Fig.2 に micro-CT 画像の 1 例を示す．A が壊死部，B が壊死部と海綿骨の境界領域，C が海綿骨からなる領域と推定される．B は強い白色を示しており，新生骨の生成が示唆される．
Fig.3 に壊死部と正常軟骨表面の FE-SEM 画像を示す．軟骨は II 型コラーゲン線維が凝縮し高密度となっている．それに対し壊死部では，密度が低く空孔率が高くなっていることが分かる．
Fig.4(a)に境界部，海綿骨，正常海綿骨の弾性率の比較を示す．正常海綿骨の弾性率は Kabel らが報告(6)した値を用いた．壊死部と正常骨の間の境界部には新生骨が発生することが知られているが（Fig.2
参照），壊死部の影響を含むために境界部は海綿骨より低い弾性率を示している．海綿骨部の弾性率は正常海綿骨の範囲内であり，組織的にはほぼ正常な状態であることが示唆される．Fig.4(b)は壊死部と正常軟骨の弾性率の比較を示しており，Mente らの報告した軟骨の弾性率と比較すると，約 1/45 程度に減少していることが分かる．

A

C

B

Fig.2 Micro CT image of the Femoral head(a) Normal cartilage(b) Necrosis

Fig.3 FE-SEM micrographs of necrosis and normal bone

1

Elastic modulus [MPa]Elastic modulus [MPa]

120
100
80
60
40
20
0

interface

bone

0.8

0.4
0.2
0.013 MPa0normal bone(a) Bone and interface

0.6 MPa

0.6

necrosis

cartilage(b) Necrosis and normal cartilage

Fig.4 Comparison of elastic modulus― 288 ―

26 ME-11
CT-FEM を用いた骨粗鬆化脊椎に生じる圧迫骨折のメカニズムに関する研究研究代表者：順天堂大学医学部整形外科

准教授

米澤郁穂

【背景・目的】近年高齢化に伴い骨粗鬆症患者数が増加傾向にあり、骨脆弱性骨折を招き大きな社会問題となっている。
骨折は，運動機能の損失からほかの疾患を招く原因となり，患者の QOL を著しく低下させ、高齢者においては寝たきりとなる事も多く、高齢化が進む現代においては重大な問題である。骨粗鬆症診断で、骨折の早期発見と予防が求められているが、現在のところ骨破壊という力学現象である骨折の危険性までをも定量的に評価するような診断方法は確立されていない。また椎体圧迫骨折後に続発性椎体圧迫骨折が生じる事が多く、骨脆弱性があるため続発性に椎体骨折が生じてしまうと考えられており、力学的な評価はあまり行われていない。本研究では、正常椎体例および椎体圧迫骨折例の椎体への応力集中を脊椎の形状や骨密度分布を反映した有限要素モデルを作成し、力学的に評価する事を目的とした。
【方法】
正常ボランティアと L1 圧迫骨折患者の胸腰椎 CT DICOM データを基に、骨解析ソフトウェアである
Mechanical Finder を用いて椎体 3 次元モデル（Th12-L2）を作成し、椎体モデルに運動負荷を加えて様々な状態をシミュレーションした。それぞれの椎体モデルに対して仮想空間内で L2 椎間板を拘束し、Th12 椎間板に圧縮・前屈・後屈・側屈・回旋モーメントを負荷し、椎体に加わる相当応力について正常椎体モデルと椎体圧迫骨折モデルで比較検討を行った。
有限要素法は骨を多数の要素に細分化してそれぞれの要素にヤング率やポアソン比などの物理定数を与えてモデルを作成し、有限要素法方程式を解くことで骨全体の解析を行う事が可能である。本研究では有限要素法を用いた画像処理と力学解析の統合化ソフトウェアである Mechanical Finder（MF）を使用した。MF では、骨の強度解析に必要な患者の形状データと材料特性の全てを DICOM 形式の X 線 CT 画
像データから得る。また有限要素ごとに海綿骨や皮質骨から構成される骨の非均質性を反映した材料特性の設定が可能である。正常椎体例と L1 圧迫骨折例（受傷後 1 年）の胸腰椎 CT 画像 DICOM データを基に、MF を用いて Th12-L2 の 3 次元椎体モデルを作成し、椎体モデルに運動負荷を加えて様々な状態をシ
ミュレーションした。要素の材料特性は、Keyak の換算式を利用して、CT 値［Hounsfield unit：HU］
を基にヤング率（E）［MPa］、降伏応力（σr）［MPa］を算出し、それぞれ数値設定を行った。それぞれの椎体モデルに対して仮想空間内で L2 椎間板を拘束し、Th12 椎間板に圧縮、前屈・後屈・側屈・回旋モーメントを負荷し、椎体に加わる相当応力について正常椎体モデルと椎体圧迫骨折モデルで比較検討を行った。有限要素法の主な解析手順を下記に示す。
1）X 線 CT 画像から必要なデータ範囲を設定し、対象とする骨の輪郭抽出を行う。
2）輪郭抽出した骨データから 3 次元有限要素モデルの外形データを作成する。
3）外形データからメッシュ分割を行い、3 次元有限要素モデルを作成する。
4）選択した材料特性換算式を基に各要素に材料特性を与える。
5）荷重条件、拘束条件を設定する。
6）設定した解析法（静的解析、線形解析等）に基づき、各要素の解析処理が行われる。
7）解析結果から、ひずみ分布、応力分布、破壊荷重などが得られる。

