ISSN 0914-9805

2003,Sep.

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No.

CONTENTS〜アメリカ航空宇宙学会とSPIEレーザーオプティクス会議出席〜『光と蔭』
レーザービーム伝送研究チーム研究員

砂原淳

共同研究員（姫路工業大学 高度産業科学技術研究所）

宮本修治、望月孝晏

技術を中心とした先端的かつ独創的な研究を推進すると共に、姫路工業大学は、1944年開校の兵庫県立高等工業学校を前身とし、49年に工学部を持つ大学として開学されました。90

新しい産業科学技術基盤の創出を図り、産業支援を通して社会の発展に貢献することを目的として設置されました。

年代山中千代衛学長のもと90年に理学部、92年には自然・環

ここで発生する光は、主に軟Ｘ線、真空紫外領域の光で、産境科学研究所、93年には附属高等学校、94年には高度産業科業界への活用が拡大していくと予想される領域の光です。

学技術研究所、98年には環境人間学部が設置され、大発展をニュースバルを用いて半導体やマイクロマシンなどの微細加工遂げています。来年4月には神戸商科大学、県立看護大学と統技術の開発、材料技術の開発、新光源の開発等産業に結びつく合し、「兵庫県立大学」となります。

技術の開発を行っています。

本学の研究水準に対する あまり知られていない評価 の一面

微細加工の分野では放射光による高いアスペクト比のパターは、論文の引用度指数に表れています。朝日新聞社の「大学ラン形成が可能な「LIGAプロセス」
を中核として、マイクロプロンキング」
2003年版に掲載された国内大学・機関別の論文の引セスの研究開発を行っています。光スイッチ、端末用の光学素用度指数（1990〜1999年）
では、姫路工業大学は工学分野で第1子、バイオチップなどの要素部品が出来ています（図３）。ま位、化学分野で第3位、生物学・生化学分野で第5位、総合でた、極端紫外リソグラフィー露光装置の開発と共に、プロセスも第13位となっています。引用度指数は、分野別の平均引用の開発を行っています。世界一微細な50nmのパターン形成に度（100）に対する各大学の引用度の倍率を示したもので、その成功しています。さらに、EUV光学系の波面収差を高精度に分野で世界的に著名な学術雑誌に大学から出された論文の全体評価する技術やEUVL用フォトマスクの検査技術の開発研究も的な質を表す指標と考えられています。

行っています。
ニュースバル放射光を使って、軟X線による直接微細加工の高度産業科学技術研究所は播磨科学公園都市にあります。付研究も進められています。さらに、物質の表面に放射光を照属研究施設として、1.5GeVの電子ビーム蓄積リングによる放射すると光励起反応により、テフロン表面の組成・構造を変射光源「ニュースバル」が稼働しています。本研究所は、光科学化させ、親水性から超撥水性まで制御できることを見出しま5した（図１）。このように、屈折率や親水性などの物性が変化する現象を利用して、光導波路技術や機能性素材の表面改質研究も行われています。
新光源の開発では、蓄積電子ビーム流を利用してγ線ビームの発生とその応用研究を行っています。これまでのγ線利用は放射性物質からの崩壊γ線を用いていましたから、ランプのようにあらゆる方向に放射されていました。また、γ線のエネル
ギーは用いる放射性物質により決まり、数MeVのγ線に制限されていました。一方、電子蓄積リングの高エネルギー電子にレーザー光を衝突させることにより、エネルギーの揃ったγ線がビームとして発生させることができます。最近のレーザー装置の性能向上によりこれを利用できることが検証されてきました。ニュースバルで周回している電子ビームにレーザーを正面衝突させると、特殊相対論のローレンツ収縮効果によって逆コして見るという応用も考えられます。 図２は長さ50mm,直径

ンプトンガンマ線は電子の方向に跳ね返され数千万倍ものエネ２mmの金ロッドとアルミロッドとをアレイ状に束ねた材料をルギーを電子から受け取るのです。

ターゲットとしてそのγ線透過像をイメージングプレート（IP）で撮影したものです。この図から、50mm厚の高Z番号物質のこのビームを原子炉で発生する核廃棄物に照射することに透過像が分解能 0.2 mm 程度で得られていることが分かりま

