分子上コンタミネーション薄膜形状がもたらす光学特性発現有無の解明

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宇宙の真空環境では、衛星に使用される接着剤などの材料内部からガスが発生し、発生したガスが衛星自身の温度が低い光学部品などに付着することで、光透過率等の光学特性が劣化する現象が知られている。本現象を分子状コンタミネーションと呼ぶ。宇宙機器に発生するコンタミネーションの予測・管理には、これまで薄膜厚を指標・基準として議論されてきたが、ミクロンメートルの薄膜厚を真空低温下で測定することは一般的に難しいことから、薄膜密度を”1g/cm3”と仮定して付着したコンタミネーション質量の実測値から薄膜厚を算出している。しかし薄膜密度が1g/cm3かどうかは実測されたことがなく、コンタミネーション予測・管理技術の大きな誤差要因となっている可能性がある。宇宙機器の開発にとって、誤差による過大な予測・管理技術はコストに直結するため、本研究はコンタミネーション薄膜の密度を初めて実測することで薄膜密度を解明し、ひいては宇宙機器開発のコスト削減やコンタミネーションの発生予防に貢献することを目指すものである。2022年度は2021年度までに確立した真空低温下で発生するコンタミネーション薄膜形状の変化をリアルタイムに観察する実験手法と、取得画像から薄膜形状の直径と被覆率を求める画像処理方法を用いて、薄膜の密度を求めるための実験・測定条件を考察した。考察の結果、取得画像から薄膜密度を求めるための測定条件の肝となる照明光 (光源) の入射角とコンタミネーション薄膜高さの関係を導いた。結果、形成される薄膜高さにもよるが、概ね光源入射角度を10~60°に設定すると良い条件で薄膜密度が求められることが判明した。分子状コンタミネーションの薄膜密度は、実際の真空低温下で実測した例がなく、世界初の測定例につながる成果が得られた。