2019 Fiscal Year Research-status Report
アコースティックエミッションを利用した大面積宇宙ダストセンサーの高機能化
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19K03889
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小林 正規 千葉工業大学, 惑星探査研究センター, 上席研究員 (70312080)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 衝突貫通 / 角度依存性 / 超高速衝突 / 衝突励起の波動 / アコースティックエミッション / 圧電性PZT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度では、研究目的としているアコースティックエミッションを利用したダストセンサーによる「衝突角度の測定」と「質量と速度の分離測定」を実現するための基礎データの取得するための実験を行った。具体的には次のとおりである。
「衝突角度の測定」のために、フィルムに対して衝突体を斜めに衝突させたときに発生する波動の異方性（衝突位置から見て伝播していく方向の依存性）を調べる実験をJAXA宇宙研の超高速衝突実験施設の二段式軽ガス銃を利用して行った。センサーとするフィルムに12個の圧電性PZTトランスデューサを時計の時字の位置に貼り付けて、それらの内側に衝突体を衝突させる実験を行った。フィルムを貫通する際に発生する圧力によって生じる波動の強度を測定した結果、薄いフィルムを貫通したときの波動に強い異方性は確認できなかった。本研究課題の提案時にはクレータ生成の理論予想から異方性が生じるという予想だったが、今回の実験では予想と違う結果となった。ただし、衝突体が貫通せずにフィルム中で止まる場合には異方性が生じる可能性があり、今後、フィルムを貫通しない実験を行う予定である。また、貫通する場合についてもなぜ異方性がなかったのか、引き続き実験の機会を設けてより詳細に調べる予定である。
「質量と速度の分離測定」では、フィルム貫通後の衝突体の速度低下について実験的に調べた。このテーマに関連して衝突体が薄いポリイミドフィルム（25μm）のターゲットを貫通した後にどのような速度になるのか先行研究はほとんど無いので、基礎データとしてのデータ取得のためにJAXA宇宙研の二段式軽ガス銃施設を使って貫通後速度の測定実験を行った。その結果、貴重なデータを取得することができた。
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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
ダストセンサーの高機能化ということで、目標としている衝突角度の推定と衝突微粒子の質量・速度の分離測定のための基礎的な実験を行うことができた。本年度はJAXA宇宙研の超高速衝突施設の衝突銃のマシンタイムを4回（3日間×4回）確保し、そのうち2回（合計6日間）を本研究に割り当てて研究に取り組んだ。
「衝突角度の測定」のための実験では、圧電性PZTを12個貼り付けた大掛かりなセンサーを衝突銃施設のターゲットチャンバーに収めて衝突体を衝突させた。使用したセンサーは必要十分なものとして製作したものの、PZTセンサーからのケーブルの長さやフィルムのサイズなどチャンバーの中を任意に移動させたり角度をつけることが難しく、その点で時間がかかってしまった。これを改善すればさらに多くの実験データが取得できると思っているが、本年度の実験だけでJAXAのシンポジウムでの報告をすることができたので進捗としてはまずまずだと考えている。
「質量と速度の分離測定」のための実験では、センサーに使う薄いポリイミドフィルムの貫通後の速度の測定を行った。貫通後の衝突体は超高速衝突によって電離状態になるため電荷を帯びた物体が通過した際に静電誘導でその速度を測定する装置を製作してフィルムの後ろに置いで実験をした。非常にきれいなデータが取得できたショットもあったが、どういうわけかちゃんとした信号が得られないこともあった。この装置に関しては改良案をすでに検討して製作に取り掛かっているところであるが、本年度の実験は歩留まりがよくなかった。
いくつかの問題があったものの、予定していた実験は実施することができてデータも取得することができた。問題があったとしても解決できる問題であり、改善することでさらに質の良い、論文執筆に供することができるデータ取得のための実験につなげられると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度のJAXA超高速衝突実験施設での実験で判明した実験セットアップの改良点について令和2年度以降の実験に反映することで、今後の実験の効率化と実験データの（論文発表に供することのできるレベルまでの）質の向上をさせる。
一方で令和2年度は、本年度と同様にJAXAの共同利用をした実験と米国コロラド大学にあるダスト静電加速器を利用した実験を計画していたが、新型コロナ感染症の影響で、JAXAの共同利用による施設利用は制限されていて、令和2年度中は利用の制限が継続される可能性がある。また実験のための海外渡航は令和2年度中に可能になるかどうか不透明な状況である。そこで、外部の実験施設を利用しないで実験を工夫して実施したいと考えている。具体的には次のとおりである。
「衝突角度の測定」のための実験では、超高速衝突（速度が2km/s以上）は無理であるが、100m/s以下の衝突であれば空気銃などを使って実験室内で可能である。実はこれまでも試みたことがあるが、ダストを模擬した微小衝突体（1mm以下）の速度を正確に測定するのが難しい。微小衝突体の速度測定についてはすでにいくつかアイデアがあり、これを機会に大学の外での実験やその準備に費やす時間を大学内部の実験室内での実験を行う予定である。
「質量と速度の分離測定」のための実験では、複数枚のフィルムをセンサーとして、少なくとも一枚目のフィルムを貫通して2枚目以降のフィルムに衝撃を発生させる実験を行う必要がある。これまで宇宙での利用を考えて、宇宙での利用に耐えるポリイミドフィルムのみをセンサーとして使ってきたが、そのポリイミドフィルムを貫通させる衝突のためには超高速衝突実験が必要であった。ただし、基本的な測定原理の研究であると割り切ってしまえば、もっと貫通しやすい素材のフィルムを使って、上記の大学内部の実験室内での空気銃による実験で実現できると考えている。
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| Causes of Carryover |
本研究で得た実験データの補完のためにシミュレーションを行うツールのライセンス使用料の支出を考えていたが、本年度はすでに別の研究課題の予算によってライセンス契約が継続していて、契約継続のタイミングが2020年5月であったために、次年度に繰り越した。
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Research Products
(1 results)
