2013 Fiscal Year Research-status Report
電波観測実験用ウルトラコールドウインドウの開発研究
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25610064
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
田島 治 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80391704)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 電波測定装置 / 断熱 / 冷凍機 / 口径 |
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| Research Abstract |
電波観測実験では、多数の超伝導検出器を搭載した大開口径の受信器を用いる。大開口径を持つことと、超伝導検出器を極低温状態で使用することは相反する要求である。受信器の窓 (ウインドウ) 材からの熱放射の影響で、検出器を十分に冷却できないという困難が生じている。対策研究として、熱放射を遮蔽するフィルターの開発が世界中で精力的に行われているが、その困難の解決には至っていない。本研究は、従来研究とは真逆のアプローチ「ウルトラコールドウインドウによって、熱放射を大幅に削減すること」に挑戦し、現状を打破する。
熱放射の大部分を担う赤外 ・ 可視光領域においてウインドウ材は不透明なので、ウインドウの受信器内側面が冷却されていれば良い。当初の計画では、ウインドウを2重構造にして中間層を液体窒素でみたして冷却する予定であった。液体窒素を長時間保持するために断熱方法の検討をしていたところ、新たなアイデア「Radio-transparent multi-layer insulation (RT-MLI)」を発明した。電波を透過する薄い材料を多重化することにより、真空多層断熱を実現する。本発明は、電波に対しては透明だが、赤外線を高い効率で実効的に反射する。つまり、冷凍機にかかる負荷をも劇的に低減するという副作用をも有する。
RT-MLIの発明により、液体窒素等を使用することなく、140K程度まで容易に（かつメンテフリー）にウインドウ背面を冷却することに成功した（入熱量を1/16に低減することに成功した）。この成果をふまえ、本発明を特許出願し、かつ論文の出版をおこなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画と比較してはるかに容易にウインドウ背面を冷却する断熱材「Radio-transparent multi-layer insulation (RT-MLI)」を発明した。本発明により、特許の出願、論文の出版も達成した。
電波を透過する薄い材料を多重化することにより、真空多層断熱を実現する。本発明は、電波に対しては透明だが、赤外線を高い効率で実効的に反射する。つまり、冷凍機にかかる負荷をも劇的に低減するという副作用をも有する。RT-MLIの発明により、液体窒素等を使用することなく、140K程度まで容易に（かつメンテフリー）にウインドウ背面を冷却することに成功した（入熱量を1/16に低減することに成功した）。
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| Strategy for Future Research Activity |
RT-MLIと液体窒素を組み合わせて、さらなる性能向上をめざす。
一方、RT-MLIの発明により、液体窒素を使用する当初の研究方法とはことなる手法の可能性もある。その方向性を目指した萌芽的な研究も同時におこなう。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本研究を開始してすぐに、RT-MLIを発明したため研究が当初の想定以上に進展した。その為、当初の計画を見直し、さらなる性能追求を行うことが可能になったため使用計画に変更が必要になった。
RT-MLIと組み合わせて、冷却効率と到達温度を最良化するシステムとその検証実験装置を作り上げるために使用する。
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