| 研究課題/領域番号 |
19K04345
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
藤井 隆 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任教授 (60371283)
|
|---|
| 研究分担者 |
大石 祐嗣 一般財団法人電力中央研究所, 電力技術研究所, 上席研究員 (10371296)
本間 宏也 一般財団法人電力中央研究所, 電力技術研究所, 上席研究員 (40371562)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| キーワード | レーザー / プラズマ / 分光 / ポリマー / がいし / 劣化診断 / 遠隔計測 / 電力設備 |
|---|
| 研究実績の概要 |
レーザー誘起ブレークダウン分光（LIBS）を用いたポリマーがいしの遠隔劣化計測技術の開発に関して、以下の結果を得た。
(1)遠隔計測技術の開発：QスイッチNd:YAGレーザーの第2高調波（エネルギー：200 mJ）を光源に用い、プラズマからの発光をカセグレン型望遠鏡（主鏡：φ230 mm）で集光し、分光器とICCDカメラで受光した。計測対象として、実機で使用されていた経年21年のポリマーがいしを用いた。離隔距離10 mの遠隔計測により、ポリマーがいしの含有成分の内、劣化診断に有効と考えられるAl、Si、CNの発光を計測することに成功した。
(2)深さ方向分布の計測：ポリマーがいし表面の同一箇所にレーザー光を連続照射し、シリコーンゴムの成分であるSiと、充填剤として含有される三水和アルミナの成分であるAlの発光線を計測し、Alに対するSiの発光強度比を求めた。アブレーションの深さが照射パルスの回数に対して線形に変化することを明らかにし、20パルスのレーザー照射で深さ～100 μmまでの計測を照射パルスごとに行うことに成功した。これにより、離隔距離10 mの遠隔計測において、Si/Alの発光強度比の深さ方向分布の計測が可能であることを示した。
(3)劣化計測手法の開発：ポリマーがいし表面付近（深さ～100 μm以下）では、深さ300～400 μmに比べてSi/Alの発光強度比が減少することを明らかにした。また、SEM-EDXを用いてSiとAlの相対成分比を計測した結果、同様の結果が得られた。走査電子顕微鏡での計測より、ポリマーがいしの劣化は100～200 μmの表層部に留まっており、これはシリコーンゴム成分の喪失によるものと考えられる。以上の結果より、LIBSによるSi/Alの発光強度比は、ポリマーがいしの経年劣化評価に有効であることを示した。
|
| 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
2019-2020年度の研究計画において、2019年度は、パルス幅がナノ秒のレーザーを用いて、ポリマーがいし中のSi、Al、CNの計測に成功した。また、ポリマーがいしの局所的な劣化を計測するために、ポリマーがいしの深さ方向における各元素の発光強度の変化を計測し、深さ方向の計測分解能を明らかにした。また、2020-2021年度における研究計画である、ポリマーがいしの劣化箇所の3次元分布計測技術の開発に関しても、Si/Alの発光強度比がポリマーがいしの経年劣化評価に有効であることを示し、100 μmまでの深さ方向分布の計測に成功している。また、ポリマーがいしの劣化メカニズムの解明に関して、研究計画にあるSEM-EDXの結果との比較もすでに行い、LIBSでの計測結果とよく一致することを示している。さらに、2021年度の研究計画である、ポリマーがいしの遠隔劣化診断技術の開発に関しても、すでに、受光望遠鏡を用いることにより、離隔距離10mでの遠隔計測に成功している。
|
| 今後の研究の推進方策 |
レーザー照射条件として、レーザーエネルギー、パルス幅、波長に対する発光強度の関係を明らかにし、最適なレーザー照射条件を明らかにする。LIBSを用いたポリマーがいしの劣化箇所の3次元分布計測技術を開発する。本技術を用いて局所的な劣化を計測し、絶縁性能との関係を明らかにする。さらに、ダブルパルス等を用いることにより、測定感度および測定精度の向上を試みる。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度においては、当初使用を予定していた物品費の内、レーザー分光計測に使用する光学素子、ホルダー等は、既存のものを使用することにより研究が進捗した。また、実験サンプルに関しても、少ない実験回数で効率的に実験が進捗したため、既存の実機で使用した経年サンプルを用いて実験を行うことにより成果を得ることができ、新規のサンプルを作成する必要がなかった。2020年度は、当該年度に請求した助成金と合わせ、新たなサンプルを人工的に作成し、定量的な計測を行う。また、レーザーパルス幅や波長を変えた実験や、ダブルパルス計測の実験を行うため、それらに用いる光学素子やホルダーを新たに購入する。
|
