氏 名 坂 谷 尚 哉
学 位 （ 専 攻 分 野） 博 士 （ 理 学 ）
学 位 記 番 号 総 研 大 甲 第 1747号
学 位 授 与 の 日 付 平 成 ２ ７ 年 ３ 月 24日
学 位 授 与 の 要 件 物 理 科 学 研 究 科 宇 宙 科 学 専 攻 学 位 規 則 第 ６ 条 第 １ 項 該 当
学位論文題目 Experimental Study on Thermal Conductivity of Powdered Materials under Vacuum and Its Application to Thermal Evolution of Planetesimals
論文審査委員 主 査 教 授 早 川 基 准 教 授 田 中 智 准 教 授 岩 田 隆 浩 准 教 授 小 川 博 之
教 授 荒 川 政 彦 神 戸 大 学 大 学 院
(Separate Form 2)
論 文 内 容 要 旨
Summary of thesis contents
Experimental Study on Thermal Conductivity of Powdered Materials under Vacuum and Its Application to Thermal Evolution of Planetesimals
陽 系 去 現 い 粉 体 物 質 普 的 存 陽 系 体 進 化 重 要
役 割 を 果 例 え 陽 系 初 期 形 成 微 惑 雲 中 粉 体
集 合 体 あ 考 え 得 現 月 や 惑 表 層 呼
岩 石 粉 物 覆 わ い こ う 粉 体 物 質 熱 伝 率 真 空 い 空
隙 い 岩 石 比 べ 2桁 以 い こ 知 い 粉 体 集 合 体 あ
微 惑 や 表 層 粒 子 覆 わ い 体 熱 進 化 固 結 岩 石
体 大 く 異 真 空 粉 体 熱 伝 率 い 実 験 的 理 論 的 理
解 十 分 あ 真 空 粉 体 熱 伝 率 粒 径 や 空 隙 率 縮 応 力 様 々 パ
依 存 こ 知 い パ 依 存 性 十 分 調 査 さ
粉 体 熱 伝 率 理 論 構 築 さ い い 現 状 あ 本 論 文 個 々
依 存 パ を 精 度 く ン 状 況 い 真 空 粉 体 熱 伝 率 測 定
実 験 を 行 い パ 依 存 性 を 系 統 的 調 査 更 こ 実 験 結 果 基 い
真 空 粉 体 熱 伝 率 を 構 築 応 用 例 粉 体 集 合 体 微
惑 熱 伝 率 を 推 定 熱 進 化 計 算 を 行
ン プ 物 質 主 粒 径 1 mm以 粒 径 異 6種 類 ビ
を 用 い 他 月 シ ュ ン 金 属 ビ を 用 い 本 論 文 依 存 性
を 調 査 パ 温 度 縮 応 力 粒 径 空 隙 率 焼 結 度 物 質 種 類 粒 径 分 布 あ こ 中 外 的 条 件 あ 温 度 縮 応 力 異 2 実 験 系 を 用 い 独 立
制 御 他 パ 異 ン プ を 用 い こ び ン プ 充 填 状
態 を 変 え こ ン 特 全 ン プ 対 取 得 温 度
依 存 性 を 利 用 こ 粉 体 実 効 的 熱 伝 率 対 伝 寄 (固 体 伝 率) 輻 射 寄 (輻 射 伝 率) 2 寄 率 を 決 定 寄 パ
依 存 性 を 調 査 実 験 中 真 空 度 10
− 2
Pa 以 あ 熱 伝 率 線 加 熱 法 測 定
本 究 主 要 実 験 結 果 を 以
(1) 固 体 伝 率 粒 径 依 存 性 粒 径 50 µm以 10 µm以 異 傾 向 を 示 粒 径 50 µm以 5 種 類 ビ 粒 径 増 加 伴 0.001 W/mK 0.003
W/mK 増 加 を 示 粒 子 表 面 存 い 影 響 を 反 い 考 え
一 方 10 μm以 ビ 約 0.02 W/mK 1桁 高 い 固 体 伝 率 を 示 こ 粒 子 表 面 滑 さ 粒 子 ほ 支 配 的 働 く 付 着 力 影 響 あ
推 測 さ
(2) 固 体 伝 率 空 隙 率 増 加 減 少 空 隙 率 約 0.49 0.86 範 囲 1桁 以
変 化 を 示 こ 傾 向 空 隙 率 増 加 粒 子 同 士 接 触 点 数 び
単 体 積 当 粒 子 数 減 少 解 釈 さ
(3) 縮 応 力 大 い ほ 熱 伝 率 増 加 ビ 固 体 伝 率 縮 応 力
