実験室におけるダスト放射測定システムの開発

实验室粉尘辐射测量系统的开发

基本信息

批准号：
15740115
负责人：
宮田隆志
金额：
$ 2.43万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15740115/
关键词：
ダスト熱赤外線星周星間ダスト

项目摘要

本研究は、熱赤外線放射の精密測定システムを開発することで、固体微粒子からの放射スペクトルの測定を可能にし、最終的には星間空間のダストの放射との比較を行うことを目標としたものである。昨年度の研究では、熱赤外カメラを用いて低温ターゲットを測定し、バックグラウンドとなる室内からの熱赤外放射の影響を調べた。結果、ダストからの微小な放射を測定するためには、実験室環境の微小な熱放射揺らぎを精密に除去できるようなシステムが必要不可欠であることが明らかとなった。特に今研究で用いる10ミクロン帯の赤外線は、熱揺らぎの影響が大きく、光路中の光学部品(窓材、鏡など)温度がわずか0.1%揺らぐだけでもダストの放射を精密に捕らえることが難しくなる。そこで今年度は、この熱変動の影響を除去するための、低温領域に設置できるビームスイッチングシステムの開発を行った。これは10cm程度の平面鏡を冷却アクチュエータで高速駆動させ、バックグラウンドの熱変動よりもはやいタイムスケールでビームをスイッチすることで熱変動の影響をキャンセルする、というものである。ビームスイッチのタイムスケールは0.1秒以下とし、駆動温度は今後の長波長側への発展も考えて30K程度とした。このように高速かつ低温で駆動するビームスイッチシステムはこれまで開発された例がなく、駆動素子やセンサーの基礎実験から研究をスタートさせる必要があった。現在までに低温駆動素子(ピエゾ)の駆動実験および高速フィードバックシステムの開発を行い、ほぼ予定通りの性能を有するシステムが完成している。平面鏡を含めた機械部についても、有限要素法による振動解析を行い、数kHzの固有振動数を持つものができている。また真空冷却チャンバーも改良を加え、システム全体を最低4Kまで冷却できるようにした。近日中にビームスイッチシステム全体を立ち上げ、測定実験に用いるつもりである。

这项研究的目的是开发一种热红外辐射的精密测量系统，以测量固体颗粒的辐射光谱，最终目标是将其与星际空间中的尘埃辐射进行比较。在去年的研究中，我们使用热红外相机测量了低温目标，并研究了室内背景热红外辐射的影响。结果表明，为了测量灰尘的微小辐射，必须有一个能够精确消除实验室环境中热辐射微小波动的系统。特别是本研究中使用的10微米波段红外线受热波动影响较大，即使光路中光学元件（窗口材料、反射镜等）的温度仅波动0.1%，难以准确捕捉尘埃辐射。因此，今年我们开发了一种光束切换系统，可以安装在低温地区，以消除热波动的影响。这涉及到用冷却致动器高速驱动约10厘米的平面镜，并通过以比背景热波动更快的时间尺度切换光束来消除热波动的影响。考虑到未来向长波长侧的发展，光束开关的时间尺度设置为0.1秒或更短，驱动温度设置为约30K。以前从未开发过在如此高的速度和低温下运行的光束开关系统，研究必须从驱动元件和传感器的基础实验开始。迄今为止，我们已经在低温驱动元件（压电）上进行了驱动实验，并开发了高速反馈系统，并完成了性能几乎符合预期的系统。使用有限元法对包括平面镜在内的机械部件进行振动分析，并创建了固有频率为数kHz的模型。真空冷却室也得到了改进，使整个系统冷却至最低4K。我们计划在不久的将来启动整个光束开关系统并将其用于测量实验。