機能性流体工学 / Functional Fluids Engineering  

  佐藤 岳彦, 茂田 正哉, 高奈 秀匡  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

 本講義は，機能性流体におけるプラズマ流と電磁応答流体の基礎と応用について講義する．

 プラズマ流は，熱，光，圧力，化学種，荷電粒子，電界など，様々な刺激を生体に与える。この作用を利用したプラズマ医療工学の基礎と応用を，流体工学，プラズマ工学，生体工学の各視点から論じる。また，輸送現象，プラズマ生成現象，生体反応現象について，流体計測法，プラズマ計測法，生体反応計測法といった計測手法と共に講義し，各現象の相互作用について理解する。また，プラズマ医療工学を通して，人類が直面する健康問題の現状と将来についてや生命とプラズマの関わりについて考える．

 また，特異な物性をもつ熱プラズマと呼ばれる１万度を超える高温の流体の基礎的な物理を学習し，アーク溶接・プラズマ溶射・ナノ粒子大量生成プロセスといった熱プラズマ応用プロセスについての知識を得ることを通して，流体・熱・物質輸送の種々の現象が重畳する工学プロセスを理解・設計できる素地を養う．

 さらに，電磁場下で機能性を発現する電磁応答流体である磁性流体，MR流体，ER流体，イオン液体について，それら流体の機能性発現機構を物理化学的立場から理解し，それらの機能性を利用した工学的先進応用として環境・エネルギー応用および航空宇宙応用を中心に概説する．

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This lecture gives a lecture on plasma flow and electromagnetical response fluids in functional fluids.

Plasma flow is capable of generating heat, light, pressure, chemical species, charged particles and electric field and can stimulate cells/tissues. This course includes phenomena of transport, plasma generation and biological responses for plasma medicine and those measurement methods. Finally, we discuss about present and future of human healthcare and how we control diseases such as pandemic infection through plasma medicine, and we also discuss about relationships between living things and plasma.

   The fundamental physics of thermal plasma which is high-temperature fluid over 10,000 K with unique properties is discussed as well. The widely ranging knowledges of thermal plasma applications such as arc welding, plasma spraying, and nanoparticle mass-production are given. Those contents support to gain the abilities of understanding and designing various engineering processes with fluid, heat and mass transfers.

   Furthermore, this lecture offers fundamental knowledge on electro-magnetic filed responsive fluids such as magnetic fluid, magneto-rheological (MR) / electro-rheological (ER) fluid, or ionic liquid to understand the mechanism of exhibiting their functionalities under electro-magnetic field from the physico-chemical point of view. The cutting-edge industrial applications of these electro-magentic field responsive fluids will be provided especially in the field of environmental, energy and aerospace engineering.

  エネルギーシステム工学特論 / Advanced Energy Systems Engineering  

  湯上 浩雄, 茂田 正哉, 清水 信, 琵琶 哲志  

  工  

   

   

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エネルギ一変換工学および関連分野の中でも，熱および流体エネルギーの新しい制御と利用法や再生可能エネルギー利用技術，熱音響現象とプラズマ熱流体現象，およびその応用に関して，広範で，かつ深い専門知識を講義すると共に，現時点における問題点の発掘とそれに対応する新しい問題解決方法を考究し，博士課程学生の問題発見・設定能力の涵養に主眼をおく。

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This course provides students with deep knowledge on the broad topics selected from energy conversion engineering and related fields, such as the control and application methods of heat and fluid energy including renewable energy technology, thermoacoustics, and plasma thermofluid processing. Emphasis is placed on improvement of the students’ ability to find out the problems and to pursue the solution to them.

