本文総合研究大学院大学学術情報リポジトリ甲1581 本文

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機薄型構造超高速衝突

電気的現象研究

長岡洋一

博士学

総合研究大学院大学

物理学研究

学専攻

成

(2)

(3)

Abstract

Currently, more than 10 million space debris larger than 1 mm exists in earth orbit. The probability of collision with 1 mm size space debris is estimated approximately once per year for a standard size spacecraft. The space debris mitigation guidelines to prevent the creation of new debris have been implemented recently, but the amount of debris is still increasing year by year. It is practically required to clarify the effects of debris hypervelocity impact on spacecraft and reflect the knowledge in the spacecraft design to minimize the impact damage. In the research field of the hypervelocity impact, the structural damage associated with the penetration, cratering, and secondary debris ejection has been well studied, but the electrical damage has been drawing little attention so far. However, the electrical effects induced by the hypervelocity impact, such as plasma production, electromagnetic radiation, and electrical potential change, could give a serious damage to the satellite electrical systems.

In many cases, the largest part of spacecraft exposed to the space environment is the solar array panel. The area of solar array panel usually amounts to 30-40% of the total surface area of the standard satellite. On the other hand, from a standpoint of space structure, thin planar structure typically around 1 mm thickness is more and more used to reduce the transportation cost, especially for large-scale spacecraft. The thin film solar array, planar antenna, and inflatable thin truss have recently started being used. One of the typical examples for the large space infrastructure in the future is the Solar Power Satellite (SPS), the gigawatt class power station in space. It is believed that the SPS system will be constructed from film mirrors, thin film solar arrays, and thin planar antennas in km-scale structures.

As the threat of collisions with the space debris increases with the spacecraft surface area, we have to consider the unavoidable collision damages in its mission life for the large-scale spacecraft. Since the thin-film solar cells less than 1mm thick is regarded to become the mainstream in the future, my research has been concentrated on the electrical effects induced in the hypervelocity impacts to thin planar structure with less than 1 mm thickness.

The objective of my research is to clarify the propagation of impact plasma over the planar target and the change of electrical potential of the metal target, by conducting hypervelocity impact experiments using a light gas gun. By establishing physical models associated with the impact plasma and potential change, we will be able to predict the electrical effects induced by the impact of the space debris or meteoroids, and to assess the possible risk in the phase of spacecraft design.

In the hypervelocity impact experiment, an Al projectile, spherical 3.2 mm in diameter and 45-47 mg in weight, was used. The impact velocity was between 5.5 km/s and 6 km/s. Metal plates with 0.1-3 mm

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in thickness to simulate thin-film or thin-plate solar cell array were used for the impact target. The experiments were carried out in a vacuum less than 4×10^-2 Pa, to avoid the collisional effect of the residual gas to the plasma propagation. The impact plasma was measured by an array of plasma probes distributed near the impact point. The expansion of the luminous gas cloud was observed by a high-speed video camera. Combining the particle and optical data, the propagation of impact plasma was analyzed in three dimensions. The electron temperature to calculate the plasma density was assumed to be the same temperature as the luminous gas cloud which was derived by using spectroscopic method under the black-body approximation. The charging effect at the impact was studied by measuring the potential of the target plate which was electrically isolated from the chamber wall.

The major results obtained in the hypervelocity impact experiment are summarized as follows; (1) Dependence of plasma density on the propagation angle

The plasma propagated mostly at the angle less than 30 degree from the target surface. The experimental results show that a high-density plasma, typically 10¹³- 10¹⁵cm^-3 at 10 cm from the impact point, propagated along the surface of the target.

(2) Plasma propagation velocity

The propagation velocity both for the plasma and the luminous gas cloud had nearly the same profile, which means they were in local thermal equilibrium at the initial phase when they were produced at the impact point. The plasma velocity was generally highest along the target surface and decreased with the angle from the surface.

(3) Change of electrical potential of the target

The potential of the target reached +7 ~ +12 V within 100 ns and then decreased slowly with time. The potential was measured with a capacitance 200 pF between the target and chamber wall.

Based on the experimental results, physical models associated with the electrical effects at the hypervelocity impact of the spherical projectile on the planar target are proposed. They are summarized as follows;

(1) Propagation model for the impact plasma

The model based on a drift Maxwellian distribution suggests that the maximum plasma density is deceased with the distance from the impact point (L) as L^-3. The experimental results show that the maximum plasma density decreased as L^-4 ~ L^-5. If we assume that the background gas density

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temporarily increased at the impact, the experimental results are reasonably explained by the model. Since the possible increase of the ambient gas density is peculiar to the laboratory experiment configuration, the L^-3 dependence is applicable to the impact phenomena in space.

In the model, the impact plasma is ejected uniformly in the allowable open space with an initial velocity distribution of Maxwellian type. This model suggests the peak plasma density is maximum in the direction along the target surface and is decreased as separated from the surface. The experimental results show that the plasma density was maximum between 70° and 90° and decreased as the angle got smaller. Thus the model can explain the dependency on the propagation angle observed in the experiment.

(2) Model for change of electrical potential

The potential change of the target at the impact is explained by the Maxwellian electron energy distribution. It is interpreted that the electrons faster than the ions caused the rapid initial positive charging and then the charging was relaxed in the effect of the macroscopic plasma motion in the target chamber. The charging voltage observed in the experiments are consistent with the model calculation.

Based on the experimental results and proposed models, it is possible to predict the risks caused by the electrical effects of the hypervelocity impact on spacecraft in the space environment.

(1) Risk of impact plasma

The plasma density observed in the experiment was as much as 10¹⁵ cm^-3 at 10 cm from the impact point, which is much higher than the ionospheric plasma density by the 9th order of magnitude. For the solar array voltage more than 100 V, it is reported that the ambient plasma density more than 10¹⁰ cm^-3 has a potential risk for the electrical discharge. The amount of the plasma production depends on the impact velocity, mass and material of the projectile, and thickness and material of the target. But if we apply the experimental results and the plasma propagation model directly to the solar array panel in space, the area for the discharge risk could be extended 1-2 m around the impact point.

(2) Risk of potential change

The potential of the conductive panel or cable can be changed or fluctuated at the hypervelocity impact. If we apply the experimental results and the charging model directly to the solar array cables in space, the potential change amounts to 10 V level. The charging effect will be higher for the larger plasma production. The potential change will propagate through the wires to reach the internal electrical systems and could give a harmful interference in the logic circuits.

