遠赤外レ-ザ法によるMHDプラズマの電子密度・導電率の揺らぎ測定法の開発

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650137
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 益田 光治 九州大学, 総合理工学研究科, 教授 (40038097)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青木 俊之 九州大学, 総合理工学研究科, 助教授 (20150922)
• Keywords: 電磁流体 / MHD / 遠赤外 / レ-ザ

Research Abstract

電磁流体力学(MHD)発電は,従来の蒸気タ-ビン方式の火力発電と比較して高い発電効率が期待できるため、世界各国で積極的に開発が進められているが、現在、MHD発電法で最も大きな問題とされているのは、発電時に発生する出力電圧・電流の揺らぎである。発電出力の揺らぎに直接関係するのはチャネル内プラズマの電子密度と導電率の揺らぎであるが、電子密度と導電率の高精度測定法として遠赤外レ-ザを用いた方法が開発されてきた。本研究では、遠赤外レ-ザ法の光学系を改良し、従来不可能であった電子密度と導電率が同時に計測できる光学系を設計した。この新しい光学系をカリウムシ-ド灯油然焼ガスプラズマに適用して実験的研究を行い、同方法の有効性を実証した。本研究において、現在までに得られた結果を以下に述べる。
1.電子密度と導電率の同時測定を可能とするため、従来用いられてきたマイケルソン干渉計の信号ア-ムに、ビ-ムスプリッタを追加した新しい光学系を設計した。レ-ザビ-ムの検出器として、応答速度は遅いが、取扱が容易なパイロ素子を用い、灯油燃焼型MHDチャネルで得られたプラズマを対象として実験的研究を行った結果、本光学系により電子密度と導電率が測定できることが実証できた。
2.遠赤外レ-ザビ-ムの干渉波位相と透過率の時間方化は、AD変換器を介してパ-ソナルコンピュ-タにより解析され、電子密度と導電率が計算された。透過率から導電率を計算する際には、プラズマによる遠赤外レ-ザビ-ムの屈折を考慮する必要があったが、プラズマ密度と屈折によるビ-ム広がりとの関係を実験的に明らかにすることができた。さらに、AD変換部のハ-ドウェア、および電子密度・導電率計算処理ソフトウェアを製作した。

Research Products

• [Publications] H.Nakamuta: "Simultaneous Measurements of MHD Plasma Electron Density and Conductivity" Magnetohydrodynamics,an International Journal. 2. 233-237 (1990)
• [Publications] 青木 俊之: "超音速MHD発電機内の過渡流れに関する研究" 第13回エネルギ-利用と直接発電シンポジウム. (1990)