  プラズマエネルギー工学 / Plasma Energy and Engineering  

  髙橋 和貴  

  工  

   

   

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１．目的

宇宙空間プラズマ，核融合プラズマ，電気推進機プラズマなど多様なパラメータ領域で観測される電磁流体現象を理解するために、電磁流体としてのプラズマ現象について理解を深め、電磁流体加速の原理や宇宙推進技術への応用、核融合プラズマ閉じ込めなど、プラズマエネルギーの基礎から応用までの総合的な理解をえる。

２．概要

流体の基礎方程式から、電磁的な効果を加えた電磁流体力学について紹介すると共に、プラズマの集団的な挙動や電磁流体波、衝撃波など多様なパラメータ領域で観測される電磁流体現象に関して講義する。

３．達成目的等

この授業では，主に以下のような能力を修得することを目的とする。

・プラズマの集団現象を司る基礎パラメータの理解

・電磁流体としてのプラズマの基礎方程式

・特徴ある電磁流体現象の理解

・プラズマの電気推進や核融合応用に関する理解

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In order to understand the electromagnetic fluid phenomena observed in various parameter regions in space plasmas, fusion plasmas, and electric propulsion devices, the lecture aims to deepen the understanding of plasma phenomena as an electromagnetic fluid and to obtain a comprehensive understanding of plasma energy from basics to applications, such as the principle of electromagnetic fluid acceleration and application to space propulsion technology, and confinement of fusion plasma.

From the basic equations of fluids, we will introduce magnetohydrodynamics with electromagnetic effects, and give lectures on the collective behavior of plasma and magnetohydrodynamic phenomena observed in various parameter regions such as electromagnetic fluid waves and shock waves.

The main purpose of this class is to acquire the following abilities.

・ Understanding the basic parameters that govern the collective phenomena in plasmas

・ Basic equation of plasma as electromagnetic fluid

・ Understanding of characteristics of electromagnetic fluid

・ Understanding of electric propulsion and fusion application

  分離化学特論ⅠＡ / Separation and reactions in specific functional fields  

  理学部非常勤講師  

  理  

  前期集中  

  前期集中 その他 連講  

（1）超臨界流体の基礎物性、特異機能ならびに超臨界流体による物質分離とプロセス制御、それらを利用する環境と調和した有機合成や無機合成の反応への応用。

（2）イオン液体の溶媒としての基礎物性や特性、それを用いた特徴的な物質変換や分離技術、ガス分離プロセスへの応用。

（3）生体の分子認識機能を付与した分離・センシング材料の開発。

 以上について最近の研究例を交えながら、分かりやすく解説する。これにより超臨界流体の分離・反応プロセスの基礎原理、イオン液体の溶媒機能および生体機能を利用した最新の研究動向を理解する。

(1) Fundamentals of supercritical fluids and their correlation with basic physical properties and functions of supercritical fluids for i) separation processes, ii) organic reactions and syntheses, iii) inorganic syntheses strategies considering the environmental impacts.

(2) Basic physical properties and functions of ionic liquids related to material transformations, separation technologies especially for the gas separation.

(3) Basic concept of biosensor considering enzymes displaying sensing properties to develop sensing materials and engineered to specific separation.

This course provides an in-depth studies about the topics in separation chemistry. Topics to be discussed include the recent development and related research, especially with brief understanding of the fundamentals of separation and reaction processes in supercritical fluids, solvent functions of ionic liquids and enzyme catalysis.

  基盤流体力学 / Fluid Dynamics  

  茂田 正哉  

  工  

   

   

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本授業の目的は，空力応用や材料プロセスといった産業分野にみられる複雑な流体運動の本質を見抜き，予測できる直観力，そしてその制御法を設計するための基盤知識も会得することである。流体力学の定理や支配方程式といった数学的記述のみならず，実験研究による可視化画像や観察動画，および理論に裏付けられたシミュレーションによるコンピュータグラフィックスアニメーションを用いて，流体の自然な振舞いを理解し，その物理に対する洞察力を磨くことで，目的の達成に臨む。また，身近な流体にとどまらず，雷に代表されるプラズマ流体（超高温の電離気体）の特性について学ぶことで自然界への見識を広げ，それらの応用技術の知識も得ることによって新しい流体工学が果たす社会貢献についての理解を深める。これらの一連の内容を英語で聴き，議論しながら課題に取り組む経験を通して，国際舞台で活動するためのコミュニケーション能力の研鑽も兼ねた土台形成も図る。

