顔写真

オオタニ キヨノブ
大谷 清伸
Kiyonobu Otani
所属
流体科学研究所 次世代流動実験研究センター
職名
特任准教授(研究)
学位
  • 博士(工学)(室蘭工業大学)

  • 修士(工学)(室蘭工業大学)

経歴 2

  • 2017年4月 ~ 継続中
    東北大学 流体科学研究所 特任准教授

  • 2012年4月 ~ 2017年3月
    東北大学 流体科学研究所 助教

委員歴 29

  • 日本衝撃波研究会 役員(事務局)

    2024年4月 ~ 継続中

  • 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2025 組織委員会 委員、実行委員会 委員

    2024年4月 ~ 継続中

  • 火薬学会 The 8th International Symposium on Energetic Materials and their Applications (ISEM2024) Program Committee member

    2024年3月 ~ 継続中

  • 火薬学会 爆発安全専門部会 委員

    2022年5月 ~ 継続中

  • Science and Technology of Energetic Materials Editorial Board Member

    2020年9月 ~ 継続中

  • 火薬学会 編集委員会 委員

    2020年9月 ~ 継続中

  • 火薬学会 爆発衝撃加工専門部会 委員

    2019年5月 ~ 継続中

  • 火薬学会 評議員

    2018年5月 ~ 継続中

  • 韓国衝撃波研究会 National Symposium on Shock Waves in Korea (NSSW Korea), Advisory Committee member

    2018年2月 ~ 継続中

  • 日本機械学会 材料力学部門所属研究会「材料力学における異分野融合に関する研究会(A-TS03-28)」 委員

    2015年4月 ~ 継続中

  • 日本衝撃波研究会 2023年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2023年5月 ~ 2024年3月

  • 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2023 組織委員会 委員、実行委員会 委員

    2023年2月 ~ 2023年12月

  • 日本衝撃波研究会 2022年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2022年9月 ~ 2023年3月

  • 日本機械学会 M&M2022材料力学カンファレンス実行委員会 委員

    2021年9月 ~ 2022年9月

  • 日本衝撃波研究会 2021年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2021年10月 ~ 2022年3月

  • 火薬学会 The 7th International Symposium on Energetic Materials and their Applications (ISEM2021) Program Committee member

    2021年8月 ~ 2021年11月

  • 日本混相流学会 評議員

    2020年8月 ~ 2021年8月

  • 日本衝撃波研究会 2020年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2020年4月 ~ 2021年3月

  • 日本衝撃波研究会 2019年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2019年4月 ~ 2020年3月

  • 日本衝撃波研究会 幹事

    2016年3月 ~ 2020年3月

  • 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2019 組織委員会 委員、実行委員会 委員

    2019年2月 ~ 2019年11月

  • 日本衝撃波研究会 平成30年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2018年4月 ~ 2019年3月

  • 日本衝撃波研究会 平成29年度衝撃波シンポジウム実行委員会実行委員長

    2017年4月 ~ 2018年3月

  • 火薬学会 The 6th International Symposium on Energetic Materials and their Applications (ISEM2017) Executive Committee member

    2016年6月 ~ 2017年11月

  • 日本衝撃波研究会 平成28年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2016年4月 ~ 2017年3月

  • 日本衝撃波研究会 平成27年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2015年4月 ~ 2016年3月

  • 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2015組織委員会 組織委員会 委員

    2015年4月 ~ 2015年11月

  • 日本衝撃波研究会 平成26年度衝撃波シンポジウム実行委員会 委員

    2014年4月 ~ 2015年3月

  • 日本機械学会部門協議会「高度物理刺激と生体応答に関する研究分科会(P-SCC12)」 委員

    2013年4月 ~ 2015年3月

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所属学協会 5

  • 日本衝撃波研究会

  • 火薬学会

  • 日本混相流学会

  • 日本航空宇宙学会

  • 日本機械学会

研究分野 2

  • フロンティア(航空・船舶) / 航空宇宙工学 / 超音速、衝撃波

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 流体工学 /

受賞 5

  1. 火薬学会2015年度秋季研究発表会 特別賞

    2015年12月 火薬学会 生体模擬物質の衝撃波伝播挙動

  2. 平成27年度静電気学会論文賞受賞

    2015年11月 静電気学会 水中正ストリーマの進展開始電圧に及ぼす放電パラメータの影響

  3. 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2015 Junior Researcher Award

    2015年11月 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2015組織委員会

  4. 平成18年度衝撃波シンポジウム Best Presentation Award

    2008年3月 平成18年度衝撃波シンポジウム実行委員会 パルスHo:YAGレーザ誘起液体ジェットを用いた岩石破壊実験

  5. 高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム2007 Junior Researcher Award

    2007年11月 高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム2007組織委員会

論文 81

  1. A shock-stable rotated-hybrid Riemann solver on rectangular and triangular grids 査読有り

    Sutthisak Phongthanapanich, Anirut Matthujak, Kiyonobu Ohtani, Elvin J. Moore

    Physics of Fluids 36 (4) 2024年4月2日

    出版者・発行元:AIP Publishing

    DOI: 10.1063/5.0196510  

    ISSN:1070-6631

    eISSN:1089-7666

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    The rotated Riemann solver is robust against the carbuncle phenomenon, especially for multidimensional computation. Moreover, hybrid techniques are usually used to enhance the stability of an accurate scheme by combining an accurate scheme with a diffusive scheme. This paper proposes a rotated-hybrid Riemann solver named the rotated-HLLC+ scheme. The scheme is developed by hybridizing the Harten–Lax–van Leer contact (HLLC) scheme with the advection upstream splitting method based on a flux vector splitting (AUSMV+) scheme by following the rotated Riemann solver approach. The unit vector n1 is calculated from the velocity-difference vector, and the unit vector n2 is the orthogonal vector. The linearized analysis suggests that the HLLC scheme should be used in the direction of n1 and the AUSMV+ scheme in the direction n2. In this way, the hybrid scheme becomes shock-stable with less numerical dissipation. Moreover, the pressure-based method is used to detect the shock wave. Several numerical experiments suggest that the pressure cutoff parameter εp=0.01 may be generally suitable and provide a stable solution with little additional numerical dissipation. The last two numerical examples show that the computational performance of the rotated-HLLC+ scheme is comparable to the HLLC scheme for the weak shock reflection over convex double wedges. However, the scheme is approximately 9% faster than the HLLC scheme for the double Mach reflection of a strong shock wave. The proposed scheme gives fast, stable, and accurate solutions on rectangular and triangular grids.

  2. 爆傷と銃創による頭蓋顔面・脳損傷;臨床から診療体制 招待有り 査読有り

    中川 敦寛, 今井 啓道, ROSENTHAL Guy, 大谷 清伸, 佐久間 篤, 小澤 哲, 小鯖 貴子, 刈部 博, 冨永 悌二

    口腔顎顔面外傷 : 日本口腔顎顔面外傷学会誌 22 (1) 1-5 2023年9月14日

    DOI: 10.24787/jsomft.22.1_1  

  3. Accurate and Robust Hybrid HLLC Riemann Solver on Triangular Grids 国際誌 査読有り

    Sutthisak Phongthanapanich, Anirut Matthujak, Kiyonobu Ohtani

    AIAA Journal 61 (9) 2023年6月1日

    DOI: 10.2514/1.J062649  

  4. 水中衝撃波およびキャビテーション気泡発生挙動の高速度撮影計測 招待有り

    大谷 清伸

    ながれ 42 17-22 2023年2月25日

  5. Methodological assessment of the reduction of dissemination risk and quantification of debris dispersion during dissection with a surgical aspirator. 国際誌 査読有り

    Sosuke Kageyama, Atsuhiro Nakagawa, Tomohiro Kawaguchi, Kiyonobu Ohtani, Toshiki Endo, Manabu Kyan, Tetsuya Kusunoki, Yoshiteru Shimoda, Shin-Ichiro Osawa, Masayuki Kanamori, Kuniyasu Niizuma, Teiji Tominaga

    BMC research notes 15 (1) 279-279 2022年8月15日

    DOI: 10.1186/s13104-022-06167-0  

  6. Numerical study on a blast mitigation mechanism by a water droplet layer: Validation with experimental results, and the effect of the layer radius 査読有り

    Yuta Sugiyama, Takahiro Tamba, Kiyonobu Ohtani

    Physics of Fluids 34 (7) 076104-076104 2022年7月

    出版者・発行元:AIP Publishing

    DOI: 10.1063/5.0091959  

    ISSN:1070-6631

    eISSN:1089-7666

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    This study explored the practicality of a two-phase flow model for water droplets in elucidating the blast mitigation mechanism of water droplets. To validate the model, the numerical data were compared with previous experimental results in terms of the evaporation of a single water droplet, and the interaction between the shock/blast waves and water droplets. Results of the validation confirmed good agreement and consistency between both data by combining the existing models for droplet breakup. Next, the blast-mitigation effect of water droplets sprayed around a high explosive was investigated, where the main parameter was the layer radius. A thicker layer further mitigated the blast wave, but there was a limit to the blast-mitigation effect when the layer radius was greater than a critical value. The high-temperature and high-pressure detonation products should interact with the water droplets, which absorb their momentum and energy. The critical layer radius was equivalent to the dispersion distance of the detonation products. To quantitatively understand the blast-mitigation mechanism of water droplets, the transferred energies by drag force, convective heat transfer, radiative heat transfer, and evaporation were computed. A strong correlation between the blast wave strength and the sum of transferred energies by the drag force and convective heat transfer was obtained in the case that the initial diameter of the water droplets was of the order of millimeters.

  7. Observation of the Formation of Multiple Shock Waves at the Collapse of Cavitation Bubbles for Improvement of Energy Convergence 査読有り

    Marc Tinguely, Kiyonobu OHTANI, Mohamed Farhat, Takehiko Sato

    Energies 15 (7) 2305-2305 2022年3月

    出版者・発行元:MDPI AG

    DOI: 10.3390/en15072305  

    eISSN:1996-1073

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    The collapse of a cavitation bubble is always associated with the radiation of intense shock waves, which are highly relevant in a variety of applications. To radiate a strong shock wave, it is necessary to converge energy at the collapse, and understanding generation processes of multiple shock waves at the collapse is a key issue. In the present study, we investigated the formation of multiple shock waves generated by the collapse of a laser-induced bubble. We used a high-speed imaging system with unprecedented spatiotemporal resolution. We developed a triggering procedure of high precision and reproducibility based on the deflection of a laser beam by the shockwave passage. The high-speed videos clearly show that: (A) a first shockwave is emitted as the micro-jet hits the bottom of the bubble interface, followed by a second shock wave due to the collapse of the remaining toroidal bubble; (B) a sequential collapse of elongated bubbles, where the top part of the bubble collapses slightly before the bottom of the bubble; and (C) the formation of compression shock waves from multiple sites on a toroidal bubble.

  8. Measurement of unsteady shock standoff distance around spheres flying at Mach numbers near one 査読有り

    T. Kikuchi, K. Ohtani

    Shock Waves 32 235-239 2022年1月24日

    出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC

    DOI: 10.1007/s00193-021-01067-x  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    <title>Abstract</title>This paper reports the experiments on the shock standoff distance (SSD) around spheres flying at Mach numbers from slightly below 1.0. Spheres of the same diameter but three different densities were launched in a ballistic range by a light-gas gun, and the flow field around each sphere was measured by optical visualization. The purpose of this study is to investigate how projectile deceleration influences the SSD by comparing the results for projectiles of the same shape, size, and Mach number but different densities. The location history of the sphere center is obtained by fitting a formula derived from the equation of motion of a decelerating object, and the history of the instantaneous projectile Mach number is obtained by differentiating this formula.The SSDs of the projectiles with different densities are the same at higher Mach numbers, but different at lower Mach numbers, and the SSD decreases with decreasing projectile density. Seemingly, because projectile deceleration is related to the flow unsteadiness, steady flow cannot be assumed in the present range of Mach number with the different SSDs. At Mach numbers close to one, that of the propagating detached shock wave is higher than that of the flying projectile.

  9. Schlieren Visualization and Motion Analysis of an Isolated and Clustered Particle(s) after Interacting with Planar Shock 査読有り

    Takayuki NAGATA, Taku NONOMURA, Kiyonobu OHTANI, Keisuke ASAI

    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES 65 (4) 185-194 2022年

    出版者・発行元:Japan Society for Aeronautical and Space Sciences

    DOI: 10.2322/tjsass.65.185  

    ISSN:0549-3811

    eISSN:2189-4205

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    In the present study, the visualization of compressible flow around a particle/particles including wake vortices and drag estimation were conducted through shock-particle interaction experiments. An experimental method that can investigate flow over isolated and clustered particle(s) (with a minimum diameter of 0.3 mm) interacting with a planar shock was established. For flow visualization, the Mach number (M) and Reynolds number (Re) based on the relative velocity between the particle and the quantities behind the planar shock wave were 0.46 ¯ M ¯ 1.24 and 3500 ¯ Re ¯ 9800, respectively. The present measurement system succeeded in visualizing flow structures not only for shock waves, but also wake structures formed behind the particle(s) under subsonic and transonic conditions, and the Mach number effect was provided. The mean drag coefficient was estimated from the time-position data of the particle at 3100 ¯ Re ¯ 9800 and M = 0.46. The estimated drag coefficient was close to that of the value estimated by the drag model and previous experiments. The flowfield around clustered particles was visualized and its breakdown process was observed. The particle cluster dispersed due to aerodynamic interference. Particularly, the particles located on the upper side of the particle cluster moved upward against the gravitational force.

  10. Quantitative density measurement of wake region behind reentry capsule (Improvements in accuracy of 3D reconstruction by evaluating the view-angle of measurement system) 査読有り

    Masato YAMAGISHI, Yusuke YAHAGI, Masanori OTA, Yusuke HIROSE, Shinsuke UDAGAWA, Tatsuro INAGE, Shigeya KUBOTA, Koji FUJITA, Kiyonobu OHTANI, Hiroki NAGAI

    Journal of Fluid Science and Technology 16 (3) JFST0021-JFST0021 2021年10月

    出版者・発行元:Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/jfst.2021jfst0021  

    ISSN:1880-5558

    eISSN:1880-5558

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    Three-dimensional density measurement of unsteady flow field around a projectile (phi = 8mm) is carried out in the ballistic range at Institute of Fluid Science, Tohoku University. The purpose of this study is to obtain the density distribution including its wake region in non-axisymmetric unsteady flow. The projectile's Mach number in the experiment is 1.35. Simultaneous multi-angle BOS measurement system using twelve digital cameras and pulsed LEDs is installed in the test chamber of the ballistic range. The Color-Grid Background Oriented Schlieren (CGBOS) technique is used in the measurement system to obtain the projection data of density gradient. Algebraic Reconstruction Technique (ART) method and Successive Over Relaxation (SOR) method are used to obtain the density distribution from projection data. To improve the accuracy of 3D reconstruction, we evaluate the view-angle of the measurement system in the present study. The result shows that the bow shock, expansion wave and recirculation zone can be confirmed by the proposed method. However, bow shock in each method are thicker than the schlieren image due to the blur of the CGBOS images. Even then, the 3D shape of density distribution reconstructed by proposed method can be reliable, and the relative error of obtained density between the theoretical value for normal shock relation is about 5% at the bow shock.

