2018 Fiscal Year Annual Research Report
海底開発における環境影響評価に向けた水中レーザーリモートセンシング手法の開発
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18H01929
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| Research Institution | Institute for Laser Technology |
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Principal Investigator |
染川 智弘 公益財団法人レーザー技術総合研究所, レーザープロセス研究チーム, 上席研究員 (00508442)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | リモートセンシング / ラマンライダー / 海 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本の領海・排他的経済水域は国土面積に比べて12倍程度と広く、海底鉱物資源・メタンハイドレート掘削、CO2を海底地層に圧入して大規模削減を目指すCCS、石油などのエネルギー資源を輸送する海底パイプラインなどの有効な海底利用が実施・計画されている。海底開発では資源探査手法だけでなく海洋生態系・環境への影響評価が必要とされているが、現状の採取・採水測定では頻度とエリアに限度があり、海中での効率的なモニタリング手法の開発が必要である。そこで、海底を効率よくモニタリングするために、レーザーを用いたリモートセンシング技術であるライダーを利用した海中モニタリング技術を開発する。水に溶けているガスなどのラマン信号から3次元マッピング観測を行い、効率的な海中モニタリングを目指している。
現有の技術シーズである水中ガスラマンライダーの海中モニタリングへの適用可能性を検証するために、船舶搭載型の水中ガスラマンライダーシステムを開発し、沼津のバージ船や、石垣島近海での海上観測に成功している。本研究では、レーザーを用いた海中モニタリングをさらに容易に実施するために、システムの高感度化・小型化を進めている。水中ガスラマンライダーの受光部を光学フィルターを用いた同時観測システムに改良し、沼津での海上試験によってライダー受光部の性能を評価した。また、開発したシステムを安定した実験室環境で性能評価をするために、長さ6 mの長水槽を整備し、レーザーの水中伝搬試験を実施した。
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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
これまでの水中ガスラマンライダーでは、ラマン散乱光を焦点距離30 cmの分光器で波長を分離し、単一波長をスリットで切り出した後、フォトマルでラマンライダー信号を取得していた。そのため、対象ガスと濃度校正用の水のラマン信号の取得には分光器の回折格子を回転させる必要があり、同時刻の計測ができなかった。H29年度に実施した石垣島近海での海上観測では、観測時間ごとによる波の高さなどの環境要因を長時間積算などで排除することができず、定量評価が困難であった。そこで、実験室でも扱いやすいCO2ガスを測定対象とし、CO2ガスと水のラマン信号を光学フィルターで分離し、同時に測定する新しいラマンライダー光学系を作成し、沼津の海上観測によって性能を評価した。
開発した水中CO2ラマンライダーの性能評価は、沼津のOKIシーテックで実施した。沼津市内浦の海上に係留された国内唯一の全天候型固定式計測バージSEATECH IIは船内に3×7 mの開口部があり、船内から水深30 m程度の海中に向けてレーザーを照射することが可能である。実際の海では、CO2ガスがあまり溶けていないためにラマン信号が観測されないことから、水のラマン信号を用いて、レーザー強度とラマン信号の関係を評価した。
開発したライダーシステムを安定した実験室環境で性能を評価するために、0.3×0.3×6 mの長水槽を整備した。入出射の窓は紫外レーザーまで応用が可能な合成石英製の窓とした。波長532 nmのレーザーの水中伝搬試験を実施し、水中でレーザーを6 m伝搬させた際の水のラマンスペクトルの取得に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、現有の技術シーズである水中ガスラマンライダーの海中での適用可能性を検討するために、H30年度では水中ガスラマンライダーの受光部を改良し、沼津での海上観測結果から、システムの性能を評価した。H31年度では、システムの改良・小型化を進めるとともに、長水槽を用いた漏えい模擬試験、新たな応用として水中油の検出試験を実施する計画である。
H30年度に整備した、0.3×0.3×6 mの長水槽を用いて、CO2ガスの漏えい模擬試験を実施する。CO2ガス配管の先を水槽の底面に設置し、一定の流量でバブリングすることで、ガス漏えいを模擬する。この漏えい個所にレーザーを照射し、ラマンスペクトル、ライダー信号の取得を行う。得られたラマン信号強度から、ライダーシステムの改良・小型化を進める。また、空間ヘテロダインラマン分光法を用いた新しいスペクトル測定システムも検討する。
海底には石油などのエネルギー資源を輸送する海底パイプラインが敷設されている。原油流出事故は貴重なエネルギー資源の損失だけでなく、流出事故現場付近に生息する生態系へ影響を及ぼすために、早期に事故を把握することが求められている。レーザーを油に照射するとラマン散乱や蛍光が生じるために、それらを指標とした水中油検出可能性も検討する。環境にやさしい植物油を模擬試料として利用し、ラマン・蛍光スペクトルを取得するだけでなく、長水槽を用いて水中での遠隔油検出も検討する。
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