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概要

現地球周回軌遈 mm 1000 万個

い言わ地球周回機遀用中数回程 mm

衝突生能性あ。近減策

行わうい総々増加傾向あ

後開発衝突機及響解明必須あ。

機や超高速衝突研究

主構造的損傷関研究行わ。例え機防護関連被衝

突体貫通限界貫通孔形状衝突生放

出形態関研究あ。構造的破壊衝突発

生伝高周波帯電磁波放射発生伴う被衝突体電変動現象生

機電気的響及能性あ超高速衝突電気的現象研究非

常要あ。

多場合機表面最大面積占部陽電池あ一般的

地球周回人衛星陽電池全表面積 30～40％占い。特

後開発輸送減目的薄膜陽電池面ン

ン構造軽大型薄構造型的厚 1mm 程本

格的使用う考えい。将来超大型構造物型例

あ級陽発電衛星主要部あ集部発電部送電部全

薄構造想い。衝突確率機表面積広

高う大型構造物や

衝突避響評価必要あ。近い将来機大

電力伴う軽減目的 mm 程厚薄膜陽電池使用主

流想本研究厚 mm 薄対

貫通型衝突生電気的現象研究対象。

本研究薄貫通型超高速衝突実験行う衝突空

間的伝衝突部電変動特性明物理構築

目的実施。超高速衝突現象機及電

気的響衛星設計段階評価能学的知見得

能考え。実験単一元素構成厚 0.1mm～3.0mm

金属薄対直径 3.2mm 質 45-47mg 金属球速 6km 程

衝突実験行。衝突部中心配置

空間的布計測。伝関連現象あ高温発

現象衝突発雲高速。結果比較伝

(7)

特性明。密求際衝突発 3 波長計測求

温用い。一方被衝突物体生電変動ン絶

縁状態ン間発生電計測。本研究得

衝突電変動関主実験結果次あ。

密伝角依性面 30 角範密

最大角。特響評価要衝突沿面方向

伝密実験行材料場合衝突置距 10cm 置

10¹³～10¹⁵ cm^-3 程あ。

伝速計測伝速高速

画像求発雲伝速程あ。両者

遀動等い考え。

衝突部電変動衝突部持静電容 200pF 程場合発生電

変動最大値 V～ V 程あ。電最大値要時

間 100ns 程あ。

薄対球形衝突場合電気的現象

物理構築。結果示。

衝突伝

実験実験実験ン残留響伝距

～乗程減衰布仮本

密距乗減少示。

放出幾何学的伝能空間限仮伝能範

時間共変。実験結果密あ角最大

伝最大角性的示。

電変動現象物理

電子ン移動差一部電子脱ン過剰衝突

部帯電考え。新粒子布

布あ仮衝突部電変動生いう立。

基い計算結果計測電比較本電変動明あ

示。

実験結果物理機対超高速衝突生電気的響

示唆。

衝突響

本実験計測密伝距依性仮発電電 100V

場合放電開始閾値密 10¹⁰cm^-3 面 1～2m 範

(8)

響及ぶ推。比較的衝突確率高い直径 1mm 衝突生密

本実験得密桁程い仮場合放電

生領域 1m 程。

電変動現象響

陽電池あい機表面電気伝部衝突発生場合衝突部対

地容応電発生電変動伝ン通衛星部伝

い能性あ。本実験観測 10V 電変動総 10¹⁵個対

地容数 pF 場合あ本実験電変動大減衰部

伝場合回路等悪響及能性あ。

(9)

i

表目次

表 . - 最近大型高電機例 [1] ... - 1 -

表 . - 実験条件一覧 ... - 23 -

表 . - 電計測結果 ... - 40 -

表 . . - #26 捕捉観察結果放出角 80.5 ... - 51 -

表 . . - 電計測結果計算比較 ... - 75 -

表 - 人衛星部各構成 [49]-[51] ... - 77 -

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- 1 -

第章序論

. ^宇 ^機のバ ^{電圧の傾向}

80 頃衛星 1kW 程多 90 後半 10kW 程

衛星遀用うい。静軌遈通信利用多現

20kW 弱衛星主流い。う人衛星発電電力大電力

伴い熱損失減軽減目的高い電

電用いうい。大電力伴う電昇傾向

表 . - 示。開発初期 80 28V 多用いい

表示う 90 中 50V 使用う 90 後半

大型静衛星等 100V 主流い。現最発電電高い ISS

電 160V あ。電高い放電生や

機電高電傾向機周辺放電深刻

考え。

. ^ペー ^環境

意味あ活動行う地球衛星軌遈周

回い人物体義人類開発生あ。

固体燃焼生酸人

衛星等表面塗料燃料ン生人

表 . - 最近大型高電機例 [1]

称国高用途打 ^発電電力

[kW]

電 [V] ADEOS ^日本 ^軌遈 ^地球観測 1996 8.0 32～50 ETS-VI 日本静軌遈技術試験 1994 6.0 32～50

日本静軌遈通信実験 2008 6.1 50

ISS ^軌遈 ^人基地 2000 65 160

Terra ^軌遈 ^地球観測 1999 2.5 127

DS-1 惑星間軌遈惑星探査 1998 2.5 100

ETS-VIII 日本静軌遈通信 2004 7.5 110 Boeing 702 ^静 ^軌遈 ^{通信放送} 2000 18 100 Muses-C ^日本 ^{惑星間軌遈} ^惑星探査 2003 2.0 120

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- 2 -

衛星破爭破爭等あ。大遀用終え人衛星や

最終段及び付属ンや類あ。

ン終了後人衛星残留推薬や載爆発生 [2]。軌遈

軌遈暴露物体回表面観察行う材質調

い。軌遈構成比体積密 2.8g/cm³ や

50% 最多次い 8.9g/cm³ 銅 30% 1.8g/cm³ 樹脂 4.5g/cm³

ン 10% い [3][4]。表的環境 ESA

MASTER [6][7] NASA ORDEM [8] あ。 . - NASA ORDEM2000 計算 2010 時軌遈高 400km 軌遈傾斜角 51.6彰

空間布示。現地球周回軌遈 mm

1000 万個い言わ [9] 地球周回機

mm 衝突数 1 回程割合生能性あ。

例え . - 軌遈場合直径 mm 衝

突確率計算 10kW 発電相当 25m² 陽電池対 5

1 回確率衝突生。軌遈総々増加

傾向あ後開発衝突機及響評価

必須あ。特大型構造物ン期間中や

衝突避あ響最限対策必要あ。

国際ン ISS 1cm 1～10cm 10cm

種類類対策立 10cm い軌遈予測一時的

軌遈高変更回避行動あ [10]。対

的損傷いう構造対策講い。

. - NASA ORDEM2000 計算 2010 布

高 400km 軌遈傾斜角 51.6 [3][5]

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- 3 -

. 超高速衝突現象の研究背景

機や超高速衝突主

衝突部構造的損傷関研究行わ。例え機防護関連

被衝突体貫通限界貫通孔形状衝突生

放出形態関研究あ [11]-[22]。衝突物体被衝突物体貫通薄関

現象固体液体状放出物衝突側貫通側生数

m/s 速放出数 km/s 超高速放出。

機対衝突や士衝突新発生次的

発生置次い。

. . 超高速衝突にる電気的現象

超高速衝突生電気的現象衝突電磁波放射[23] 被衝突物体電

変動あ。電磁波衝突生成放射い考え [24]

