| 研究課題/領域番号 |
19K04345
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| 研究機関 | 東京大学 |
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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)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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) 計測ロバスト性の評価：離隔距離10 mの計測において、がいしサンプルに対するレーザーの照射角度が40度以下の範囲で劣化評価の指標となるAlに対するSiの発光強度比は一定であり、角度が75度においても発光強度比の変化は30%以内であることを示した。このことからLIBSによるポリマーがいしの劣化診断では、レーザーの照射角度の影響は小さいことを示した。
(2) レーザー誘起プラズマの特性解明：離隔距離10 mの計測において、レーザーエネルギーが60 mJから200 mJ の範囲で照射痕最大深さはほぼ一定であるが、照射痕体積は増大することを明らかにした。また、プラズマ形状の時間変化を測定し、レーザーエネルギーが増大するとプラズマがサンプル表面に対して水平な方向に広がることを示した。これらの結果より、大気からの圧縮によりプラズマの進展が抑圧されて面方向に広がり、プラズマの熱によりサンプルがアブレーションされることで、レーザーエネルギーに対して照射痕が面方向に拡大したと考えられる。このことから60 mJのーザエネルギーで200 mJのときと同様な空間分解能で深さ方向分析が可能であることが示された。
(3) キャリブレーションフリーLIBS（CF-LIBS）による組成比分析：CF-LIBSでは、検量線を用いずに、スペクトル解析のみで各元素の割合を求めることができる。フェムト秒レーザーを用いたCF-LIBSにより、シリコーンゴムのAl に対するSi の組成比分析を行った。励起温度が高い状態のプラズマからの発光スペクトルを用いることにより、Alに対するSi の組成比が算出可能であることを明らかにした。
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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
2019-2020年度の研究計画である「LIBSによるポリマーがいし含有物質計測技術の開発」に関して、当初の計画であったフェムト秒レーザーを用いた計測の特性を明らかにすると共に、その発展として、本来計画になかったキャリブレーションフリーLIBS（CF-LIBS）の適用性を明らかにした。また、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」においては、がいしに対するレーザー照射角度の影響は小さいことを明らかにした。また、レーザー誘起プラズマの進展の特性を明らかにすることにより、深さ方向の測定分解能とレーザー照射条件との関係を明らかにした。これらの結果と2020年度までの成果と合わせて、遠隔計測においては、レーザー照射条件の変化に対してロバスト性が高いことを実証した。上記のように、2021年度までの研究目標は概ね達成し、CF-LIBSのような従来計画になかった成果も得ている。
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| 今後の研究の推進方策 |
レーザー光を二つ用いるダブルパルス法により、測定感度および精度の向上を試みる。温度等プラズマの状態を詳細に計測することにより、レーザー照射条件の変化に対して影響の少ない計測条件を明らかにする。さらに、可搬型のLIBS装置を試作し、課電中の実がいしの計測など、現場計測への適用性を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2021年度においては、新型コロナウイルスの影響で、予定していた国内外の会議での発表がオンラインでの発表となり、出張旅費を節約することができた。2022年度においては、予定している可搬型の装置の試作およびダブルパルス計測に必要となる、光学部品やホルダー等を購入する。
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