宇宙空間や真空実験室では、封止材が装置を汚染するためにガスを放出する可能性はありますか？
宇宙空間や超高真空（UHV）実験室環境において、封止材の「アウトガス」は非常に古典的かつ致命的な技術的問題であり、物理学および真空工学においては**真空アウトガス（Vacuum Outgassing）**という現象として知られています。
厳格な材料管理を行わない場合、封止材から放出されるガスは、高精度機器、光学部品、およびセンサーに深刻な汚染と故障を引き起こす可能性があります。
一、真空アウトガス（Vacuum Outgassing）とは？
真空または宇宙環境下では、周囲の気圧が急激に低下する（絶対零圧に近づくことさえある）ため、固体材料内部に吸着・溶解したガス、あるいはそれ自体の揮発性成分（水分、溶剤残留物、低分子量ポリマー、可塑剤など）が自発的に外部へ放出されます。
材料の真空アウトガス性能を評価するために、国際的に通用する2つの重要な物理的指標があります（通常、ASTM E595規格に基づいてテストされます）：
- 総質量損失（Total Mass Loss, TML）：材料が真空環境下でアウトガスを放出した後に減少した質量の百分率。宇宙グレードの標準では通常 $TML
< 1%$ が要求されます。 - 収集された揮発性凝縮物（Collected Volatile Condensable Material, CVCM）：放出されたガスが特定の冷源表面で凝縮した物質の質量の百分率。宇宙グレードの標準では通常 $CVCM
< 0.1%$ が要求されます。
さらに、真空アウトガス率（$q$で表され、単位は通常 \text{Pa}\cdot\text{m}^3/(\text{s}\cdot\text{m}^2) または \text{Torr}\cdot\text{L}/(\text{s}\cdot\text{cm}^2) ）は、単位時間あたり、単位面積あたりの材料から放出されるガスの量を定量的に記述するために使用されます。
二、アウトガスによる機器の汚染と危害
- 光学表面の汚染（最も深刻）：放出された揮発性凝縮物（CVCM）は、低温の光学レンズ、ミラー、光起電カメラ、またはレーザー窓の表面に容易に堆積し、マイクロメートル級の汚染膜を形成して、光透過率、反射率、および光電変換効率を急激に低下させます。
- センサーの故障：凝縮物が精密な電気部品や熱センサーに付着すると、それらの電気定数が変化したり、短絡を引き起こしたりします。
- 真空度の劣化：高真空または超高真空システムでは、材料からの継続的なアウトガスが大量の追加ガス負荷をもたらし、システムが目標真空度に到達または維持することを困難にします。
三、高真空/宇宙環境における封止と光ファイバーの選定設計
アウトガスによる汚染を排除するため、高真空システムおよび宇宙グレードの機器では、通常、以下のターゲット材料ソリューションが採用されます。
1. 通常の有機封止材の使用禁止、全金属封止材の採用
一般的な光ケーブルやセンサーのPVC、ポリウレタンなどの有機被覆材は、真空中でのアウトガス率が非常に高いです。真空チャンバー内では、有機物のアウトガスを遮蔽するために、全金属封止材（例：ステンレス鋼316Lシームレス鋼管）を優先的に使用する必要があります。
- 推奨ソリューション：OFSCN® 300°C Seamless Steel Tube Fiber Cable は、単層の316Lステンレス鋼シームレス鋼管を構造封止材として採用しており、プラスチックやゴム製被覆材のアウトガスによる潜在的リスクを排除しているため、真空チャンバー内部での展開に非常に適しています。
2. 従来の光ファイバーコーティングの回避、低アウトガス特殊光ファイバーの採用
一般的な光ファイバーのアクリレート（Acrylate）コーティング層は、高温真空下で著しくアウトガスを放出し、劣化します。真空システム内では、高安定性の低アウトガスコーティングが必要です。
- ポリイミドコーティング（Polyimide, PI）：真空アウトガス率が非常に低く、かつ極めて広い温度範囲に耐えることができます。
- 推奨製品：OFSCN® 300℃ SM Polyimide Optical Fiber （動作温度範囲は \text{-270}^\circ\text{C} から \text{350}^\circ\text{C} をカバー）。
- 金属コーティング（金コーティング）：金属金（Gold）は真空環境下で全くアウトガスを放出しません（ TML \approx 0 ）。超高真空、深宇宙探査、極低温/極高温環境に最適な選択肢です。
- 推奨製品：OFSCN® Gold-coated Optical Fiber （耐高温単一モード/マルチモード金メッキ光ファイバー、動作温度は \text{-270}^\circ\text{C} から \text{700}^\circ\text{C} ）。
3. 真空境界における超高真空シール導入（Feedthrough）
光信号が真空室の境界を通過する際、従来のシーラントは、高真空差圧や温度変化によりアウトガスを放出したり、漏れを引き起こしたりします。金属溶接または特殊な低アウトガスガラス/金属接合による真空光ファイバーフランジを採用する必要があります。
- 推奨製品：OFSCN® Fiber Optic Vacuum Sealed Flange
- 主要物理指標：限界真空度は 1 \times 10^{-7}\text{ Pa} および 1 \times 10^{-9}\text{ Pa} より優れており、高真空および超高真空（UHV）環境向けに特別に設計されています。CFおよびKFの2シリーズをサポートし、真空室境界でのゼロリークとゼロアウトガスを保証します。