― 289 ―

【結果】正常椎体モデルと椎体圧迫骨折モデル間で比較すると、検討を行った全てのモーメントである圧縮・前屈・後屈・側屈・回旋モーメント負荷で椎体圧迫骨折モデルにおける椎体への応力集中が増加していた。
特に圧縮・回旋モーメントの椎体圧迫骨折モデルにおける応力集中の増加は顕著であり、圧縮モーメン
トでは L2 椎体、回旋モーメントでは Th12 椎体に応力が集中していた。
【考察】
本研究では、正常椎体例および椎体圧迫骨折例の椎体への応力集中を脊椎の形状や骨密度分布を反映した有限要素モデルを作成し、力学的に評価を行い、続発性椎体圧迫骨折の原因を検討した。続発性椎体圧迫骨折の原因として、単に骨脆弱性があるだけでなく椎体圧迫骨折により周囲の椎体への応力集中が大きくなり、続発性椎体圧迫骨折が生じる可能性があると示唆された。また回旋モーメント負荷により椎体への応力集中が増加する事は意外な結果であり、椎体圧迫骨折の治療では圧縮、前後屈モーメントだけでなく回旋モーメントにも注意が必要であると示唆された。
【研究成果報告】
学会発表
・Finite Element Analysis of Osteoporotic Vertebrae with First Lumbar (L1) Vertebral Compression
Fracture 、 Muhammad Hazli Mazlan 、 International Association of Computer Science andInformation Technology、2014.8.8、シンガポール
・脊椎の応力状態に及ぼす圧迫骨折の影響、東藤貢、第 5 回 MECHANICAL FINDER ユーザー研究会、2014.8.16、UDX GALLERY NEXT・有限要素法を用いた椎体圧迫骨折の力学的評価－続発性椎体圧迫骨折のメカニズムの検討－、高野弘充、第 41 回日本臨床バイオメカニクス学会、2014.11.21-22、奈良県新公会堂
・有限要素法を用いた椎体圧迫骨折の力学的評価－CT 画像を用いた３次元脊椎モデルの構築と応力場の評価－、Muhammad Hazli Mazlan、第 41 回日本臨床バイオメカニクス学会、2014.11.21-22、奈良
県新公会堂
・有限要素法を用いた椎体圧迫骨折の力学的評価、高野弘充、第 10 回御茶ノ水脊椎セミナー、2015.2.28、
山の上ホテル・有限要素法を用いた椎体圧迫骨折の力学的評価、高野弘充、第 44 回日本脊椎脊髄病学会学術集会、
2015.4.16-18、福岡国際会議場
・有限要素法を用いた椎体圧迫骨折の力学的評価、高野弘充、第 88 回日本整形外科学会学術集会、
2015.5.21-24、神戸ポートピアホテル
論文発表無し、今後発表予定【研究組織】
研究代表者：順天堂大学医学部整形外科
共著者：九州大学応用力学研究所
大学院総合理工学府

