目詰まり現象に潜む共通の原理を解明ーさまざまな目詰まり現象の予測・制御につながると期待ー

2026-10-20 東京科学大学

東京科学大学理学院物理学系の研究チームは、流体や粒子の流れを妨げる目詰まり現象が、非平衡相転移として説明できることを実験的に明らかにした。研究では、超伝導体中を流れる磁束をモデル系として利用し、電流によって駆動力を制御しながら、磁束の流速を電圧から高精度に測定した。磁束が材料中の微小な欠陥に捕らえられる「ピン止め」と、ピン止めされた磁束が形成する狭い通路によって流れが堰き止められる「目詰まり」を、駆動方向を切り替える実験によって区別した。その結果、両現象では緩和時間の大きさが大きく異なるものの、同じ臨界駆動力で緩和時間が発散し、臨界指数も一致することが分かった。さらに、得られた臨界指数は、吸収状態転移の一種である2次元 directed percolation(DP)の普遍クラスと一致した。本成果は、フィルターや配管、透析装置などで生じる目詰まりを統一的に理解する基礎となり、将来的には目詰まりの発生予測や抑制技術の開発につながると期待される。

目詰まり現象に潜む共通の原理を解明ーさまざまな目詰まり現象の予測・制御につながると期待ー
図1. 目詰まりとピン止めによる流れの減衰緩和の検出。

<関連情報>

直流電流によって駆動される渦の閉塞遷移 Clogging transition for vortices driven by dc current

T. Minemura, S. Maegochi, K. Ienaga, S. Kaneko & S. Okuma
Communications Physics  Published:25 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-026-02880-5  Early provide

Abstract

The clogging phenomenon is ubiquitously observed in various systems. It was predicted numerically that a change from the flow state to the completely clogged state is a nonequilibrium phase transition. However, to the best of our knowledge, there is no experimental study demonstrating this prediction. Here, we study the critical dynamics of superconducting vortices near the clogging transition, as well as near the depinning transition, driven by dc current. The relaxation times to reach the stationary flow or completely clogged state plotted against the current show a power law divergence on both sides of the critical current, which coincides with the depinning current, indicating the existence of the nonequilibrium clogging transition. The critical exponents of both transitions are in agreement with the values expected for a nonequilibrium absorbing phase transition in the two-dimensional directed-percolation universality class. This work will lead to a potential application, such as, prediction and control of clogging, which are crucial in various scientific and engineering fields.

0106流体工学
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