原研,チタンによる超高真空ゲッターポンプを開発

日本原子力研究開発機構(原研)は,チタンを材料とした真空容器を電源が不要の超高真空ポンプとして活用する技術を構築し,その応用例として,電子顕微鏡の真空性能が向上することを実証した(ニュースリリース)。

超高真空と呼ばれる非常に低い圧力の状態にすることは,半導体をクリーンな状態で輸送するためや,材料の表面を分析する電子顕微鏡の分解能を長時間安定に維持するため,さらには加速器のビーム強度を上げるためなど,あらゆる産業用装置や最先端研究用装置の高度化に必要とされる。

しかし,従来の真空ポンプでは超高真空の状態まで圧力を下げるのは容易ではなく,また超高真空の状態を維持するためには,大型の真空ポンプを稼働し続ける必要がる。そのためポンプの設置のためのスペースや消費電力に大きな課題があった。

大強度陽子加速器施設(J-PARC)では加速器のビームラインにチタンを使用しており,チタン材料から真空中へ放出される気体を低減するための熱処理や表面研磨などの研究を実施してきた。

今回の研究では,チタンが持つ気体を吸着・吸収する性質(ゲッター性能)に着目し,チタンで作られた真空容器の表面を改質することで真空容器自体を超高真空ポンプであるゲッターポンプとして活用する技術を発明した。

開発した技術を適用したチタン製真空容器(=ゲッターポンプ)を試作し試験を行なったところ,一度真空にしてしまえば,従来の様に真空ポンプを稼働し続けなくても超高真空に近い状態が200日以上持続できることを実証した。

また試作ゲッターポンプを電子顕微鏡に取り付けると,従来の真空ポンプだけでは10-5パスカル台であった電子顕微鏡内の圧力が,10-6パスカル台へと10分の1に改善し,真空性能が一桁向上することも確認した。

既存のゲッターポンプは,ゲッター材料の焼結体を真空の中に配置するが,この技術ではゲッター材料を設置するスペースが不要となる。この技術を用いた真空容器は,電子顕微鏡や加速器のビームラインだけでなく,真空を維持したまま半導体部品を輸送する容器などにも利用が可能。

また真空容器自体がゲッターポンプとして機能するため,従来ポンプに必要である設置スペースや消費電力を大幅に低減することが可能となる。研究グループは,カーボンニュートラルな持続可能社会に大きく貢献するとしている。

その他関連ニュース

  • 医科歯科大ら,チタンの高い生体適合性を光で解明 2022年05月10日
  • 東北大,レーザーを電顕のレンズにする手法を発案 2022年04月11日
  • 産総研ら,同位体を原子レベルで識別・可視化 2022年03月03日
  • 京大ら,赤外光駆動型光合成をクライオ電顕で観測 2021年04月21日
  • 生理研ら,電子顕微鏡の像コントラストを大幅向上 2020年09月09日
  • 日本電子,新型ショットキーFE-SEMを発売 2020年05月26日
  • 名大ら,リチウムイオンの動きを充放電中に可視化 2018年09月06日