人工飛翔体搭載用LEF-TOF型高質量分解能プラズマエネルギー質量分析器の開発

• 研究課題/領域番号: 11640443
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 宇宙科学研究所
• 研究代表者: 齋藤 義文 (斎藤 義文) 宇宙科学研究所, 太陽系プラズマ研究系, 助教授 (30260011)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2001
• 研究課題ステータス: 完了 (2001年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2001年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2000年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 1999年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 宇宙空間プラズマ / 惑星磁気圏 / 人工飛翔体 / 人口飛翔体

研究概要

本研究ではLEF-TOF型高質量分解能プラズマエネルギー質量分析器の設計、試作、特性取得実験を3年計画で行った。1年目には計算機を用いて分析器内の電場計算を行い、入射イオン、二次電子の飛行経路を追跡する事によって最も望ましい特性となるように電極の形状、配置を決定した。この計算に基いて位置検出、時間差計測用MCPアノードの試作を行い、アノード、MCP単体の特性取得試験も行った。その結果アノードはほぼ設計通りの特性を示したが、同時に改良の必要な点も明かとなった。更に、質量分析部の一部である、カーボンフォイルを装着するフォイルホルダーの試作を行い、カーボンフォイルがどの程度の強度をもつかを調べるための実験を行った。この結果1.2μg/cm^2のカーボンフォイルを333lpiのメッシュにのせた場合、少なくとも5.0X10^<-2>atmまでの差圧には耐えうることが明かとなった。2年目には、計算機による計算結果に基いて質量分析器の試作品を製作し、その後、試作した装置を真空槽に入れて測定対象となるヘリウム、窒素、ナトリウム等のイオンを入射して特性計測試験を行った。この結果、ヘリウム、窒素等の軽いイオンについてはカーボンフォイルを比較的通過し易く、角度散乱も少ないため検出効率が高いが、ナトリウムなどの重いイオンについては、カーボンフォイルを通過する際のエネルギー減少、角度散乱の効果が大きく、検出効率が下がってしまうことも明かになった。この点については、使用するカーボンフォイルの厚さを変化させてその特性を調べ、使用可能な最も薄いカーボンフォイル(0.5μg/cm^2程度)を使用する必要のあることが明かとなった。3年目には試作したLEF-TOF質量分析部の改修、1年目に明かとなった、検出器であるMCPアノードの問題点に対する対処、既開発のエネルギー分析器をLEF-TOF質量分析部と接合する為の改修を行い、今後質量分析部、エネルギー分析部を接合して試験を行う為の準備を整えた。