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The purposes are for students to develop the intuition to understand the nature of flow and predict the complex fluid motions, which appear in various industries such as aerodynamic applications and material processes, and also to acquire the basic knowledge to design the control methods. Through studying Fluid Dynamics with not only the mathematical descriptions of theorems and governing equations but also visualized images and observation videos in experiments and computer graphic animations of simulations based on theories, students improve their abilities to discuss the natural behavior of fluid and develop their insights into physics of fluid for achieving those purposes. By learning not only about normal fluids but also about plasma fluids (very high-temperature ionized gases), such as lightning, students will broaden the insight into the nature and deepen the understanding of the contributions that new fluid mechanics can make to society by acquiring knowledge of their applied technologies. Simultaneously, this course aims to polish communication skills and to build the foundations for students to play important roles on the global stage through their experiences of listening to the lectures and having discussions to solve the problems in English.

  プラズマ物理・核融合学 / Plasma Physics and Fusion Energy  

  飛田 健次, 大石 鉄太郎, 髙橋 宏幸  

  工  

   

   

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（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

本講では、核融合エネルギーの全体像とその基礎となるプラズマ物理及び核融合炉工学の理解を目指す。

授業の前半には、プラズマの基本的振る舞い、磁場中での荷電粒子の軌道、粒子的側面（衝突や拡散）、流体的側面などプラズマ物理学の基礎を概説したのち、プラズマ閉じ込めのための磁場構造、プラズマの平衡と安定性、プラズマ輸送など、核融合プラズマの閉じ込めに関する物理を解説する。

授業の後半では、核融合を実現するための応用技術として、プラズマ加熱、プラズマ計測、材料科学、核融合炉システムの概要を解説する。

・講義に関連する情報、講義資料、レポート課題及び小テスト問題は、すべてGoogle Classroomに掲示する。受講を希望する学生は必ずGoogle classroomに登録すること。

・講義は、対面で行う。

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

The aim of this course is to develop a comprehensive understanding of fusion energy. In the initial part of the course, fundamental concepts of plasma physics will be introduced, emphasizing plasma behaviors such as charged particle motions, collisional effects, and fluid dynamics. Moreover, the basics of fusion plasma will be elucidated, building upon principles of plasma physics. This section will encompass topics like magnetohydrodynamic equilibrium, stability of fusion plasma, and plasma transport. In the latter half of the course, various applications toward fusion energy will be explored, including plasma heating, diagnostics, materials science, and fusion reactor systems.

• All essential information, lecture notes, report assignments and small tests will be posted on Google Classroom.

• Lectures will be conducted in person.

  材料科学B / Materials Science B  

  小山 元道, 秋山 英二, 横山 俊  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

 現代社会で用いられている固体材料における様々な機能の発現メカニズムについて学び，その機能を発現，安定化，向上させる材料組成・組織制御技術に関する知識を得る．

２．概要

 原子結合や組成，微細組織の制御に基づく材料機能の発現メカニズムを学び，構造材料，電子材料，光学材料，磁性材料，エネルギー変換材料，等の機能支配因子について論ずる．また，材料機能に深く関連する結晶構造，材料組成，微細組織等の観察・測定方法について学ぶ．

３．達成目標等

 材料の各種機能の発現メカニズム，および，社会で使用されている各種機能材料に関する基礎知識を習得する．

Google Classroom のコード：　　snstfz4

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Object

This lecture offers an opportunity to understand the origins of various physical and chemical functions of materials, which are necessary for the development of devices and equipment. The lecture will also focus on how to control and optimize the material functions for practical applications.

2. Summary

This lecture will discuss the relationship between atomic bonding/alignment in materials and various properties such as mechanical, thermal, electronic, optical, ionic, magnetic, and electrochemical properties. The operating principles of characterization techniques of morphology, structure, crystal structure, elemental composition, which are closely related to material functions, will be also lectured.

3. Goal

Students will understand the basic concepts of material functions and how to control them for practical applications.