被衝突体電変動衝突原因生現象あ考え。

本論文着目衝突振舞い衝突部電変動現象関研究背景

。

衝突関研究

衝突生研究電荷研究電子温密

計測等行わい。電荷研究多機載微粒子衝突

検出器校等目的行わい。載検出器校実験得経験式

検出器得解析衝突物体特徴衝突速衝突物体質材質

や空間布関知見得。検出器衝突部近傍

衝突部対電加電極設置電荷増幅型

ン用い超高速衝突発生電荷 Q⁺ 負電荷 Q^- 測 [25][26]。

校実験多数行わ様々条件い衝突生

総電荷電荷負電荷総和 Q^影衝突質 m 衝突速 v 経験式 Q^影

m v 調値 1.0 程値検出器材質異 2.5～4.5 程

範いう結果得い [27]-[29]。

惑星学 Crawford Schultz ン法

衝突密計測行わい [30]。実験 Al 対 Al 球

速 5.4km/s 衝突角面基準 15 衝突

衝突置直線距 170mm 設置角面基準 66

置設置影10V 周波数 5kHz 周期 200 s 弦波加電流電

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- 4 -

特性得密 10⁹～10¹¹[cm^-3] 電子温～4500[K] いう結果得

い。実験掃引周波数計測値伝現象終了

後実験ン密電子温あ伝過程

計測結果い考え。

衝突部電変動関研究

NASA ESA 開発土星探査機 Cassini 土星ン通過際

機ンン間状電変計測い [31][32]。

状電変機構体表面衝突発生ン電子

移動遊い一部電子脱機瞬間的帯電結

果ン電波形観測考えい [32]。脱電子帯電 Q

衝突部静電容 C ン計測電 V 用い Q=CV 求

。

. . 超高速衝突にる電気的現象宇機に及ぼす影響

超高速衝突生衝突機及電気的響研究模擬

陽電池対衝突実験行わい。JAXA 氏発電状態模擬

陽電池対衝突実験行衝突前後発電変計測衝突

響評価行わ [33]。後行わ九業大学赤星福長崎研

究発電状態模擬陽電池衝突時信号等計測陽電池

発電電衝突誘起放電関係等報告い [34][35][36]。 Brandhorst

実験衝突領域 LEO GEO 環境模擬発電状態あ陽電

池対衝突実験行わ [37][38]。う機用いい陽

電池対衝突実験行わ電気的響評価研究い。

放電引起原因い衝突伝形態物理的

特徴細調電気的響研究いい。機

衝突電変動 § . . 述う土星探査機 Cassini 学

観測装置発生電検出い衝突伴う発生電

機え響評価例い。

(18)

- 5 -

. ^{本研究の目的}

機や超高速衝突 . - 示

う構造的響電気的響考え。本研究主機械

的損傷関研究行わ。例え機防護関連被衝突体貫通

限界貫通孔生形状厚設置間隔

衝突生成遀動関研究あ。一方衝突電

気的響衝突発生伝高周波帯電磁波放出発生

伴う被衝突体電変動挙電気的現象十解明

機及響評価いい。実際機構体外側陽

電池やン電気的要素あ一般的人衛星場合陽電池

機表面全表面積 30～40% 占い。衝突生成露出電

気部品や帯電絶縁体表面放電引起能性あ。衝突部

電変動載機器響及能性あ。

本研究超高速衝突電気的響注目薄貫通型超高速衝突実

験行う衝突伝特性衝突部電変動特性明

物理構築目的実施。

超高速衝突現象陽電池え電気的響や衛星設計段階評価

う。本研究薄貫通型衝突研究対象理

非貫通型場合表面伝主衝突初期

発生特性薄場合あ考え及び近い将来大電

力型高電型陽電池軽薄膜主流想

あ。

. - 薄超高速衝突現象薄自体及構造的響電気的響

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- 6 -

. ^{本論文の内容}

第章 § . 機電傾向 § . 環境 § .

超高速衝突生電気的現象機え響研究状況本研究新規

性 § . 本研究目的い述。

第章実験方法い明。§ . 超高速衝突実験使用実験装

置段式軽銃実験ン § . 計測方法衝突発雲

温計測計測電計測 SEM/EDS

元素析 § . 実験条件い述。

第章超高速衝突生現象計測結果い明。§ . 高速

衝突発雲結果 § . 温計測 § .

衝突計測結果 § . 衝突部電変

動 § . 元素析結果示。

第章第章述結果関考察行う。§ . 衝突生成

伝関物理 § . 衝突部電変動関物理立

実験結果比較結果い述。

第章第章述超高速衝突実験結果第章述物理基

い超高速衝突生電気的現象衝突電変動現象機え

響い述。第章本論文述第章本研究

後課題い述。

(20)

- 7 -

第章超高速衝突実験装置と計測手法

§ . 段式軽銃動作原理実験ン周辺配置明 § .

計測方法い明。 § . 実験条件い述。

. 超高速衝突実験装置と実験装置の配置

超高速衝突模擬実験行う学研究所

実験超高速衝突実験装置用い。 . - 及び . - 実験装置全体

写真及び構成示。実験装置段式軽銃実験ン構成い

。段式軽銃火薬燃焼加速ン子軽い水素や

気体縮超高速射出装置あ [39]。金属

球発射場合金属球保持容器使用。本実験使

用装置使用場合直径数質数十

金属球速 6km 程発射。銃発射

速発射管実験ン間設置組検出器

成速計測装置計測通過時強変時間差検出

器間距速計測。段式軽銃流

側大型ン隔壁経路真空ンン拡散

ン計測装置設置実験ン配置い。実験ン

径 35 cm 幅 70 cm 容積 50 Litter あ。 . - 実験ン周辺

拡大示。本実験衝突生高温物理的特性計測

目的あ実験直前状態衝突高温響え

実験ン残留力十い値保要あ。実験

ン厚 _{12 m} PET 隔壁経路設置

段式軽銃側隔絶拡散ン用い実験領域 10^-3Pa 真空引。

実験時衝突後力昇真空ン合避拡散ン

真空配管間あ閉。閉段式軽銃

発射数時間要衝突直前実験ン

力 10^-2Pa 中程。衝突伝対残留響考慮

段式軽銃発射直前電真空計力計測行い力

計表示値記録家庭用速 30frames/sec 用い。

本論文貫通場合注目研究い

衝突面衝突面衝突側び貫通い

側貫通側称。衝突側貫通側角 . -

う法線方向基準 0 沿面方向 90 義

(21)

- 8 -

。義衝突生放出物固体状液体状衝突発雲

高温衝突飛散角伝角設置角等い

論際用い。

. - 超高速実験装置全体写真

. - 実験装置全体

DP 拡散ン RP ン

(22)

- 9 -

. - 実験領域拡大

. - 本実験 ^角 ^{義衝突側貫通側} 義

(23)

- 10 -

. ^{計測機器，計測手法}

. . 高速度にる衝突発光雲の影

衝突生発雲高速 Hyper Vision HPV-1 島津製作所使

用。 . . - 実験領域置関係示。最速 100 万

/ 間隔_{1 s} 102 枚連続能あ。回実験速

50 万 ^/ 間隔_{2 s} 25 万 ^/ 間隔 4 s 設

行。結果 312搬260 81120 画素各画素 8bit 保

。学系衝突置焦合わン Nicon 焦距 50mm

使用。高速衝突発雲伝様子観測う

進行向対垂直配置。

. . - 衝突発雲用高速配置写真

(24)

