高荷電微粒子生成用イオン源開発及び超高速微粒子の衝突現象の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12480135
• Research Institution: THE UNIVERSITY OF TOKYO
• Principal Investigator: 柴田 裕実 東京大学, 原子力研究総合センター, 助教授 (30216014)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉田 精司 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (80313203) ; 佐々木 晶 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (10183823) ; 岩井 岳夫 東京大学, 原子力研究総合センター, 助手 (30272529) ; 大橋 英雄 東京水産大学, 水産学部, 教授 (40134647) ; 矢野 創 宇宙科学研究所, 惑星研究系, 助手 (00321571)
• Keywords: 微粒子 / ダスト / 星間塵 / 微粒子イオン源 / 超高速衝突 / バン・デ・グラーフ加速器 / 静電加速器

Research Abstract

微粒子(本研究では直径0.1〜1μm程度の粒子を扱う)を高エネルギー加速器で加速して数km/sから100km/sの超高速にした後、種々の材料(金属、セラミックスや高分子)と衝突させ、そのときに起こる現象を調べようというのが本研究の目的である。
微粒子が固体に衝突した際にはプラズマ状態になることや衝撃波を生じたりすることで、原子分子イオン衝突とは違った現象を引き起こし、固体表面改質や構造変化をもたらすと考えられる。また、宇宙微粒子(ダスト)の研究や地球周りの環境問題になっているスペース・デブリの研究とも密接に関連しており、そのための微粒子検出器の開発やシミュレーション実験を行う必要がある。そのために本研究ではこれまでのイオン源より大きな電荷を持った微粒子を大量に生成するイオン源や超高速に加速された微粒子の電荷と速度を計測する機器を開発してきた。
本年度は、昨年度開発したイオン源を加速器に搭載し、超高速微粒子実験に供している。この開発により4種類の微粒子をイオン源の交換なしに加速でき飛躍的に実験効率を上げることができた。
次に、衝突実験ではピエゾ素子に微粒子を衝突させ、その際生じる衝撃波を測定し微粒子の速度と質量や電荷との相関を調べている。この素子は水星への打ち上げを目指してヨーロッパと日本の共同で開発されているBepi Colomboという衛星に宇宙塵観測用検出器として搭載のプロポーザルが提出されている。この開発も東大とドイツ・マックスプランク核物理学研究所とで実験が行なわれ、データ処理の方法を検討できるだけのデータを蓄積することができた。更に、これまで実験が進められてきた衛星搭載用飛行時間(TOF)型質量分析器の開発も一通り終わったので、今年度からは探査機搭載用の衝突電離型ダスト計測器の開発も始めた。

Research Products

• [Publications] Y.Hamabe, 他7名: "Analysis of micro-craters on metal targets formed by hyper velocity impacts"Cospar Colloquia Series, "Dust in the solar system and other planetary system". 15. 305-308 (2002)
• [Publications] T.Miyachi, 他18名: "Response of piezoelectric lead-zirconate-titanate to hypervelocity silver particles"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2003)
• [Publications] 柴田裕実, 超高速微粒子衝突実験グループ: "微粒子イオンの超高速加速"原子核研究. 47・4. 165-175 (2002)
• [Publications] T.Miyachi, 他16名: "Response of low-Q PZT detector to hypervelocity microparticles"Proceedings of the 23rd International Symposium on Space Technology and Science. 1706-1710 (2002)
• [Publications] H.Shibata, 他12名: "Development of dust detecter/analyzer on-board space crafts by using hyper-velocity microparticle"Proceedings of the 8th Japan-Russia International Symposium on Interaction of Fast Charged Particles with Solids. 158-161 (2003)