よって、核変換を引き起こし、半減期が数千万年のものを数十す。また、各ロッドの透過像の中心部にγ線の収束効果と思わ分にしてしまうという応用が考えられています。これは、（財）れる、強度の強いスポットが観測されました。これらの実験にレーザー技術総合研究所との共同研究として、基礎研究を開始

は1〜1.5GeVの放射光施設であるニュースバルがエネルギー的しています。また、γ線CTとして、非常に分厚い鋼材を透過に最も適しています。

レーザー推進研究の世界的動向、米ロを相次ぎ訪問
レーザービーム伝送研究チーム
アメリカ航空宇宙学会（AIAA）
年会およびSPIEのレーザーオザー推進エンジンの開発研究もまもなく実証試験を行うとプティクス会議に出席するためフロリダ州オーランドとロシア・サンクトペテルブルグ市を訪問した。アメリカ航空宇宙学

ころまでくるなど基礎研究と並行して基盤技術研究も進展

会ではレーザー推進においてレーザー照射強度を制御することにより推進剤や必要エネルギーを最小限に抑えることが可能なしている。地球の重力下ではペイロード1g当たり平均１kWことを示した。これはエネルギーと推進剤質量を独立に制御できるレーザー推進方式に特有な利点である。将来、レーザーのレーザーパワーが必要である。したがって数百kWのレービーミング技術が宇宙空間で利用できるようになれば推進器へ外部からエネルギー供給可能となり、出発時に搭載する推進剤ザー装置を用意すればマイクロ衛星の打ち上げ実証実験がを非常に小さくし、より多くのペイロードを低コストで宇宙空間へ運ぶことができるようになる。

可能であり、このような規模のレーザー推進実証実験の提内田成明

レーザー推進研究の世界的動向はL. MyraboのLight Craft

AIAA
案もなされている。一方、半導体レーザーなど小出力のレーザーを用いても二重構造ター（レーザークロス178号）に代表されるようにパルス繰り返し運転が可能な高尖頭出力レーザー装置を用いたレーザー推進の実ゲットのような運動量結合効率の高い推進剤を用いることにより、軌道上の衛星の姿勢制御に充分な推進力を発生することが証研究が最も目を引くものである。また、後述のように文科省の支援の下、当研究所や(独)航空宇宙技術研究所がロシアの光できる。
これらはレーザー推進技術の応用の一例であるが、その実現

電子機器総合試験研究所（RICTOD）と協力して進めているレーには大出力のレーザー装置や宇宙実験に適した国際宇宙ステー

2ションのようなプラットホームが必要であるので研究規模は国際的な共同研究体制が必要であると考えられる。昨年のアラバ
マ州ハンツビルで開催された第１回ビームエネルギー推進国際

今回はオーランドを訪れた機会に中央フロリダ大学CREOLのM. Richardson研究室も訪問した。この研究室は米国でEUVシンポジウム（ISBEP）の第２回がこの秋に仙台で開催されることになっており、この機会を利用して国際協力体制を立ち上げ（リソグラフィー用極端紫外）
光のレーザープラズマからの発生を研究している中心的な研究室である。実用EUV光発生装置る方策も議論する予定である。

では固体ターゲットをプラズマ化するときに発生するデブリ対策が大きな課題である。この問題を解決するため研究室では1レーザー推進に用いられる推進剤には固体(または液体)と気体が用いられる。このうち、固体推進剤を用いる方法はターショットあたりのEUV光を発生するのに必要最小限度の固体ターゲットを用いる手法を研究している。通常基礎実験などにゲット構造を工夫することによりエネルギー効率重視型や推進剤利用効率重視型など使用環境に適した性能を制御することが使われる板状のターゲットにおいてレーザースポット周辺のプラズマになりきらない物質がデブリとなることを防ぐことがメできる。初めに述べたようにレーザー推進を用いるとエネルギーは外部から供給できるので宇宙空間では特に推進剤の利用リットであるが、原理は上記ペレット推進剤やレーザー核融合用燃料ペレットの考え方と共通である。