- 11 -

. . イーにる高温の温度計測

黒体輻射特性衝突側高温温算出衝突発強 3 波

長観測。計測波長門実験[40] 参考 500nm 700nm 900nm ン

幅 40nm 選各波長ン組合わ。

. . - 示う衝突置向うン

外設置。 . . - 示う中央ン床水方向見う

設置あ対ン 10彰角衝突置見う設置

い。面行ン付置見う設置

。ン面前直径 13mm 絞入い。絞

面距 28mm あン部角影13彰入設

計い。衝突置( ン面距 340mm) 直径 160mm 空間見

。

S1223-01 浜用い。

面積 3.6搬3.6mm 端子間容 150pF あ。軸

長 1m, 静電容 100pF 測器直接接続。応答速

主回路中 CR 時数決高速応答計測能う測器入

力ンン _50Ω 。計測回路時数 CR=250pF搬50Ω=12.5ns ^あ

衝突発計測十応答あ。性能感

ン面ワ場合電流変換割合表。

使用ン波長 500nm, 700nm, 900nm 感 0.3A/W, 0.48A/W, 0.57A/W あ。計測使用 500nm, 700nm, 900nm ン

ン幅 40nm 透過率 66% 61% 66% あ。本性能評価

ンンンン用い行。色温既知ンンン

ン DC12V 色温 3300K ン面距 340mm 置置い色温

計測計測回路性能評価行。結果 . . - 示

。本計測対象物温計測確。

(25)

- 12 -

. . - ^{波長強観測用} 配置写真

学付観測視中央衝突置

う配置い。

. . - 配置

(26)

- 13 -

. . - ンンンン性能確

○ 各波長相対強各種補。実線 3300K 特性曲線あ。

0 500 1000

0 0.5 1

波長 [nm]

計測値 [相対値]

(27)

- 14 -

. . ロー法にる衝突マの計測

本研究電極用い測行う法[41]

計測行。 . . - 使用外観示。電極直径

6mm 厚 0.5mm 型あ電極 10mm 間隔向い合わ電極裏

面絶縁物覆。 . . - 計測回路示う電極間 9.6V 一電

加電加電極間到遉回路閉

密温応電流流。通常法中挿入

電極電変電電極流入電流関係

計測超高速衝突発生

伝単発現象あ現象生い間加電掃引

電流電特性得い。本実験ン飽和電流

計測十考え 9.6V 一電電極間加衝突

ン飽和電流計測行。加電一い電流電特性

電子温求い § . . 述衝突発計測中性

温計測中性間熱衡仮電子温推。

計測絶縁型多ン入力 DM3300 電測

用 HSV 型ン使用。装置周波数応答 DC～10MHz 入

力ンン _{1MΩ あ。計測時} ンン速 20MS/s 50ns 間隔

。 . . - 付近設置配置例示。高速

観測高温衝突発雲衝突面水方向拡

傾向あ一部あ衝突伝角伝速や密

異予想。衝突伝角依性調 .

. - 示う計 14 個衝突側 5 方向 30 ～90 15

10 個 Ch1～10 貫通側 4 方向 60 30 20 10 各 1 個 Ch11

～14 設置。衝突置距衝突側 30 45 60 75 方向

60～80mm 程衝突側 90 方向 100～200mm 程貫通側 60 方向 30 方向 20 方向 10 方向 40mm 65mm 100mm 140mm 程あ。衝突側

90 方向設置 Ch1～3 Ch4～6 密周空間

伝共う減衰伝距依性調目的設置。衝突置

電極距 Ch1～Ch3 100mm 140mm 180mm あ Ch4

～Ch6 100mm 150mm 200mm あ。 3 組伝

距密関係計測。Ch1～3 2 枚電極面並行

配置衝突置響面並行

方向伝計測。直接流側設置

響いう飛行方向見

5 設置い。示配置表的例あ

(28)

- 15 -

実験若異配置い。

. . - 外観

2 枚型電極製支柱

保持。

. . - ^計測回路

ンン一時的流大電流

電降いう挿

入い。

. . - 配置写真

(29)

- 16 -

. . - 実験ン配置表例

ン配置。Ch1～Ch3 Ch4～Ch6 垂直方向配置

。飛行方向ン見。Ch1～Ch3 Ch4～Ch6

う配置い。衝突置衝突置

距若異 Ch1～Ch3 100mm 140mm 180mm あ Ch4～Ch6 100mm 150mm 200mm あ。

(30)

- 17 -

. . 衝突部の電位変動計測にける実験配置

電変動計測時実験ン写真 . . - 電変動計測実

験配置 . . - 示。固実験治製あ実験

ン通ン実験基準電電い。

固際固部表面絶縁ン

貼ン電気的絶縁う。

角固両端 1cm搬10cm 面積固部接い。部

実験治金属面絶縁対向い行ン

ン構成 1 所あ 100～175pF 程静電容あ。実験

固部静電容異い厚 1mm 場合

角 4 所際面中央僅隙間生いあ。

厚 1mm 場合厚 3mm 場合実験治間距長

静電容 60～80pF 程値い。実験ン設置

前後実験間静電容計測値変

実験ン間浮逿容無視程大あ考え。

間計測軸使用配線

周置関係変動浮逿容計測え響極力減。LCR

用い間計測実測ン

ン _2μH ン 250pF あ。電変動計測

Agilent, DSO7034A 使用。本装置入力ンン _{1 MΩ 14 pF} 周波数帯域 350 MHz あ。

電変動現象衝突時発生関係予想

電計測時総推目的用い

密測実施。配置 . . - 示

あ。

(31)

- 18 -

. . - 電変動計測時実験ン写真

写真衝突実験後あい貫通孔観察。

. . - 電変動計測実験配置電気接続 C11+C12=200～350pF C4=54pF

(32)

- 19 -

. . 走査型電子顕微鏡にるイの元素分析

SEM/EDS [42]

捕捉捕え元素析走査型電子顕

微鏡 SEM; Scanning Electron Microscope 付属散型検出器 EDS; Energy Dispersion Spectroscope 用い。観察走査型電子顕微鏡 SM-510 Topcon

用い観察時電子銃加速電 15kV 。特性 X 線検出器

散型Ｘ線器 DX-4 EDAX 使用。検出器原子番号 B 素

原子番号 U ン時析能あ特性 X 線検出際

解能 150eV あ。

SEM EDS 元素析原理明。原子核周回電子

原子核拘束い電子結合大持電子

原子入射入射電子原子殻電子放出。空

軌遈外殻電子う差持 X 線特性 X 線

放出。特性 X 線元素固波長持 X 線計測

照射対象元素能あ。特性 X 線検出 X 線固体

電作用利用半体検出器行う。Li 拡散 Si 半体検出器 X 線入

射入射 X 線強比例電子- 孔対生成対数電流計

測。EDS 熱雑音減液体窒素い。特性 X 線

EDAX 検出器飛び込比例微弱電流 Si 結晶流。

微電流電変換電遊い横軸

ン数縦軸構成。特性 X 線多

発生。置観察対

象元素特。

捕捉観察方法

SEM EDS 用い捕捉表面元素析行い

表面溶融物高温痕跡元素特。SEM/EDS 行

捕捉元素析結果 § . 示。本析主目的

伝高温一部含固体や液体状態元素析

行うあ。特高温元素析衝突元素あ

考え振舞い解析要あ。

析対象元素組合わ理論基測線

い手法必要場合あ。本研究

元素析あ線手法適用必要

いう特性Ｘ線いい銅捕捉選択

。 . . - 捕捉配置 . . -

(33)

