Technical Report クローズドサイクル希釈冷凍機の圧縮機開発および希釈冷凍機システム評価試験

篠崎, 慶亮  ,  澤田, 健一郎  ,  佐藤, 洋一  ,  田中, 洸輔  ,  杉田, 寛之  ,  満田, 和久  ,  中川, 貴雄  ,  Shinozaki, Keisuke  ,  Sawada, Kenichiro  ,  Satoh, Yohichi  ,  Tanaka, Kohsuke  ,  Sugita, Hiroyuki  ,  Mistuda, Kazuhisa  ,  Nakagawa, Takao

JAXA-RM-16-007pp.1 - 62 , 2017-03-21 , Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) , 宇宙航空研究開発機構(JAXA)
ISSN:1349-1121
NCID:AA11983593
Description
宇宙を観測する宇宙科学ミッションなどで使われる高感度観測装置は、微弱な電磁波を高精度に捉えられるよう、検出信号の雑音(特に熱雑音)を低減させる必要がある。そのため、検出器を絶対零度(約-273度C)近くまで冷却して動作させる。宇宙用希釈冷凍機は、このような高感度観測装置に求められる100mKという極低温を、宇宙空間において無磁場かつ高い冷凍能力(オープンサイクル式の100mKでの冷凍能力0.1μWに対して、50mKにて10倍の1μW) を獲得し、同時に軽量化(オープンサイクル式用冷媒タンクが不要) と大幅な長寿命化(1.5 → 5年)を可能とする。本研究は、クローズドサイクル希釈冷凍機(CCDR : Closed-Cycle Dilution Refigerator)の実現に必須となる、冷媒であるヘリウム3 を低圧で循環するための圧縮機システムの開発と、フランスと共同で構築したクローズドサイクル希釈冷凍機システムのシステム評価試験を2 つの柱としている。特に後者は、100mK以下において高い冷凍能力を長寿命に作り出す次世代の宇宙用冷凍機として、フランスの研究機関と協力しながら進めた世界初の技術実証となった。2015年5月にフランスにて行われた地上技術実証では、本実験設計上の最低到達温度である70mK を達成し、冷凍能力などの冷却特性評価試験も追加で行うことができた。また、測定結果に基づいた解析により、50mKでの冷凍能力1μWを実現するための設計解を得ることができ、当初の目標を達成することができた。本稿では、2011年度より宇宙航空研究開発機構研究開発部門第二研究ユニット(旧研究開発本部熱グループ) が中心に進めた、ヘリウム3循環圧縮機システムの研究開発、およびクローズドサイクル希釈冷凍機システムのシステム評価試験についてまとめる。第1章では研究開発の背景となる、宇宙用機械式冷凍機の研究開発の意義や、クローズドサイクル希釈冷凍機の研究開発の意義について述べる。第2章では、希釈冷凍機の基本原理や求められる冷凍能力、それより求められるヘリウム3循環圧縮機システムの目標性能についてまとめる。第3章および第4章では、試作された圧縮機システムの設計製作や単体性能評価試験結果について述べる。最後に、第5章ではフランス担当の低温部と組み合わせたシステム評価試験結果についてまとめている。
著者名の誤記: Mitsuda, Kazuhisa
形態: カラー図版あり
The clerical error of an author's name: Mitsuda, Kazuhisa
Physical characteristics: Original contains color illustrations
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