  11. 水液滴群との干渉による衝撃波低減に関する研究 査読有り

    大谷 清伸, 小川 俊広, 杉山 勇太, 丹波 高裕

    混相流 35 (2) 302-307 2021年4月15日

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.3811/jjmf.2021.005  

    ISSN:0914-2843

    eISSN:1881-5790

  12. Comparison of blast mitigation performance between water layers and water droplets 査読有り

    T. Tamba, Y. Sugiyama, K. Ohtani, K. Wakabayashi

    Shock Waves 31 (1) 89-94 2021年1月

    DOI: 10.1007/s00193-021-00990-3  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    An experimental investigation was conducted to compare the blast mitigation performances of water layers, whose mass ratios to an explosive were mW/mE=12.2,44.5,and107.2, with water droplets surrounding the explosive. The blast waveforms were measured using pressure transducers, and the motion of the water layer was recorded using a high-speed camera. When m /m was equivalent between the water layer and water droplets, the water layer exhibited less mitigation of the peak overpressure and positive impulse than the water droplets. The results demonstrated high efficiency of the water droplets in blast mitigation and the existence of an optimal apparent density of the water barrier. The velocities of the water layers determined using high-speed photography agreed with the prediction model of the barrier material accelerated by explosion. It suggested that the primary cause of the blast overpressure mitigation by the water layer was the allocation of the explosion energy into the kinetic energy of the water. W E

  13. Damage Assessment for Electrodynamic Tape Tether against Space Debris Impact 査読有り

    Michihiro FUJIWARA, Honoka TOMIZAKI, Sunao HASEGAWA, Kiyonobu OHTANI, Kanjuro MAKIHARA

    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 19 (1) 34-41 2021年

    出版者・発行元:Japan Society for Aeronautical and Space Sciences

    DOI: 10.2322/tastj.19.34  

    eISSN:1884-0485

  14. Damage of twisted tape tethers on debris collision 査読有り

    Yoshiyuki Uwamino, Michihiro Fujiwara, Honoka Tomizaki, Kiyonobu Ohtani, Kanjuro Makihara

    International Journal of Impact Engineering 137 103440-103440 2020年3月

    出版者・発行元:Elsevier BV

    DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2019.103440  

    ISSN:0734-743X

  15. Experimental investigation of transonic and supersonic flow over a sphere for Reynolds numbers of 103–105 by free-flight tests with schlieren visualization 査読有り

    T. Nagata, A. Noguchi, T. Nonomura, K. Ohtani, K. Asai

    Shock Waves 30 (2) 139-151 2020年3月

    出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC

    DOI: 10.1007/s00193-019-00924-0  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    In this study, free-flight tests of a sphere for Reynolds numbers between 3.9 × 103 and 3.8 × 105 and free-flight Mach numbers between 0.9 and 1.6 were conducted using a ballistic range, and compressible low-Reynolds-number flows over an isolated sphere were investigated with the schlieren technique. The flow visualization was carried out under low-pressure conditions with a small sphere (minimum diameter of 1.5 mm) to produce compressible low-Reynolds-number flow. Also, time-averaged images of the flow near the sphere were obtained and compared to previous numerical results for Reynolds numbers between 50 and 1000. The experimental results clarified the structure of shock waves, recirculation region, and wake structures at the Reynolds number of 103–105 under transonic and supersonic flows. As a result, the following characteristics were clarified: (1) the amplitude of the wake oscillation was attenuated as the free-flight Mach number increased; (2) use of singular value decomposition permitted extraction of the mode of the wake structure even when schlieren images were unclear due to severe condition, and different modes in the wake structure were identified; (3) the Reynolds number had little effect on the separation point, but the length of the recirculation region increased as the Reynolds number decreased; and (4) the wake diameter at the end of the recirculation region decreased as the Mach number increased.

  16. blast-induced traumatic brain injury (bTBI): 損傷機序と病態 査読有り

    中川 敦寛, 大谷 清伸, 八木橋 真央, 佐久間 篤, Hiroaki Tomita, 刈部 博, Rocco Armonda, 久志本 成樹, 冨永 悌二

    NEUROSURGICAL EMERGENCY 25 (2) 195-202 2020年

    出版者・発行元:特定非営利活動法人 日本脳神経外科救急学会 Neurosurgical Emergency

    DOI: 10.24723/jsne.25.2_195  

    ISSN:1342-6214

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    爆風損傷は爆発に伴い発生する爆風に暴露され生じる.一般の臨床医が経験する外傷機転に加えて,穿通物による機序,衝撃波を伴う圧損傷による機序が複合的に生体に影響を及ぼし,損傷が発生する.外傷初期診療ガイドラインに沿った対応を行うとともに,損傷時の状況の把握を含めて衝撃波を伴う圧損傷のリスク階層化と病態を考慮した治療を行う.通常の外傷とは異なる点があり,外科的あるいは脳血管内治療に際しては特徴を理解しておく必要がある. 2020年東京オリンピック,パラリンピックを迎えるにあたり,わが国においても救急に携わる医療従事者,関係者も病態と診断・治療に関する一定の知識を持っていることが望ましい.本稿では,爆風損傷の機序,病態生理も含めた特徴,爆風による傷病者への初期対応を含めた診断,治療について概説する.衝撃波工学の見地から衝撃波,爆風の生体に及ぼす作用,爆風による外傷性脳損傷の発生機序,現在の爆風による外傷性脳損傷研究の問題点についても概説する.

  17. Experimental investigation of blast wave pressure mitigation by water droplets interaction 査読有り

    Takahiro Tamba, Yuta Sugiyama, Kiyonobu Ohtani, Kunihiko Wakabayashi

    Science and Technology of Energetic Materials 81 (1) 29-32 2020年

  18. プラズマファインバブルの生成と計測 査読有り

    佐藤岳彦, 上原聡司, 熊谷諒, 宮原高志, 大泉雅伸, 中谷達行, 落合史朗, 宮崎孝道, 藤田英理, 金澤誠司, 大谷清伸, 小宮敦樹, 金子俊郎, 中嶋智樹, ティンガリー・マーク, ファーラット・モハメッド

    混相流 33 (4) 382-389 2019年12月

  19. Formation of fine bubbles by plasma in water 査読有り

    Takehiko Sato, Ryo Kumagai, Takashi Miyahara, Masanobu Oizumi, Tatsuyuki Nakatani, Shiroh Ochiai, Takamichi Miyazaki, Hidemasa Fujita, Seiji Kanazawa, Kiyonobu Ohtani, Atsuki Komiya, Toshiro Kaneko, Tomoki Nakajima, Marc Tinguely, Mohamed Farhat

    International Journal of Plasma Environmental Science & Technology 12 (2) 44-48 2019年1月

  20. Biological effect of shock waves: Mechanism of Blast-Induced Traumatic Injury to Medical Application 査読有り

    Nakagawa A, Ohtani K, Kawaguchi T, Tominaga T

    31st International symposium on Shock Waves 2 421-429 2019年

  21. The quantitative density measurement of unsteady flow around the projectile 査読有り

    Y. Hirose, K. Ishikawa, Y. Ishimoto, T. Nagashima, M. Ota, S. Udagawa, T. Inage, K. Fujita, H. Kiritani, K. Fujita, K. Ohtani, H Nagai

    Journal of Flow Control, Measurement & Visualization 7 (2) 111-119 2019年

  22. Experimental and numerical study on radiating shock tube flows for spacecraft reentry flights 査読有り

    Gouji Yamada, Mizuki Kajino, Kiyonobu Ohtani

    Journal of Fluid Science and Technology 14 (3) JFST0022 2019年

    DOI: 10.1299/jfst.2019jfst0022  

    eISSN:1880-5558

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    The objective of this study is to investigate thermochemical processes in the shock layer by shock-tube experiments. In this study, the temporal profile of radiation intensity is observed by time-resolved emission spectroscopy. The measured radiation profiles are compared with the calculated radiation profiles to validate the chemical reaction processes considered in the calculation. The measured radiation profiles are different from the calculated ones, especially in the region ahead of the shock front. The measured radiation intensities for N2, N2 +, and N start to increase ahead of the shock front. On the other hand, the calculated radiation intensities start to increase at the shock front. This difference could be caused by precursor phenomena which are not considered in the present calculation. The details of precursor phenomena has not been clarified. However, the present study has indicated some of the interesting results. From the radiation profiles observed in the region ahead of shock front, electronic excitation of N2, photoionization and photodissociation of N2 are found to occur. It is also found that the radiation profiles between experiment and calculation differ in the shock layer, showing that precursor phenomena have a great influence on thermochemical processes in the shock layer. In future, thermochemical processes should be modeled by incorporating precursor phenomena.

  23. Propagation and branching process of negative streamers in water 査読有り

    R. Kumagai, S. Kanazawa, K. Ohtani, A. Komiya, T. Kaneko, T. Nakajima, T. Sato

    Journal of Applied Physics 124 163301-1-163301-7 2018年10月

    DOI: 10.1063/1.5025376  

  24. Jetting from cavitation bubbles due to multiple shockwaves 査読有り

    O. Supponen, T. Akimura, T. Minami, T. Nakajima, S. Uehara, K. Ohtani, T. Kaneko, M. Farhat, T. Sato

    Applied Physics Letters 113 193703-1-193703-4 2018年

  25. Primary blast-induced traumatic brain injury: lessons from lithotripsy 査読有り

    A. Nakagawa, K. Ohtani, R. Armonda, H. Tomita, A. Sakuma, S. Mugikura, K. Takayama, S. Kushimoto, T. Tominaga

    SHOCK WAVES 27 (6) 863-878 2017年11月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-017-0753-5  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    Traumatic injury caused by explosive or blast events is traditionally divided into four mechanisms: primary, secondary, tertiary, and quaternary blast injury. The mechanisms of blast-induced traumatic brain injury (bTBI) are biomechanically distinct and can be modeled in both in vivo and in vitro systems. The primary bTBI injury mechanism is associated with the response of brain tissue to the initial blast wave. Among the four mechanisms of bTBI, there is a remarkable lack of information regarding the mechanism of primary bTBI. On the other hand, 30 years of research on the medical application of shock waves (SWs) has given us insight into the mechanisms of tissue and cellular damage in bTBI, including both air-mediated and underwater SW sources. From a basic physics perspective, the typical blast wave consists of a lead SW followed by shock-accelerated flow. The resultant tissue injury includes several features observed in primary bTBI, such as hemorrhage, edema, pseudo-aneurysm formation, vasoconstriction, and induction of apoptosis. These are well-described pathological findings within the SW literature. Acoustic impedance mismatch, penetration of tissue by shock/bubble interaction, geometry of the skull, shear stress, tensile stress, and subsequent cavitation formation are all important factors in determining the extent of SW-induced tissue and cellular injury. In addition, neuropsychiatric aspects of blast events need to be taken into account, as evidenced by reports of comorbidity and of some similar symptoms between physical injury resulting in bTBI and the psychiatric sequelae of post-traumatic stress. Research into blast injury biophysics is important to elucidate specific pathophysiologic mechanisms of blast injury, which enable accurate differential diagnosis, as well as development of effective treatments. Herein we describe the requirements for an adequate experimental setup when investigating blast-induced tissue and cellular injury; review SW physics, research, and the importance of engineering validation (visualization/pressure measurement/numerical simulation); and, based upon our findings of SW-induced injury, discuss the potential underlying mechanisms of primary bTBI.

  26. Propagation analysis of negative streamer channel in water

    Ryo Kumagai, Seiji Kanazawa, Kiyonobu Ohtani, Atsuki Komiya, Toshiro Kaneko, Tomoki Nakajima, Takehiko Sato

    Proceedings of 23rd International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC-23) 2017年7月30日

  27. Visualization of inception, propagation and collapse process of underwater positive streamer 査読有り

    Takehiko Sato, Ryo Kumagai, Tomoyuki Nakajima, Kiyonobu Ohtani, Atsuki Komiya, Seiji Kanazawa, Toshiro Kaneko

    Proceedings of the 31st International Symposium on Shock Waves (ISSW31) 2017年7月9日

  28. Experimental demonstration of bow-shock instability and its numerical analysis 査読有り

    Y. Kikuchi, N. Ohnishi, K. Ohtani

    SHOCK WAVES 27 (3) 423-430 2017年5月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-016-0669-5  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    An experimental demonstration was carried out in a ballistic range at high Mach numbers with the low specific heat ratio gas hydrofluorocarbon HFC-134a to observe the unstable bow-shock wave generated in front of supersonic blunt objects. The shadowgraph images obtained from the experiments showed instability characteristics, in which the disturbances grow and flow downstream and the wake flow appears wavy because of the shock oscillation. Moreover, the influence of the body shape and specific heat ratio on the instability was investigated for various experimental conditions. Furthermore, the observed features, such as wave structure and disturbance amplitude, were captured by numerical simulations, and it was demonstrated that computational fluid dynamics could effectively simulate the physical instability. In addition, it was deduced that the shock instability is induced by sound emissions from the edge of the object. This inference supports the dependence of the instability on the specific heat ratio and Mach number because the shock stand-off distance is affected by these parameters and limits the sound wave propagation.

  29. Underwater Expansion Wave Focusing by Reflecting at the Air Interface 査読有り

    K. Ohtani, T. Ogawa

    SELECTED PAPERS FROM THE 31ST INTERNATIONAL CONGRESS ON HIGH-SPEED IMAGING AND PHOTONICS 10328 2017年

    出版者・発行元:SPIE-INT SOC OPTICAL ENGINEERING

    DOI: 10.1117/12.2268514  

    ISSN:0277-786X

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    This paper reports a preliminarily experimental result of high-speed shadowgraph optical visualization of underwater expansion wave focusing by using a simple two-dimensional wedge model for understanding of shock wave interaction phenomena in simulated biomedical materials. Underwater shock wave generated by detonating a micro-explosive (10 mg silver azide pellet) in a small chamber. The generated underwater shock wave was interacted with a wedge shaped interface between water and air divided by a thin film, and an expansion wave was generated by reflection at the interface. The process of underwater expansion wave generation and focusing phenomena was visualized by shadowgraph method and recorded by ultra-high-speed framing camera. Underwater shock wave was reflected as an expansion wave from the interface between water and air at the both side and focused and then cavitation bubble was created by pressure decreasing at the expansion wave focusing area. The pressure histories were measured simultaneously with highspeed optical visualization by a needle type pressure sensor. At the focusing area, the pressure was decreased rapidly, the negative peak pressure was the lowest.

  30. Pulsed laser-induced liquid jet: evolution from shock/bubble interaction to neurosurgical application 査読有り

    A. Nakagawa, T. Kumabe, Y. Ogawa, T. Hirano, T. Kawaguchi, K. Ohtani, T. Nakano, C. Sato, M. Yamada, T. Washio, T. Arafune, T. Teppei, K. Atsushi, S. Satomi, K. Takayama, T. Tominaga

    SHOCK WAVES 27 (1) 1-14 2017年1月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-016-0696-2  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    The high-speed liquid (water) jet has distinctive characteristics in surgical applications, such as tissue dissection without thermal damage and small blood vessel preservation, that make it advantageous over more conventional instruments. The continuous pressurized jet has been used since the first medical application of water jets to liver surgery in the 1980s, but exhibited drawbacks partly related to the excess water supply required and unsuitability for application to microsurgical instruments intended for deep, narrow lesions (endoscopic instrumentation and catheters) due to limitations in miniaturization of the device. To solve these issues, we initiated work on the pulsed micro-liquid jet. The idea of the pulsed micro-liquid jet originated from the observation of tissue damage by shock/bubble interactions during extracorporeal shock wave lithotripsy and evolved into experimental application for recanalization of cerebral embolisms in the 1990s. The original method of generating the liquid jet was based on air bubble formation and microexplosives as the shock wave source, and as such could not be applied clinically. The air bubble was replaced by a holmium:yttrium-aluminum-garnet (Ho:YAG) laser-induced bubble. Finally, the system was simplified and the liquid jet was generated via irradiation from the Ho:YAG laser within a liquid-filled tubular structure. A series of investigations revealed that this pulsed laser-induced liquid jet (LILJ) system has equivalent dissection and blood vessel preservation characteristics, but the amount of liquid usage has been reduced to less than 2 l per shot and can easily be incorporated into microsurgical, endoscopic, and catheter devices. As a first step in human clinical studies, we have applied the LILJ system for the treatment of skull base tumors through the transsphenoidal approach in 9 patients (7 pituitary adenomas and 2 chordomas), supratentorial glioma (all high grade glioma) in 8 patients, including one with fine perforating vessel involvement, and cerebrovascular disease (1 arteriovenous malformation and 2 intracerebral hemorrhages) in 3 patients. Precise dissection and mass reduction of the tumor were obtained in all tumor cases except for one chordoma with significant fibrosis. Small arteries down to 100 were preserved, allowing subsequent microsurgical devascularization. Veins were also preserved occasionally. The arachnoid membrane and the tumor capsule were resistant to the LILJ except for one case with prolonged exposure. No complications related to use of the LILJ system were observed. No disturbance of the surgical field by splashing, aerosol, or dissemination of pathological tissue occurred with placement of the optimal suction system. The Ho:YAG LILJ system enhances the advantages of commercialized pressure-driven continuous liquid jet instrumentation in terms of small vessel preservation and accessibility in confined spaces for minimally invasive neurosurgery, and solves some of the drawbacks involved with excessive liquid use and size.

