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デュアルコム分光による非平衡混合気体の温度測定技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K05009
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 応用物理学一般
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

清水 祐公子  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30357222)

研究分担者 大久保 章  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30635800)
研究協力者 稲場 肇  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2018年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード温度計測 / 光周波数コム / デュアルコム分光 / 気体温度 / 燃焼 / 温度標準 / 気体温度計測 / 光コム / 振動回転スペクトル / 分子分光 / 一次温度計 / 温度測定 / 光コムレーザー分光 / 分子反応過程
研究成果の概要

分子の吸収強度解析により、気体の温度決定および決定精度の検証をおこなった。デュアルコム分光法により、室温におけるアセチレン分子の振動回転遷移スペクトルを、50本以上同時に観測した。アセチレン分子の振動回転スペクトルの吸収強度の理論式を使って、観測で得られた50本以上の振動回転遷移スペクトルのエンベロープに、一括したフィッティングを行う解析プログラムを構築し、温度決定に成功した。決定温度の一例は23.1℃±0.9℃であった。分子を封入した吸収セルの外壁にとりつけた白金抵抗温度計で実測した温度は22.9℃であり、本手法により求めた温度値とよく一致した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本技術が確立すれば、燃焼現象の素過程に関する新しい知見を得ることができ、その素過程が解析されれば、エンジンや燃焼装置の設計などで重要課題となる、着火や燃焼現象の制御などへの新たなアプローチが可能になる。一方で、気体分子の熱平衡状態から ボルツマン定数を介して熱力学温度を求められる本方法は、ケルビンの新定義に直結する。この熱力学温度測定システムを世界に先駆けて実現し、新しい温度の定義に基づいた熱力学温度を決定できれば、実用的な温度標準へつながり、計量標準への貢献が期待できる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (6件)

  • [雑誌論文] デュアルコム光コムによる気体温度の非接触&高精度測定法2018

    • 著者名/発表者名
      清水祐公子、大久保章、稲場肇
    • 雑誌名

      RFワールド

      巻: 45 ページ: 24-36

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 光コムの高性能化と応用2018

    • 著者名/発表者名
      稲場肇、大久保章、和田雅人、中村圭祐、柏木謙、清水祐公子、大苗敦
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 46 ページ: 362-369

    • NAID

      130007957795

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular gas thermometry on acetylene using dual-comb spectroscopy: analysis of rotational energy distribution2018

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Yukiko、Okubo Sho、Onae Atsushi、Yamada Koichi M. T.、Inaba Hajime
    • 雑誌名

      Applied Physics B

      巻: 124 号: 4

    • DOI

      10.1007/s00340-018-6933-x

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 偏波保持ファイバを用いたデュアルコム分光器の開発2019

    • 著者名/発表者名
      入松川知也、清水祐公子、大久保章、柏木謙、中村圭祐、稲場肇
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光周波数コムとその分子分光応用2018

    • 著者名/発表者名
      大久保章、岩国加奈、清水祐公子、山田耕一、洪鋒雷、佐々田博之、稲場肇
    • 学会等名
      第8回光科学異分野横断萌芽研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光コム温度計2017

    • 著者名/発表者名
      清水祐公子、大久保章、大苗敦、稲場肇
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Dual-comb thermometer2017

    • 著者名/発表者名
      清水 祐公子、大久保 章、大苗 敦、稲場 肇
    • 学会等名
      International Comission for Optics(ICO-24)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光コム温度計II2017

    • 著者名/発表者名
      清水 祐公子、大久保 章、大苗 敦、稲場 肇
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 光コムで温度を測る2017

    • 著者名/発表者名
      清水祐公子
    • 学会等名
      光ネットワーク産業・技術研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A New Method of Temperature Measurement by Dualcomb Spectroscopy of2016

    • 著者名/発表者名
      清水祐公子、大久保章、大苗敦、稲場肇
    • 学会等名
      Symposium on temperature and thermal measurements in industry and science (TEMPMEKO2016)
    • 発表場所
      ザコパネ・ポーランド
    • 年月日
      2016-06-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 「光コム」で気体の温度を測定-気体分子の吸収スペクトルと温度との相関から算出-

    • URL

      https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2017/pr20170823/pr20170823.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 産総研、「光コム」と呼ばれる超短光パルスレーザーを2台用いて気体の温度を測定する技術を開発

    • URL

      https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP454743_T20C17A8000000/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 産総研,光コムによる気体温度の精密測定に成功

    • URL

      http://www.optronics-media.com/news/20170824/47877/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 産総研、「光コム」で気体の温度を測定

    • URL

      http://ex-press.jp/lfwj/lfwj-news/lfwj-science-research/20100/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 産総研、「光コム」(超短光パルスレーザー)2台で気体温度を測定する技術を開発

    • URL

      https://engineer.fabcross.jp/archeive/170824_aist.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 「光コム」で気体の温度を測定 - 気体分子の吸収スペクトルと温度との相関から算出 -

    • URL

      http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2017/pr20170823/pr20170823.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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