効率を高めることが輸送コストの低減につながる。このためには少量の推進剤に大量のレーザーエネルギーを供給することに続いて大西洋を渡って建都300周年を祝うロシア第二の都市より推進剤を高速に加速することが必要である。一方、従来主に用いられてきた平面ターゲットにレーザーを照射する方法でサンクトペテルブルグを訪れた。目的は現在、宇宙開発事業団を中心として検討を進めているレーザーによる宇宙太陽エネル

はレーザーのスポット周辺にも熱伝導により低温プラズマまたは溶融状態が発生し、推進剤の損失となる。したがって、レーギー利用システム（L-SSPS）の紹介と前述のRICTODとの共同研究に関するディスカッションである。L-SSPSの発表はProf.

ザー核融合のようなペレット状の推進剤を、それらを完全にプラズマ化させるに十分なレーザーエネルギーで照射する方式がMakの率いるレーザー物理研究所（ILP）が主催するLaser Optics会議で行った。L-SSPSについてはレーザークロス184号に報告有望である。ターゲットの照射技術は将来のレーザー核融合実用炉に必須の技術であり、基礎技術開発の研究が始まっているしたので参照いただきたい。会議で目を引いたのはプレナリーセッションで発表があった高出力ファイバーレーザーである。

が、レーザー推進への応用は両研究領域を活性化させる相乗効果が期待できるのでぜひとも進めたいテーマである。

これはドイツIRE-Polusグループの製品でYbドープファイバーからシングルモードで400W、300μmφコアからは10kWが出……86

筆者は長年慣性核融合の研究に従事してきた。燃料とする重水素三重水素のペレットターゲットにレーザー光を周囲から照射し、燃料球の表面がプラズマ化し、外向に噴出することを利用する。その現象をアブレーション（融除）というが、この時発生する内向の反作用を燃料の圧縮・加熱に使い、核融合反応をひきおこすのである。磁場閉じ込め核融合方式と違い、燃料が自らの慣性で存在する間にエネルギーを取り出す方式である。
物体にはすべて慣性があり静止物体は常に静止をつづけ、運動する物体は不断に運動をつづける。これが物理学のいうInertia（慣性）の法則である。
ところで慣性のもっとも大なるものは何か、まさにそれは頭脳の慣性ではなかろうか。一旦すりこまれた思考はちょっとやそっとで変更されることはない。昭和20年以降7年に及ぶ占領とその後の影響は日本人の頭脳に深く、広く動かし難い慣性でもって定着している。
GHQ（連合軍総司令部）
から与えられた憲法を挙々服膺し、未だに改定出来ないでいる。1990年代のバブル経済の後始末も一向に進まない。時代がとうとうと流動しているのに政府の機構は実質何も変更がない。むしろ硬直化している面もある。政党も旧態依然のまま一向に変わらない。ということは国民全体が大きな慣性力に支配されている何よりの証拠である。
かつてエドワード・テラーは慣性力支配に米国では二つ例外があると言った。それはペンタゴンとユニバーシティだと。
両者とも烈しい国際競争に勝ち抜くため不断に新天地を模索しているから、頭脳の慣性を克服しているのだとのご託宣である。しかし、最近のイラク問題ではペンタゴンもご同様慣性力が強いようだ。ところで、わが国の大学は残念ながら最も強い慣性力の支配下にある。ボトムアップの習慣がこれを支えているのはまことに妙な取り合わせと言えるのではな
かろうか。大学の独立行政法人化が吉と出るか凶と出るかまさに思案の為所だ。
【（財）
レーザー技術総合研究所 研究所長】
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力可能である。コンクリートを切断したり、厚さ8 mmのアルミ板を毎分3mの速度で溶接するなど本格的産業応用が可能なファイバーレーザーが現れた。これはCLEO Europeなど他の会議でも 宣伝 されていたようで、各地で話題となった。
サンクトペテルブルグを訪れたもう一つの目的であるRICTODとの共同研究に関する議論は場所を移し、80km西にあるSosnovy Bor市で行った。ここはソビエ
ト連邦崩壊までは原子力や軍事用大型光学素子の研究開発などを行っていた秘密都市で、現在も市境通過時に身分証明書と外国人には内部からの訪問確認書の提示が求められる。ここを訪れるのは今回で3度目だが、プーチン大統領の地元ということもあって大統領の別荘や沿道の廃墟も立て直されて整備が進んでいた。デコボコだった道もある。この結果は設計に用いたコンピューターシミュレーションと比較し、修正を加えた後モデル機の最終設計を行う。実証