  31. Highly Temporal Visualization of Propagation Process of Underwater Negative Streamer

    Ryo Kumagai, Seiji Kanazawa, Atsuki Komiya, Kiyonobu Ohtani, Toshiro Kaneko, Tomoki Nakajima, Takehiko Sato

    Proceedings of the 3rd Taiwan-Japan Workshop on Plasma Life Science and Technology (2016TJPL) PO-02 2016年12月15日

  32. 爆風による外傷性損傷:テロ対応の観点から 査読有り

    中川敦寛, 大谷清伸, 富田博秋, 久志本成樹, Rocco Armonda, 冨永悌二

    安全工学 55 (6) 441-446 2016年12月

    DOI: 10.18943/safety.55.6_441  

  33. Turbulent jet interaction with a long rise-time pressure signature 査読有り

    Takahiro Ukai, Kiyonobu Ohtani, Shigeru Obayashi

    APPLIED ACOUSTICS 114 179-190 2016年12月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.apacoust.2016.07.015  

    ISSN:0003-682X

    eISSN:1872-910X

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    A sonic boom signature with a long rise time has the ability to reduce the sonic boom, but it does not necessarily minimize the sonic boom at the ground level because of the real atmospheric turbulence. In this study, an effect of the turbulence on a long rise-time pressure signature was experimentally investigated in a ballistic range facility. To compare the effects of the turbulence on the long and short rise-time pressure signatures, a cone-cylinder projectile that simultaneously produces these pressure signatures was designed. The pressure waves interacted with a turbulent field generated by a circular nozzle. The turbulence effects were evaluated using flow diagnostic techniques: high-speed schlieren photography, a point-diffraction interferometer, and a pressure measurement. In spite of the fact that the long and short rise-time pressure signatures simultaneously travel through the turbulent field, the turbulence effects do not give the same contribution to these overpressures. Regarding the long rise-time pressure signature, the overpressure fluctuation due to the turbulence interaction is almost uniform, and a standard deviation 1.5 times greater than that of the no-turbulence case is observed. By contrast, a short rise-time pressure signature which passed through the same turbulent field is strongly affected by the turbulence. A standard deviation increases by a factor of 14 because of the turbulence interaction. Additionally, there is a non-correlation between the overpressure fluctuations of the long and short rise-time pressure signatures. These results deduce that the length of the rise time is important to the turbulence effects such as the shock focusing/diffracting. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  34. Expansion wave and cavitation bubble generation by underwater shock wave reflection from the interface 査読有り

    K. Ohtani, T. Ogawa

    Mechanical Engineering Journal, JSME 3 (6) 16-00298-1-16-00298-7 2016年

  35. Shock Hugoniot and equations of states of water, castor oil, and aqueous solutions of sodium chloride, sucrose and gelatin 査読有り

    A. B. Gojani, K. Ohtani, K. Takayama, S. H. R. Hosseini

    SHOCK WAVES 26 (1) 63-68 2016年1月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-009-0195-9  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    This paper reports a result of experiments for the determination of reliable shock Hugoniot curves of liquids, in particular, at relatively low pressure region, which are needed to perform precise numerical simulations of shock wave/tissue interaction prior to the development of shock wave related therapeutic devices. Underwater shock waves were generated by explosions of laser ignited 10 mg silver azide pellets, which were temporally and spatially well controlled. Measuring temporal variation of shock velocities and over-pressures in caster oil, aqueous solutions of sodium chloride, sucrose and gelatin with various concentrations, we succeeded to determine shock Hugoniot curves of these liquids and hence parameters describing Tait type equations of state.

  36. Role of Continuous Discharge Current for Secondary Streamer in Water 査読有り

    H. Fujita, S. Kanazawa, K. Ohtani, A. Komiya, T. Kaneko, T. Sato

    International Journal of Plasma Environmental Science & Technology 10 (1) 16-19 2016年

  37. CO2レーザ誘起気泡柱を用いた水中加工に関する研究 -気泡柱透過レーザエネルギー見積法の検討- 査読有り

    大谷清伸, 小林俊雄

    混相流 30 (1) 57-64 2016年

    出版者・発行元:日本混相流学会

    DOI: 10.3811/jjmf.30.57  

    ISSN:0914-2843

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    This paper reports consideration of the transmission laser energy estimating method for an efficient underwater processing with support form a CO2 laser-induced bubble column. To calculate the transmission laser energy through the laser induced bubble column in water, the experiment of pulsed CO2 laser-induced bubble column formation visualization and laser energy measurement though the CO2 laser-induced bubble column in water was performed. The process of the CO2 laser-induced bubble generation was observed by high-speed video camera. Pulsed 50W CO2 laser beam of 10.6 μm in wavelength was irradiated onto the water surface, and then bubble is generated near the water surface. With further transmission of laser beams through the growing the bubble, local vaporization was continued and the bubble length was elongated. The transmitted energy though the bubble column was estimated by time rate of bubble growth time and was corrected for absorption loss and reflectance loss, and compared with the measured transmitted energy by power meter.

  38. Mechanism of Traumatic Brain Injury at Distant Locations After Exposure to Blast Waves: Preliminary Results from Animal and Phantom Experiments 査読有り

    Atsuhiro Nakagawa, Kiyonobu Ohtani, Keisuke Goda, Daisuke Kudo, Tatsuhiko Arafune, Toshikatsu Washio, Teiji Tominaga

    INTRACRANIAL PRESSURE AND BRAIN MONITORING XV 122 3-7 2016年

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/978-3-319-22533-3_1  

    ISSN:0065-1419

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    Purpose Primary blast-induced traumatic brain injury (bTBI) is the least understood of the four phases of blast injury. Distant injury induced by the blast wave, on the opposite side from the wave entry, is not well understood. This study investigated the mechanism of distant injury in bTBI. Materials and Methods Eight 8-week-old male Sprague-Dawley rats were divided into two groups: group 1 served as the control group and did not receive any shock wave (SW) exposure; group 2 was exposed to SWs (12.5 +/- 2.5 MPa). Propagation of SWs within a brain phantom was evaluated by visualization, pressure measurement, and numerical simulation. Results Intracerebral hemorrhage near the ignition site and elongation of the distant nucleus were observed, despite no apparent damage between the two locations in the animal experiment. Visualization, pressure measurement, and numerical simulation indicated the presence of complex wave dynamics accompanying a sudden increase in pressure, followed by negative pressure in the phantom experiment. Conclusion A local increase in pressure above the threshold caused by interference of reflection and rarefaction waves in the vicinity of the brain-skull surface may cause distant injury in bTBI.

  39. Bow-shock instability induced by Helmholtz resonator-like feedback in slipstream 査読有り

    Naofumi Ohnishi, Yosuke Sato, Yuta Kikuchi, Kiyonobu Ohtani, Kanako Yasue

    PHYSICS OF FLUIDS 27 (6) 066103-1-066103-16 2015年6月

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4922086  

    ISSN:1070-6631

    eISSN:1089-7666

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    Bow-shock instability has been experimentally observed in a low-gamma flow. To clarify its mechanism, a parametric study was conducted with three-dimensional numerical simulations for specific heat ratio gamma and Mach number M. A critical boundary of the instability was found in the gamma-M parametric space. The bow shock tends to be unstable with low gamma and high M, and the experimental demonstration was designed based on this result. The experiments were conducted with the ballistic range of the single-stage powder gun mode using HFC-134a of gamma = 1.12 at Mach 9.6. Because the deformation of the shock front was observed in a shadowgraph image, the numerical prediction was validated to some extent. The theoretical estimation of vortex formation in a curved shock wave indicates that the generated vorticity is proportional to the density ratio across the shock front and that the critical density ratio can be predicted as similar to 10. A strong slipstream from the surface edge generates noticeable acoustic waves because it can be deviated by the upstream flow. The acoustic waves emitted by synchronizing the vortex formation can propagate upstream and may trigger bow-shock instability. This effect should be emphasized in terms of unstable shock formation around an edged flat body. (C) 2015 AIP Publishing LLC.

  40. Validation of measurement accuracy for near-field pressure around supersonic projectiles in a ballistic range 査読有り

    Takahiro Ukai, Kiyonobu Ohtani, Shigeru Obayashi

    MEASUREMENT 67 24-33 2015年5月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.measurement.2015.01.031  

    ISSN:0263-2241

    eISSN:1873-412X

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    In this study, experiments were conducted to evaluate the accuracy of the pressure measurement system in a ballistic range at Tohoku University. An effect on the near-field pressure waveform by shock wave interaction with a pressure measurement plate instrumented with pressure transducers was investigated. The pressure waveform changed depending on the measurement positions on the plate. It is important to place pressure measurement positions away from the front and rear edges of the plate. In addition, pressure measurement accuracy was validated by comparison of the pressure waveforms between present and previous results. The pressure was measured at a position away from the edges of the plate. The present data corresponds well with existing experimental data. The results show that the pressure measurement system in the ballistic range at Tohoku University has the ability to accurately measure the near-field pressure waveform. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  41. Application of PSP technique to near-field sonic boom measurements in a ballistic range 査読有り

    Daiju Numata, Keisuke Asai, Kiyonobu Ohtani

    53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting 2015年

    出版者・発行元:American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc, AIAA

    DOI: 10.2514/6.2015-0024  

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    In this study, we tried to conduct time-resolved PSP imaging of sonic-boom phenomena using a high-speed video camera. For this purpose, we visualized sonic-boom passing through a test plate mounted on the inside of the ballistic range by using ultrafast-response PSP and shadowgraph method simultaneously. By combining PSP technique and shadowgraph method, we successfully estimated pitch and yaw angle of free-flight projectile simultaneously. In addition, time-resolved PSP imaging of near-field sonic-boom phenomena using a high-speed video camera was also conducted and flow field was clearly visualized. These visualization results were well agreement compared with pressure profile which was measured by unsteady pressure sensors qualitatively. This means that the qualitative observation of near-field sonic-boom by using PSP technique is available in ballistic experiments.

  42. Translational research for blast-induced traumatic brain injury: Injury mechanism to development of medical instruments. 査読有り

    Nakagawa A, Ohtani K, Arafune T, Washio T, Iwasaki M, Endo T, Ogawa Y, Kumabe T, Takayama K, Tominaga T

    29th International Symposium on Shock Waves 2 889-891 2015年

  43. Micro-explosive-induced underwater shock wave propagation and reflection at the interface 査読有り

    Kiyonobu Ohtani, Toshihiro Ogawa

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ENERGETIC MATERIALS 76 (5-6) 139-143 2015年

    出版者・発行元:JAPAN EXPLOSIVES SOC

    ISSN:1347-9466

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    This paper reports the results of experiments on underwater shock wave propagation and reflection at the interface of certain materials conducted to improve the understanding of shock wave interaction with the interface of materials with different acoustic impedance. An underwater shock wave was generated by detonating a micro-explosive (AgN3) near the interface of materials with different acoustic impedance (water and acrylic/aluminum/stainless steel/air). The process of shock wave propagation was visualized by the shadowgraph method and recorded by an ultra-high-speed camera The pressure history near the interface was measured simultaneously by a needle hydrophone with high spatiotemporal resolution. Time-resolved shadowgraph images show that a compression wave was reflected from a thin interface plate, and an expansion wave, which propagated downward, was then generated in water by reflection from the air. In addition, a cavitation bubble was created behind the expansion wave. The simultaneously measured pressure history also shows that an expansion wave propagated behind the compression wave.

  44. Attenuation of underwater explosion propagating through porous compressible foam 査読有り

    Kitagawa Kazutaka, Nomura Tatsuya, Ohtani Kiyonobu

    Science and technology of energetic materials 76 (5) 127-132 2015年

    出版者・発行元:Japan Explosives Society

    ISSN:1347-9466

  45. 誤識別率を用いた超高速衝突のデブリクラウド抽出法 査読有り

    沖義弘, 松本紀彦, 大谷清伸, 長谷川直, 槙原幹十朗

    日本航空宇宙学会論文集 63 (4) 157-165 2015年

    ISSN:1344-6460

  46. 水中正ストリーマの進展開始電圧に及ぼす放電パラメータの影響 査読有り

    藤田英理, 金澤誠司, 大谷清伸, 小宮敦樹, 金子俊郎, 佐藤岳彦

    静電気学会誌 39 (1) 21-26 2015年

  47. Initiation process and propagation mechanism of positive streamer discharge in water 査読有り

    Hidemasa Fujita, Seiji Kanazawa, Kiyonobu Ohtani, Atsuki Komiya, Toshiro Kaneko, Takehiko Sato

    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 116 (21) 213301-1-213301-12 2014年12月

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4902862  

    ISSN:0021-8979

    eISSN:1089-7550

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    The aim of this study was to clarify the initiation process and the propagation mechanism of positive underwater streamers under the application of pulsed voltage with a duration of 10 mu s, focusing on two different theories of electrical discharges in liquids: the bubble theory and the direct ionization theory. The initiation process, which is the time lag from the beginning of voltage application to streamer inception, was found to be related to the bubble theory. In this process, Joule heating resulted in the formation of a bubble cluster at the tip of a needle electrode. Streamer inception was observed from the tip of a protrusion on the surface of this bubble cluster, which acted as a virtual sharp electrode to enhance the local electric field to a level greater than 10 MV/cm. Streak imaging of secondary streamer propagation showed that luminescence preceded gas channel generation, suggesting a mechanism of direct ionization in water. Streak imaging of primary streamer propagation revealed intermittent propagation, synchronized with repetitive pulsed currents. Shadowgraph imaging of streamers synchronized with the light emission signal indicated the possibility of direct ionization in water for primary streamer propagation as well as for secondary streamer propagation. (C) 2014 AIP Publishing LLC.

  48. Highly Temporal Visualization of Generation Process of Underwater Secondary Streamer From Developed Primary Streamer 査読有り

    Hidemasa Fujita, Seiji Kanazawa, Kiyonobu Ohtani, Atsuki Komiya, Toshiro Kaneko, Takehiko Sato

    IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE 42 (10) 2398-2399 2014年10月

    出版者・発行元:IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC

    DOI: 10.1109/TPS.2014.2325937  

    ISSN:0093-3813

    eISSN:1939-9375

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    A series of images of a generation process of an underwater secondary streamer from a developed primary streamer was visualized by an ultrahigh-speed camera with a microscope lens. The secondary streamer with a filamentary structure propagated with an average velocity of 30 km/s from one of the channel tips of the semispherical primary streamer with an average propagation velocity of 1.8 km/s. The synchronized current waveform showed that pulsed currents of about 100 mA were changed into a continuous current of about 300 mA when the secondary streamer started to propagate. This experiment was carried out by the application of a single-shot pulsed positive voltage to a needle-to-wire electrode system with a gap length of 6 mm.

  49. 爆風による外傷性脳損傷(blast-induced traumatic brain injury).III 各種疾患 4. 外傷 鈴木則宏、祖父江元、荒木信夫、宇川義一、川原信隆 編集 Annual Review 2014神経 査読有り

    中川敦寛, 大谷清伸, 合田圭介, Armonda R, 冨永悌二

    中外医薬社 192-198 2014年

  50. Fast propagation of an underwater secondary streamer by the appearance of a continuous component in the discharge current 査読有り

    H. Fujita, S. Kanazawa, K. Ohtani, A. Komiya, T. Kaneko, T. Sato

    EPL 105 (1) 15003-1-15003-5 2014年1月

    出版者・発行元:EPL ASSOCIATION, EUROPEAN PHYSICAL SOCIETY

    DOI: 10.1209/0295-5075/105/15003  

    ISSN:0295-5075

    eISSN:1286-4854

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    An underwater secondary streamer for a single-shot pulsed positive voltage was found to propagate with an average velocity of 18 km/s during the appearance of a continuous component on the discharge current waveform. The continuous component was the first discharge current with a direct-current-like component detected after a displacement current. However, the propagation velocity decreased to less than 2 km/s during the appearance of pulsed currents, which followed the continuous component. These results were analyzed by highly spatiotemporal visualization synchronized with the discharge current. Copyright (C) EPLA, 2014

  51. Simultaneous visualization of surface and flow field for a projectile 査読有り

    Takahiro Ukai, Takamasa Kikuchi, Kiyonobu Ohtani, Shigeru Obayashi

    JOURNAL OF VISUALIZATION 16 (4) 331-340 2013年11月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s12650-013-0174-1  

    ISSN:1343-8875

    eISSN:1875-8975

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    This paper reports establishment of the simultaneous measurement of the flight attitude and flow field visualization for the near-field pressure measurement experiments in a ballistic range. To measure the flight attitude and flow field visualization for a spherical projectile, the simultaneous visualization method, which is combination of the shadowgraph method and the direct photography, was utilized. It is possible to visualize both the flow field around the projectile and the projectile surface. The angles of pitch, roll and yaw can be calculated from the displacement of line markings on the projectile surface. The image of the projectile by the direct photography is distorted because of the aberration of the optical arrangement, the camera lens and the non-uniform thickness of acrylic windows. Image distortion was calibrated by taking images on actual set-up, so that the accuracy of the angles was improved. In addition, the diffuse reflection light from the projectile surface was confirmed not to influence the flow field visualization. This method is useful for the near-field pressure measurement experiments in a ballistic range. The flight attitude affects the near-field pressure value strongly. Since the near-field pressure with a detailed flight attitude is obtained, its influences can be evaluated using the method which has ability of the flight attitude measurement. In addition, a shock interaction around a projectile can be captured.

