第三世代重力波望遠鏡用大口径低温鏡の低温吸着汚染の解明と解消法の開発

第三代引力波望远镜大口径低温镜低温吸附污染解析及解决方案开发

• 批准号: 19J13767
• 负责人: 長谷川 邦彦
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13767/
• 关键词: 重力波; 光学; 薄膜; 低温; 真空

低温を用いた感度の向上は次世代の重力波望遠鏡においても重要な技術となるため、重力波望遠鏡に応用可能な低温技術が重要である。しかし、真空残留ガスの低温鏡への吸着に対しては先行研究も少なく、重力波望遠鏡への影響も明らかではなかった。そこで本研究は、この現象に焦点を当て、分子の吸着過程、望遠鏡への影響、そして吸着分子を脱離するためのシステムの評価を行なった。本年度は重力波望遠鏡への影響の評価を行なった。多数の吸着分子が分子層を形成することにより、重力波観測のために最適化された鏡の反射率に変更を与える。また、分子層が最大400kW程度に及ぶレーザー光の一部を吸収することにより、低温に冷却された鏡の温度が上昇する。さらに、分子層自身が機械的な散逸を持つため、雑音源となることが考えられる。これらの影響により、1年間の観測中に重力波の検出効率は1/5にまで低減してしまうことを明らかにした。このような分子層の影響を低減するためには、形成された分子層を除去する必要がある。そこで、重力波望遠鏡における分子層脱離システムの評価を行った。まず、KAGRAの低温懸架系の入熱量に対する温度的な応答を数値的に評価した。その結果、約13.5Wの入熱を与えることにより低温鏡を200Kまで昇温可能であることを示した。この昇温過程において、180Kまでの昇温は30時間程度で完了し、その過程において吸着分子の脱離が十分に生じることも明らかになった。この昇温プロセスのに必要な時間は合計60時間程度である。これは1ヶ月あたり1度の昇温を行なったとしても、1年間にわたる観測に与える観測デッドタイムとしては8%程度であることを示しており、LIGOやVirgoで達成されているような現実的な観測安定度と合わせても十分に重力波の観測が可能であると結論付けることができる結果である。

Cryogenic sensitivity is important for gravity wave telescopes of the next generation. Cryogenic technology is important for gravity wave telescopes. The effect of vacuum residual on the absorption of cryogenic mirrors is studied in advance. This study focuses on the evaluation of molecular adsorption processes, telescope effects, and molecular desorption processes. This year's review of the effects of gravity wave telescopes Most of the adsorbed molecules form a molecular layer, and gravity wave measurements optimize the reflectivity of the mirror. The molecular layer has a maximum of 400 kW and a part of the light absorption, cooling and temperature rise. The molecular layer itself is mechanically dispersed, and the sound source is examined. The detection rate of gravity waves in the middle of a year is 1/5 of that in the middle of a year. The effect of the molecular layer is reduced and the molecular layer is removed. A review of molecular layer separation from gravity wave telescopes The heat input of KAGRA's cryogenic suspension system should be evaluated according to the temperature of the suspension system. As a result, about 13.5W of heat enters the room and the temperature rises to 200 K. The temperature rise process is completed at 180 K and the desorption of adsorbed molecules is completed at 30 K. The necessary time for this temperature rise is 60 minutes. The temperature rise of 1 ° C in 1 year is 8% and the stability of 1 ° C in 1 year is 8% and the results of 1 ° C in 1 year are 8% and 8% respectively.

项目成果

Molecular Adsorbed Layer Formation On Cooled Mirrors And Its Impacts On Cryogenic Gravitational Wave Telescopes

冷却镜上分子吸附层的形成及其对低温引力波望远镜的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: Kunihiko Hasegawa;Tomotada Akutsu;Nobuhiro Kimura;Yoshio Saito;Takaharu Shishido,Toshikazu Suzuki;Takayuki Tomaru;Ayako Ueda and Shinji Miyoki;KAGRA collaboration
• 通讯作者: KAGRA collaboration