- 20 -

捕捉置関係示。衝突側放出調

中心 100mm 置面垂直捕捉設置。

捕捉材質 Al Cu 2 種類あ。Cu 捕捉 SEM/EDS 元素

析行うあ Cu 捕捉両側設置 Al 捕捉広い範布

様子調あ。Cu 捕捉 60mm搬60mm あ両側

60mm搬190mm Al 捕捉設置。Cu 捕捉中心衝突

場合衝突面 30 角範放出布調

う配置。

. . - 捕捉写真

(34)

- 21 -

. . - 捕捉置関係

(35)

- 22 -

. ^{実験項目と実験条件}

超高速衝突生電気的現象的評価段式軽銃衝突

実験計 29 回行。厚 100 m～500 m, 1mm, 3mm 金属 6 種類 Al, Ti, Cu, Ag, Ta, W 用い。直径 3.2mm 質 45mg～47mg 球材質 AL5052 用い衝突速 5.3～6.3km/s あ。

本実験使用金属薄大＃～ 10cm搬20cm ＃

～ 10cm搬10cm あ。衝突生高温実験ン中

伝過程実験ン残留衝突響減

実験直前実験ン均自行程距程

う実験直前残留 4×10^-2Pa 空気均自行程 200mm

う実験行。本論文扱実験条件表 . - 示。

(36)

- 23 -

表 . - 実験条件一覧

#

実験時力 [Pa]

空気均自行程 1/nσ [cm]

高速

F 値衝突速

[km/s]

直径

[mm] [mg] ^材質大 [cm搬cm]

厚 [mm]

密 [g/cm³]

面密 [g/cm²]

6 5.48 3.2 47 Al 10搬20 0.5 2.7 0.135 0.04 25.1 4 7 5.43 3.2 47 Al 10搬20 0.1 2.7 0.027 0.03 28.2 4 8 5.39 3.2 47 Al 10搬20 0.3 2.7 0.081 0.04 22.7 4 9 5.44 3.2 47 Ag 10搬20 0.2 10.49 0.210 0.04 24.5 4 10 5.78 3.2 47 Al 10搬20 0.2 2.7 0.054 0.08 12.2 4 11 5.53 3.2 47 Al 10搬20 0.4 2.7 0.108 0.08 12.2 4 12 5.25 3.2 47 Cu 10搬20 0.5 8.92 0.446 0.08 12.2 4 13 5.52 3.2 47 Cu 10搬20 0.1 8.92 0.089 0.08 11.9 2 15 5.48 3.2 47 W 10搬20 0.1 19.25 0.193 0.11 8.2 4 17 6.02 3.2 45 Cu 10搬20 0.5 8.92 0.446 0.030 31.0 2.8 18 6.28 3.2 45 Cu 10搬20 0.1 8.92 0.089 0.028 33.2 2.8 19 5.96 3.2 45 Al 10搬20 0.5 2.7 0.135 0.024 38.8 2.8 20 6.02 3.2 45 Ti 10搬20 0.1 4.54 0.045 0.021 30.0 2.8 22 6.04 3.2 45 Ta 10搬20 0.1 16.65 0.167 0.070 13.3 2.8 24 5.55 3.2 45 Cu 10搬10 0.5 8.92 0.446 0.036 25.8 2.8 25 6.16 3.2 45 Cu 10搬10 0.5 8.92 0.446 0.039 23.8 2.8 26 5.83 3.2 45 Ag 10搬10 0.5 10.49 0.525 0.044 21.1 2.8 27 5.94 3.2 45 Al 10搬10 0.3 2.7 0.081 0.012 77.5 2.8 28 6.07 3.2 45 Al 10搬10 3.0 2.7 0.810 0.028 33.2 2.8 29 5.72 3.2 45 Al 10搬10 1.0 2.7 0.270 0.040 23.3 2.8

(37)

- 24 -

第章超高速衝突実験の結果

本章超高速衝突実験実験結果い述。§ . 衝突発雲高速

画像 § . 波長測温

計測結果 § . 計測衝突測結果 § .

電変動現象計測結果 § . 元素析結果い示。

. ^高速度 ^に ^{る衝突発光雲の} ^影結果

高速衝突発雲伝様子例衝突側 Al

厚 100 m 500 m ^画像 . - 示。発雲衝突側主面沿

方向拡散貫通側発強衝突側比非常い。衝突生発

雲衝突時発生高温一部電状態あ想。各

発雲置追跡発雲伝速次元的

求。 . - 示画像 _{6 s 降} 発雲拡遅

いう見え発雲空間拡単体積あ

発強弱見現象考え。高速画像 .

- (b) 求発雲伝速 . - 示。空間伝

発弱考慮衝突 4 s ^画像 ^{伝速} ^求 ^。

Cu 場合高速連続写真及び伝速 .

- . - 示。い用い場合衝突発雲伝速

面近い速発雲伝速角依性あ。発雲伝

速解析行いい材料 Ag Ti Ta W 材発雲

連続写真 . - 示。い衝突側発雲主沿面方向伝

い。一連連続写真後半実験装置次衝突

発や実験ン壁面や実験表面生射衝突発雲

動追跡い。

(38)

- 25 -

. - 高速観測発雲伝 Al

#7, 厚 100 m #6, 厚 500 m

(39)

- 26 -

. - 高速観測発雲伝 Cu

#18, 厚 100 m #17, 厚 500 m

(40)

- 27 -

. - 衝突発雲時間変求伝速 Al

#6 厚 500 m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0

5 10 15

伝角 [ ]

発雲伝速 [km/s]

. - 衝突発雲時間変求伝速 Cu

#12 厚 500 m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0

5 10 15

伝角 [ ]

発雲伝速 [km/s]

(41)

- 28 -

(a) (b) (c) (d) . - 高速観測発雲伝 Ti, Ta, W, Ag

a #20, Ti , 厚 100 m b #22, Ta ^{, 厚} 100 m c #15, W , 厚 _{100 m} d #16, Ag 厚 _{100 m}

(42)

- 29 -

. ^イ ^ー ^に ^{る温度計測結果}

本研究中心波長 500nm 700nm 900nm ン幅 40nm ン

付用い衝突発強計測波長強

. - 式黒体輻射式温 1000K 変えン

高温温算出。§ . . 述う衝

突置向う設置直径 150mm 広い範入射構造

い。発雲伝速 10km/s 視半径 75mm あ

衝突後 7.5 s 時間 75[mm] / 10[km/s] = 7.5 s 観測視広

い降時間帯視発雲広い。本計測

全体均的温高温温計測い。

� = _{� {exp (−}^ℎ _�^ℎ ) − } ^{. -}

h ン数 6.626×10^-34[J s] c 速 2.998×10⁸ [m/s] 波長 [m] kB ン数 1.38×10^-23[J/K] T 黒体温 [K] あ。Al

Ti 波長強時間変 . - 計測時間間隔

0.4 s . - 計測時間間隔 0.04 s ^示 ^。縦軸 ^衝突発 ^計測値

感 [A/W] ン透過率換算強

あ。Al 場合各強比温算出 Ti

場合自体響除数時間

均温算出。発雲温 . - 示 Al #19

厚 500 m ^場合 ^発 ^立後 1.2 s 15000K あ 1.6～2.4 s 温傾向あ。2.8～3.6 s 経過 ^時 ^温 11000K～18000K

