静電浮遊炉技術実証 | 「きぼう」利用のご案内 | JAXA 有人宇宙技術部門

更新 2023年8月18日

ELF TechDemoTechnical Demonstration of Electrostatic Levitation Furnace

実施中

宇宙利用/実験期間	2016年～
研究目的	微小重力環境に設置された静電浮遊炉は、地上では浮遊させることが困難な高融点酸化物の熱物性（密度、粘性、表面張力）を計測する能力を有することを実証すること、また実際に2000℃を超える融点を持つ高融点酸化物の熱物性データを取得することが目的です。
宇宙利用/実験内容	静電浮遊炉内部の電極に高電圧を印加し、静電気力で実験試料を浮遊させます。その後、浮遊した試料にレーザーを照射し、溶かします。電極に印加する電圧に正弦波を重畳することにより液体試料に振動を励起し、その共振周波数から表面張力を算出します。さらに正弦波電圧の印加を止めた後の液体試料の振動の減衰具合から粘性を算出します。その後レーザをOFFしますが、その際の試料の寸法を画像解析し体積を求めます。試料は地上に回収し質量を計測することにより密度を算出します。
期待される利用/研究成果	高い融点を持つ酸化物は、タービンブレードのコーティング材料として使われており、その製造（溶射）プロセスの数値シミュレーションによる最適化には、熱物性データが必要となります。また、原子炉のシビアアクシデントの評価にも高温で溶融する酸化物のデータが必要です。2000℃を越える酸化物融体の熱物性データを取る方法は非常に少なく、国際宇宙ステーションでこうしたデータが取得できることを実証します。
関連トピックス	静電浮遊炉を利用して得られた各種材料の熱物性値（密度、表面張力、粘性）が公開されました（2019年9月25日）静電浮遊炉の利用実験を開始しました～高温材料の熱物性を測定します～（2018年9月28日）
詳細関連リンク宇宙科学研究所学際科学研究系・石川研究室微小重力環境を利用した材料プロセッシングや実験装置の技術研究など、現在行っている研究を主に紹介します。
研究論文（Publication）論文名 Determining the density of molten Y2O3 using an electrostatic levitation furnace in the International Space Station 雑誌名 High Temperatures-High Pressures , 52.3–4 (2023), 341–50. 論文名 Thermophysical property measurements of refractory oxide melts with the electrostatic levitation furnace in the ISS 雑誌名 Frontiers in Materials , 9(2022), 954126 論文名 Densities of Liquid Tm2O3, Yb2O3, and Lu2O3 Measured by an Electrostatic Levitation Furnace Onboard the International Space Station 雑誌名 Metals , 12.7 (2022), 1126. 論文名 Status of the Electrostatic Levitation Furnace in the ISS -Surface Tension and Viscosity Measurements 雑誌名 International Journal of Microgravity Science and Application , 2022, Volume 39, Issue 1, Pages 390101- 論文名 Electrostatic levitation on the ISS 雑誌名 Metallurgy in Space "Recent Results from ISS" , 2022, Springer pp 65-92. 論文名 Densities of Liquid Lanthanoid Sesquioxides Measured with the Electrostatic Levitation Furnace in the ISS 雑誌名 Journal of the American Ceramic Society, epub.n/a (2020), 16pp 論文名 Density of Molten Zirconium-Oxygen System Measured with an Electrostatic Levitation Furnace in the International Space Station 雑誌名 International Journal of Microgravity Science and Application Volume 37 (2020) Issue 3 論文名 Very sharp diffraction peak in non-glass forming liquid with the formation of distorted tetraclusters 雑誌名 NPG Asia Materials 12, Article number: 43 (2020) 論文名 Density of molten Gadolinium oxide measured with the electrostatic levitation furnace in the International Space Station 雑誌名 High Temp.- High Press 49 (2020), 5-15. 論文名 Status of the Electrostatic Levitation Furnace (ELF) in the ISS-KIBO 雑誌名 Microgravity Science and Technology 2018 October 1; 30(5): 643-651. 論文名 Status of the Electrostatic Levitation Furnace in the ISS - Evaluation of Sample Position Control - 雑誌名 Int. J. Microgravity Sci. Appl. 35 (2018), 350205. 論文名 Overview of the Electrostatic Levitation Furnace (ELF) for the International Space Station (ISS) 雑誌名 Int. J. Microgravity Sci. Appl. 32 (2015), 32104. 論文名 Towards Microgravity Experiments Using the Electrostatic Levitation Furnace (ELF) in the International Space Station (ISS) 雑誌名 Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan 12 ists29 (2014), Th-15-18.

石川毅彦 ISHIKAWA Takehiko

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