サファイア光ファイバーがクリーンエネルギーとより安全な航空旅行を約束

オックスフォード大学の研究者たちが、半ミリメートル以下の厚さの工業的に成長させたサファイアの糸であるサファイア光ファイバーを用い、2000°C以上の温度に耐えることに成功しました。光をサファイアファイバーの一端に注入すると、温度に敏感に修正されたファイバー上の一点（ブラッググレーティングとして知られる）から一部が反射されます。この反射光の波長（色）が、その点での温度の尺度となります。

この研究は、20年間の課題を解決しました。既存センサーでは、サファイアファイバーが非常に薄く見えても、光の波長と比較すると巨大です。これにより光がファイバー内で多くの異なる経路を取り、一度に多くの異なる波長が反射されてしまいます。研究者たちは、ファイバーの長さ方向にチャネルを書き込み、光を直径100分の1ミリメートルの微小な断面内に閉じ込めることでこの問題を克服しました。このアプローチにより、単一波長の光を主に反射するセンサーを作ることができました。

初期実証は1cm長のサファイアファイバーで行われましたが、研究者たちは数メートルまでの長さが可能で、その長さに沿って複数の別個センサーを配置できると予測しています。これにより、例えばジェットエンジン全体で温度測定が可能になります。このデータを用いて飛行中にエンジン条件を適応制御すれば、窒素酸化物排出を大幅に削減し、全体効率を改善し、環境影響を低減できる可能性があります。サファイアの耐放射性は、宇宙と核融合発電産業への応用ももたらします。

工学科学研究チームメンバーのモハン・ワン博士は、「センサーは極めて短いパルスを持つ高出力レーザーで製造され、このプロセスでサファイアが割れないようにすることが大きなハードルでした」と語っています。

この研究は、ジュリアン・フェルズ博士（EPSRC研究フェロー）が保有する120万ポンドのEPSRCフェローシップ助成金の一環であり、ロールス・ロイス、英国原子力庁（RACE）、クランフィールド大学、ハリバートン、MDAスペース・ロボティクスとのパートナーシップで実施されました。

RACEの研究責任者ロブ・スキルトン氏は、「これらのサファイア光ファイバーは、核融合発電所の極限環境で多くの潜在的応用を持ちます。この技術は、この分野における将来のセンサーとロボットメンテナンスシステムの能力を大幅に向上させ、UKAEAの安全で持続可能な低炭素核融合電力をグリッドに供給する使命を支援する可能性があります」と述べています。

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