クライオ・ターゲットのパルス・イオンビーム照射による新しい製造プロセスの研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08878061
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 糟谷 紘一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (30029516)
• 研究分担者: 安池 和仁 日本学術振興会, 特別研究員 ; 宮本 修治 姫路工業大学, 科学技術研究所, 助教授 (90135757) ; 渡辺 正人 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (20251663)
• キーワード: パルス・イオンビーム / 粒子ビーム産業応用 / イオンビームによる薄膜生成 / クライオ・ダイオード / 東京工業大学(総合理工学) / クライオ・ターゲット / 高速度写真計測 / ビーム・アブレーション計測

研究概要

粒子ビームを標的に照射するときの問題点を解決するため、従来法では使われていなかったクライオ・ターゲットを使用し、高密度パルス・イオンビームによる新たな材料製造法開発の可能性を検討した。卑劣な例として、高温超伝導薄膜の生成に伴うアブレーション過程を考慮した。提案法の最終段階では、酸化物高温超伝導膜を生成するときに必要な背景酸素ガスを、低温冷却した照射用バルク基板表面上に必要量だけ凍結コートし、これを基板の表層部と共に、収束高密度パルス・イオンビームにより照射アブレートし、近傍に設けた別の基板上に蒸着する。同時に、必要な加熱処理を含む付帯処理なども行う。本研究では、これらを模擬するために、低温冷却YBa_2Cu_3O_<7-x>に水蒸気コートした標的を用いて、アブレーション放射を種々の計測法で計測した。このような方法により、高機能高温超伝導材料の新しい製造プロセス開発に必要な資料を得ると共に、関連諸現象をプラズマ物理学的に解析し、より広範囲のパルス・イオンビーム応用に展開する見込みを得ることができた。以下にそのより詳細を述べる。
高温超伝導材料でできた平板を真空室内に設置し、冷凍器或いは冷媒により冷却し、水蒸気を平板表面に吹き付けて必要なだけの酸素の凍結層をあらかじめ作成した。収束型パルスイオン・ダイオードにより高密度の軽イオンビームを発生し、ビームを幾何学的に収束した。収束点の近くに蒸気のクライオ・ダ-ゲットを設置し、ビームによる材料のアブレーションを起こし、発光状態を詳しく調べた。標的には、予備的にアルミニウム板を冷却なしで用い、最終的にはYBa_2Cu_3O_<7-x>を室温並びに冷却使用した。標的のアブレーション発光を、先ずスペクトル分解なしの駒撮り及び流し写真法で測定し、その後に分光器を使用して、発光波長の検出を試みた。これらの結果、発光粒子の時間的空間的挙動が明らかになり、今後の薄膜生成のための諸データを集積することができた。

研究成果

• [文献書誌] K.Kasuya & M.Watanabe: "Recent Experiments with Cryogenic Diodes and Cryogenic Targets" Bulletin of the American Physical Society. 41・7. 1392-1392 (1996)
• [文献書誌] K.Kasuya,S.Miyamoto,M.Funatsu,M.Watanabe,K.Yasuike,S.Nakai et al.: "Recent Experiments towards Production and Diagnostic of Nitrogen Ion Beam for Medium-Mass Ion Beam ICF" Proceedings of 11th International Conference on High Power Particle Beams. 1・1. 52-55 (1996)
• [文献書誌] K.Kasuya,T.Suzuki,T.Kamiya,M.Watanabe,& H.Kanazawa: "Characteristics of Laser Produced Plasmas and Lasers for Pulsed Ion Sources" Proceedings of 12th International Conference on Laser Interaction and Related Plasma Phenomena,AIP Conference Proceedings. 369・2. 1054-1059 (1996)
• [文献書誌] K.Kasuya,H.Sunami,C.Wu,E.Hotta,Y.Kawakita & S.Kato: "Basic Characteristic and Application of KrF Laser Pumped by Electric Discharge" Programme and Technical Digest of 11th International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers and High Power Laser Conference. 1・1. 50-51 (1996)
• [文献書誌] S.Miyamoto,K.Yasuike,K.Imasaki,K.Kasuya,C.Yamanaka & S.Nakai: "Two-stage Extraction Ion Diode Experiments on Reiden-SHVS for Light Ion Fusion" Proceedings of 12th International Conference on Laser Interaction and Related Plasma Phenomena,AIP Conference Proceedings. 369・2. 1048-1053 (1996)
• [文献書誌] M.Funatsu,K.Kasuya & H.Shirai: "Numerical Simulation of Viscous Shock Layer with Carbon Ablation:Preparatory Experiment with High-Power Laser and Target" Programme and Technical Digest of 11th International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers and High Power Laser Conference. 1・1. 81-82 (1996)