負イオンプラズマの光応答

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06680456
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN)
• Principal Investigator: 雨宮 宏 理化学研究所, プラズマ物理研究室・副主任 研究員 (60087426)
• Keywords: 負イオン / 光応答 / レーザー光 / プラズマ / D層 / 光脱離 / プローブ / 酸素

Research Abstract

ほぼ正負イオンのみからなるプラズマは可視光に敏感である点で電子-正イオンプラズマとは異なる特性を持つ。それは、負の荷電粒子がそれぞれ光脱離による負イオンから電子への変換、電子付着による電子から負イオンへの変換を起こすからで、天然のD層では日の出、日没時や日食時に電離層内に変化をもたらす。実験室では上記の現象により電気電導度、シース、プラズマの制御が可能となる。
本研究ではホロー陰極を用いた直流放電、平行平板高周波(RF)放電を特に酸素について行い、酸素負イオンの存在する雰囲気にパスルYAGレーザーを入射し光脱離による電子発生とその電子付着による再結合過程、イオン音波発生による過渡的特性を明らかにすることを目的とした。これらの効果は全て実験的に検証できた。さらに、CWレーザーとしてアルゴンイオンレーザーを入射した場合の光ガルバノ信号の特性を調べる実験も行ったが、パルスの場合と同様その効果が見られた。7年度はレーザー以外に写真用のストロボ光、フラッショユランプ光を負イオンプラズマに照射し、D層の現象をシミュレートする実験を行った。本質的に光脱離は拡散光かコヒエーレント光には関係なく起こるはずで光の強度のみに依存する。しかし光強度は同程度でもレーザー光の場合に見られた様な光ガルバノ効果は観測されずD層の現像を再現することは出来なかった。これは、実験室プラスマの場合、境界があるため光を収束し光脱離電子を狭い空間に閉じ込めない限り壁への拡散効果がなくならないためと推定された。
以上の現象に関連して、負イオンプラズマの一般的特性としてその中のシースの特性を理論的に検討した結果、本質的にヒステレシス現象があることを明らかにした。また、中緯度のD層をロケット観測する機会を得た。これから、低域電離層の光脱離効果の推定が可能となった。
本研究を通し負イオンがオゾンの生成や保護に関係をもつこと、D層の負イオンのその下部のオゾン層に対する影響を考察する手がかりも得られた。

Research Products

• [Publications] H. Amemiya: "Criterion for Sheath Formation in Negative Ion Plasma with Electron Beam" J. Phys. Soc. Japan. 64. 2444-2454 (1995)
• [Publications] H. Amemiya,N. Yasuda and M. Endo: "Property of Capacitive RE Discharge Containing Oxygen Negative Ions" Proc. 12th Int. Symp. Plasma Chem. Plasma Process. 4. 1864-1867 (1995)
• [Publications] H. Amemiya and Y. Nakamura: "Measurement of Negative Ions in the Lower Ionosphere (D-Layer) in Polar Region" J. Geomag. Geoelectr.47(in press). (1996)
• [Publications] H. Amemiya and N. Yasuda: "Electron Energy Distribution in Caoacitive Radio Frequency Discharge Containing Negative Ions" J. Phys. D. (submitted).
• [Publications] H. Amemiya and K. Ogawa: "Plasma Source of Hollow Cathode Discharge Containing Negative Ions"