| 研究課題/領域番号 |
18K18910
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
鷹尾 祥典 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)
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| 研究分担者 |
村上 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20403123)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| キーワード | 電気推進 / 電子源 / グラフェン / イオン源 / 超小型衛星 |
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| 研究実績の概要 |
超小型衛星にも搭載可能なイオン推進機の飛躍的な性能向上には、元来小さい電子源(中和器)の更なる小型化と高効率化が不可欠である。本研究では、この電子源の抜本的な変革に注目し、正にバイアスされた電位面から電子放出が可能で低電圧でも高電流密度が得られるグラフェン電子源を利用する事で、電位構造が従来と異なる新しいイオン源の創出とともに超小型イオン推進機の性能向上を目指す。
2020年度は、2019年度までに実現した高い電流密度を持つ電子源の耐性向上を図った。まず、電子源を作る前に耐酸素性があり、かつ、電子透過率の高い保護膜をグラフェン層の上に成膜し、酸素プラズマ下における耐性を評価した。その結果、単層の保護膜においてもグラフェン層の保護が可能であることが明らかになった。その後、グラフェン電子源においても同様に対応したところ、保護膜層が薄い程、保護膜無しの電子源とほぼ同等性能の電流電圧特性が得られる事が分かった。
一方、イオン源においては、2019年度と同様に、従来のフィラメント熱電子源を用いたイオン源の改良を進めた。このイオン源の作製に当たっては、グラフェン電子源への置き換えを行う事を考慮し、従来のイオン源とは異なり、イオン引き出しグリッド電極の近い側にフィラメント電子源を配置している。2019年度の磁場設計を踏まえて改良した磁場形状により放電室およびイオン引き出しのためのグリッド電極を作製した。作製したイオン源に対して径方向および奥行方向に静電プローブ診断を行った結果、中心でプラズマ密度が高くなり磁力線に沿ってグリッドへ向かう程、径方向に広がる分布が得られた。しかし、まだ中心への偏りが大きいため、イオン引き出し実験においては電力が低い時のみ加速電極への損失が小さい状況にあり、今後の分布改善が求められる状況にある。
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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
コロナ禍に伴う緊急事態宣言期間中は、産業技術総合研究所における作業も滞る状況にあり、イオン源に利用する耐性の高い電子源の作製が遅れている。また、同様に大学における実験作業の制約から、イオン源側も放電条件の最適化に遅れが生じた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は以下の方法により研究を遂行する。
①グラフェン電子源の耐久性向上:
2020年度からの継続として、長寿命化ならびに耐イオン衝撃性の向上を図り、イオン源にも利用可能な電子源の実現を目指す。
②イオン源の放電特性解析と超小型イオン推進機の作製:
実験とプラズマ粒子計算によるイオン源の放電特性を解析することで、グリッド直前でより一様な分布となるイオン源の実現を図る。最終的には上記グラフェン電子源を利用したイオン源の作製し、電位構造が従来とは異なる新しい超小型イオン推進機を創出する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
現在までの進捗状況に記載の通り、コロナ禍に伴う実験の遅れにより補助事業期間延長承認申請を行ったため。
次年度使用額は申請時当初の2020年度の計画で遅れた部分に充当する。
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