量子カスケードレーザーを用いた赤外線サーモグラフィーにおけるその場較正手法の開発

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極限環境下での高精度な赤外線サーモグラフィーの実現のために、観測面における放射率のその場較正手法の開発研究を赤外線カメラや量子カスケードレーザー等を用いて実験的に原子力機構及び核融合科学研究所において行った。その成果を以下に示す。初めに、タングステン試料の放射率特性を明らかにするために、表面粗さの異なる試料を真空容器内に設置し、炭素製ヒーターを用いて約1000 ℃まで加熱した。3 μmから5 μmの波長範囲における赤外光を分光計測し、さらに熱電対で測定した試料の表面温度から放射率を評価した。その結果、試料の放射率は表面粗さに対して強い依存性を有しているが、3.4 μmと4.7 μmの二波長における放射率の比の変化率は10 %程度以下であり、単一波長による温度導出に比べて有利であることを明らかにした。次に、その場較正手法の原理検証のために、タングステン試料に対して5°の角度で量子カスケードレーザーを照射して、試料の角度を変化させることで散乱光の角度分布を計測した。その結果、レーザーを試料に対して斜めに入射した場合でも、表面粗さが1.0 μm以上の試料について散乱光を測定することができることが分かり、極限環境下である国際熱核融合実験炉（ITER）においても放射率の変化の情報を得ることができる見通しを得た。さらに、核融合プラズマ実験装置におけるその場較正手法の適用性を明らかにするために、核融合科学研究所のLHD装置において、タングステン試料を下部ポートのダイバータレッグ近傍に設置して較正手法開発試験を行った。その結果、強磁場・プラズマ環境下において試料からの放射光及び量子カスケードレーザーの散乱光を観測した。今後データ解析を進めてその場較正手法の適用可能性を探る。