Development of Iron Manufacture Process Assisted by Electron-Beam Excitation from Moon Surface Regolith for Structural Materials
| Project/Area Number |
19K21904
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
三井 正 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (90343863)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 信博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (00370312)
竹口 雅樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, ステーション長 (30354327)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 月面レゴリス / 月資源 / 製鉄 / 電子線励起 / 熱分解 |
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| Outline of Research at the Start |
月面に建設する観測基地の構造材料（薄膜太陽電池パネルの支柱）用の鋼材を生産するために、月面を覆う砂（レゴリス）を電子線励起の援用により熱分解温度を抑制した(～600℃)直接熱分解法で還元して、真空３Dプリンタ用の純鉄粉を得るための技術開発を行う。本研究では、人工的に作製した模擬月面レゴリスから、鉄鋼材料を得る基礎技術の開発・確立を行うことを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、月面に建設する観測基地の構造材料（薄膜太陽電池パネルの支柱）用の鋼材を生産するために、月面を覆う砂（レゴリス）を電子線励起の援用により熱分解温度を抑制した(～600℃)直接熱分解法で還元して、真空３Dプリンタ用の純鉄粉を得るための技術開発を行うことである。具体的には、人工的に作製した模擬月面レゴリスから、鉄鋼材料を得る基礎技術の開発・確立を行うことを目的とする。
令和２年度は、令和元年度に設備備品費で導入したターボ分子ポンプ(TMP)と高電圧印加装置（小型誘電コイル）を用いて作製した実験装置を用いて、人工的に作製した模擬月面レゴリスをペレット状に圧縮成形した粉末X線回折実験用試料に対して、真空・高温環境下で、電子線を照射する実験を行った。
申請時での研究計画にあった吊り下げ方式で試料を導入するマッフル炉から、側方から試料を導入する方式の管状加熱炉への設計変更については問題なく、電子線照射については想定よりもはるかに効率的に行えるようになった。しかしながら、当該の管状真空加熱炉について、管内での温度較正を行い、今後のパラメータを制御した実験を行う手法については確立したものの、試料ペレットを保持するアルミナセラミックス試料ボート、及びアタッチメントのdegas（ガス出し）に想定より時間がかかり、パラメータを振った実験までには至らなかった。
試料ペレットを、粉末X線回折装置(XRD)を用いて組成分析するために、試料を均一、かつ大量に生産する手法について確立した。同時に、組成比を変えた試料ペレットを大量に生産し、今後の実験をスムーズに行うために試料の量産を行った。
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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
令和元年度末（2020年3月）までに実験装置を立ち上げ、当初以上の性能を持つまでに開発することに成功していたが、その直後に発生した新型コロナウイルス感染症によるパンデミックにより、研究の停滞を余儀なくされた。当機構においてもロックダウンが実施されたため（2020年4月～6月）実験を延期せざるを得なかった。また、ガス出し等のやや時間のかかる工程が必要になり、実験装置の改良作業を追加することになった。新型コロナウイルスについてはまだ予断を許さないが、実験装置は現在は順調に機能しているため、今後、集中的に実験を行ってゆく。
現在、ロックダウンは解除されたため、研究所に立ち入ることはできるようになっている。依然として三密を避けるために制限は残っているが、研究代表者の実験室は研究代表者単独で使用しているため、制限の影響は受けていない。管状加熱炉の動作制御も（遠隔操作は無理だが）自動化されており、実験を行う上でも制限はない。ただし、単独で使用しているがゆえに、周囲に出勤者が少なく、「事故が起こったときの対応が困難」なため、過密スケジュールでの実験は避けている。そこで、令和２年度は比較的安全性が高い、試料作製及び量産、作りだめ、を先行させて実験を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度は、新型コロナウイルス感染症による実験の停滞を余儀なくされたが、その間、実験が再開されたときに備えて、試料ペレットの量産、すなわち作りだめをしていた。[1]物理現象検証用のSiO2、Fe3O4の体積比1:1試料、[2]モル比1:1試料、[3]模擬月面レゴリス（Fe 15%）について、数十個以上の試料を量産を完了しており、今後、緊急事態宣言等が解除され、制限が緩和された時点で、集中的に実験してゆく。また、昨年度は粉末X線回折装置(XRD)による分析・評価が主であったが、今後はSEM-EDSを用いて断面試料の組成分布の分析を行ってゆく。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