  52. Spatiotemporal analysis of propagation mechanism of positive primary streamer in water 査読有り

    Hidemasa Fujita, Seiji Kanazawa, Kiyonobu Ohtani, Atsuki Komiya, Takehiko Sato

    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 113 (11) 113304-1-113304-7 2013年3月

    出版者・発行元:AMER INST PHYSICS

    DOI: 10.1063/1.4795765  

    ISSN:0021-8979

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    Currently, further clarification of pre-breakdown phenomena in water such as propagation mechanisms of primary and secondary streamers are needed because applications of aqueous plasma to environmental and medical treatments are increasing. In this study, a series of primary streamer propagations in ultrapure water was visualized at 100-Mega frames per second (100 Mfps) in the range of 400 mu m square using an ultra high-speed camera with a microscope lens when a single-shot pulsed positive voltage was applied to a needle electrode placed in a quartz cell. Every observation was synchronized with the waveforms of the applied voltage and the discharge current. The primary streamer, having many filamentary channels, started to propagate semi-spherically with a velocity of about 2 km/s when the pulsed currents occurred. Although most filamentary channels disappeared 400 ns after the beginning of the primary streamer, a few of them continued propagating with almost the same velocity (about 2 km/s) as long as the repetitive pulsed currents flowed. Shock waves were iteratively generated and streamer channels were formed while the repetitive pulsed currents were flowing. Thus, we concluded that the positive primary streamer in water propagates progressively with each repetitive pulsed current. (C) 2013 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4795765]

  53. Time‐resolved shock wave visualization using a pointdiffraction interferemeter 査読有り

    Kiyonobu Ohtani, Daiju Numata, Shigeru Obayashi

    Proceedings of the 20th International Shock Interaction Symposium 2012年8月23日

  54. Effect of Shock Wave Reflection and Diffraction for Near-Field Pressure Measurement of Supersonic Projectile using Ballistic Range 査読有り

    Takahiro Ukai, Kiyonobu Ohtani, Shigeru Obayashi

    Proceedings of the 20th International Shock Interaction Symposium 2012年8月22日

  55. Overpressure generation and repetition of collapsing microbubbles induced by shock wave reflection in a narrow gap 査読有り

    A. Abe, K. Ohtani, K. Takayama

    SHOCK WAVES 21 (4) 331-339 2011年8月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-011-0315-1  

    ISSN:0938-1287

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    This paper reports the summary of experiments performed to successive generate small-scale underwater shock waves by means of shock-induced collapse of microbubbles confined in a narrow gap. The project is motivated to develop a method for efficient inactivation of marine bacteria contained in ship ballast water by high impulsive pressure loading. The shock wave-air bubbles interaction was visualized by shadowgraph; the images were recorded by ImaCon200, and simultaneous pressure measurements were performed by using an optical fiber pressure transducer with higher temporal resolution. Attaching small air bubbles on a single nylon fiber and placing it in a confined space, we demonstrated sequential generation of impulsive high pressures at the successive collapses of small bubbles at incident and reflected shock loadings. The values of the very short impulsive pressures that occurred repeatedly for a relatively long term are found high enough to inactivate marine bacteria.

  56. Fundamental study on the terrain effects of mount-hiji on damages caused by the atomic bomb dropped in Hiroshima 査読有り

    Toshio Koizumi, Hiroyuku Takeishi, Kiyonobu Ohtani, Kazuyoshi Takayama

    Journal of Wind Engineering 36 (3) 39-50 2011年7月

    DOI: 10.5359/jwe.36.39  

    ISSN:1349-3507 1349-340X

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    At the event of the atomic bomb dropped in Hiroshima, Danbara district which is located behind Mount Hiji approximately 2.3 km distant from the center of explosion, suffered less damages than surrounding districts. This phenomenon is expressed by the word called as "shade of Mount Hiji" in Hiroshima. In this research, a basic experiment to verify the topographic effects of Mount Hiji on the shock wave of the atomic bomb was carried out. In this basic experiment, by using the shadowgraph method, behaviors of the shock wave passing a topographical model of isosceles triangle and Mount Hiji model. Pressure measurement behind the model was also conducted in the experiment. As a result of the experiment, basic information on the phenomenon in which the shock wave was shielded by Mount Hiji and did not reach much to Danbara district was obtained.

  57. Mechanisms of Primary Blast-Induced Traumatic Brain Injury: Insights from Shock-Wave Research 査読有り

    Atsuhiro Nakagawa, Geoffrey T. Manley, Alisa D. Gean, Kiyonobu Ohtani, Rocco Armonda, Akira Tsukamoto, Hiroaki Yamamoto, Kazuyoshi Takayama, Teiji Tominaga

    JOURNAL OF NEUROTRAUMA 28 (6) 1101-1119 2011年6月

    出版者・発行元:MARY ANN LIEBERT, INC

    DOI: 10.1089/neu.2010.1442  

    ISSN:0897-7151

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    Traumatic brain injury caused by explosive or blast events is traditionally divided into four phases: primary, secondary, tertiary, and quaternary blast injury. These phases of blast-induced traumatic brain injury (bTBI) are biomechanically distinct and can be modeled in both in vivo and in vitro systems. The primary bTBI injury phase represents the response of brain tissue to the initial blast wave. Among the four phases of bTBI, there is a remarkable paucity of information about the cause of primary bTBI. On the other hand, 30 years of research on the medical application of shockwaves (SW) has given us insight into the mechanisms of tissue and cellular damage in bTBI, including both air-mediated and underwater SW sources. From a basic physics perspective, the typical blast wave consists of a lead SW followed by supersonic flow. The resultant tissue injury includes several features observed in bTBI, such as hemorrhage, edema, pseudoaneurysm formation, vasoconstriction, and induction of apoptosis. These are well-described pathological findings within the SW literature. Acoustic impedance mismatch, penetration of tissue by shock/bubble interaction, geometry of the skull, shear stress, tensile stress, and subsequent cavitation formation, are all important factors in determining the extent of SW-induced tissue and cellular injury. Herein we describe the requirements for the adequate experimental set-up when investigating blast-induced tissue and cellular injury; review SW physics, research, and the importance of engineering validation (visualization/pressure measurement/numerical simulation); and, based upon our findings of SW-induced injury, discuss the potential underlying mechanisms of primary bTBI.

  58. Visualization of weak shock waves emitted from a trombone 査読有り

    K. Takayama, K. Ohtani, T. Ogawa, T. Kikuchi, R. Takayama, T. Takahashi

    The Journal of the Acoustical Society of America 129 (4) 2616-2616 2011年

  59. 広島原爆被害に及ぼす比治山の地形効果に関する基礎的模擬実験 査読有り

    小泉俊雄, 武石洋征, 大谷清伸, 高山和喜

    日本風工学論文集 36 (3) 39-50 2011年

  60. blast-induced traumatic brain injury (bTBI):multidisciplinary teamによる病態解明から機器開発まで. 査読有り

    中川敦寛, 荒船龍彦, 大谷清伸, 山本裕朗, 松永忠雄, 鷲尾利克, 塚本哲, 中野徹, 仲井正昭, 合田圭介, 小川欣一, 孫明宇, 隈部俊宏, 芳賀洋一, Bahram Jalali, 牛田多加志, 高山和喜, 西野精治, 新家光雄, 佐久間一郎, 冨永悌二

    神経外傷 33 187-194 2010年

  61. Pressure Generation from Micro-Bubble Collapse at Shock Wave Loading 査読有り

    A. Abe, K. Ohtani, K. Takayama, S. Nishio, H. Miura, M. Takeda

    Journal of Fluid Science and Technology 5 (2) 235-246 2010年

    出版者・発行元:The Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/jfst.5.235  

    ISSN:1880-5558

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    This paper reports the result of a primary experimental and analytical study used to explore a reliable technology that is potentially applicable to the inactivation of micro-creatures contained in ship ballast water. A shock wave generated by the micro-explosion of a 10mg silver azide pellet in a 10mm wide parallel test section was used to interact with a bubble cloud consisting of bubbles with average diameter 10µm produced by a swirling flow type micro-bubble generator. Observations were carried out with a high-speed camera, IMACON200, and the corresponding rebound pressures of the collapsing bubbles were measured with a fiber optic probe pressure transducer that provides high spatial and temporal resolutions. We found that micro-bubbles collapse in several hundred nanoseconds after the shock exposure and the resulting peak pressure pulses that repeatedly occurred exceeded well over 200MPa measured at the 20mm distance from the explosion center. These continued for well over 20µs. The experimental pressure responses were explained by solving the one-dimensional bubble Rayleigh-Plesset equation. Such high peak pressures could be used effectively for the inactivation of micro-creatures contained in ship ballast water.

  62. Application of Shock Pressures Generated by Collapsing Microbubbles to Inactivation Treatment of Marine Bacteria in Ship Ballast Water 査読有り

    阿部 晃久, 大谷 清伸, 高山 和喜, 三村 治夫, 西尾 茂, 宋 明良, 万 碧玉

    International Symposium on Marine Engineering (ISME) 2009 DT-1, No.16 2009年10月

  63. Experimental study of underwater rock drilling using a pulsed Ho:YAG laser-induced jets 査読有り

    K. Ohtani, D. Numata, K. Takayama, T. Kobayashi, K. Okatsu

    SHOCK WAVES 19 (5) 403-412 2009年10月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-009-0221-y  

    ISSN:0938-1287

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    This paper is primarily an assessment of laser-induced water jets for boring rock surfaces. It also reports the result of preliminary experiments of pulsed Ho:YAG laser-induced jets applied to drill a submerged rock specimen. The irradiation of pulsed Ho:YAG laser beams at 3 Hz inside a thin metal tube produces intermittent water vapor bubbles which result in liquid jet discharge from the exit of the metal tube. The laser-induced water jets are visualized by shadowgraphs and images are recorded by a high-speed digital video camera. High stagnation pressures were eventually generated by the jet impingements. Simultaneously shock waves of about 22.7 MPa were generated at bubble collapse, which effectively cracked the surface of the rock specimens. Repeated exposures of these laser-induced jets against submerged rock specimens have a potential to practically bore holes on rock surfaces.

  64. Diffuse holographic interferometric observation of shock wave reflection from a skewed wedge 査読有り

    D. Numata, K. Ohtani, K. Takayama

    SHOCK WAVES 19 (2) 103-112 2009年6月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-009-0204-z  

    ISSN:0938-1287

    eISSN:1432-2153

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    The pattern of shock wave reflection over a wedge is, in general, either a regular reflection or a Mach reflection, depending on wedge angles, shock wave Mach numbers, and specific heat ratios of gases. However, regular and Mach reflections can coexist, in particular, over a three-dimensional wedge surface, whose inclination angles locally vary normal to the direction of shock propagation. This paper reports a result of diffuse double exposure holographic interferometric observations of shock wave reflections over a skewed wedge surface placed in a 100 x 180 mm shock tube. The wedge consists of a straight generating line whose local inclination angle varies continuously from 30A degrees to 60A degrees. Painting its surface with fluorescent spray paint and irradiating its surface with a collimated object beam at a time interval of a few microseconds, we succeeded in visualizing three-dimensional shock reflection over the skewed wedge surface. Experiments were performed at shock Mach numbers, 1.55, 2.02, and 2.53 in air. From reconstructed holographic images, we estimated critical transition angles at these shock wave Mach numbers and found that these were very close to those over straight wedges. This is attributable to the flow three-dimensionality.

  65. Pressure generation from micro-bubble collapse at shock wave loading 査読有り

    Akihisa Abe, Kiyonobu Ohtani, Kazuyoshi Takayama, Shigeru Nishio, Haruo Mimura, Minoru Takeda

    Nihon Kikai Gakkai Ronbunshu, B Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part B 75 (752) 668-675 2009年

    出版者・発行元:Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/kikaib.75.752_668  

    ISSN:0387-5016

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    To explore a reliable technology possibly applicable to the inactivation of micro-creatures in ship ballast water, this paper reports a result of a primary experimental and analytical study. We obtained 10 μm bubbles in averaged diameter by using a swirling flow type micro-bubble generator. We exposed a shock wave generated by a micro-explosion of a 10 mg silver azide pellet to the water containing micro-bubbles filled in a 10 mm wide parallel test section. Observations were carried out with a high-speed camera, and the corresponding rebound pressures of bubbles were measured with a fiber optic probe pressure transducer. We confirmed micro-bubble motion with higher temporal resolution and found that micro-bubble collapse arose in several hundred nano-seconds after the shock loading. The peak pressure generated by bubble collapse was over 200 MPa at the distance of 20 mm from the explosion center. These experimental results were consistent with those analyzed on the basis of the measured pressure data. The presence of such high impulsive pressures upon bubble collapse clearly indicated that the rebound pressure would be effectively applicable to the inactivation of microcreatures in ship ballast water.

  66. Experimental study of shock wave and bubble generation by pulsed CO2 laser beam irradiation into muddy water 査読有り

    K. Ohtani, D. Numata, K. Takayama, T. Kobayashi, K. Okatsu

    SHOCK WAVES, VOL 2, PROCEEDINGS 901-+ 2009年

    出版者・発行元:SPRINGER-VERLAG BERLIN

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    This paper reports all experimental result of laser-induced shock waves and bubble generation in muddy water. 5 kW pulsed CO2 laser beams of 10.6 mu m in wavelength diffusively were irradiated repeatedly at 10 Hz onto a biotitegranite surface which was placed at 50 mm deep from clay particle laden water surface. This water mixture was called muddy water of equivalent density of 1.02 g/cc. Repeated exposure of CO2 laser beams firstly induced a cavitation column in muddy water. The laser energy was transmitted in the cavitation column and by its deposited on the biotitegranite surface, the surface was eventually molten producing spherical glass beads. Repeating this procedure, we found that the laser beam irradiation call excavate the submerged rock surface.

  67. 衝撃波作用による微小気泡群の崩壊と衝撃圧生成 査読有り

    阿部晃久, 大谷清伸, 高山和喜, 西尾茂, 三村治夫, 武田実

    日本機械学会論文集(B編) 75 (752) 668-675 2009年

  68. HVI tests on CFRP laminates at low temperature 査読有り

    D. Numata, K. Ohtani, M. Anyoji, K. Takayama, K. Togami, M. Sun

    INTERNATIONAL JOURNAL OF IMPACT ENGINEERING 35 (12) 1695-1701 2008年12月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2008.07.055  

    ISSN:0734-743X

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    The paper reports a result of low temperature hypervelocity impact (HVI) tests of aluminum sphere against a 16-ply quasi-isotropic Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) laminate plate at speed ranging from 1.4 to 5.4 km/s in air at 10 Pa. The result was compared with room temperature impacts. At low speed impact on CFRP plates, fracture patterns of specimens varied depending on their temperatures, whereas at high-speed impact, any significant differences in the fracture patterns around penetration holes and independent of the temperatures. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  69. Experimental study of hypervelocity impacts at low temperatures 査読有り

    D. Numata, K. Ohtani, M. Anyoji, K. Takayama, M. Sun

    SHOCK WAVES 18 (3) 169-183 2008年8月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-008-0156-8  

    ISSN:0938-1287

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    This paper reports the results of hypervelocity impact (HVI) experiments on cryogenic aluminum alloys at 122 K. Target plates were impinged by room temperature aluminum spheres at speeds ranging from 1 to 3.7 km/s in air at 10 Pa. The results were compared with HVI results at room temperature. We visualized the HVI processes by shadowgraph and recorded them with a digital high-speed video camera. We showed temperature effects of target plate physical properties on the formation of debris clouds and impact craters and hence the shielding efficiency of aluminum alloys at low temperature.

