遠赤外レーザー法による希ガス超音速MHDプラズマの電子密度と導電率測定

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650182
• 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

電磁流体力学発電(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,世界各国で現在積極的に開発が進められており,より規模の大きい実証用発電機の設計を行う段階に達している.その際、発電機の性能を的確に予測するためには,チャネル内プラズマの流動状態とプラズマパラメータとの関係を十分明らかにしておく必要がある.とくに,プラズマの電子密度と導電率は発電出力に直接影響を及ぼす重要なパラメータであるため,MHD発電機の実用化に当たっては発電出力とプラズマの電子密度・導電率との関係を把握しておかなければならない.本研究は,遠赤外レーザー法を実用MHD発電機のパラメータに近い希ガス衝撃波風洞MHDプラズマに適用し,発電特性を把握するうえで最も重要なパラメータである電子密度と導電率を高精度かつ高時間・空間分解能で測定する方法を開発することを目的とする.本研究において,得られた結果を以下に述べる.
(1) 従来,遠赤外レーザービームの検出にはパイロ素子が用いられてきたが,この素子は応答時間が遅く(3kHz)衝撃波生成プラズマを高時間分解能で測定することができなかった.この欠点を除くことを目的とした開発研究を行った結果,本年度,MHDプラズマを対象とした遠赤外レーザー計測法としては世界で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(応答時間〜1ns)を適用することに成功した.
(2) 本システムを用いて衝撃波風洞のよどみ室におけるプラズマを計測した結果,電子密度と導電率の時間変化が明らかになり,同時にこれまで測定不可能であったシード率も計測することができた.また,衝撃波風洞の圧力比を変化させて実験を行い、衝撃波マッハ数に対するプラズマパラメータの変化を系統的に明らかにすることができた.

Research Products

• [Publications] 矢野栄宣: "遠赤外レーザー法による衝撃波管生成MHDプラズマのパラメータ測定"平成11年度衝撃波シンポジウム前刷集. (印刷中). (2000)
• [Publications] 則松康文: "スートブロワ用超音速ノズル噴流の可視化計測とピトー圧分布"九州大学大学院総合理工学研究科報告. 21・3. 289-294 (1999)
• [Publications] T.Handa: "Experimental Investigation on Luminescent Characteristics of Fast Responding Pressure Sensitive Paint"Proceedings of the 2nd Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing. PF087. 1-9 (1999)
• [Publications] 井上雅弘: "レーザ蛍光法による高速気流中のじょう乱伝ぱ測定"日本機械学会論文集 B編. 65・631. 948-954 (1999)