真空下における粉体物質の熱伝導率測定実験

本研究課題の最大の目的は、月や小惑星などの天体表層を覆うレゴリスのような粉体物質の熱伝導率に対して、統合的に理解し、惑星環境に適用可能なモデルを構築することである。前年度までに、主にガラスビーズを用いた実験的研究、およびそれらの結果を統合的に説明可能な理論モデルの構築を行った。本年度は、これらの理解を実際のレゴリスのように広い粒径分布を持ち、不規則形状粒子へ拡張するための基礎的な実験を実施した。サンプルは月レゴリスシミュラントの一つである JSC-1A を用い、更にそれをふるいによりサイズ分級したサンプルを準備した。元のサンプルとサイズ分級したサンプルの熱伝導率を比較することにより、広い粒径分布を持ったサンプルの熱伝導率における「代表粒径」を判断し、また、分級サンプルと同サイズを持つガラスビーズの結果を比較することにより、不規則形状粒子と球形粒子の熱伝導率の違いを検出することを目指した。その結果、JSC-1A の熱伝導率はサイズ分級した 100 μm のサンプルと同程度の熱伝導率を持つことが分かった。この粒径は JSC-1A の中央径に相当する。すなわち、粒径分布を持ったサンプルの代表粒径は中央径であり、中央径単一の粒子としてモデル化できる可能性を示唆する。また、粒子形状の影響は、粒子間の接触熱伝達率を下げる傾向にあることが明らかになった。上記の他、NASA の月周回衛星 Lunar Reconnaissance Orbiter 搭載の熱赤外分光計 Diviner が取得した表面温度データを解析し、月レゴリスの熱伝導率および密度の深さ分布を推定した。また、5 g 程度のの微少量粉体サンプルを圧縮しながら熱伝導率を計測することが可能な装置を開発した。

本研究課題の最大の目的は、月や小惑星などの天体表層を覆うレゴリスのような粉体物質の熱伝導率に対して、統合的に理解し、惑星環境に適用可能なモデルを構築することである。前年度までに、主にガラスビーズを用いた実験的研究、およびそれらの結果を統合的に説明可能な理論モデルの構築を行った。本年度は、これらの理解を実際のレゴリスのように広い粒径分布を持ち、不規則形状粒子へ拡張するための基礎的な実験を実施した。サンプルは月レゴリスシミュラントの一つである JSC-1A を用い、更にそれをふるいによりサイズ分級したサンプルを準備した。元のサンプルとサイズ分級したサンプルの熱伝導率を比較することにより、広い粒径分布を持ったサンプルの熱伝導率における「代表粒径」を判断し、また、分級サンプルと同サイズを持つガラスビーズの結果を比較することにより、不規則形状粒子と球形粒子の熱伝導率の違いを検出することを目指した。その結果、JSC-1A の熱伝導率はサイズ分級した 100 μm のサンプルと同程度の熱伝導率を持つことが分かった。この粒径は JSC-1A の中央径に相当する。すなわち、粒径分布を持ったサンプルの代表粒径は中央径であり、中央径単一の粒子としてモデル化できる可能性を示唆する。また、粒子形状の影響は、粒子間の接触熱伝達率を下げる傾向にあることが明らかになった。上記の他、NASA の月周回衛星 Lunar Reconnaissance Orbiter 搭載の熱赤外分光計 Diviner が取得した表面温度データを解析し、月レゴリスの熱伝導率および密度の深さ分布を推定した。また、5 g 程度のの微少量粉体サンプルを圧縮しながら熱伝導率を計測することが可能な装置を開発した。