衝突射入射響考え。

Al 場合衝突後高温温 5000K～15000K あ推

。 . - 示 Ti #20 厚 100 m ^場合 ^衝突

後強最大時刻 11000K 後衝突 2 s 経過 ^時 8000K 4 s

経過時 7000K 程い。Ti 場合衝突後高温温 7000K

～11000K あ推。

(43)

- 30 -

. - 波長強時間変温 Al

#19 厚 500 m

0 2 4 6 8 10

0 0.1 0.2

0 5000 10000 15000 20000 : 500nm

: 700nm : 900nm : 温

時刻 [s]

計測値 [W] 強比求温 [K]

. - 波長 ^強 ^時間変 ^温 Ti

#20 厚 100 m

0 10

0 1 2

0 5000 10000 15000 : 500nm

: 700nm : 900nm : 温

時刻 [s]

計測値 [W] 強比求温 [K]

(44)

- 31 -

. ^衝突側に ^ける ^{マ計測結果}

. . ロー電流波形，マ伝速度と角度の関係

計測電流波形型例 Al 計測

結果 . . - Ag 計測結果 . . - 示。波形

横軸衝突時刻計測衝突発立時刻基準

時刻あ。衝突置設置置距信号得

置到遉時刻伝速求。

密最大時刻伝速求。 . . - (a)

#7, #27, #11, #6, 厚 100 m～500 m . . - (b) 銅 #13, #18 厚 100 m 500 m . . - ン #20, 厚 100 m . . - 銀

#9, 厚 200 m . . - ン #22, 厚 100 m

場合伝速伝角関係示。60 角

電流 S/N 悪い時間確伝速確

求困あ。 60 角設置

求伝速示い。結果伝速 90 近

大傾向あ。 #6 厚 300 m ^場合

衝突発雲伝速比較結果 . . - 示。示

う衝突発雲伝速程あ高速

衝突発密高い部表い考え。

(45)

- 32 -

Ch1 角 74.3 距 66.4mm

Ch2 角 41.8 距 71.1mm

Ch3 角 61.6 距 67.2mm

. . - 各方向設置電流時間変 Al

#6 厚 500 m

0 10 20

-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

時刻 [s]

電流 [A]

0 10 20

-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

時刻 [s]

電流 [A]

0 10 20

-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

時刻 [s]

電流 [A]

(46)

- 33 -

Ch1 角 73.3 ^距 69.8mm

Ch2 角 45 ^距 73.5mm

Ch3 角 61.4 距 56.4mm

. . - 各方向設置電流時間変 Ag

#9 厚 200 m

0 10 20

0 0.5 1 1.5

時刻 [s]

電流 [A]

0 10 20

0 0.5 1 1.5

時刻 [s]

電流 [A]

0 10 20

0 0.5 1 1.5

時刻 [s]

電流 [A]

(47)

- 34 - a Al

b Cu

. . - 伝速伝角関係 Al, Cu

40 50 60 70 80 90

0 10 20

: # 7 (Al 100 m) : #27 (Al 300 m) : #11 (Al 400 m) : # 6 (Al 500 m)

伝角 [ ]

伝速 [km/s]

40 50 60 70 80 90

0 10 20

伝角 [ ]

伝速 [km/s]

: #13 (Cu 100 m) : #18 (Cu 100 m)

(48)

- 35 -

. . - 伝速伝角関係 Ti

#20 厚 100 m

40 50 60 70 80 90

0 10 20

伝角 [ ]

伝速 [km/s]

. . - 伝速伝角関係 Ta

#22 厚 100 m

40 50 60 70 80 90

0 10 20

伝角 [ ]

伝速 [km/s]

(49)

- 36 -

. . - ^伝 ^速 ^{伝角} 関係 Ag

#9 厚 100 m

40 50 60 70 80 90

0 10 20

伝角 [ ]

伝速 [km/s]

: #9 Ag 200m

. . - 衝突発雲衝突 ^{伝速} 比較 Al

#6 厚 500 m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0

5 10 15

伝角 _[ _]

伝速 [km/s]

発雲伝速伝速

(50)

- 37 -

. . ロー電流のマ密度の算出

通常法電対電流関係あ電流-電特性

得電子温 Te ン飽和電流 Iio 求流入ン電流表

. . - 式電子密 Ne 求。

� = κ� e ( )^/ S ^{. . -}

Ii0 ン飽和電流[A] 比例数 0.6 e 素電荷 1.602×10^-19 [C] kB

ン数 1.38×10^-23[J/K] mi ン質 [kg] Te 電子温 [K] S

電極面積[m²] あ。本実験う超高速衝突生伝

加電掃引電流-電特性得いン飽和電

流計測十考え 9.6V 大一電電極間加

電流ン飽和電流時間変計測。空間布式

うン飽和電流 Ii0 電流求電子温 Te 計測

直接求い。衝突一部電状態あ

高温中性生成生成直後衝突置近傍生成

気体非常高密あ中性衝突頻繁起中性

局所熱衡状態考え。 § . 得衝突後

高温温 5000～10000K 範あいう計測結果電子温 5000～

10000K 範あ仮計算。

材質構成い考え本計算粒子

材質構成場合材質構成場合い

密算出。伝過程両極性拡散仮い

温電子温用い粒子質ン質用い。

§ . . . . - . . - 示電流波形電流値電子

温一あ仮密比例表い。

示う密あ時刻最大後減少い。

(51)

- 38 -

. . マ密度と伝距離の関係

密伝距う減衰調 90 方向

距変え箇所設置計測行。表例 Al

#27 厚 300 m ^対 ^{衝突実験得} Ch4～Ch6 電

流波形 . . - 示。

本計算 § . . 明粒子材質

構成場合材質構成場合い密算

出。材 Al Cu Ag 場合い 90 方向伝各

置密最大値 . . - (a)～(c) 示。

一計測値示電子温想

幅 5000～10000K 及び材質質差

密算出幅示あ中央値示あ。

示う最大密空間伝共減衰伝距

乗乗減衰。最大密伝距関係伝

得結果踏え § . . 細解析行う。

. . - 90 方向伝距電流関係

各衝突距中示。 #27 Al , 厚

300 m

時刻 [μs]

電流[mA]

0 5 10 15 20

0 10 20 30 40

50 ：Ch4 196.2mm

：Ch5 146.1mm

：Ch6 196.1mm

(52)

- 39 -

(a) Al #27 厚 300 m

(b) Cu #24, 25 厚 500 m

(c) Ag #26 厚 500 m

. . - 最大密伝距関係 Al, Cu, Ag 両軸対数表示

10¹¹ 10¹² 10¹³ 10¹⁴

#27 Ch1-3

#27 Ch4-6

最大密 [cm-3]

伝距 [mm]

90 100 200 250

10¹¹ 10¹² 10¹³ 10¹⁴ 10¹⁵

#24 Ch1-3

#24 Ch4-6

最大密 [cm-3]

伝距 [mm]

90 100 200 250 ¹⁰

11

10¹² 10¹³ 10¹⁴ 10¹⁵

#25 Ch1-3

#25 Ch4-6

最大密 [cm-3]

