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振動および回転磁場中における非球状粒子のブラウン動力学シミュレーション

振荡和旋转磁场中非球形颗粒的布朗动力学模拟

基本信息

批准号：
20J22468
负责人：
鈴木聖弥
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Akita Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和3年度では，振動および回転磁場中における棒状磁性粒子分散系を対象にその挙動をブラウン動力学シミュレーションにより解析・検討した．振動磁場や回転磁場などの経時変化する磁場中における磁性粒子は，緩和現象により発熱することが知られている．この発熱効果はがんの新たな治療法である磁気温熱療法への応用が期待されている．このような背景から，本研究はより高度な発熱効果の制御法構築のために，粒子の挙動と発熱効果の間の関係性を明らかにすることを目的としている．振動磁場中における棒状粒子は，粒子間磁気力の影響がある程度強くなると鎖状クラスタといかだ状クラスタを交互に形成しながら磁場へ追随する．さらに粒子間磁気力を強くするといかだ状クラスタを形成し続ける粒子が現れ，発熱効果は低下する．回転磁場を印加した場合，粒子間磁気力の影響が支配的な状況では，いかだ状クラスタを形成し磁場に対して反応を示さない．この状態から磁場を強くしていくと鎖状クラスタを形成し，粒子は磁場に対して遅れて追随する．鎖状クラスタを形成する状態から磁場を速くした場合，しだいに凝集体が崩壊していき単独で運動をするようになる．さらに磁場を速くすると，粒子は磁場に追いつけなくなり，粒子間の磁気的な相互作用によりいかだ状クラスタを形成する．このように，磁場の強さおよび周波数を変化させることにより，凝集体および発熱の制御が可能であることが明らかになった．振動磁場と回転磁場の発熱効果を比較すると，高い周波数領域では回転磁場が，低い周波数領域では振動磁場がそれぞれ有利である傾向がある．以上の研究成果の一部は，日本機械学会主催の年次大会および米国機械学会主催の国際会議IMECE2021において口頭発表を行っている．

In order to solve the problem of rod-like magnetic particle dispersion in vibration and magnetic field, the kinetic model of rod-like magnetic particle dispersion was analyzed. Vibrating magnetic field and returning magnetic field change with time. Magnetic particles in magnetic field change with time. The result is a new therapeutic method called magnetic thermotherapy. This study aims to clarify the relationship between particle motion and heat transfer effect by controlling the structure of heat transfer effect. The influence of the magnetic force between the rod-like particles and the particles in the vibrating magnetic field is strong. The magnetic force between particles is strong, and the particles are weak. In the case of a return magnetic field, the influence of the magnetic force between particles is dominant. The state of the magnetic field is strong, and the particles follow the magnetic field. The state of lock formation changes from magnetic field to speed. When the magnetic field moves at a certain speed, particles move in response to the magnetic field, and the magnetic interaction between particles forms a shape. At this point, the strength of the magnetic field and the number of cycles change, making it possible to condense masses and control heat dissipation. The vibration magnetic field and the return magnetic field have different heat transfer effects. The return magnetic field in the high and middle frequency domain has different heat transfer effects. The vibration magnetic field in the low frequency domain has different heat transfer effects. Part of the above research results were presented at the annual meeting of the Japan Mechanical Society and the international meeting of the American Mechanical Society IMECE2021.