2015 Fiscal Year Research-status Report
惑星着陸機搭載元素分析用X線発生装置の安定高輝度化
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26800239
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
長岡 央 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (10707805)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 蛍光X線分析 / 惑星探査 / 能動型X線発生装置 / 焦電結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在世界規模で宇宙探査が活発化しており、日本でもいくつかの惑星探査計画が検討されている。このような背景の中、本研究の目的は将来の惑星着陸探査への搭載を目指し、着陸地点での高精度な元素分析が可能な観測装置の開発を目指すことである。そこで焦電結晶を励起源とした能動型のＸ線発生装置の開発を進めている。既存の焦電結晶型Ｘ線発生器は、安定した高強度の照射ビームが得られないという問題点があり、定量精度や観測時間などの点から惑星探査への応用は現状ではまだ難しい。そこで惑星探査に適用可能なレベルまでに安定高輝度化を達成したX線発生器を開発することが本研究の目的である。昨年度はＸ線強度の安定化と高輝度化を目指し、基礎実験を行い必要な物性値を求めた。当該年度は、それらの物理パラメータを基に、数値計算により惑星表面を構成する主要元素（Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｆｅなど）の定量精度や観測時間を求め、惑星表面探査への有用性を確認し、発生装置の設計を行った。具体的には以下に実績を示す。
１）実験結果を基に、結晶サイズや封入ガスの種類圧力の物性値を求め、検出器を含めた分光計の設計を行った。
２）上記実験結果を基に、実際に惑星表面探査への応用時の定量精度・観測時間を計算し、得られるサイエンスゲイン（月着陸探査を想定）について検討した。
３）発生装置と分光計を含めた分析装置の設計を行った。
以上の成果は、複数の国内学会・国際学会で報告し、査読付き論文（Nagaoka et al. 2016.）にまとめた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
惑星を構成する主要元素には、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｆｅがある。その中で、Ｍｇは特性Ｘ線のエネルギーが小さく、励起源となるＸ線から離れており励起効率が悪い。Ｍｇは天体の地球化学的進化プロセスを追う上で非常に重要な元素であるため、高精度な分析が求められる。現状の発生器では、Ｍｇの分析は他の主要元素と比較して精度、観測時間の点で劣る。その点を改善する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、Ｍｇ分析の精度・観測時間の改善を行う必要があるため、Ｘ線発生装置の改良を行う。Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ分析に特化した低Ｘ線エネルギー分析用のＸ線発生装置は、焦電結晶、ペルチェ素子、金属ターゲット（Ｍｏ）から構成され、それが０．１Ｐａ程度のガス【窒素】で封入されている。Ｘ線発生装置を構成する焦電結晶のサイズや、それを封入する容器の工夫、オペレーション時の温度管理などをさらに検討し改善を行う。
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| Causes of Carryover |
惑星を構成する主要元素のひとつであるＭｇの精度が現状の発生器では不十分であるため、精度改善・観測時間短縮を目的にし、これらの点について追加で実験を行い検討する。とくに発生器を構成する焦電結晶、ペルチェ素子、金属ターゲットについて改良を行う予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
発生器の改良のため、素材である焦電結晶やペルチェ素子、Ｍｏ箔（金属ターゲット）の材料費や加工費に使用。また成果報告のための、印刷費や学会発表旅費に使用する。
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Research Products
(4 results)
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[Presentation] Active X-ray fluorescence spectrometer on-board landing rover for future lunar and planetary landing missions2016
Author(s)
H. Nagaoka, N. Hasebe, H. Kusano, M. Naito, E. Shibamura, H. Kuno, Y. Amano, T. Ohta, T.J. Fagan
Organizer
47th Lunar and Planetary Science Conference, Texas
Place of Presentation
Texas, US
Year and Date
2016-03-21 – 2016-03-25
Int'l Joint Research
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