太陽光励起レーザーを用いた月の砂3Dプリンターの開発

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近年、宇宙開発競争はますます激化しており、その競争の中で、宇宙での生活を想定した宇宙基地の建設構想が注目を集めている。基地の建材を地球から輸送するのはコストの面で非現実的であり、月面基地の建設には月の表土であるレゴリスを原料としたレゴリス焼結材の活用が検討されている。しかし、大気や水が使用できず、電力の確保も困難な宇宙空間での簡便な焼結法の確立にはいたっていない。そこで、本研究では、レーザーを用いた3次元造形により建設材料を製造する「月の砂3Dプリンター」を提案している。さらに、このレーザーを、太陽光励起レーザーにより提供することで、宇宙基地の建築材料製造を全て地球外にあるもので行う “現地調達・完全地産地消”の製造手法を提唱している。本研究ではこれまでに、太陽光励起レーザーのレーザー媒質に有用なCr/Nd:YAG (Cr3+/Nd3+:Y3Al5O12) を用いた際のレーザー効率の見積もりにおいてよく理解されていなかったパラメーターについて計算的・実験的手法において再評価を行い、太陽光励起レーザーのより詳細なレーザー設計手法を確立した。太陽光励起レーザーのレーザー設計をするためには、そのレーザー効率の見積もりが必要である。しかしながら、太陽光励起レーザーに有用なCr/Nd:YAGは、イオンを共添加しているため、そのエネルギー移譲過程が複雑であり、十分な理解を得ていない。そのため、これまでの研究では、ある程度の仮定の値を用いてレーザー効率の見積もりを行っていた。そこで、本研究では、本研究ではエネルギー移譲を考慮した発熱率の計算方法を新たに定義し、計算的、実験的側面からその評価を行った。それぞれ良い一致を示し、太陽光励起レーザーにおけるレーザー設計の精度をより正確なものにすることが可能となった。