プラズマ中の電場測定におけるミクロ電場の分離(超高感度量子干渉・レーザー誘起蛍光偏光分光法の利用)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680479
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 多幾山 憲 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40112180)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾田 年充 広島大学, 国際学院大学・工学部, 教授 (60034550)
• Keywords: プラズマ診断 / 電場計測 / レーザー誘起蛍光法 / シュタルク効果 / 電気四極子遷移 / 量子干渉 / 円偏光

Research Abstract

磁場中プラズマでは、シュタルク効果により誘起される電気双極子と電気四極子遷移間の干渉効果を利用することによって、プラズマ粒子によるミクロスコピックな電場とマクロスコピックな電場とを明確に分離し、かつ高い感度で測定できる可能性がある。この原理の検証と超高感度電場計測法の確立が本研究の目的である。
本年度は、先ず、レーザー励起過程に干渉効果が存在する場合に形成される上準位の磁気副準位間の分布を理論的に求め、自然放射遷移による蛍光の円偏光度の電場依存性を計算した。具体的にはヘリウム準安定原子2^1Sを励起状態4^1Dに励起後、3^1Pへ放射遷移する場合について計算した。その結果、従来の直線偏光度によるものより一桁電場検出感度が高いことが示された(検出下限10V/cm)。
次に、昨年度製作した放電プラズマ装置および円偏光成分同時検出光学系を用いて、シース電場に直交した磁場(60G)を印加したプラズマからのレーザー誘起蛍光の円偏光度を磁場方向から観測した。シース即ちマクロスコピックな電場が存在する場所では蛍光は非常に強く偏光している(偏光度0.75)ことが見出されたが、負グロー部においては、測定誤差の範囲内で偏光は認められなかった。
シース部で観測された偏光度と理論的に得られた値とが良い一致を示すことから、観測された円偏光度はシュタルク-電気四極子干渉によること、さらに、この方法を用いると磁場に直交するミクロスコピック電場を選択的に検出できることが実証された。今後の課題として、10^<12>cm^<-3>以上の電子密度が期待できるペニング放電プラズマにこの方法を適用し、ミクロスコピック電場の計測を試みる。

Research Products

• [Publications] K.Takiyama: "Supersonic Beam of Metastable He Atoms for Measurement of Electric Field in Plasmas"Proc. 10th Int. Sympo. Laser-Aided Plasma Diagnostics. 299-304 (2001)
• [Publications] B.W.James: "A Proposal for a LIF Measurement of Electric Fields in the H-1 Heliac"Proc. 10th Int. Sympo. Laser-Aided Plasma Diagnostics. 214-219 (2001)
• [Publications] K.Yoshikawa: "Strongly Localized Potential Profile Measurements through Stark Effects in the Central Core Region of an Inertial-Electrostatic Fusion Device"Fusion Technology. 39・3. 1193-1201 (2001)