2013 Fiscal Year Annual Research Report
不活性高質量原子による超低軌道環境における衝突励起材料劣化現象に関する包括的理解
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25289307
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
横田 久美子 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助手 (20252794)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田川 雅人 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10216806)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 複合宇宙環境 / 高質量分子 / 材料劣化 / 原子状酸素 / 低地球軌道 |
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| Research Abstract |
これまで30年以上にわたり宇宙環境における主要な材料劣化要因としては化学的に活性な原子状酸素の影響が考慮されてきたが、昨年、化学的には不活性な高質量原子の衝突が一部材料の質量損失に対して大きな影響を及ぼしている可能性が本申請者と米国研究者の研究により独立に明らかにされた。これを受けて、本研究ではN2やCO2など高質量分子衝突による劣化現象に対して、影響を受ける材料の範囲、紫外線、温度などのシナジー効果の有無と発現条件を明確化し、宇宙工学上のインパクトを定量的に精査することを目的とする。さらにNASA研究者の協力により、過去の宇宙実験結果を本研究により得られた結果に基づいて再検証し、これまで宇宙曝露実験と地上試験結果の不整合として知られていた宇宙材料工学上の問題を、高質量原子衝突現象およびそのシナジーを考慮することにより解決することを目指すものである。
平成25年度には装置のトラブルがあったものの、N2ビームフラックス測定方法の確立するために飛行時間（TOF）スペクトルからビームパルス中のN2フラックスを計測する方法の確立を行った。このために必要となる四重極質量分析管における検出効率の決定を、既知の組成のN2+ArガスとO2+Arガスを用いることで、Arを基準としてO, O2等の相対検出感度をTOFスペクトル強度から測定する事に成功した。これにはビーム形成条件の最適化によりO2が完全に解離したArとOのみの組成を有するビームの形成に成功したことが大きい。次年度以降はこの手法を適用してN2やArなどの不活性高質量ビームの宇宙環境材料劣化への効果について検証を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
装置故障による計画変更があったものの、平成25年度の当初目標であったN2あるいはArビームフラックス測定方法の確立に成功しており、次年度以降はこの手法を適用してN2やArなどの不活性高質量ビームの宇宙環境材料劣化への効果について検証を行うための技術的基盤を確立できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度以降は、平成25年度に開発した不活性ビームの定量化技術を基盤として、宇宙環境工学への不活性分子衝突のインパクトを詳細に検討する。具体的には、N2と真空紫外線のシナジーとして、最も単純な系である室温におけるN2+VUVのシナジーについて、紫外線ランプを光源とし「90度クロス法」を用いることにより定量的な測定を行う事を予定している。紫外線強度の定量化にはソーラーブラインド特性を有するダイヤモンドフォトダイオードをセンサーとする真空紫外線照度計を用いる。これによりN2フラックスとVUVフラックスを定量化した状態で、N2衝突励起反応における複合効果発現の有無を詳細に実験する。さらに、高温時におけるシナジーとして高温時のN2+VUVシナジーについては実験的検討を試みる。本研究には、温度可変型QCMマウント（現有）により+100℃程度までの温度範囲でN2+VUVシナジーの有無を検証する予定である。本実験結果を軟X線によるフッ素ポリマーのエッチング現象と比較し、温度依存性や分子衝突エネルギーの化学反応への寄与など衝突励起化学反応(Collision-induced Reaction, CIR)に関する物理化学的な解析を行う。さらに、ArやN2の高エネルギー衝突を考慮した軌道上実験データの再解析を実施し、これまでの全ての軌道上材料劣化データは原子状酸素に起因するものとしてデータ整理した場合に報告されている宇宙実験データと地上実験データの不整合について、不活性分子衝突の効果で不整合を解消できるかという点についても研究を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年12月に、それまで使用していたマルチチャンネルスケーラー（米国ORTEC社製）が故障した。本装置は本研究のキーデバイスであったため、研究計画を急遽変更し代替品を購入を優先した。
予定外のマルチチャンネルスケーラー購入により全体予算が圧迫されたため、紫外線光源としてはLDLS光源の新規購入を見合わせ、既存の重水素ランプを使用することに変更する。それ以外に関しては大きな変更はない。
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