微小動力環境における凝固、結晶成長のその場観察

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昨年度、開発した種々の光学観察システムを用いて、宇宙空間の微小重力環境の利用を最終的な目的とした地上予備実験を行ない以下の様な結果を得た。(1)固液界面の安定性のin-situ評価、融液からの凝固、結晶成長において固液界面の安定性は、組成的過冷却の理論では界面前方の温度勾配と濃度勾配の代償から決められる。本研究では二波長の共通光路型の顕微干渉計により、非定常凝固過程における温度勾配と濃度勾配を非接触で測定することによる界面不安定化のクライテリオンの検証を行なった。表面張力を駆動力としたマランゴニ対流挙動の解明を行なうため、落下塔(持続時間:10秒)を利用した直接観察装置を試作し、数値計算の併用により短時間で上記対流挙動の観察を行なうため実験条件を解析した。その結果、10秒の短時間微小重力環境であっても、マランゴニ対流挙動の観察が可能であり、また数値計算はそれを支えるに十分な精度があることが確認された。(3)水溶液からの結晶(Cdl_2)成長過程の観察に上記の共通光路型顕微干渉計を適用し、表面ステップの運動と表面過飽和度との関係を調べ、併せて小型ロケット(持続時間〜6分)を用いた微小重力実験の実験条件の検討を行なった。(4)小型マイケルソン干渉計を用いて、半導体、イオン結晶の成長速度、ステップの移動速度の測定を試みた。現在の状況では試料光および参照光の分割比等の最適化が十分でなく、コントラストの大きな干渉縞を得るには今後更に検討が必要であることが明らかになった。