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2016 年度 実績報告書

中赤外レーザーを用いた革新的氷床内部連続分析システムの基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K13605
研究機関国立研究開発法人土木研究所

研究代表者

櫻井 俊光  国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 研究員(移行) (00581810)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード氷 / 雪 / 融解 / レーザー
研究実績の概要

本研究は氷床を迅速に掘削しながら分析する技術、すなわちレーザードリル連続分析システムの開発を目指すものである。レーザーで氷床を掘削するにはレーザーの波長、出力(強度)さらには氷床上で掘削するためのシステムを検討する必要がある。そこで本研究では、氷が吸収する波長を考慮して中赤外レーザー光源を利用し、氷と雪の融解速度を計測した。その結果、レーザー強度が50W/cm2のCO2レーザー(10.6マイクロメートルの波長)を利用して氷を融解させると、氷で0.8mm/s、153kg/m3の雪で4mm/sの融解速度を得た。また、掘削長が100mを超える場合を想定して、レーザードリルとしては透過率の高いファイバーカップルのレーザー光源が良いことも提案した。ただし、CO2レーザーの波長ではファイバーの透過率が低いので、ファイバーの透過率が良い波長に限る。たとえばErレーザーの波長帯などが該当する。
出力は低いが、ベンチマークとして他の波長のレーザーを利用して氷の融解速度を計測した。波長の長い10.6マイクロメートルのレーザー光よりも、より波長の短い光源の方が、氷の融解速度が速い結果も得られた。具体的には6マイクロメートル帯と3マイクロメートル付近のレーザー光源である。現在は投稿準備中である。
近赤外に波長が近づくほど良い透過率のファイバーが開発されているので、より短い波長かつファイバーの透過率が良い波長帯、すなわち、1マイクロメートルから6マイクロメートル程のレーザー光源が適しているであろう。ただし、単に波長が短いというわけではなく、氷が吸収するのに適した波長という意味である。本システムを実現させるためには、今後のレーザー開発における技術推進も必要となる。本研究ではkWを超える1マイクロメートルの高平均出力レーザーの開発にも携わり、その一部を出版している。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Micro-droplets containing sulfate in the Dome Fuji deep ice core, Antarctica: findings using micro-Raman spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sakurai, H. Ohno, H. Motoyama, T. Uchida
    • 雑誌名

      Journal of Raman Spectroscopy

      巻: 48 ページ: 448-452

    • DOI

      10.1002/jrs.5040

    • 査読あり
  • [雑誌論文] State dependence of climatic instability over the past 720,000 years from Antarctic ice cores and climate modeling2017

    • 著者名/発表者名
      Dome Fuji Ice Core Project Members
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 3 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1126/sciadv.1600446

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Studies of melting ice using CO2 laser for ice drilling2016

    • 著者名/発表者名
      T. Sakurai, H. Chosrowjan, T. Somekawa, M. Fujita, H. Motoyama, K. Watanabe, Y. Izawa
    • 雑誌名

      Cold Regions Science and Technology

      巻: 121 ページ: 11-15

    • DOI

      10.1016/j.coldregions.2015.09.014

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Boiling effect in liquid nitrogen directly cooled Yb3+:YAG laser2016

    • 著者名/発表者名
      T. Sakurai, H. Chosrowjan, H. Furuse, S. Taniguchi, T. Kitamura, M. Fujita, S. Ishii, Y. Izawa
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 55 ページ: 1351-1355

    • DOI

      10.1364/AO.55.001351

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physicochemical properties of bottom ice from Dome Fuji, inland East Antarctica2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ohno, Y. Iizuka, A. Hori, A. Miyamoto, M. Hirabayashi, T. Miyake, T. Kuramoto, S. Fujita, T. Segawa, R. Uemura, T. Sakurai, T. Suzuki, H. Motoyama
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research, Earth Surface

      巻: 121 ページ: 1230-1250

    • DOI

      10.1002/2015JF003777

    • 査読あり
  • [学会発表] 顕微ラマン分光法による南極ドームふじ氷床コア中の硫酸微液胞の発見2016

    • 著者名/発表者名
      櫻井俊光、大野浩、本山秀明、内田努
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      千葉県幕張メッセ国際会議場
    • 年月日
      2016-05-22 – 2016-05-26

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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