超音速自由噴流の電子サイクロトロン共鳴プラズマ加熱に関する分光学的基礎研究

• Project/Area Number: 04804034
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 構造化学
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 原田 賢介 九州大学, 理学部, 助手 (70165017)
• Project Period (FY): 1992
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1992)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 1992: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 電子サイクロトロン共鳴プラズマ / 超音速自由噴流 / マイクロ波加熱 / レーザー分光 / 近赤外半導体レーザー / N^<+2>イオン

Research Abstract

共振空洞にマグネトロンからのマイクロ波を入射し共鳴磁場をかけると電子サイクロトロン共鳴(ECR)により電子のみが選択的に加速され10^<-3>〜10^<-4>Torr付近で10〜20eVの高い電子温度と1%程度の高い電離度が得られる。最近、超音速自由噴流にECRプラズマ加熱を行なう方法を開発した。電子温度は高くかつイオンや中性分子の温度は極低温という極端な非平衡プラズマが生成する可能性があり興味がもたれる。本研究では、近赤外半導体レーザー分光法によりこのプラズマ中に生成したイオンなどの不安定分子種の検出を試みた。まず装置を次の様に改良した。近赤外半導体レーザーの温度及び電流をより安定化した。シグナル積算プログラムを開発した。検出器の応答速度を上げた。多重反射光学系の剛性を高くした。高分解能波長計を購入しシグナルの同定を高速で行なえる用にした。通常のホロカソード放電セルでは上記の改良によりN^<+2>イオンのA-XバンドのシグナルがS/N3000程度で観測され存在比0.3%の^<14>N^<15>N^+ も観測された。マグネトロンの出力をON-OFFして、10kHzまでのマイクロ波放電変調をかけた。200wp-pのパワー入射ができる。ノズルをジェネラルバルブ社製高速電磁弁に改良した。ノズル電源は250V,100μsecのパルスで100Hzの繰り返しが可能である。Boxcar積分器を製作した。ECR放電空洞はそのままホローカソード放電電極としても使用できる。試験的に100mTorr程度でホーローカソード放電を行ないN^<+2>イオンのA-Xバンドを観測した。ノズルを観測領域に近付けることが重要であった。現在ECR放電においてもノズルと観測領域を近付けるように改良中である。またECR磁場によりノズルが影響を受ける点についても改良中である。ホローカソード放電は10mTorr以下の圧力では放電を維持するのが困難なのに対しECR放電は1〜0.1mTorrで明るいプラズマが得られるので冷えたイオンの検出に有利と思われる。