0.29〜0.35 乗 比 例 粒 子 弾 性 変 形 接 触 面 積 増 加 こ 原 因 あ
固 体 伝 率 粒 子 同 士 接 触 面 半 径 比 例 こ 明
(4) 焼 結 ビ 熱 伝 率 測 定 結 果 未 焼 結 ビ 比 べ 2 桁 高 い 熱 伝 率 測 定 さ 焼 結 体 熱 伝 率 粒 子 間 接 触 面 (ネ ッ ) 半 径 を 粒 子 半
径 規 格 化 ネ ッ 半 径 比 ン さ こ 分
(5) 輻 射 伝 率 粒 径 増 加 こ 粒 径 大 い ほ 空 隙 イ 代 表 さ
輻 射 熱 輸 送 距 離 長 く あ
(6) 空 隙 率 0.6以 範 囲 空 隙 率 増 加 輻 射 伝 率 高 く 粒 径 依 存 性 場 合 同 様 空 隙 イ 大 く 影 響 考 え 一 方 空 隙 率 0.6以
ン プ 内 輻 射 伝 率 均 質 性 大 く こ 領 域 依 存 性 断
こ 実 験 結 果 推 察 さ 熱 輸 送 基 固 体 伝 率 輻 射 伝 率
理 論 を 構 築 固 体 伝 率 均 質 イ 球 接 触 点 け ン ン
直 列 並 列 接 続 問 題 解 い 接 触 点 ン ン 応 力 依 存 性 実 験 結 果 推 察 さ う 接 触 半 径 比 例 自 重 外 的 力 付 着 力 を 考 慮 JKR 理 論 を 用 い 接 触 半 径 決 定 さ 輻 射 伝 率 行 板 間 輻 射 問 題 解 い
行 板 間 距 離 粒 子 間 実 効 的 熱 輻 射 距 離 を 表 い 実 験 値 比 較 結 果 本 論 文 構 築 固 体 伝 率 最 大 3倍 程 度 実 測 値 高 い 値 を 示 こ 分
こ 差 粒 子 表 面 存 い 表 面 実 際 接 触 面 積 縮 を 反
い 思 わ 一 方 輻 射 伝 率 粒 径 10 µm 以 高 空 隙 率 ン プ 場 合 約 15 倍 補 正 必 要 あ こ 分 本 究 用 い 高 空 隙 率 ン プ 個 々
粒 子 成 大 塊 形 成 い 間 大 空 隙 存
大 空 隙 を 通 熱 輻 射 支 配 的 あ 実 測 値 い 生 考 え
一 方 こ う 塊 を 形 成 い い 粒 径 50 µm以 ン プ 対 実
測 値 差 フ 4以 あ
構 築 熱 伝 率 一 応 用 1 µm 空 隙 率 90% 微
惑 熱 伝 率 を 推 定 熱 進 化 数 値 計 算 を 行 推 定 熱 伝 率 温 度 300 K い 約 0.003 W/mK あ 本 論 文 放 射 性 核 種 温 度 進 化 計 算 同 時
焼 結 ネ ッ 成 長 方 程 式 を 解 く こ 微 惑 熱 進 化 ネ ッ 成
長 を 調 査 結 果 半 径 数 百 m い う さ 微 惑 断 熱 効 果
内 部 温 度 焼 結 起 こ 十 分 温 度 こ 分 微 惑 形 成
最 短 7万 ネ ッ 形 成 起 始 こ 明 標 準 的 惑 形 成
あ 京 都 重 力 安 定 瞬 時 集 積 km イ 微 惑 衝 突
合 体 成 長 現 惑 系 形 成 さ 考 え い こ 微 惑 形 成 衝 突
時 間 微 惑 内 部 焼 結 起 こ 時 間 を 比 較 地 球 軌 付 近 衝 突
イ 焼 結 始 時 間 1桁 以 短 く 初 期 微 惑 衝
突 合 体 成 長 未 焼 結 状 態 進 一 方 惑 帯 付 近 こ イ 同
程 度 微 惑 衝 突 焼 結 硬 い 状 態 進 可 能 性 あ こ 分 地 球 軌
衝 突 後 結 果 異 こ 示 唆 さ 衝 突 時 微 惑 温 度 初 期 温 度
数 百 K 昇 い 衝 突 前 熱 進 化 衝 突 合 体 成 長 体 熱 進 化 影
響 を え 考 え こ 微 惑 進 化 関 究 熱 進 化 衝 突 進 化
独 立 取 扱 わ こ う 精 密 検 討 さ 粉 体 熱 伝 率 特 性 を 取 入
両 者 を 結 合 さ こ 新 微 惑 熱 進 化 衝 突 進 化 具 体 的 究 を 発
(Separate Form 2)
展 さ 可 能 性 あ こ を 示 こ
博 士 論 文 審 査 結 果 要 旨
Summary of the results of the doctoral thesis screening