准教授

准教授

米澤郁穂

東藤貢、順天堂大学医学部整形外科

Muhammad Hazli Mazlan― 290 ―

高野弘充、九州大学

26 ME-12

３次元膝関節モデルを用いた人工膝関節の力学的応答解析
愛媛大学医学研究科

三浦裕正

Introduction
Mobility at insert-tray articulations in mobile bearing knee implant accommodates lower cross-shear at
polyethylene (PE) insert, which in turn reduces wear and delamination as well as decreasing constraint forcesat implant-bone interfaces. Though, clinical studies disclosed damage due to wear has occurred at thesemobile bearing articulations. The primary goal of this study is to investigate the effect of second articulations
bearing mobility and surface friction at insert-tray interfaces to stress states at tibial post during deep flexion
motion.
Method & Analysis
Figure 1 shows the 3-D computational aided drawing (CAD) model and finite element model (FEM) of
implant used in this study. LS-DYNA software was employed to develop the dynamic model. Fourconditions of models were tested including fixed bearing, as well as models with coefficients of friction of
0.04, 0.10 and 0.15 at tibial-tray interfaces to represent healthy and with debris appearance (4)(5). A pair ofnonlinear springs was positioned both anteriorly and posteriorly to represent ligamentous constraint. The
dynamic model was developed to perform position driven motion from 0˚ to 135˚ of flexion angle with 0˚,
10˚ and 15˚ of tibial rotation. The prosthesis components were subjected with deep squatting force fromliterature (6).
Results
Peak values of maximum shear stress for coefficients of friction of 0.04, 0.10, 0.15 and fixed bearing,
respectively, are shown in Figure 2. Peak value of maximum shear stress at tibial post of fixed bearing issignificantly larger than mobile bearing with tibial rotation. The peak values are 63MPa and 46.7MPa with
10˚ and 15˚ tibial rotation respectively for fixed bearing while for mobile bearing the values range from
32MPa to 36.6MPa and from 35.3MPa to 40.6MPa with 10˚ and 15˚ tibial rotation respectively. It was
found that peak value of maximum shear stress increases with coefficient of friction and tibial rotation. In
contrast, with normal rotation, bearing mobility and surface friction do not give any significant effect on theshear stress at tibial post.
Discussion & Conclusions
Appearance of second articulations in mobile bearing TKA provides an attribute in reducing force
transmission via implant-bone interface which leads to lower shear stress induced in tibial post due totransmitted moment. However, higher surface friction will result in larger frictional force, which in turninduce larger moment at tibial post. Higher conformity will attribute to higher cross-shear level during knee
motion. As a result, wear damage at tibiofemoral articular surface of mobile insert become worse.

― 291 ―

(a)(b)

Figure 1 (a) 3-D model (b) Post-meshed model (FEM)

Figure 2 Peak values of maximum shear stress at the tibial post

― 292 ―

26 ME-13

ワイドギャップ半導体ダイヤモンド単結晶の大面積化に向けた結晶成長と結晶構造評価に関する研究
佐賀大学大学院工学研究科 嘉数 誠
1.

目的
ダイヤモンド等のワイドギャップ半導体は、Si絶縁破壊電界が高く、キャリア移動度も高いため、非常に高効率の大電力デバイスが実現できる。大面積ウエファー（基板）とp型やｎ型伝導が可能になれば、Siを越える、しかしそのためには大面積のダイヤモンド薄膜ウエファーが必要不可欠である。そこで本研究では、大面積化可能な基板材料上にダイヤモンド薄膜単結晶を結晶成長し、その結晶構造評価を行うことにより、結晶成長機構や欠陥導入機構を明らかにし、実現することを目的とした [1,2] 。

2. 実験方法
観察したダイヤモンドの試料は高圧高温(HPHT)法により成長した高純度タイプⅡa 単結晶(不純物<0.1 ppm. 5.4×5.3×0.7 mm3 (001)面方位)である。この合成単結晶の中には、ほとんど結晶欠陥の見られないものが得られているが[2]、ここでは結晶欠陥の観察のため、欠陥の存在する領域を切り出した。X 線トポグラフィー観察は九州シンクロトロン光研究センター(SAGA-LS)のビームライン BL09A で行った。本研究では、透過ラウエ配置により g= 220 等価の四つの回折を観察した。

3. 実験結果
図 1 にg = 22� 0とg = 220の X 線トポグラフィー像とそのスケッチ図を示す。スケッチにおける B 領域とは、(001)成長セクターであり、A、C、D、E ベクトルは(111)成長セクターである。X 線トポグラフィー像とスケッチ図で示すように、g = 22� 0条件では A、B、C 領域の転位が visible であるが、D、E 領域の転位
は invisible であった。またg = 220条件では、B、D、E 領域の転位が visible、A、C 領域の転位がinvisible であった。これは転位のバーガーズベクトル b と回折ベクトル g との関係が b・g= 0 の条件を満たすとき、invisible になるためであり、この関係を用い、各成長セクターの転位のバーガーズベクトルを同定した。
つぎに各領域の転位の方向 t を決定し、バーガーズベクトルｂと転位方向ｔとの関係から、(001)セクタ
ーでは、異なるバーガーズベクトルを持つ 2 種類の刃状転位と混合転位と同定した。また(111)セクター
においては刃状転位と同定した[3]。

4. 結論と今後の課題
高純度タイプⅡa の HPHT 合成ダイヤモンド単結晶を透過ラウエ配置によりシンクロトロン放射光を用いた X 線トポグラフィー観察を行い、(001)成長セクターでは異なるバーガーズベクトルを持つ刃状転
位と混合転位と同定し、(111)成長セクターにおいて転位は刃状転位とわかった。

