レーザー誘雷の研究におけるプラズマチャンネルのレーザー追加熱に関する研究

• Project/Area Number: 07750331
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 電力工学・電気機器工学
• Research Institution: Institute for Laser Technology
• Principal Investigator: 島田 義則 (財)レーザー技術総合研究所, 第1研究部, 研究員 (80250091)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1995: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: レーザー誘雷 / レーザープラズマ / 追加熱 / 炭酸ガスレーザー / 紫外光

Research Abstract

レーザー誘雷研究では誘雷塔先端にレーザープラズマを生成し、レーザープラズマから上向きリーダを生成し、雷雲まで進展させ雷雲の電荷を中和させることが目的である。高出力の炭酸ガスレーザーを大気中に照射すると大気中のダストが核となり、高周波加熱理論によって電離されビーズ状のプラズマチャンネルが生成される。この場合隣接するビーズ状プラズマとの距離が短ければ重なり合って、光軸上に電離チャンネルを形成し放電の経路となる。初期の段階ではN^+、O^+及び電子はプラズマ状態であるが、再結合や拡散によってプラズマ温度が低下する。電子は中性原子の窒素、酸素に付着しO_2^-を形成する。O_2^-の寿命は長く数msであり、この原子が放電誘導に影響を及ぼしていると考えられている。この原子をレーザーでもって再度加熱し、電子と正イオンに解離させることにより、光軸に沿って寿命の長い連続的な弱電離チャンネルが形成され、放電誘導効果を増加させることを本研究の目的として実験を行なった。
まず炭酸ガスレーザーを照射した後、光軸に沿って炭酸ガスレーザーを照射する実験を行なった。時間差は約200nsである。生成したプラズマの発光をストリークカメラで観測した。初期に生成したプラズマ発光の後、追加熱によるプラズマが再発光していることを確認した。また制止写真によって追加熱を行なったビーズ状プラズマの直径が増加していることを確認した。
次に昨年の実験より、追加熱用のレーザーは炭酸ガスレーザーと同一の光軸を伝播するために炭酸ガスレーザーで生成されたプラズマによって空気の希釈化が生じ空気の屈折率が変化する。このため波長が短いレーザー光は波面が乱され有効に追加熱ができないことが確認されているために今回は連続光の紫外線を先に照射し、そこに炭酸ガスレーザーを照射する実験を行った。実験配置は棒-平板電極で棒電極先端から平板電極に向けてレーザープラズマチャンネルが生成されるように配置した。紫外光を照射しない場合の放電の軌跡はレーザープラズマに沿わずに放電し、紫外光を照射した場合にはレーザープラズマに沿って放電が進展した。このことによりO_2^-が紫外光によって解離し、弱電離プラズマが生成されレーザープラズマに沿って放電したと考えられる。
本研究では炭酸ガスレーザーで生成したプラズマチャンネルを炭酸ガスを用いて追加熱を行なう実験を行なった。次に連続光の紫外線を照射し、その後炭酸ガスレーザーを照射した場合はレーザープラズマに沿って放電することが確認された。