| 研究課題/領域番号 |
23K22527
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01256 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
梅森 健成 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (60353364)
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| 研究分担者 |
菊池 章弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, グループリーダー (50343877)
長谷川 雅也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (60435617)
道前 武 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (70740471)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2022年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
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| キーワード | 宇宙マイクロ波背景放射 / 超伝導ミラー / ニオブ / ニオブスズ / 超伝導 / 宇宙背景放射 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、これまで超伝導空洞や超伝導電磁石などのために開発が進められてきた超伝導技術を、宇宙マイクロ波放射(CMB)観測における集光ミラーに適用することにより、宇宙空間からの電磁波の偏光分布測定における測定精度の向上を実証しようとするものである。
CMB観測においては精度の高い偏光分布の測定が要求されるが、集光ミラー表面の抵抗成分が生み出す偽偏光シグナルが測定精度を制限する要因となっている。
超伝導ミラーを採用することで、通常のアルミミラーに対して、偽偏光シグナルが劇的に削減されることを実証する。
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| 研究実績の概要 |
[偏向測定システムの構築] 昨年度整備をした偏光測定システムを用いて、抵抗率の異なる３種類の金属で生成する偏光信号を測定し、想定通り偏光強度が抵抗率の1/2乗に比例する事を確認した。また超伝導ミラーを試験する際に重要な、抵抗率が０に外挿した際の予想偏光強度についても誤差の範囲で０である事を確認し、いよいよ超伝導ミラーを試験する準備が整った。ただし、超伝導の材質を識別出来るレベルまで精度が到達していないため、引き続き測定システムの感度向上を継続する。特に、現在のシステムでは片偏波のみ測定可能なため無偏波の背景信号の影響を受けやすい。両偏波を測定出来るように改良し、偏光信号の測定精度を高める。これにより超伝導ミラーの実証試験を行う。
[Nb3Sn薄膜の開発] 昨年度までにニオブ箔（厚さ0.1mm）とプロンズ板（厚さ3.0mm）を1500tonプレス機で熱圧着させたクラッド円板の試作を重ね、最適なプレス加工条件を明らかにしてきた。本年度はそれらクラッド円板を真空中で熱処理し、ニオブ箔とブロンズ板の相互拡散反応について研究した。本研究におけるクラッド円板で均質なNb3Sn層が得られる熱処理範囲は650℃～750℃であることがわかった。また、750℃で熱処理を行った場合の保持時間とNb3Sn層の厚さの関係を調べた。その結果から、ニオブ箔の厚さは0.05mmに変更することとし、改めてニオブ箔（厚さ0.05mm）とプロンズ板（厚さ3.0mm）からなるクラッド円板の試作に取り組んだ。ニオブ箔の厚さを0.05mmまで薄くしても、熱間プレス後にニオブ箔が破れずほぼ均一な厚さのままブロンズ板に圧着できる条件を見出すことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
偏光測定システムとしては異なる抵抗率の材質のミラーに対して偏光強度の変化をとらえられることが重要である。本年度はSUS, 鉄, アルミで製作したミラーに対して偏光強度の測定を行い、抵抗率の違いから予想される強度の変化を観測した。上述のとおり、超伝導材質の違いを見分けられるレベルまで感度を高めるにはさらなるシステムの高感度・低ノイズ化が必要であり、この部分に当初予想以上の時間を要している。しかし着実な進展は得られており、引き続き装置の改良を進め、測定精度を向上させたうえで、超伝導ミラーを用いた測定を実施する。
ブロンズ法クラッド円板については、ほぼ予定通りの進捗が得られている。熱間プレス時のニオブ箔の破損防止を考慮して0.1mmの厚さのニオブ箔を使用していたが、その後の拡散熱処理の研究でニオブ箔の厚さを減らす改良が必要となった。厚さ0.05mmのニオブ箔を用いた追加の熱間プレス実験のために想定外の時間を要したが、最適条件を素早く見出すこともできたため、最終年度には目標とする均質なNb3Sn層に覆われた円板試料を作製できる見通しがたった。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は超伝導ミラーの実証実験を実施する。まずはニオブ製ミラーを用いて冷却手法の確立を目指す。これまでの測定とは異なり、ミラーを低温(9K以下), 電波吸収体を高温に保つことが必要となるため、熱リンク等を変えながら最適なセットアップを構築する。冷却が確立したら実際に偏光強度を測定し、通常のミラーと比較して優位性を確認する。両偏波での測定が可能なシステムへ改良し、偏向測定の精度を上げ、超伝導ミラーの優位性を実証する。
Nb3Sn薄膜の開発については、厚さ0.05mmのニオブ箔とブロンズ板を貼り合わせたクラッド円板を最適条件で熱処理し、均質なNb3Sn層に覆われた円板を作製する。Nb3Sn層の断面組織や表面組織について研究し、必要に応じて平滑表面を得るための表面研磨を検討する。偏光分布測定に有望なNb3Sn円板試料が得られたら、偏向測定装置に実装しての測定実施を検討・実現する。
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