― 293 ―

今後、九州大学応用力学研究所の他の結晶評価装置による評価と合わせて、多面的に結晶成長機構、欠陥生成機構を解明し、デバイス特性との関連性を明らかにしていく予定である。

謝辞 本研究で援助、議論いただいた九州大学応用力学研究所、柿本浩一先生、寒川義裕先生に感謝いたします。また測定および貴重なコメントを頂いた九州シンクトロン光研究センターの川戸清爾博士、石地耕太朗博士に感謝申し上げます。
参考論文[1] M. Kasu, M. Kubovic, A. Aleksov, N. Teofilov, Y. Taniyasu, R. Sauer, E. Kohn, T. Makimoto, and N.
Kobayashi, Diamond Relat. Mater. 13, 226 (2004).
[2] H. Sumiya, and K. Tamasaku., Japanese Journal of Applied Physics 51, 090102 (2012).
[3] M. Kasu, R. Murakami, S. Masuya, K. Harada, and H. Sumiya, Applied Physics Express 7, 125501(2014)― 294 ―

26 ME-14㻌

翼負荷分布および風レンズ形状が最適化されたレンズ風車の空力性能


九州大学 大学院工学研究院機械工学部門 古川雅人

 緒言
現在，地球温暖化や資源の枯渇の問題から，環境への負荷が小さい自然エネルギーを利用した発電方法が注目されている．その一つである風力発電は太陽起源の風力エネル
ギーを利用するため，燃料枯渇の心配がなく，また発電時に二酸化炭素などの温室効果ガスを排出しないという利点を有する．一方で，風力エネルギーはエネルギー密度が小さく，日本など風速や風向が安定しない地域では，効率的に発電できないという問題がある．そのため，これらの問題に対する解決策の一つとして，従来の風車よりも効率的に風力エネルギーを取り出すことができる風車の開発が求められている．
そこで，九州大学では図 1 に示すレンズ風車を開発した(1)．レンズ風車は水平軸型風車にディフューザとつばからなる「風レンズ体」と呼ばれる集風体を取り付けた風車である．風レンズ体内部へ風が流入するとき，つば後方に発生する渦と，ディフューザの曲率に沿って流線が曲げられる効果により，風レンズ体後方に低圧領域が生成される．
この低圧領域によって風が風レンズ体内部に引き込まれ，翼車への流入速度が増加する．これを集風効果という．風
車の出力は翼車への流入速度の 3 乗に比例する．そのため，この集風効果により出力を大幅に向上させることができる．
過去の研究において，スパン方向速度分布および負荷分布を考慮可能な準三次元空力設計法を用いて翼車を設計したレンズ風車が最高出力を発揮した (2)．過去に設計されたレンズ風車は，風レンズ体形状や翼負荷などの設計パラメータが設計者の経験則に基づいて決定され，翼車が設計されてきた．過去の研究から，翼負荷や風レンズ体形状はレ
ンズ風車まわりの流れ場や出力に大きな影響を与えることが明らかになっている．現在までに百基以上のレンズ風車が設計されてきたが，風レンズ体形状や翼負荷の組み合わせは無限に存在するため，レンズ風車が発揮しうる最大の出力を得るまで十分な数の設計を行えたとはいえない．そのため，翼負荷や風レンズ体形状の最適な組み合わせにより，更なるレンズ風車の性能向上が期待できる．そこで，最適化手法を用いて最適な設計パラメータを生成し，レンズ風車の設計を行うことで，出力を向上させる試みが行われている (3) (4)．本研究では，最適化手法を用いて，翼車と風レンズ体が連成して設計されたレンズ風車に対し，大型
境界層風洞を用いた実験解析を行った．さらに，過去に最高出力を発揮したレンズ風車と性能および流れ場を比較することにより，最適化手法を用いたレンズ風車の空力設計法を評価した．

Fig. 1

レンズ風車 最適化手法
レンズ風車の空力設計に適用された最適化手法は，遺伝的アルゴリズム(以下，GA)と呼ばれる手法である．GA は，
世代交代，交叉，および突然変異を繰り返し行い，最適解を求める手法である．図 2 に GA のフローチャートを示す．
最適化手法を適用したレンズ風車の設計法は以下の手順で行う．まず初期条件に基づき風レンズ体形状を決定する．
次に，次章で述べる準三次元空力設計法を用いて翼設計を行い，性能を評価する．そして GA を用いて新たな設計条
件を生成して次世代のレンズ風車を設計する．この作業を繰り返すことで最適化を行った．本研究では式(1)に示す局
所負荷係数 ψ および風レンズ体形状を最適化し，式(2)に示
す出力係数 C*Wmer および式(3)に示す集風効果係数 K を目的関数とした．



p1  p2
 v12 / 2

C *Wmer (1)mrc 
 A*V / 2

(2)

v
K 1
V

(3)

