2016 Fiscal Year Annual Research Report
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26287052
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
都丸 隆行 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 准教授 (80391712)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 重力波 / 極低温 / 表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
KAGRAのような低温重力波望遠鏡では、鏡の周辺だけが極低温であり、レーザービームダクトは常温の真空である。このため、常温真空部の残留ガスがクライオポンプ効果で極低温鏡表面に吸着し、レーザー干渉計の性能を低減させてしまう。この回復のために、2ヶ月近い観測の中断が予測されており、大きな問題である。本研究は、この低温鏡のコンタミネーションによる重力波望遠鏡の観測デッドタイムを低減させようとするものである。具体的には、昇温・冷却のスピードアップにより、鏡のクリーニング時間の短縮を行う。
H28年度は、1) 低磁性黒色コーティングによる効率的な輻射冷却、2) 鏡コンタミネーションの評価、3) ヒートスイッチの再設計などを実施した。1)については、低磁性のステンレス鋼と比肩しうるレベルまでニッケル-リン黒色被膜を低磁性化することに成功した。ただし、輻射率測定では磁性を有する黒色被膜よりも性能がやや劣ることが分かり、現在は輻射率向上を目指して配合比の微調整を実施しているところである。2)の鏡のコンタミメーション評価では、まず、KAGRAと同じ構成の小型の極低温装置を製作し、残留ガスによる各エリアへの吸着量評価を実施し、計算と一致することを確認した。さらに、鏡表面に高分子微粒子を分散させた上で光学損失を計測し、コンタミネーションのモデル実験を行ったが、これはロスが大きすぎてうまく行かなかった。現在実験を修正中である。3) のヒートスイッチについては、複雑な鏡懸架周りに合わせてデザインを修正中である。
以上のように、現在はまだ鏡コンタミネーション評価とヒートスイッチの研究を行っており、進展は少し遅れている。この評価後に、CO2レーザーによる局所昇温やヒートスイッチによる冷却加速実験を進展させる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本実験では高出力レーザーを用いるためにその安全対策等で多大な労力が必要となった。研究支援員の雇用などで整備を進め、レーザー実験室の完全なインターロック化を実現した上でレーザー実験をスタートした。このため、実験開始に遅れが生じた。この他学生の卒業などに伴うマンパワー不足も響いたが、新たな学生の獲得などで巻き返しをはかっている。
このため、研究期間の1年延長を申請し、研究を完了させる計画である。なお、本研究は、学生の博士論文のテーマの１つになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は博士課程の学生が本実験に従事しており、急速に進展している。特に、KAGRA本体の建設スケジュールを鑑み、H29年9月までのタイミングで、KAGRAクライオスタット実機を用いた極低温鏡コンタミネーションの実測を計画しており、そのための光共振器設計・制作を急ピッチで行っている。また、鏡周辺で要求される低磁性黒色コーティングも輻射率でやや性能が低いもののおおむね要求を充たすものが開発出来ており、鏡懸架系周りへ施工した上での輻射冷却テストを実施予定である。
これらを実施した上で、当初予定の鏡の局所昇温・クリーニング実験を、小型の実験装置を用いて実施する。実験装置はKEKのクライオスタットを用い、現在製作中のサファイア鏡懸架システムプロトタイプを用いて局所昇温を実証する。これらはアシスタント等の支援を得ながら並行して実施しており、H29年度中に原理検証を完了する予定である。
以上の実験および検証に基づき、鏡のコンタミネーション問題を極小化し、観測に対するインパクトを再評価する。
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| Causes of Carryover |
研究計画に若干の遅れが生じているため、研究期間の1年延長を申請した。この延長期間に、博士課程の学生を中心に研究実施を予定しており、その分の実験経費として繰越を行った。具体的には、実験遂行のための若干の消耗品と旅費を繰越計上している。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
延長期間の実験計画として、まずKAGRAクライオスタット実機を用いた鏡のコンタミネーション実測を予定しており、このための光キャビティー製作費や旅費などでの使用を計画している。これはH29年度前半を予定しており、この実測結果を用いて、鏡のコンタミネーションによるクリーニング期間（観測のデッドタイム）の再評価を行う。また、小型実験装置を用いたKEK内での局所昇温・冷却・クリーニングの実証実験を予定している。クライオスタット等は現在整備中であり、若干の部品類の購入も予定している。CO2レーザー等局所昇温に必要な道具はすでに揃っているため、H29年度後半に小型装置での実証試験を予定している。
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