Experimental Study on Thermal Conductivity of Powdered Materials under Vacuum and Its Application to Thermal Evolution of Planetesimals
真 空 岩 石 質 粉 体 熱 伝 率 空 隙 い 岩 石 比 べ 2 桁 以 低 い こ 知
い 陽 系 初 期 惑 星 形 成 先 立 形 成 さ 考 え 微 惑 星 原 始 陽 系 星 雲 内
集 合 体 あ 推 定 さ や 惑 星 表 層 岩 石 粉 さ
覆 わ い 粉 体 物 質 強 い 断 熱 性 こ う 体 熱 進 化 固 結 し 岩 石 体 大 く 異 予 想 さ 粉 体 熱 伝 率 体 熱 進 化 を ン ー 重 要 パ ー 一 方 粉 体 熱 伝 率 温 度 や 粒 径 空 隙 率 様 々 パ
ー 依 存 依 存 性 十 分 調 査 さ 粉 体 熱 伝 率 理 論
完 全 構 築 さ い い 本 論 文 複 数 パ ー 依 存 性 を 実 験 的 調 査 し こ
実 験 結 果 基 い 粉 体 熱 伝 率 構 築 び を 用 い 微 惑 星
熱 進 化 計 算 を 行 究 あ
本 論 文 第 章 本 究 惑 星 科 学 け 粉 体 熱 伝 率 重 要 性 究 目 的 を 示 し
第 章 真 空 粉 体 物 質 熱 伝 率 関 実 験 的 先 行 究 包 括 的 ビ ュ ー を 行 究 実 験 結 果 調 和 的 い こ 各 パ ー 依 存 性 物 理 的 要 因
明 確 あ こ を 指 摘 し 系 統 的 実 験 パ ー 依 存 性 総 合 的 理 解 必 要 あ こ を 主 張 し い
第 章 ン プ 記 載 実 験 系 構 成 び 全 実 験 結 果 い 記 載 し い 本 論 文 粒 径 異 6 種 類 ビ ー 金 属 ビ ー 模 擬 物 質 を 用 い 温 度 粒 径 空 隙 率 圧 縮 応 力 物 質 固 熱 伝 率 粒 径 分 布 焼 結 度 熱 伝 率 え 影 響 い 調 査 し 真 空 け 粉 体 実 効 的 熱 伝 率 粒 子 間 接 触 面 を 通
熱 伝 寄 あ 固 体 伝 率 粒 子 間 空 隙 を 通 熱 輻 射 寄 あ 輻 射 伝
率 和 表 さ 本 究 温 度 依 存 性 実 験 ー を 用 い 全 ン プ 対 し
固 体 伝 率 輻 射 伝 率 分 離 を 行 い 各 寄 パ ー 依 存 性 を 調 査 し 点 い 特 色 あ
第 章 第 章 実 験 結 果 粒 子 表 面 微 細 構 造 観 察 び 粒 子 充 填 状 態 観 察 結 果 を 総 合 し 各 パ ー 依 存 性 原 因 物 理 検 討 を 行 い 固 体
伝 率 輻 射 伝 率 理 論 を 構 築 し 特 固 体 伝 率 い 粒
子 表 面 接 触 ン ン 減 少 を 表 パ ー を 入 し こ 輻 射 伝 率
い 粒 子 間 平 均 空 隙 実 効 的 輻 射 熱 輸 送 距 離 ー ン パ ー
を 入 し こ 高 い を 構 築 し 実 験 結 果 比 較
を 行 い 妥 当 性 い 検 討 し い
第 章 構 築 し 粉 体 熱 伝 率 を 用 い 陽 系 初 期 集 積 し 微 惑 星 熱 伝 率 を 推 定 し 熱 進 化 数 値 計 算 を 行 同 時 粉 体 粒 子 焼 結 計 算 行 う こ
微 惑 星 焼 結 条 件 び ン を 決 定 こ 成 功 し い 微 惑 星 焼 結
前 後 微 惑 星 同 士 衝 突 様 子 異 可 能 性 着 目 し 熱 進 化 衝 突 過 程 関 連 性 い 言 及 し い
第 章 本 究 得 結 果 を 将 来 展 望 を 述 べ い
(Separate Form 3)
以 う 本 論 文 真 空 け 粉 体 熱 伝 率 関 多 く ー を 取 得 し
各 パ ー 依 存 性 を 総 合 的 説 明 物 理 考 察 を 行 い 独 創 性 あ 熱 伝
率 を 構 築 こ 成 功 し い 審 査 会 願 者 実 験 ー 取 得 対 粘 強
い 努 力 や 実 験 ー 真 摯 向 合 う 姿 勢 認 微 惑 星 熱 進 化 や
惑 星 表 層 熱 特 性 対 し 本 究 構 築 し 熱 伝 率 を 応 用 し
惑 星 科 学 び 今 後 惑 星 探 査 対 貢 献 度 高 く 本 審 査 委 員 会 本 論 文 博 士 理
学 授 値 断 し
