【研究領域課題番号】20H00636 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / 帯電状態 / 沈着 / 生体影響 / シミュレーション / 帯電粒子 / 呼吸器 / 地表面 / フィールド調査

【研究成果の概要】

室内実験としては、微分型電気移動度分級器(DMA)と凝縮粒子カウンター(CPC)を用いて、導入粒子の帯電状態とその沈着現象との関係を調べた。主流方向長さ100 mm、断面積75 mm x×75 mmの矩形容器内に粒子を導入し、Am-241中和器通過の有無を切り替えることで粒子群の帯電状態を変化させ、下流側でDMAおよびCPCを用いて粒子数を計測した。その結果、壁面の帯電状態が沈着現象に対して支配的であることが示された（奥田）。
シミュレーションとしては、前年度に開発した直接数値シミュレーションとラグランジュ粒子追跡法に基づく微小粒子を含む三次元非定常流の流動解析コードを用いて、上述の矩形容器内の微小粒子の流動解析を行い、壁面への粒子の沈着挙動を調査した。これにより流入流量の増加あるいは粒子径の減少によって沈着速度も増加するという、対応する実験と定性的に一致する結果が得られたが、極めて高流量（1.0 L/min）の場合には直径0.01μmの微小粒子であっても沈着せずに流出することが分かった（深潟）。
領域気象化学モデルNHM-Chemにより計算された福島原発事故由来の放射性粗大粒子（Cs-bearing microparticles; CsMP）の沈着量の大幅な過小評価の改善のために、放射性壊変による自己帯電効果（Depee et al., 2019）を考慮できるbelow-cloud scavenging過程のモデル化を行った（梶野）。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】45,370千円 (直接経費: 34,900千円、間接経費: 10,470千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17H01864 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / 帯電状態 / 沈着 / 生体影響 / 電気移動度 / KPFM / PM2.5 / 粒子状物質 / 粒子帯電 / 環境分析 / 環境質定量化・予測 / 大気汚染防止・浄化 / 気象条件

【研究成果の概要】

実環境大気中エアロゾル粒子の帯電状態解明を目的として研究開発を行った。まず、電気移動度法による実環境大気エアロゾルの帯電状態の測定装置（K-MACS: Keio-Measurement System of Aerosol Charging State）の設計製作および性能評価を行った。次に、約1年間の実環境大気エアロゾルの帯電状態の解析を行った。その結果、測定日によって帯電分布は異なり、帯電粒子割合は75～90 % 程度であり、容積絶対湿度と強い相関があった。室内で一定濃度の大気イオンとエアロゾルを混合し、人為的に容積絶対湿度を変化させた室内実験においても、同様の現象を再現することができた。

【研究の社会的意義】

大気エアロゾル粒子は、呼吸によって生体内に入り込み健康に悪影響を及ぼすことが知られている。エアロゾル粒子の有害性を議論する上で把握すべき特性のうち、粒子の帯電状態については、それが粒子の生体沈着に関わるため重要性が指摘されているにも関わらず、ほとんど研究が進んでいなかった。そこで本研究では、実環境大気エアロゾル粒子の帯電状態を解明することを目的として、その計測手法の開発、年間を通じたフィールド調査、および室内実験を行った。今後は本研究で得られた粒子の帯電挙動の知見を用いて、エアロゾル粒子の帯電状態による生体への沈着挙動に対して、観測事実に基づいた確実性を加えることが可能となると期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】26340010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 環境質定量化・予測 / エアロゾル / 帯電状態

【研究成果の概要】

大気エアロゾルは、呼吸によって生体内に入り込み健康に悪影響を及ぼすことが知られている。エアロゾルの帯電状態については、それが粒子の生体沈着に関わるため重要であるにも関わらず、ほとんど研究が進んでいない。そこで本研究では、実環境大気中エアロゾルの帯電状態を解明することを目的として、その計測手法の開発を行った。平成２６年度は、表面電位センサ法とファラデーケージ法を並行して利用した実験、平成２７年度は、Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) を用いたエアロゾル個別粒子の帯電状態測定方法の開発、平成２８年度は、電気移動度法を用いたエアロゾルの帯電状態の測定を進めた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)