MHDプラズマの電子密度・導電率同時計測用新型遠赤外レーザ二重干渉計の開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650210
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 益田 光治 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (40038097)
• Keywords: 電磁流体 / MHD / 遠赤外 / レーザー

Research Abstract

電磁流体力学(MHD)発電は、従来の蒸気ター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。本研究では、遠赤外レーザー計測法を適用し、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。本研究で現在までに得られた結果を以下を述べる。
1.大規模発電装置への計測システムの適用を考慮すると、光源として使用するレーザーは信頼性に富み、常に安定に動作しなければならない。MHDペラズマパラメータ測定に適当な波長を有し、かつ、この条件を満たすレーザーはHCNレーザーである。そこで、HCNレーザーを製作し、高出力で安定に発振させることができた。
2.本研究では、従来に無い全く新しい干渉計を提案した。この干渉計は従来のマイケルソン干渉計の光路にもう一本の干渉ビームパスを加えたもので、二本の干渉信号の位相を予め45°ずらせておくことより、電子密度が大きく変動して干渉信号の位相が360°以上変化しても正確にその変化量を追跡できる。本干渉計を作製するとともに、ここで問題となる多重干渉効果を考慮した新たな干渉理論を構築し、その結果に基づいた特殊なデータ解析ソフトウェアを製作した。灯油燃焼チャネルで得られた燃焼ガスプラズマを対象とし、この二重干渉計の実験的研究を行った。MHDプラズマでは初めてレーザービーム検出器にショットキバリアダイオードを使用し、これまでに例のない高時間分解能測定を実現した。その結果、本方法で電子密度と導電率の変動が高精度で測定可能であることを実証できた。

Research Products

• [Publications] 青木俊之: "超音速プラズマ流れと電磁場との非定常干渉" 衝撃波シンポジウム講演論文集. 239-242 (1994)
• [Publications] 青木俊之: "ファラデー型MHD発電機に発生する衝撃波の安定性解析" 衝撃波シンポジウム講演論文集. 259-262 (1995)
• [Publications] 右近哲哉: "衝撃波管により生成されるプラズマの遠赤外レーザーを用いた計測" 新・省エネルギー研究会講演論文集. ESC-95. 129-137 (1995)
• [Publications] 青木俊之: "ファラデー型MHD発電機内に発生する衝撃波の安定性" 日本機械学会論文集. B-61. 3712-3719 (1995)