Study for the hydrogen isotope measurement from the micro-satellite
| Project/Area Number |
23K22551
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| Project/Area Number (Other) |
22H01280 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉岡 和夫 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (70637131)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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| Keywords | 超小型探査機 / 共鳴散乱 / ライマンアルファ / 電子ビーム / フィルタ / レジスティブアノード / MCP / 紫外線撮像 |
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| Outline of Research at the Start |
Ly-α較正用光源と極端紫外分光器を組み合わせて超小型光学ガスフィルタの較正試験を行う．波長分解能約0.5nmの分光器であるが，回折格子を回転させて集光位置の変化を観測し，実際の輝線幅を導出する．なお，昨年度試作したガスフィルタでは水素ライマンアルファに約10%の吸収がみられており，本年度はガス温度などのパラメタ最適化をすすめる．また，今年度は水素および重水素ガスフィルタを量産する体制を構築し、吸光分離のための装置を完全に分離した重水素ガスフィルタを開発する．これらの成果を関連する国際学会で発表する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は電子ビーム照射により水素原子を励起発光させるLy-alpha光源システムを確立し，本研究が目指す水素同位体比の遠隔観測に用いる校正装置の一部を完成させた．さらに，１時間以上の連続運転による光量ドリフトが5%以下であること，Ly-alpha以外の輝線が紫外線領域に存在しないこと（少なくとも相対光量10%以上の輝線が存在しないこと）を確認した．また，ステージコントローラを用いて真空中でサンプルを移動させる手段を確立した．このシステムを用いれば，真空度10-4Pa台の環境下で，光学フィルタや検出器をプラスマシナス10mmのストロークで移動させることができる．さらに，既存の回転ステージと組み合わせることで，鏡の反射率や拡散係数の実測に用いることもできる．
さらに今年度は探査機搭載に向けた紫外線撮像装置（MCPアッセンブリ）の設計を完成させた．具体的には，Φ22mmのMCPを3枚重ねたアッセンブリの後段に，位置検出に向けたレジスティブアノードを設置するシステムである．特にレジスティブアノードは後段の電気回路との接続可能性を確定するために重要な部位である．なお，本検出器には電子雪崩を生じさせるために最大3000Vの電圧を印加する．今回の設計は，3000Vの電圧を印加しても放電事故が生じないよう，各電極部の間に十分な間隔を設けるなどの工夫を施している．また，打ち上げ時の振動・衝撃に対して破損，光軸ずれが生じないよう，回転防止機構やピン留めによる位置決定などの工夫も凝らしている．
さらに，重水素ガスを封入した光学フィルタを製作するための配管を構築した．ICF34をベースとした継手を組み合わせて，重水素ガスの供給からフィルタ部までの間を清浄に保つ環境を構築し，質量分析計で評価した．来年度はNEGポンプを始めとする排気システムを増強し，よりピュアな重水素を供給するラインを確立する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は当初の予定通り，電子ビーム励起を用いた水素ガス（ライマンアルファ）の発光システムを構築し，その性能（光量安定性，分光特性）を評価できたという点で順調に進展したといえる．また，来年度に向けた基礎検討として，水素ガス供給ポートの最適化に向けた研究も行い，ベーキングの方法やガスの導入手順などを確立することができた．一方で，重水素ガスの価格高騰の影響もあり，実際に重水素ガスを用いて残留ガス除去に向けた研究を十分に進めることはできなかった．これらの点は次年度の課題として持ち越す．
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| Strategy for Future Research Activity |
R04年度の研究成果を受けて，次年度はライマンアルファを用いた光学フィルタの較正試験装置を確立し，実際のサンプルを使った実験を行う．また，共試体を作るため，自作の水素ガス供給ラインを確立し，水素ガスを封入したガラスセルフィルタを製造する．この時，ガラスセルフィルタに水素（もしくは重水素）以外のガスが混入することを防ぐために，長時間のベーキングに加えて，コールドトラップとNEGポンプを増設する．コールドトラップに関しては，配管の一部を液体窒素に浸せる構造にし，真空引きの再に活用する．またNEGポンプに関しては，ガス吸着性の高い金属（本研究ではジルコニウム）を用いたシステムを確立する．このNEGポンプを活性化するためには，金属を700℃程度に加熱する必要があるため，これらに必要なスライダックや電熱線を組み合わせた活性化システムを確立する必要がある．また，これらの実験は時間経過を丁寧に観察する必要があるため，データ取得の自動化のためのソフトウェアの構築も進める．
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Study on the reflective properties of black coatings used in UV observation equipment2023
Author(s)
Matsumoto, T., Goda, K., Yamazaki, A., Inoue, K., Liu, S., and Yoshioka, K.,
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Journal Title
UVSOR activity report
Volume: in press
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[Presentation] The Hydrogen Lyman-alpha Imager for Comet Interceptor mission2022
Author(s)
Yoshioka, K.、Murakami, G., Kuwabara, M., Suzuki, Y., Kameda, S., Taguchi, M., Kawahara, T., Yoshikawa, I., Shinnaka, Y., and Kawakita, H.
Organizer
日本地球惑星科学連合2022年大会
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Yamazaki, A., Goda, K., Suzuki, Y., Taguchi, M., Kuwabara, M., and Yoshioka, K.
Organizer
日本地球惑星科学連合2022年大会
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