  70. Heat flux measurement over a cone in a shock tube flow 査読有り

    T. Kuribayashi, K. Ohtani, K. Takayama, V. Menezes, M. Sun, T. Saito

    SHOCK WAVES 16 (4-5) 275-285 2007年5月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-006-0068-4  

    ISSN:0938-1287

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    This paper is the part 2 of our previous thin film heat transfer measurements. In the first report we measured time variations of heat flux over a cylinder placed in a shock tube flow and compared experimental results with CFD results, Saito et al. (Shock Waves 14:327-333, 2004). We report a result of heat transfer measurements over an 86 degrees apex angle cone surface impinged by a Ms = 2.38 shock wave in air with distributed thin film transfer gauges along cone surface and its comparison with results of numerical simulations. We performed double exposure holographic interferometric observation, and also from the heat transfer measurement and numerical simulation, confirmed the presence of delayed transition from regular to Mach reflection over the cone. The numerical estimation of delayed transition distance from the apex agreed very well with experimental one.

  71. Effect of debris fragments on direct initiation of spherical detonation waves in stoichiometric oxygen/hydrogen mixtures 査読有り

    Makoto Komatsu, Kazuyoshi Takayama, Kiyonobu Ohtani, Tsutomu Saito

    PROCEEDINGS OF THE COMBUSTION INSTITUTE 31 2437-2443 2007年

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE INC

    DOI: 10.1016/j.proci.2006.08.111  

    ISSN:1540-7489

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    Paper reports a result of experiments of spherical shock waves generated by explosions of micro-explosives weighing from I to 10 mg ignited by the irradiation of Q-switched laser beam and direct initiation to a spherical detonation wave in stoichiometric oxygen/hydrogen mixtures at 10-200 kPa. We visualized the interaction of debris particles ejected micro-explosives' surface with shock waves by using double exposure holographic interferometry and high-speed video recording. Upon explosion, minute inert debris launched supersonically from micro-charge surface precursory to shock waves initiated spherical detonation waves. To examine this effect we attached 0.5-2.0 mu m diameter SiO2 particles densely on micro-explosive surfaces and observed that the supersonic particles, significantly promoted the direct initiation of spherical detonation waves. The domain and boundary of detonation wave initiations were experimentally obtained at various initial pressures and the amount of micro-charges. (c) 2006 Published by Elsevier Inc. on behalf of The Combustion Institute.

  72. A study of hypervelocity impact on cryogenic materials 査読有り

    K. Ohtani, D. Numata, T. Kikuchi, M. Sun, K. Takayama, K. Togami

    INTERNATIONAL JOURNAL OF IMPACT ENGINEERING 33 (1-12) 555-565 2006年12月

    出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2006.09.025  

    ISSN:0734-743X

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    This paper reports a result of hypervelocity impact experiments on cryogenically cooled aluminum alloys and a composite material. Experiments are carried out on a target palate at 122 K. Aluminum spheres at 1.95 km/s in 50 kPa air were impinged against the target plate at cryogenic temperature and the result was compared with room temperature target plates. Hypervelocity impact (HVI) processes were visualized with shadowgraph arrangement and recorded with highspeed video camera and to ensure the temperature dependence we compared HVI tests with metal target plates with AUTODYN 2D and SPH numerical simulations. We found that cryogenic impacts created slight differences of impact damage from room temperature ones, i.e., the shape and averaged diameters of HVI crater holes were less at cryogenic impacts. (C) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  73. Hypervelocity impact phenomena at low temperatures using a cryostat 査読有り

    K. Ohtani, D. Numata, T. Kikuchi, M. Sun, K. Takayama

    SPACE DEBRIS AND SPACE TRAFFIC MANAGEMENT SYMPOSIUM 2005 112 353-+ 2006年

    出版者・発行元:UNIVELT INC

    ISSN:0278-4017

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    Paper reports a result of hypervelocity impact experiments on cryogenically cooled aluminum alloys. Experiments are carried out on a target palate at 122 K. Aluminum spheres at 1.95 km/s in 50 kPa air were impinged against the target plate at cryogenic temperature and the result was compared with room temperature target plates. HVI processes were visualized with shadowgraph arrangement and recorded with high-speed video camera and to ensure the temperature dependence we compared HVI tests with metal target plates with AUTODYN 2D and SPH numerical simulations. We fond that cryogenic impacts created slight differences of impact damage from room temperature ones, that is, the shape and averaged diameters of HVI crater holes were less at cryogenic impacts.

  74. Attenuation of shock waves propagating over arrayed baffle plates 査読有り

    F Ohtomo, K Ohtani, K Takayama

    SHOCK WAVES 14 (5-6) 379-390 2005年12月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-005-0282-5  

    ISSN:0938-1287

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    The paper reports results of shock tube experiments of the attenuation of shock waves propagating over arrayed baffle plates, which is motivated to simulate shock wave attenuation created accidentally at the acoustic delay line in synchrotron radiation factory upon the rupture of a metal membrane separating the acceleration ring at high vacuum and atmospheric test chambers. Experiments were carried out, by using double exposure holographic interferometry with double path arrangement, in a 100 mm x 180 mm shock tube equipped with a test section of 180 mm x 1100 mm view field. Two baffle plate arrangements were tested: Oblique and staggered baffle plates; and vertical symmetric ones. Pressures were measured along the shock tube sidewall at individual compartments for shock Mach numbers ranging from 1.2 to 3.0 in air. The results were compared with a numerical simulation. The rate of shock attenuation over these baffle plates was compared for vertical and oblique baffle plates. Shock wave attenuation is more pronounced in the oblique baffle plate arrangements than in the vertical ones.

  75. Axisymmetric shock wave interaction with a cone: a benchmark test 査読有り

    M Sun, T Saito, PA Jacobs, EV Timofeev, K Ohtani, K Takayama

    SHOCK WAVES 14 (5-6) 313-331 2005年12月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00193-005-0258-5  

    ISSN:0938-1287

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    Results of the benchmark test are presented of comparing numerical schemes solving shock wave of M-s = 2.38 in nitrogen and argon interacting with a 43 degrees semi-apex angle cone and corresponding experiments. The benchmark test was announced in Shock Waves Vol. 12, No. 4, in which we tried to clarify the effects of viscosity and heat conductivity on shock reflection in conical flows. This paper summarizes results of ten numerical and two experimental applications. State of the art in studies regarding the shock/cone interaction is clarified.

  76. Applications of shock wave research to medicine 査読有り

    K Takayama, K Ohtani

    Computational Methods and Experimental Measurements XII 41 653-661 2005年

    出版者・発行元:WIT PRESS

    ISSN:1746-4064

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    Applications of shock wave research conducted in Tohoku University are briefly described. Its is emphasized that underwater shock wave research and its connection to bubble dynamics are one of the most important physical backgrounds to interpret tissue damages occurring during shock wave therapy. In addiction to ESWL, revascularization of cerebral thrombosis by using a laser induced liquid jet and its application to the water jet dissection method are presented. Lastly the development of a laser ablation induced drug delivery system is briefly described. In these applications implicitly and explicitly shock waves and their interaction with the bubble always play an important role.

  77. 高粘性液体中の気泡と衝撃波の干渉(S26-4 高速流れと衝撃波現象の基礎と応用その4,S26 高速流れと衝撃波現象の基礎と応用)

    大谷 清伸, 山本 裕朗, 齋藤 務, 高山 和喜

    年次大会講演論文集 2004 37-38 2004年

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    DOI: 10.1299/jsmemecjo.2004.2.0_37  

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    This paper reports the results of experimental results of shock wave/ bubble interaction in a highly viscous liquid. In the medical applications of the shock waves, it is necessary to consider the viscous effect of water. The magma fragmentation is considered to be one of the major mechanisms of the explosive-type volcano eruptions. The dynamic motion of magma should be experimentally investigated from the view point of shock wave dynamics. Silver azide pellet was exploded in silicone oil and starch syrup with various viscosity was visualized by shadowgraph using high speed video camera.

  78. Dynamic characteristics of a check valve for drain pumps 査読有り

    Kazuhide Mizobata, Hiromu Sugiyama, Kiyonobu Ohtani, Takashi Ohishi, Yuji Sasaki, Hiroyuki Musha, Toshio Miwa

    Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, B Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part B 68 (672) 2225-2231 2002年

    出版者・発行元:Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/kikaib.68.2225  

    ISSN:0387-5016

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    Check valves for checking reverse water flows in drainage systems sometimes make large impacts through their sudden closure caused by accidental cutoff of drain pumps. In order to characterize such phenomena and to find design criteria for impactless check valves, we observed the motion of a check valve and measured its impact acceleration and pressures in the drainage pipe, using a subscale drainage system. Two peaks of impact acceleration were observed The first one seemed due to collision of the check valve and the valve seat, whereas the second one did due to water column separation and recombination caused by the low pressure during the closure state of the valve. The former can be reduced by adding mass to the check valve and by setting an appropriate valve-seat angle. The latter possibly can be reduced by relaxing the low pressure during the closure. Subsequently, the check valve opened through the water-column recombination impacts and sometimes showed opening-closing oscillation.

  79. Large-amplitude shock wave propagation and bubble collapse in a water containing gas bubbles 査読有り

    Kiyonobu Ohtani, Hiromu Sugiyama, Kazuhide Mizobata

    Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, B Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part B 68 (670) 1646-1652 2002年

    出版者・発行元:Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI: 10.1299/kikaib.68.1646  

    ISSN:0387-5016

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    Shock wave propagation and collapse of gas bubbles caused by a shock in a water containing gas bubbles are of large interest in relation to characteristics of water hammer, blowdown of high pressure liquids in pipes, damping of dynamic influence of shock waves on obstacles, etc. The large-amplitude shock wave propagations in the bubbly liquid are investigated using a two-phase shock tube. Effects of incident shock wave strength and initial void fraction on shock wave pressure characteristics are clarified for incident shock wave strength ranging from 0.06 MPa to 0.25 MPa. Behavior of the bubbles collapsing behind large-amplitude shock waves is also clarified by pressure history measurements and high speed photography.

  80. 排水ポンプ用逆流防止弁の動特性 査読有り

    溝端一秀, 杉山弘, 大谷清伸, 大石聖史, 佐々木悠二, 武者裕之, 三輪俊夫

    日本機械学会論文集(B編) 68 (672) 2225-2231 2002年

  81. 気泡を含む液体中を伝播する強い衝撃波と気泡崩壊 査読有り

    大谷清伸, 杉山弘, 溝端一秀

    日本機械学会論文集(B編) 68 (670) 1646-1652 2002年

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MISC 64

  1. 弾道飛行装置を用いた再突入カプセル周りの密度場計測

    山岸雅人, 廣瀬裕介, 太田匡則, 細野陽太, 大谷清伸, 永井大樹

    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2022 2023年

  2. 再突入カプセル形状模型まわりの非定常流れ場に対する定量的密度計測

    片桐優太郎, 高坂菜央, 楢山仁, 山岸雅人, 廣瀬祐介, 太田匡則, 野村将之, 藤田昂志, 大谷清伸, 永井大樹

    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2021 2022年

  3. 再突入カプセル形状物体後流域の定量的密度計測

    太田匡則, 永井大樹, 廣瀬裕介, 稲毛達朗, 大谷清伸

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学国際研究教育拠点活動報告書(CD-ROM) 2021 2021年

  4. 飛翔体周りの非定常流れ場に対する密度計測

    太田匡則, 永井大樹, 廣瀬裕介, 稲毛達朗, 大谷清伸

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学国際研究教育拠点活動報告書(CD-ROM) 2019 2021年

  5. 圧力波形-乱流場間の時間スケールが圧力変動に及ぼす影響

    中川穂南, 鵜飼孝博, 大谷清伸

    飛行機シンポジウム講演集(CD-ROM) 59th 2021年

  6. ソニックブーム波形の立ち上り時間に及ぼす乱流干渉の影響

    鵜飼孝博, 大谷清伸, 中川穂南

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学国際研究教育拠点活動報告書(CD-ROM) 2020 2021年

  7. ソニックブーム波形の立ち上がり時間に及ぼす乱流干渉の影響

    鵜飼孝博, 大谷清伸, 中川穂南, 焼野藍子

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学国際研究教育拠点活動報告書 2019 2021年

  8. 遷音速自由飛行する次世代再突入カプセルの流れ場と飛行特性

    四方一真, 田中直樹, 高橋幸一, 小川俊広, 大谷清伸, 藤田昂志, 永井大樹, 山田和彦

    流体力学講演会/航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム講演集(CD-ROM) 53rd-39th 2021年

  9. パルスジェットメスの水中照射の際の飛沫飛散に関する基礎的研究

    影山宗祐, 中川敦寛, 中川敦寛, 川口奉洋, 大谷清伸, 大沢伸一郎, 遠藤俊毅, 冨永悌二

    日本生体医工学会大会プログラム・抄録集(Web) 60th 2021年

  10. 弾道飛行装置実験により自由飛行するカプセルの遷音速域における後流の時空間構造の特徴抽出

    桐谷英樹, 永井大樹, 藤田昂志, 大谷清伸

    2019年度衝撃波シンポジウム講演論文集 2020年3月

  11. Transonic Flow Field Analysis of a Free Flight Capsule using Ballistic Range

    Hideki Kiritani, Naoki Tanaka, Kiyonobu Ohtani, Koji Fujita, Hiroki Nagai

    AIAA Scitech 2020 Forum 2020年1月

    DOI: 10.2514/6.2020-1990  

  12. 災害(テロ災害・検証) 爆風損傷 臨床、診療体制、課題

    中川 敦寛, ロッコ・アーモンダ, 大谷 清伸, ガイ・ローゼンタール, 刈部 博, 冨田 博秋, 佐久間 篤, 八木橋 真央, ジェフリー・マンレー, 久志本 成樹, 冨永 悌二

    Neurosurgical Emergency 23 (3) 279-279 2019年2月

    出版者・発行元:(NPO)日本脳神経外科救急学会

    ISSN:1342-6214

  13. 遷音速域における自由飛行カプセルの後流解析

    桐谷英樹, 永田貴之, 永井大樹, 大谷清伸, 小川俊広

    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2018 ROMBUNNO.1A3‐2 2019年

  14. Schlieren visualization of transonic and supersonic flow over a sphere at reynolds number between 10<sup>3</sup>and 10<sup>5</sup>through free-flight tests 査読有り

    Takayuki Nagata, Akito Noguchi, Taku Nonomura, Toshihiro Ogawa, Kiyonobu Ohtani, Kesuke Asai

    AIAA Scitech 2019 Forum 2019年

    DOI: 10.2514/6.2019-2156  

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    © 2019, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc, AIAA. All rights reserved. In this study, free-flight tests of a sphere at a Reynolds number between 5.7 × 103and 3.1 × 105under transonic to supersonic condition is conducted using ballistic range and investigate the flow over a sphere under compressible low-Reynolds number conditions. The flow visualization is carried out by schlieren technique. A free-flight Reynolds number is between 5.7 × 103and 3.1 × 105and a free-flight Mach number is between 0.9 and 1.6. To realize the compressible low-Reynolds number flow, the flow visualization is carried out under low-pressure conditions with a small sphere (minimum diameter is 2.0 mm). in addition, the time-averaged images around a sphere are obtained and compared with previous numerical results for the Reynolds number between 50 and 1000. From the experimental results, the near field and far field flow structure at the Reynolds number of between 5.7 × 103and 3.1 × 105under supersonic conditions are visualized. As a result, following characteristics are clarified: 1) the perturbation amplitude of wake vortex is attenuated as a free-flight Mach number increases, 2) mode of wake structure is changed by changing the free-flight Mach number, 3) there is no Reynolds number dependences on the separation point, but a length of the recirculation region is influenced by the Reynolds number.

