| 研究課題/領域番号 |
26289322
|
|---|
| 研究機関 | 神戸大学 |
|---|
研究代表者 |
田川 雅人 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10216806)
|
|---|
| 研究分担者 |
横田 久美子 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助手 (20252794)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| キーワード | 宇宙環境 / 原子状酸素 / 複合環境 / 高質量分子 / 材料劣化 |
|---|
| 研究実績の概要 |
広範な宇宙環境での材料劣化現象を地上シミュレーションするには、これまでの原子状酸素のみの試験ではなく、異なるエネルギーで同時衝突する重元素を含んだ分子衝突を再現できるシミュレーション技術が必要である。さらに実宇宙環境を完全には再現できない現状では、地上試験環境で定量性を担保するには表面科学をベースにした原理的な理解が不可欠となる。本申請では、①世界初となる非熱平衡混合原子・分子ビームを発生させる技術開発、②放射光などの先進表面分析の導入による複雑反応系における化学反応メカニズム解明と定量推定精度向上、さらに、③衛星搭載用センサーとその地上キャリブレーション法を同時開発することによる超小型衛星等を用いた高信頼性日本型非回収宇宙材料曝露試験法の確立を目指す。これらにより、世界に先駆けてサイエンスに立脚した広範な宇宙環境に適用可能な軌道上曝露試験の基盤技術を確立することを目標としている。
研究初年度である平成26年度には多成分ビームを形成するためにPSVへ任意の組成の混合ガスを供給可能な高精度ガス混合器を新たに導入し、その動作確認とオペレーション条件の最適化を行い、27年度には各種条件でMAPMix9000システムを実際に運用し、形成されたビームのキャラクタリゼーション結果から安定性評価と運用条件の最適化を行った。28年度には混合プラズマからのEUV測定を行い、EUV抑制する方法等について考察を行ったが、パルスバルブの不調により研究の進捗は当初の予定に達していない。
|
| 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
混合ターゲットガスを用いた場合には、レーザープラズマ内の原子・イオン過程が複雑化するため、ガス種によりレーザー解離・加速メカニズムが異なることが考えられる。そこで、ガスの組成や混合比を変化させた場合に、各成分がどの程度のエネルギーまで加速されるかを測定し、宇宙環境実験に適した速度分布を得られる条件を探索することを目標として、平成26年度には高精度ガス混合システムを導入した。本研究で導入したデンマーク製Dansensor社 MAPMix9000システムは圧力コンパレータにより自動的に混合割合を調整できる特徴を有しており、長時間照射には適した特性を有するシステムである。
それに引き続き、平成26-27年度には各種条件でMAPMix9000システムを実際に運用し、安定性評価と運用条件の最適化を行った。その結果、バッファータンクの設置と予備運転により所定の混合比の原子ビームを安定にPSVからノズル内に導入できることが確認された。さらにArとO2を混合させることによりレーザーを照射しない場合には分子量に依存する熱平衡状態のビームが形成されるが、レーザーを照射することにより分子量に依存せしない同一速度（異なるエネルギー）の非熱平衡状態の超熱原子ビームが形成されること等が明らかになった。平成28年度にはアルゴンおよび酸素混合プラズマからの極端紫外線(EUV)測定を実施し、プラズマ素過程の解析を行った。またアルゴン添加がレーザー誘起酸素プラズマ形成に及ぼす効果と材料試験への影響について研究を行った。これらを実施する過程で、米国製PSVが不調となり実験効率が極端に低下したこと、エフォートを申請しているにも関わらす研究分担者の本課題への参画が制限されるなどの状況が続いたため研究の遅延が生じた。前者については自家設計のピエゾバルブを設計しており、これに置き換えることで解決できると思われる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
MAPMix9000システムの導入と運用条件を確立した平成26年度、ビーム形成評価を行った平成27年度に引き続き、平成28年度にはノズル内に導入した混合ガスにレーザーを照射し、超熱混合原子ビームの形成とそのキャラクタリゼーションを行う予定であった。現在までに超低軌道における重分子衝突についての詳細分析を行い、重分子の持つ運動エネルギーあるいはモーメンタムトランスファーによって吸着分子を含んだ表面反応系における脱離速度の増速効果が認められている。
しかしながら、実験中に本システムのキーコンポーネントである米国製パルスバルブが不調となり実験効率が大きく低下したため、実験を行うことが困難となっている。解決策として、同様の機能を有するパルスバルブを自家設計し製作を行っている。新たに設計したパルスバルブはインターフェース部分をこれまでの米国製パルスバルブと共有できるように設計しているため、置き換えにより、予定された実験を遂行できるものと思われる。新型バルブの基本性能の確認が終了した後、これまで用いてきた飛行時間スペクトル測定に加えて、レーザープラズマから放射される極端紫外線の分光分析により、プラズマ内で形成される多価イオン種等の解析を併用することで、混合ガスレーザープラズマの解析とビーム形成特性の関連付けを行う予定である。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
2015年に開催が予定されていた本分野における国際会議ICPMSE-12が、ホスト機関の都合により延期され、そのための旅費を2017年度に残したこと、また、当初本申請で更新を予定していたイオン検出器（浜松ホトニクスH8285）について、再生産は可能との返答をメーカから受けていたが、社内作業が遅延していること、さらにPSVの不調により実験の進捗が果果しくかったこと、さらに代替PSV製作費用が2017年度支払いにずれ込んだことなどから2016年度の使用額が少なくなった。
|
| 次年度使用額の使用計画 |
ICPMSEは2018年度になる可能性があるため、関連する他学会での発表に切り替える。またH8285は導入を見送り、不調のPSVの改修に注力することにより実験のスループットの向上を図る。
|
