強磁場・超高密度ヘリコンプラズマを用いた外部電磁場制御による超音速流形成の研究

• Project/Area Number: 20340163
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Plasma science
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 篠原 俊二郎 Kyushu University, 大学院・総合理工学研究院, 准教授 (10134446)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽田 亨 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 准教授 (30218490)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000); Fiscal Year 2009: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2008: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: プラズマ / ヘリコン / 高密度 / 強磁場 / プラズマ流

Research Abstract

従来全くない方法による軸方向「超音速流形成」を行う為に、強磁場・高密度ヘリコンプラズマを生成し、それを用いた外部電磁場制御によるプラズマ流の総合的研究を目指し、2年度目は短期(4ケ月)ながら以下の成果を得た。
1.アルガンガスでのヘリコン放電で、本年度も高磁場(3kG)から低磁場(0.1kG以下)までのサーベイ(圧力、磁場配位、高周波パワーも変化)を複数の装置で行い、3kW程度で10^<13>cm^<-3>以上の高密度プラズマが得られる事を実証した。プラズマ生成効率(全プラズマ粒子数を入射パワーで割ったもの)は古典拡散でほぼ説明できた。これは理論的上限に近い高い生成効率が得られたと言える。
2.本研究のプラズマ源として低アスペクト比A(A:軸長と直径の比)も重要である。そこで終端板でプラズマ軸長を制限し直径74(40)cmで軸長が5.5(9.5)cmまで下げても、10^<12>(10^<13>)cm^<-3>の高密度プラズマが得られる事を昨年度実証した。本年度はその達成条件を外部パラメータを変えて求めると共に終端板の素材による効果も調べた。ここで上記Aはそれぞれ0.24(0.075:世界最小)である。また短軸長の場合、軸方向の境界条件で決まる離散的な軸方向波長が得られる興味ある結果が得られた。これはヘリコン波の分散関係から理解でき、数値解析結果とも比較を行い良い一致を示した。
3.軸方向高速流形成のために、完成した径方向磁場存在下での回転磁場生成(周方向電流の誘起)システム(コイル、高周波電源、整合器、真空部品など)で予備テストを行った。
4.外部周方向電流による円柱磁化プラズマの線形応答解析により電磁推力の計算を行い、本方法によるプラズマ流制御が有望である事を示した。また別方法として回転磁場型周方向誘起電流の初期解析も行った。

