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

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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．