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2012 Fiscal Year Annual Research Report

マイクロ波放電式イオンエンジンのプラズマ診断

Research Project

Project/Area Number 10J05571
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

月崎 竜童  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Keywords光ファイバ / レーザ吸収分光 / マイクロ波 / ECR / イオンエンジン
Research Abstract

2年度目までに、光ファイバを活用したレーザ吸収分光法を確立し,イオンエンジン内部のXe I準安定準位823m密度分布測定に成功した。約1%程度の吸収まで判別できるようになった。3年度目はXe IIの吸収を測定するために、以下の対策を行った。
1.データの統計処理によるノイズの低減
2.ローハスフィルタにより高周波ノイズの除去
3.レーザ掃引周波数の最適化
4.実験手順を最適化し、ゼロラインを求めやすくした
5.使用する光ファイバの研磨面に角度をつけ、反射光を減らした。
これにより、吸収の検出限界を1%から0.1%まで向上させた。Xe II 484nmの吸収分光を行ったが、吸収が当初の見積り(0.1-1%)よりも小さく、測定は不可能であることが判明した。次にXe I 828nmに切り替え測定を行ったところ,最大で1%程度の吸収が得られ、吸収の0.1%程度の変化を追うことで、空間分解能2cmの密度分布を得ることに成功した。
推進剤の投入方法によって、Xe I 823nmの測定結果と同様に励起中性粒子の密度分布が大きく違うことが実験的に確認された。Xe I 828nmの測定では、導波管投入ではグリッドから-9cmに大きなピークがあることを特定した。これはマイクロ波定在波の腹の位置に一致している。Xe I 828nmは基底と共鳴遷移線を有し寿命が非常に短いために、準安定準位のXe I 823nmの測定結果では励起場所が確定できないのに対し、Xe I 828nmでは測定点と励起衝突の場所が'一致している。
しかしながら、マイクロ波の定在波による電子め加熱量は非常に小さく1 eVにも満たない。テスト粒子法による電子軌道解析をおこなったところ、放電室の内周磁石による磁力線によって電子が導波管に誘導されていることが判明した。このことから、放電室のECR領域で加速された電子が導波管に漏れてくることで導波管内にイオンも引きずりこまれ、プラズマが滞留していると考えられる。その結果導波管内で電子と中性粒子の励起衝突が起き、密度のピークが検出されたと考えられる。この導波管の電子の存在により、従来の推進剤の導波管投入ではマイクロ波が導波管で反射・減衰されビーム電流が135mA程度にとどまったと考察される。

  • Research Products

    (6 results)

All 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] マイクロ波放電式イオンエンジンμ10の推力増強と準安定中性粒子の空間密度分布との関係2012

    • Author(s)
      月崎竜童, 他三名
    • Journal Title

      日本航空宇宙学会論文集

      Volume: 60 Pages: 141-147

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric field neasurenent in licrowave discharge ion thruster vitb electro-optic probe2012

    • Author(s)
      Ise, T., Tsukizaki, R., et al.
    • Journal Title

      Review of Scientific lnstruments

      Volume: 83 Pages: 124702-1-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Plasma diagnostics inside the ECR ion thruster μ10 by laser absorplion spectroscopy with optical fiber probes2013

    • Author(s)
      月崎竜童
    • Organizer
      Joint Propulsion Conference 2012
    • Place of Presentation
      Atlanta, USA
    • Year and Date
      2013-08-01
  • [Presentation] マイクロ波放電式イオンエンジンμ10における光ファイバを活用したプラズマ診断2013

    • Author(s)
      月崎竜童
    • Organizer
      平成24年度宇宙輸送シンポジウム
    • Place of Presentation
      宇宙科学研究所、神奈川県
    • Year and Date
      2013-01-18
  • [Presentation] マイクロ波放電式イオンスラスタのプラズマ診断2012

    • Author(s)
      月崎竜童
    • Organizer
      プラズマ・パルスパワー合同研究会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2012-12-12
  • [Presentation] マイクロ波放電式イオンエンジンμ10の推力増強と準安定中性粒子の空間密度分布との関係2012

    • Author(s)
      月崎竜童
    • Organizer
      日本航空宇宙学会第43期年会講演会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2012-04-13

URL: 

Published: 2014-07-16  

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