Google Classroom Code：　　snstfz4

  宇宙空間プラズマ物理学特論Ⅱ / Advanced Space Plasma Physics II  

  三澤 浩昭, 市來 雅啓, 熊本 篤志, 理学部非常勤講師  

  理  

  後期  

  後期 火曜日 4講時  

宇宙空間のプラズマや粒子、電磁場に関わる物理とその計測法の理解は、太陽・惑星・衛星の多様な電磁環境や変動を理解し、正しくその特徴を把握するために重要である。この授業では、宇宙空間のプラズマの波動や粒子の特徴とその直接計測や、電波のリモートセンシングによる電磁環境計測の基礎と応用を論じ、宇宙空間のプラズマ現象の理解に必要な能力を得ることを目的としている。加えて、電磁波や電磁場計測に基づく惑星表層～内部の探査・解析手法についても紹介する。

Due to significant expansion of the geophysics in the last century, the space plasma physics became to be one of the major scientific interest of our planet. This lecture on the space plasma physics introduces basic physical processes of the space plasma surrounding the Earth, planets, satellites and also the sun, and various measurement and evaluation methods for plasma waves, particles and electro-magnetic fields by using spacecraft and remote sensing from the ground. In addition, this lecture also introduces some techniques for exploration inside planets and satellites using electromagnetic waves and fields.

  材料科学Ⅱ / Materials Science II  

  雨澤 浩史, 千葉 大地, 野村 光  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

 現代社会で用いられている固体材料における様々な機能の発現メカニズムについて学び，その機能を発現，安定化，向上させる材料組成・組織制御技術に関する知識を得る．

２．概要

 原子結合や組成，微細組織の制御に基づく材料機能の発現メカニズムを学び，構造材料，電子材料，光学材料，磁性材料，エネルギー変換材料，等の機能支配因子について論ずる．また，材料機能に深く関連する結晶構造，材料組成，微細組織等の観察・測定方法について学ぶ．

３．達成目標等

 材料の各種機能の発現メカニズム，および，社会で使用されている各種機能材料に関する基礎知識を習得する．

４．本講義は，Google Classroomを利用する場合がある．その場合のクラスコードは「d7o7nce」である．

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Object

This lecture offers an opportunity to understand the origins of various physical and chemical functions of materials, which are necessary for the development of devices and equipment. The lecture will also focus on how to control and optimize the material functions for practical applications.

2. Summary

This lecture will discuss the relationship between atomic bonding/alignment in materials and various properties such as mechanical, thermal, electronic, optical, ionic, magnetic, and electrochemical properties. The operating principles of characterization techniques of morphology, structure, crystal structure, elemental composition, which are closely related to material functions, will be also lectured.

3. Goal

Students will understand the basic concepts of material functions and how to control them for practical applications.

4. Other

This lecture may be held with Google Classroom (class code : d7o7nce).

  材料科学Ⅱ / Materials Science II  

  湯上 浩雄, 川田 達也  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

 現代社会で用いられている構造材料，各種機能性材料を設計するために必要とされる，様々な機能の発現メカニズムとその機能を発現させる材料製造技術あるいは機能を安定化させる制御技術について学ぶ．

２．概要

 原子結合や微細組織の制御に基づく材料機能の発現メカニズムを学び，構造材料の強度物性の発現メカニズムと微細組織制御に主眼をおいた材料強度向上技術，あるいは電子材料・光学材料，エネルギー変換材料等の機能支配因子や機能発現に必須の加工・製造方法，最後に結晶構造や材料組成，微細組織等の観察・測定方法について学ぶ．

３．達成目標等

 各種材料に所望の機能や性能を付与するための基本知識を習得するとともに，社会で使用されている各種材料に対する基礎知識を習得する．

４．その他

 本講義は，Google Classroomを利用する場合がある．その場合のクラスコードは「oembw2z」である．

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Object

This lecture offers an opportunity to understand the origins of various physical and chemical functions of materials, which are necessary for the development of devices and equipment. The lecture will also focus on how to control and optimize the material functions for practical applications.

2. Summary

This lecture will discuss the relationship between atomic bonding/alignment in materials and various properties such as mechanical, thermal, electronic, optical, ionic, magnetic, and electrochemical properties. The operating principles of characterization techniques of morphology, structure, crystal structure, elemental composition, which are closely related to material functions, will be also lectured.

3. Goal

Students will understand the basic concepts of material functions and how to control them for practical applications.

4. Other

This lecture may be held with Google Classroom (class code: oembw2z).