クアッドキャビティを用いた光学式圧力計による圧力の絶対値計測

本研究の目的は、1 Pa～100 kPa の圧力範囲を対象に、既存の圧力計測技術に依らずに、圧力の絶対値を世界最高精度で計測できる装置の開発である。圧力は、気体の状態方程式および分子密度と屈折率の関係式より、屈折率と温度と分極率から求められる。2022年度の研究実績は大まかに下記の4点である。①キャビティの変形量を、ヘリウムと窒素の分極率から補正する手法における課題の一つが、ヘリウムのガス純度である。高純度ヘリウムガスボンベを利用するだけでなく、途中配管からの不純ガスの混入を懸念して、チャンバ直前にガス精製器を導入して供給ヘリウムガスを高純度化した。また今後のガス成分測定のために質量分析計を準備した。②ヘリウムを利用した実験において、材料内部へのヘリウムの浸透によりファブリペロ共振器の長さがドリフトする。目標にしている圧力計測精度に対してその影響は無視できない大きさであり、その補正量は小さい方が望ましい。ファブリペロ共振器の材料の選定の一つとして、複数の超低熱膨張材料に対して、他国の研究グループと協力して、ヘリウムの透過量測定実験を行っている。③ファブリペロ共振器の材料の熱膨張係数はゼロであることが望ましい。しかし、実測した結果、利用中の材料ではゼロクロス点がなかった。チャンバの温調をさらに改善することで、熱膨張の影響を軽減する。④開発中の光学式圧力計は1 Pa ～100 kPa の範囲で他の手法よりも高精度に圧力を計測できる見込みである。性能評価のために、1 Pa 付近で膨張法装置と比較、100 kPa 付近で重錘形圧力天びんと比較する。それら膨張法装置や重錘形圧力天びんの高精度化にも取り組んでいる。

本研究の目的は、1 Pa～100 kPa の圧力範囲を対象に、既存の圧力計測技術に依らずに、圧力の絶対値を世界最高精度で計測できる装置の開発である。圧力は、気体の状態方程式および分子密度と屈折率の関係式より、屈折率と温度と分極率から求められる。2022年度の研究実績は大まかに下記の4点である。①キャビティの変形量を、ヘリウムと窒素の分極率から補正する手法における課題の一つが、ヘリウムのガス純度である。高純度ヘリウムガスボンベを利用するだけでなく、途中配管からの不純ガスの混入を懸念して、チャンバ直前にガス精製器を導入して供給ヘリウムガスを高純度化した。また今後のガス成分測定のために質量分析計を準備した。②ヘリウムを利用した実験において、材料内部へのヘリウムの浸透によりファブリペロ共振器の長さがドリフトする。目標にしている圧力計測精度に対してその影響は無視できない大きさであり、その補正量は小さい方が望ましい。ファブリペロ共振器の材料の選定の一つとして、複数の超低熱膨張材料に対して、他国の研究グループと協力して、ヘリウムの透過量測定実験を行っている。③ファブリペロ共振器の材料の熱膨張係数はゼロであることが望ましい。しかし、実測した結果、利用中の材料ではゼロクロス点がなかった。チャンバの温調をさらに改善することで、熱膨張の影響を軽減する。④開発中の光学式圧力計は1 Pa ～100 kPa の範囲で他の手法よりも高精度に圧力を計測できる見込みである。性能評価のために、1 Pa 付近で膨張法装置と比較、100 kPa 付近で重錘形圧力天びんと比較する。それら膨張法装置や重錘形圧力天びんの高精度化にも取り組んでいる。