Development of Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy for the Measurement of Dynamic Bahaviors of Ion Flow from Plasmas
| Project/Area Number |
19H01886
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14030:Applied plasma science-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
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| Keywords | プラズマ / イオン / レーザー分光 / 時空間速度分布 / イオンシース / レーザー誘起蛍光法 / プラズマプロセス / 電気推進器 / イオン流れ計測 |
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| Outline of Research at the Start |
プラズマの核心的産業応用であるプラズマ材料（半導体）プロセスと宇宙電気推進器では，「プラズマから引き出されるイオンの流れ（方向・速度）」がその性能を決定的に左右する．本研究では，このイオン流れの非擾乱計測手法であるレーザー誘起蛍光（LIF)法を発展させ，プロセス異常予測やプラズマばらつき評価などの現在の重要課題に対応できる新規イオン流れ計測手法を開発する．また，計測データ解析の高度化・自動化にも共同研究を通して取り組み，これらの研究を通じた「イオン流れのハイスループット計測技術」の確立を目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
The purpose of this study is to develop advanced measurement system of ion dynamics in plasmas, based on the laser-induced fluorescence spectroscopy method. In the first half of the research period, we constructed a spectroscopic system using a continuous diode laser as a light source and succeeded in capturing ion motion along magnetic fields and ion density fluctuations caused by impurity molecules in low-pressure plasma sources. In the latter half of the research period, we also measured ion acceleration features in the pre-sheath/ion sheath regions formed in front of the metal electrode and demonstrated time-resolved measurements of ion energy distribution following an AC bias voltage on the order of kHz.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は，従来のレーザー誘起蛍光法にはない【ハイスループット計測】という考え方を新たに導入したものであり，（１）プラズマ（イオン）挙動の連続的な計測や，（２）高速なシース（イオン）変動現象を捉えることに成功した．これらの研究成果は，イオン挙動やその制御性が性能に決定的な影響を与える宇宙電気推進器や材料プロセス用プラズマ（イオン）源の研究開発やオペレーションに活用されるものと期待される．また，その場で計測結果を出力する本研究の提案手法はビッグデータ・AI処理に最適化可能であり，分光計測が活用される様々な工学分野（例えば，燃焼プロセス診断，天文観測）への波及が期待される．
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Report
(5 results)
Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Recent Progress on dispersion interferometers for nuclear fusion and low-temperature plasmas2020
Author(s)
T. Akiyama, M.A. Van Zeeland, T.N. Carlstrom, R.L. Boivin, K.J. Brunner, J. Knauer, R. Yasuhara, K. Tanaka, H.Q. Liu, Y. Zhou, N. Oyama, A. Sirinelli, K. Urabe, N. Shirai
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Journal Title
Journal of Instrumentation
Volume: 15
Issue: 01
Pages: C01004-C01004
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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