ここで，p1，p2 はそれぞれ翼車前後の圧力，ρ は密度，v1．
は翼車直前の流入速度，m は質量流量，r は半径，cθ は周方向速度，ω は翼車の角速度， A*はつば外径に基づくレンズ風車の総受風面積，V は近寄り風速である．また，局所負荷係数 ψ を次式(4)により空力負荷分布 rvθ と関係づけ，
設計に適用した．

2
v1  (r )  2   rv  

1 2 2  c2  c1 
2

ここで，c1，c2 はそれぞれ翼車前後の絶対速度である．
1― 295 ―

(4)㻌

局所負荷係数 ψ(r)および風レンズ体形状の最適化は以下のように行った．局所負荷係数 ψ(r)は図 3 に示すようにス
パン方向に固定した 6 点の値を設計変数として最適化を行った．これらを Bezier 曲線により補間することで局所負荷係数分布を得た．風レンズ体形状は図 4 に示すベルマウス
高さ，ベルマウス長さ，ディフューザ高さ，ディフューザ
長さ，およびつば高さの 5 つを設計変数として最適化を行った．ベルマウスとディフューザの形状はスロート位置を原点とした二次関数で与えており，スロート位置でそれぞれ勾配が 0 となるように設定した．
初期
条件とに翼設計を行い，翼の三次元形状を算出する．軸対称流れを仮定する子午面流れ解析では，翼作用を考慮するために，非粘性の翼作用を翼力(体積力)としてモデル化する．
そこで，得られた翼形状をもとに翼力を算出し，この翼力を考慮して再び子午面流れ解析を行って，翼設計過程にフィードバックする．これらの一連の過程を翼形状が収束するまで繰り返し実施する．
設計仕様• 子午面形状• 空力負荷分布

設計

NO

評価

収束
判定

交叉
選択

Fig. 2• 空力負荷分布• 流入速度分布• 流出速度分布

YES
三次元翼形状突然変異

Fig. 5翼力を導入した
軸対称子午面粘性流れ解析• スパン方向速度分布の算出

翼設計• 二次元翼素理論による翼設計

準三次元空力設計法フローチャート

最適化フローチャート
解析対象および設計条件

1(r-Rhub)/(Rtip-Rhub)

本研究では，GA を適用した設計法により得られたレンズ風車に対し，実験解析を行って性能を評価し，過去最高出力を発揮したレンズ風車と性能および流れ場を比較した．
本研究では，最適化されたレンズ風車を「Opt 風車」，その翼を「Opt 翼」，風レンズ体を「Opt_lens」と呼称し，比較対象のレンズ風車を「MTVL 風車」，その翼を「MTVL1.2
翼」，風レンズ体を「C-ii」と呼称する．各風車の設計条件について，共通設計仕様を表 1 に，局所負荷係数分布を図
6 に，各風車の風レンズ体形状を図 7 に示す．ここで，翼車は，流入速度が最大になると考えられる風レンズ体のス
ロート部 z=0 の位置に配置される．また，各風車の翼形状を図 8 に示す．

0.8
0.6
0.4

0.2
0

0

Fig. 3

0.5

ψ(r)

1

1.5

スパン方向翼負荷分布

Table1 共通設計仕様
近寄り風速 V[m/s]10
回転数 N[rpm]670
ハブ比 ν[-]
0.139
周速比 λ[-]
3.5
翼枚数
3

Brim
Diffuser Length

Brim
LengthBellmouth

DiffuserDiffuser
HeightFig. 4Throat1(r-Rhub)/(Rtip-Rhub)

Bellmouth
HeightBellmouth
Length0.8
0.6

風レンズ体形状Opt翼MTVL1.2翼

0.4

 準三次元空力設計法

0.2

本研究では準三次元空力設計法を用いて翼車の設計を行った．図 5 に準三次元空力設計法のフローチャートを示す．
準三次元空力設計法は主に，翼力を考慮した軸対称子午面
粘性流れ解析(以下，子午面流れ解析)過程および二次元翼素理論に基づく翼設計過程の二過程から構成される．まず与えられた設計仕様をもとに子午面流れ解析を行い，スパン方向速度分布を算出する．次にスパン方向速度分布をも

00Fig. 62― 296 ―

0.5

1

ψ(r)

1.5

局所負荷係数分布

2

㻌

y[mm]

700
600

解析対象

Table2 実験条件(a) 全体性能測定
Opt 風車MTVL 風車

近寄り風速 V[m/s]

6.0，8.0

6.0，8.0

周速比 λ

500
400
-100

0

Fig. 7

T.E.