Research Products

• [Journal Article] Development of High-Density Helicon Plasma Sources and Their Applications (2009)
  • Author(s): 篠原俊二郎, et al.
  • Journal Title: Phys.Plasmas 16 Pages: 0571041-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ヘリコンプラズマ源の開発と応用―広域プラズマ科学への展開 (2009)
  • Author(s): 篠原俊二郎
  • Journal Title: 日本物理学会 64 Pages: 519-526
  • NAID: 110007338205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Spontaneous Change in the Fluctuation Spectrum on LMD-U (2009)
  • Author(s): H.Arakawa, et al.
  • Journal Title: Plasma Phys.Control.Fusion 51 Pages: 0850011-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of Large Diameter, High-Density Helicon Plasma with Short Axial Length Using a Flat Spiral Antenna (2009)
  • Author(s): T.Motomura, et al.
  • Journal Title: J.Plasma Fusion Ser. (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reynolds Stress Probe Measurements for Investigation of Nonlinear Processes of Turbulence in the Large Mirror Device and in the Large Mirror Device-Upgrade (2009)
  • Author(s): Y.Nagashima, et al.
  • Journal Title: J.Plasma Fusion Ser. (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of Drift Wave Turbulence in the Large Mirror Device-Upgrade (2009)
  • Author(s): T.Yamada, et al.
  • Journal Title: J.Plasma Fusion Ser. (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of Drift and Flute Modes in Linear Cylindrical ECR Plasma (2009)
  • Author(s): K.Kamataki, et al.
  • Journal Title: J.Plasma Fusion Ser. (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acceleration of Plasma in a Compact Helicon Source Using RF Antennae (2009)
  • Author(s): K.Toki, et al.
  • Journal Title: J.Plasma Fusion Ser. (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of High-Density Helicon Plasma Sources and Their Applications (2009)
  • Author(s): S. Shinohara, et al.
  • Journal Title: Phys. Plasmas 16(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ヘリコンプラズマ源の開発と応用-広域プラズマ科学への展開 (2009)
  • Author(s): 篠原俊二郎
  • Journal Title: 日本物理学会学会誌 64(印刷中)
  • NAID: 110007338205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of Large Diameter. High-Density Helicon Plasma with Short Axial Length Using a Flat Spiral Antenna (2009)
  • Author(s): T. Motomura, et al.
  • Journal Title: J. Plasma Fus. Res. Ser. (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of Large Diameter, High-Density Helicon Plasma with Short Axial Length Using a Flat Spiral Antenna (2008)
  • Author(s): T. Motomura, et al.
  • Journal Title: 九州大学大学院総合理工学報告 30 Pages: 29-31
• [Journal Article] スパイラルアンテナによる短軸長の大口径・高密度ヘリコンプラズマの励起波動特性 (2008)
  • Author(s): 本村大成, 他
  • Journal Title: スペースプラズマ研究会論文集 平成19年度 Pages: 103-106
• [Presentation] Wave Characteristics of a Large Diameter, High-Density Helicon Plasma : Effects of Axial Boundary Conditions (2009)
  • Author(s): T.Motomura, et al.
  • Organizer: Int.Conf.on Phenomena in Ionized Gases
  • Place of Presentation: Cancun, Mexico
  • Year and Date: 2009-07-16
• [Presentation] Large Area High-Density Helicon Plasma Sources (2009)
  • Author(s): S.Shinohara
  • Organizer: Int.Conf.on Phenomena in Ionized Gases
  • Place of Presentation: Cancun, Mexico
  • Year and Date: 2009-07-14
• [Presentation] スパイラルアンテナを用いた短軸長の大口径・高密度ヘリコンプラズマ特性III (2009)
  • Author(s): 本村大成, 他
  • Organizer: 日本物理学会第64回年次大会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] スパイラルアンテナによる短軸長の大口径・高密度ヘリコンプラズマの励起波動特性II (2009)
  • Author(s): 本村大成, 他
  • Organizer: 平成20年度スペースプラズマ研究会
  • Place of Presentation: 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部
  • Year and Date: 2009-03-05
• [Presentation] 大口径・短軸長ヘリコンプラズマの励起波動特性 (2008)
  • Author(s): 本村大成, 他
  • Organizer: プラズマ核融合学会九州・沖縄・山口支部第12回支部大会
  • Place of Presentation: 九州大学筑紫地区
  • Year and Date: 2008-12-22
• [Presentation] スパイラルアンテナにより生成される大口径・短軸長高密度ヘリコンプラズマ特性II-スペース・プラズマ実験と応用に向けて (2008)
  • Author(s): 本村大成, 他
  • Organizer: 宇宙関連プラズマ研究会2008
  • Place of Presentation: 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部
  • Year and Date: 2008-12-16
• [Presentation] 次世代電気推進のための外部電磁場プラズマ加速の理論モデル (2008)
  • Author(s): 羽田亨, 他
  • Organizer: 宇宙関連プラズマ研究会2008
  • Place of Presentation: 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部
  • Year and Date: 2008-12-16
• [Presentation] 大口径・短軸長プラズマの励起波動特性 (2008)
  • Author(s): 本村大成, 他
  • Organizer: 第25回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 栃木県総合文化センター
  • Year and Date: 2008-12-04
• [Presentation] フラットスパイラルアンテナによる大口径・高密度ヘリコンプラズマ特性 (2008)
  • Author(s): 田中謙次, 他
  • Organizer: 第25回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 栃木県総合文化センター
  • Year and Date: 2008-12-04
• [Presentation] Developmeot of High-Density Helicon Plasma Source and Its Applications (2008)
  • Author(s): S. Shinohara
  • Organizer: 50^<th> Annual Meeting of the Div. of Plasma Phys. of the Am. Phys. Soc.
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Dallas, Dallas, U.S.A.
  • Year and Date: 2008-11-20
• [Presentation] Characteristics of High-Density Helicon Plasma with Large Diameter Excited by a Flat Spiral Antenna (2008)
  • Author(s): S. Shinohara, et al. .
  • Organizer: 50^<th> Annual Meeting of the Div. of Plasma Phys. of the Am. Phys. Soc.
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Dallas, Dallas, U.S.A
  • Year and Date: 2008-11-19
• [Presentation] Wave Characteristics of Large-Diameter, High-Density Helicon Plasmawith Short Axial Length (2008)
  • Author(s): T. Motomura, et al.
  • Organizer: 50^<th> Annual Meeting of the Div. of Plasma Phys. of the Am. Phys. Soc
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Dallas, Dallas, U.S.A.
  • Year and Date: 2008-11-19
• [Presentation] Large Diameter, High-Density Helicon Discharge Using a Spiral Antenna (2008)
  • Author(s): K. Tanaka, et al.
  • Organizer: 10^<th> Cross Straits Symp.
  • Place of Presentation: 九州大学筑紫地区
  • Year and Date: 2008-11-14
• [Presentation] Characteristics of Low Aspect Ratio, High-Density Helicon Plasmawith Large Diameter (2008)
  • Author(s): T. Motomura, et al.
  • Organizer: 10^<th> Cross Straits Symp.
  • Place of Presentation: 九州大学筑紫地区
  • Year and Date: 2008-11-14
• [Presentation] スパイラルアンテナを用いた短軸長の大口径・高密度ヘリコンプラズマ特性II (2008)
  • Author(s): 本村大成, 他
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-21
• [Presentation] Characteristics of Large Diameter, High-Density Helicon Plasmawith Short Axial Length Using a Flat Spiral Antenna (2008)
  • Author(s): T. Motomura, et al.
  • Organizer: 14^<th> Int. Cong. on Plasma Phys.
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-10
• [Presentation] Performance of Large Diameter, High-Densitv Helicon Plasmaby Changing Magnetic Field Configuration and Axial Length (2008)
  • Author(s): K. Tanaka, et al.
  • Organizer: 14^<th> Int. Cong. on Plasma Phys.
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-10
• [Remarks]
  • URL: http://zone.aees.kyushu-u.ac.jp/~sinohara/Homepage/shinohara.html
• [Remarks]
  • URL: http://zone.aees.kyushu-u.ac.jp/~sinohara/Homepage/shinohara.html