| 研究課題/領域番号 |
18K04951
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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 |
清水 洋孝 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, 助教 (10448251)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 光ファイバ / 極低温 / 温度計 |
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| 研究実績の概要 |
当該年度の主な研究目的は、極低温用温度計の温度計測を担当するブラッググレーティング付き光ファイバの特性の把握にあった。そもそも極低温領域において、入手したブラッググレーティング付きの光ファイバが、どの様な振る舞いをするかの検証から研究を開始した。安全に利用する事が出来る寒冷として、液体窒素と液体ヘリウムを用いて、グレーティング部分から反射される光の変化の様子を調べた。この結果、使用した光ファイバへのヘリウムの吸蔵に由来すると考えられる波長変化の増幅現象を確認する事が出来た。波長変化の増幅は、極低温域でも感度を失わない温度計の開発にとって、大きな利点であるが、この現象の助けを借りても、4K以下の様な温度領域では、グレーティング部分の収縮に伴う光の波長変化の自由度は、凍結され失われている事を確認した。この事は、ブラッググレーティング付き光ファイバの素朴な温度計応用だけでは、極低温域の温度を正確に測定出来ない事を示しており、本研究が提案する補助治具の必要性を改めて認識する結果となった。温度特性の検証と並行して、グレーティング加工された部分から光が染み出す、クラッドモードと呼ばれる光の検証にも成功した。これは赤外線カメラによる漏れ光の可視化だけでは無く、光パワーメータを用いた、漏れ光の強度測定及び強度分布の定量化の成功を意味している。クラッドモードは、極低温域での温度計の感度の再生に必要と考えているエネルギー源であり、この光の精密な測定に成功した意義は大きいと考えられる。最後にグレーティング加工が施された光ファイバの、低温脆性の測定も行った。力センサのデモ機提供の協力を得る事で、常温環境及び、液体窒素環境での、引っ張り試験を行なう事が出来た。高価なブラッググレーティング付き光ファイバの破断試験が行えた事で、今後の温度計開発に必要な知見を得る事が出来た。
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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
本研究で開発を目指している、極低温温度計の構成要素の一つである、ブラッググレーティング付き光ファイバの特性の検証を主に行ってきた。もう一つの構成要素である、バイメタルに関しては、手持ちの市販品での簡単な試験が為されただけで、今後実用に耐える特性を備えたバイメタルを、どの様に入手していくかについて、検討段階に留まっている。光ファイバに関しては、購入出来る価格範囲の中で、充分仕様を満たす製品を手に入れる事が出来たが、バイメタルに関しても、研究費での支払い可能な価格での入手が可能かどうか、市場調査や協力会社の選定が今後重要になって来る。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題は、極低温領域においても感度を失わない、温度計の開発が目標である。通常の感覚では、絶対零度に近い様な極低温の温度域では、熱的な活性が失われ、物のあらゆる自由度が文字通り凍結されてしまい、何かを検知する為に必要な感度を保つ事が非常に困難になる。温度計として機能する為には、この感度に相当する特性をうまく極低温域に持ち込む必要がある。光ファイバとバイメタルの組み合わせでは、金属治具として働くバイメタルの構成物質の比熱が、極低温域では温度の３乗に比例して小さくなる事を利用し、極微小なエネルギー供給があっても、金属の温度が敏感に変化する事実を利用して、温度計の感度を高めようとしている。またこのエネルギー供給の役割を担うのが、光ファイバによって供給される光子である。申請時の研究開発の骨格を維持したまま、「活性の凍結と再解凍」と表現した感度の維持に関する科学的な解釈の深化とより進んだ理解を、実験的検証を通じて目指していく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
光ファイバにブラッググレーティング処理を行う企業技術者との仕様打ち合わせを、実際に工場での作業現場を見学して行う予定であったが、生産ラインの組み替えに伴い、見学の受け入れが難しくなったために、計上してあった旅費に余りが生じた。また、白色光源や光スペクトルアナライザ等の精密機器を埃から覆うための卓上クリーンブースの選定が遅れ、年度内の購入が出来なかったため、この為に計上した費用に繰り越しが生じた。
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