時間分解CARS法による強い衝撃波背後の振動・回転温度測定

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305064
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 前野 一夫 千葉大学, 工学部, 助教授 (30133606)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本間 弘樹 千葉大学, 名誉教授 (90009233) ; 森岡 敏博 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (20302581)
• Keywords: CARS / 衝撃波 / 自由ピストン2段膜衝撃波管 / 極超音速流 / 時間分解分光 / 高温空気 / パルスレーザー / 振動・回転温度

Research Abstract

本年度は、CARS(Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy)システムを構築するために、以前の科研費で購入したNd:YAGレーザー(HOYA Continuum社製Powerlite Precision 8010)を励起光として利用することのできるDyeレーザー(HOYA Continuum社製ND6000)を購入し、CARSシステム励起光源を構築した。CARS法による振動および回転温度測定の予備実験として、衝撃波速度10km/sの衝撃波背後の時間分解画像分光計測を行った。研究結果および実績をまとめると以下のようになる。
1)以前の科研費によって、衝撃波管低圧部の改良が完了し、試験気体の高純度化が達成された。試験気体による相違を調査する目的で、雰囲気空気、乾燥空気および純窒素を用いて計測を行った。平衡領域における発光に着目したところ、純窒素の場合、他の試験気体の場合に比べて発光強度が半分程度となることが明らかになった。
2)平衡領域における分光スペクトルからボルツマンプロット法により窒素分子の振動温度を算出した。その結果、画像分光器の回折格子の違い、すなわち、波長分解能の違いにより振動温度にばらつきがみられた。これは、時間分解画像分光計測システムに含まれるストリークカメラ、MCP(Micro Channel Plate)のゲインなどの影響によるS/N比の低下および分光スペクトルの時間(空間)積分範囲が原因であると考えられる。
3)上記の3種類の試験気体において、窒素分子の振動温度にほとんど変化はみられなかった。
さらに、試験気体の高純度化を目的として、観測窓の改良を行った。これまでの観測窓は石英ガラスを接着剤で固定していたたが、Oリングで固定する形に改良した。来年度以降、CARSシステムを完成させるとともに、これまでの分光計測で明らかになった問題点を改良し、振動および回転温度の測定を開始する。

Research Products

• [Publications] Toshihiro Morioka, Kazuo Maeno, Hiroki Honma: "Trajectory Angles for Mach Reflection of Strong Shock Waves in Air"Proceedings of 23rd International Symposium on Shock Waves(Fort Worth,Texas,USA,July,2001). (in print).
• [Publications] 澁谷宏永, 佐藤久男, 森岡敏博, 前野一夫, 本間弘樹: "低密度気体中における強い衝撃波の分光測定"平成13年度衝撃波シンポジウム講演論文集(筑波,2002年3月). (発表予定).