  15. 自由落下する小球と垂直衝撃波の干渉のシュリーレン可視化および球の抵抗係数の推定

    永田貴之, 野々村拓, 大谷清伸, 浅井圭介

    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2018 ROMBUNNO.1A1‐3 2019年

  16. Numerical study on micro-explosive induced shock wave propagation in a closed space.

    Ohtani K, T. Ogawa, A. Abe, A. Nakagawa

    2019年

  17. 爆傷と銃創 臨床、診療体制

    中川 敦寛, Armonda Rocco, Rosenthal Guy, 大谷 清伸, 冨田 博秋, 佐久間 篤, 八木橋 真央, Manley Geoffrey, 久志本 成樹, 冨永 悌二

    Japanese Journal of Acute Care Surgery 8 (1) 44-44 2018年9月

    出版者・発行元:日本Acute Care Surgery学会

  18. 衝撃波の医療応用:最近の動向もふまえて

    中川敦寛, 遠藤俊毅, 遠藤英徳, 大沢伸一郎, 冨永悌二, 中西史, 横沢友樹, 山下慎一, 飯久保正弘, 佐藤由加, 佐久間篤, 八木橋真央, 近野敦, 辻田哲平, 大谷清伸

    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2017 2018年

  19. バリスティックレンジによるレイノルズ数10<sup>4</sup>オーダーの遷・超音速球周り流れのシュリーレン可視化

    永田貴之, 野口暁人, 小川俊広, 野々村拓, 大谷清伸, 浅井圭介

    衝撃波シンポジウム講演論文集(CD-ROM) 2017 ROMBUNNO.3C3‐2 2018年

  20. 閉空間内微小爆薬起爆による水中衝撃波発生挙動

    大谷清伸, 中川敦寛, 中川桂一, 小川俊広

    平成28年度衝撃波シンポジウム講演論文集 2017年

  21. 弾道飛行装置を用いた超音速自由飛行における球の抵抗計測

    川上 遼兼, 渡邊 正人, 中島 辰馬, 菊地 亮太, 大谷 清伸, 大林 茂

    年会講演会講演集 47 6p 2016年4月14日

    出版者・発行元:日本航空宇宙学会

  22. 167 負極性水中放電の進展過程の可視化

    熊谷 諒, 金澤 誠司, 大谷 清伸, 小宮 敦樹, 金子 俊郎, 中嶋 智樹, 佐藤 岳彦

    講演論文集 2016 (51) 131-132 2016年

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

  23. 生体模擬物質モデルを用いた衝撃波細胞干渉挙動模擬

    大谷清伸, 中川敦寛, 中川桂一

    平成27年度衝撃波シンポジウム 2016年

  24. 生体模擬物質中の衝撃波伝播挙動

    大谷清伸, 中川敦寛, 中川桂一

    火薬学会2015年度秋季研究発表会 59-62 2015年12月

  25. OS1507-368 低速度軟体飛翔体による薄板衝突挙動

    大谷 清伸, 小川 俊広

    M&M材料力学カンファレンス 2015 "OS1507-368-1"-"OS1507-368-3" 2015年11月21日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    This paper reports the preliminarily experimental results of low velocity soft-body projectile made of gelatin solution impact test on a thin plate at impact speed of about 120 m/s. An experimental investigation of low velocity impact was performed by using a ballistic range at Institute of Fluid Science, Tohoku University. The process of impact and shock wave propagation phenomena was visualized by shadowgraph method and recorded by a high-speed video camera.

  26. 1004 超高速応答型感圧塗料を用いたバリスティックレンジ実験における非定常圧力場計測

    沼田 大樹, 浅井 圭介, 大谷 清伸

    流体工学部門講演会講演論文集 2015 "1004-1"-"1004-2" 2015年11月7日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-0251

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    In this study, we conducted preliminary experiments to visualize unsteady pressure field caused by shock waves from free-flight projectiles which is launched by ballistic range. For this purpose, we visualized shock-wave propagation on sample plate by using ultrafast-response PSP and high-sensitivity high-speed video camera. Visualization results were well agreement qualitatively compared with past results.

  27. OS5-2 Expansion Wave and Bubble Generation by Underwater Shock Wave Reflection from the Interface(Bubble and Material imaging,OS5 High-speed imaging and photonics,MEASUREMENT METHODS)

    Ohtani Kiyonobu, Ogawa Toshihiro

    Abstracts of ATEM : International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics : Asian Conference on Experimental Mechanics 2015 (14) 63-63 2015年10月4日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

  28. 模擬モデルを用いた爆風による外傷性脳損傷機序解明に関する数値模擬

    大谷清伸, 中川敦寛, 沼田大樹

    M&M2015 材料力学カンファレンスプロシーディング 369-371 2015年

  29. 1305 ストリークカメラを用いた水中ストリーマの高時間分解解析

    藤田 英理, 金澤 誠司, 大谷 清伸, 小宮 敦樹, 金子 俊郎, 佐藤 岳彦

    流体工学部門講演会講演論文集 2014 "1305-1"-"1305-2" 2014年10月25日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-0251

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    The highly temporal streak imaging of an underwater discharge revealed that the primary streamer propagation was intermittent though the propagation had been considered continuous from our previous study. In addition, the intermittent luminescence pattern was synchronized with the pattern of discharge pulsed currents. The primary streamer in ultrapure water was generated by the application of a single-shot pulsed positive high voltage with a duration of 10 μs to a needle-wire electrode system with the tip radius of 40 μm and with the gap distance of 6 mm.

  30. OS1718 高速飛翔体衝突における衝撃波光学可視化計測

    大谷 清伸, 小川 俊広

    M&M材料力学カンファレンス 2014 "OS1718-1"-"OS1718-3" 2014年7月19日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    This paper reports the preliminarily experimental results of shock wave propagation visualization by hypervelocity impact. An experimental investigation of hypervelocity impact was performed by using a ballistic range at Institute of Fluid Science, Tohoku University. The process of shock wave propagation by hypervelocity impact was visualized by shadowgraph method and recorded by high-speed video camera.

  31. 高低湿度場での衝撃波と乱流干渉

    鵜飼 孝博, 大谷 清伸, 大林 茂

    年会講演会講演集 45 7p 2014年4月10日

    出版者・発行元:日本航空宇宙学会

  32. 113 長方形断面水路を用いた津波減衰に関する実験的研究

    大谷 清伸, 齋藤 務

    講演論文集 2014 (49) 27-28 2014年

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    This paper reports a preliminary experimental result of tsunami interaction phenomena with cylinder models for tsunami mitigation effect in rectangular horizontal channel. The process of simulated tsunami wave interaction with simple cylinder models in rectangular channel was observed by a digital camera. The velocity of simulated tsunami wave after interacting with cylinder models was measured a laser interrupting signal by passage through the wave.

  33. 模擬モデルを用いた爆風による外傷性脳損機序解明研究

    大谷清伸, 中川敦寛, 沼田大樹, 合田圭介, 荒船龍彦, 鷲尾利克, 古川宗, Mark Richardson, 早瀬敏幸

    日本機械学会第26回バイオエンジニアリング講演 33-34 2014年

  34. 爆風による外傷性脳損傷機序解明のための模擬物質中の衝撃波伝播挙動

    大谷清伸, 中川敦寛, 沼田大樹, 合田圭介, 荒船龍彦, 鷲尾利克

    平成25年度衝撃波シンポジウム 152-154 2014年

  35. 超音速複葉翼理論の地上実証研究

    大林 茂, 山下 博, 大谷 清伸, 菊池 崇将, 鵜飼 孝博

    日本航空宇宙学会誌 = Journal of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 61 (4) 123-128 2013年4月5日

    出版者・発行元:一般社団法人日本航空宇宙学会

    ISSN:0021-4663

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    環境負荷が小さい次世代超音速機を実現させるためには,低ソニックブーム・低抵抗を両立する必要がある.これらの課題を克服し,革新的超音速機の設計を可能にする一つの手段として,超音速複葉翼理論が注目されている.現在,東北大学流体科学研究所衝撃波関連施設を利用した超音速複葉翼理論の地上実証研究が進められている.本稿では地上実証に利用するバリスティックレンジ装置(弾道飛行装置)の説明と改修計画の概要,それを利用した新たな実験計画の現状について紹介する.

  36. 143 水中1次ストリーマの進展過程(流体工学II,一般講演)

    藤田 英理, 金澤 誠司, 大谷 清伸, 小宮 敦樹, 佐藤 岳彦

    講演論文集 2013 (48) 88-89 2013年3月15日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

  37. 水中膨張波収束による気泡および高圧発生 (第41回可視化情報シンポジウム講演論文集) -- (オーガナイズドセッション キャビテーションの可視化・計測・解析Ⅱ)

    大谷 清伸, 小川 俊広

    可視化情報学会誌 = ournal of the Visualization Society of Japan 33 (1) 219-222 2013年

    出版者・発行元:可視化情報学会

    ISSN:0916-4731

  38. 爆風による外傷性脳損傷機序解明に関する研究

    大谷清伸, 中川敦寛, 合田圭介, 荒船龍彦, 鷲尾利克, 早瀬敏幸

    平成24年度衝撃波シンポジウム 303-304 2013年

  39. 爆風による外傷性脳損傷機序解明のための模擬モデル実験

    大谷清伸, 中川敦寛, 沼田大樹, 合田圭介, 荒船龍彦, 鷲尾利克, 古川宗, Mark Richardson, 早瀬敏幸

    高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム 22 2013年

  40. 爆風による外傷性脳損傷機序解明に関する研究

    大谷清伸, 中川敦寛, 合田圭介, 荒船龍彦, 鷲尾利克, 早瀬敏幸

    平成24年度衝撃波シンポジウム講演論文集 304-305 2013年

  41. 水中プラズマのストリーマ進展過程

    藤田 英理, 佐藤 岳彦, 金澤 誠司, 大谷 清伸, 小宮 敦樹

    電気学会研究会資料. PST, プラズマ研究会 2012 (107) 21-24 2012年12月10日

  42. S055012 水中ストリーマ進展過程の可視化

    佐藤 岳彦, 藤田 英理, 金澤 誠司, 大谷 清伸, 小宮 敦樹

    年次大会 : Mechanical Engineering Congress, Japan 2012 "S055012-1"-"S055012-2" 2012年9月9日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    A series of photographs for a streamer propagation process in water was successfully observed using a nano-pulse discharge system, an ultra high speed camera system with a microscope lens and a phase shift type Mach-Zehnder interferometer. After the initiation process of 600 ns - 800 ns from the applying voltage of 16 kV_<0p> - 17.5 kV_<0p>, a primary streamer occurred. It accompanied with a shock wave and the period of the propagation was several hundred ns. The propagation velocity of the primary streamer was around 1.5 km/s.

  43. 309 水中プラズマのストリーマ形成過程(大気環境保全・改善技術(2))

    藤田 英理, 金澤 誠司, 大谷 清伸, 小宮 敦樹, 佐藤 岳彦

    環境工学総合シンポジウム講演論文集 2012 (22) 209-210 2012年7月3日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    A continuous photograph of a streamer propagation process in water was successfully observed using a nano-pulse discharge system, an ultra high speed camera system with a microscope lens and a phase shift type Mach-Zehnder interferometer. After the initiation process of 600 ns - 800 ns from the applying voltage of 16 kV0p-17.5 kV0p, a primary streamer was occurred. It accompanied with a shock wave and the period of the propagation was several hundred ns. The propagation velocity of the primary streamer was around 1.5 km/s.

  44. 132 水面近傍で発生する膨張波および気泡現象(流体工学IV,一般講演)

    大谷 清伸, 小川 俊広, 大林 茂

    講演論文集 2012 (47) 70-71 2012年3月13日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    詳細を見る 詳細を閉じる

    This paper reports a preliminary experimental result of the expansion wave and cavitation bubble generation near the water surface. Underwater spherical shock wave generated by detonating of micro explosive of a 10 mg silver azide (AgN_3)pellets propagated and reflected from the water surface. The reflected wave is an expansion wave. The process of expansion wave and cavitation bubble generation near the water surface were observed by shadowgraph method and recorded by a high-speed camera. The pressure distribution near the water surface was measured by a PVDF needle hydrophone.

  45. 生体模擬物質中を伝播する衝撃波現象

    大谷清伸, 中川敦寛, 早瀬敏幸, 荒船龍彦, 鷲尾利克, 合田圭介

    平成23年度衝撃波シンポジウム講演論文集 125-126 2012年

  46. 小型回転楕円体を用いた微小爆薬起爆水中衝撃波収束現象

    大谷清伸, 大谷清伸, 山本裕朗, 山本裕朗, 高山和喜, 下川宏明

    衝撃波シンポジウム講演論文集 2010 2011年

  47. Blast Wave/衝撃波の頭蓋内伝播経路・動態の解析

    中川敦寛, 高山和喜, 大谷清伸, 山本裕朗, GEAN Alisa, ARMONDA Rocco, 冨永悌二

    東北大学流体科学研究所共同利用・共同研究拠点流体科学研究拠点活動報告書 2010 2011年

  48. Biological and Mechanical Profile of Bench Top Blast Wave Traumatic Brain Injury Model in Rat

    Atsuhiro Nakagawa, Kiyonobu Ohtani, Hiroaki Yamamoto, Kazuyoshi Takayama, Teiji Tominaga

    JOURNAL OF NEUROSURGERY 113 (2) A415-A415 2010年8月

    出版者・発行元:AMER ASSOC NEUROLOGICAL SURGEONS

    ISSN:0022-3085

  49. Blast wave injury:multidisciplinary teamによる損傷機序解明の取り組み

    中川敦寛, 大谷清伸, MANLEY Geoffrey, ARMONDA Rocco, GEAN Alisa, 山本裕朗, 高山和喜, 冨永悌二

    日本脳神経外傷学会プログラム・抄録集 33rd 2010年

  50. 球の砂突入に関する研究

    山本裕朗, 大谷清伸, 早坂庄吉, 小川俊宏, 高山和喜

    衝撃波シンポジウム講演論文集 2009 2010年

  51. blast-induced traumatic brain injury (bTBI) : multidisciplinary team による病態解明から機器開発まで

    中川 敦寛, 荒船 龍彦, 大谷 清伸, 山本 裕朗, 松永 忠雄, 鷲尾 利克, 塚本 哲, 中野 徹, 仲井 正昭, 合田 圭介, 小川 欣一, 孫 明宇, 隈部 俊宏, 芳賀 洋一, JALALI BAHRAM, 牛田 多加志, 高山 和喜, 西野 精治, 新家 光雄, 佐久間 一郎, 冨永 悌二

    神経外傷 33 (2) 187-194 2010年

    ISSN:0389-5610

  52. 各種液体の状態方程式の計測

    山本裕朗, 大谷清伸, 下川宏明, 高山和喜

    衝撃波シンポジウム講演論文集 2008 2009年

  53. 414 液体アルゴン中での超音波振動による気泡発生と衝撃波現象に関する研究(OS4-4 高速流れと衝撃波現象の基礎と応用(混相流),OS4 高速流れと衝撃波現象の基礎と応用,オーガナイズドセッション)

    大谷 清伸, 沼田 大樹, 孫 明宇, 高山 和喜

    流体工学部門講演会講演論文集 2005 56-56 2005年10月28日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

  54. 極低温高速衝突現象の数値シミュレーション

    大谷 清伸, 孫 明宇, 沼田 大樹

    宇宙科学シンポジウム 5 581-584 2005年1月6日

    出版者・発行元:宇宙科学研究所

  55. クライオスタットを用いた極低温高速衝突現象の実験的研究(OS3-3高速流れと衝撃波現象(その3))

    大谷 清伸, 沼田 大樹, 孫 明宇, 高山 和喜

    流体工学部門講演会講演論文集 2004 132-132 2004年11月24日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

  56. 209 気泡液体中を伝播する衝撃波現象に関する研究

    小笠原 久敏, 杉山 弘, 溝端 一秀, 大谷 清伸, 山下 明彦

    北海道支部講演会講演概要集 2003 (43) 56-57 2003年9月28日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

  57. 212 液体窒素注入による二相流ノズル噴流の推力に関する研究

    青野 一郎, 花岡 裕, 大谷 清伸

    北海道支部講演会講演概要集 2003 (43) 62-63 2003年9月28日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

  58. 205 気泡流中の強い衝撃波現象に関する研究

    大谷 清伸, 杉山 弘, 溝端 一秀, 小笠原 久敏

    北海道支部講演会講演概要集 2002 (42) 50-51 2002年10月5日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    The large-amplitude shock wave propagation phenomena in air-bubbles/water mixtures were investigated using a two-phase shock tube. Effect of incident shock wave strength on shock wave pressure characteristics in mixtures and the precursor of shock wave are analyzed. It was found that the large-amplitude shock waves have high-frequency oscillation components and the precursor.

  59. 507 排水ポンプ用逆流防止弁の動特性(OS4-2 流体における新技術開発-2)(OS4 流体における新技術開発)

    佐々木 悠二, 杉山 弘, 溝端 一秀, 大谷 清伸, 大石 聖史, 三輪 俊夫, 武者 裕之, 大川 祐也

    北海道支部講演会講演概要集 2001 (41) 160-161 2001年9月25日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    We investigated experimentally the dynamic characteristics of a check valve used in drainages. The function of the check valve is to check the reverse flow in the drain pipes when the drain pumps accidentally stop. When the check valve closes suddenly, large impact force arises on the drain pipes and check valves, and then water column separation occurs near the check valves and water-hammer phenomenon occurs in the drain pipes. To find the methods for reducing impact forces, we investigated the flow phenomena around the check valve; impact acceleration of check valve and downstream tank, pressure variation and movement of the check valve.

