電子プラズマ中へのプラズマ入射によるプラズマ非中性化の試行

• Project/Area Number: 14702066
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 比村 治彦 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (30311632)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2004: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2003: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2002: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 電子プラズマ / チタンワッシャーガン / 非中性プラズマ / 反磁性ドリフト / E×Bドリフト / 水素吸蔵金属 / スパッタリング / 沿面放電 / プラズマガン / 自己電場 / プラズマ流 / マッハプローブ / マルンバーグトラップ / イオン回転流 / 非中性化 / 回転流 / ホール素子 / 反磁性信号

Research Abstract

昨年度の試行実験において,同軸プラズマガンにより生成された中性プラズマを電子プラズマに入射した場合には高いイオン温度に起因する反磁性ドリフトが支配的となり,非中性化によるE×Bドリフトを検証するに至らなかった.そこで,研究最終年度では,別のプラズマ生成を試してみることにした.検討の結果,低いイオン温度を持つ水素プラズマ生成が期待できるチタンワッシャーガンを設計製作して,このガンにより生成された水素プラズマを電子プラズマ中に入射する実験計画を進めた.
製作したチタンワッシャーガンは,レアメタリック社により特注製作して頂いたチタンワッシャー5枚により組み立て,これを新たに設計製作した放電回路を用いて放電を試みた.生成された水素イオンに与えるエネルギーを最小とするために,この放電回路は負電圧充電回路となっている.チタンワッシャーに対する水素吸蔵は,日本ヘイズ社の真空炉,及びカンドリ工業社の水素炉を用いて実施した.
生成されたプラズマはシングルプローブ法により測定した.データより,プラズマ密度は〜10^<17>m^<-3>となっておりターゲット領域のプラズマ密度となっている.温度については,飛行時間測定法による見積もりでは,約2eVとなっているが,これについてはプローブによる電流-電圧特性等によるクロスチェックが必要である.
上記のプラズマ源については,放電回数が十分に上がらずにチタンワッシャーガン内部で絶縁破壊を生じやすい現象が続いた.原因を究明した所,チタンワッシャーへの水素吸蔵時に不純物が混入しており,放電時にその不純物がガン内部にスパッタリングされ,この不純物を通じて沿面放電している事が明らかになった.現在,不純物が混入しない水素吸蔵機器を設計製作しており,再度,チタンワッシャーに水素吸蔵を行った上で,低温プラズマの電子プラズマへの入射を行う予定にしている.

Research Products

• [Journal Article] Production of helical non-neutral plasmas by collisionless electron penetration (2005)
  • Author(s): H.Himura et al.
  • Journal Title: J. Plasma Fusion Res.SERIES 7(in press)
• [Journal Article] Fluctuation measurement in electron penetration experiment on helical magnetic configuration (2005)
  • Author(s): H.Wakabayashi, H.Himura et al.
  • Journal Title: J. Plasma Fusion Res.SERIES 7(in press)
• [Journal Article] Formation of toroidal plasma flow in an internal conductor trap (2005)
  • Author(s): H.Saitoh, Z.Yoshida, H.Himura et al.
  • Journal Title: J. Plasma Fusion Res.SERIES 7(in press)
• [Journal Article] Experiments on injecting electrons into helical magnetic field configuration (2004)
  • Author(s): H.Himura et al.
  • Journal Title: IEEE Transactions on Plasma Science 32・(2) Pages: 510-516
• [Journal Article] Confinement of pure-electron plasmas in a toroidal magnetic-surface configuration (2004)
  • Author(s): H.Saitoh, Z.Yoshida, C.Nakashima, H.Himura et al.
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. 92・25
• [Publications] H.Himura, et al.: "Experimental investigation of helical non-neutral plasmas"Non-Neutral Plasma Physics. V. 293-301 (2003)
• [Publications] H.Himura, et al.: "Observation of collisionless inward propagation of electrons into helical vacuum magnetic surfaces via stochastic magnetic fields"Physics of Plasmas. 11(2). 492-495 (2004)
• [Publications] H.Himura, et al.: "Filament size of floating-emissive probe for low density plasmas with large space potential"Review of Scientific Instruments. 74(11). 4658-4662 (2003)
• [Publications] 石田昭男, 比村治彦: "超高ベータ緩和配位"プラズマ・核融合学会誌. 79・2. 157-162 (2003)
• [Publications] H.Himura et al.: "Penetration of electrons inside helical field configuration via stochastic magnetic Layer"Proceedings of the 1996 International Conference on Plasma Physics. (accepted).