補修され経済が立ち直ってきているという印象であった。以前は建物も森も湖もくすんだ暗いイメージであったが、今回はそ実験は今年の冬に実験室内でワイヤーガイドされたモデル機を約20m上昇させる計画である。

れぞれに鮮やかな色彩が蘇ってきている印象であった。
これらの研究成果が発表される第２回ビームエネルギー推進
共同研究は国際科学技術センター（ISTC）を通じて日本の文科省の研究支援を得ながら行っているものである。今年は3年国際シンポジウム（ISBEP２）が10月20日から23日にかけて仙台市で開催される。この会議は日米欧の研究者が中心となってプロジェクトの最終年度でレーザーロケットエンジンのモデル機実証試験を最終目標としている。これまでに設計されたプロレーザーのみならずマイクロ波やX線など指向性を持たせたパワービームを用いて宇宙から人体内部までさまざまな飛行体をトタイプを図に示す。これはレーザー推進システムの噴射部であり、尖っているのは回転放物面鏡である。この面に入射した推進させる技術に関するユニークな会議である。またサテライト会議として同24日にはISTCプロジェクトに関するワーク

レーザー光はそれを取り囲む半円錐内面で反射され後方のノズル内部へ円盤状に集光し、そこに供給されるガスをプラズマ化ショップが航空宇宙技術研究所（10月1日からは宇宙航空技術開発機構）の角田支所において開催される。

して推進力を発生する仕組みである。この方法により光学面をプラズマにさらすことなく集光ができる。この設計に沿ったベ関連する情報はhttp://nana.ifs.tohoku.ac.jp/isbep2/、またはuchida@ile.osaka-u.ac.jpにお尋ねください。

ンチテスト機が製作され実証実験に必要な推進力が得られつつEUV光源開発の数値シミュレーション
レーザービーム伝送研究チーム

研究員

砂原淳

新しく研究員に採用されました砂原淳と申します。どうぞよろしくお願い致します。研究
テーマはExtreme Ultra Violet (EUV)光源開発のための数値シミュレーションです。専門はレーザープラズマの流体およびエネルギー輸送の数値シミュレーションであり、以前は爆縮の流体不安定性と非局所電子熱伝導の研究に従事しておりました。EUV光源用のレーザープラズマは原子過程、輻射輸送、電子熱伝導と流体が密に結合した物理的に面白い系であります。
また、数値計算的にはチャレンジングな分野でもあります。レーザー爆縮プラズマとの共通点も非常に多いため、爆縮計算で培われてきた数値計算手法が活用できればと思いますが、さらなるモデルの構築が必要となるかもしれません。数値シミュレーションコード開発、並びに実験の解析を通じてEUVにおける物理を明らかにし、EUV光源の最適化に貢献したいと思います。EUV研究は世界中でさまざまなグループが今まさに先陣を争っている分野でもあり、時間との勝負であることも認識していますので、今新たに気を引き締めているところです。他の研究員の方々とも協力し、着実に、そして素早く目標に到達できるよう、日々元気にEUV研究を進めていきたいと思います。皆様の御指導、御鞭撻を賜わりますようよろしくお願い致します。
Laser Cross No.186 2003,Sep.

http://www.ilt.or.jp

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