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, グループリーダー (30354327)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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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３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、真空化した管状加熱炉中で、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。その結果、電子線照射を行うことで、スタート材料のマグネタイト(Fe3O4)から、ウスタイト(FeO)までの還元反応は促進されることが明らかになったが、FeOから純鉄(Fe)への還元反応にはあまり効果がなく、反応速度が非常に遅いことがわかった（約40時間）。
地上で行われている高炉内で起きている製鉄反応でも、同様に長時間の反応を必要とすることから、ウスタイトから最後の酸素を取り除く反応は、真空中であっても反応障壁が非常に大きいものと考えられる。
今後は、①電子線強度の抜本的向上（電子ビーム溶接クラス）、②反応温度の上昇（鉄の融点の1535℃に近い温度。）、を行うための手法を検討する必要があると思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染症によるパンデミックは、ワクチン接種の普及等で、ある程度落ちついてきたので、実験・研究を再開することができた。ロックダウン前までに実験装置は使用可能な状態になっていたため、本年度は集中的に実験を行った。その結果、電子線照射を行うことで、ウスタイト(FeO)までの還元反応が促進される現象について明らかにすることができた。しかしながら、当初の目的である純鉄の生成までは当初の研究期間中に到達できなかった。パンデミックによる研究の遅滞が、少なくない悪影響を及ぼすことになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、本来、令和４年３月３１日に研究期間が終了するが、上述の通り、パンデミックの影響もあったことから研究期間の延長を申請させていただいた。しかし、使用できる予算の残りも少ないため、論文投稿のための計算機シミュレーションの費用と論文投稿料に使用し、この段階で研究をまとめる予定である。
なお、今後何らかの研究助成を得て、装置の改良を行い、純鉄の生成を目指す予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