  60. 521 気泡を含む液体中を伝播する強い衝撃波に関する研究(OS4-4 流体における新技術開発-4)(OS4 流体における新技術開発)

    大谷 清伸, 杉山 弘, 溝端 一秀, 佐々木 悠二

    北海道支部講演会講演概要集 2001 (41) 188-189 2001年9月25日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    The large-amplitude shock wave propagation phenomena in air-bubbles/ water mixtures were investigated using a two-phase shock tube. Effect of incident shock wave strength on shock wave pressure characteristics in mixtures and the precursor of shock wave are analyzed. Behavior of the bubbles collapsing behind large-amplitude shock wave are also detected by high-speed photography. It was found that the large-amplitude shock waves have high-frequency oscillation components and the precursor.

  61. 316 排水ポンプ用逆流防止弁の動特性(実地における流体諸問題)(オーガナイズドセッション(b)実地における流体諸問題)

    大石 聖史, 杉山 弘, 溝端 一秀, 大谷 清伸, 佐々木 悠二, 武者 裕之, 三輪 俊夫

    北海道支部講演会講演概要集 2000 (40) 126-127 2000年9月25日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

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    Check valves are mainly used in drainage systems of riversides. Their function is to check the reverse flow of water in the drain pipes. When check valves close, large shock force arises on the drain pipes and check valves, and at that time, water column separation and water-hammer phenomenon occurs near the check valves. As the result of these phenomena, the facilities are damaged. In order to investigate the impact force when the check valve suddenly closes, the impact pressure and impact acceleration measurements are made, and the flow near the check valve are visualized by a high speed video camera.

  62. G203 排水ポンプ用逆流防止弁の動特性

    佐々木 悠二, 杉山 弘, 溝端 一秀, 大谷 清伸, 大石 聖史, 武者 裕之, 三輪 俊夫

    流体工学部門講演会講演論文集 2000 233-233 2000年9月8日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

  63. 716 気泡を含む液体中の衝撃波伝播

    大谷 清伸, 杉山 弘, 溝端 一秀, 大石 聖史, 佐々木 悠二

    流体工学部門講演会講演論文集 2000 132-132 2000年9月8日

    出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会

    ISSN:1348-2882

  64. 気泡を含む液体中を伝播する衝撃波現象

    大谷清伸

    平成11年度衝撃はシンポジウム講演論文集 205-208 2000年

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講演・口頭発表等 3

  1. Numerical study on micro-explosive induced shock wave propagation in a closed space 国際会議

    32nd International Symposium on Shock Waves (ISSW32) 2019年7月15日

  2. 弾道飛行装置を用いたリング形状および板翼模型自由飛行実験

    大谷清伸, 内海宏輝, 小川俊広, 小川秀朗, 大林茂

    平成30年度航空宇宙空力シンポジウム 2019年1月25日

  3. Schlieren visualization of transonic and supersonic flow over a sphere at Reynolds number between 10^3 and 10^5 through free-flight tests 国際会議

    AIAA Science and Technology Forum and Exposition 2019 2019年1月7日

産業財産権 6

  1. レーザビームを用いた物体加工方法および加工装置

    小林 俊雄, 中村 雅洋, 大谷 清伸

    産業財産権の種類: 特許権

  2. レーザビームを用いた物体加工方法及び加工装置

    産業財産権の種類: 特許権

  3. METHOD OF PROCESSING ROCK WITH LASER AND APPARATUS FOR SAME

    Toshio Kobayashi, Kazuyoshi Takayama, Kiyonobu Ohtani, Satoru Umezu

    産業財産権の種類: 特許権

  4. 被処理水の殺菌方法及びその装置

    阿部 晃久, 高山 和喜, 大谷 清伸

    産業財産権の種類: 特許権

  5. レーザを用いた岩石の加工方法及びその装置

    小林 俊雄, 高山 和喜, 大谷 清伸, 梅津 覚

    産業財産権の種類: 特許権

  6. レーザを用いた岩石の加工方法及びその装置

    小林 俊雄, 高山 和喜, 大谷 清伸, 梅津 覚

    特許第4270577号

    産業財産権の種類: 特許権

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共同研究・競争的資金等の研究課題 30

  1. 爆風損傷の初期診療におけるトリアージ法に関する基礎研究

    中川 敦寛, 大谷 清伸, 大沢 伸一郎, 園部 真也, 辻田 哲平, 近野 敦, 佐瀬一弥, 下田 由輝

    2023年4月 ~ 2026年3月

  2. 硬い線維化腫瘍破砕のための超音波印加パルスジェットを用いた手術機器開発

    川口 奉洋, 中川 敦寛, 吉川 彰, 荒船 龍彦, 大橋 雄二, 金森 政之, 大谷 清伸

    2022年4月 ~ 2025年3月

  3. 音響インピーダンスを考慮した固気液混相多層媒体干渉を用いる新規衝撃波低減手法開発

    大谷 清伸

    2021年4月1日 ~ 2024年3月31日

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    本研究では、爆発等に伴う衝撃波圧力被害からの人や建築物の防御等に関連して、医学上、工学上重要な研究課題である衝撃波圧力の低減について、音響インピーダンスを考慮した固体、液体、気体の混相の多層媒体との干渉による新たな衝撃波圧力低減方法の確立を目的としている。この目的のため、初年度は固液粒子群、網状媒体との衝撃波干渉を行い、衝撃波低減に効果的な干渉の方法、干渉対象物を明らかにするための実験的な検討を行った。 微小爆薬の起爆によって発生させた衝撃波を水液滴群、および重ねて多層にした網媒体と干渉させて、衝撃波干渉挙動を高時間・高空間分解能を有する光学可視化計測および圧力計測の同時計測によって明らかにした。 固液それぞれの粒子群との干渉により、衝撃波のピーク過剰圧と衝撃波伝播速度が低減することが示された。そのうち、起爆後早い段階における粒子群との干渉で、衝撃波威力の低減がより効果的であることがわかった。特に水液滴群の場合には、起爆点に近い領域で水液滴が大きく変形、微粒化し抵抗が増すこと、高温の爆発生成ガスと干渉するために熱移動が大きくなり、これらの要因が衝撃波圧力低減に寄与していることが示唆される結果となった。 多層網媒体との干渉では、網のメッシュ数が大きく、枚数をより多く重ねることでより効果的に衝撃波威力が低減すること、重ねる網間に一部空間を設けることで、干渉する多層網媒体からの反射衝撃波を低減することが示される結果が得られた。 また、固液粒子群干渉による衝撃波低減効果に関する実験結果との比較検証として、粒子群干渉による衝撃波挙動を汎用数値解析ソフトウェアANSYS AUTODYNを用いて数値解析を行うための解析モデルの検討を行い、次年度以降の数値解析による検証の準備が整った。

  4. 複雑閉鎖空間中の爆風による生体内衝撃波伝播防止のための衝撃波工学・医学的検討

    中川 敦寛, 大沢 伸一郎, 大谷 清伸

    2020年7月30日 ~ 2023年3月31日

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    爆風脳損傷は、衝撃波を先行、かつ主成分とする爆風による脳損傷で、目に見えない外力によるため、機序、予防については解明されていない点が多い。東北大学学際衝撃波研究拠点は1970年以降世界的に拠点として衝撃波の医療応用はもちろん、さまざまな領域で衝撃波の学際研究を推進してきた。 本研究の目的は、第一に閉鎖空間内で爆風損傷の先行、かつ主要成分を占める衝撃波の体内伝播動態を明らかにすること、第二に衝撃波による外傷性脳損傷を防止する技術開発に向け基礎的知見を得ることである。具体的には閉鎖空間内の反射・干渉により生体内に伝播する衝撃波を空間構造と材質で損傷閾値以下に減衰することに関して非臨床(動物実験)概念実証を確立する。 本研究では、衝撃波工学の観点から模擬モデル実験と動物実験を行う。 2年目の本年は、昨年度東北大学流体科学研究所で実施してきた模擬モデル実験(単純閉鎖空間内の衝撃波伝播動態解析(高速度画像装置を用いた可視化、圧測定))および理論解析を継続するとともに、模擬モデル実験では、単純閉鎖空間内で発生する衝撃波による生体内伝播衝撃波の減弱効果を材質、壁面計状の変化による効果を可視化、圧測定および理論解析で行うとともに、複雑閉鎖空間内の衝撃波伝播動態・模擬生体内衝撃波伝播動態解析(可視化、圧測定)に着手した。次年度理論解析も推進し、衝撃波の体内伝播動態の解明と外傷性脳損傷を防止手段の構築をすすめる。

  5. 自由飛行物体にかかる非定常空気力を明らかにする非定常マルチカラーPSP技術の実現

    沼田 大樹, 菊池 崇将, 水書 稔治, 大谷 清伸

    2020年4月1日 ~ 2023年3月31日

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    本研究では、自由飛行物体にかかる非定常空気力を明らかにする非定常マルチカラーPSP技術の実現を目指し、2020 年度に引き続き感圧塗料及び計測方法の双方において開発を進めた。 2021 年度において、感圧塗料の開発としては、従来型の感圧塗料の改良に引き続き取り組んだが、特に感圧塗料塗装時の特性のばらつきを抑える目的で、その塗装方法に大幅な改良を施した。結果として特性安定性を確保することに成功し、今後のマルチカラーPSP技術の確立に向け大きな進展とはなったが、一方で幾つかの技術的な課題点も明らかとなった。2022 年度においては、それらを次年度の研究で解消する計画である。 計測系については、2021 年度において撮像光学系を見直し、より計測条件が厳しい計測対象であっても感圧塗料からの発光を取得しやすく、かつ信号雑音比を大幅に改善可能な計測系へと改良した。この改良に伴い、従来型の光学系を用いた計測結果に比べ、大幅に計測精度を向上することに成功した。結果としてその後の解析精度も向上したが、2022 年度においては感圧塗料の特性と併せて更なる最適化を図る予定である。 実証試験については、当初実証試験に用いることを想定していた外部機関の試験装置がコロナ禍のために使用できず、実証試験から得られる予定であった感圧塗料・計測手法に関するフィードバックが得られなかったため、感圧塗料及び計測方法の双方について限られた向上にとどまらざるを得なかった。

  6. 浸潤病変の局所制御と術後機能温存を両立する微弱衝撃波パルスジェットメスの開発

    中川 敦寛, 冨永 悌二, 遠藤 俊毅, 中西 史, 大沢 伸一郎, 齋藤 竜太, 山下 慎一, 唐澤 秀明, 辻田 哲平, 荒船 龍彦, 大谷 清伸, 近野 敦, 八木橋 真央, 森田 隆弘, 西嶌 泰生

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関:Tohoku University

    2018年4月1日 ~ 2021年3月31日

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    本研究の目的は、申請者らが原理開発から臨床研究まで開発を進めたパルスジェットメスに微弱衝撃波を印加することで、内視鏡下に脳内浸潤病変境界部への薬剤深達が得られることを非臨床試験で明らかにすることである。パルスジェットメスの特徴である細血管・神経の温存下の切開、剥離に加えて手術摘出腔周囲に薬剤を浸潤する機能を付加することで、最大限の局所病変制御と機能温存の両立が期待できる。期間全体では、内視鏡下に衝撃波を印加可能なパルスジェットで流体工学的検討、非臨床試験(ラット浸潤病変モデル)で有効性と安全性を検討、脳を含めた悪性疾患の浸潤病変に対する新たな治療戦略の提供、機器の事業化につなげる。 <BR> H30年度は、浸潤病変部の物性値(破断強度/ヤング率/粘弾性)計測、パルスジェットの流体工学的検討を行った。従来実施してきた開頭手術を念頭においたデバイス(15cmの直管から射出に対して内視鏡環境下射出デバイスで検討を行った(ステンレス管先端に60、130、195 cmのPEEK製のカテーテルを接続)。その結果、曲率半径(1.5 、15 cm)、曲角(0、60、120°)、エネルギー(駆動電圧 30-50V)、周波数(100-400Hz)、流量(2.4-5.8 ml/分)、操作速度(0.50 / 0.25 / 0.12 mm/s)が組織深達度、10点平均粗さにおよぼす影響を検討した。その結果、切除深達度はカテーテル長依存的に減少、カテーテルを曲げた時の切除深達度への影響は標準誤差内であった。また、操作の移動速度より周波数が切除深達度に大きく関与することが示唆された。また、高速度画像解析により、移動速度より周波数が切除深達度に大きく関与する機序解明に目途をつけた。また、安全性を確立するために、電圧/吸引量/吸引形状と拡散量の関連を検討した。

  7. 肝硬変から脂肪肝まで、あらゆる肝臓の切除を容易にする新規パルスジェットメスの開発

    中西 史, 宮城 重人, 中川 敦寛, 荒船 龍彦, 大谷 清伸, 中野 徹

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2018年4月1日 ~ 2021年3月31日

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    豚摘出肝臓を用いて開発しているピエゾ駆動方式パルスジェットメスの血管温存性を評価した。駆動電圧を変えながら、目標とする血管が露出するまで切開をおこない、血管が露出したところで切開を終了する方法で確認した。その結果、駆動電圧駆動電圧80Vまでは血管温存性は良好であったが、90V 以上では温存できる血管は2割まで減少した。さらに、摘出豚肝臓を用いて既存機器との比較実験を行い、切除速さと切除面の平坦度の比較を行った。切除速度は、摘出したブタ肝臓を各デバイス、各条件で1分間切開し、その断面を撮影。得られた画像から画像解析ソフトを用いて、断面積を求めた。切開時間は、実際に各デバイスで肝臓を切っている時間のみを計測し、パルスジェットが安定するまでの時間や、血管を処理している時間は含めなかった。適切な駆動電圧や周波数、水量ではピエゾ駆動方式パルスジェットメスでは既存機器より早く切除可能であり、かつ切除面は平坦であった。 さらに、肝切除術にて切除されたヒト肝組織および肝腫瘍の物性値測定を行った。肝細胞癌や転移性肝腫瘍では背景肝実質よりも有意に高い破断応力値を示していた。また、ヒト摘出肝を用いてピエゾ駆動方式パルスジェットメスの移動切除実験を行い、ヒトの肝臓でも豚肝臓と同様に切除が可能であり、正常肝組織では駆動電圧と切開深度が強い正の相関、組織の破断応力値と切開深度が強い負の相関を示すことを確認した。さらに肝硬変の組織ではそれぞれ、弱い正の相関と負の相関を示すことも証明した。

  8. 種々音響インピーダンス材料閉空間を用いた新規衝撃波発生手法の開発 競争的資金

    大谷 清伸, 小川 俊広

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2018年4月1日 ~ 2021年3月31日

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    本研究では、衝撃波医療応用における重要な研究課題である衝撃波生体損傷に関して、その重要な要素である衝撃波および膨張波による圧力波の生体との干渉による衝撃波生体損傷の機序解明のための生体模擬物質で構成された生体模擬モデルを用いた工学的実験で使用する制御された圧力波形を持つ新規衝撃波発生方法の確立を目的として、媒体の音響インピーダンス(密度と音速の積)の違いによる衝撃波干渉挙動に注目した材料構成による単純形状の閉空間で衝撃波を発生させ、衝撃波圧力正・負(膨張波)、最大過剰圧、パルス幅等を制御する方法確立を行うものである。制御方法確立のための衝撃波干渉挙動の現象の把握は、高時間・空間分解能の光学可視化計測および圧力計測によって明らかにしていく。令和元年度の計画研究項目は、項目2-閉空間内衝撃波干渉による最大過剰圧の増加方法の確立、項目3-膨張波による負圧を伴わない衝撃波発生方法の確立に関しての実験的取り組みと、項目4-閉空間内における衝撃波挙動の数値解析的解明と実験結果との比較、検証を行うことである。微小爆薬起爆による衝撃波を用いて、項目-2の最大過剰圧の増加方法の確立のため、衝撃波反射率の高い、音響インピーダンスを考慮した材料で、管内の反射距離の調整により効果的に圧力の増幅が行われることが確認できた。また、繰り返し衝撃波発生が容易なパルス放電装置を用いて、円管閉空間内で衝撃波挙動実験を実施し、これまで得られた閉空間を用いた増幅した衝撃波圧力発生挙動を確認することができた。項目-3の膨張波による負圧を伴わない衝撃波発生方法の確立に関しては、数値解析的に管内部形状の違いによる負圧発生の機序解明を行うことで、膨張波発生の主原因を特定し次年度の実験的検証に繋がる知見が得られた。また、数値解析より、より効果的な圧力増幅を行う形状に関する知見が得られた。

  9. 背景型シュリーレン法の波面補償に着眼した超解像望遠可視化計測

    水書 稔治, 三浦 則明, 太田 匡則, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tokai University