伝距 [mm]

90 100 200 250

10¹¹ 10¹² 10¹³ 10¹⁴ 10¹⁵

#26 Ch4-6

最大密 [cm-3]

伝距 [mm]

90 100 200 250

(53)

- 40 -

. ^{超高速衝突に} ^{る電位変動の計測結果}

本ン衝突時電計測結果い述。衝突時電

計測 Al Cu Ag 対計回行。～各実験観

測電波形示。波形時刻衝突発立時刻

あ衝突時刻示い。衝突

生 100 s 程前 ^計測電 ^昇 ^{衝突前電} V 程

い。衝突電変衝突直前電基準。

表 . - 各衝突実験実験条件衝突速ン間静電容

立電及び立時間示。計測波形衝突後 100ns 最大

電 _{後 2～3μs 程} 時間や電減少い。立

降い場合計測系響振動的波形周波数 6.0

影0.2MHz 範あ。本実験う金属薄対地容 200～350pF 程直径 3.2mm 質 47mg 球速 6km/s 程衝突場合 +7

～+12V 程電変動計測。

表 . - 電計測結果

#

衝突速度

ターゲッターゲッとン間衝突後の立ち上

材質厚さの静電容量ピー電圧時間

[km/s] _{[ m]} [pF] [V] [ns]

25 6.16 Cu 500 198 11.8 67

26 5.83 Ag 500 200 9.5 118

27 5.94 Al 300 200 6.8 100

28 6.07 Al 3000 349 8.5 115

29 5.72 Al 1000 221 7.3 114

(54)

- 41 -

. - 電計測結果 Cu

#25 厚 0.5mm

0 10 20 30

-5 0 5 10 15

時刻 [s]

発生電 [V]

. - 電計測結果 Ag

#26 厚 0.5mm

0 10 20 30

-5 0 5 10 15

時刻 [s]

発生電 [V]

(55)

- 42 -

(a) ＃ Al 厚 0.3mm

(b) ＃ Al 厚 3.0mm

(c) ＃ Al 厚 1.0mm

. - ^電計測結果 Al

0 10 20 30

-5 0 5 10 15

発生電 [V]

時刻 [s]

0 10 20 30

-5 0 5 10 15

発生電 [V]

時刻 [s]

0 10 20 30

-5 0 5 10 15

発生電 [V]

時刻 [s]

(56)

- 43 -

. SEM/EDS _に _るイ _{の元素分析}

. . ーゲッ表面の観察

SEM/EDS 用い表面 Cu 捕捉表面付着衝突元

素析行。 #26 Ag 厚 500 m ^実験結果 ^い ^明

。学顕微鏡観察結果 . . - 示。

元素析 Ag 貫通孔表面貫通孔周表面行。

貫通孔周部指。

面間 0.1mm 程隙間あ厚 0.1mm 程あ。

観察結果 . . - . . - 示。 . . - 示う

表面銀部表面溶融

材付着い。外側材

付着いい部あ材銀確表面溶融

い。大部材あ表面付着い

考え。 . . - . . - . . - . . - .

. - 貫通孔周辺 . . - 隣置部表面様子

示。Ag 表面材 Ag 材 Al 溶融物

付着い。溶融物衝突置放出考え。 . . -

状衝突痕跡放出物面斜衝突生

あ示う斜衝突痕跡非常少

大部溶融物付着あ。

. . - ^実験後 ^生 ^貫通孔 Ag

厚 500 m #26

(57)

- 44 -

. . - Ag ^元素 ^析結果

Ag #26 厚 500 m ^{貫通孔周辺} SEM 画像中 ^材 Ag ^緑

表示材 _Al 赤表示。画像側貫通部あ。

中画像側黒い部特性Ｘ線計測部あ。

. . - Ag 元素析結果

Ag #26 厚 500 m ^{貫通孔周辺} SEM 画像中材 Ag 緑

表示材 Al 赤表示。 . . - 示 Al Ag 境界部

2000 倍倍率観察結果あ。

(58)

- 45 -

. . - 貫通孔周辺元素析結果

Ag 表面 SEM 画像中材 Ag 緑表示

材 Al 赤表示。貫通孔周辺。SEM 画像黒い部

箇所示い。

Ag 表面 SEM 画像中材 Ag 緑表示材 Al 赤

表示。多溶融付着銀。

Ag 表面 SEM 画像中材 Ag 緑表示材 Al

赤表示。貫通孔周辺。SEM 画像黒い部

箇所示い。

(59)

- 46 -

. . - 貫通孔周辺衝突元素析結果

赤表示。溶融物 Al あ。

. . - 貫通孔周辺衝突元素析結果

赤表示。

(60)

- 47 -

. . イ捕捉板表面の観察

衝突解析粒子成関知見得要あ。

通常電い衝突発生大部高温あ

発生少い考え両者似通成あ考え。

衝突置放出高温組成調目的垂

直方向銅捕捉設置面高温衝突痕析。高温伝速

速 10km 程あ捕捉衝突衝突元素検出

考え。高温衝突痕跡調衝突少い部元素

析。体的 . . - 示う固体衝突

部部痕跡少い部銅色い

部観察。中示～ 8 所表面観察元素析行。衝

突放出角 89.5 89.4 88.9 88.3 87.7 86.5 83.5 80.5 あ。 . . - 示う捕捉表面特徴的形状示い部

元素析行。

. . - ｂ示部析。特性 X 線計測結果表例

. . - ｂ中 2 14 析結果 . . - . .

- 示。 . . - . . - 横軸Ｘ線 [keV] 縦軸ン値[cps] Ｘ線強表い。縦軸ン値試料電子線照射発生Ｘ線単時間あ Si 半体検出器中生成電子- 孔対比例数値

あン値大い観察領域元素多い示い。使

用素子適ン値 1000～4000cps 範あ本研究行観察

範う適宜電子線照射径調整。

. . - 全わン

特元素観察領域多数示 4 本あ。ン

主照射電子線原子核減速生連続Ｘ線

あ。4 本う 0.932keV, 8.044keV, 8.904keV 3 本捕捉銅

発生特性Ｘ線あ残 1 本 1.485keV 材

あ。 2 部部底面

生い示い。様 14 部捕捉溶融物

. . - 示う銀特性Ｘ線あ 2.982keV 3.148keV 確

材放出捕捉衝突。

所置放出角 89.5 89.4 88.9 88.3 87.7 86.5 83.5

80.5 特性 X 線元素析結果表 . . - 。結果

関 86.5 83.5 80.5 部残い

あ銀検出面近い 89.4 あ。溶融物

(61)

- 48 -

関 89.4 86.5 83.5 80.5 い銀検出

。多場所両方時検出検出 89.4

88.9 80.5 1 所銀検出 89.4 1 所あ

。一方高温痕跡確考え Cu 捕捉表面 86.5 83.5

80.5 3 所検出銀検出 1 所高温

両者う融い材構成い

考え。衝突成大部あ推

。

ン衝突側放出形態 . . - 示。示う

ン場合放出大部放出角 85 方向生い。

. . - 実験後捕捉 #26 Ag 厚 _{500 m}

捕捉材質 Cu 大 60mm×60mm あ。側側

放出角 90彰側 60彰あ。示所 SEM 画像得元素析行。

(62)

