| 研究課題/領域番号 |
20K20962
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
蓮尾 昌裕 京都大学, 工学研究科, 教授 (40218433)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | 破壊発光 / 摩擦発光 / プラズマ分光診断 / カメラレンズエシェル分光器 |
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| 研究実績の概要 |
固体を勢い良く破壊すると、破壊発光や摩擦発光と呼ばれる発光が生じることが知られている。そのメカニズムについては、固体が破壊されるときに応力により帯電した亀裂が形成され、その結果亀裂面間に生じる電位で生成される放電による発光と予想されている。本研究では、プラズマ分光診断の手法を用いて放電プラメータ（ガス密度、電子密度、電界強度）を評価することから、界面に生じた電荷密度を推定する。その結果と破壊応力から生じる電荷密度との比較から、破壊発光メカニズムの妥当性を明らかにする。
今年度はまず、破壊発光スペクトルの広波長範囲で高分解能な計測に用いる予定のエシェル分光器によってこれまで行ってきたプラズマ分光計測結果に対して、その有効性と問題点を精査し、成果を取りまとめた。微弱な破壊発光のスペクトルを一度の破壊に対して計測するにはさらに光量ロスを極力抑えた高効率化が必要であり、研究実施計画に記載したカメラレンズ（F値2.8）を集光光学系に用いたエシェル分光器の開発に取り組んだ。光源として各種放電ランプやレーザ、標準光源、光検出器としてCMOSカメラを用いて、同時観測波長範囲450 ～ 700 nm、波長分解能0.06 ～ 0.08 nm、532 nmの光に対するスループット0.143で計測できることを確認するとともに絶対感度校正を行った。その性能確認のため、微弱信号で知られるラマン計測を試みた。並行して、多数の試料（最大8個）を同時にセットでき、真空に減圧した後に雰囲気ガスとその圧力を制御して試料を破壊できる観測窓付きチャンバーを製作した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究実施計画で予定したカメラレンズを集光光学系に用いた高効率なエシェル分光器の開発はほぼ完了し、分光器の汎用性を利用して研究実施計画にないラマン計測の試行もできた。一方、雰囲気ガスを制御できる試料破壊チャンバーについては、製作に年度末までかかってしまい、破壊発光スペクトルの計測まで進めることが出来なかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
開発したエシェル分光器と雰囲気ガス制御試料破壊チャンバーを用いて、ガス密度に敏感な水素原子バルマーアルファ発光線（656 nm）、電子密度に敏感な水素原子バルマーベータ発光線（486 nm）、電界強度に敏感なヘリウム原子発光線（668 nm）のスペクトルを同時に高分解能計測する。計測結果から得られるガス密度、電子密度、電界強度および水素分子の乖離エネルギー、水素原子のイオン化エネルギーを用いて界面の電荷密度を評価する。雰囲気ガス制御試料破壊チャンバーを一部改良するとともにダイヤモンドカッターによる試料加工を行い、へき開破壊に伴う破壊発光スペクトルの計測を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
新型コロナ感染症対策のために実験装置の製作に時間がかかるとともに実験の遅れが生じたことに伴い、ICCDカメラの立ち上げや真空系の整備、雰囲気ガスや試料購入のための使用額が執行されていない。
（使用計画）
今年度出来なかったICCDカメラの立ち上げや真空系の整備を速やかに行うことで遅れを取り戻すとともに、そのために必要な経費の速やかな執行を行う。
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