| 研究課題/領域番号 |
17K18935
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小紫 公也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90242825)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| キーワード | 航空宇宙工学 / エネルギー全般 / レーザー / プラズマ |
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| 研究実績の概要 |
月面における長期的活動および基地建設を可能にするために、月資源として豊富に存在する酸化アルミニウム（アルミナ）を還元し、資材として利用可能なアルミニウムと生命活動に不可欠な酸素に分離することを目標としている。この金属還元技術は、炭素などの大量の還元物質を用いた従来の金属精錬手法とは全く異なった先進のレーザー風洞技術を応用したものであり、ここではその収量向上を目指した学術的研究を行う。
本年度は、レーザーアブレーション法においてレーザースポット径拡大実験を行い、以下の結論を得た。(1)レーザースポット径拡大によりプルーム径拡大および進展方向に対するプルーム長さ拡大が達成された。レーザースポット径の拡大倍率1.4倍に対して、プルーム径は1.4倍と等しかったが、プルーム長さは3倍程度と高い拡大倍率であり、プルーム中心の高温領域が拡大された。(2)アブレーション速度はレーザースポット径拡大により最大で2.5倍向上し、レーザーパワー2キロワットに対して毎秒2.6 mgとなった。単位面積当たりのアブレーション速度のレーザー強度に対する依存性はレーザースポット径によらなかったため、アブレーション速度の増加はアブレーション部の面積拡大によるものと考えられる。従って、さらなるレーザースポット径拡大によってアブレーション速度向上が達成されると期待できる。(3)アブレーションガス温度には上限が存在し、レーザースポット径によらず4100 Kと計測された。またこの時の還元率は32%と得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
レーザースポット径を拡大してアルミナ焼結体に照射することで、予想していた以上にアブレーション速度およびアルミ還元率が向上し、目標としていた大量のアルミナ還元について、レーザーアブレーション還元法が有効であることを示すことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまではアルミ原子を含む高温のアブレーションガスプルームの生成を中心に実験を進めてきたが、実際にアルミの収量が増えたことは確認していない。今後はアルミ金属の回収システムの改良を行って、生成物としてのアルミ金属の収量を計測し、評価することを計画している。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
他の研究テーマの実施に必要なため購入した炭酸ガスレーザー関係の消耗品（ZnSeレンズや可動ステージなど）を一部流用することにより今年度の研究を実施したため、次年度への繰り越しを行うことができた。来年度は、この繰り越し金を用いて半導体レーザー予加熱システムをもっと実用的な（エネルギー効率の高い）セラミック被覆モリブデン電熱コイル予加熱システムに置き換えることを計画している。
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