解析対象

Opt_lens
Opt_lens
C-ii
c-ⅱ
100
z[mm]

8.0

周速比 λ

3.5

測定位置

200

T.E.

(a)Opt 翼

スロート部 実験結果

本実験の結果得られた性能特性について，翼車基準の出力係数 CW の特性曲線を図 10 に，つば高さ基準の出力係数
C*W の特性曲線を図 11 に示す．また設計周速比 λ=3.5 付近
および最高出力点におけるつば高さ基準の出力係数 C*W とそのときの周速比 λ を表 3 に示す．翼車基準の出力係数 CW
およびつば高さ基準の出力係数 C*W は次式(4)，(5)で定義さ
れる．

L.E.

(b)MTVL1.2 翼
Fig. 8C-ii

近寄り風速 V[m/s]

風レンズ体形状

L.E.

2.0-4.5(b) 流速測定
Opt_lens

翼形状


CW

W
T

3
V A / 2 V 3 A / 2

(4)


C *W

W
T

3 *
V A / 2 V 3 A* / 2(5)

ここで W は風車の出力，T は風車のトルク，ω は風車の回転角速度，A は翼車外径に基づくレンズ風車の総受風面積である．
図 10 より，翼車基準の出力を比較すると，Opt 風車とMTVL 風車の差は小さい．近寄り風速 8.0m/s における設計
周速比での出力を比較すると，Opt 風車は CW=0.94 に対し，
MTVL 風車は CW=0.98 であり，4.4%の差である．
さらに，図 11 より，つば高さ基準の出力を比較すると，全周速比で Opt 風車は MTVL 風車より高出力であった．前
述のように Opt 風車の翼車基準の出力は MTVL 風車と同程度であり，また，図 7 に示すように，Opt_lens のつば高さ
は C-ii より小さい．そのため，つば高さ基準で Opt 風車の出力は MTVL 風車より大きくなった．近寄り風速 8.0m/s
における設計周速比でのつば高さ基準の出力を比較すると，
MTVL 風車の C*W=0.53 に対し，Opt 風車は C*W=0.58 であり，9.8%増加した．さらに Opt 風車の出力の最大値は，近寄り風速 6.0m/s において Betz 限界 0.593 を 3.9%上回る
C*W=0.62，近寄り風速 8.0m/s において Betz 限界 0.593 を1.1%上回る C*W=0.60 であった．Betz 限界とは翼車単体の風車が発揮しうる出力係数の最大値とされる値である．
また，図 10 から近寄り風速による出力への影響を比較す
ると，Opt 風車と MTVL 風車には以下のような差異があった．MTVL 風車は，近寄り風速 8.0m/s の場合と比較して，近寄り風速 6.0m/s の場合，出力が全周速比で低下した．設
計周速比では近寄り風速 8.0m/s の場合 C*W=0.53 に対し，
近寄り風速 6.0m/s の場合 C*W=0.51 となり，2.4%出力が低下した．これは，風速が低下したことにより Re 数が減少したためであると考えられる．一方，Opt 風車は，近寄り
風速 8.0m/s の場合と比較して，近寄り風速 6.0m/s の場合出力が増加した．設計周速比では近寄り風速 8.0m/s の場合

実験解析実験装置および実験条件
本実験に使用した大型境界層風洞の全体図および実験条
件をそれぞれ図 9，表 2 に示す．本実験において，回転数
N は光学非接触回転計を使用して測定し，AC サーボモー
タの負荷によって回転数を制御した．また，風車トルク T
はトルク検出器を用いて測定した．なお，トルク計からの信号はトルク変換機とアンプを介し，PC に取り込まれる．
流速は熱線流速計により測定し，測定位置はトラバース装
置により移動した．熱線流速計からの信号は， PC に取り込み，A/D 変換を行って記録した．また，主流速度 U は超音波流速計により測定した．

