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TR−I A−4号機による宇宙実験と成果


概要
 TR−I A−4号機は、平成7年8月25日、種子島宇宙センター竹崎射場から打上げられ、計画通り6分間の微小重力実験を実施した後、予定落下水域でペイロード部が回収された。分解点検した後、実験試料及び記録画像など実験データの実験協力者への引き渡しを行い、飛行中のデータ、回収後の点検、実験試料及び記録画像の分析・評価を実施した。
実験テーマと搭載実験装置

実験成果の概要

関連情報


実験テーマと搭載実験装置

 4号機には実験装置として、観察技術実験装置 II型、流体物理実験装置 II型、汎用加熱装置、温度勾配型加熱装置及び高温加熱装置 II型の5装置が搭載され、以下の5テーマの微小重力実験を実施しました。
分野 実験テーマ 代表研究者 搭載実験装置
溶液成長実験 多面体結晶形態安定性理論の微小重力下での検証 塚本 勝男
(東北大学)
観察技術実験装置 II型
流体物理実験 液柱マランゴニ流による振動流の3次元観察 河村 洋
(東京理科大学)
流体物理実験装置 II型
拡散実験 微小重力環境下の化合物半導体鉛スズテルルの融液拡散係数の測定 内田 美佐子
(石川島播磨重工業(株))
汎用加熱装置
金属・合金実験 微小重力下でのスズー鉛共晶合金の凝固 茂木 徹一
(千葉工業大学)
温度勾配型加熱装置
半導体実験 フローティングゾーン シリコンメルト内の温度変動の測定 日比谷 孟俊
(日本電気(株))
高温加熱装置 II型


実験成果の概要

 4号機にて実施された5テーマの微小重力実験の成果を以下に示します。


    1.溶液成長実験
    実験テーマ  多面体結晶形態安定性理論の微小重力下での検証
        
    実験目的  結晶の形式が、ほぼ平坦な結晶表面を持つ安定形から、角が尖る不安定形へと変化する瞬間の溶質濃度を取得することにより、世界に先駆けてミクロな視点から結晶形態安定性理論を確かめます。これによって、半導体を使った素子製造方法の一つである溶液成長において、最適な成長条件を見いだす等の結晶成長技術の改良に結びつくことが期待されます。    
    使用実験装置 観察技術実験装置 II型(OBS− II)
        
    代表研究者 塚本 勝男(東北大学 理学部)
    成果  OBS− IIでは2波長顕微干渉計を用いて、種結晶の表面の溶液濃度を測定することができました。さらにリアルタイム位相シフト干渉計を用いて、結晶の成長過程をリアルタイムに、及び高感度で観察することができました。


    2.流体物理実験
    実験テーマ 液柱マランゴニ流による振動流の3次元観察
    実験目的  3次元観察により、周期的に変化する振動マランゴニ対流の立体的な流れの構造を世界で初めて実験的に明らかにすると共に、コンピュータを使った計算結果と比較することにより、振動マランゴニ対流の発生機構を明らかにします。 これにより、マランゴニ対流が問題となってきている半導体等の結晶成長技術の向上等が期待されます。
    使用実験装置 流体物理実験装置 II型(FTX− II)
    代表研究者 河村 洋(東京理科大学 理工学部)
    成果  FTX- IIでは、大型液柱(φ50mm×L33mm)を安定して形成することができました。また、ナイロンのトレーサを用いて、マランゴニ振動流の3次元観察に成功しました。


    3.拡散実験
    実験テーマ 微小重力環境下の化合物半導体鉛スズテルルの融液拡散係数の測定
    実験目的  物質の輸送・移動に対する熱対流の影響を取り除くことにより、赤外線素子(窒素酸化物、二酸化炭素等の公害の原因となる物質の濃度測定用レーザー等に使用できると考えられています)用材料として有望視されている鉛スズテルルのスズの拡散係数を高精度に測定します。 これにより、地上での鉛スズテルルの最適な結晶成長条件の決定に寄与することが期待されます。
    使用実験装置 汎用加熱装置(ITF)
    代表研究者 内田 美佐子(石川島播磨重工業(株))
    成果  ITFでは、X線観察により、試料内部に気泡等の異常がないことが確認され、坩堝内の自由表面形成防止機構が正常に動作したことが確認されました。


    4.金属・合金実験
    実験テーマ 微小重力下でのスズー鉛共晶合金の凝固
    実験目的  合金が固まっていく際に最初にできる固体は初晶と呼ばれています。この実験では、溶融・凝固時の重力環境を制御することにより、初晶のでき方に関する2つの主な学説のどちらが正しいかを世界で初めて明らかにします。 これにより、鋳造技術の改良に寄与することが期待されます。
    使用実験装置 温度勾配加熱装置(TGF)
    代表研究者 茂木 徹一(千葉工業大学 金属工学教室)
    成果  TGFでは、自由表面の形成を防止しつつ、融液試料が漏れ出すことのない坩堝内の自由表面防止機構を開発し、計画通りの試料を作ることができました。
     

    5.半導体実験 
    実験テーマ フローティングゾーン シリコンメルト内の温度変動の測定
    実験目的  シリコン半導体に関する最新の研究から、マランゴニ対流の重要性が明らかになってきましたが、マランゴニ対流が具体的にどの様に振る舞うかについてはほとんど分かっていません。この実験では、熱対流が生じない微小重力下で振動マランゴニ流による温度変動を測定することにより、シリコン半導体融液中のマランゴニ対流について定量的に把握します。 これにより、地上でのシリコン半導体の製造技術の改良が期待されます。
    使用実験装置 高温加熱装置 II型(HTF− II)
    代表研究者 日比谷 孟俊(日本電気(株))
    成果  HTF- IIでは、シリコン融液のマランゴニ対流による温度変動を測定し、さらにシリコン融液の微小な揺らぎを観察しました。




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