微小動力環境における凝固、結晶成長のその場観察

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63302058
• 研究機関: 宇宙科学研究所
• 研究代表者: 堀内 良 宇宙科学研究所, 教授 (40013627)
• 研究分担者: 佐久田 博司 長岡技術科学大学, 助教授 (10170630) ; 塚本 勝男 東北大学, 理学部, 助手 (60125614) ; 栗林 一彦 宇宙科学研究所, 助教授 (70092195) ; 梅田 高照 東京大学, 工学部, 教授 (50011078) ; 西永 頌 東京大学, 工学部, 教授 (10023128)
• キーワード: その場観察 / 凝固 / 結晶成長 / クイクログラビティ

研究概要

昨年度、開発した種々の光学観察システムを用いて、宇宙空間の微小重力環境の利用を最終的な目的とした地上予備実験を行ない以下の様な結果を得た。
(1)固液界面の安定性のin-situ評価、融液からの凝固、結晶成長において固液界面の安定性は、組成的過冷却の理論では界面前方の温度勾配と濃度勾配の代償から決められる。本研究では二波長の共通光路型の顕微干渉計により、非定常凝固過程における温度勾配と濃度勾配を非接触で測定することによる界面不安定化のクライテリオンの検証を行なった。
表面張力を駆動力としたマランゴニ対流挙動の解明を行なうため、落下塔(持続時間:10秒)を利用した直接観察装置を試作し、数値計算の併用により短時間で上記対流挙動の観察を行なうため実験条件を解析した。その結果、10秒の短時間微小重力環境であっても、マランゴニ対流挙動の観察が可能であり、また数値計算はそれを支えるに十分な精度があることが確認された。
(3)水溶液からの結晶(Cdl_2)成長過程の観察に上記の共通光路型顕微干渉計を適用し、表面ステップの運動と表面過飽和度との関係を調べ、併せて小型ロケット(持続時間〜6分)を用いた微小重力実験の実験条件の検討を行なった。
(4)小型マイケルソン干渉計を用いて、半導体、イオン結晶の成長速度、ステップの移動速度の測定を試みた。現在の状況では試料光および参照光の分割比等の最適化が十分でなく、コントラストの大きな干渉縞を得るには今後更に検討が必要であることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] K.Kuribayashi et al:"DEVELOPMENT OF OPTICAL SYSTEM FOR IN-SITU OBSERVATIONS OF SOLODIFICATION AND CRYSTAL GROWTH IN SPACE," JASMA,. (1990)
• [文献書誌] T.Nishinaga,K.W.Benz and A.N.Danilewsky: "TYPE II STRIATION UNDER MICROGRAVITY," Proc.6th Space Utillization Symposium.397-401 (1989)
• [文献書誌] 宮田保教、佐久田博司、M.E.Cliksman、小林史典: "凝固への自然対流の寄与" 第六回宇宙利用シンポジウムプロシ-ディング. 377-379 (1989)
• [文献書誌] 茂木徹一、大野篤美、南和一郎: "透明有機モデルによる金属凝固現象のその場観察" 第六回宇宙利用シンポジウムプロシ-ディング. 349-353 (1989)
• [文献書誌] K.Onuma,K.Tsukamoto and I.Sunagawa: "MEASUREMENT OF SURFACE SUPERSATURATION AROUND A GROWING K-ALUM CRYSTAL IN AQUEOUS SOLUTION," J.Crystal Growth,. 377 (1989)
• [文献書誌] K.Onuma,K.Tsukamoto and I.Sunagawa: "EFFECT OF BOUYANCY DRIVEN CONVECTION UPON THE SURFACE MICROTOPOGRAPHS OF Ba(NO_3)_2 and Cdl_2 CRYSTALS," J.Crystal Growth,. 384 (1989)