- 49 -

. . - 捕捉 SEM 画像放出角 80.5

#26 Ag 厚 _{500 m}

. . - 捕捉表面状態模式

部表面部部溶融物捕捉表面溶融物捕捉

表面観察行。

(63)

- 50 -

. . - 捕捉生部溶融物析結果

. . - 2 析結果。溶融物 Al 検出。 #26 Ag

厚 _{500 m}

. . - 捕捉面溶融物析結果

. . - 14 析結果。溶融物 Al Ag 両方検出。

#26 Ag 厚 _{500 m}

(64)

- 51 -

表 . . - #26 捕捉観察結果放出角 80.5

観察点 Al Ag Ag

の形状 KA1 LA1 LB1 1 (3) ータ，溶融物 21 - - 2 (1) 〃，底面 15 - - 3 (2) 〃，ム 260 - - 4 (1) ータ，底面 20 - - 5 (2) 〃，ム 126 - - 6 (5) 板面上，痕跡無 109 - - 7 (5) 板面上，痕跡無 92 - - 8 (5) 板面上，痕跡無 95 - - 9 (5) 板面上，痕跡無 87 - - 10 (5) 板面上，痕跡無 89 - - 11 (1) ータ，底面 20 - -

12 16 - -

13 (1) ータ，底面 112 - - 14 (4) 板面上，溶融物 642 859 418

15 76 - -

16 88 - -

12, 15, 16 形状困あ。

(65)

- 52 -

. . - 捕捉画像 #22 Ta 厚 _{100 m}

赤線面側放出角 5 引い面側

85 80 75 70 65 60 あ。Ta 場合主 85 方向放出生い。

(66)

- 53 -

. 本章の実験結果のまとめ

衝突

電流時刻算出衝突伝速発雲

算出伝速程あ沿面方向対衝突速～倍

程速伝い。

計測電流波形衝突生成周空間

ン状伝明。

中性局所熱衡状態あ仮電子温

計測求温適用結果最大密伝距関係関

実験結果密伝距乗乗程

減少明。

電変動

ン間静電容 200～350pF 金属薄材

質 Al, Cu, Ag 厚 0.3mm, 0.5mm, 1.0mm. 3.0mm 対衝突速 6km/s 程直径 3.2mm 質 47mg 球衝突場合 7V ～ 12V 程電変

動計測。

計測響い考え最大電要時間

100ns あ。立降い場合計測系響

振動的波形周波数 6.0影0.2MHz 範あ。

最大電後 _{2～3μs 程} 時間や電減少い。

元素析

#26 Ag 厚 _{500 m} 解析結果衝突放出

多材あ。捕捉

衝突痕跡無い部析結果衝突高温

成主材あ推。

(67)

- 54 -

第章実験結果の解析

衝突生成伝関物理衝突電変動現象

関物理示第章述実験結果関考察行う。§ . § .

衝突生成伝関物理衝突電変動現

象関物理提案実験結果比較行う。

. ^衝突 ^マの伝

. . 衝突マの伝

超高速衝突高速発生明固体中伝

衝撃波理論衝突物体間幾何学的置関係基いン現象

良知い [43]。2 枚対称衝突場合物体間角一

あ衝突物体間角あ臨界角大場合間あ一方

向流体的物体放出発生理論的実験的示

い [44]。ン開始臨界角大衝突速

中伝衝撃波速表。物質中伝

衝突波速材料依衝撃縮各材料文献[45]

い。特本研究う薄対球垂直衝突場合衝

突物体間角 0 90 時間的変場合物体間角

あ臨界角大時発生開始理論的示

実験的球衝突発生ン現象明報告

い [46]。高温や伝いン

基臨界角観測例い。

§ . 示高速衝突発雲画像や§ . 示

密計測結果う本実験衝突面沿方向大高

温伝確。高温や伝

関記うン現象う放出開始臨界角い考え

。機響評価特要あ衝突側沿面伝

い超高速衝突生生成過程伝過程関考察行い実験結果

比較。 . - . . - (a) 衝突直後画像求高温伝

速求伝速程あ。わ

発担い思わ高温遀動観測衝突

遀動あ考え。高い遀動持

衝突接触部

本文 総合研究大学院大学学術情報リポジトリ 甲1581 本文

機 薄型 構造 超高速衝突

電気的現象 研究

長岡 洋一

博士 学

総合研究大学院大学

物理 学研究

学専攻

成

Abstract

概 要

目 次

目 次

表 目 次

第 章 序論

. 宇 機のバ 電圧の傾向

. ペー 環境

. 超高速衝突現象の研究背景

. . 超高速衝突に る電気的現象

. . 超高速衝突に る電気的現象 宇 機に及ぼす影響

. 本研究の目的

. 本論文の内容

第 章 超高速衝突実験装置と計測手法

. 超高速衝突実験装置と実験装置の配置

. 計測機器，計測手法

. . 高速度 に る衝突発光雲の 影

. . イ ー に る高温 の温度計測

. . ロー 法に る衝突 マの計測

. . 衝突部の電位変動計測に ける実験配置

. . 走査型電子顕微鏡に るイ の元素分析

. 実験項目と実験条件

第 章 超高速衝突実験の結果

. 高速度 に る衝突発光雲の 影結果

. イ ー に る温度計測結果

. 衝突側に ける マ計測結果

. . ロー 電流波形， マ伝 速度と角度の関係

. . ロー 電流 の マ密度の算出

. . マ密度と伝 距離の関係

. 超高速衝突に る電位変動の計測結果

. SEM/EDS に るイ の元素分析

. . ーゲッ 表面の観察

. . イ 捕捉板表面の観察

. 本章の実験結果のまとめ

第 章 実験結果の解析

. 衝突 マの伝

. . 衝突 マの伝

本文総合研究大学院大学学術情報リポジトリ甲1581 本文

機薄型構造超高速衝突

電気的現象研究

長岡洋一

博士学

物理学研究

概要

目次

目次

表目次

第章序論

. ^宇 ^機のバ ^{電圧の傾向}

. ^ペー ^環境

. . 超高速衝突にる電気的現象

. . 超高速衝突にる電気的現象宇機に及ぼす影響

. ^{本研究の目的}

. ^{本論文の内容}

第章超高速衝突実験装置と計測手法

. ^{計測機器，計測手法}

. . 高速度にる衝突発光雲の影

. . イーにる高温の温度計測

. . ロー法にる衝突マの計測

. . 衝突部の電位変動計測にける実験配置

. . 走査型電子顕微鏡にるイの元素分析

. ^{実験項目と実験条件}

第章超高速衝突実験の結果

. ^高速度 ^に ^{る衝突発光雲の} ^影結果

. ^イ ^ー ^に ^{る温度計測結果}

. ^衝突側に ^ける ^{マ計測結果}

. . ロー電流波形，マ伝速度と角度の関係

. . ロー電流のマ密度の算出

. . マ密度と伝距離の関係

. ^{超高速衝突に} ^{る電位変動の計測結果}

. SEM/EDS _に _るイ _{の元素分析}

. . ーゲッ表面の観察

. . イ捕捉板表面の観察

第章実験結果の解析

. ^衝突 ^マの伝

. . 衝突マの伝