実験部

Fig. 9 大型境界層風洞全体図

3― 297 ―

㻌

C*W=0.58 に対し，近寄り風速 6.0m/s の場合 C*W=0.61 と6.2%出力が増加した．これは，実験の際の風レンズ体の振動が原因であると考えられる．Opt 風車の全体性能を測定する際，近寄り風速 8.0m/s の場合，近寄り風速 6.0m/s の場
合と比べて風レンズ体が大きく振動した．そのため，風レ
ンズ体内面に翼が接触した跡が確認された．また，風レン
ズ体が大きく振動することで風レンズ体内部の流れが乱れ，風車の性能に影響したことも考えられる．これらの理由か
ら，Opt 風車では近寄り風速 8.0m/s の出力が近寄り風速
6.0m/s の場合よりも低下したと考えられる．
最後に，風レンズ体単体の性能を比較した．図 12 に，近寄り風速 8.0m/s，λ=3.5 での Opt_lens および C-ii 単体について，スロート部における流速の半径方向分布の測定結果を示す．軸中心からの距離 r および流速 u はそれぞれ風レ
ンズ体のスロート部直径 D=1020[mm]，超音波流速計により測定した主流速度 U[m/s]により無次元化した．図 12 より，C-ii は全体的に Opt_lens より増速されており，特に風レンズ体の壁面付近で大きく増速された．r/D=0.47 における無次元化された流速 u/U を各風レンズ体で比較すると，
Opt_lens は 1.3 に対して C-ii は 1.6 であった．つまり，集風
効果が大きい C-ii は，Opt_lens より風レンズ体としての性能は優れているといえる．しかし，前述のように，C-ii を用いた MTVL 風車よりも，Opt_lens と Opt 翼を連成して設計された Opt 風車の出力が大きい．従って，翼車と風レン
ズ体を連成して設計することで，風レンズ体単体では集風性能が高くなくとも，レンズ風車の出力を増加させることができるといえる．

MTVL 風車

0.5
0.4

r/D

0.3

0

4

5

翼車基準の出力係数Cw
6Fig. 10 翼車基準の出力係数に関する特性曲線



つば高さ基準の出力係数Cw*

0.7
0.6
0.5
0.4
EFD-Opt風車-U=8.0m/s
EFD-Opt風車-U=6.0m/s
EFD-MTVL風車-U=8.0m/s
EFD-MTVL風車-U=6.0m/s
Betz-Limit

0.2
0.1
0.0

1

2

3

4

5

1
u/U

1.5

2

本研究では最適化手法を用いて設計されたレンズ風車に対し実験解析を行い，過去に最高出力を得たレンズ風車と性能を比較することにより，最適化手法を用いて設計されたレンズ風車の空力設計法を評価した．その結果，以下の知見を得た．

周速比λ

0.3

0.5


 結言

EFD-Opt風車-U=8.0m/s
EFD-Opt風車-U=6.0m/s
EFD-MTVL風車-U=8.0m/s
EFD-MTVL風車-U=6.0m/s
3

0



0.6

2

Opt lens
C-ii

Fig. 12 各風レンズ体単体のスロート部における流速の半径方向分布(近寄り風速 8.0m/s，λ=3.5)



1

0.2
0.1

0.8

0.0

U=8.0m/s
C*W
λ
0.58
3.5
0.60
3.7
0.53
3.6
0.54
4.1



1.0

0.2

設計周速比
最大値
設計周速比
最大値

Opt 風車1.2

0.4

U=6.0m/s
C*W
λ
0.61
3.5
0.62
3.6
0.51
3.5
0.52
3.9

(1)

6

周速比λ

(2)

Fig. 11 つば高さ基準の出力係数に関する特性曲線
Table3 Opt 風車および MTVL 風車の出力係数4― 298 ―

最適化手法を用いて風レンズ体と風車翼を連成して設計されたレンズ風車は，過去最高出力を発揮したレンズ風車より出力が増加し，設計周速比の出力が 9.8%向上した．
最適化手法を用いて設計されたレンズ風車は Betz 限
界を最大で 3.9%超える出力を発揮した．
最適化手法を用いて設計されたレンズ風車と過去最高出力を発揮したレンズ風車では，近寄り風速が出力に与える影響に違いがあるが，これは風レンズ体の振動が出力に影響を与えたと考えられる．
最適化手法を用いて風レンズ体と風車翼を連成して設計されたレンズ風車は，過去最高出力を発揮したレンズ風車と比較して，風レンズ体単体の集風性能は劣るが，レンズ風車の出力は向上したことから，風レン
ズ体と風車翼は連成した最適設計法はレンズ風車の性能向上に有用である．
 参考文献
Ohya, Y., Karasudani, T., Sakurai, A., Abe, K., and Inoue,M., 2008, “Development of a shrouded wind turbine witha flanged diffuser”, Journal of Wind Engineering, Vol.96,
pp.524-539.
Tabata, S., Furukawa, M., Kojima S. and Oka, N.,“Aerodynamic Blade Design for Wind-Lens Turbine”,
Proceedings of the 7th International Conference on Flow
Dynamics, pp. 314-315, 2010.