    2017年4月1日 ~ 2020年3月31日

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    背景型シュリーレン法に補償光学系を連接させ、強い大気じょう乱を通過した光波の波面補正を実現することで、風洞実験では再現が困難なソニックブームあるいは後方乱気流の発達・伝播を、実機周りで解明できる可視化計測法を創生した。まず、地表近傍の大気じょう乱特性を把握のため、簡便な装置で計測実施・評価する独自の手法を確立させた。その結果をもとに、地表近傍の大気じょう乱による光波面ゆがみを補正可能な補償光学系を設計・製作した。この補償光学系を、背景型シュリーレン法を基盤とする可搬型可視化光学系に連接させ、光学系の空間周波数特性(MTF)の4倍向上を得た。

  10. 動脈瘤壁の治癒と穿通枝温存を両立する紡錘状動脈瘤治療用ステントの開発

    遠藤 英徳, 太田 信, 仲井 正昭, 荒船 龍彦, 安西 眸, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2017年4月1日 ~ 2020年3月31日

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    紡錘状脳動脈瘤の臨床例に対して、流体力学解析を行い、動脈瘤の壁におけるストレスデータの標準化を行った。続いて、流体工学的に動脈瘤壁から出血を起こしにくい条件、しかも、動脈瘤から分岐する細血管の開存が維持される条件を算出し、ステントデザインを検討した。さらに、プロトタイプのステントを用いて、ブタ紡錘状動脈瘤モデルに留置した場合に内部を流入する血流データをシミュレーションし、ステントデザイン適正性の検討を行った。

  11. 超音速飛翔体上の非定常圧力変動を捉える革新的分子イメージング技術の開発

    沼田 大樹, 浅井 圭介, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tokai University

    2016年4月1日 ~ 2019年3月31日

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    本研究では、超音速で飛翔する物体上の圧力場計測を実現する新技術として、超高速応答型複合感圧塗料の開発、並びに二分岐光学系の開発を行った。また、開発した超高速応答型複合感圧塗料を飛翔物体へ適用し、その発光を二分岐光学系を取り付けた高速度カメラで撮影するための光学系設計にも取り組み、バリスティックレンジ試験にてその実証を試みた。 試験では、圧力計測に必要となる飛行体からの2波長の光を高速度カメラで同時取得することに成功した。また、それら2波長の光を用いることで、飛翔体圧力場を鮮明に再現することに成功した。これにより、超音速自由飛翔体上の可視化計測手法として、本研究の手法が有効であることが実証できた。

  12. 空隙媒体による爆発環境の軽減と圧力減衰効果の解明

    北川 一敬, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Aichi Institute of Technology

    2016年4月1日 ~ 2019年3月31日

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    本研究は,水中爆発で生じる被害規模の縮小と軽減法の技術応用を目的とする.水中爆発時の衝撃波,水流ジェット,爆発ガス膨張収縮運動の抑制から,物体への衝撃減衰促進と損傷規模の縮小にかかる減衰・軽減効果の解明と手法を開発する.衝撃波圧抑制は,半円F50>凹凸F13>凹凸F80,凹凸F50>半円F80である.水流ジェット抑制は,凹凸F50>凹凸F13>半円F50>凹凸F80>半円F80である.弾性体後部応力抑制は,半円F50>半円F80の順番で効果的,可変空隙媒体の密度が高いほど過剰圧・応力が減衰した.これは,フォーム骨格固体の非定常抵抗により圧力減衰が誘発され,効率的に水中爆発減衰が行える.

  13. 組織切開・形態学的温存下に切開面周囲に薬液浸潤可能な衝撃波メスの開発

    中川 敦寛, 中川 桂一, 川口 奉洋, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2015年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    本研究の目的は、研究代表者らが基礎原理を開発し、現在、手術用治療器として産学連携体制で開発を進めているパルスジェットメスに微弱衝撃波を印加することで、従来の切開、剥離作用に加え、手術摘出腔周囲に薬剤を浸潤する機能を付加することである。 微弱衝撃波が中枢神経系細胞、脳血管に与える影響を模擬モデル、細胞レベルで検討した上で、微弱衝撃波印加下における切開が可能なパルスジェットメスを試作し、非臨床試験(ブタ)脳において、微量ジェットを繰り返し注入することで切開面から最大3 mmまで色素液が浸潤していることを組織学的に確認した。その結果、組織学的に液体がmm単位で浸潤する可能性が示唆された。

  14. 新規パルスジェットメスを用いた内視鏡下肝臓手術の開発

    中西 史, 川岸 直樹, 中川 敦寛, 中野 徹, 大谷 清伸, 横沢 友樹

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2015年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    腹腔鏡手術用のピエゾ駆動方式パルスジェット(ADPJ)を作成し、豚を用いた腹腔鏡下肝部分切除比較実験を行ったところ、既存の手術器具と同等の出血量と手術時間で腹腔鏡下肝部分切除が可能であった。さらに先端3穴のADPJを作製したところ、切除速さは向上したが、駆動電圧や周波数によって大きく速さが変動することも判明した。ヒト切除肝を用いた物性値測定実験では、ADPJで硬変肝でも脈管を温存し肝実質破砕可能であることが示唆された。ラットを用いた比較実験では、ADPJは既存器具より術後肝逸脱酵素の上昇が軽度であり、切除に伴う肝障害が軽減される可能性を示唆することができた。

  15. パルスジェットメスを用いた軟性内視鏡下下垂体病変摘出法の開発

    小川 欣一, 中川 敦寛, 川口 奉洋, 鷲尾 利克, 荒船 龍彦, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2015年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    本研究の目的は、軟性内視鏡下に末梢神経機能、細血管温存下に病変摘出が可能な手術用治療器の開発である。デバイスを試作し、流体工学的検討により臨床試験段階にある顕微鏡下デバイスと同等以上のパルスジェット射出技術を確立し、非臨床で概念実証を行う。 臓器・組織物性値から想定されるパルスジェット 射出条件に関する検討を模擬モデル実験、最速度撮影、圧測定で行いレーザーエネルギー、ノズル先端形状、ノズルファイバー先端間距離、パルスジェットによる飛沫制御、操作性に関する知見を得た。さらに、ブタ脳室内でパルスジェットメスを使用し、内視鏡画面下で細血管温存下に脳室壁を切開し、非臨床概念実証確立に向け目途をつけた。

  16. 新規パルスジェットメスによる無阻血腎部分切除術の開発

    山下 慎一, 荒井 陽一, 中川 敦寛, 海法 康裕, 川守田 直樹, 川口 奉洋, 中川 晴夫, 大谷 清伸, 安達 尚宣, 川崎 芳英, 神山 佳展, 藤井 紳司

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2015年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    腎癌術後の腎機能を向上させるために、無阻血で安全に腎部分切除術が行えるパルスジェットメスを開発した。 まず、ブタ腎臓の破断強度を測定し、腎被膜や腎盂を損傷せずに腎実質を切離するパルスジェットメスの条件を見出した。その条件をもとに腹腔鏡用のパルスジェットメスを開発した。次に、ラットを用いて腎部分切除後の残存腎の腎損傷を評価し、パルスジェットメスは既存の凝固切開装置よりも術後の残存腎の腎損傷を軽減させることができた。さらに、ヒトの正常腎と腎癌の破断強度を測定した。腎癌の被膜は正常腎実質よりも破断強度が高く、腎癌を損傷せずに腎実質をパルスジェットメスで切離できる可能性を見出した。

  17. 新規パルスジェットメスを用いた内視鏡下肝臓手術の開発 競争的資金

    中西 史

    2015年4月 ~ 2018年3月

  18. 組織切開・形態学的温存下に切開面周囲に薬液浸潤可能な衝撃波メスの開発 競争的資金

    中川 敦寛

    2015年4月 ~ 2018年3月

  19. 微弱衝撃波を用いた中枢神経系精密治療技術の開発

    冨永 悌二, 齋藤 竜太, 中川 敦寛, 大谷 清伸, 合田 圭介

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2014年4月1日 ~ 2017年3月31日

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    本研究の目的は、微弱衝撃波が中枢神経系に与える影響を細胞レベルで検討し、脳深部の精密治療技術開発に向け基礎的知見を得ることである。平成26年度は微弱衝撃波が中枢神経系に及ぼす影響を形態学的に検討するとともに、模擬モデルにおいて衝撃波の伝播を高速度撮影ならびに圧測定を用いて解析した。平成27年度は、微弱衝撃波照射装置を試作、模擬モデル、動物モデルを用いた頭蓋内圧測定を行い、許容可能な条件を明らかにし、衝撃波による薬剤送達増強効果に関する実験をブタ開頭後の脳で検討した。平成28年度の実験では、開頭下のブタ脳において、微弱衝撃波印加下において色素がより拡散することことを組織学的に示した。

  20. 非定常離脱衝撃波の実証実験とその動的制御を目指した理論構築

    大西 直文, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2014年4月1日 ~ 2017年3月31日

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    非定常衝撃波の積極的な工学応用を目指し、数値計算と弾道飛行装置を用いた実験によって、鈍頭物体前方に形成される離脱衝撃波の不安定性について調査した。離脱衝撃波が低比熱比、高マッハ数条件で不安定化することを実証実験によって確認し、その臨界条件が数値計算で予測できることを示した。また、飛行物体の前方形状が角を持つと、離脱衝撃波の不安定化に有利であり、そこで発生する音波が不安定性の誘起に重要な役割を担っていることを明らかにした。

  21. パルスジェットメスによる深部頭蓋底腫瘍摘出法の開発

    川口 奉洋, 中川 敦寛, 鷲尾 利克, 荒船 龍彦, 小川 欣一, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2014年4月1日 ~ 2017年3月31日

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    深部脳腫瘍に対してより安全かつ確実に摘出が可能となる、パルスジェットを用いた新たな医療機器開発を行った。本研究期間内では、より低侵襲に深部まで到達することも検討課題とし、脳室内に存在する深部腫瘍に対象を絞り開発を進めた。深部までデリバリーできる細くて長いデバイス形状の新規開発と、脳脊髄液で満たされている脳室内において液体の中でパルスジェットを射出する新たな条件の最適化とを行った。結果、正常な血管(太い静脈から細動脈まで)の温存と、有効な組織切開が液体内の環境においても達成可能であることを示し非臨床概念実証を確立した。

  22. パルスジェットメスによる脊髄神経機能温存下脊髄腫瘍摘出法の開発

    遠藤 俊毅, 岩崎 真樹, 中川 敦寛, 鷲尾 利克, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2014年4月1日 ~ 2017年3月31日

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    脊髄腫瘍摘出手術に際し、腫瘍摘出と脊髄機能温存を同時に達成できるための手術機器;パルスジェットメスの開発を行った。本研究においてブタ脊髄の切開を実際に行い、パルスジェットメスの適正化をおこなうことができた。その結果、安全性の確認と機器の効果を確認することができ、今後の臨床応用につながる知見を得ることができた。

  23. 異種音響インピーダンスの模擬物質による生体中衝撃波伝播現象の解明 競争的資金

    大谷 清伸, 中川 敦寛, 阿部 淳, 小川 俊広

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2014年4月1日 ~ 2017年3月31日

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    本研究では、生体中の衝撃波作用による影響(損傷)に関わる衝撃波医療応用研究、衝撃波殺菌技術等のバイオエンジニアリング分野応用研究へ展開するための研究基盤を確立することを目的として、音響インピーダンスに着目し、その値が種々異なる生体模擬物質中を伝播する衝撃波現象解明を行った。 音響インピーダンス差のある媒体界面での衝撃波挙動解明に関して、種々音響インピーダンス材料界面および界面形状での衝撃波干渉現象に関して、高精度の光学可視化計測および圧力計測による実験を行った。また生体模擬物質を用いた衝撃波伝播挙動に関して数値解析を行い、媒体界面での衝撃波伝播挙動のメカニズムの解明への実証になる結果が得られた。

  24. CO2レーザ照射による超臨界水雰囲気高温岩体の掘削システム開発 競争的資金

    小林 俊雄

    2015年 ~ 2017年3月

  25. 空隙媒体による水中爆発環境の緩和効果の解明

    北川 一敬, 大谷 清伸, 阿部 淳, 長廣 大樹, 野村 達也

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Aichi Institute of Technology

    2013年4月1日 ~ 2016年3月31日

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    自然災害,爆発事故によって生じる衝撃波の被害は甚大であり,被害予測,対策,減災と損傷規模縮小は重要な安全管理項目である.本研究は,水中爆発で発生した衝撃波,水流ジェット,爆発生成ガス運動を可変空隙媒体によって抑制し,過剰圧,衝撃力の減衰と物体損傷規模の縮小にかかる軽減効果の解明である.本研究期間で得られた結果は,空隙フォームを設置した場合,水流ジェットと二次衝撃波の過剰圧の最大値が99%まで減衰される.空隙フォームではポリウレタンフォームの弾性変形の影響によって,剛体壁と逆向き(下向き)の水流ジェットが発生する.

  26. プラズマナノバブルへの抗体修飾による選択的アポトーシス誘導法の開発

    佐藤 岳彦, 宮原 高志, 大谷 清伸, 吉野 大輔

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関:Tohoku University

    2013年4月1日 ~ 2015年3月31日

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    水中に絶縁被覆された針状の白金ワイヤ電極とリング状の白金ワイヤ電極を超純水中に設置し,針電極に高電圧を印加することで,水中に微細気泡を大量生成する装置の開発に成功した.これらの気泡は最大頻度が100~200 nmの粒径を有する粒径分布となることを明らかにした.一方,電極材などの固形不純物と微細気泡の判別を行うため最大100 気圧に加圧・観測する装置の開発,衝撃波を利用した気泡変形観察装置を開発し,固気判別が不可能であった超微細気泡の検証法を開発した.これらの成果により,ナノバブルの抗体修飾に向けた重要な基盤要素技術を提案した.

  27. 生体界面プラズマ流の極限時空間制御による標的遺伝子群発現誘導機構

    佐藤 岳彦, 城倉 浩平, 小原 拓, 金澤 誠司, 宮原 高志, 小宮 敦樹, 大谷 清伸, 吉野 大輔

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関:Tohoku University

    2012年4月1日 ~ 2015年3月31日

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    本研究では,高速高圧電源の開発,高時空間分解能を有する可視化システムの構築,高精度プラズマ特性同期計測システムの構築により,自己保存プラズマ流の生成制御および観察法の開発・製作に成功した.自己保存プラズマ流は,電圧印加後数百ナノ秒後に電極先端に微細な気泡群を構成し,突起状気泡の先端から秒速2 km程度でパルス状の放電電流と同期して断続的に進展を開始することを明らかにした. 遺伝子群発現誘導については,弱いプラズマ刺激に対し,プラズマ刺激の主要因となる過酸化水素と異なる代謝,免疫,再生などの機能を有する遺伝子群が発現することを網羅的遺伝子解析により明らかにした.

  28. パルスジェットメスによる末梢神経機能温存下拡大経蝶形骨洞腫瘍摘出法の開発

    小川 欣一, 冨永 悌二, 中川 敦寛, 鷲尾 利克, 荒船 龍彦, 大谷 清伸

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2012年4月1日 ~ 2015年3月31日

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    平成24年度に実施したホルミウムヤグ(Ho:YAG)レーザーのパルス発振で誘発した液体ジェットの組織選択性向上のため各パラメータの 最適化を行った。平成25年度にはデバイス試作を行うとともに、ブタモデルを用いた動物実験の評価系を構築した。平成26年度は動物実験で病理学的、電気生理学的検討を行い、削開能力、末梢神経温存能と、手術操作性・安全性の確 保等の諸因子の両立が可能な条件を明らかにした。当初計画していたよりも大幅に進捗したことから、倫理委員会の承認を得て臨床において申請に必要なデータの獲得を行った。

  29. 地熱井レーザ掘削方式の基盤研究 競争的資金

    小林 俊雄

    2013年 ~ 2014年3月

  30. CO2レーザ照射による水中環境下でのレーザ誘起現象を利用した岩石加工技術の土木・原子力設備解体への適用性研究 競争的資金

    小林 俊雄

    2011年 ~ 2013年3月

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社会貢献活動 1

  1. NHKスペシャル 知られざる衝撃波~長崎原爆・マッハステムの脅威~

    2014年8月18日 ~

メディア報道 1

  1. 子供の科学

    誠文堂新光社 子供の科学 なぜなぜどうして? 音と同じ速さで平行に進んだら、音はどう聞こえるの?(pp.58)

    2017年8月10日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