Project/Area Number |
20K22385
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Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
中川 悠一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任研究員 (20885157)
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Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2021-03-31
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Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2020)
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Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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Keywords | 水プラズマ / 低圧弱電離 / プラズマ / イオンスラスタ / 電気推進 / 小型衛星 |
Outline of Research at the Start |
超小型衛星ミッションの多様化、高度化により推進機の需要が高まり、高い安全性と密度を持つ水の電気推進が注目されている。推進機としての性能は実証されたが、内部の物理現象が明らかになっておらず、性能も従来推進剤に比して低い。効率の改善には、低圧・弱電離水プラズマの反応機構とイオン組成を明らかにする必要がある。そこで本研究では、シングルプローブと質量分析器による測定を行う。さらに、中性粒子の解離を考慮した低圧・弱電離プラズマのグローバルモデルを確立する。これにより、対象のプラズマ源の反応機構と組成の解明を行い、一般的な低圧・弱電離水プラズマに応用可能なモデルの構築を行う。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、低圧・弱電離水プラズマの反応機構と組成の解明であった。本年度は特に電子エネルギー分布関数の測定に焦点を当てて研究を実施した。シングルプローブ測定のための測定系の整備を行い、1W級のECRプラズマ源におけるシングルプローブ測定を実施した。測定系のグランド周りの問題を解決し、絶縁処置をしたオシロスコープとバイポーラ電源を用いて、I-Vカーブが取得できることを確認した。 特に従来の研究では流入電流量が大きく難しかった小型ECR源で、電流を少なくすることにより測定が実現したことは大きな成果である。ただし、磁場に対して巻き付いている電子の振る舞いが影響する挿入方法になっていることは残存する課題であり、補修面の磁場に対して垂直な成分の影響は精査する必要がある。I-Vカーブを基にエネルギー分布の推定を実施していくことで、ボルツマン分布からの解離度については、予想することができる。 一方、本研究の主眼である平行磁場型ECR源については、設計解析の過程で現状のECR源との差異が大きいことが確認され、再設計が必要となった。特にアンテナに依存する電場の形状をよく検討する必要がある。 代表研究者の離職に伴い、本研究課題は2020年度をもって終了となった。プローブ測定のメソッドや四重極質量分析器による水プラズマ測定は、研究室所属の学生とともに実施し、メソッドが共有されているため、今後は学生を中心に実施されていく計画である。
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