レーザパルス照射による固体材料の破壊の物理過程に関する基礎的実験研究

摘要

衝撃を受ける固体材料の定量的な特性評価をより高効率で安全に行う必要があるが，既往の室内（あるいは屋外の）衝撃破壊モデル実験では取り扱いに注意を要する爆薬をエネルギ源とする例が多い．近隣地区への安全面での配慮から市街の実験場での爆薬の使用は年々困難となっているため，ここでは，爆薬よりも安全にデジタル制御可能なレーザ装置をエネルギ（熱衝撃）源とした実験を市街で行い，爆薬（発破）による破壊の様子と定性的に比較してみる．一般に，爆薬による発破の技術を固体の破壊に利用する場合，火薬類の爆轟に伴う高エネルギにより発生する応力波が爆源（発破孔）近傍や固体の表面および周囲に与える影響を予測することが重要となる．より詳細には，爆薬が発破孔で爆発する場合，有限の爆速で既爆発部が発破孔に沿って増大し，発破孔壁にパルス的な爆轟圧が作用する．このパルスのエネルギは発破孔壁で応力波に変換されるが，その際に生成される発破孔近傍（の固体中）の応力波動のパターンは，主として爆薬の爆速と固体の弾性波速度の比（マッハ数）により支配され，超音速，遷音速，亜音速，レイリー共鳴状態などが起こりうる．しかしながら，発破やレーザパルス照射に伴い発生する高圧のパルスエネルギの応力波への変換の詳細メカニズムをはじめ，高エネルギ源近傍の固体の衝撃的破壊には未だ不明な点が多い．本研究では，固体材料の衝撃的破壊の物理過程のより詳細なメカニズムの解明を通して，さらに安全·安心な固体材料衝撃特性評価手法を構築することを実験の最終的な目的としているが，今回はレーザ装置を用いた実験の初期段階として，既往の爆薬利用研究と比較するために固体試料としてはアクリル樹脂板を考える.