2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study of melting ice using infrared laser for ice sheet drilling
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15K13605
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| Research Institution | Public Works Research Institute |
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Principal Investigator |
櫻井 俊光 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 研究員(移行) (00581810)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 氷 / 雪 / 融解 / レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は氷床を迅速に掘削しながら分析する技術、すなわちレーザードリル連続分析システムの開発を目指すものである。レーザーで氷床を掘削するにはレーザーの波長、出力（強度）さらには氷床上で掘削するためのシステムを検討する必要がある。そこで本研究では、氷が吸収する波長を考慮して中赤外レーザー光源を利用し、氷と雪の融解速度を計測した。その結果、レーザー強度が50W/cm2のCO2レーザー（10.6マイクロメートルの波長）を利用して氷を融解させると、氷で0.8mm/s、153kg/m3の雪で4mm/sの融解速度を得た。また、掘削長が100mを超える場合を想定して、レーザードリルとしては透過率の高いファイバーカップルのレーザー光源が良いことも提案した。ただし、CO2レーザーの波長ではファイバーの透過率が低いので、ファイバーの透過率が良い波長に限る。たとえばErレーザーの波長帯などが該当する。
出力は低いが、ベンチマークとして他の波長のレーザーを利用して氷の融解速度を計測した。波長の長い10.6マイクロメートルのレーザー光よりも、より波長の短い光源の方が、氷の融解速度が速い結果も得られた。具体的には6マイクロメートル帯と3マイクロメートル付近のレーザー光源である。現在は投稿準備中である。
近赤外に波長が近づくほど良い透過率のファイバーが開発されているので、より短い波長かつファイバーの透過率が良い波長帯、すなわち、1マイクロメートルから6マイクロメートル程のレーザー光源が適しているであろう。ただし、単に波長が短いというわけではなく、氷が吸収するのに適した波長という意味である。本システムを実現させるためには、今後のレーザー開発における技術推進も必要となる。本研究ではkWを超える１マイクロメートルの高平均出力レーザーの開発にも携わり、その一部を出版している。
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[Journal Article] Physicochemical properties of bottom ice from Dome Fuji, inland East Antarctica2016
Author(s)
H. Ohno, Y. Iizuka, A. Hori, A. Miyamoto, M. Hirabayashi, T. Miyake, T. Kuramoto, S. Fujita, T. Segawa, R. Uemura, T. Sakurai, T. Suzuki, H. Motoyama
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Journal Title
Journal of Geophysical Research, Earth Surface
Volume: 121
Pages: 1230-1250
DOI
Peer Reviewed
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