混相流混合現象解明を目指した光吸収ベロシメトリー構築への挑戦

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2011年3月の福島第一原子力発電所事故では水素爆発が生じ過酷事故に至った。空気－水蒸気－水素系が混在する条件下では一定以上の水蒸気濃度では水素爆発は生じず水蒸気は水素燃焼を不活性化することが知られている。このような原子力を含む工業プロセスの安全・高度化のためには、多成分系流体の成分分布・温度・流速を可視化できるツール開発が必要とされている。一方で、近年、波長可変半導体レーザは、光源として量子物理や通信分野で注目を集めている。波長可変半導体レーザを用いることで、波長掃引を行い、流体の光吸収スペクトルを瞬時に取ることができ、掃引速度はミリ秒オーダーとすることで非常に応答性が高く、装置構成もシンプルであることから可搬性に優れる。そこで、本研究では、多成分系流体の成分・濃度・温度・流速を可視化可能なツール開発を目指して、多成分流体に波長可変半導体レーザを照射し、光吸収分光法により、流体の成分・濃度・温度・流速を可視化する手法を開発し、工業プロセスの安全・高度化及び、混相流の混合流動現象解明へ貢献するため、本年度は、研究計画通り、既有の圧力容器へ単一のレーザ光ビームのみのシングルレーザパス条件にて、レーザを透過させ、圧力一定条件下で気相の温度計測実験を行った。その後、計測アルゴリズムの開発を行い、温度・濃度計測手法構築へ向けた開発と原理実証、有効性評価を行うことで、シングルレーザパス条件における温度・濃度の光吸収特性に関する基礎データを得ることができたとともに、本開発計測手法の有効性を明らかにした。