事例動画：シュリーレン法

撮影協力：湘南工科大学 工学部 機械工学科  稲毛 達朗 先生（稲毛研究室の皆様）
稲毛研究室：https://www.shonan-it.ac.jp/faculties/mechanical/laboratory/t-inage/
湘南工科大学：https://www.shonan-it.ac.jp/

極超音速衝撃風洞内の様子を収めたこの動画では、マッハ数5の環境下でフリーフライトする模型周りに発生する衝撃波を可視化しています。衝撃波の可視化にはシュリーレン法を用いて 毎秒76,000コマのハイスピード撮影を行いました。模型の形状によって形を変える衝撃波の様子をぜひご覧ください。

【模型の種類】
・再突入カプセル
・航空機
・くさび型
・リング
・リング＋球体

シュリーレン法による超音波の可視化映像です。400kHz超音波の進行波を気中と水中でそれぞれ可視化した事例です。

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撮影協力：東京大学 医用精密工学研究室　中川 桂一 先生
本動画では、がん細胞破壊を目的とするPCND（phase change nano droplet）を気泡化させるための、衝撃波の伝播を可視化しています。

【実験の目的】
実験では、薬剤（ドラッグデリバリーシステム：DDS）を用いたがん治療の検証を目的としています。薬剤であるPCND（フェイズ・チェンジ・ナノドロップレット：音波感受性薬剤）へ衝撃波を伝播させ気泡化することで、がん細胞破壊を促進します。本研究では、PCNDが気泡化するメカニズムを解明することを主目的としています。

【実験環境】
PCND粒径：500～600nm
気泡化したPCND：数μm
二重の容器：外側20mm（水）内側10mm（PCND溶液）

【実験の手順】
・外側容器内に満たされている水にNd:YAGレーザー（波長：1064nm 120mJ）を照射
・レーザー誘起アブレーションにより、プラズマと気泡が発生
・急激な膨張により発生する衝撃波が、放射状に伝播（水中での伝播速度：約1500m/s）
・衝撃波が上部内側容器に伝播し、PCND溶液の波面で反射して下へ
・伝播した衝撃波によってPCNDが気泡化

【可視化映像】
・気泡化した水が破裂した際に発生する衝撃波をシュリーレン法で可視化
・シュリーレン法で可視化された衝撃波をハイスピードカメラで撮影（1秒間に100万コマ、画素数924×768px）

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撮影協力：横浜国立大学 空気力学研究室　北村 圭一 先生  福嶋 岳 特任研究員
超音速流れ中に置かれたオブジェクト周りの衝撃波をシュリーレン法で可視化しています。オブジェクトは直径14mm 半長角15°の円錐型模型。主流マッハ数1.8の流れで発生する衝撃波をシュリーレン法で可視化し、ハイスピードカメラで撮影した映像です。撮影した映像から画像解析でマッハ角を算出しマッハ数の推計まで行った事例となります。

【超音速風洞】
観測窓：φ90mm
主流マッハ数：約1.8
オブジェクト：直径14mm　半長角15°円錐型模型

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撮影協力：豊田工業高等専門学校 機械工学科　小谷 明 先生
超音速で伝播する衝撃波をシュリーレン法で可視化しました。

【シュリーレン法で衝撃波を可視化】
衝撃波は通常目に見えない波ですが、光学的な可視化手法であるシュリーレン法であれば観測することができます。実験装置で発生させた衝撃波をオブジェクトに衝突させ、反射する様子をハイスピードカメラでとらえています。

【斜め衝撃波の反射 ⇒ ”ノイマン・パラドクス”】
平面の衝撃波が垂直ではなく斜めの壁にぶつかった時、特殊な反射が起こります。この反射面に斜めに入射した時に発生する現象を”斜め衝撃波の反射”といいます。斜め衝撃波の反射は弱い衝撃波のとき理論値と実験結果が一致しないことで知られており、この現象を”ノイマン・パラドクス”と呼びます。

今回の実験では この”ノイマン・パラドクス”解明のための基礎データ収集がテーマで、様々な条件で衝撃波を発生させて画像を取得しました。

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