2014 Fiscal Year Research-status Report
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26610105
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
矢野 英雄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70231652)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 低温物性 / 超流体 / 量子渦 / 超流動流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超流動ヘリウムの流れを駆動するポンプを開発する。最近の我々の研究から、粘性のない超流動ヘリウムでも、量子渦を付着させた物体を動かすことで超流動の流れをつくることがわかってきた。このアイデアをもとに、量子渦を付着させた物体を回転し、超流動ヘリウムに回転流を誘起し、回転流から流れを取り出すポンプの開発を目的とする。本年度の主な研究実績は以下のとおりである。
１．超流動ヘリウムの回転流を駆動するモーターに、摩擦による発熱が小さく、また摩耗が少ないブラシレスモーターを採用した。モーター駆動には回転を検出するセンサーを必要とし、駆動制御回路も複雑になるが、回転の制御が容易に行える利点がある。
２．ブラシレスモーターを低温で回転させるために、回転を検出する磁気センサー（ホール素子）、回転軸をサポートするベアリング、コイル内磁芯のフェライトについて、低温での性能を調べた。通常の磁気センサーは低温で著しく性能が落ちるが、GaAs系ホール素子は低温でも動作することを確認した。またボールベアリングはグリースが低温で固着し回転が止まるが、すべり軸受によるベアリングは低温でも動作することを確かめた。また低温でもヒステリシスの小さいフェライトをコイルの磁芯に使用した。以上の工夫により、絶対温度1.9K（-271℃）で動作するモーターの開発に成功した。
３．超流動ヘリウム中でモーターを動作させ、超流動ヘリウム回転流を駆動することに成功した。
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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
当初の計画どおり実験装置の開発・製作をおこない、低温でのモーター駆動における問題点と解決方法について検討し、期待される成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で、低温におけるモーター駆動の問題点と解決方法がわかってきた。この結果を踏まえ、次の点を改良し研究を推進する。
１．低温で安定に動作するモーター駆動回路の開発： これまでに低温で動作するモーターの開発に成功した。しかし、回転数は１秒間あたり10回転（600 rpm）に固定され、回転数の制御が難しく、また一旦回転を止めると再度の駆動が困難になるなどの問題点がある。調べた結果、回転数を上げると回転子が浮き上がり、回転検出センサーが誤作動することがわかった。回転子の固定方法を改良し、安定動作するモーターを開発する。
２．超流動ヘリウム回転流から定常流の取り出し： 超流動ヘリウム中でモーターを回転させると、超流動ヘリウムの回転流が駆動されることを確認した。回転流から定常流を取り出す流路を開発し、定常流の駆動をめざす。
３．超流動ヘリウム定常流の流速測定： 絶対零度に近い温度の流体にアクセスする方法は限られ、その速度を観測するのは難しい。本研究では、超流動ヘリウムの音速を測定する装置を製作し、音速のドップラーシフトから流速を求める方法を開発する。
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| Causes of Carryover |
本研究では、低温を得る寒剤として液体ヘリウムを使用する。液体ヘリウムは、大阪市立大学理学部ヘリウム液化施設より供給（有償）を受けるが、この施設のヘリウム液化装置が故障し、長期間液体ヘリウムの供給がストップした。このため、研究に必要な液体ヘリウムを十分得ることができず、計画した額を使用することができなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現在ヘリウム液化装置の修理が行われており、修理後に液体ヘリウムの供給が開始される予定である。供給開始後に、昨年度行う予定だった研究を行う。繰り越された額は、研究に必要とする寒剤の購入に使用する。
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Research Products
(3 results)