㻌

(3)

(4)

Nobuhito Oka, Masato Furukawa, Kazutoyo Yamada, Kota
Kido, “Aerodynamic Design for Wind-lens Turbine Using
Optimization Technique”, Proceedings of the ASME 2013
Fluids Engineering Summer Meeting, ASME Paper No.
FEDSM2013-16569, 2013.
Nobuhito OKA, Masato FURUKAWA, Kazutoyo
YAMADA, Kenta KAWAMITSU, Kota KIDO andAkihoro OKA, “Simultaneous Optimization of Rotor
Blade and Wind-Lens for Aerodynamic Design ofWind-Lens Turbine”, ASME Paper No. GT2014-25770,
2014.

5

― 299 ―

― 300 ―26 ME-15
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26 ME-16
地熱・風力ハイブリッド発電に関する基礎的研究
九州大学工学研究院 糸井龍一


研究の背景・目的

 太陽熱と風力エネルギーを利用した発電方法としてソーラーアップドラフトタワー(以下、ソーラータワー)が開発されている。ソーラータワーは、太陽放射によって加熱された地表面が熱源となり、地面を覆うカバーとの間(コレクター部)の空気を温める。コレクター部内の温められた空気と外部の空気との密度差によって、コレクター部の中央に設置された円筒形タワー内に上昇気流が発生する。この時、タワー下部に風力タービンを設置し、発電を行う。上昇気流の持つ運動エネルギー量が発電量に直結しているため、上昇気流の風速の大きさは本システムを開発する上で重要な要素である。
本研究では、ソーラータワーの熱源として地熱エネルギーを利用する新たなシステムの開発を目指している。そのための基礎的研究として、熱水を熱源として用いるソーラータワーの小型模型を作製し、室内実験によりソーラータワーへの地熱エネルギーの利用可能性を検討する。実験では、タワー内の風
速𝑣𝑣と(コレクター部温度－外気温)/(コレクター部温度)で表される無次元温度 T との関係を求め、上昇気流の発生の有無、熱源温度が上昇気流速度に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。
実験装置

 実験装置は上昇気流発生のための熱源として熱水を直接利用するオープンシステムとなっており、タワー、熱水タンク、ヒーター、熱源となる熱水を貯留する円筒型プール、ポンプ、風速計、温度計、熱水流量測定装置によって構成されている。タワーは、高さ 2m、開き角 4°のディフィーザー型である（本山、2014）。プールは二重構造になっており、内側および外側のプールの直径はそれぞれ 600mm、700mm で、タワー下部に設置されている。タンクから内側のプールへ熱水をポンプによって揚水し、内側のプールから外側のプールへ越流する。熱水は外側のプールにある二つの排出口から自然流下でタンクに戻り、タンクとプール間を循環する。本研究ではタワーとプールの間をコレクター部と呼ぶ。


実験方法

 タンク内の水道水をヒーターで加熱した。タンクからプールへ流量 6L/min で熱水を揚水し、プール内の熱水温度を目標温度(50℃、60℃、70℃、80℃、90℃)に安定させた。その後、外気温、プール内の熱水温度(熱源温度)、プール水面から 20mm の高さの温度(コレクター部温度)、プール水面から 380mmの高さの風速(タワー内風速𝑣𝑣)を 10 分間測定した。



実験結果および考察 𝑣𝑣と T の測定結果を平均化し、風速と無次元温度の関係を求めた。この時、熱源の温度が安定していてもコレクター部温度、風速の測定値安定しないため、これらの値について 10 分間平均を求めて用いた。
タワーがない状態で熱源温度 61.8℃の条件で風速を測定したところ、平均風速は 0.445m/s が得られた。同様の条件でタワーを設置した場合、平均風速 1.16m/s であった。このことから熱水を熱源とした場合でもタワー内に上昇気流が発生することを確認した。

― 303 ―

熱源の温度上昇とともに T は大きくなり、それに伴って𝑣𝑣も大きくなる傾向を示した。v と T の関係
は次式で近似される。
𝑣𝑣 = 10.5T 0.547(1)

熱源温度を高くすると大きな風速を得ることができるが、タンク内の熱水温度の上限は 95℃である。
そのとき、熱源温度は 85.2℃ともっとも高い温度で安定し、コレクター部温度は 27.8℃、風速は 1.84m/sであった。しかし、熱源温度の上昇につれて、風速の測定値のばらつきが顕著になり、上記の測定条件の場合がもっともばらつきが見られた。
結論

 １．熱水を熱源とした場合もタワー内に上昇気流の発生を確認できた。
 ２．熱源温度が高いほどタワー内風速が大きくなった。また、風速と熱源温度を表す無次元温度との関係を近似式で表示した。


成果報告

 なし

― 304 ―

26 ME-S1
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共同利用 研 究 成 果 報 告

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第

号 

18

平成

年度

26

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九州大学応用力学研究所

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