非平衡系における熱力学構造とその非線形動力学系に対する一般化

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今年度は、非平衡系における熱力学構造の基本的な知見を得るために、対象としてブルカノ式噴火を取り扱い、そのような状況での熱力学的な構造を調べた。ブルカノ式噴火は、流体的な非線形現象と、相転移、相分離が複雑に絡み合う非平衡現象であり、このような対象を調べることは、本研究課題にも関連する重要な知見が得られる可能性がある。具体的には、ブルカノ式噴火をLennard-Jones(LJ)粒子系をもちいてモデル化し、LJ粒子系の二成分流体として記述した。この系をつかい、衝撃波管の実験に対応する条件でシミュレーションを行った結果、衝撃波と気泡生成を伴うブルカノ式噴火に特徴的な現象を再現することができた。また、熱力学的構造を調べるために、熱力学量をシミュレーションで得られる物理量から計算し、噴火現象に対する新たな知見をえた。これらの成果は、学会等で発表している。また、Lennard-Jones粒子系をもちいた古典粒子系において、熱伝導の問題を計算機シミュレーションにより調べた(共同研究)。LJ粒子を使うことにより、古典的な熱伝導はもとより、相変化等を伴う熱輸送現象も議論でき、古典的な理論では記述が難しい気液界面を伴う熱輸送現象が計算シミュレーションによって再現できた。現在、この非平衡定常状態における熱力学構造を探るべくシミュレーション、理論的な考察を行っている。さらに、これらとは全く違う立場から非平衡系の熱力学構造の研究を行っている。そこでは、細胞内化学反応ネットワークを模式化した化学反応の確率モデルを作り熱平常状態ではない全く違う非平衡定常状態を構成し、熱力学、統計力学的な観点から研究を行っている(共同研究)。