| 研究課題/領域番号 |
19K21904
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
三井 正 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (90343863)
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| 研究分担者 |
石川 信博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (00370312)
竹口 雅樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, グループリーダー (30354327)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| キーワード | 月面レゴリス / 月資源 / 製鉄 / 電子線励起 / 熱分解 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、月面に建設する観測基地の構造材料（薄膜太陽電池パネルの支柱）用の鋼材を生産するために、月面を覆う砂（レゴリス）を電子線励起の援用により熱分解温度を抑制した(～600℃)直接熱分解法で還元して、真空３Dプリンタ用の純鉄粉を得るための技術開発を行うことである。具体的には、人工的に作製した模擬月面レゴリスから、鉄鋼材料を得る基礎技術の開発・確立を行うことを目的とする。
令和４年度は、前年度までに明らかになった実験結果をもとに、製鉄反応の高速化を進めるための条件の計算機シミュレーションを行い、今後の研究における知見を得た。真空化した管状加熱炉中で電子線照射を行うことで、マグネタイト(Fe3O4)からウスタイト(FeO)までの還元反応は促進されることが明らかになっていたが、FeOから純鉄(Fe)への還元反応にはあまり効果がなく、反応速度が非常に遅いことがわかった。当初、本研究課題で開発した装置は反応障壁を乗り越えるための電子線強度は十分であると想定されていた。これは、研究分担者の石川が発見した鉄の還元現象が起きたときの電子線強度条件が5 (マイクロアンペア)であり、本研究で開発した装置の電子線強度は、その約100倍あるためである。ところが、再度計算を行ったところ「スケールアップしたことで、アースとなる部分が増え、電荷が抜けてしまった」ということが強く示唆されることがわかった。石川の場合、電子線が透過するほどの薄い薄膜試料であるため、試料ホルダーとの接触面積はかなり小さく、また、すぐ近くに絶縁体でチャージアップしやすいSiO2があったことで電荷がたまりやすい状態であった。このことから「還元反応の起こる領域に、一定時間、一定量以上の電荷が滞留していることが『電子ビームアシスト還元製鉄反応』において重要である」という知見が得られた。
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