表面の半球反射率と放射率の同時測定のための広波長域高速ふく射スペクトル測定装置の開発

摘要

われわれは，ふく射伝熱工学の分野において，固体の実在表面の熱ふく射スペクトル特性を研究してきた[1, 2]．その実在表面はあらく，表面被膜によって覆われている．その表面のミクロ状態は時間ともに変化することがある．あるいは工業的な表面加工プロセスにおいては，そのミクロ状態は積極的に変化させられる．その熱ふく射スペクトルは，そのミクロ状態の変化に敏感に応答する．われわれは，2001年に広波長域高速ふく射スペクトル測定装置(前型式)を開発した[3]．その装置は，垂直入射鏡面反射率R_(NN)と垂直放射率ε_Nのスペクトルを近紫外～赤外の広い波長域において同時に2 s ごとにくり返し測定することができる．この装置は，表面のふく射現象[4]，表面のふく射診断[5]，熱光電発電のためのふく射工学[6]の研究に用いられてきた．このような研究の流れの中で，新しい測定装置の機能が求められた．ふく射伝熱工学の大部分の表面はふく射の不完全拡散反射性の表面であるので，われわれの装置は，その拡散反射性の表面の半球的な反射エネルギーのすべてを捉える半球反射率のスペクトルを測定できるように改良されるのが望ましい．なぜなら，半球反射率は吸収率と相補的であり，もし熱ふく射に関するKirchhoffの法則が正当であるなら，その吸収率は放射率に等しいからである．上記の工学の観点から，この研究では，0.30～11 μmの93の近紫外～赤外域の波長点の垂直入射半球反射率R_(NH)と2.0～11 μmの42の赤外域の波長点の垂直放射率ε_Nのスペクトルを同時に4 sごとにくり返し測定するスペクトル測定装置を開発した．「垂直」は，実際の装置では，近似的に15°に置き換えられる．この装置は2つの回転放物面鏡を備える光学系で半球等強度入射垂直反射率R_(HN)を測定し，その測定値を反射率R_(NH) (=R_(HN))に翻訳する．