凝縮型真空槽の研究

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真空チャンバー内の背圧を下げる方法の一つに、チャンバー内に極低温の金属板から成るデバイスを設置し分子を凝縮させて捕獲するコールドトラップがある。我々は本研究において、断面形状がコの字型の3枚のプレートから成るデバイスを提案した。2枚は液体窒素で80Kに冷却されており分子の速度を減速させる働きをする。残りの1枚は液体ヘリウムで20Kに冷却されており分子を凝縮させる役目をする。デバイスをこのようにするのは、分子線の速度は超音速のため直接20Kの壁に入射させてもトラップされる確率は低いと考えられること、および高価な液体ヘリウムを使用するより安価な液体窒素を用いて冷却した80Kの壁に分子をまず入射させ、そこで速度を一旦減速させてから20Kの壁面で確実に分子をトラップしてしまおうという考えに基づいている。本研究では、上記の二次元デバイスに流入してくる分子の流れを直接シミュレーション・モンテカルロ法を用いて解析し、種々の条件に対する凝縮性能を調べた。その結果、分子間衝突が凝縮に大きな役割をはたしており、デバイス内での分子間衝突がさかんになるようにデバイスのサイズ等を決めれば良いことがわかった。具体的には、温度20Kのプレートを出来るだけ長くとり、プレート間のギャップを小さくし、デバイスをできるだけ気圧密度の大きい所に置けば凝縮性能が上がり、チャンバー内の背圧を下げるのに高価的であるということを明らかにした。この研究で得たデータはコールドトラップのみで真空排気を行う新しい方式の真空槽の開発に資する貴重なデータとなるものと考えられる。研究成果は米国で開催された国際シンポジウムで発表した。